Mendelova zemědělská a lesnická univerzita v Brně Agronomická fakulta Ústav zemědělské, potravinářské a environmentální techniky BAKALÁŘSKÁ PRÁCE

Transkript

1 Mendelova zemědělská a lesnická univerzita v Brně Agronomická fakulta Ústav zemědělské, potravinářské a environmentální techniky BAKALÁŘSKÁ PRÁCE BRNO 2006 Eliška RŮŽIČKOVÁ

2 Mendelova zemědělská a lesnická univerzita v Brně Agronomická fakulta Ústav zemědělské, potravinářské a environmentální techniky POROVNÁNÍ ÚČINNOSTI ČIŠTĚNÍ TRADIČNÍCH A ALTERNATIVNÍCH ČOV Bakalářská práce Brno 2006 Vedoucí bakalářské práce: Vypracovala: Ing. Tomáš Vítěz Eliška Růžičková

3 Prohlášení Prohlašuji, že jsem bakalářskou práci na téma Porovnání účinnosti čištění tradičních a alternativních ČOV vypracovala samostatně a použila jen pramenů, které cituji a uvádím v přiloženém soupisu literatury. Souhlasím, aby práce byla uložena v knihovně Mendelovy zemědělské a lesnické univerzity v Brně a zpřístupněna ke studijním účelům. V Brně,dne.. Podpis diplomanta

4 Poděkování Děkuji Ing. Tomáši Vítězovi, vedoucímu bakalářské práce, za poskytnutí pomoci při zpracování této práce. Dále děkuji Ing. Martinovi Machalovi za odborné konzultace v průběhu vypracovávání práce. Poslední poděkování patří provozovatelům ČOV Drnovice a KČOV Osová Bítýška za poskytnutí dat k vyhodnocení.

5 Anotace Bakalářská práce se zabývá porovnáním účinnosti čištění jednotlivých způsobů čištění odpadních vod, tedy čištění na tradičních a alternativních čistírnách odpadních vod. První část popisuje historii čistírenství od starověkého Řecka a Říma, přes středověk, až po dnešní moderní dobu. Druhá a třetí část se zabývají popisem jednotlivých způsobů čištění a procesech probíhajících na čistírnách. Poslední, čtvrtá část, zahrnuje stručný popis čistíren, které byly vybrány pro srovnání. Jsou to ČOV Drnovice a KČOV Osová Bítýška. Následuje vlastní vyhodnocení účinnosti čištění pro jednotlivé druhy znečištění (tj. vyhodnocení BSK, CHSK, NL a dusíku amoniakálního a dusičnanového) a srovnání, který způsob čištění je účinnější. Annotation My bachelor thesis deals with the comparing of Sewage Disposal efficiency by several ways of Sewage Disposal, therefore Sewage Disposal in the traditional and alternative ways. The first part describes the history of Sewage Disposal from ancient Greece and Rome through the Middle Ages to the nowadays. The second and third part deals with the description of the several ways of Sewage Disposal and its processions. The last part contains the brief description of Sewage Treatment Plants, which were chosen for the comparing. There are Sewage Treatment Plant Drnovice and Municipal Sewage Treatment Plant Osová Bítýška. The own evaluation for the single kinds of pollution comes after the description of the Sewage Treatment Plants. (There are evaluations of the biological oxygen demand, the dichromate value, the suspended solids and the ammoniac and nitrous nitrogen). The thesis also contains comparing, which way of the Sewage Disposal is more efficient.

6 OBSAH 1. Úvod Související legislativa Termíny použité v textu Historie čištění odpadních vod Tradiční čistírny odpadních vod Mechanické předčištění Česle Lapák písku Lapáky tuků a olejů Usazovací nádrže Biologické čištění Aktivační proces Aktivovaný kal Růst a množení mikroorganismů Nitrifikace Denitrifikace Odstraňování fosforu Dosazovací nádrže Alternativní čistírny odpadních vod Přirozené mokřady Umělé mokřady Umělé mokřady s plovoucími rostlinami Umělé mokřady s ponořenými rostlinami Umělé mokřady s vynořenými rostlinami Mechanické předčištění Konfigurace čistírny Mokřadní vegetace Rákos obecný Chrastice rákosovitá Zblochan vodní Orobinec úzkolistý a širokolistý Skřípec jezerní...34

7 6.6. Odstraňování organických látek Odstraňování nerozpuštěných látek Odstraňování dusíku Odstraňování fosforu Odstraňování těžkých kovů Odstraňování mikrobiálního znečištění Cíl práce Porovnání účinnosti čištění tradičních a alternativních ČOV Čistírna odpadních vod Drnovice Kořenová čistírna odpadních vod Osová Bítýška Porovnání účinnosti čištění Stanovení BSK Stanovení CHSK Stanovení NL Stanovení N-NH Diskuse Závěr Zdroje a literatura...48 SEZNAM GRAFŮ graf 1: Porovnání účinnosti čištění - BSK graf 2: Porovnání % účinnosti čištění - BSK graf 3: Porovnání účinnosti čištění - CHSK Cr...41 graf 4: Porovnání % účinnosti čištění - CHSK Cr...41 graf 5: Porovnání účinnosti čištění NL...42 graf 6: Porovnání % účinnosti čištění NL...43 graf 7: Porovnání účinnosti čištění N-NH graf 8: Porovnání % účinnosti čištění N-NH

8 SEZNAM OBRÁZKŮ obrázek 1: Technologické schéma velké čistírny odpadních vod...17 obrázek 2: Technologické schéma čistírny odpadních vod pro 5000 EO...17 obrázek 3: Ručně stírané česle...19 obrázek 4: Vertikální lapák písku...20 obrázek 5: Dvoukomorový lapák písku s horizontálním průtokem...20 obrázek 6: Kruhová usazovací nádrž s horizontálním průtokem...21 obrázek 7: Pravoúhlá usazovací nádrž s horizontálním průtokem...21 obrázek 8: Podélný řez vegetační (kořenovou) čistírnou...28 obrázek 9: Schéma mokřadu s plovoucími rostlinami...30 obrázek 10: Schéma mokřadu s ponořenými rostlinami...30 obrázek 11: Schéma umělého mokřadu s povrchovým tokem...31 obrázek 12: Schéma umělého mokřadu s podpovrchovým horizontálním tokem...31 obrázek 13: Schéma umělého mokřadu s podpovrchovým vertikálním tokem...32 obrázek 14: Řez štěrbinovou nádrží...33 obrázek 15: Blokové schéma ČOV Drnovice...37 SEZNAM TABULEK tabulka 1: Limitní hodnoty na odtoku z ČOV...37 tabulka 2: Porovnání účinnosti čištění - BSK tabulka 3: Porovnání účinnosti čištění - CHSK Cr...40 tabulka 4: Porovnání účinnosti čištění - NL...42 tabulka 5: Porovnání účinnosti čištění N-NH

9 9 1. Úvod Snaha vypouštět do životního prostředí co nejméně škodlivin vyvolává potřebu používání moderních čistírenských procesů. Z toho vyplývají stále přísnější požadavky na kvalitu vyčištěné vody u nás i v zahraničí. Pro tuto práci byly vybrány čistírny obcí s počtem obyvatel do Tímto počtem obyvatel se řadí do kategorie malých čistíren (do EO). U malých čistíren odpadních vod jsou rozhodujícími producenty zejména obytné domy a městská vybavenost. Produkovaná odpadní voda je převážně fekálního charakteru. Optimální účinnosti čištění odpadních vod u malých obcí lze dosáhnout pouze současným řešením systému stoková síť a čistírna odpadních vod. Systém by měl maximálně vyhovovat individuálním podmínkám dané lokality a měla by maximálně vystihovat i výhledový charakter zdrojů odpadní vody a požadavky životního prostředí. V bakalářské práci budou popsány jednotlivé druhy čištění odpadních vod (tradiční a alternativní), jednotlivé kroky čištění a technologie, která je k čištění využívána. Stručně bude popsáno uspořádání jednotlivých vybraných čistíren, tedy ČOV Drnovice a KČOV Osová Bítýška. Stále rostoucí požadavky na kvalitu vypouštěných odpadních vod nutí k vývoji nových čistírenských postupů a technologií. Obor čistírenství se v dnešní době rozvíjí velmi dynamicky. Vyžaduje proto neustálý kontakt odborníků s novými poznatky, kteří by jinak nebyli schopni tento rychlý vývoj sledovat.

10 10 2. Související legislativa 1. Zákon č. 254/2001 Sb. o vodách a změněn některých zákonů 2. Nařízení vlády č. 61/2003 Sb. o ukazatelích a hodnotách přípustného znečištění povrchových vod, náležitostech k vypouštění odpadních vod do vod povrchových a do kanalizace a o citlivých oblastech 3. Zákon č. 106/2005 Sb. o odpadech 4. Směrnice 91/271/EHS 5. Směrnice 86/278/EHS

11 11 3. Termíny použité v textu 1. Biochemická spotřeba kyslíku BSK vyjadřuje množství kyslíku, který je spotřebován mikroorganismy při biochemických pochodech na rozklad organických látek obsažených ve vodě za aerobních podmínek. Stanovení probíhá tak, že vzorek naředěný maximálně okysličenou čistou vodou je 5 dní skladován za stále teploty. Používá se označení BSK 5. Měří se koncentrace rozpuštěného kyslíku před a po zahájení pokusu. 2. Chemická spotřeba kyslíku vyjadřuje množství chemicky oxidovatelných organických látek obsažených ve vodě. Stanovení se provádí vařením vzorku s oxidačním činidlem po 2 hodiny pod zpětným chladičem. Měříme úbytek oxidačního činidla. Stanovení CHSK se používá pro rychlé určení celkové koncentrace znečištění. 3. Koncentrace nerozpuštěných látek NL vyjadřuje množství znečištění ve vodě, které lze zachytit fyzikálními postupy (tj. filtrace a sedimentace). Stanovujeme vážením filtru se zachycenými látkami po usušení vzorku do konstantní váhy. 4. Koncentrace rozpuštěných anorganických solí udává množství látek, které jsou mechanickými postupy čištění neodstranitelné (jedná se i o hůře biologicky rozložitelné látky). 5. Amoniakální dusík (N-NH 4 ) jedná se o nejrychleji stanovitelný podíl z celkového dusíku. Amoniakální dusík je i v malých koncentracích je jedovatý pro ryby. 6. Koncentrace celkového dusíku a fosforu informuje o tom, na kolik je vyčištěná voda v prostředí stabilní. Pokud je ve vyčištěné vodě obsaženo málo dusíku a fosforu, nemůže po odtoku vody z ČOV docházet k růstu rostlin a živočichů. Úbytek je proto důležitou informací o funkci ČOV. 7. ph vody vyjadřuje nakolik se složení vody liší od normální hodnoty (tj. ph=7) obsahem kyselin nebo zásad. Velmi vysoké nebo naopak i velmi nízké ph není pro proces čištění ani pro životní procesy ve vodě vhodný. ph je signálem změny kvality vody.

12 12 4. Historie čištění odpadních vod V dřívějších dobách nebylo znečištění vod odtékajících z domácností tak velké. Za domy byly většinou suché záchody, jejichž odpad se nakonec zlikvidoval spolu s odpadními produkty domácích zvířat, a to vyvezením na pole, kde tak nakonec posloužil jako skvělé přírodní hnojivo. Ostatní odpadní vody (např. z kuchyně) se také jednoduše vylily na zahrádku. Prvopočátky čištění odpadních vod lze nalézt již ve starověkém Řecku a Římě. V této době vznikaly první náznaky kanalizační soustavy. Odpadní vody byly svedeny do řek nebo vsakovány do země. Velký úpadek v odvádění odpadních vod nastal ve středověku. Společnost neměla snahu odpadní vody nikam odvádět a tak jí většina (i s ostatním domácím odpadem) končila přímo na ulicích, lidé se jimi museli brodit, což jen přispělo k šíření nemocí. Systematicky se začaly budovat stokové sítě až na přelomu 18. a 19. století, a to z počátku u vojenských areálů, a teprve později až u církevních staveb a nakonec u staveb veřejných (např.: radnice). Postupně jsou ve všech velkých evropských městech budovány odvodňovací systémy. Tím se sice zlepšily hygienické podmínky ve městech, ale na druhou stranu začalo hromadné znečišťování vodních toků. Po určitou dobu to nevadilo, přítok znečištěné vody nebyl tak velký, a tak se vodní toky dokázaly postarat o znečištění samy. Později se říční voda stala zdrojem pitné a průmyslové vody. V této době začalo vypouštění odpadní vody do recipientu vadit. Nejvíce se problémy se znečištěním vody projevily v Anglii, kde byla v té době největší koncentrace obyvatelstva a průmyslu ve velkých městech, což vedlo k častým epidemiím, např. cholery (60. léta 19. století). Tyto opakované požadavky na kvalitu pitné a průmyslové vody vedlo k nutnosti se kvalitou vody v řekách zabývat. V roce 1876 byl v Anglii vydám první zákon o ochraně toků před znečištěním (Rivers Pollution Prevention Act). Neměl však velký úspěch, protože nebyly přístupné příslušné technické prostředky na ochranu řek. To se změnilo roce 1898 založením Royal Commision on Sewage Disposal. Tato komise věnovala své úsilí do poznání faktorů ovlivňování kvality vody v tocích a vývoji a ověřování vznikajících čistírenských postupů. Díky této komisi byla v roce 1908 zavedena metoda pro hodnocení organického znečištění stanovením BSK (je používána dodnes). Dále snaha komise vyvrcholila v roce 1914

13 13 vynálezem aktivačního procesu. Bohužel se našla v Anglii firma, které se podařilo postup patentovat, a tak se nemohl dlouhou dobu rozšířit za hranice Anglie (po dobu trvání patentu, tj. do začátku 2. světové války). V Evropě se dále nejvíce rozvíjelo čistírenství zejména v Německu, kde působila celá řada anglických odborníků. Na území dnešní České republiky byl v roce 1883 zřízen Samostatný stavební úřad kanalizační a v roce 1888 byla ustanovena Kanalizační kancelář magistrátu města Prahy. V následujícím roce, tedy 1889, byla vypsána soutěž na odkanalizování historického centra Prahy a to jako mezinárodní a se současnou výstavbou čistírny odpadních vod. Stavba podle návrhu Sira Williama H. Lindleye byla uvedena do provozu v červnu roku Do projektu zahrnul jak historické jádro Prahy, tak i tehdejší pražská předměstí, což zaručilo nerušený rozvoj Prahy až do 2. poloviny 20. století. Současně byla vybudována i čistírna odpadních vod, čímž se Praha stala jednou z prvních metropolí, která disponovala nejen stokovou sítí, ale i následným čištěním odpadních vod. Vývoj českého čistírensví dále pokračuje i po 2. světové válce. V Praze v letech byla uvedena do provozu největší aktivační čistírna ve střední Evropě. Další úpravy v oblasti čistírenství byly u nás provedeny zákonem č. 138/1973 Sb., ve kterém je ošetřeno vypouštění odpadních vod ( 23), který poskytuje poskytuje základní právní rámec pro vypouštění odpadních vod dodnes. Čištění odpadních vod je i v dnešní době velmi aktuální téma. Z povinností, které nám vyplývají po vstupu do Evropské Unie, musíme vybudovat síť moderních čistíren odpadních vod i pro nejmenší obce do určitého data. Tento požadavek vychází se směrnice rady 91/271/EEC. Konkrétně do roku 2006 vybudovat čistírny odpadních vod u aglomerací nad EO a do roku 2010 u aglomerací nad EO. Je nutné se zmínit, že limity pro parametry, které musí splňovat odpadní voda po vyčištění jsou mnohdy přísnější než v ostatních státech EU. Čistírenství se i přes vyspělou technologii dnešní doby musí vypořádat s řadou problémů, které nastávají nebo mohou nastat. Jako příklad můžeme uvést neustále se zpřísňující nároky legislativy na ochranu vod před znečištěním. Se stále přísnějšími limity se musí srovnat všechny čistírny bez ohledu na to, zda mají k dispozici starou či novou technologii. Dále se musí provozovatelé vyrovnat se stálým růstem nákladů (provozní i investiční) tak, aby se ceny za čištění odpadních vod udržely v mezích, které budou pro obyvatelstvo únosné. Čištěním odpadních vod vzniká však další odpad čistírenské kaly. S těmi je nutno nakládat podle platné legislativy

14 14 (Zákon o odpadech). Je nutné si uvědomit, že zdroje znečištění závisí také na typu zástavby. Malé zdroje znečištění se velmi často nachází ve vodohospodářsky citlivých oblastech. Jako jeden z posledních problémů v oblasti dnešního čistírenství by mohlo být jmenováno těžké získávání vysoce kvalifikované obsluhy pro čistírny odpadních vod např.: z důvodu malé atraktivity pracovního prostředí. O tom, jak bude čistící proces úspěšný, rozhoduje nejen dostupná technologie, ale ve velké míře také kvalita a složení odpadní vody. Odpadní vody můžeme rozdělit podle původu na vody splaškové, průmyslové, srážkové a balastní. Kvalita odpadní vody je určena složením jejích jednotlivých částí. Toto složení není vždy shodné a také poměr není stálý, proto dochází ke značné variabilitě složení městské odpadní vody. Také kvalita jednotlivých částí odpadní vody je značně proměnlivá. Díky průmyslovému znečištění může dojít ke značnému zvýšení koncentrace určitých látek. Balastní vody mohou naopak městské odpadní vody nařeďovat. Nejdůležitějším ukazatelem pro posouzení kvality městské odpadní vody je biologická spotřeba kyslíku BSK. Za další významnou vlastnost odpadní vody je považována její teplota, která je v našem pásmu C. V průběhu dne není kolísání teplot výrazné, problémy však mohou nastat v zimních měsících, kdy díky nízkým teplotám dochází ke zpomalení biochemických reakcí a dále mohou způsobit provozní problémy na čistírně (namrzání zařízení). Splaškové odpadní vody jsou vody vypouštěné do městské kanalizace z bytů a obytných domů. Dále k nim patří odpadní vody z městské vybavenosti (školy, restaurace,...), které mají charakter odpadních vod od obyvatel. Splaškové vody jsou složeny z pitné vody, produkty metabolizmu a produkty činnosti v domácnostech, které jsou splachovány do kanalizace (prací prostředky, zbytky jídel atd.). Průmyslové odpadní vody jsou vypouštěny do městské kanalizace z průmyslových závodů a výroben, mohou být předčištěny v závodě (jsou zbaveny toxických a jinak škodlivých látek, které nesmí přijít do veřejné kanalizace). Do této skupina patří i odpadní vody ze zemědělství. Obsahově jsou podobné vodám splaškovým, jsou složeny z vod srážkových, chladících a vod technologických. Srážkové odpadní vody jsou odváděny jednotnou kanalizací. Jejich množství závisí na velikosti odvodňované plochy, její kvalitě a na intenzitě srážek. Tvoří je déšť a tající sníh. Způsobují naředění městských vod. Balastní vody by neměly být obsahem veřejné kanalizace, jelikož ve skutečnosti nejsou vodami odpadními. Dostávají se však do kanalizace netěsnostmi potrubí. Zahrnují vody

15 15 podzemní a povrchové. Většinou jsou málo znečištěné. Mohou také způsobit velké naředění městských odpadních vod a způsobit tak problémy při biologickém čištění na ČOV díky nízké koncentraci znečištění. Problémy po vyčištění odpadní vody může dále způsobovat dusík N, fosfor P, mikroznečištění atd. (fosfátové prací prášky, antibiotika, hormony aj.)

16 16 5. Tradiční čistírny odpadních vod Podle zákona č. 254/2001 Sb. O vodách jsou za odpadní vody považovány vody použité v obytných, zemědělských, průmyslových, zdravotnických a jiných stavbách, zařízeních nebo také dopravních prostředcích, které mají po použití změněnou jakost. Patří sem i jiné vody z nich odtékající, pokud mohou ohrozit jakost podzemních nebo povrchových vod. Tradiční čistírny odpadních vod nazýváme též mechanické či mechanicko-biologické. Principem čištění odpadních vod na těchto čistírnách je využití odpadní vody jako substrátu pro růst biomasy o vysoké koncentraci a nízké růstové rychlosti. Snažíme se o napodobení, usměrnění a zintenzivnění procesů a pochodů samočištění, které se jinak vyskytují v přirozeném vodním prostředí. Tento proces vychází z principu oxidačně-redukčních reakcí. Tyto reakce se dříve dělily podle oxidačně-redukčního potenciálu na oblast aerobní a anaerobní. Čistící metody se však neustále vyvíjí, a proto existuje novější dělení na tři fáze, a to fáze oxická, anoxická a anaerobní. Při oxické fázi je přítomen kyslík, který je konečným akceptorem elektronů. V této fázi probíhá hlavně oxidace organických látek, ale také současně nitrifikace. V anoxické fázi není přítomen volně rozpuštěný kyslík, ale místo něj jsou přítomny dusitany a dusičnany. Konečným akceptorem elektronů je jejich dusík. Proto při oxidaci organických látek dochází k denitrifikaci. Při anaerobní fázi není přítomen ani kyslík ani oxické sloučeniny dusíku. Konečným akceptorem elektronů se stává vlastní organická látka, která je z části oxidována a z části redukována. Probíhá tedy anaerobní acidogeneze, acetogeneze a methanogeneze. Tyto pochody jsou tedy pouze soustředěny do menších prostor a podmínky jejich průběhu jsou uměle podporovány. Čistírna musí být uzpůsobena druhu a vlastnostem odpadní vody, tj. hlavnímu typu znečištění. Proces čištění na čistírně odpadních vod je zpravidla několikastupňový. Technologická linka čistírny odpadních vod se skládá z ochranné části čistírny, mechanického stupně čištění, biologického stupně čištění, kalového hospodářství a případného dočišťovacího stupně. Po vyčištění odpadních vod je třeba se dále zabývat zneškodněním kalů, vznikajících při čištění a dalších koncentrací látek vznikajících při předčištění (shrabky, písek, štěrk, ). Řešení a popis těchto postupů však není předmětem této práce.

17 17 Čistírny můžeme dělit dle velikosti na malé, střední a velké (dle počtu obyvatel malé do EO, střední nad EO a velké nad EO). Podle velikosti čistírny se také volí uspořádání technologie pro jednotlivé kroky čistícího procesu. obrázek 1: Technologické schéma velké čistírny odpadních vod česle 2. lapák písku 3. čerpací stanice 5 4. dávkování chemikálií 5. diskontinuální reaktor 6. zahušťovací nádrž kalu 7 6 voda kal kalová voda 7. skladovací nádrž kalu obrázek 2: Technologické schéma čistírny odpadních vod pro 5000 EO

18 Mechanické předčištění V přírodě dochází k zachycování nerozpuštěných plovoucích nebo velmi objemných na přírodních překážkách (zde se nahromaděné látky samovolně biologicky rozkládají). Ostatní nerozpuštěné látky, které nejsou zachyceny, pozvolna sedimentují a k jejich rozkladu dochází většinou anaerobním způsobem v bahnitých usazeninách. Na čistírně odpadních vod dochází pouze ke zitenzivnění těchto přírodních procesů. Mechanické předčištění tvoří ochrannou část čistírny, která slouží k odstranění takových látek, které by mohly svým množstvím nebo velikostí narušit proces mechanického nebo biologického čištění odpadních vod. Tyto látky tvoří podstatnou část znečištění odpadních vod. Tato fáze čištění je nazývána fází primární. Jedná se zejména o odstranění zředěné odpadní vody z dešťových přívalů, nejhrubší nečistoty, nebo také snadno sedimentující anorganické látky (např.: písek), které byly spláchnuty do kanalizace. Produkce znečištění na 1 EO tvoří cca 55 g nerozpuštěných látek za den. Z toho sedimentovatelných látek je cca 40 g. Odstraněním těchto nerozpuštěných látek snížíme organické znečištění, vyjádřené v BSK, přibližně o 30 %. Na každé čistírně by proto měly být součástí předčištění dešťový oddělovač, česle a lapák písku. Na větších či lépe vybavených čistírnách odpadních vod jsou dále lapáky štěrku, lapáky tuků a olejů, lapáky plovoucích nečistot a dešťová zdrž Česle Česle slouží na čistírně odpadních vod k zachycení hrubých nečistot v přitékající odpadní vodě. Zachycují zpravidla papír, hadry, guma, zbytky ovoce a zeleniny, větve, nerozpadlé fekálie a jiné složky domovního odpadu. Shrabky jsou hygienicky nebezpečné, mohou obsahovat zárodky lidských i zvířecích parazitů a také patogenní mikroorganismy. Shrabky mají také nestejnoměrnou schopnost zahnívání a proto se nehodí ke kompostování. Česle tvoří česlová mříž, která se dále skládá z česlic. Ty mají obvykle kruhový nebo obdélníkový průřez. Ve spodní části jsou česlice spojeny výztuhou. Optimální sklon česlové mříže je 45. Vzdálenost mezi česlicemi se pohybují v rozmezí mm.

19 19 Podle vzdálenosti mezi česlicemi rozdělujeme česle hrubé ( mm), střední (20 40 mm) a jemné (3-20 mm). Podle mechanismu je dělíme na ručně stírané (dnes se vyskytují jen výjimečně) a strojně stírané. Součástí česlí by měl být lis na shrabky a přístroj na propírání shrabků. obrázek 3: Ručně stírané česle Lapák písku Písek se dostává do kanalizace s deštěm. Písek je nežádoucí při biologickém stupni čištění a také v kalovém hospodářství. Lapák písku využívá rozdíly hustot a gravitační síly. Písek má hustotu kolem kg/m 3. Rychlost průtoku vody v lapáku písku je díky rozšíření průtočného kanálu značně snížena a tím může dojít k postupnému usazování písku na dně kanálu. U velkých čistíren jsou lapáky strojně stírané zařízení shrnuje písek do jímky, odkud musí být těžen. Součástí lapáku může být pračka písku. Lapák písku může současně sloužit i k odstraňování plovoucích látek (tuky a oleje). Po zpomalení prodění začnou tyto lehké látky vzplývat na hladinu. Tuky z hladiny jsou pak stírány hladinovou lištou do žlabu. Zachycené tuky jsou dále zpracovány v kalovém hospodářství.

20 20 obrázek 4: Vertikální lapák písku obrázek 5: Dvoukomorový lapák písku s horizontálním průtokem Lapáky tuků a olejů Odlučování látek lehčích než voda funguje na stejném principu jako separace látek těžších než voda v usazovacích nádržích. Postupuje se tak, že se odpadní voda přivádí ke dnu separační nádrže, průtoková rychlost je snížená, látky lehčí než voda pomalu stoupají k hladině, na které se hromadí a jsou následně stírány ručním nebo strojním způsobem do žlabu. Nádrže se staví poměrně mělké, na rozdíl od nádrží usazovacích, s hloubkou kolem 1 m. Problémy mohou způsobit u biologických filtrů, jsou-li u biologické části čistírny, kde způsobují jejich postupné zanášení Usazovací nádrže Usazovací nádrže jsou zařízení sloužící ke gravitační separaci suspendovaných látek, které jsou obsaženy v odpadní vodě. Podle způsobu zařazení na technologické lince je dělíme na primární a sekundární. Primární usazovací nádrže slouží k separaci suspendovaných částic o velikosti menší než 0,2 mm z odpadní vody, které jsou schopny sedimentovat, a tvoří tak součást

21 21 mechanického předčištění. Po odstranění tvoří primární kal. Cílem tohoto čištění je dosáhnout co nejmenší koncentrace nerozpuštěných látek na odtoku z usazovací nádrže. Sekundární usazovací nádrže používáme k separaci kalu při biologické části čištění a jsou nazývány nádržemi dosazovacími. Podle tvaru nádrže a způsobu průtoku v ní dělíme usazovací nádrže na pravoúhlé s horizontálním průtokem, kruhové s horizontálním průtokem, kruhové s vertikálním průtokem a štěrbinové usazovací nádrže. Usazovací nádrže by měly být vybaveny vtokovým objektem usměrňujícím vtok tak, aby nenarušoval laminární proudění v usazovacím prostoru, dále odtokový žlab, který může být umístěn buď na obvodu nádrže u kruhových usazovacích nádrží nebo na konci nádrže u pravoúhlých typů. Pro dimenzování usazovacích nádrží je nutné se řídit povrchovým hydraulickým zatížením a teoretickou dobou zdržení. obrázek 6: Kruhová usazovací nádrž s horizontálním průtokem obrázek 7: Pravoúhlá usazovací nádrž s horizontálním průtokem

22 Biologické čištění Biologické čištění slouží k odstranění znečišťujích látek, které nejsou schopny sedimentace. Mohou být buď v rozpuštěné formě nebo jsou rozptýleny. Biologické čištění tvoří sekundární stupeň na čistírnách odpadních vod. Jak už bylo dříve řečeno, základní princip biologického čištění vychází z biochemických oxidačně-redukčních reakcí, při kterých se snažíme napodobit a zintenzivnit pochody přirozeně probíhající v přírodě. Dochází k dělení biologických pochodů na oblast oxickou, anoxickou a anaerobní pomocí konečného akceptoru elektronů a s tím souvisejících hladin oxidačně-redukčních potenciálů. V oxické fázi neboli kyslíkaté se stává konečným akceptorem elektronů kyslík rozpuštěný v odpadní vodě. Probíhají zde oxidace organických látek a nitrifikace. V anoxické fázi, též bezkyslíkaté, je konečným akceptorem dusík, a to konkrétně dusitanový a dusičnanový, probíhá denitrifikace. Není přítomen volně rozpuštěný kyslík. Při anaerobní fázi se stává konečným akceptorem vlastní organická látka. Část molekuly organické látky je při procesu redukována a část oxidována. Není přítomen volný kyslík ani oxické sloučeniny dusíku. Technologické postupy využívané při biologickém čištění odpadních vod můžeme rozdělit na přirozené, které napodobují přírodní podmínky, a na umělé, jenž probíhají v reaktorech. Umělé způsoby můžeme dále rozdělit na procesy s biomasou ve vznosu, tj. aktivace, na procesy s biomasou přisedlou, tj. biofilmové reaktory a stabilizační nádrže. Nejčastěji je při biologickém čištění využíváno aktivace Aktivační proces Principem je tvorba aktivovaného kalu v provzdušňované aktivační nádrži. Celý proces probíhá ve dvou částech. První část tvoří vlastní aktivační nádrž (tj. biologická jednotka), po které následuje druhá část tvořená dosazovací nádrží (tj. separační jednotka). Celý děj probíhá tak, že do aktivační nádrže přitéká mechanicky předčištěná odpadní voda, která je zde míšena s recirkulovaným kalem a je současně intenzivně provzdušňována a míchána. K provzdušňování dochází buď pomocí vhánění stlačeného vzduchu (případně i čistého kyslíku) nebo pomocí mechanických aerátorů. K promíchávání slouží speciální míchadla nebo čerpadla. Po dostatečně dlouhé době styku odpadní vody s aktivovaným kalem

23 23 v aktivační nádrží je voda vedena do dosazovací nádrže, kde se aktivovaný kal separuje od vyčištěné vody. Během aktivačního procesu kalu neustále přibývá díky syntetickým pochodům (mikroorganismy získávají energii a množí se). Část kalu je recirkulována zpět do aktivační nádrže (zde zajišťuje vyšší obsah biomasy) a zbylý kal je odstraněn jako přebytečný. Z dosazovací nádrže pak již odtéká vyčištěná voda, která by měla vyhovovat požadovaným parametrům, aby mohla být vypuštěna zpět do vodních toků. V aktivační nádrži probíhá několik procesů. Jsou to biologická oxidace organického substrátu, nitrifikace, denitrifikace a biologický rozklad fosforu, nebo jeho chemické srážení Aktivovaný kal Aktivovaný kal je shlukem bakterií (směsná kultura) ve formě zoolegií. Zejména se jedná o bakterie rodů Pseudomonas, Flavobacterium, Micrococcus aj. Kromě bakterií mohou být v malé míře zastoupeny také plísně, houby a kvasinky, a také vyšší organismy, např.: protozoa, vířníci nebo hlístice. Složení aktivovaného kalu závisí na substrátu, na kterém byl kal vypěstován. Dále je závislé na technologických parametrech použitých v procesu aktivace (doba zdržení v aktivační nádrži, stáří kalu, objemové zatížení, zatížení kalu, kalový index). Zajistíme-li vhodné podmínky, získáme aktivovaný kal ve formě dobře sedimentujících vloček. To zajistí čirý odtok vyčištěné odpadní vody a dostatečně zahuštěný aktivovaný kal k recirkulaci. Při nedodržení vodných podmínek nedochází k bioflokulaci. K bioflokulaci dochází bytněním buněčné blány, která je způsobena tvorbou extracelulárních polymerů. S růstem stáří aktivovaného kalu 1 5 dní dochází k růstu hmotnostního zastoupení polymerů od 1 % do 6 %. U staršího kalu se již procentické zastoupení polymerů v kalu zvyšuje jen minimálně nebo vůbec. Tyto polymery působí jako organické flokulanty a způsobují tak seskupování (shlukování) bakterií do vloček aktivovaného kalu. Zajistíme-li vhodné podmínky, získáme aktivovaný kal ve formě dobře sedimentujících vloček. To zajistí čirý odtok vyčištěné odpadní vody a dostatečně zahuštěný aktivovaný kal k recirkulaci. Při nedodržení vodných podmínek nedochází k bioflokulaci.

24 Růst a množení mikroorganismů Mikroorganismy jsou schopny rozkládat pouze organické biologicky rozložitelné látky, které mohou využít jako substrát. Část organických látek z odpadní vody oxidují na CO 2 a H 2 O a část využijí na syntézu nových buněk. Syntéza se tedy navenek projeví zvýšením počtu mikroorganismů a zvýšením hmotnosti biomasy. Rozdělujeme tedy pojmy růst a rozmnožování. K růstu dochází zvýšením koncentrace biomasy, avšak nemusí dojít k dělení buněk (k rozmnožování). Celkem máme 6 fází růstu mikroorganismů. První je lagová fáze, kdy je rychlost růstu nulová. Následuje fáze zrychleného růstu, dochází ke zvýšení rychlosti růstu a na konci této fáze dosahuje rychlost růstu maxima. Třetí je exponenciální fáze. Rychlost růstu je maximální a konstantní až do doby, než koncentrace substrátu klese na limitující hodnotu. Poté nastává fáze zpomaleného růstu, u které růstová rychlost pozvolna klesá až na nulu. Jako pátá v pořadí je stacionární fáze, kdy rychlost růstu je nulová, substrát je vyčerpán. Růst zakončuje fáze poklesu. Nedostatek potravy způsobuje odumírání mikroorganismů a jejich pozvolný rozklad. Klesá tak počet mikroorganismů a tím i jejich hmotnost Nitrifikace Nitrifikací rozumíme biochemickou oxidaci amoniakálního dusíku na dusitany a dusičnany. V oxických podmínkách probíhá snadno pomocí nitrifikačních bakterií. Nitrifikace probíhá ve dvou fázích, nitritace a nitratace. Prvním stupněm je oxidace amoniakálního dusíku na dusitany (tj. nitritace). K nitrataci dochází pomocí bakterií rodu Nitrosomonas. Oxidací amoniakálního dusíku získávají malé množství energie. Nitratace je oxidace dusitanů na dusičnany a je způsobena bakteriemi rodu Nitrobacter. + 2 NH O2 2 NO2 + 2 H + 2 H 2O 2 NO NO [2] 2 + O NH O2 NO3 + H + H 2O Je důležité dodávat dostatečné množství kyslíku, aby v procesu nitrifikace nedošlo k jeho spotřebování. Uvolňování H + [1] [3] iontů vede k okyselení prostředí (snížení ph). Optimální ph pro nitrifikaci se pohybuje v rozmezí 7 8,5. Snížení ph až pod hodnotu 6 vede k zastavení probíhajících reakcí. Snižování ph je tedy nutno kompenzovat. Nejčastěji se používá přídavek vápna nebo sody. Růstovou rychlost nitirfikačních bakterií ovlivňuje i teplota. S rostoucí teplotou roste produkce dusičnanů.

25 Denitrifikace Denitrifikací rozumíme biochemickou redukci dusičnanů na oxidy dusíku a na elementární dusík, který je uvolňován do ovzduší. Snadno probíhá v anoxických podmínkách za účasti striktně anaerobních nebo fakultativně anaerobních mikroorganismů. NO [4] 3 NO 2 NO N 2O N 2 Denitrifikace by měla následovat po nitrifikaci, pro odstranění dusičnanů. Pokud by denitrifikace nebyla zařazena, docházelo by v dosazovací nádrži ke spontánní denitrifikaci. Ta by měla za následek změnu podmínek z aerobních na anoxické. Uvolňovaný plynný dusík by směřoval k hladině a odnášek tak s sebou i vločky kalu, které by se dostaly do odtoku. Také by při neproběhnutí denitrifikace došlo pouze ke změně formy dusíku (z amoniakálního na dusičnanový) a tím by koncentrace celkového dusíku byla téměř stejná na odtoku jako na přítoku. To je nežádoucí stav. Současně je pro denitrifikaci nutné dodávat zdroj energie a uhlíku. Dodáváme tzv. organický substrát, který je při denitrifikaci oxidován. Substrát může být interní nebo externí. Interním substrátem mohou být organické látky obsažené v přitékající odpadní vodě a vratný kal. Externí substrát jsou uměle dodávané biologicky snadno rozložitelné látky, zejména methanol, kyselina octová, škrob apod.. 5 CH 3 OH + 6 NO3 5 CO2 + 3 N H 2O + 6 OH [5] Vznikající hydroxidové ionty způsobují alkalizaci prostředí (tj. zvýšení ph), která je výhodná po předchozím snížení ph způsobeném nitrifikací. Optimální hodnota ph pro denitrifikaci se pohybuje v rozmezí 6 9, což je mnohem širší rozmezí než je u předcházející nitrifikace. Denitrifikace tudíž není tak citlivá na změny ph Odstraňování fosforu Fosfor je důležitou živinou pro nižší i vyšší organismy, které ho přeměňují na organicky vázaný fosfor. Ten se po úhynu organismů uvolňuje zpět do prostředí. Fosfor je využíván nejvíce při růstu vodních zelených rostlin. U požadavků na pitnou vodu se nezohledňuje, protože je zdravotně nezávadný. Fosfor vyskytující se ve vodách se dělí na rozpuštěný, nerozpuštěný a na organicky a anorganicky vázaný. V praxi rozlišujeme zejména tři formy fosforu, a to orthofosforečnany, polyfosforečnany a organicky vázaný fosfor. Součtem těchto forem získáme celkový fosfor.

26 26 Polyfosforečnany jsou komplexní sloučeniny, které vážou vápenaté, hořečnaté, železnaté a manganaté kationty. Tyto kationty jinak tvoří ve vodě nerozpustné sraženiny. Komplexotvorná vlastnost polyfosforečnanů je využívána u pracích prostředků. Ve stokové síti se polyfosforečnany rychle mění na orthofosforečnany. Organicky vázaný fosfor se dostává do vod při rozkladu živočišných odpadů a sedimentací fytoplanktonní a zooplanktonní hmoty, které se ukládají na dně nádrží a vodních toků. Dochází k uvolňování fosforu. Zdroj fosforu ve vodách tvoří zejména fosforečná hnojiva, odpadní vody z prádelen a splaškové odpadní vody spolu s živočišnými odpady. Na čistírně odpadních vod s klasickou technologií lze dosáhnout snížení obsahu fosforu o max. 30 %. Fosfor je spotřebováván při růstu mikroorganismů v biomase, v aktivovaném kalu je zastoupen 1 2 %. Pokud chceme docílit větší míry odbourání fosforu, je vhodné použít chemické nebo biologické odstraňování fosforu. Nejčastěji využívanou chemickou metodou odstraňování fosforu je srážení. Při srážení je rozpuštěný organický fosfor převáděn na málo rozpustné fosforečnany kovů se současnou tvorbou hydroxidů kovů. Vznikají vločky, které jsou schopny tento fosfor vázat. Současně probíhá odstranění organických látek s nerozpuštěnými látkami. Tento proces nazýváme koagulace. Přidané chemické látky nazýváme koagulanty. To mohou být soli železa, hliníku nebo vápno (při použití vápna je nutná neutralizace). Výsledkem jsou sraženiny různého složení. Při biologickém čištění dochází k odstranění fosforu činností biomasy a následnou adsorpcí na vločky aktivovaného kalu. Fosfor je pak odváděn spolu s přebytečným kalem. Při navození vhodných podmínek je možno dosáhnout zvýšeného odbourávání fosforu. V aktivovaném kalu jsou to především tzv. poly-p bakterie (zejména rodu Acinetobacter), které jsou schopny akumulovat polyfosforečnany. Podmínkou pro zvýšené odstraňování je střídání aerobních a anaerobních podmínek. Poly-P bakterie jsou schopny za anaerobních podmínek akumulovat nízkomolekulární látky a ukládat je do svých buněk jako zásobní látky. Energie je získávána rozkladem polyfosforečnanů, do okolní vody jsou následně uvolňovány orthofosforečnany. Naopak v aerobním prostředí dochází u poly-p bakterií k oxidaci zásobních látek, uvolnění emergie a akumulaci orthofosforečnanů v buňkách bakterií. Zde se opět přeměňují na zásobní polyfosforečnany. Část energie se současně spotřebuje na tvorbu nových buněk. V aerobních podmínkách

27 27 je v poly-p bakteriích akumulováno více fosforu než při vstupu do aerobního prostředí. Tím je určitá část fosforu odstraňována Dosazovací nádrže Funkce dosazovacích nádrží spočívá v separaci aktivovaného kalu od vyčištěné vody. Dále slouží k zahušťování separovaného kalu a jeho akumulace. Dosazovací nádrže jsou řazeny jako poslední krok biologického čištění k dosažení kvalitního odtoku s nízkou koncentrací organického znečištění a suspendovaných látek z čistírny odpadních vod. Pro dimenzování dosazovacích nádrží je důležité znát hydraulické zatížení, tvar nádrže, vnitřní vybavení nádrže, místní podmínky a vlastnosti aktivovaného kalu. Podmínky, které vytvoříme v aktivační nádrži pak ovlivňují sedimentační, zahušťovací a flokulační vlastnosti aktivovaného kalu. Jsou známy tři typy dosazovacích nádrží. Kruhové, pravoúhlé a vertikální. Nejvíce rozšířené jsou kruhové a pravoúhlé dosazovací nádrže. Kruhové nádrže mohou být s radiálním nebo vertikálním průtokem.

28 28 6. Alternativní čistírny odpadních vod Alternativní čistírny odpadních vod nazýváme čistírny kořenové nebo také vegetační. Kořenové čistírny využívají uměle založených mokřadů, které napodobují mokřady přirozené. Původně se odpadní vody vypouštěly do přirozených mokřadů, avšak nekontrolované vypouštěné vedlo k jejich devastaci. Umělé mokřady jsou vytvořené komplexy zvodnělého nebo mělce zaplaveného zemního lože. Dále jsou zde vysázeny plovoucí, ponořené nebo vynořené rostliny, s osídlením živočichy. Rostliny, které se používají k osázení umělých mokřadů, jsou takové, které jsou schopny žít v zamokřené půdě (anaerobní prostředí). Pro výstavbu kořenové čistírny je nutné mít k dispozici dostatečně velkou volnou plochu, na které by mohl být umělý mokřad vybudován. Obvykle se uvádí 5-10 m 2 /1EO. Dále se musí posoudit vhodnost umístění (spádové poměry). Výhodou je, že při vzrůstajícím zatížení je možné rozšířit stávající čistírnu o další kořenový filtr. Dalším důležitým faktorem, který je nutný před výstavbou kořenové čistírny zvážit je, jaká voda bude čištěna, přesněji, jaké látky se v ní mohou být obsaženy a v jakém množství. Kořenové čistírny se například nehodí pro silně znečištěné průmyslové vody, pokud před vlastním přítokem na čistírnu nebudou řádně předčištěny. Důležité je zajistit dokonalé těsnění čistírny, aby nedocházelo k průsakům do podzemních vod. Většinou se používá PVC fólie nebo fólie z PE o tloušťce 0,5 2 mm. Je dobré chránit fólii z obou stran geotextílií proti proražení. obrázek 8: Podélný řez vegetační (kořenovou) čistírnou

29 Přirozené mokřady Mokřady jsou definovány jako přechodné přírodní útvary, prostorově leží mezi suchou zemí a volnou vodou. Protože hranice přirozeného mokřadu lze jen těžce určit, prakticky neexistuje přesná definice, která by mokřady popisovala. Mokřad můžeme tedy charakterizovat jako území, kde hlavním faktorem je saturace půdy vodou. Tento faktor následně určuje povahu půdy a druhy fauny a flóry tam žijící. Mokřady můžeme tedy charakterizovat pomocí několika základních faktorů, a to vegetací, půdou a hydrologií. Vegetační rostliny dělíme na ponořené rostliny, rostliny s plovoucími listy a volně plovoucí rostliny. Všechny mokřadní rostliny mají kořeny přizpůsobené anoxickému prostředí. Půda v mokřadech je většinou definována jako hydrická. Hydrické půdy jsou takové, které jsou saturovány nebo zaplaveny vodou dostatečně dlouhou dobu pro vytvoření anaerobních podmínek podporujících růst mokřadní vegetace. Hydrologie zahrnuje charakteristiky oblastí, které jsou periodicky zaplavovány. Tyto oblasti mají půdy saturované až k povrchu během vegetačního období. Hydrologie tak vytváří podmínky, které tvoří mokřady odlišné od suchozemských oblastí a oblastí vodních s velkou hloubkou vody. Hydrologie ovlivňuje biochemii půd a složení mokřadní vegetace Umělé mokřady Umělé mokřady jsou vytvořené komplexy zvodnělého nebo mělce zaplaveného zemního lože s plovoucí, ponořenou nebo vynořenou vegetací, živočichy a vodou. Napodobují přirozené mokřady pro využití v praxi čistírenství. Umělé mokřady dělíme podle použité vegetace na mokřady s plovoucími rostlinami, mokřady s ponořenými (submerzními) rostlinami a mokřady s rostlinami vynořenými (emerzními). V praxi lze využít kombinaci těchto systémů Umělé mokřady s plovoucími rostlinami Tyto mokřady jsou osázeny většinou vodními hyacinty nebo rostlinami z čeledi okřehkovitých. Jsou dva druhy systémů využívající vodní hyacint. Prvním jsou dočišťovací systémy zaměřené na odstraňování živin, které jsou obsaženy v biomase. Druhým systémem je kombinované sekundární a terciární čištění pro odstranění organického

30 30 a minerálního znečištění. Mokřadní systémy využívající vodní hyacint snáší velké zatížení. Optimální hloubka vody je cm. Tyto systémy dobře pracuji v tropickém a subtropickém pásmu, při teplotách pod 10 C je výrazně omezen růst hyacintu. obrázek 9: Schéma mokřadu s plovoucími rostlinami Umělé mokřady s ponořenými rostlinami Ponořené rostliny přijímají živiny zejména kořenovým systémem ze sedimentů, protože fotosyntetické orgány mají zcela ponořené. Jsou však schopny asimilovat i živiny z vody. Tyto rostliny jsou však schopné žít pouze v dobře okysličených vodách. Nehodí se tedy pro čištění odpadních vod s vysokým obsahem lehce rozložitelných organických látek. Jejich využití je proto omezeno především na dočišťování, jako poslední část kombinovaných mokřadních systémů. obrázek 10: Schéma mokřadu s ponořenými rostlinami Umělé mokřady s vynořenými rostlinami Umělé mokřady s vynořenými rostlinami se dělí do tří hlavních skupin. Mokřady s povrchovým tokem, mokřady s podpovrchovým horizontálním tokem a mokřady s podpovrchovým vertikálním tokem.

31 Umělé mokřady s povrchovým tokem Čištění odpadních vod probíhá průtokem odpadní vody hustým porostem mokřadní vegetace rostoucí v málo propustném substrátu. Působením mikroorganismů rostoucích na ponořených částech rostlin a tlejících zbytcích rostlin dochází k čištění odpadní vody. Tyto systémy však nejsou nepropustně odděleny od podloží, proto může dojít ke značnému průsaku čištěné vody do vod podzemních. Vysokou účinnost čištění vykazují především pro organické a nerozpuštěné látky. Nižší účinnosti čištění je dosahováno při odstraňování dusíku a fosforu díky malému kontaktu odpadní vody půdou. obrázek 11: Schéma umělého mokřadu s povrchovým tokem Umělé mokřady s podpovrchovým horizontálním tokem Principem je horizontální průtok odpadní vody propustným substrátem osázeným mokřadními rostlinami. Dochází k vysokému stupni vyčištění od organických a nerozpustných látek. Tento systém není určen speciálně pro odstraňování dusíku a fosforu, proto je i zde nižší účinnost vyčištění od dusíku a fosforu. obrázek 12: Schéma umělého mokřadu s podpovrchovým horizontálním tokem Umělé mokřady s podpovrchovým vertikálním tokem Na povrch lože osázeného mokřadními rostlinami je přerušovaně přiváděna odpadní voda. Poté voda prosakuje postupně vrstvami štěrku a písku. Na dně je sbírána drenážními trubkami a odváděna ze systému. Pro tento systém je nutné vybudovat několik paralelních loží, které jsou střídavě zaplavovány. Střídání fází zaplavování a vysoušení vede

32 32 ke střídání oxidačních a redukčních podmínek, které jsou vhodné pro nitrifikaci, denitrifikaci a adsorpci fosforu. Účinnost tohoto systému bývá poměrně vysoká i při relativně malé specifické ploše (1 m 2 /EO). Doporučuje se používat kombinaci mokřadů s horizontálním a vertikálním průtokem. obrázek 13: Schéma umělého mokřadu s podpovrchovým vertikálním tokem 6.3. Mechanické předčištění U kořenových čistíren je mechanické předčištění velmi důležité, aby nedocházelo k zanášení kořenového pole. Pro velmi malé zdroje znečištění (tj. pro méně než 50 EO) je možné pro předčištění použít pouze septik. Pro malé zdroje znečištění postačí prostá sedimentační nádrž. U větších zdrojů znečištění se používá kombinace česlí a štěrbinové nádrže. Při této kombinaci předčištění je nutné mít zajištěné pravidelné odčerpáváni kalu ze štěrbinové nádrže. Pokud je odpadní voda přiváděna jednotnou kanalizací je nutné při předčištění zařadit i lapák písku. plyny odvětráno průtočný prostor štěrbina dolů propadnou tuhé látky nahoru nesmí propustit plyny kalový vyhnívací prostor obrázek 14: Řez štěrbinovou nádrží

33 Konfigurace čistírny Dříve se budovaly kořenové čistírny pouze s jedním kořenovým polem. Nebral se ohled na velikost plochy. Vznikaly proto problémy s rozvodem odpadní vody na celou plochu kořenového pole. Dnes je využívána celá řada variant konfigurace kořenových polí. Při paralelním uspořádáním kořenových ploch je průtok rovnoměrně rozdělen do jednotlivých ploch. V případě výpadku jedné plochy, zůstávají ostatní v provozu. Sériově zapojené plochy mohou využívat různé druhy substrátů. Druhý stupeň může sloužit jako dočištění. Je vhodné mít zajištěnou možnost přítoku odpadní vody na každé pole samostatně. Dalšími způsoby je zapojení paralelních ploch v sérii nebo série ploch zapojené paralelně Mokřadní vegetace Rostliny v kořenových čistírnách mají velký význam. Za jejich nejdůležitější funkci můžeme považovat transport kyslíku do filtračního lože. Dále zateplují povrch kořenové čistírny, což je v chladnějších oblastech velmi důležité. Podzemní části rostlin slouží jako podklad pro růst různých druhů bakterií. Pro denitrifikaci poskytují rostliny organický uhlík. Existuje mnoho druhů mokřadních rostlin, které je možno v kořenových čistírnách využít, v praxi je však využíváno jen několik druhů Rákos obecný Rákos je vytrvalá tráva. V našich podmínkách dosahuje výšky až 4 m. řadí se tak mezi naše nejvyšší trávy. V teplejších oblastech může dorůstat délky i více jak 6 m. zakořeňuje mohutným plazivým oddenkem a kořeny prorůstajícími do značných hloubek (0,6 0,7 m, někdy až 1,5 m). Rozmnožování probíhá velmi intenzivně buď pomocí podzemních oddenků nebo nadzemních stolonů. Až na výjimku několika oblastí se vyskytuje po celém světě Chrastice rákosovitá Vytrvalá bylina, která dorůstá do výšky až 3 m. kořenový systém prorůstá do hloubky 0,2 0,3 m, výjimečně do 0,5 m. Rychle se rozmnožuje semeny, výhony a oddenky. Je tolerantní k promrzání i znečištění, ph má poměrně úzké rozmezí (6,1 7,5).

34 Zblochan vodní Je mohutná tráva dosahující výšky 3 m. Zakořeňuje plazivými oddenky. Zblochan vodní má poměrně dlouhé vegetační období. Při mírných zimách nemusí dojít k přerušení vegetace Orobinec úzkolistý a širokolistý Jsou trvalé byliny, které dorůstají do výšky až 4 m. Rozmnožují se rychle oddenky i semeny. Jsou tolerantní ke znečištění, tolerují i široké rozmezí ph (2 10). Vyskytuje se po celém světě Skřípec jezerní Dorůstá do výšky 3,5 m. zakořeňuje plazivým oddenkem s hustou sítí kořenů prorůstající do hloubky až 1 m. Dobře snáší zaplavení, je tolerantní ke změnám ph ( 4,6 9,5). Vyskytuje se po celém světě Odstraňování organických látek Největší podíl organického znečištění je odstraňován mikrobiálním rozkladem, menší část sedimentací a filtrací. V kořenových polích dochází k aerobní respiraci minimálně. K odstraňování organického znečištění dochází především v první části pole. Vhodná doba zdržení je 2 7 dní. Účinnost odstraňování organického znečištění není závislá na ročním období. I přes nižší počet bakterií v zimním období je celková aktivita bakterií obdobná jako v období letním Odstraňování nerozpuštěných látek Nerozpuštěné látky jsou efektivně odstraňovány sedimentací a filtrací. Nejvíce nerozpuštěných látek se zachytí ihned po kontaktu odpadní vody se substrátem kořenového pole. Použití dostatečně dlouhé nátokové hrany a velmi hrubého kameniva pro rozvodnou zónu zajistí, aby nedocházelo k ucpávání systému. Pro kořenové čistírny s mechanickým předčištěním účinnost odstranění nerozpuštěných látek přesahuje 90 %.

35 Odstraňování dusíku Systém pro odstraňování dusíku je velmi náročný na plochu kořenových polí (15 30 m 2 /EO). Nedostatečné množství kyslíku v kořenovém poli způsobuje nízký počet nitrifikačních bakterií a tím i nízkou účinnost odstraňování amoniaku a celkového dusíku. Vyšší účinnosti odstraňování dusíku se dosahuje u mokřadů s vertikálním průtokem odpadní vody, protože filtrační lože není neustále saturováno vodou. Je tak umožněna difúze kyslíku ze vzduchu, potřebného pro růst nitrifikačních bakterií. Účinnost následné denitrifikace je limitována předchozí nedostatečnou nitrifikací. Proces nitrifikace a denitrifikace je také závislý na teplotě. Při nižších teplotách dochází ke sníženému odstraňování dusíku Odstraňování fosforu Fosfor je v mokřadech zadržován především fyzikálně-chemickými procesy, jako jsou adsorpce, absorpce, komplexace a srážení, a to především v organických půdách. Pro dosažení vysoké účinnosti odstraňování fosforu by bylo zapotřebí velkých ploch kořenových polí a časté obnovy substrátu. Účinnost odstraňování fosforu se v průběhu provozu rychle snižuje (fosfor se postupně nemá již kam vázat) Odstraňování těžkých kovů Umělé mokřady mají vysokou účinnost při jejich odstraňování. Hlavními procesy při odstraňování jsou srážení a adsorpce. Metabolismus mokřadu vede ke zvyšování ph vody, které podporuje srážení. Největší procento (až 99 %) odstraněných těžkých kovů zůstává kumulováno v substrátu zemního lože Odstraňování mikrobiálního znečištění V kořenových čistírnách je mikrobiální znečištění odstraňováno sedimentací, UV zářením, chemickými reakcemi a přirozeným úhynem.