MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ AGRONOMICKÁ FAKULTA BAKALÁŘSKÁ PRÁCE

Transkript

1 MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ AGRONOMICKÁ FAKULTA BAKALÁŘSKÁ PRÁCE BRNO 2010 ROBERT HRAZDIL

2 Mendelova univerzita v Brně Agronomická fakulta Ústav zemědělské, potravinářské a environmentální techniky Čištění odpadních vod na čistírně do EO Bakalářská práce Vedoucí práce: Ing. Tomáš Vítěz, Ph.D. Vypracoval: Robert Hrazdil Brno 2010

3 Zadání bakalářské práce

4 PROHLÁŠENÍ Prohlašuji, že jsem bakalářskou práci na téma Čištění odpadních vod na čistírně do EO vypracoval samostatně a použil jen pramenů, které cituji a uvádím v přiloženém seznamu literatury. Bakalářská práce je školním dílem a může být použita ke komerčním účelům jen se souhlasem vedoucího bakalářské práce a děkana Agronomické fakulty Mendelovy univerzity v Brně. Brno, dne podpis studenta

5 PODĚKOVÁNÍ Chtěl bych touto cestou poděkovat svému vedoucímu bakalářské práce Ing. Tomáši Vítězovi, Ph.D. za cenné rady a odborné připomínky při zpracovávání této práce. Dále pak chci poděkovat Ing. Andree Rovnaníkové, za poskytnutí potřebných materiálů a odborných rad, které mi pomohly při psaní této práce. A v neposlední řadě chci poděkovat svému zaměstnavateli VODÁRENSKÉ AKCIOVÉ SPOLEČNOSTI, a.s., divizi Brno-venkov, zastoupené ředitelem Ing. Lubomírem Glocem, za vytvoření podmínek ke studiu na Mendelově univerzitě v Brně.

6 ABSTRAKT Pro téma bakalářské práce byla vybrána problematika čištění odpadních vod na čistírně odpadních vod města Židlochovice. Práce je rozdělena do čtyř částí. V první části je uveden pohled na současný stav legislativy a požadavků na čištění odpadních vod v Evropské unii a České republice. Ve druhé části je uveden obecný popis čištění odpadních vod. Je zde popsáno technické vybavení čistíren odpadních vod a používaná technologie, sloužící v procesu čištění odpadních vod. Třetí část je již věnována čistírně odpadních vod v Židlochovicích. Jsou zde uvedeny základní údaje, technická zařízení a popis technologie dané čistírny odpadních vod na jejímž principu k čištění odpadních vod dochází. Přiblížena je také situace v předmětné lokalitě. Poslední část se věnuje vlastnímu vyhodnocení provozu čistírny a způsobu provozování čistírny odpadních vod s údaji o jednotlivých ukazatelích znečištění (chemická spotřeba kyslíku, biochemická spotřeba kyslíku, nerozpuštěné látky, amoniakální dusík, celkový fosfor), které byly naměřeny během procesu čištění odpadních vod, v průběhu celého kalendářního roku Zpracované výsledky měření sledovaných ukazatelů, získaných provozních údajů a praktických zkušeností jsou současně porovnány s požadavky stávající legislativy a výhledem do budoucna. Klíčová slova: odpadní voda, čistírna odpadních vod, vyhodnocení provozu, ukazatelé znečištění, chemická spotřeba kyslíku, biochemická spotřeba kyslíku, nerozpuštěné látky, amoniakální dusík, celkový fosfor

7 ABSTRACT As a subject of this bachelor thesis was selected the problematic of a sewage purification in a wastewater treatment plant of Židlochovice city. The work has been divided into four parts. Part one contains the current state of sewage treatment legislation and requirements in EU and the Czech Republic. Second part contains the general description of a sewage treatment and a description of technical equipment of wastewater treatment plants including the technology used in the sewage purification process. Third part is finally dedicated to the wastewater treatment plant of Židlochovice city itself. This part states the basic specification, technical equipment and description of the technology used by this wastewater treatment plant for the sewage purification. Also the local situation is clarified in this section. Last part of the work is dedicated to the evaluation of the Židlochovice plant operation. It also details the operating method of said plant while including the individual pollution indicators (chemical oxygen demand, biochemical oxygen demand, suspended solids, ammonia nitrogen, total phosphorus) pertinent data, which were collected throughout the process of sewage purification during At the same time the processed results of selected measured indicators, collected plant operation data and practical experience gained are all compared with current legislative requirements and future prospects. Key words: Sewage, wastewater treatment plant, operation evaluation, pollution indicators, chemical oxygen demand, biochemical oxygen demand, suspended solids, ammonia nitrogen, total phosphorus

8 OBSAH: 1 ÚVOD CÍL PRÁCE LEGISLATIVA Evropská unie Česká republika OBECNÝ POPIS PROCESU ČIŠTĚNÍ ODPADNÍCH VOD Mechanické čištění Česle Lapáky písku Usazovací nádrže Dešťová zdrž Biologické čištění Znečištění odpadních vod Druhy odpadních vod Mechanismus odstraňování organických látek Odstraňování nutrientů Nitrifikace Denitrifikace Biologické odstraňování fosforu Chemické odstraňování fosforu Aktivovaný kal a jeho vlastnosti Zatížení kalu B X Stáří kalu Θ X Doba zdržení Θ Objemové zatížení B V Kalový index KI Recirkulace kalu R c Faktory ovlivňující čistící účinek aktivace Vliv teploty Vliv koncentrace rozpuštěného kyslíku Vliv ph Vliv nutrientů... 29

9 Vliv nerozpuštěných látek Dosazovací nádrže Kalové hospodářství Zpracování kalu Zahušťování kalu Stabilizace kalu Hygienizace kalu Odvodnění kalu Využití a zneškodnění kalu ČISTÍRNA ODPADNÍCH VOD ŽIDLOCHOVICE Obecná část Kanalizace Kanalizace Židlochovice Kanalizace Vojkovice Charakteristika významných znečišťovatelů Údaje o recipientu Popis čistírny odpadních vod Základní parametry čistírny odpadních vod Projektované parametry Garantované parametry na odtoku Předepsané parametry na odtoku Technický popis zařízení a technologie čištění na ČOV Mechanické čištění Vstupní čerpací stanice Česlovna Lapák písku Dešťová zdrž Biologické čištění Aktivační nádrže Dosazovací nádrže Měrný objekt Povodňová čerpací stanice, odtok z ČOV Kalové hospodářství... 49

10 Uskladňovací nádrže, stabilizace kalu Strojní odvodnění kalu VYHODNOCENÍ PROVOZU ČOV ŽIDLOCHOVICE Technologická a provozní kontrola ČOV Laboratorní kontrola provozu ČOV Odběr a příprava vzorků Odpadní vody Kaly Kontroly nadřízených orgánů a správce toku Sledované parametry na ČOV Židlochovice za rok Celkový přehled sledovaných ukazatelů Přítok Odtok Grafické vyjádření sledovaných ukazatelů CHSK Cr BSK N-NH NL P celk ph Dosažené účinnosti odbourávání celkového znečištění na ČOV DISKUZE ZÁVĚR SEZNAM POUŽITÉ LITERATURY A ZDROJŮ SEZNAM GRAFŮ SEZNAM OBRÁZKŮ SEZNAM TABULEK... 76

11 1 ÚVOD Voda je pro člověka nepostradatelnou a nenahraditelnou látkou a tak byla od nepaměti předmětem jeho zájmu. Pro svoji specifickou vlastnost neustálý koloběh v přírodním prostředí přináší mnohočetné formy užití, má zásadní význam pro výživu lidí, živočichů i rostlin, je životním prostředím celé řadě vodních organismů. Vodní politika je neopomenutelnou součástí globální politiky životního prostředí. Svým významem a dopady široce souvisí s celkovou hospodářskou politikou státu a spokojeností obyvatelstva. Od roku 1989 se situace ve vodním hospodářství postupně vyvíjela ve prospěch zlepšování vodních poměrů, což ovlivnilo výrazně jakost povrchových vod. Příčin bylo několik: restrukturalizace průmyslu, úsporná opatření s vodou v průmyslu a u obyvatelstva a především výstavba a modernizace čistíren odpadních vod. Poloha České republiky (ČR) ve středu Evropy má z hlediska vodních poměrů několik zvláštností. Jednou z nich je, že ČR nemá své moře, druhou pak je její výhoda z hlediska vodních zdrojů, protože co na naše území naprší, s tím můžeme hospodařit a třetí je skutečnost, že naše řeky Labe, Odra a Morava odvádějí povrchové vody do moří přes sousední státy. A ty mají pochopitelně zájem o co nejlepší jejich jakost a my máme vždy zájem na dobrých sousedských vztazích. Máme dobré zkušenosti na poli mezinárodní spolupráce s mnohaletou činností Mezinárodní komise pro ochranu Labe (úmluva o Labi 1990, Magdeburg), která přinesla především výstavbou městských a průmyslových čistíren odpadních vod, postupné zlepšování stavu vodních společenstev a dala vzniknout rozsáhlému systému chráněných území podél toku Labe a unikátnímu komplexu oblastí v zájmu dlouhodobého zabezpečení a vzájemného propojení rozmanitých biotopů. Česká republika také podepsala mezinárodní úmluvy týkající se dalších přeshraničních řek a jezer, jako Úmluvu o spolupráci na ochranu a udržitelné využívání Dunaje (1994, Sofie) a Smlouvu mezi Rakouskem a ČR o hraničních vodách (1967) [4]. 10

12 2 CÍL PRÁCE Cílem bakalářské práce je vyhodnocení účinnosti čištění na čistírně odpadních vod (ČOV) Židlochovice. Pro toto vyhodnocení bylo vybráno pět hlavních ukazatelů znečištění odpadních vod. Jedná se o hodnoty ukazatelů na přítoku a na odtoku z ČOV. Patří mezi ně: CHSK Cr (chemická spotřeba kyslíku), BSK 5 (biochemická spotřeba kyslíku), NL (nerozpuštěné látky), N-NH + 4 (amoniakální dusík) a P celk (celkový fosfor). Znečištění v odpadní vodě je charakterizováno koncentrací těchto látek před zahájením vlastního čistícího procesu a na konci čištění následným odtokem z ČOV do recipientu, kterým je v případě ČOV Židlochovice řeka Svratka. 11

13 3 LEGISLATIVA 3.1 Evropská unie K implementaci cílů politiky EU pro oblast vod slouží směrnice EU. Základním právním předpisem Evropského parlamentu a Rady ustavujícím rámec pro činnost Společenství v oblasti vodní politiky členských států je rámcová směrnice o vodní politice 2000/60/ES z 23. října 2000 [13]. Ochranu vod, jejich využívání a práva k nim, upravuje zákon č. 254/2001 Sb., o vodách a o změně některých zákonů (vodní zákon), ve znění pozdějších předpisů [18]. Některá jeho paragrafová ustanovení jsou upřesněna či rozvedena tzv. prováděcími předpisy (nařízení vlády, vyhlášky) [8]. Směrnice Rady 91/271/EHS Základním cílem směrnice je ochrana životního prostředí před nepříznivými účinky vypouštění městských odpadních vod a odpadních vod z určitých průmyslových odvětví [14]. Pro vypouštěné vody z čistíren odpadních vod je vyžadováno stanovení emisního limitu a systému vzorkování, rozborů a kontroly. Pro obce nad 2000 ekvivalentních obyvatel (dále EO) bylo požadováno, aby byly vybaveny do sběrným systémem městských odpadních vod. Před vypuštěním budou tyto odpadní vody podrobeny sekundárnímu čištění. Pro větší obce nad EO a průmyslové zdroje znečištění nad 4000 EO do roku U aglomerací s populačním ekvivalentem menším než 2000 EO bylo ke stejnému datu požadováno přiměřené čištění zajišťující, že recipient vyhovuje kvalitativním ukazatelům. Dále členské státy stanoví seznam citlivých oblastí, tj. vodních útvarů zasažených, nebo ohrožených eutrofizací a vodní útvary určené pro odběry pitné vody, který pravidelně aktualizují, a zajistí, že vody vypouštěné do citlivých oblastí splňují stanovené standardy pro dusík a fosfor (u aglomerací s populačním ekvivalentem vyšším než ). Vypouštění vyčištěných vod z ČOV musí podléhat povolení. Kvalita vody ve výpustích a v recipientu se musí pravidelně monitorovat. Je také stanovena povinnost zpracovat investiční programy výstavby kanalizací a ČOV. V rámci předvstupních jednání byla 30. května 2001 v Bruselu vydána SPOLEČNÁ POZICE EVROPSKÉ UNIE CONF-CZ 28/01. V rámci podoblasti Kvalita vody Evropská unie vzala na vědomí žádost České republiky o přechodné období podle směrnice 91/271/EEC. Evropská unie konstatovala, že může přijmout požadované přechodné opatření s následujícími prozatímními cíli: 12

14 A)18 aglomerací s počtem ekvivalentních obyvatel nad splní relevantní požadavky již do dne 31. prosince 2002, B)Sběrné systémy a čištění musí být v souladu s články 3 a 5 směrnice 91/271/EEC v 36 dalších aglomeracích s počtem ekvivalentních obyvatel nad od 31. prosince C)Ve všech aglomeracích s počtem ekvivalentních obyvatel nad 2000 musí být sběrné systémy a čištění v souladu s články 3 a 5 směrnice 91/271/EEC od 31. prosince 2010, přičemž relevantní odpadní vody představují celkovou biodegradabilní zátěž odpovídající 11 milionům ekvivalentních obyvatel [8]. V České republice jde celkem o 635 aglomerací, které by měly mít čistírny odpadních vod podle standardů Evropské unie, tedy splňovat v tomto odvětví normy společenství v termínu do Většina aglomerací se s tímto požadavkem již vyrovnala, několik desítek obcí však rekonstrukci a výstavbu nových ČOV nestihne. Již dnes je zřejmé, že do konce roku 2010 svou situaci nevyřeší třináct aglomerací, dalších čtrnáct aglomerací, které už podaly žádost o dotaci nebo ji v roce 2010 plánují podat, zahájí stavbu ČOV do konce roku. Můžeme tedy s jistotou říci, že termín závazku České republiky vůči Evropské unii nesplní několik desítek aglomerací [10]. 3.2 Česká republika Základním právním nástrojem pro ochranu vod je zákon o vodách č. 254/2001 Sb.[18] Pojem odpadní vody je definován v 38: Odpadní vody jsou vody použité v obytných, průmyslových, zemědělských, zdravotnických a jiných stavbách, zařízeních, nebo dopravních prostředcích, pokud mají po použití změněnou jakost (složení, nebo teplotu), jakož i jiné vody z nich odtékající, pokud mohou ohrozit jakost povrchových nebo podzemních vod. Odpadní vody jsou i průsakové vody z odkališť, nebo ze skládek odpadu. Povolení k nakládání s vodami Kdo vypouští odpadní vody do vod povrchových, nebo podzemních je povinen zajišťovat jejich zneškodňování v souladu s podmínkami stanovenými v povolení k jejich vypouštění. V tomto povolení stanoví vodoprávní orgán povinnosti a podmínky, za nichž je nakládání s vodami povoleno [8]. Při povolování vypouštění odpadních vod do vod povrchových stanoví vodoprávní orgán nejvýše přípustné hodnoty jejich množství a znečištění. Přitom je vázán ukazateli 13

15 vyjadřujícími stav vody ve vodním toku, ukazateli a hodnotami přípustného znečištění povrchových vod, které jsou uvedeny v nařízení vlády č.229/2007 Sb. [12], kterým se mění nařízení vlády č.61/2003 Sb., o ukazatelích a hodnotách přípustného znečištění povrchových vod a odpadních vod, náležitostech povolení k vypouštění odpadních vod do vod povrchových a do kanalizací a o citlivých oblastech. 4 OBECNÝ POPIS PROCESU ČIŠTĚNÍ ODPADNÍCH VOD Čištění městských odpadních vod zahrnuje odstranění, případně snížení koncentrace: 1) hrubých nečistot, 2) suspendovaných částic, 3) koloidních látek a rozpuštěných, biologicky rozložitelných látek, 4) nutrientů (sloučenin dusíku a fosforu), 5) patogenních organizmů. Naopak městské ČOV (obr. 1) nejsou navrhovány pro odstranění rozpuštěných anorganických látek s výjimkou sloučenin obsahujících dusík a fosfor [5]. OK ČS česle LP UN AN DN MO DZ Odvodnění kalu VN ZN UN PČS P Obr. 1 Technologické schéma městské ČOV OK odlehčovací komora ČS čerpací stanice DZ dešťová zdrž LP lapák písku UN usazovací nádrž AN aktivační nádrž DN dosazovací nádrž MO měrný objekt ZO zahušťovací nádrž UN uskladňovací nádrž VN vyhnívací nádrž P plynojem PČS povodňová čerpací stanice 14

16 V optimálním případě je odpadní voda přivedena na ČOV samospádem. V některých případech je nutné zařadit do kanalizační sítě čerpací stanice, které se stávají její součástí. Zvednutí hladiny odpadní vody do vyššího horizontu bývá nutností na většině ČOV a děje se tak v různých místech průtočného profilu, nejčastěji již na vstupu do ČOV. Nelze opomenout ani nutnost čerpání vyčištěné vody do vodního recipientu, které je na některých čistírnách nezbytné, byť třeba jen několik dnů v roce, v souvislosti se zvýšenou hladinou vody v recipientu. Čistírna městských odpadních vod tvoří nedílnou součást stokové sítě a je situována před zaústěním kanalizačního sběrače do vodního recipientu. U jednotné kanalizace, které vysoce převažují, je třeba řešit odlehčení dešťových vod, obvykle dešťovými oddělovači na stokové síti, někdy na přítoku do ČOV. Jejich dimenzování se řeší s přihlédnutím k ploše a konfiguraci odvodňovaného intravilánu, hydrologickým podmínkám, dimenzování částí kanalizace, ředícím poměrům v kanalizaci i průtokovým poměrům a požadavkům na kvalitu vody v recipientu. S odlehčením odpadní vody souvisí otázka jejich případného předčištění v dešťových zdržích, které slouží i k retenci části odlehčené vody. Z provozního hlediska je vhodné situování dešťové zdrže v areálu nebo v blízkosti ČOV [5]. 4.1 Mechanické čištění Mechanické čištění slouží k zachycení nerozpuštěných hrubě dispergovaných částic z odpadní vody cezením, usazováním a filtrací. Hrubé předčištění je součástí všech ČOV bez ohledu na jejich další technologické vybavení. Sestává z česlí a lapáků písku, případně z lapáku štěrku a lapáku plovoucích látek. Usaditelné látky, které mají vyšší specifickou hmotnost než voda se separují usazováním v usazovacích nádržích. Spolu s hrubým předčištěním tvoří usazování úplné mechanické čištění, které se zařazuje jako I. stupeň čištění před biologickým čištěním. Hrubým předčištěním se sníží znečištění surové odpadní vody vyjádřené BSK 5 asi o 2 10 % a slouží hlavně jako ochrana následujících zařízení ČOV. S usazováním se pak BSK 5 v I. stupni čištění sníží asi o % (může to být až 50 %, záleží na dimenzování primárního usazování) [7]. Nezařazování usazovacích nádrží u malých ČOV je jednak z důvodu obtížné aerobní stabilizace primárního kalu, ale především proto, že dochází k odstraňování snadno 15

17 odbouratelného organického substrátu, který potom chybí v denitrifikaci. Dnes se běžně projektují ČOV pro EO i více bez usazovací nádrže [2] Česle Česle bývají velice často na průtočném profilu městské ČOV prvním zařízením. Jejich účelem je zachytit a odstranit z vody unášené částice o velikosti převyšující profil česlí a tím ochránit další zařízení a objekty na ČOV před zanášením, ucpáváním a podobnými mechanickými závadami. Podle velikosti průlin se rozdělují česle na a) jemné s průlinami pod 10 mm, b) střední s průlinami 10 až 40 mm a c) hrubé s průlinami nad 40 mm. Někdy bývají česle zdvojené, např. za hrubými česlemi následují česle jemné [3]. Hrubé česle jsou obvykle instalovány jako ochrana čerpadel u větších ČOV před jemnými česlemi. Jemné česle bývají zpravidla strojně stírané. Ručně stírané česle se používají pouze výjimečně u malých ČOV nebo jako záloha strojně stíraných česlí. Pro hydrauliku česlí je důležitý údaj o rychlosti proudění mezi česlicemi, která by měla být mezi 0,6 až 1,0 m.s -1 a při maximálních průtokových množstvích by neměla překročit 1,4 m.s -1. Zanesení průtočné plochy česlí nemá překročit 30 %. Při zanášení česlí shrabky dochází ke vzdutí hladiny před nimi a ke zpomalení průtoku, což může vést k tvorbě pískových nánosů v přívodním žlabu k česlím. Rychlost proudění před česlemi by neměla z tohoto důvodu klesnout pod 0,6 m.s -1.Vzdutí vody před česlemi je bráněno snížením dna žlabu za česlemi. V praxi se využívá široké spektrum systémů od různých výrobců. Existují česle pákové, rotační, stupňovité, samočistící (obr. 2) ty jsou složeny ze segmentů, tvořících nekonečný pás jako síto s průlinami. Zubová část segmentů vynáší zachycené shrabky nad vodu a při pohybu pásu směrem dolů padají shrabky do kontejneru, na pásový dopravník nebo jsou vynášeny šnekovým dopravníkem. Česle bývají doplněny zařízením na zpracování shrabků lisy [2]. 16

18 Obr. 2 Samočistící česle schéma [5] Lapáky písku Pro zachycení částic písku, které způsobují zanášení nádrží a jímek v čistírně a způsobují obrus otáčivých zařízení (čerpadel, odstředivek), slouží lapáky písku. Lapáky písku jsou navrhovány na principu gravitačního odlučování tak, aby zachytily částice větší než 0,1 až 0,2 mm. Přitom by neměly být zachyceny částice organického původu, což se daří i v ideálním případě jen částečně. Většina lapáků funguje na principu gravitační separace, kdy za určitých podmínek (doba zdržení, rychlost proudění, uspořádání lapáku) se částice usazují na dně lapáku. Průtočná rychlost však nesmí klesnout natolik, aby docházelo k usazování kalových částic s vysokým organickým podílem. Dle směru průtoku se lapáky písku dělí na horizontální (obr. 3) a vertikální (obr. 4). Mezi lapáky písku s horizontálním průtokem lze zařadit komorový, štěrbinový a komorový lapák písku s kontrolovanou rychlostí. Mezi lapáky písku s příčnou cirkulací patří vírový (obr. 5) a provzdušňovaný lapák písku. Vírový lapák je navržen na základě využití odstředivé síly. Odpadní voda je přiváděna tangenciálně do válcové nádrže, písek je vířivým pohybem vody strháván na dno kuželovité prohlubně, kde je umístěna jímka, odkud se písek těží speciálním čerpadlem. Tento lapák je velmi účinný, ale citlivý k hydraulickému přetížení. Množství a složení písku závisí kromě lapáku na typu, konstrukci a stavu kanalizačního systému, klimatických podmínkách a charakteru odpadních vod a odkanalizovaného území. Usazený písek se odčerpává mamutovým čerpadlem. Lapáky písku bývají umístěny za česlemi. Někdy však bývají na větších ČOV, zejména pokud přívodní žlab kanalizace situovány jako prvý objekt na 17

19 ČOV v jejím průtočném profilu. Jedná se o jednoduché prohlubně v přívodním žlabu s minimální dobou zdržení, kde je zachycen hrubší písek sunutý po dně. Jeho těžení se provádí pomocí drapákových vyklízečů a zpracuje se stejně jako materiál z lapáků písku [5]. Obr. 3 Dvoukomorový horizontální lapák písku schéma [5] Obr. 4 Vertikální lapák písku s odstupňovaným přelivem schéma [5] Obr. 5 Vírový lapák písku schéma [5] Usazovací nádrže Usazovací nádrže slouží ke gravitační separaci suspendovaných látek o hustotě vyšší než je hustota vody. Dle směru průtoku a tvaru se rozlišují usazovací nádrže [6]: 18

20 pravoúhlá s horizontálním průtokem (obr. 6a) kruhová s horizontálním průtokem (obr. 6b) s vertikálním průtokem (většinou kruhová) (obr. 6c) štěrbinové nádrže s vyhnívacím prostorem (obr. 6d) Kal produkovaný při mechanickém čištění se nazývá primární. Jeho složení je dáno složením odpadní vody a poměry ve stokové síti popřípadě chemickým hospodářstvím (sušina primárního kalu kolem 2,5 % z toho až 70 % tvoří organické látky) [2]. Primární usazovací nádrže bývají vybaveny stíracím zařízením dna (kal) i stíráním hladiny (plovoucí látky). Primární usazování snižuje obsah organické hmoty i nutrientů v odpadní vodě přičemž může dojít k přílišným ztrátám substrátu, který chybí v dalším procesu biologického čištění. Z tohoto důvodu se u ČOV s aerobní stabilizací kalu usazovací nádrže nenavrhují. a) pravoúhlá nádrž s horizontálním průtokem b) kruhová nádrž s horizontálním průtokem c) nádrž s vertikálním průtokem d) štěrbinová nádrž Obr. 6 Usazovací nádrže schéma [5] Dešťová zdrž Dešťová zdrž sice v pravém slova smyslu nepatří do hrubého předčištění, zpravidla je v jeho blízkosti umístěna a na objekty hrubého předčištění navazuje. Na 19

21 ČOV se budují dešťové zdrže za hrubým předčištěním nebo alespoň za česlemi jako nádrže, do nichž přepadá část odpadní vody, převyšující hydraulickou kapacitu dalších objektů. Tvarově jsou prakticky shodné s pravoúhlými usazovacími nádržemi. Na rozdíl od nich jsou však využívány jen dle potřeby a dimenzují se podle očekávaného množství dešťových vod. Dešťová zdrž funguje jako retenční a voda v ní zachycená je po opadnutí přívalového množství přečerpána do ČOV. Pokračuje-li průtok i po naplnění zdrže, funguje tato jako průtočná usazovací nádrž. Proto musí být vybavena zařízením pro vyklízení kalu, který je po ukončení provozu přečerpán do čistírenské linky [5]. 4.2 Biologické čištění Účelem biologického čištění odpadních vod je především odstranění organických látek, sloučenin fosforu a dusíku. Hlavní biologické procesy na ČOV probíhají v aktivační a dosazovací nádrži. V aktivačních nádržích dochází k odstraňování různých forem znečištění. Tyto procesy probíhají ve dvou oblastech hodnot redox potenciálu oxické a anoxické. Oxická oblast je charakterizována hodnotou redox potenciálu +50 mv a výše. Oblast anoxická pak -50 až +50 mv. V těchto oblastech dochází k odstraňování organického znečištění a nadbytku nutrientů. Systémy biologického odstraňování nutrientů jsou charakterizovány systematickým střídáním oxických a anoxických podmínek. Oxické procesy jsou charakteristické tím, že znečištění substrát je z odpadní vody odstraňován mikroorganismy aktivovaného kalu za přítomnosti rozpuštěného kyslíku. Rozpuštěný kyslík je zde konečným akceptorem elektronů. V oxickém prostředí probíhá organotrofní asimilace, nitrifikace, oxidace redukovaných forem síry, akumulace polyfosfátů [9] Znečištění odpadních vod Znečištění odpadních vod je definováno jako změna fyzikálních, chemických, biologických a estetických vlastností vody do té míry, že ji nelze použít k danému účelu Druhy odpadních vod Podle původu a druhu znečištění lze odpadní vody rozdělit do skupin: splaškové průmyslové 20

22 infekční ze zemědělství a zemědělské výroby srážkové povrchové vody dešťové smíšené odpadní vody ostatní odpadní vody balastní, Ve většině měst a obcí vznikají tzv. městské odpadní vody, kdy jsou v jednotné kanalizační soustavě odváděny vody splaškové (tab. 1), průmyslové i dešťové. Tento druh odpadních vod patří mezi nejrozšířenější. Splaškové odpadní vody mají obvykle šedou až šedohnědou barvu a jsou silně zakalené. Po několika hodinách, když se vyčerpá rozpuštěný kyslík a začnou probíhat anaerobní pochody, začíná odpadní voda silně zapáchat a tmavnout vyloučeným černým FeS. Teplota závisí na ročním období, v zimě může klesnout na 8 12 C i méně, v létě se zvyšuje až na 20 C i více [2]. Tab. 1 Orientační složení splaškových odpadních vod [2] Ukazatel Rozmezí hodnot Jednotky Hodnota ph 6,5 8,5 [-] Nerozpuštěné látky [mg.l -1 ] usaditelné 73 [%] neusaditelné 27 [%] Rozpuštěné látky [mg.l -1 ] BSK [mg.l -1 ] CHSK Cr [mg.l -1 ] TOC asi 250 [mg.l -1 ] N celk [mg.l -1 ] N-NH [mg.l -1 ] P celk [mg.l -1 ] BSK 5 :CHSK Cr 0,55 [-] Mechanismus odstraňování organických látek Rozpuštěné organické látky, tvořící znečištění odpadní vody, rozštěpené na nízkomolekulární látky jsou částečně biochemicky oxidovány částečně převedeny na specifické sloučeniny nutné pro syntézu zásobních látek a specifické bílkoviny. Jemně suspendované a koloidní látky jsou odstraňovány fyzikálními a fyzikálně-chemickými 21

23 pochody. Jde v podstatě o koagulaci a sorpci těchto látek na shlucích mikroorganismů tvořících aktivovaný kal. Takto zachycené látky jsou bud' dále enzymaticky štěpeny, nebo jsou-li inertní, tvoří součást vloček. Vyjadřování organického znečištění: Obsah organických látek obsažených v odpadní vodě se určuje skupinovými stanoveními jako suma všech organických látek pomocí kyslíku spotřebovaného na jejich oxidaci. Chemická spotřeba kyslíku CHSK Cr, metoda založená na chemické oxidaci přítomných organických látek, oxidace organ. látek dichromanem draselným v prostředí kyseliny sírové. Biochemická spotřeba kyslíku BSK 5, metoda založená na biochemické oxidaci, množství kyslíku spotřebovaného mikroorganismy k biochemické oxidaci organické látky za přesně specifikovaných podmínek. Stanovení organického uhlíku C org., stanovení obsahu všech organických látek [9] Odstraňování nutrientů Nitrifikace Nitrifikace je proces oxidace amoniakálního dusíku přes dusitany až na dusičnany. Jedná se tedy o dvoustupňový proces. V prvním stupni se amoniakální dusík oxiduje (pomocí baterií Nitrosomonas a Nitrosococus) na dusitany nitritace. 2NH 3 + 3O 2 2NO 2 + 2H + + 2H 2 O Ve druhém stupni jsou dusitany oxidovány na dusičnany pomocí bakterií Nitrobacter nitratace. 2NO 2 + O 2 2NO 3 Nitrifikační bakterie patří mezi pomalu rostoucí mikroorganismy. Jejich růstová rychlost je o řád nižší než rychlost běžných heterotrofních mikroorganismů přítomných v aktivovaném kalu. Proto důležitým faktorem, kterým je nitrifikace ovlivňována, je stáří kalu [9]. Dalšími důležitými faktory ovlivňujícími rychlost nitrifikace jsou: koncentrace rozpuštěného kyslíku teplota odpadní vody hodnota ph složení odpadní vody stáří a zatížení kalu 22

24 Denitrifikace Je to biochemická redukce dusičnanů na oxidy dusíku a dále na elementární dusík, který je odvětráván do ovzduší a tak z vody odstraňován. Denitrifikace by měla následovat po nitrifikaci, aby došlo k odbourání konečného produktu nitrifikace tj. dusičnany. NO 3 NO 2 NO N 2 O N 2 Oxidovaných forem dusíku mohou mikroorganismy používat asimilačně tj. získání energie pro syntézu buněčné hmoty, nebo desimilačně oxidované formy dusíku jsou konečnými akceptory elektronů. Faktory ovlivňující rychlost denitrifikace jsou obdobné jako u nitrifikace [9] Biologické odstraňování fosforu Biologické odstraňování fosforu je založeno na tom, že některé organismy aktivovaného kalu mohou za určitých podmínek akumulovat fosfor ve formě polyfosfátů. Naakumulované polyfosfáty jsou odváděny s přebytečným kalem, který je pak dále zpracován. Polyfosfáty akumulované v buňce mají tyto funkce: metabolická rezerva pro období fosfátového hladovění regulace vnitřní rovnováhy fosforu v buňce zdroj energie náhradou za adenosintrifosfát Lze předpokládat, že v dobře provozovaném systému a biologickým odstraňováním fosforu (obr. 7) bude přebytečný kal obsahovat 5 8 % fosforu. Nezbytnou součástí tohoto systému je dobře pracující kalové hospodářství, neboť fosfáty naakumulované v přebytečném kalu se v anaerobních podmínkách uskladňovací nádrže uvolňují zpět do kalové vody a celý systém tím ztrácí na efektivitě. Při konvečním způsobu, který je uplatněn na biologické ČOV, kdy fosfor je normální součástí stavby buněčného těla, je množství odstraněného fosforu úměrné množství přebytečného kalu. Lze odhadovat, že v sušině aktivovaného kalu bude obsaženo 2 % fosforu [9]. Základním předpokladem pro navození zvýšeného biologického odstraňování fosforu je střídání anaerobních a aerobních podmínek. V anaerobních podmínkách mají poly-p bakterie schopnost akumulovat nízkomolekulární organické látky (např. nižší mastné kyseliny kyselina octová, propionová jako produkty fermentace) a ukládat je do svých buněk ve formě zásobních látek (PHB neboli kyselina poly-β-hydroxymáselná). 23

25 1.C org, 2.orthofosfáty Obr. 7 Princip biologického odstraňování fosforu [3] Energie potřebná k této přeměně je získána rozkladem polyfosforečnanů akumulovaných v buňkách poly-p bakterií. Polyfosforečnany jsou depolymerovány a do vody jsou uvolňovány orthosforečnany. V aerobních podmínkách pak dochází k oxidaci zásobních látek v buňkách poly-p bakterií přičemž se uvolňuje energie. Uvolněná energie je využívána k akumulaci orthofosforečnanů do poly-p bakterie, kde dojde opět k jejich polymeraci na polyfosforečnany a část energie je spotřebována na tvorbu nové biomasy. Důležitým faktem je, že příjem fosforu poly-p bakteriemi v oxické zóně je větší než jejich uvolněné množství v anaerobní zóně [3] Chemické odstraňování fosforu Možnosti biologického odstranění fosforu jsou omezené. Pokud nevyhoví kvalita odtoku z ČOV limitům tohoto ukazatele, aplikuje se chemické srážení fosforečnanů. Jako srážedla se používají nejčastěji železité nebo hlinité soli (síran nebo chlorid) případně hlinitan sodný. Všechny uvedené soli krom poslední okyselují prostředí vlivem hydrolýzy. Nepříznivému poklesu ph se čelí dávkováním Ca (OH) 2. Chemické srážení může být řešeno jako: předsrážení dávkování srážedla za lapák písku a oddělení chemického kalu v usazovací nádrži s primárním kalem, dávkuje se jen tolik srážedla, aby nedostatkem fosforu nebyl ohrožen vlastní biologický proces na ČOV simultánní srážení dávkování srážedla do aktivační nádrže, výhodou je dobře sedimentující kal 24

26 následné srážení dávkování srážedla do biologicky vyčištěné odpadní vody je nejúčinnější a nejlépe regulovatelné, výhodou je striktní oddělení chemického kalu od kalu aktivovaného, nevýhodou je však potřeba koagulační nádrže a nádrže pro separaci vysráženého kalu popř. provozu následné filtrace Prakticky vždy se srážedlo dávkuje za aktivační nádrž (s výjimkou požadavku na potlačení pěnění systému) z důvodu neodstraňovat organiku ze systému (denitrifikace). Zbytkové koncentrace fosforu ve vyčištěné vodě lze srážením snížit na hodnoty pod 1 mg.l -1, nutno však počítat se zvýšenou produkcí kalu [6] Aktivovaný kal a jeho vlastnosti Hlavním faktorem čištění je aktivovaný kal. Aktivovaný kal je směsná kultura, ve které se bakterie vyskytují převážně ve formě zoogleí. Vedle různých druhů bakterií bývají přítomny v menší míře také houby, plísně a kvasinky. Z vyšších organismů mohou být přítomny také prvoci, vířníci, hlístice a jiné. Kvalitativní i kvantitativní složení aktivovaného kalu závisí hlavně na složení substrátu a na technologických parametrech kultivace. V optimálních podmínkách kultivace je tvořen aktivovaný kal ve formě dobře flokulujících a sedimentujících vloček [5]. Jeho správné množství v systému a dobrá zdravotní kondice a složení jsou základem funkce biologického stupně Zatížení kalu B X Základním technologickým parametrem biologického stupně ČOV je zatížení kalu B X [kg BSK 5. kg -1 za den], které charakterizuje kolik látkového zatížení je přiváděno za 1 den na 1 kg přítomného aktivovaného kalu v aktivační nádrži. Vzhledem k tomu, že čištění odpadních vod je biologický proces prováděný přítomnými mikroorganismy, je logické, že tyto organismy mají hranice své výkonnosti dané minimální potřebou přísunu substrátu pro podporu nezbytných životních reprodukčních procesů na jedné straně, a maximální výkonností při odbourávání znečištění na straně druhé. Pro danou technologii čištění je nutno udržovat látkové zatížení kalu B X na hodnotě v rozmezí 0,03 0,06 kg BSK 5. kg -1 za den. Vzhledem k tomu, že přiváděné látkové zatížení nebude po dobu provozu ČOV konstantní, bude nutno reagovat hodnotou koncentrace aktivovaného kalu v aktivačních nádržích [8]. 25

27 Pro menší látkové zatížení postačí menší množství kalu v systému dle vzorce pro látkové zatížení kalu: LBSK 5 Bx = [kg BSK 5.kg -1 za den] V *X AN L BSK5 přiváděné látkové zatížení V AN objem aktivačních nádrží [m 3 ] X koncentrace sušiny aktivovaného kalu v AN [kg.m -3 ] Provozní hodnoty koncentrace sušiny aktivovaného kalu (nerozpuštěné látky) se mohou teoreticky pohybovat v intervalu 2 až 5 kg.m -3. V technologickém návrhu ČOV je uvažovaná typická hodnota pro daný druh aktivačního procesu 4 kg.m -3. Odchylky v rámci uvedeného intervalu jsou však přípustné. Platí zásada, že nemá smysl udržovat v systému zbytečně vysoké množství kalu, neboť tento stav zhoršuje ekonomické parametry ČOV (např. zbytečná recirkulace kalu a zbytečná dodávka kyslíku pro respiraci technologicky nadbytečného množství kalu). Naopak nedostatečné množství kalu v systému nezvládne požadovaný čistící efekt. Dále platí zásada, že biologická aktivita kalu roste s teplotou odpadní vody. Tuto vazbu je nutno individuálně vysledovat u každé ČOV. Lze však obecně říci, že pro zvládnutí stejného množství látkového zatížení stačí v letním období menší množství kalu v systému. Lze tedy udržet vysokou účinnost čištění při vyšším látkovém zatížení, to jest při snížených provozních nákladech. Vliv teploty na účinnost čištění se značně mění s proměnnými X a Q. Čím jsou jejich hodnoty větší, tím je vliv teploty méně výrazný. Účinnost čištění je snížena teprve při teplotách pod 10 C. Rovněž je nutno upozornit na vazbu mezi koncentrací kalu v aktivaci a činností dosazovacích nádrží s nižší hodnotou X klesá množství unikajících vloček kalu z dosazovacích nádrží, tj. dociluje se nižšího zbytkového znečištění na odtoku z ČOV ve většině hlavních sledovaných parametrů [9] Stáří kalu Θ X Druhým základním technologickým parametrem biologického stupně je stáří kalu Θ X. Pro danou technologii čištění by hodnota stáří kalu měla být udržována minimálně 25 dnů. Stáří kalu závisí na množství kalu v systému a hodnotě odebíraného přebytečného kalu za systému podle vzorce: VAN*X Θx = [den] PK V AN objem aktivačních nádrží [m 3 ] 26

28 X. koncentrace sušiny aktivovaného kalu v AN [kg.m -3 ] P K produkce kalu [kg za den] Je patrné, že odběrem kalu ze systému lze stáří kalu ovlivňovat. U každé ČOV lze vysledovat optimální stáří kalu z hlediska účinnosti čištění i ekonomičnosti provozu. I zde platí, že při vyšších teplotách postačí pro stejnou účinnost čištění menší množství kalu v systému, to jest menší stáří kalu. Ze shora uvedeného rozkladu je patrné, že jak látkové zatížení kalu, tak stáří kalu, jsou závislé při konstantní velikosti aktivačních nádrží zejména na koncentraci kalu v aktivaci. Koncentrace kalu je dána recirkulačním poměrem. Obecně platí, že při konstantní jakosti kalu se se zvyšující recirkulací zvyšuje koncentrace kalu v aktivaci. Platí rovněž, že při konstantní recirkulaci se hodnota koncentrace kalu v aktivaci mění v závislosti na jakosti recirkulovaného kalu. Z toho vyplývá, že pro udržení stanovené koncentrace kalu v aktivaci je nutno sledovat a znát jakost recirkulovaného kalu a podle ní volit recirkulační poměr. Obecně platí, že pro udržení dané koncentrace kalu je nutno při zhoršování jakosti kalu zvyšovat recirkulační poměr [9] Doba zdržení Θ Je definována jako poměr objemu nádrže V k přítoku odpadní vody Q, pro praktické použití tohoto parametru je nutno použít součet přítoku Q a vraceného kalu Q r. Θ = V Qs [hod] Q S součet Q + Q r [m 3.h -1 ] V objem aktivační nádrže [m 3 ] Objemové zatížení B V : Hmotnostní množství organických látek přivedené do 1 m 3 nádrže za den: 24*C*Q 24*C Bv = = [kg.m -3 za den] V Q C koncentrace organických látek v odpadní vodě vyjádřená v jednotkách BSK 5, CHSK Cr [kg.m -3 ] Q. přítok odpadní vody [m 3.hod -1 ] 27

29 Kalový index KI Základním provozním ukazatelem charakterizujícím jakost kalu je kalový index (KI). Kalový index charakterizuje schopnost kalu sedimentovat a zahušt'ovat se. Normální kal KI < 100 ml.g -1, sedimentační rychlost > 0,6 m.h -1 Lehký kal KI = ml.g -1, sedimentační rychlost = 0,3 0,6 m.h -1 Zbytnělý kal KI > 200 ml.g -1, sedimentační rychlost < 0,3 m.h -1 Zvyšující se kalový index indikuje horší vlastnosti kalu. Kalový index je nutno pravidelně vyhodnocovat, neboť je jeden z důležitých ukazatelů pro nastavení programově řízených funkcí biologického stupně [9] Recirkulace kalu R c Pro stanovení recirkulačního poměru platí následují vztahy: Rc X = *100 [%] Xrec. X ( až 1200) 1000 Xrec = [kg.m -3 ] KI X koncentrace sušiny aktivovaného kalu v AN [kg.m -3 ] Xrec. koncentrace sušiny recirkulovaného kalu [kg.m -3 ] KI kalový index [ml.g -1 ] Faktory ovlivňující čistící účinek aktivace Vliv teploty Biologická aktivita kalu roste s teplotou odpadní vody. Tuto vazbu je nutno individuálně vysledovat u každé ČOV. Lze však obecně říci, že pro zvládnutí stejného množství látkového zatížení stačí v letním období menší množství kalu v systému. Lze tedy udržet vysokou účinnost čištění při vyšším látkovém zatížení, to jest při snížených provozních nákladech. Vliv teploty na účinnost čištění se značně mění s proměnnými X a Q. Čím jsou jejich hodnoty větší, tím je vliv teploty méně výrazný. Účinnost čištění je snížena teprve při teplotách pod 10 C [9] Vliv koncentrace rozpuštěného kyslíku Rozpuštěný kyslík se dostává do vločky aktivovaného kalu difúzí. Vzhledem k tomu, že kyslík musí překonat difúzní odpor, dostane se do vločky tím hlouběji, čím 28

30 je vyšší koncentrace rozpuštěného kyslíku v okolní kapalině. Jako spolehlivá projektová i provozní koncentrace, při níž nejsou omezeny rychlosti spotřeby kyslíku litotrofními a organotrofními organismy, byla stanovena koncentrace 2 mg.l -1. Má-li však v jedné nádrži probíhat současně nitrifikace a denitrifikace, je třeba provozní koncentraci kyslíku udržovat na 0,5 mg.l -1. Při této koncentraci je část vločky v anoxických podmínkách. Dusičnany se dostávají difúzí do vnitra vločky, kde dochází v nepřítomnosti kyslíku k jejich redukci [9] Vliv ph Optimální ph pro většinu bakterií leží v rozmezí od 6,0 do 7,5. Aktivovaný kal lze adaptovat v rozmezí ph od 6,0 do 9, Vliv nutrientů Účinnost čištění může být ovlivňována i nutriční nevyvážeností přitékající odpadní vody. Jde hlavně o nedostatek makrobiogenních prvků fosforu a dusíku. V případě, že ČOV přitékají hlavně splaškové odpadní vody by k takovému případu nemělo dojít. Potřebná množství dusíku a fosforu se odhadují ze vztahu: BSK 5 (C: N: P) = 100:5:1 V nízkozatěžovaných systémech se potřeba biogenních prvků ještě snižuje. Potřebná množství vápníku a hořčíku se odhadují ze vztahu: BSK 5 : Ca: Mg = 100:0,5:0, Vliv nerozpuštěných látek Většina nerozpuštěných látek se v aktivaci odstraní koagulací a adsorpcí na vločkách aktivovaného kalu. Většinu nerozpuštěných látek v odtocích tvoří jemné vločky aktivovaného kalu vzniklé v procesu čištění. Celková hodnota BSK 5 na odtoku je dána součtem hodnoty filtrátu a hodnoty vykazované nerozpuštěnými látkami. Tato hodnota je ovlivněna především stářím kalu, tj. stupněm stabilizace a mineralizace kalu a nabývá hodnot od 0,16 do 0,6 mg.g -1. Kvalita odtoku z ČOV je tedy výrazně ovlivněna obsahem jemných vloček aktivovaného kalu vynášených z dosazovací nádrže [9]. 29

31 4.3 Dosazovací nádrže Separace aktivovaného kalu je finálním krokem biologického čištění k dosažení vyčištěného a stabilně kvalitního odtoku z ČOV, tj. s nízkou koncentrací organického znečištění a suspendovaných látek [1]. Dosazovací nádrže plní tyto základní funkce: separaci aktivovaného kalu od vyčištěné odpadní vody zahušťování separovaného kalu tak, aby byla možná jeho recirkulace akumulace aktivovaného kalu při nárazovém hydraulickém zatížení biologického stupně, kdy aktivovaný kal je z aktivačních nádrží vyplavován Faktory ovlivňující funkce dosazovacích nádrží: hydraulické zatížení a tvary nádrže vnitřní vybavení nádrže místní podmínky (vítr, teplota) vlastnosti aktivovaného kalu Typy dosazovacích nádrží: pravoúhlé nádrže s horizontálním průtokem kruhové nádrže s horizontálním průtokem (radiální) nádrže s vertikálním průtokem Obr. 8 Kruhová dosazovací (usazovací) nádrž s horizontálním průtokem a s flokulačním prostorem 1 přítok suspenze, 2 stírací zařízení zavěšené na otáčejícím se mostu, 3 flokulační prostor, 4 odtok vyčištěné vody, 5 odvádění kalu [5] 30

32 Odtah kalu se provádí několika způsoby: odtah a čerpání kalu z kalové prohlubně odtah kalu ze dna odsáváním z pojezdového mostu hydrodynamické stahování kalu z celého dna nádrže a čerpání kalu Dimenzování dosazovacích nádrží musí být prováděno s ohledem na dimenzování aktivačního procesu, neboť se vzájemně ovlivňují [1]. 4.4 Kalové hospodářství Řešení kalového hospodářství je limitováno technickým omezením jednotlivých zařízení ČOV, legislativou a celkovými náklady. Při nakládání s kaly je nutné dodržet legislativní normy vztahující se na kaly při jejich dopravě, využití v zemědělství nebo zneškodnění [13]. Kal je směsí vody a pevných látek oddělených z odpadní vody. Tvoří cca 1 2 % objemu čištěných odpadních vod, obsahuje však % původního znečištění suspendovanými látkami. Kal, který ještě nebyl stabilizován se nazývá surový kal a rozlišuje se na: primární kal odděluje se v usazovacích nádržích sekundární kal (přebytečný aktivovaný kal) odděluje se z biologického stupně čištění Oba typy kalů mají odlišné složení i vlastnosti a mohou být dále zpracovávány odděleně nebo společně. Jejich složení může být ovlivněno kalem, produkovaným při chemickém srážení fosforu. Na starších ČOV bývá přebytečný kal veden před usazovací nádrž a znovu v ní sedimentuje společně s primárním kalem, vzniká tak směsný surový kal. Základním ukazatelem kvality kalu je obsah sušiny, který se stanoví jako hmotnostní podíl po odpaření vody a vysušení vzorku kalu při 105 C: primární kal (2,5 %), přebytečný kal (0,5 1 %), zahuštěný kal (4 9 %), odvodněný kal (20 30 %) sušený kal (přes 90 %). Při zvýšeném obsahu toxických nebo jinak škodlivých látek (AOX, PCB, nepolárních extrahovatelných látek, těžkých kovů aj.) se kaly řadí mezi nebezpečný odpad a vyžadují tak zvláštní zpracování. Důležitou charakteristikou kalů je i hygienické hledisko. Surové kaly z ČOV jsou infekční, což je způsobeno přítomností patogenních mikroorganismů, zejména virů (hepatitida A), bakterií (Salmonella, E.coli), protozoí a parazitických červů. 31

33 Část organické hmoty kalu podléhá také rychlému rozkladu za tvorby zapáchajících produktů Zpracování kalu Zahušťování kalu Při zahušťování kalu dojde k odstranění části volné vody, ale kal má ještě tekutou konzistenci, a lze jej čerpat k dalšímu zpracování. Zahušťování se provádí gravitačně nebo strojně. Mezi gravitační metody patří zahušťování sedimentací v usazovacích nádržích nebo samostatných zahušťovacích nádržích nebo flotace. Strojní zahušťování probíhá v zahušťovacích odstředivkách nebo rotačních, pásových, šnekových a štěrbinových zahušťovačích [8] Stabilizace kalu Podmínkou pro využití a zpracování kalu mimo ČOV je jeho stabilizace. Stabilizací kalu nazýváme proces, kterým upravujeme konečné vlastnosti kalu tak, aby dále nepodléhal spontánnímu samovolnému rozkladu. Ve většině případů se jedná o biochemický postup snižování obsahu zbytku snadno rozložitelných organických látek a tím i celkové koncentrace organické složky v kalu. Mezi používané metody patří aerobní stabilizace, autotermní aerobní termofilní stabilizace a anaerobní stabilizace kryofilní, mezofilní a termofilní [8] Hygienizace kalu Hygienizace čistírenských kalů je nezbytnou technologickou operací, která umožňuje jejich využití k zemědělským účelům, jako součást hnojiv nebo přímou aplikací, zapravením do zemědělské půdy. Kaly z čistíren odpadních vod představují suspenzi pevných látek a agregovaných koloidních látek, které jsou z části původem z čištěné odpadní vody a z části vznikají při procesu čištění odpadních vod, v závislosti na použité technologii. Z mikrobiologického hlediska jsou v surovém a částečně i ve stabilizovaném kalu přítomny, kromě jiných následující skupiny mikroorganismů [8]: Bakterie (psychrofilní, mezofilní a termofilní) Viry (enteroviry) Nižší houby a jejich spory a toxiny Kvasinky 32

34 Červi, roztoči a jejich vajíčka V současné době se jako potenciální patogeny sledují především následující skupiny mikroorganismů: Termotolerantní koliformní bakterie Enterokoky Salmonella Vajíčka helmintů a enteroviry Většina legislativních norem zemí EU, včetně legislativy ČR, umožňuje klasifikaci hygienizovaných kalů z čistíren odpadních vod, pro účely případného využití v zemědělství, do dvou tříd, a to například v ČR od , podle platné vyhlášky č. 382/2001Sb. je to kal kategorie I. a II. [13]. Při hygienizaci kalu je v současné době možné volit z následujících metod: Autotermní aerobní termofilní stabilizace při teplotě nad 55 C Anaerobní termofilní stabilizace při teplotě nad 55 C Alkalizace kalu vápnem při dosažení ph nad 12 Termická předúprava surového kalu při teplotě nad 70 C pasterizace Sušení kalu při teplotě vyšší než 80 C [8] Odvodnění kalu Odvodněním se podstatně sníží obsah vody v kalu (na 80 až 50 %), stane se pevným a má rýpatelnou konzistenci. Přirozené odvodnění se provádí na kalových polích a lagunách. Technologie přirozeného odvodňování kalu například na kalových polích nebo kalových lagunách jsou již ale z legislativního hlediska problematické a ve vazbě s požadavky na hygienické zabezpečení kalů prakticky nepoužitelné. (dnes již u nových ČOV zakázáno). Strojní odvodnění kalu je zase z důvodu ekonomického využití technologického vybavení, efektivní až od určité velikosti čistírny odpadních vod (asi od 2500 EO). V souvislosti se zaváděním strojního odvodnění kalu na moderních čistírnách odpadních vod a s přísnými požadavky na odstraňování nutrietů je nutné při volbě kapacity odvodňovacího zařízení dbát na to, aby produkované množství kalové vody neovlivnilo negativně funkci čistírny. Z tohoto důvodu volíme kapacitu zařízení na co nejnižší úrovni se zřetelem na možnou dobu provozu. Výhodou strojního odvodnění jsou nižší stavební náklady a zábor půdy. Ke strojnímu odvodnění se používají sítopásové lisy, vakuové filtry a tlakové lisy (kalolisy) 33

35 a z odstředivek nejvíce dekantační typy. U těchto zařízení se posuzuje separační účinnost (bývá 95 %) podíl suspendovaných látek, který přejde do kalového koláče, zbytek zůstává ve filtrátu (fugátu) a vrací se do čistícího procesu. Z technologického hlediska se jedná o velmi jednoduchý proces a dekantační odstředivky jsou nabízeny s kapacitou nástřiku v rozmezí 1,5 50 m 3.hod -1. Konstrukčně se jedná o celoplášťové, horizontálně uložené, šnekové odstředivky s pracovními otáčkami v nastavitelném rozmezí otáček za minutu. Suspenze kalu se přivádí v ose bubnu do rozdělovací komůrky, do které se u moderních strojů dávkuje i flokulant, který je tak lépe homogenizován. Působením silového pole rotujícího bubnu odstředivky dochází k sedimentaci kalu na stěnách bubnu, který je zakončen kuželovou částí. Spolu s bubnem odstředivky rotuje, s nastavitelným zpožděním, většinou o otáček za minutu i vynášecí šnek, který posouvá zahuštěný kal do kuželovité odvodňovací části bubnu, kde dochází k vlastnímu odvodnění a odkud následně odvodněný kal vypadává ven. Kalová voda (fugát) přepadá dekantuje se, přes nastavitelnou hranu v čele válcové části bubnu. Odstředivky jsou jediným strojním zařízením, které může být využíváno, za cenu nižší separační účinnosti (40 60 %) k odvodnění kalu i bez flokulantu. Za běžných podmínek provozu, při správné funkci kalového hospodářství je dosahováno, za použití flokulantu, separační účinnosti vyšší než 95 %. Kalová voda obsahuje ve většině případů g.m -3 nerozpuštěných látek. Vypouštění kalové vody k následnému dočištění, by mělo být rovnoměrně rozloženo do co největší části dne a okamžitý průtok výkon odvodňovacího zařízení nebo řízené vypouštění z případné akumulační jímky na kalovou vodu v m 3. s -1, by neměl překročit 5 10 % projektovaného Q 24 čistírny odpadních vod. Tento požadavek je vynucen proměnlivým složením kalové vody a jejím vysokým obsahem nutrientů ve formě amoniakálního dusíku a fosforečnanů [8] Využití a zneškodnění kalu Pokud není kal kontaminován těžkými kovy, počítá se stále ještě s jeho využitím v zemědělství buď formou přímé aplikace, nebo formou kompostování. V případě, kdy je kal kontaminován těžkými kovy nebo je jeho produkce tak vysoká, že může v sídlech s vysokou hustotou obyvatel způsobovat logistické potíže, se následně hledají různé formy spalování upravených kalů nebo spoluspalování s jiným palivem v cementárnách [8]. 34