Univerzita Pardubice Fakulta chemicko-technologická Ústav environmentálního a chemického inženýrství. Kateřina Smeltová

Transkript

1 Univerzita Pardubice Fakulta chemicko-technologická Ústav environmentálního a chemického inženýrství Kořenové čistírny odpadních vod Kateřina Smeltová Diplomová práce 2010

2 University of Pardubice Faculty of Chemical Technology Institute of Environmental and Chemical Engineering Constructed wetlands wastewater Kateřina Smeltová Thesis 2010

3

4

5 Prohlašuji: Tuto práci jsem vypracovala samostatně. Veškeré literární prameny a informace, které jsem v práci využila, jsou uvedeny v seznamu použité literatury. Byla jsem seznámena s tím, že se na moji práci vztahují práva a povinnosti vyplývající ze zákona č. 121/2000 Sb., autorský zákon, zejména se skutečností, že Univerzita Pardubice má právo na uzavření licenční smlouvy o užití této práce jako školního díla podle 60 odst. 1 autorského zákona, a s tím, že pokud dojde k užití této práce mnou nebo bude poskytnuta licence o užití jinému subjektu, je Univerzita Pardubice oprávněna ode mne požadovat přiměřený příspěvek na úhradu nákladů, které na vytvoření díla vynaložila, a to podle okolností až do jejich skutečné výše. Souhlasím s prezenčním zpřístupněním své práce v Univerzitní knihovně Univerzity Pardubice. V Pardubicích dne

6 Poděkování Velmi ráda bych poděkovala všem, kteří mi pomohli při tvorbě této práce. Zejména pak vedoucímu mé diplomové práce panu Ing. Jiřímu Palarčíkovi, Ph.D. za jeho odborné rady a cenné připomínky, které mi byly v průběhu zpracování této práce poskytnuty. Dále panu doc. Ing. Janu Vymazalovi, CSc. za poskytnutí materiálů k dané problematice a paní Mgr. Michaele Míkovcové, Ph.D. z Ekocentra PALETA za poskytnutí vzorků odpadních vod z kořenové čistírny v Oucmanicích.

7 Abstrakt Tato diplomová práce se zabývá čištěním odpadních vod pomocí kořenové čistírny. V teoretické části je stručně popsaná historie a současný stav kořenových čistíren odpadních vod ve světě a v České republice. Dále je zde ve stručnosti popsáno uspořádání kořenové čistírny. Pozornost byla věnována také využití KČOV pro různé druhy odpadních vod a účinnosti odstranění jednotlivých znečišťujících látek. V experimentální části jsou uvedeny výsledky účinnosti odstranění vybraných znečišťujících látek z reálné odpadní vody. Výsledky prokázaly vysokou účinnost odstranění nerozpuštěných látek (až 98,32 %), organického znečištění (až 76,99 %) a celkového fosforu (80,75 %). Naopak u odstraňování amoniakálního dusíku, dusičnanů a chloridů je účinnost KČOV poměrně nízká a pohybuje se kolem 40 %. Klíčová slova: Kořenová čistírna, odpadní voda, CHSK, nerozpuštěné látky

8 Abstract This thesis deals with wastewater treatment by constructed wetlands (CWs). In the theoretical part there is briefly describes history and current status of constructed wetlands in the world and the Czech Republic. There is briefly described structure of CWs as well. Big attention was also paid to the use CWs for various types of wastewater and removal efficiency of pollutants. The experimental section provides the results of the effectiveness of removal selected pollutants in a real wastewater. The results showed high removal efficiencies of suspended solids (up 98,32 %), organic pollution (up 76,99 %) and total of phosphorus (80,75 %). On the other hand, the efficiency of CWs removal of ammonia nitrogen, nitrates and chlorides is, by contrast, relatively low at around 40 %. Keywords: Constructed wetland, wastewater, COD, suspended solids

9 Seznam symbolů a zkratek A h Plocha filtračních polí m 2 A p Příčný průřez kořenového lože m 2 BSK 5 Biologická spotřeba kyslíku za 5 dní mg l -1 BTEX Benzen, toluen, ethylen, xylen Celkový N Celkový dusík Celkový P Celkový fosfor C o Koncentrace BSK 5 na odtoku mg l -1 C t Požadovaná koncentrace BSK 5 na odtoku mg l -1 EO Ekvivalentní obyvatelé CHSK Cr Chemická spotřeba kyslíku stanovení K 2 Cr 2 O 7 mg l -1 CHSK Mn Chemická spotřeba kyslíku stanovení KMnO 4 mg l -1 I Hydraulický sklon (sklon dna) m m -1 K BSK Rychlostní konstanta m/d KČOV Kořenová čistírna odpadních vod k s Hydraulická vodivost substrátu m/s LAS Lineární alkylbenzensulfonáty LCK 314 Kyvetový test mg l -1 LCK 315 Kyvetový test mg l -1 Ln Přirozený logaritmus NH 4+ N Amoniakální dusík NL Nerozpuštěné látky NO - 3 N Dusičnanový dusík OOP Orgán ochrany přírody PE Polyethylen PVC Polvinylchlorid Q Průtok m 3 /s Q d Průměrný průtok odpadní vody m 3 /d ÚČOV Ústřední čistírna odpadních vod ρ(n amon ) Koncentrace amoniakálního dusíku mg l -1 ρ(nl) Hmotnostní koncentrace nerozpuštěných látek mg l -1 ρ(no - 3 ) Koncentrace dusičnanů mg l -1

10 Obsah 1 ÚVOD TEORETICKÁ ČÁST HISTORIE KOŘENOVÝCH ČISTÍREN SOUČASNÝ STAV KČOV VE SVĚTĚ HISTORIE KOŘENOVÝCH ČISTÍREN V ČESKÉ REPUBLICE SOUČASNÝ STAV V ČESKÉ REPUBLICE MOKŘADY Umělé mokřady s emerzními (vynořenými) rostlinami Umělé mokřady se submerzními (ponořenými) rostlinami Umělé mokřady s plovoucími rostlinami Umělé mokřady s rostlinami s plovoucími listy USPOŘÁDÁNÍ KOŘENOVÉ ČISTÍRNY Funkční části kořenové čistírny Předčištění Filtrační lože Dimenzování filtračních polí Distribuce odpadní vody KONFIGURACE VEGETAČNÍCH POLÍ VEGETACE ROSTLINY POUŽÍVANÉ PRO OSÁZENÍ KČOV PROVOZ A ÚDRŽBA VYUŽITÍ KOŘENOVÝCH ČISTÍREN PRO RŮZNÉ DRUHY ODPADNÍCH VOD Splaškové vody Průmyslové odpadní vody Odpadní vody ze zemědělské výroby Průsaky ze skládek pevného odpadu Splachové vody ÚČINNOST ČIŠTĚNÍ Organické látky Nerozpuštěné látky Fosfor Dusík Bakteriální znečištění Těžké kovy LEGISLATIVA... 43

11 3 EXPERIMENTÁLNÍ ČÁST POUŽITÉ PŘÍSTROJE A CHEMIKÁLIE ZDROJ ODPADNÍ VODY STANOVENÍ CHEMICKÉ SPOTŘEBY KYSLÍKU CHSK Cr CHSK Mn Výpočet CHSK STANOVENÍ PH ODPADNÍ VODY STANOVENÍ OBSAHU CELKOVÉHO FOSFORU V ODPADNÍ VODĚ STANOVENÍ OBSAHU CHLORIDŮ V ODPADNÍ VODĚ Výpočet obsahu chloridů STANOVENÍ OBSAHU AMONIAKÁLNÍHO DUSÍKU V ODPADNÍ VODĚ Výpočet obsahu amoniakálního dusíku STANOVENÍ OBSAHU DUSIČNANŮ V ODPADNÍ VODĚ Výpočet obsahu dusičnanů STANOVENÍ NEROZPUŠTĚNÝCH LÁTEK V ODPADNÍ VODĚ Výpočet hmostní koncentrace nerozpuštěných látek VÝSLEDKY A DISKUZE VÝSLEDKY CHSK CR VÝSLEDKY CHSK MN NAMĚŘENÉ PH ODPADNÍ VODY VÝSLEDKY STANOVENÍ CELKOVÉHO FOSFORU VÝSLEDKY STANOVENÍ OBSAHU CHLORIDŮ VÝSLEDKY STANOVENÍ AMONIAKÁLNÍHO DUSÍKU VÝSLEDKY STANOVENÍ DUSIČNANŮ VÝSLEDKY OBSAHU NEROZPUŠTĚNÝCH LÁTEK ZÁVĚR SEZNAM POUŽITÉ LITERATURY... 63

12 1 Úvod Kořenové čistírny odpadních vod patří mezi přírodní čistírny využívající přirozené biochemické procesy, probíhající ve vodním a mokřadním prostředí, k odstraňování znečišťujících látek z vody. Jedná se o umělý mokřad, což je komplex zvodnělého nebo mělce zaplaveného zemního lože, vegetace, živočichů a vody, který napodobuje přirozené mokřady. Kořenové čistírny tedy využívají samočisticí pochody, které probíhají v porézním půdním prostředí za spoluúčasti rostlin. Přirozené mokřady jsou využívány pro čištění odpadních vod již více než sto let. V mnoha případech však šlo spíše o pouhé vypouštění než čištění odpadních vod. Hlavním důvodem byl fakt, že mokřady byly až do 60. let minulého století považovány za bezcenné biotopy. Nekontrolované vypouštění odpadních vod ovšem způsobilo v mnoha případech nevratné poničení celé řady mokřadů. Kořenové čistírny odpadních vod (KČOV) se staly během posledních dvou desetiletí oblíbeným způsobem čištění odpadních vod především v malých obcích vyspělých evropských zemí. Tyto čistírny jsou v České republice relativně novou záležitostí. Mají spoustu bezmezných příznivců i skalních odpůrců. Zájem o malé čistírny u rodinných domků neustále roste. Je to způsobeno i tím, že stoupá množství lidí, kteří chtějí řešit likvidaci odpadních vod ekologičtěji. Často je také odborníky navrhována celá zahrada a kořenová čistírna se stává již od zahájení projektování její součástí. Oblibu získaly především dobrou účinností při odstraňování organických a nerozpuštěných látek a velice nízkými provozními náklady. Tyto čistírny totiž pracují bez elektrické energie a prakticky bez jakýchkoliv mechanických součástí. Důležité je i to, že kořenové čistírny, protože pracují bez elektrické energie, také nepřispívají ke kyselým dešťům, ozonové díře, oteplování Země atd. 11

13 2 Teoretická část 2.1 Historie kořenových čistíren První pokusy s využitím mokřadních rostlin pro čištění odpadních vod byly prováděny v Německu na začátku 50. let. Nejprve u malých zdrojů znečištění a později začínaly vznikat velké kořenové čistírny odpadních vod pro jednotlivé obce. Přesto však první plnoprovozní mokřadní čistírna byl uvedena do provozu v roce 1974 v Othfresenu v Německu. [1, 2, 3] Od té doby jsou umělé mokřady využívány pro čištění odpadních vod po celém světě. V některých státech (USA, Velká Británie, Dánsko, Německo) jsou kořenové čistírny považovány za rovnocennou alternativu klasických čistírenských způsobů a jejich použití je běžně povolováno vodohospodářskými organizacemi. [4] Zajímavé je, že nástup kořenových čistíren byl ve všech zemích poměrně pomalý. Hlavním důvodem, proč v některých zemí trvalo 10 i více let než byly KČOV akceptovány vodohospodářskými institucemi, byla nedůvěra k jednoduchosti systému čištění. V době, kdy klasické čistírny odpadních vod jsou řízeny elektronicky pomocí počítačů, nebylo pro některé odpovědné pracovníky přijatelné, že systém, který pracuje bez elektrické energie a bez mechanických součástí, může dosahovat při odstraňování organických a nerozpuštěných látek stejného účinku. Zlom nastává zpravidla v okamžiku, kdy se podaří prolomit odpor místní "betonové lobby" kterou představují velké firmy zabývající se projektováním a výstavbou klasických čistíren, vodohospodářské orgány včetně příslušných ministerstev. [1, 2] Klasickým případem je Rakousko, kde kvůli silnému odporu úřadů bylo v období uvedeno do provozu cca 50 KČOV. Poté se odpor úřadů zlomil a v současné době je v Rakousku registrováno téměř KČOV. [1,5] Poněkud jiný přístup zvolily Velká Británie a Dánsko, které v rámci ověřování účinnosti KČOV uvedly v polovině 80. let do provozu několik desítek plnoprovozních systémů. Velké množství dobrých výsledků pak bylo podkladem pro kladné hodnocení místních vodohospodářských úřadů. [1, 3] 12

14 2.2 Současný stav KČOV ve světě V současnosti je v Evropě v provozu přibližně těchto čistíren. Nejvíce mokřadních čistíren v provozu je v Německu, a to především v Dolním Sasku, Porýní- Vestfálsku a v Bavorsku. Pracuje jich zde totiž kolem , což je suverénně nejvíce na světě. Dalšími velmocemi jsou Rakousko, Velká Británie a Dánsko. Ve Velké Británii je podle místních odborníků v provozu asi KČOV především pro malé obce. V Dánsku se počet KČOV odhaduje na 500, přičemž velká většina těchto čistíren byla uvedena do provozu v 80. a 90. letech pro malé obce. V posledních letech se v Dánsku rozšířilo použití malých kořenových čistíren (cca 5 m 2 ) pro čištění odpadních vod z myček aut a čerpacích stanic. KČOV jsou využívány především pro malé obce také v Itálii (cca 600 systémů), Portugalsku (cca 400) a Polsku (cca 150). [3, 5, 6, 7] I když kořenové čistírny jsou většinou navrhovány pro malé zdroje znečištění, z technologického hlediska prakticky neexistuje omezení velikosti plochy. Jako příklad velké KČOV mohou sloužit KČOV Beja (Portugalsko, m 2, dočištění pro EO), Billingham (Velká Británie, m 2, průmyslové odpadní vody) nebo Heglig (Súdán, m 2, odpadní vody z ropných polí). [5, 8] V Nizozemí se kořenové čistírny využívají především pro čištění odpadních vod z mlékáren a mléčnic a také pro čištění odpadních vod v rekreačních oblastech, kde množství odpadních vod kolísá v průběhu roku. Ve Francii je v provozu asi 100 KČOV, a to především malých domovních čistíren (do 10 osob). Kořenové čistírny jsou úspěšně využívány i v zemích s podstatně chladnějším klimatem něž u nás. Především se jedná o Norsko a Estonsko. V obou zemích je v provozu asi 30 KČOV pro malé obce, v Norsku jsou KČOV využívány také pro čištění průsaků ze skládek tuhého odpadu. Toto využití je také velmi rozšířené ve Slovinsku, kde je v provozu asi 40 KČOV. I když hlavní uplatnění umělých mokřadů je pro městské a domovní splaškové vody, v poslední době se umělé mokřady s úspěchem využívají i pro čištění celé řady průmyslových a zemědělských odpadních vod. [1, 7] 2.3 Historie kořenových čistíren v České republice Historie použití kořenových čistíren v České republice je ve srovnání s mnohými státy Evropy velmi krátká. První zmínka se objevuje až v roce 1987 na semináři v Brně. 13

15 V následujícím roce je uveden do provozu malý poloprovozní model na pražské ÚČOV, na který byla po dobu jednoho roku přiváděna mechanicky předčištěná odpadní voda. [4] 1 přítoková zóna 2 hrubé kamenivo 3 rozvodná deska 4 štěrkové lože (0,5 8 mm, d 10 = 1 mm) 5 rákos obecný 6 odtoková zóna 7 sběrné otvory 8 odtok Obrázek 1. Model kořenové čistírny na pražské ÚČOV [4] Tabulka 1. Čistící efekt pro organické a nerozpuštěné látky [4] BSK 5 89,50 % ( prům. přítok 200 mg l -1 / odtok 21 mg l -1 ) CHSK Cr 83,10 % ( 379 / 64 ) Nerozpuštěné látky 97,60 % ( 239 / 5,7 ) Celkový N 45,80 % ( 48 / 26 ) Celkový P 49,20 % ( 6,5 / 3,3 ) Koliformní zárodky 99,97 % ( 10 5 KTJ ml -1 / 36 KTJ ml -1 ) Fekální koliformní zárodky 99,97 % ( / 21 ) Enterokoky 99,96 % ( / 7 ) V roce 1989 byla uvedena do provozu naše první plnoprovozní kořenová čistírna [9] v Petrově u Jílového (okres Praha-Západ). Původně byla navržena pro čištění dešťových splachů z hnojného plata. Jako filtrační materiál bylo použito místní porézní zeminy a pro vrchní vrstvu byla použita ornice z přilehlého pole. Po celý rok 1990 byly na čistírnu vyváženy žumpy a septiky z Jílového. Přestože čistírna byla původně navržena pro jiný účel a odpadní vody byly přiváděny nárazově, čistící efekt byl poměrně vysoký. [3, 4, 10] 14

16 Tabulka 2. Čistící efekt KČOV v Petrově u Jílového [4] BSK 5 94,0 % ( prům.přítok 550 mg l -1 / odtok 33 mg l -1 ) CHSK Cr 82,4 % ( 680 / 120 ) Nerozpuštěné látky 97,7 % ( 1750 / 40 ) Celkový N 68,7 % ( 227 / 71 ) Celkový P 93,2 % ( 60 / 4,1 ) NH 4+ N 96,9 % ( 160 / 5 ) Během dvou následujících let byly další kořenové čistírny budovány jen velmi obtížně zejména kvůli velkému odporu vodohospodářských orgánů a legislativě. Do konce roku 1991 byly uvedeny do provozu pouze další 4 KČOV. V roce 1991 nastal zásadní průlom, protože skončila platnost seznamu doporučených způsobů čištění odpadních vod pro malé zdroje znečištění, který kořenové čistírny neobsahoval. Když v roce 1994 získaly KČOV hygienický atest a obce získaly větší finanční nezávislost, jejich počet výrazně narůstal. V letech 1992 a 1993 bylo uvedeno do provozu celkem 22 těchto čistíren. [2, 11, 12] 2.4 Současný stav v České republice Podle průzkumu v roce 2004 bylo v České republice uvedeno od roku 1989 do provozu přes 150 KČOV a jejich počet se plynule zvyšuje. K určitému boomu došlo v polovině 90. let. K roku 2008 bylo u nás v provozu cca 250 ks, lze tedy říct, že se z tohoto hlediska rovněž řadíme mezi země významně využívající tento způsob čištění odpadních vod. [3, 6] Nejvíce KČOV je navrženo jako malé domovní čistírny do 10 ekvivalentních obyvatel (EO) a pro malé obce EO. V obou těchto kategoriích je v provozu asi 75 KČOV. Největší KČOV byla navržena v Osové Bítýšce (1 000 EO), ve Spáleném Poříčí jsou v provozu dvě KČOV (se společným odtokem) celkem pro EO. Další velké množství čistíren pracuje u rodinných farem, penzionů atd. Těchto malých kořenových čistíren je určitě několik desítek, ale přesná evidence chybí. [6, 11, 12] 15

17 Obrázek 2. Celkový počet kořenových čistíren v České republice. [5] Obrázek 3. Rozdělení KČOV v České republice podle návrhového počtu EO. [13] 2.5 Mokřady Mokřady jsou trvale zamokřená území, a to i o velikosti zcela malé, několika metrů čtverečních, nebo naopak i velmi velké, počítané v hektarech. Příčinou zamokření mohou být jak přírodní podmínky, tak antropogenní vlivy, oba vlivy se můžou rovněž kombinovat. Mezi přírodní podmínky, vedoucí ke vzniku mokřadů patří nerozpustné 16

18 (málo rozpustné) geologické podloží, kotlinovitý reliéf území, vysoký roční úhrn srážek, malý odpar. Člověk způsobuje vznik mokřadů zejména terénními úpravami při provádění staveb, nebo vznikají jako důsledek hornické činnosti (poddolování území). [3] Umělé mokřady se rozdělují podle několika kritérií, především podle druhu použité vegetace [2]: 1. Umělé mokřady s emerzními (vynořenými) rostlinami 2. Umělé mokřady se submerzními (ponořenými) rostlinami 3. Umělé mokřady s plovoucími rostlinami 4. Umělé mokřady s rostlinami s plovoucími listy Obrázek 4. Rozdělení umělých mokřadů pro čištění odpadních vod. [14] Umělé mokřady s emerzními (vynořenými) rostlinami Tento typ tvoří jednoznačně největší skupinu umělých mokřadů. Tyto systémy lze dále rozdělit podle toho, zda je nebo není přítomna volná vodní hladina. Umělé mokřady s volnou vodní hladinou se nazývají umělé mokřady s povrchovým tokem. Systémy bez volné vodní hladiny, jinak také nazývané systémy s podpovrchovým tokem, jsou v současné době nejvíce používanými umělými mokřady. 17

19 Podle průtoku se tyto systémy dále dělí na systémy s horizontálním průtokem (tzv. kořenové čistírny) a systémy s vertikálním průtokem. Kromě směru průtoku odpadní vody je hlavní rozdíl v tom, že do horizontálního systému, tj. do kořenové čistírny, přitéká odpadní voda kontinuálně, do vertikálního systému je dávkována přerušovaně na povrch filtračního lože. Na rozdíl od horizontálního systému, který pracuje na gravitačním principu, pro vertikální systémy jsou nutná čerpadla a složitější rozvodné zařízení, aby bylo dosaženo dobré distribuce odpadní vody. [2, 14] (foto 4) Oba typy byly vyvinuty již v první polovině 60. let 20. století v Německu, a zpočátku byly řazeny za sebou (tzv. Seidel systém podle Dr. Käthe Seidlové z University v Krefeldu) a vertikální pole rovněž zastávalo funkci předčištění. [15] Přerušovaný přívod odpadní vody zvyšuje možnost prokysličení filtračního lože, čímž se vytvářejí vhodné podmínky pro nitrifikaci, a tím i ke zlepšenému účinku při odstraňování amoniakálního dusíku. Horizontální pole je naproti tomu většinou anoxické až anaerobní (bez kyslíku), což dává předpoklady k denitrifikaci dusičnanů vzniklých při nitrifikaci. Postupem času však byla vertikální pole nahrazována klasickým mechanickým předčištěním a vertikální systémy se znovu začaly využívat až v 80. letech, především v důsledku zvýšeného důrazu na odstraňování amoniakálního dusíku. V současné době se znovu používají kombinace vertikálního a horizontálního systému, případně dalších typů umělých mokřadů a v literatuře jsou tyto systémy označovány jako hybridní nebo kombinované. [2, 7, 14] a) Umělé mokřady s povrchovým tokem Tyto mokřady se používají po celém světě, nejčastěji však v Severní Americe, kde jich je v současnosti v provozu asi Využívají se především pro odstraňování manganu a železa z kyselých důlních vod, pro čištění dešťových splachů ze silnic, dálnic, letištních ploch a parkovišť a také pro čištění průsakových vod ze skládek pevného odpadu. V Evropě je nejvíce systémů tohoto druhu v Nizozemí a v Polsku. [14] Čištění odpadních vod se uskutečňuje při průtoku odpadní vody hustým porostem mokřadních rostlin, které rostou v relativně málo propustném substrátu. Při tomto způsobu čištění je znečištění odstraňováno ve vodním sloupci mělkých nádrží, které jsou prorostlé mokřadní vegetací. Ponořené části živých rostlin a zetlelé části rostlin na dně nádrží slouží jako mechanický filtr pro suspendované látky a jako podklad pro baktérie, které se významnou měrou podílejí na odstraňování znečištění. 18

20 Organické látky jsou odstraňovány mikrobiálním rozkladem, částečně filtrací a sedimentací. Nerozpuštěné látky jsou odstraňovány z odpadní vody filtrací a sedimentací. Dusík je z odpadní vody odstraňován těkáním amoniaku, neboť v těchto systémech vytvářejí planktonní i nárostové řasy vhodné podmínky pro tento proces, a především mikrobiálním komplexem nitrifikace / denitrifikace. K nitrifikaci dochází v aerobních zónách vodního sloupce, zatímco denitrifikace se uskutečňuje především ve vrstvě stařiny na dně nádrží. Fosfor je z odpadní vody odstraňován především adsorpcí na půdní částice dnových vrstev. Vzhledem k malému kontaktu odpadní vody a dnem nádrže (a tudíž půdních částic) není odstraňování fosforu příliš efektivní. Vegetace se v těchto systémech pravidelně nesklízí, a proto se živiny obsažené v biomase rostlin po jejich odumření dostávají zpět do vody. Tyto mokřady s povrchovým tokem vykazují velmi dobrou účinnost odstraňování nerozpuštěných a organických látek a běžně dosahuje až 90 % při čištění splaškových odpadních vod. Odstraňování dusíku ze splaškových odpadních vod se většinou pohybuje v rozmezí %, zatímco odstranění fosforu je nižší a většinou nepřesahuje 50 %. [2, 4, 6, 14] Obrázek 5. Umělý mokřad s povrchovým tokem [14] b) Umělé mokřady s podpovrchovým horizontálním tokem (kořenové čistírny) Základním principem tohoto způsobu čištění je horizontální průtok odpadní vody propustným substrátem, který je osázen mokřadními rostlinami. Substrát musí být dostatečně propustný, aby nedocházelo k ucpávání a následnému povrchovému odtoku. Při nepřetržitém průchodu odpadní vody substrátem dochází k vysokému stupni odstraňování organických a nerozpuštěných látek a mikrobiálního znečištění. 19

21 Odstranění dusíku a fosforu je nižší, ale tyto systémy nejsou určeny speciálně pro odstraňování těchto živin. [2, 6] Obrázek 6. Umělý mokřad s podpovrchovým horizontálním tokem [14] Obrázek 7. Kořenová čistírna v Oucmanicích c) Umělé mokřady s vertikálním podpovrchovým tokem Při tomto způsobu čištění je odpadní voda přerušovaně přiváděna na povrch lože osázeného mokřadními rostlinami. V rovinatém terénu jsou pro funkci tohoto systému nutná čerpadla a složitější rozvodné zařízení, aby bylo dosaženo dobré distribuce vody. Voda prosakuje vrstvami štěrku a písku, je sbírána na dně drenážními trubkami a poté odváděna ze systému. Principiálně je tento způsob podobný zemnímu filtru. 20

22 Čistící systém s vertikálním průtokem musí být navržen s několika paralelními loži, která jsou střídavě zaplavována. Zaplavování a vysoušení loží má za následek střídání oxidačních (aerobních) a redukovaných (anaerobních až anodických) podmínek, které jsou vhodné pro procesy nitrifikace / denitrifikace a adsorpce fosforu. Vzhledem ke krátké době zdržení (většinou pouze několik hodin) je odstraňování organických a nerozpuštěných látek nižší než u umělých mokřadů s horizontálním průtok, kde se doba zdržení pohybuje většinou v rozmezí 5 až 10 dnů. Systém s vertikálním průtokem je vhodné kombinovat s horizontálním průtokem. [4, 6, 14] Obrázek 8. Umělý mokřad s podpovrchovým vertikálním tokem směrem nahoru [14] Umělé mokřady se submerzními (ponořenými) rostlinami Uplatňují se stále ve větší míře po celém světě. Submerzní rostliny mají fotosyntetické orgány zcela ponořené. Tyto rostliny přijímají živiny především systémem kořenů ze sedimentů, jsou však schopny asimilovat i živiny z vodního sloupce. Vzhledem k fyziologické povaze rostlin je však nezbytně nutné, aby voda neobsahovala vyšší koncentrace nerozpuštěných látek a nebyla limitována fotosyntéza rostlin nedostatkem světla. Navíc submerzní rostliny preferují vodu s vyšším obsahem rozpuštěného kyslíku. Z těchto důvodů se tyto systémy používají především na dočišťování odpadních vod případně pro odpadní vody s nízkým obsahem organických látek. Přítomnost submerzních rostlin má za následek zvýšení koncentrace rozpuštěného kyslíku v průběhu vysoké fotosyntetické aktivity rostlin. Zvýšené hodnoty ph vytvářejí optimální podmínky pro těkání amoniakálního dusíku a srážení fosforu. Vysoké koncentrace rozpuštěného kyslíku také vytvářejí předpoklad pro mineralizaci organických látek. Asimilované živiny jsou vesměs zadržovány v kořenovém systému vyšších rostlin a v nárostových společenstvech. Živiny uvolňované v průběhu 21

23 dekompozice submerzních rostlin jsou snadno asimilovány nárostovými společenstvy. [2, 4] Obrázek 9. Umělý mokřad se submerzními rostlinami [14] Umělé mokřady s plovoucími rostlinami Umělé mokřady s plovoucími rostlinami využívají většinou vodní hyacint (Eichhornia Crassippes) nebo rostliny z čeledi okřehkovité (např. Lemna, Spirodela, Wolffia). Vodní hyacint je jedním z nejobtížnějších plevelů tropických a subtropických oblastí a patří mezi nejproduktivnější rostliny na zeměkouli. Je uváděno, že 10 rostlin může během 8 měsíců vyprodukovat až nových rostlin a zcela zaplnit vodní plochu o rozloze m 2. Souvislý pokryv hladiny zabraňuje pronikání světla do vodního sloupce, čímž je eliminován růst řas, a tím je následně udržována hodnota ph v oblasti neutrálních hodnot. Rostliny navíc minimalizují turbulenci a míchání vody způsobené větrem a výrazně snižují kolísání teploty vody. Výsledkem těchto jevů je skutečnost, že vodní vrstva pod hladinou obsahuje jen málo rozpuštěného kyslíku a většina vodního sloupce je anoxická až anaerobní, a to i v mělkých nádržích. Nerozpuštěné látky jsou odstraňovány sedimentací, organické látky (BSK 5, CHSK) především bakteriálním rozkladem. [14, 16, 17] Účinnost odstraňování je poměrně vysoká vzhledem k tomu, že kořeny rostlin slouží jako podklad pro růst velkého množství přisedlých baktérií. Dusík je z odpadní vody odstraňován kombinací několika procesů. Kromě příjmu dusíku rostlinami se uplatňuje také mikrobiální komplex nitrifikace / denitrifikace a v omezené míře i těkání amoniakálního dusíku. Fosfor je z odpadní vody odstraňován téměř výhradně rostlinným příjmem. Pro maximální využití odstraňování živin z odpadní vody je nutné udržovat optimální hustotu rostlin v systému. 22

24 Vzhledem k velké produkci biomasy a ke schopnosti přijímat a kumulovat velké množství živin byly koncem 70. a začátkem 80. let 20. století do těchto systémů vkládány velké naděje především pro odstraňování dusíku a fosforu z odpadních vod. Zkušenosti však ukázaly, že provoz těchto systémů je velmi neekonomický (nutnost pravidelného sklízení biomasy a následné využití biomasy, nutnost intenzivního provzdušňování pro více zatížené systémy) a navíc růst rostlin je velmi limitován klimatickými podmínkami. Především pak vodní hyacint je schopen celoročně plného růstu pouze v tropických a subtropických oblastech. V nedávné době se opět zvedla vlna zájmu o tento způsob čištění, a to především v rozvojových zemích Asie a Afriky. [2, 14] Obrázek 10. Umělý mokřad s plovoucími rostlinami [14] Umělé mokřady s rostlinami s plovoucími listy Využití kořenujících rostlin s plovoucími listy pro čištění odpadních vod je ojedinělé. Z literatury je známo pouze jedno plnoprovozní uplatnění, a to v Bainikengu v jihovýchodní Číně. V tomto případě byla nádrž osázena lotusem (Nelumbo nucifera) společně s vodním hyacintem. Účinnost tohoto systému byla velmi nízká. Další rostliny, které připadají v úvahu pro tento druh umělých mokřadů jsou např. lekníny (Nymphaea spp.) nebo stulíky (Nuphar spp.). Všechny tyto rostliny kumulují značná množství živin v mohutným oddencích, jejichž odstraňování by však znamenalo zničení celého systému. Velké listy plovoucí na hladině brání průniku světla do vodního sloupce, navíc řapíky těchto rostlin vylučují látky, které brání přisedání většího množství nárostových řas. Následkem toho jsou v těchto systémech do značné míry eliminovány řasy, které svou fotosyntetickou aktivitou mají pozitivní vliv s rostlinami na průběh odstraňování znečištění z odpadní vody. Z uvedených důvodů je využití tohoto systému v praxi velmi problematické a zdá se, že nenajde široké uplatnění. [2, 14] 23

25 Obrázek 11. Umělý mokřad s rostlinami s plovoucími listy [14] V případě vynořených rostlin a rostlin s plovoucími listy jsou živiny asimilovány ze sedimentů. Z vody jsou živiny asimilovány rostlinami plovoucími. Ponořené rostliny přijímají živiny ze sedimentů, ale také přímo z vody stonky a listy. Kvantitativní rozdělení příjmu živin mezi kořeny a stonky je stále diskutovanou otázkou. Mokřadní vegetace je na celém světě podobná, narozdíl od suchozemské vegetace. Důležitými vlastnostmi mokřadní vegetace jsou rychlý růst, vytváření velké biomasy a maximální využití dostupných živin. [4, 14] 2.6 Uspořádání kořenové čistírny Základním principem KČOV je horizontální průtok odpadní vody propustným substrátem, který je osázen mokřadními rostlinami. Při průtoku odpadní vody filtračním materiálem dochází k odstraňování znečištění kombinací fyzikálních, chemických a biologických procesů. Název kořenová čistírna vznikl z anglického Root Zone Method, což bylo pojmenování umělých mokřadů s podpovrchovým horizontálním průtokem, které se používalo v 70. a 80. letech 20. století. [2, 11] Kořenová čistírna se standardně skládá z přítokového objektu, na který navazuje distribuční zóna vyplněná kamenivem. Následuje porézní filtrační lože sestávající z drceného kameniva či praného štěrku, kterým prorůstá vegetace. Ve filtračním loži dochází k vlastnímu čištění odpadní vody. Odtud voda odtéká do sběrné zóny, která je, stejně jako distribuční zóna, tvořena kamenivem. Shromažďující se vyčištěná voda je 24

26 odváděna drenážním potrubím k odtokovému objektu. Celá soustava je uložena pod úrovní terénu a je izolovaná nepropustnou vrstvou (folií). [3] Obrázek 12. Uspořádání kořenové čistírny [18] 1 distribuční zóna (kamenivo mm) 2 nepropustná bariéra (PE nebo PVC) 3 filtrační materiál (kačírek, štěrk, drcené kamenivo) 4 vegetace 5 výška vodní hladiny v kořenovém loži nastavitelná v odtokové šachtě 6 odtoková zóna (shodná s distribuční zónou) 7 sběrná drenáž 8 regulace výšky hladiny Funkční části kořenové čistírny Předčištění Před vlastní kořenovou čistírnu je vždy nutné zařadit mechanické předčištění, které je pro tento typ čištění velmi důležité. V případě nedokonalého předčištění se dostatečně neodstraní nerozpuštěné látky, které mohou následně ucpat vlastní filtrační lože. Pro nejmenší zdroje znečištění (zpravidla domácnosti) postačuje jednoduchý septik nebo usazovací (sedimentační) nádrž. Pro větší zdroje splaškových vod (obce) je nejvhodnější kombinace česlí a štěrbinové nádrže, v případě jednotné kanalizace (splašky společně s dešťovými splachy) je nutné oddělit dešťové přívaly a zařadit lapák písku, případně i štěrku. [2, 6] 25

27 Filtrační lože Filtrační lože je většinou 60 až 80 cm hluboké (u vertikálních čistíren cm) v závislosti na hloubce prokořenění vybraných druhů mokřadních rostlin. Substrát musí být dostatečně propustný, aby nedocházelo k ucpávání. Kořenové čistírny, které se stavěly v 70. a 80. letech 20. století většinou využívaly těžké, jílovité zeminy, které měly vysoký filtrační a čisticí účinek, ale docházelo velmi rychle k ucpávání a k povrchovému odtoku. Tato skutečnost nesnižovala příliš výsledný čisticí efekt, ale docházelo k hygienickým problémům (např. zápach), a také k problematickému způsobu provozování v zimních měsících. V současné době se nejvíce používá praný štěrk, drcené kamenivo nebo kačírek o zrnitosti 4/8 nebo 8/16 mm. Je vhodné používat pouze jednu frakci, neboť při použití více frakcí může dojít k jejich nedokonalému promísení a poté se mohou vytvářet zkratové proudy ve filtračním loži. Navíc je bezpodmínečně nutné použít materiály zbavené prachu, případně zeminy. V případě štěrku je vhodné vždy použít praný štěrk. Rozvodné a sběrné zóny jsou vyplněny hrubým kamenivem ( mm), aby se odpadní voda dobře rozvedla po celém profilu nátokové hrany. Filtrační lože je odděleno od podloží nepropustnou vrstvou, nejčastěji plastovou fólií (PVC, PE), aby nedocházelo k nekontrolovaným průsakům do podloží a následnému znehodnocování podzemních vod. Plastovou fólii je nutné ochránit před poškozením, např. podložit a překrýt geotextílií, aby nedošlo k protržení fólie při navážení filtračního materiálu. Pokud je podloží tvořeno málo propustným materiálem (jíly s hydraulickou vodivostí <10 8 m/s), není nutné používat další izolace. [2, 6, 11] Obrázek 13. Dočišťovací jezírko v Oucmanicích 26

28 Obrázek 14. Kořenové pole v Oucmanicích Dimenzování filtračních polí Kořenové čistírny jsou téměř vždy dimenzovány tak, aby bylo zajištěno dostatečné odstranění organických a nerozpuštěných látek. Plocha kořenových polí je navrhována podle rovnice, která vychází z reakce prvního řádu pro pístový tok při odstraňování BSK 5 (rovnice 1): A h = Q d (ln C o ln C t )/K BSK (1) Kde A h = plocha filtračních polí (m 2 ) Q d = průměrný průtok odpadní vody (m 3 /d) C o = koncentrace BSK 5 na přítoku na filtrační pole (mg l -1 ) C t = požadovaná koncentrace BSK 5 na odtoku (mg l-1 ) K BSK = rychlostní konstanta (m/d) 27

29 Evropské doporučení uvádějí hodnotu K BSK = 0,1. Tato hodnota je použitelná pro čištění mechanicky předčištěných odpadních vod s koncentrací BSK 5 v rozmezí 150 až 300 mg l -1. [6, 7] Rovnice vychází z letitých zkušeností provozu 100 kořenových čistíren ve Velké Británii, Dánsku a USA. Pro městské a domovní splašky vychází s použitím této rovnice plocha filtračních polí cca 4 6 m 2 (většinou se počítá s 5 m 2 ) na jednoho připojeného obyvatele. Rovnic pro výpočet plochy je několik, liší se podle určení KČOV a podle požadovaných výsledků (BSK 5, dusík, aj.) [2, 6] Zpočátku bylo vždy využíváno jen jedno filtrační pole bez omezení velikosti, což vedlo často ke špatné hydraulice systému a zkratovým proudům. Tento nedostatek byl eliminován rozdělením celkové plochy na několik menších polí, což však na druhou stranu vede ke zvětšení celkové plochy čistírny. Jako pomocná návrhová kritéria se používají dva faktory: délka nátokové hrany 0,17 0,40 m na jednoho připojeného obyvatele a maximální délka kořenového pole cca 30 metrů. Výsledkem je, že filtrační pole mají často poměr délka : šířka menší než 1. Široká nátoková hrana zabraňuje lokálnímu přetížení a případnému ucpávání lože, krátké pole minimalizuje výskyt zkratových proudů. Poměr délka : šířka nemá vliv na účinnost odstraňování BSK 5 a nerozpuštěných látek. [2, 6, 7] Šířka kořenového pole je odvozena z rovnice 2: Q = k s A p i (2) Kde Q = průtok (m 3 /s) k s = hydraulická vodivost substrátu (m/s) A p = příčný průřez kořenového lože (m 2 ) i = hydraulický sklon (sklon dna) (m m -1 ) Distribuce odpadní vody Původně byla mechanicky předčištěná odpadní voda většinou přiváděna do rozvodné zóny přes otevřený žlab. Tento způsob se však ukázal jako nepříliš vhodný vzhledem k nutnosti stálé kontroly přelivné hrany, problémům v zimním období a také hygienickým závadám (zápach). 28

30 Od poloviny 80. let je předčištěná odpadní voda běžně přiváděna přímo do rozvodné zóny, která je vyplněna hrubým kamením. Pro rozvod se většinou používají plastové trubky s velkými otvory, aby se zabránilo ucpávání. Rozvodné potrubí může být uloženo buď pod úrovní povrchu filtračního pole, a povrch rozvodné zóny je ve stejné úrovni jako povrch filtračního pole, nebo jsou rozvodné trubky uloženy nad úrovní povrchu filtračního pole a jsou převrstveny hrubým kamenivem. Sběrné potrubí je uloženo na dně filtračního lože a je spojeno v odtokové šachtě s výpustním mechanismem, kterým se nastavuje výška vodního sloupce ve filtračním loži (na principu spojených nádob). První KČOV využívaly železných otočných kolen, která však rychle podléhala korozi a manipulace s nimi se stala velmi obtížnou. Železná kolena byla postupně nahrazena plastovými, ale v poslední době se nejlépe osvědčují flexibilní hadice zavěšené na řetízcích. Manipulace s hadicemi je velmi snadná a lze docílit velmi přesného nastavení výšky vodní hladiny. Při běžném provozu se hladina vody udržuje 5 10 cm pod povrchem filtračního lože. V zimních měsících lze vodní hladinu krátkodobě zvýšit a po zamrznutí opět snížit vzduch pod ledovou vrstvou pomáhá spolu s mokřadními rostlinami izolovat čistírnu proti mrazu. [2, 4, 6] 2.7 Konfigurace vegetačních polí Kořenové čistírny byly zpočátku budovány s jedním polem bez ohledu na velikost plochy. Tím vznikaly mnohdy problémy s optimálním rozvedením odpadní vody na celou plochu kořenového pole. A) Jedna plocha Je sice nejjednodušším a nejlevnějším typem, ale její využití je omezené vzhledem k malé pracovní flexibilitě a obtížné hydraulice při velkých průtocích. Jednu plochu lze používat pouze pro malé průtoky cca 0,05 l/s. 29

31 B) Paralelní plochy Jsou velmi výhodným uspořádáním KČOV. Průtok je rovnoměrně rozdělován do jednotlivých ploch a v případě výpadku jedné plochy zůstává další plocha v provozu. C) Plochy zapojené v sérii Mohou využívat různé druhy substrátu, přičemž druhý stupeň může sloužit i jako dočištění. V každém případě je vhodné u tohoto způsobu zapojení zajistit možnost přítoku odpadní vody na každé pole samostatně. D) Paralelní plochy zapojené v sérii Jsou často využívanou kombinací pro větší objemy. 30

32 E) Paralelně zapojená série ploch Jsou taktéž často využívanou kombinací pro větší objemy. [4, 7] 2.8 Vegetace Dvacetiletý výzkum jednoznačně potvrdil, že přítomnost vegetace v KČOV má svůj význam. Mokřadní rostliny plní v kořenových čistírnách řadu důležitých funkcí, ale je nutné si uvědomit, že tyto funkce jsou především nepřímého charakteru. Rostliny v KČOV nebyly nikdy používány za účelem odčerpání živin. [2, 4] Funkce mokřadních rostlin: Zateplování povrchu filtračních polí v průběhu zimního období V našich klimatických podmínkách se jeví jako nejdůležitější funkce. Z tohoto důvodu se vegetace sklízí až na konci zimního období, když již nehrozí nebezpečí velkých mrazů. Poskytování podkladu (kořeny a oddenky) pro přisedlé mikroorganismy, které se jinak nevyskytují ve volné půdě Přivádění kyslíku do kořenové zóny Kořenová zóna je většinou anoxická nebo anaerobní (tj. bez kyslíku). Mokřadní rostliny jsou fyziologicky a morfologicky uzpůsobeny k transportu kyslíku z atmosféry do podzemních částí, aby tyto části rostlin mohly respirovat (dýchat). Kyslík, který není spotřebován na respiraci, difunduje do okolí kořenů a vytváří malé aerobní zóny. Množství kyslíku, které difunduje do anaerobní půdy, teoreticky může postačovat na aerobní oxidaci organických látek přítomných v odpadní vodě. Ve skutečnosti však v kořenové zóně převládají anaerobní děje, neboť kyslík je přítomný pouze v mikrozónách v těsné blízkosti kořenů a oddenků. 31

33 Kyslík O 2 je transportován z atmosféry do kořenů aerenchymou. 1. část kyslíku difunduje do zeminy, čímž se vytváří aerobní zóna (+O 2 ) 2. anoxická zóna (-O 2, +NO - 3 ) v okolí kořenů a oddenků 3. ostatní je anaerobní zemina (-O 2, -NO - 3 ) Obrázek 15. Schematické znázornění redoxních podmínek v okolí kořenů mokřadních rostlin [4] Poskytování organického uhlíku nutného pro denitrifikaci Vylučování řady látek (např. alkaloidů), které mají silné baktericidní účinky V případě zvýšených průtoků v období silných dešťů může u čistíren, které čistí odpadní vody z jednotné kanalizace, docházet ke krátkodobému povrchovému odtoku, ale v případě, že je filtrační lože osázeno rostlinami, pracuje systém jako mokřad s povrchovým tokem a nedochází k pouhému odtoku po povrchu lože Estetická funkce [2, 4, 6, 7] 2.9 Rostliny používané pro osázení KČOV Rákos obecný (Phragmites australis) Především pro svou schopnost tolerovat značnou míru znečištění patří k nejproduktivnějším mokřadním rostlinám. Poloprovozní pokusy prokázaly, že rákos toleruje (intenzivně roste a rozmnožuje se) i hodnoty BSK mg l -1 a koncentraci celkového dusíku 350 mg l -1. Rákos je poměrně tolerantní vůči teplotě, ph, organickému i anorganickému znečištění. Chrastice rákosovitá (Phalaris arundinacea) Často je vysazována v kombinaci s rákosem. Roste rychleji než rákos a vytváří kompaktní porost již během prvního vegetačního období. Biomasa i produktivita je výrazně nižší než u rákosu. Je tolerantní ke znečištění i promrzání, ale rozmezí optimálního ph je poměrně úzké: 6,1 7,5. 32

34 Orobinec Širokolistý (Typha latifolia.) Používá se převážně pro malé domovní čistírny, má navíc i dekorativní charakter. Toleruje široké koncentrační rozpětí znečištění a především ph Z tohoto důvodu je využíván pro umělé mokřady, které čistí kyselé drenážní vody s ph 2. Vodní Hyacint (Eichhornia Crassippes) Je jednou z nejproduktivnějších rostlin na světě a v tropických a subtropických oblastech patří mezi nejobávanější plevele, které působí nesmírné škody (ucpávání závlahových kanálů, drenáží, řek, čímž znemožňuje jejich využití). Velká produktivita je však využívána při čištění odpadních vod. Kosatec žlutý (Iris pseudacorus), Kosatec sibiřský (Iris sibirica) Mají i dekorativní charakter. Kosatec sibiřský navíc patří mezi silně ohrožené druhy rostlin podle vyhlášky 395/1992 Sb. takže na činnost je potřeba souhlas orgánu ochrany přírody (OOP). Rostliny se vysazují v hustotě 4 8 na 1 m 2 přímo do štěrkového lože, pokud možno bez zeminy. Po vysázení rostlin je vhodné udržovat hladinu vody při povrchu lože, případně těsně nad povrchem, až do té doby, než rostliny řádně zakoření. Pokud jsou v okolí kořenového pole travní porosty, je žádoucí tyto porosty pravidelně kosit, zvláště v období po výsadbě makrofyt. Okolní porosty se mohou stát zdrojem nežádoucích plevelů, které po zanesení na kořenové pole zpomalují rozrůstání vysázených rostlin. Když se vysázené rostliny rozrostou a vytvoří souvislý pokryv, je možnost invaze plevelů prakticky nulová. I poté je však vhodné udržovat porosty v okolí kořenové čistírny, neboť veřejnost často hodnotí funkci čistírny podle vnějšího vzhledu. [2, 4, 6, 7] 33

35 Obrázek 16. Vegetace kořenové čistírny v Oucmanicích 2.10 Provoz a údržba Velkou výhodou kořenových čistíren ve srovnání s klasickými je, že nevyžadují elektrickou energii a neobsahují žádné mechanické součásti, které by se mohly opotřebovávat. To ovšem svádí k přístupu, že KČOV jsou v podstatě bezobslužné, což však v žádném případě není pravda. I velmi jednoduchá sestava mechanické předčištění a kořenové pole vyžaduje pravidelnou kontrolu. Běžná kontrola je především zaměřena na údržbu mechanického přečištění (čištění česlí, kontrola a případné vyklízení lapáku písku a štěrku) a kontrolu nastavení výšky vodní hladiny ve filtračním poli. Průběžně je také nutné kontrolovat množství kalu v septiku nebo štěrbinové nádrži a v případě potřeby nahromaděný kal vyvézt. Nedostatečná účinnost nebo špatná údržba předčištění má téměř vždy za následek únik většího množství nerozpuštěných látek do vlastní kořenové čistírny, což obvykle vede ke kolmataci (zacpávání) filtračního lože a následnému povrchovému odtoku. Povrchový odtok se však většinou objevuje jen na krátkém úseku za rozvodnou zónou a v žádném případě se nejedná o havárii nebo kolaps čistírny. Povrchový odtok má prakticky jen minimální vliv na účinnost čištění. [2, 5, 6] 34

36 Pokud je údržba systematická a pravidelná, jsou náklady na ni minimální a údržba je časově nenáročná. Ve většině případů postačuje u obecních čistíren jedna hodina denně. Poměrně nejasná je otázka údržby vegetace, především pak nutnost sklízení nadzemní biomasy. V mnoha zemích se vegetace vůbec nesklízí, a proto jsou vlastní filtrační lože uložena pod úroveň okolního terénu, aby se tento výškový rozdíl časem zazemnil rozkládající se biomasou rostlin. V České republice existuje cela řada přístupů, z nichž nejběžnější je kosení vegetace na konci zimního období vzhledem k tomu, že zateplování povrchu filtračních polí je jednou z nejdůležitějších funkcí rostlin v našich klimatických podmínkách. Na některých KČOV je nadzemní biomasa kosena na podzim, ponechána na povrchu filtračních polí a odstraněna na jaře příštího roku. V některých případech je aplikována dosti pochybná metoda pálení biomasy na stojato přímo ve filtračních polích. Pokusy se sklízením biomasy ukázaly, že množství živin, které lze odstranit sekáním nadzemní biomasy, je v porovnání s množstvím přiváděných živin prakticky zanedbatelné a většinou se pohybuje mezi 2 až 6 %. Sklízení biomasy jako způsob odstraňování živin však může hrát výraznější roli u silně naředěných vod s nízkou koncentrací živin na vstupu. [5] 2.11 Využití kořenových čistíren pro různé druhy odpadních vod Do kořenových čistíren byly zpočátku vkládány velké naděje pro dočišťování odpadních vod se zvýšeným důrazem na odstraňování živin. Již velmi záhy se ukázalo, že tento předpoklad je nesprávný a že kořenové čistírny jsou naopak pro takové využití nevhodné. Naproti tomu KČOV prokázaly výbornou schopnost odstraňovat organické a nerozpuštěné látky, a proto byly v 70. a 80. letech 20. století využívány téměř výhradně k čištění městských a domovních splaškových vod z malých zdrojů znečištění. Od konce 80. let 20. století se však použití kořenových čistíren (někdy v kombinaci s jinými typy umělých mokřadů) rozšířilo na téměř všechny druhy odpadních vod včetně průmyslových a zemědělských. [2, 15] KČOV mají obrovskou výhodu v tom, že jde snad o jediné čistírny, kterým nevadí nárazové znečištění. Jsou tedy ideální pro případy, kdy jsou objekty využívány sezónně nebo jen občas (chatové osady, kempy, penziony apod.), zkrátka všude, kde 35

37 dochází k nárazovému nátoku odpadní vody. Po obnovení přítoku odpadní vody začnou velice rychle normálně fungovat, zatímco například u běžné biodiskové čistírny trvá náběh na běžný provoz jeden až dva týdny. [4] Obrázek 17. Využití kořenových čistíren pro různé druhy odpadních vod [2] Splaškové vody Kořenové čistírny byly a pravděpodobně stále jsou nejčastěji využívány pro čištění domovních a městských splaškových vod. Výsledky jasně dokazují, že kořenové čistírny jsou úspěšně využívány pro čištění splaškových vod s velkou variabilitou vstupních koncentrací. Zvláště důležitá je skutečnost, že kořenové čistírny lze výhodně použít i v případě velmi nízkých vstupních koncentrací organických látek, tedy v situaci, kdy klasické čistírny jsou jen velmi obtížně použitelné. [4, 19] Kromě běžně sledovaných parametrů jsou v současné době ve splaškových vodách také sledovány další parametry, jako např. lineární alkylbenzensulfonáty (LAS), 36

38 které jsou významnou součástí pracích přípravků a různých farmaceutických produktů. [15] Průmyslové odpadní vody V tabulce 3 jsou uvedeny příklady využití kořenových čistíren pro čištění různých druhů průmyslových odpadních vod. Čištění odpadních a procesních vod z petrochemického průmyslu je většinou zaměřeno na odstraňování uhlovodíků (např. tzv. dieselové uhlovodíky označované jako C 10 C 40 ) nebo BTEX (benzen, toluen, ethylen, xylen). Pravděpodobně největší kořenová čistírna v petrochemickém průmyslu byla vybudována v Hegligu (Súdán, m 2, m 3 /d odpadní vody) pro čištění procesních vod z ropných polí. Mezi největší kořenové čistírny ( m 2 ) patří i systém, který byl instalován v roce 1990 v Billinghamu ve Velké Británii pro chemickou továrnu [8], kde se vyrábí technický alkohol pro výrobu detergentů a různých plastů a deriváty pro výroby léčiv, aminů, fenolů, acetonu, nehořlavých materiálů, agrochemických přípravků a zvířecí potravy. [5, 15, 19] Odpadní vody z výroby papíru a papíroviny obsahují vysoké koncentrace nerozpuštěných a organických látek, které se dostávají do vody při zpracování dřeva. Sekundární čištění je většinou realizována v intenzivně provzdušňovaných lagunách a odtok z těchto lagun často obsahuje velmi nízké koncentrace organických látek, kterou jsou však obtížně biochemicky rozložitelné. [20] Kromě uvedených parametrů se čištění těchto odpadních vod zaměřuje na odstraňování amoniakálního dusíku a fenolových látek. Poloprovozní pokusy byly prováděny se sekundárně vyčištěnou vodou a prokázaly dobrou účinnost čištění především pro nerozpuštěné látky, BSK 5 a amoniakální dusík. Byla také zjištěna závislost účinnosti na době zdržení, přičemž prodloužení doby zdržení na více než 24 hodin již nepřineslo významné zvýšení účinnosti. [4, 19] Koncentrace BSK 5, CHSK Cr a nerozpuštěných látek v odpadních vodách z kožedělného průmyslu jsou velmi vysoké a většinou přesahují mg l -1. [21] Využití kořenových čistíren pro tento typ odpadní vody je relativně nový a první experimenty byly prováděny v Portugalsku, Turecku a USA. Naproti tomu, využití kořenových čistíren pro čištění odpadních vod z textilního průmyslu je známo již v 80. let minulého století z Německa a Austrálie. Kromě organických a nerozpuštěných látek bývá čištění zaměřeno i na odstraňování barevnosti vody. Textilní odpadní vody však mají velmi nízký poměr (BSK 5 :CHSK), což indikuje 37

39 silné zastoupení obtížně rozložitelných organických látek, a proto redukce BSK 5 je většinou nízká. [15, 19] Také využití kořenových čistíren pro čištění odpadních vod z jatek a masného průmyslu je známo již od konce 80. let minulého století z Austrálie. [22] Další využití bylo popsáno z Nového Zélandu, Ekvádoru, Mexika nebo Litvy. [15] Široké uplatnění kořenových čistíren je pro čištění odpadních vod z potravinářského průmyslu. Tyto odpadní vody jsou především charakterizovány vysokou koncentrací lehce rozložitelných organických látek. [21] Velmi často jsou kořenové čistírny využívány pro čištění odpadních vod z výroby sýrů. Mezi další aplikace patří například zpracování mořských živočichů, výroba škrobu, zpracování ovoce a zeleniny. V poslední době se kořenové čistírny uplatňují při čištění odpadních vod z výroby vína a destilátů. Odpadní vody z vinařství jsou charakteristické vysokým obsahem organických látek, vysokou aciditou a sezónním kolísáním průtoku. [23, 24] Úspěšné použití kořenových čistíren bylo popsáno z Itálie a Jižní Afriky. Čištění odpadních vod z výroby destilátů bylo popsáno v Indii. [19] Tabulka 3. Příklady použití kořenových čistíren pro čištění různých typů průmyslových odpadních vod [19] Průmysl Lokalita Průmysl Lokalita Petrochemický USA Velká Británie Jižní Afrika Čína Taiwan Sudán Potravinářský Slovinsko Nizozemí USA Francie Itálie Litva Chemický Papírenský Textilní Kožedělný Prádelna Velká Británie Portugalsko Čína USA Keňa Slovinsko Austrálie Německo Portugalsko Turecko USA Austrálie Vinařský a lihovarnický Indie Itálie Pyrolýza lignitu Důlní Masný (jatka) Jižní Afrika Německo USA Německo Austrálie Nový Zéland Mexiko Ekvádor Uruguay 38