3 TECHNOLOGIE ČIŠTĚNÍ VODY 3.1 Předčištění a mechanické čištění:

1 ÚVOD Rozvoj vědy a techniky v posledních desetiletích otevřel cestu k přírodním zdrojům, které jsou využívány v takovém měřítku, že některé z nich se stávají vzácnými. Voda je jedním z nich. Navíc má vlastnosti pro lidský život nepostradatelné, které nelze jinou přírodní látkou nahradit. Pro člověka žijícího v dnešní době se stává samozřejmostí mít k dispozici dostatek zdravotně nezávadné pité vody. Zvyšující se nároky obyvatel i průmyslu na dodávku vody nutí vodohospodáře řešit stále náročnější úkoly při získávání nových zdrojů pitné vody, jejich nejhospodárnější využívání a současně i jejich intenzivní ochranu. Celkové zásoby vody na Zemi činí asi 1 385 989 600 km³, z toho sladká voda představuje 2,53 % a ne všechna sladká voda má vhodné užitkové popřípadě pitné vlastnosti a je člověku přístupná. Spousta sladké vody je na zemi znečištěná, kontaminovaná, či člověku nedostupná. Z toho jednoznačně vyplívá, že potřeba zachovat si toto malé procento sladké vody je pro člověka více než nutností a pokud to bude možné tak se snažit o navýšení poměru vody neznečištěné a ne aby tomu bylo naopak. Proto je potřeba čištění odpadních vod v dnešní době neodlučitelným článkem v životě člověka. Odpadní vody jsou převážně čištěny v čistírnách odpadních vod různých velikostí a s využitím různých technologií. Tato práce je zaměřena na čistírnu odpadních vod v Brně Modřicích. Čistírna Modřice je hlavní čistírnou odpadních vod v Brně a přilehlému okolí a její vnik se datuje od roku 1960. Čistírna od té doby prodělala spoustu úprav a intenzifikací, které jsou v práci uvedeny. Poslední intenzifikace proběhla v letech 2001 2003 a od 1. ledna 2004 byl zahájen zkušební provoz s vyhovujícími výsledky. Zda je tomu opravdu tak a v jaké míře splňuje intenzifkovaná ČOV Modřice standardy dané legislativou v letech 2003 2007 jsou předmětem této práce. 5

2 CÍL PRÁCE Cílem diplomové práce je literární přehled používaných technologií čistíren odpadních vod, které se zabývají městskými odpadními vodami. Praktická část bude obsahovat historický přehled o vzniku a vývoji ČOV Modřice v Brně z hlediska používaných technologií a postupných úprav čistírny od vzniku až po současnost. Pro porovnání jak intenzfikovaná čistírna vyhovuje legislativě dojde ke srovnaní BSK 5, CHSK Cr, NL, P, N na přítoku a odtoku čistírny v období 2003-2007. Tyto hodnoty se následně porovnají s nařízením vlády č. 61/2003 Sb. zda čistírna splňuje přípustné průměrné znečistění BSK 5,CHSK Cr, NL,P, N. Součástí diplomové práce bude i srovnání Nařízení vlády č.61/2003 Sb., které stanovuje i minimální účinnost čistíren v % v závislosti na počtu obyvatel s intenzifikovanou čistírnou, zda tato čistírna splňuje i tyto parametry a v jaké míře. 6

3 TECHNOLOGIE ČIŠTĚNÍ VODY 3.1 Předčištění a mechanické čištění: Při čištění odpadních vod je třeba odstranit především hrubé, makroskopické látky, jejichž přítomnost by mohla vést v dalších stupních čištění k mechanickým závadám a zanášení objektů a zařízení ČOV. Z hlediska technologie se jedná o poměrně jednoduché procesy založené na jevech jako jsou sedimentace (lapáky štěrku, lapáky písku), flotace (lapáky tuků a olejů) nebo cezení (česle, síta). Při návrhu těchto zařízení je nutno zohlednit druh, charakter a stav stokové sítě, stupeň technického zabezpečení stokové sítě před průnikem hrubých nečistot, písku a štěrku, úroveň provozu stokové sítě z hlediska ochrany stokového systému a řešení následujících stupňů čištění odpadních vod, například druh a technologické vybavení biologické stupně, sestava a technologické zařízení kalového hospodářství. (Hlavínek, 2000) 3.1.1 Česle, síta, rozmělňovače shrabků 3.1.1.1 Česle a síta Pro odstranění hrubých nečistot a látek z vody do velikosti cca 1 mm, výjimečně i méně, jsou vhodné česle a síta. Bývají různé konstrukce a rozličné velikosti průlin, případně otvorů, které určují velikost zachycených částic. Zařízení, sloužící k hrubému a jemnému cezení vody se používají jako první čistící článek v kanalizačních čistírnách s hlavní funkcí chránit zejména čerpadla proti poškození. a) hrubé česle Hrubé česle se skládají z vertikálních nebo nakloněných ocelových tyčí (česlic), umístěných ve stejných vzdálenostech (průlinách) napříč žlabu, kterým protéká odpadní voda. Velikost průlin bývá u hrubých česlí 5 až 20 cm. Slouží obvykle jako ochrana čerpadel před poškozením většími předměty, a proto se také nazývají ochranné. Vzhledem k tomu, že množství zachyceného materiálu je poměrně malé, bývají obvykle stírány ručně. Jsou-li stírány periodicky, dochází po odstranění shrabků k zvýšení průtoku a tím i rychlosti, čímž se snižuje množství zachycených látek. Tento nedostatek lze minimalizovat u strojně stíraných česlí. 7

Obr. 1 Jemné česle b) jemné česle Průliny jemných česlí bývají obvykle široké 10 až 20 mm. V příčném profilu mají tvar částí kruhu (pákové česle typu DOOR) nebo jsou přímé se sklonem ve směru proudu vody, případně i svislé. Jsou zpravidla strojně stírané. Je-li stírací zařízení umístěno z nátokové strany, nemají být pohyblivé části ponořeny mimo dobu stírání, aby se na nich nezachycovali předměty, které by bránily jejich funkčnosti (vlákna). Provedení česlí bývá z oceli. Shrabky padají do přistaveného kontejneru nebo na transportní pás. Transport shrabků může být zajišťován i šnekovým dopravníkem. c) spádová síta Podstatou spádového síta je filtrační plocha, která má vůči horizontální poloze v horní části velký sklon a ten se směrem dolů zmenšuje. Tuto plochu tvoří vodorovně položené česlice (silné dráty) z rezerv oceli, mezi nimiž jsou otvory velikosti kolem 1 mm. d) samočisticí česle Jsou složeny ze segmentů, tvořících nekonečný pás jako síto s průlinami, jejichž velikost je určena šíří segmentu. Pás se otáčí, přičemž zubová část segmentů vynáší zachycené shrabky do kontejneru, na dopravník nebo jsou vytlačeny šnekovým zařízením. Provedení segmentů bývá z kovu nebo z umělé hmoty. 8

Obr. 2 Samočisticí česle (Hlavínek,2001) e) stupňové česle (step screen) Jedná se o pohyblivé česle. Česlice jsou ve tvaru pásů, na nichž jsou z nátokové strany vytvořeny zářezy ve tvaru schodů. Shrabky zachycené na česlicích a zvolna sunuté nahoru přispívají k záchytu dalších shrabků. f) bubnová pohyblivá síta Síto je tvořeno otáčivým bubnem s česlicemi, které se v profilu směrem dovnitř bubnu rozšiřují, čímž se snižuje nebezpečí jejich ucpávání při postupu nečištěnou odpadní vodou. Voda prochází česlicovým bubnem z vnějšku, uvnitř rotuje a opět vytéká dnem bubnu. Částice větší než průliny se na bubnu zachytají a jsou stírány mechanicky. Menší částice, které uvíznou mezi česlicemi jsou vypláchnuty proudem vody a odtékají z bubnu, případně tlakovou vodou tryskami umístěnými uvnitř bubnu. Otáčení bubnu je regulováno automaticky podle vzdutí přiváděné vody. g) bubnová nepohyblivá síta Odpadní voda natéká u nich do šikmo položeného bubnu, tvořeného kruhovými česlicemi a průlinami mezi nimi vytéká ven z bubnu, zbavená látek, které se zachytí na česlicích. Jejich profil se směrem ven z bubnu rozšiřuje, ale v opačné orientaci rozšíření v souladu se směrem proudění suspenze. Dle velikosti průlin a způsobu odstraňování zachycených látek se rozlišují u zařízení Huber-Rotamat česle, štěrbinová síta a sítové šneky. 9

Obr. 3 Rotační síto (vlevo), rotační česlo (uprostřed) a rotační šnek (vpravo) (Hlavínek,2001) 3.1.1.2 Rozmělňovače shrabků V mělničích se shrabky rozmělňují, drtí a nebo ořezávají. Používá se dvou základních systémů.: mělnících čerpadel (dezintegrátor) mělnících česlí Mělnící čerpadla se kombinují s česlemi a dopravním zařízením pro shrabky. Při použití dezintegrátoru, který pracuje jako odstředivé čerpadlo, se vrací rozmělněné shrabky do přítoku surové vody před česle. Drtiče mají být umisťovány blízko zásobníků shrabků, odvodněných na odstředivce nebo lisu. Ze zásobníku padají do násypky na těžké rotující břity a odstředivou silou jsou vrhány proti tyčím, které tvoří válcové dno drtiče. Mezera mezi tyčemi a noži je nastavitelná. Nevýhoda systému spočívá v častém broušení řezného elementu a prostorové náročnosti čerpadel. Mělnící česle jsou v podstatě jednodušší. Osazují se do průtočného průřezu odpadních vod. Podle uložení odpadních česlic se rozmělňovací česle dělí na cominutory (česlice jsou uloženy vodorovně a zachycené hmoty jsou rozmělňovány bubnovými noži uloženými na svislé hřídeli) a barminutory (česlice jsou svislé, po nich pojíždějí bubnové nože rozřezávající přiváděné hmoty). Předpokladem dobré funkce rozmělňovačů je dostatečné zředění shrabků. Nevýhodou všech rozmělňovacích zařízení je to, že zvyšující množství plovoucích látek a zvyšující se obsah umělých hmot ve shrabcích ztěžuje vlastní mělnění. (Hlavínek, 2000) 10

3.1.2 Množství shrabků, lisování a odklízení shrabků 3.1.2.1 Složení a množství shrabků Nejenom množství, ale i složení shrabků je velmi důležité znát, aby se mohl zvolit způsob jejich dalšího zpracování. Shrabky obsahují velké množství organických látek, které jsou zčásti rostlinného, zčásti živočišného původu. Část látek, obsažených ve shrabcích se rozkládá samo, ale další část je rezistentní proti bakteriálnímu rozkladu. Složení shrabků kolísá podle množství ročního období. Shrabky obsahují asi 80 % vody, jsou-li zachycovány na velmi jemných česlích nebo sítech, obsah vody může být i vyšší. Shrabky mají hmotnost přibližně 960 kg/m 3, obsah minerálních látek je asi 15 20 %. 3.1.2.2 Zpracování shrabků Shrabky jsou často vodnaté, a proto je vhodné zbavit je přebytku vody a tím zmenšit jejich hmotnost i objem a v případě jejich následného spalování zvýšit jejich spalnou hodnotu. Děje se tak lisováním v pístových lisech, do nichž jsou shrabky dopraveny pásovým dopravníkem, při čemž je vhodné dopravní trasu pokud možno zkrátit a vést přímo k lisu, případně ji zcela vyloučit tím, že shrabky bezprostředně padají z česlí do násypky lisu. Zvláštním je transport potrubím pomocí vývěvy, kterou se tvoří potřebné vakuum pro transport i následné odvodnění shrabků. Lisováním se například u shrabků z městských odpadních vod sníží obsah vody z cca 80 % na cca 40 %. Shrabky je možné: 1. kompostovat 2. skládat 3. spalovat Pro kompostování jsou vhodné shrabky s převážně organickou hmotou. V průběhu tohoto procesu jsou současně hygienizovány. Pro skládkování je vhodné shrabky, pokud je jejich původ ze splaškových, případně městských odpadních vod zbavit fekální hmoty propíráním tlakovou vodou. Spalování je možné uplatnit u shrabků s převahou organické hmoty. Při tom je třeba dodržovat požadavky na kvalitu emise spalin, což u pecí, pro tento účel 11

instalovaných na městských ČOV nebývalo dodrženo, zejména z důvodů nízké teploty při spalování. (Hlavínek, 2000) 3.1.3 Množství a složení písků, funkce a typy lapáků písku 3.1.3.1 Množství a složení písku Množství a složení písku, zachyceného z odpadních vod, kolísá ve značném rozsahu podle typu kanalizační soustavy, druhu vpustí a způsobu udržování stokové sítě, typu odlehčovacích komor a poměru ředění, podle povrchové úpravy a sklonu odkanalizovaného území, klimatických podmínek, vlastnosti půdy, konstrukce a stavu kanalizačního systému, podílu a charakteru průmyslových odpadních vod a podle typu a funkce lapáku písku. Z uvedeného je zřejmé, že je nemožné sestavit rovnici, která by postihla všechny vlivy tak, aby bylo možno odhadnout množství písku. Je důležité si uvědomit, že za deště jsou průměrné hodnoty překračovány 10 30 krát. Průměrné složení písku obsahuje 10 20 % sušiny, ve které bývá zhruba 50 % organických látek. Z dobře pracujících provzdušňovacích lapáků písku se získává písek, který obsahuje maximálně 3 % ztráty žíháním. Množství písku uváděné na osobu: 5-12 litrů/rok. 3.1.3.2 Funkce a typy lapáku písku Lapáky písku jsou zařízení, které slouží k zachycování písku a minerálních částic, s takovou účinností, aby byla zajištěna ochrana dalších objektů a zařízení ČOV. Lapák písku je navržen tak, aby byly zachyceny částice do velikosti zrn 0,2 až 0,25 mm (0,1mm). Při návrhu lapáku písku platí ustanovení ČSN 75 6401. Lapáky písku můžeme rozdělit: a) dle způsobu odstraňování písku: ručně (čištění 1-2x týdně) strojně b) dle směru průtoku písku: 12

Horizontální lapáky písku Mezi lapáky písku s horizontálním průtokem lze zařadit komorový, štěrbinový a lapák písku s kontrolovanou rychlostí. Obr. 4 Dvoukomorový lapák písku s horizontálním průtokem (Hlavínek 2000) Komorový lapák písku Představitelem této skupiny je podélný usazovací žlab s akumulačním prostorem na zachycování písku. Navrhuje se pro odpadní vody obsahující pouze minerální částice, za předpokladu, že průtok je neměnný. Protože však v čistírnách průtok během dne kolísá, je nutno navrhovat vždy několik paralelních žlabů vedle sebe. Stálou požadovanou rychlost lze ve všech žlabech udržet Parshallovým žlabem, který umisťujeme na společném odtoku žlabu. Štěrbinový lapák písku Skládá se ze žlabu obdélníkového nebo trojúhelníkového průřezu, jehož dno má takový sklon, aby i za nejmenších průtoků neklesla rychlost pod 0,15 m/s a za největších průtoků nepřekročila hodnotu 0,4 m/s. Dno žlabu je vyřešeno příčnými nebo podélnými štěrbinami, kterým písek propadá do boční šachty, odkud se těží ručně nebo se čerpá mamutkou. Lapák písku komorový s kontrolovanou rychlostí Průtok odpadní vody se mění a způsobuje kolísání průřezových rychlostí v komorových lapácích písku, a tím i nestálý čistící účinek. Komorový lapák tento nedostatek odstraňuje. Hydraulicky je řešen tak, že poměr Q je stálý pro očekávaný 13

rozsah průtoků odpadních vod. K zachování konstantní rychlosti proudění v horizontálním lapáku písku musíme navrhnout odpovídající profil odtoku k danému příčnému lapáku písku: Vertikální lapáky písku Odpadní voda se přivádí na dno lapáku a odtud stoupá určitou vzestupnou rychlostí. Rychlost nesmí být větší než rychlost, kterou jsou vynášena nejmenší písková zrna. Částice zachycené v lapáku se odstraňují strojně. Půdorys vertikálního lapáku písku bývá kruhový, v některých případech je navržen čtvercový profil. Vírový lapák písku Vírový lapák písku je navržen na základě využití odstředivé síly, pomocí níž je možno od sebe oddělit látky s různou hustotou. Odpadní voda je přiváděna tangenciálně do válcové nádrže, písek je vynášen na obvod nádrže a vířivým pohybem vody je strháván na dno kuželovité prohlubně odkud se těží mamutkou. Obr. 5 Vírový lapák písku (Hlavínek,2001) Provzdušňovaný lapák písku Jedná se o horizontální žlab, v němž se příčná cirkulace vytváří umělým provzdušněním podél jedné strany žlabu. Jejich hlavní výhodou je nezávislost na kolísání průtoku a předčištění odpadní vody. (Hlavínek, 2000) 14

3.1.4 Lapáky tuků a plovoucích nečistot, flotace 3.1.4.1 Odlučování lehkých částic K látkám s hustotou menší než je hustota vody patří především ropné látky (i když některé jejich frakce jsou těžší než voda) a tuky. Na částice působí v separačním procesu stejné síly jako při odlučování částic sedimentací. Rozdíl je jen v tom, že síla vztlaku je větší než síla gravitační, a proto se částice pohybují vzhůru, při čemž síla odporu třením má opačný směr než je pohyb částice. Gravitační separátory tuků a olejů Jako gravitační odlučovač působí každá nádrž, v níž se zpomalí průtok, uklidní hladina a částice s hustotou menší než je hustota vody stoupají k hladině, kde se hromadí, pokud vhodnou úpravou nádrže zabráníme jejich vyplavení do odtoku. Nejjednodušším zařízením tohoto typu jsou odlučovače typu Lapol. V podstatě se jedná o kontinuálně protékanou nádrž, v níž při zpomaleném proudu dochází k vyplouvání částic s hustotou menší než je hustota vody k hladině, na níž se akumulují a periodicky jsou odstraňovány. Nornou stěnou je zabráněno úniku těchto látek s vyčištěnou vodou. Koalescenční filtr Pro čištění málo stabilních emulzí je možno použít koalescenční filtr. Voda protéká vrstvou materiálu s ostrými hranami - střepy, při čemž na jejich hranách se shlukují emulgované částice do větších kapének, které lze již separovat gravitací. Za touto vrstvou je pak vlastní lapač oleje. Zvýšení účinnosti gravitačních separátorů lze dosáhnout pomocí lamel. Takovým zařízením je odlučovač Gool o kapacitě pro 0,5 až 15 l/s. Odpadní voda se před vstupem do lapače čistí sedimentací a pak přitéká do odlučovacího prostoru se soustavou lamel kruhového tvaru. Odloučené kapky oleje se na horních plochách lamel spojují do větších kapek a ty se sunou souproudým pohybem po stěnách ke kraji, kde se odlučují na hladinu. 3.1.4.2 Flotace Flotace je separační proces, používaný pro oddělení dispergovaných částic z kapaliny, při kterém se tyto částice spojují s mikrobublinami plynu za vzniku flotačních komplexů lehčích než voda a vynášených tedy k její hladině. Vznik mikrobublin, jejichž 15

optimální velikost je 10 až 100 µm, se v disperzním prostředí dosáhne různými způsoby, podle nichž dělíme flotaci : jemnobublinným provzdušněním - volná flotace expanzí vody nasycené vzduchem při zvýšeném tlaku - tlaková flotace snížením tlaku v systému - vakuová flotace denitrifikačními pochody v biomase za vzniku plynného dusíku - biologická flotace přídavkem chemikálií uvolňujících plyn - chemická flotace elektrolýzou vody - elektroflotace Volná flotace Tento způsob flotace lze realizovat pomocí aeračních elementů (desky, talíře). Velikost pórů bývá 5 až 20 mm. Nevýhodou bývá možnost ucpávání pórů, zvláště při přerušované dodávce vzduchu. Proto se zavádí elastické hmoty, u nichž se póry při poklesu tlaku vzduchu zatáhnou. Tlaková flotace Principem tlakové flotace je nasycení vody vzduchem pod tlakem, který se následně zruší, což vede k vyloučení rozpuštěného vzduchu ve formě bublinek (Henryho zákon). Uspořádání flotace je možné ve třech modifikacích: a) s úplným sycením - veškerá přiváděná voda je nasycena vzduchem pod tlakem b) s částečným sycením - část přítoku je odvětvena, nasycena vzduchem pod tlakem a pak přivedena do zbytku vody c) s částečným sycením a recirkulací - část odtoku je vedena přes tlakovou nádobu, nasycena v ní vzduchem a pak expandována do přiváděné odpadní vody. Určitý podíl vody je takto stále recirkulován. Uvedené uspořádání je nejobvyklejší. Oproti výše uvedeným způsobům má výhodu v tom, že do tlakové nádoby je přiváděna vyčištěná voda, takže nedochází k ucpávání trysek. Elektroflotace Principem elektroflotace je elektrolýza vody (v přítomnosti elektrolytu), pří níž se na katodě vylučuje vodík a na anodě kyslík. Tyto plyny se vylučují v jemných 16

bublinkách, dávajících předpoklady pro realizaci flotačního procesu. Nevýhodou elektroflotace je její energetická náročnost. Výhody elektroflotace proti tlakové flotaci: a) vyšší monodisperzita bublin b) dokonalejší distribuce bublin v odpadní vodě c) možnost čistit odpadní vody o teplotě do 90 C, kdežto u tlakové flotace se připouští teplota do 30 až 40 C d) vznikající kyslík oxiduje některé látky v odpadní vodě 3.1.5 Usazování Usazování patří k nejrozšířenějším separačním procesům, kde separace tuhých částic je dána gravitací závisející na velikosti a tvaru částice a hustotě kapaliny. Z hlediska usazování je důležitý i charakter suspenze. V technologii vody se rozlišují suspenze tvořené z částic zrnitých a vločkovitých. U prvých nemění částice při usazování svůj tvar (částice proti vodnému prostředí ostře ohraničené písek). Rozhraní mezi oběma fázemi (tuhou a kapalnou) je tvořeno plochou povrchu částice. U vločkovitých suspenzí netvoří pevné částice s kapalinou ostré rozhraní. Při tom u nich dochází zpravidla k ortokinetické koagulaci a tím ke změně velikosti a tvaru částice v průběhu sedimentace. K vločkovitým suspenzím patří biologický aktivovaný kal, hydroxidy těžkých kovů. Z empirických zkušeností se separují částice o sedimentační rychlosti vyšší než 10-5 km/h. (Hlavínek, 2000) 3.1.5.1 Rozlišení separace suspendovaných částic sedimentací Při sedimentaci částic suspenze se rozlišuje: Prostá sedimentace, při níž si částice zachovávají individuální charakter a pro každou platí vztahy uvedené pro pád izolované částice. Rušená sedimentace, u níž dochází při nárůstu objemové koncentrace suspendovaných částic nad cca 0,5 % k vzájemnému ovlivňování. Při tom si částice zachovávají svůj individuální charakter, svůj tvar i velikost. Zahušťování suspenze, ke které dochází při dalším nárůstu koncentrace suspendovaných částic. Je charakterizována vznikem dvou od sebe oddělených prostředí. Jedním je kapalina prakticky bez suspendovaných částic, druhým je 17

. suspenze, v níž však ztrácejí částice individuální charakter a tvoří pórovitou vrstvu, která svým pohybem ve směru gravitace vytlačuje kapalnou fázi a zahušťuje se. U aktivovaného kalu dochází k vytvoření těchto dvou vrstev při koncentraci suspendovaných látek od cca 0,5 kg/m 3, u anorganických kalů (kaolin, písky) při koncentraci od cca 50 do 200 kg/m 3 3.1.5.2 Usazovací nádrže Usazovací nádrže jsou zařízení, které slouží ke gravitační separaci suspendovaných látek obsažených v odpadní vodě. Usazovací nádrže dělíme: dle zařazení v technologické lince: a) primární - separace suspendovaných částic z odpadní vody (mechanické čištění) b) sekundární - separace biologického kalu při biologickém čištění (dosazovací nádrže) dle tvaru a průtoku v nádrži: a) pravoúhlé s horizontálním průtokem b) kruhové s horizontálním průtokem Obr. 6 Kruhová nádrž s horizontálním průtokem (www.bvk.cz) Jsou to ploché nádrže kruhového půdorysu, do nichž přitéká odpadní voda přes uklidňovací válec, a potom radiálně protéká usazovacím prostorem k přepadovému žlabu. Výhodou je dlouhá přepadová hrana při odtoku a poměrně jednoduchý mechanismus na stírání kalu. 18

c) kruhové s vertikálním průtokem Odpadní voda se přivádí do středu nádrže přímo do vtokového válce, který usměrňuje průtok vody zdola směrem k hladině. Odtah kalu je řešen čerpáním. d) štěrbinové usazovací nádrže (s kalovým prostorem) Zvláštním typem usazovacích nádrží je štěrbinová nádrž (dříve též emšerská nádrž). Je to hluboko založený objekt, výškově rozdělený dnem se štěrbinou. V horní části probíhá usazování, kal pak propadá štěrbinou do níže položeného kalového prostoru. Kal se vyváží zpravidla dvakrát ročně a je uspokojivě anaerobně stabilizován. Výhodou je oddělení obou prostorů. Vybavení usazovacích nádrží a) vtokový objekt usměrnění vtoku tak, aby nenarušoval laminární proudění v usazovacím prostoru b) odtokový žlab na obvodu nádrže (u kruhových) na konci nádrže (pravoúhlé) c) zařízení na stírání kalu shrabovák (mostový, řetězový) Usazovací nádrže je nutno odkalovat, a to buď nepřetržitě nebo v pravidelných cyklech. Při nedostatečném odkalování kal, obsahující organické látky, v nádrži zahnívá a tím zhoršuje kvalitu odtoku. Někdy se při tom zahustí tak, že jeho odčerpání je značně obtížné. Primární sedimentace Slouží často i pro separaci přebytečného biologického kalu. Z cca 100 300 mg/l NL v surové odpadní vodě je 80 % usaditelných (za dvě hodiny se usadí 70 % látek). Sekundární sedimentace Objekty pro separaci biologického kalu z vyčištěné odpadní vody (dosazovací nádrže) se zařazují v čistírně hned za objekty biologického čištění. Dosazovací nádrže se navrhují pro separaci a částečné zahuštění biologického kalu vzniklého v objektech biologického čištění k dosažení co nejmenší koncentrace nerozpuštěných látek ve vyčištěné odpadní vodě. Dosazovací nádrž musí zásadně plnit tři funkce: oddělit vyčištěnou vodu od vloček aktivovaného kalu shromáždit a zahustit oddělený (usazený) kal tak, aby mohl být recirkulován do aktvivační nádrže, příp. odstraňován ze systému jakožto přebytečný kal k dalšímu zpracování, resp. uskladění 19

zajistit krátkodobou akumulaci aktivovaného kalu, který byl v době zvýšených přítoků (při deštích) vyplaven z aktivační nádrže (Hlavínek, 2000) 3.2 Biologické čištění odpadních vod 3.2.1 Rozdělení biologických čistírenských procesů Základním principem všech biologických čistírenských procesů jsou biochemické oxidačně redukční reakce. Rozhodujícím faktorem pro rozdělení těchto reakcí je konečný akceptor elektronů a s tím související hladiny oxidačně-redukčních potenciálů. Rozdělení biologických čistírenských procesů: 1. Oxická oblast (kyslíkatá): konečným akceptorem elektronů je rozpuštěný kyslík, probíhají v ní oxidace organických látek, nitrifikace 2. Anoxická oblast (bezkyslíkatá): rozpuštěný kyslík není přítomen, dusitanový a dusičnanový dusík slouží jako konečný akceptor elektronů, probíhá v ní denitrifikace (anoxická oxidace, nitrátová respirace) 3. Anaerobní oblast: konečným akceptorem elektronů je vlastní organická látka, část molekuly se oxiduje a část redukuje, probíhá zde depolymerizace polyfosfátů, desulfurace, anaerobní acidogeneze, methanogeneze Obr. 7 Základní rozdělení aerobního čištění (Slavíčková.2006) 3.2.2 Technologické varianty biologického čištění Čištění odpadních vod je založeno na principu konverze organického znečištění a dalších biogenních prvků obsažených v odpadních vodách především na flokující 20

usaditelnou biomasu a anorganickou hmotu, usaditelnou v dosazovacích nádržích. Mimo to jinými produkty čištění jsou různé plyny a jiné organické látky. Tento stupeň čištění se někdy nazývá,sekundární protože následuje po fyzikálních či chemických čistících procesech,,primární čištění. Primární sedimentace je nejčastěji používaným procesem předřazeným biologickému čištění odpadních vod, neboť je nejefektivnějším způsobem zachycení usaditelných látek, zatímco při biologickém čištění jsou odstraňovány organické látky ve formě koloidů nebo v rozpuštěné formě. Některé technologické sestavy biologického čištění odpadních vod mohou být navrženy bez primární sedimentace, což je velmi časté u malých zdrojů znečištění a u procesů s aerobní stabilizací kalu. Nejčastěji používanými technologickými variantami biologického čištění odpadních vod jsou: aktivační systémy biofilmové reaktory stabilizační nádrže 3.2.3 Aktivace Princip biologického čištění aktivací spočívá ve vytvoření aktivovaného kalu v provzdušňované aktivační nádrži. Aktivovaný kal je shlukem mikroorganismů, většinou bakterií, agregovaných tzv. bioflokulací. K bioflokulaci dochází při provzdušňování odpadní vody obsahující aerobní bakterie. Aktivovaný kal je směsnou bakteriální kulturou, obsahující případně i jiné organismy, jako na příklad houby, plísně, kvasinky, prvoky a jiné, ale také z vody adsorbované suspendované a koloidní látky. Blokové schéma je na obrázku níže a skládá se z biologické jednotky (aktivační nádrž) a jednotky separační (dosazovací nádrž). 21

přítok aktivační nádrž dosazovací odtok nádrž necirkulovaný kal přebytečný kal Obr. 8 Schéma klasické aktivace 3.2.3.1 Základní typy aktivačních procesů: Aktivace s postupným tokem Je realizována dlouhým korytem a relativně malým průtočným profilem. Odpadní voda se mísí s vratným aktivovaným kalem na začátku této nádrže směs pak jí protéká a opouští ji na druhém konci. odpadní kal vratný kal do dosazovací nádrže nebo další nádrže Obr. 9 Aktivace s postupným tokem 22

Směšovací aktivace Je realizována v nádrži zpravidla čtvercového tvaru, která je provzdušňována a promíchávána. Výhodou je okamžité zředění toxických látek, nevýhodou je podpora tvorby vláknitých mikroorganismů, které mají negativní vliv na usazovací schopnosti kalu. odpadní voda vratný kal do dosazovací nádrže nebo další nádrže Obr. 10 Směšovací aktivace Odstupňovaná aktivace Pracuje jako klasická aktivace s rozdílem, že na začátek nádrže se umisťuje více provzdušňovacích elementů. Postupně zatěžovaná aktivace Odpadní voda se přivádí v několika místech podél nádrže, čímž se vyrovná zatížení nádrže, a tím i rychlost spotřeby kyslíku v nádrži. Aktivace s oddělenou regenerací kalu Odpadní voda se v aerační nádrži provzdušňuje s aktivovaným kalem poměrně krátkou dobu (0,5 1 h). Z dosazovací nádrže se vede vratný kal do regenerační nádrže, kde se provzdušňuje 2 4 hodiny. Látky zachycené v kalu jsou oxidovány, přičemž dochází k vyčerpání zásobních látek, a tím se obnovuje adsorpční schopnost kalu a jeho akumulační kapacita. Takto regenerovaný kal se přivádí do aktivační nádrže. 23

přítok kontaktor dosazovací nádrž odtok regenerátor přebytečný kal Obr. 11 Aktivace s oddělenou regenerací kalu Aktivace se zkrácenou dobou zdržení Stejné uspořádání jako klasická aktivace, pouze doby zdržení jsou kratší, asi 1 2,5 h. Pracuje se proto při větším zatížení kalu. Rychloaktivace Krátkým dobám zdržení odpovídají poměrně malé objemy aeračních nádrží, a proto znamenají tyto systémy značné investiční náklady. Kvalita odtoku je však podstatně horší než u klasických způsobů. Dlouhodobá aktivace nebo aktivace a aerobní stabilizací kalu Charakteristická je doba zdržení kolem 24 48 h, které jsou mnohem delší, než je k dobrému odstranění organických látek třeba. Zatížení kalu je nízké, takže kal je neustále,,podživen, postupně odumírá a rozkládá se. Přebytečného kalu je velmi málo a je již stabilizován, nemusí se proto dále anaerobně zpracovávat. 3.2.4 Biofilmové reaktory Princip aerobního biologického čištění odpadních vod v biofilmových reaktorech je v podstatě shodný s čištěním aktivací, neboť při něm uplatňují všechny tři základní faktory tohoto procesu: - aerobní mikroorganismy (především bakterie) - kyslík - organická hmota, která je rozkládána mineralizačními pochody 24

Rozdíl oproti aktivaci spočívá v tom, že mikroorganismy směsné kultury nejsou ve vločkách vznášejících se v aerované nádrži, ale jsou přisedlé na pevném podkladě (nosiči), na němž vytvářejí biologickou blánu (biofilm). Vedle rozkladu organických látek a jiných mikrobiálních dějů (např. nitrifikace) se uplatňují i děje sorpční. Rozdělení biofilmových reaktorů : podle nosiče biofirmu - s pevným nosičem - s pohyblivým nosičem podle směru průtoku odpadní vody filtrační náplní - skrápěné - ponořené - rotační podle druhu filtrační náplně - s objemovou náplní (kamenivo, vápenec, vysokopecní struska) - s plošnou náplní (plasty, porcelán) podle látkového objemového zatížení - nízkozátěžované (pomalé filtry) - vysokozatěžovené (rychlé filtry) podle typu aerace - přirozená aerace - nucená aerace podle technologického schématu - jednostupňové - dvoustupňové - vícestupňové 25

Obr. 12 Biofilmový rektor s objemovou náplní Biofilmový rektor s plošnou náplní (Hlavínek,2001) Obr. 13 Schéma a obrázek skrápěného filtru. (Hlavínek, 2001) 3.2.5 Biologické stabilizační nádrže Stabilizační nádrže jsou nádrže, v nichž probíhá biologické čištění odpadní vody analogickým způsobem jako při samočisticích procesech v přirozených nebo umělých vodních nádržích. Podle funkce lze rozdělit stabilizační práce takto: pro biologické čištění odpadních vod pro dočišťování odpadních vod po předchozím biologickém čištění kombinované pro biologické čištění a dočišťování odpadních vod zpravidla jako intenzifikační prvek přetížených ČOV, u nichž není část odpadních vod čištěna vůbec nebo je čištěna jen mechanicky. V praxi se uplatňuje několik typů stabilizačních nádrží (lagun) lišících se technologickými parametry a biologickým oživením: anaerobní nádrže oxidační nádrže 26

provzdušňované nádrže. Anaerobní nádrže Používají pro anaerobní předčištění odpadní vody, odtoky vyžadují aeraci před vypuštěním do recipientu. Doba zdržení je několik měsíců, hloubka nádrže se pohybuje v rozmezí od 2,5 m do 3 m, kyslík se dostává do vody povrchovou reaerací a ředěním čistou vodou, řasy se nevyskytují. Oxidační nádrž (fakultativní, vysokoúčinná, dočišťovací) Má k dispozici kyslík produkovaný řasami. Rovnováhou mezi aerobními (horní vrstvy) a anaerobními pochody (u dna) se vyznačují fakultativní nádrže s dobou zdržení od jednoho do šesti týdnů. Hloubka nádrže je od 0,6 m do 1,5 m, povrchová reaerace je zanedbatelná v porovnání s fotosyntetickou asimilací řas. Vysokoúčinné aerobní laguny jsou mělké nádrže (0,15 m 0,4 m) s mechanickým mícháním bohaté suspenze řas (biomasa se těží), doba zdržení je méně než jeden týden. Pro dočištění odtoků z čistíren (terciární čištění) se používají dočišťovací nádrže. Provzdušňovací nádrže Jsou nezávislé na fotosyntetické asimilaci řas, mají umělou aeraci a převládají zde aerobní procesy. ( http://vydavatelstvi.vscht.cz ) 3.3 Kalové hospodářství Na každé čistírně odpadních vod musí být řešena problematika kalového hospodářství. V řadě případů je návrh a provoz kalové koncovky limitujícím faktorem konečného efektu čištění a plnění legislativních požadavků na ČOV. Kalové hospodářství je nutno vždy posuzovat ve vztahu k hlavní technologické lince a z toho hlediska musí být zaměřeno zejména na: - omezení negativního vlivu kalového hospodářství na hlavní linku čištění - zaručení dobrého provozu celého systému - minimalizace provozních nákladů při současném zajištění dobré funkce kalového hospodářství - respektování požadavku na ochranu životního prostředí 27

Řešení kalového hospodářství je limitováno technickým omezením jednotlivých zařízení na ČOV, legislativou a celkovými náklady. Při nakládání s kaly je nutno dodržet legislativní normy vztahující se zejména k zákonu o odpadech, o hodnocení nebezpečných vlastností odpadů atd. Důležité jsou také technické normy, např. ČSN Průmyslové komposty. 3.3.1 Technologie zpracování kalů Hlavním cíle zpracování kalu je: - redukce objemu kalu - redukce zápachu - možnost dalšího využití kalu Obecný postup zpracování kalů: odebírání kalu ze systému zahušťování kalu předprava kalu stabilizace, příp. hygienizace kalu odvodňování finální likvidace kalu Obr. 14 obecný postup zpracování kalů 28

3.3.1.1 Zahušťování kalů Při zahušťování dochází ke snížení objemového množství kalu, tím že se z něj odstraní volné vody. Optimální obsah sušiny kalu po zahuštění se pohybuje mezi 5-6 %, kdy kal má ještě tekutou konzistenci, aby se dal čerpat k dalšímu zpracování. Zhušťovat lze: gravitačně sedimentace a flotace strojně zahušťovací odstředivky - rotační zahušťovače - pásové zahušťovače - šnekové zahušťovače - štěrbinové zahušťovače 3.3.1.2 Předúprava kalu Cílem je snížení množství stabilizovaných kalů a zvýšení stupně jejich hygienizace. Je to jedna z možných intenzifikací kalového hospodářství, která je založena na stimulaci biologického rozkladu při stabilizaci kalů zvýšením dostupnosti substrátu jeho dezintegrací na menší částečky. Mezi metody předpravy se řadí: mechanická desintegrace desintegrace ultrazvukem chemická hydrolýza termická hydrolýza biologická hydrolýza 3.3.1.3 Stabilizace kalu Stupeň stabilizace kalu se chápe jako míra určitých jeho vlastností, vyjadřuje vhodnost kalu pro daný způsob jeho využití. Pro posouzení stability kalu tedy neexistuje univerzální kriterium. Obecně lze říci, že ve stabilizovaném kalu již neprobíhají intenzivní biologické pochody, které by způsobovaly senzorické a hygienické problémy. Stabilizovaný kal je nepáchnoucí, hygienicky nezávadný kal, který lze snadno odvodnit. 29

Anaerobní stabilizace dochází k rozkladu biologicky rozložitelných organických látek, které jsou obsaženy v surovém kalu. Při těchto procesech je uvolňován bioplyn a odtahována kalová voda. Používá se zejména na středních a velkých ČOV pro společnou stabilizaci primárního a přebytečného kalu. Stabilizace probíhá ve vodotěsných a plynotěsných reaktorech metalizačních nádržích. Aerobní stabilizace biomasa podílející se na aerobní stabilizaci je téměř shodná s biomasou aktivačního procesu. Používá se hlavně na malých čistírnách, kde jsou provozovány nízkozatížené systémy aktivace. Chemická stabilizace spočívá ve zvýšení ph kalu na hodnotu alespoň 11,5, kdy dochází k ničení patogenních organismů, zatímco organické látky zůstanou nerozloženy. 3.3.1.4 Odvodňování kalu Odvodňování kalu bývá zařazeno za jeho stabilizaci a slouží k dalšímu podstatnému snížení obsahu vody v kalu a tedy i celkového objemu kalu. Výsledkem je kal s obsahem sušiny 20-50 %, pevné konzistence, se kterým je možno zacházet jako se zeminou. Odvodňování může být přirozené nebo strojní. Přirozené odvodňování na kalových polích a lagunách Kalové pole je otevřená mělká nádrž s betonovým dnem pokrytým vrstvou štěrkopísku. V této vrstvě je zabudovaná drenáž, odvádějící odseparovanou vodu z kalu. Do nádrže se vpouští kal ve vrstvě 20-40 cm. Proces odvodnění tímto způsobem je časově náročný, závisí na klimatických činitelích i počasí, u nás je možno počítat s opakováním cyklu napuštění-odvodňování-odběr kalu asi čtyřikrát do roka. Účinnost odvodnění je asi na 40 % obsahu sušiny. Kalové laguny jsou otevřené hlubší zemní nádrže, do nichž se napouští stabilizovaný kal o hloubce asi 0,7 1,5 m. Odvodnění probíhá především díky odpařování vody z hladiny, v menší míře se uplatňuje vsakování. Časová náročnost je ještě vyšší než u kalových polí, proces může trvat až jeden rok. Odvodněný kal má obsah sušiny 30

25 30 %. Kromě závislosti na počasí, velkých nároků na plochu a dlouhé doby procesu je nevýhodou i ohrožení kvality podzemních vod. Sítopásové lisy Používají se pro zahušťování i odvodňování kalu, ale pro každý z těchto procesů se používají zařízení jiných technických parametrů typ lisu, rychlost pásu, druh a množství použitého flokulantu apod. Jedná se o tlakovou filtraci s kontinuálním provozem. Pro dobrou funkci pásových lisů je nutno zajistit dokonalé vyprání pásů. Jeho výhodou je široké použití a jednoduchá obsluha, nevýhodou vznik zápachu a vlhkosti v provozní místnosti a poměrně nízký obsah sušiny získaného kalu. Tato zařízení na našich ČOV převažují. Kalolisy Pracují na principu tlakové filtrace s přerušovaným provozem. Zařízení sestává z určitého počtu filtračních desek, které jsou obaleny filtračními plachetkami. Při plnění kalolisu se filtrační desky od sebe oddálí a vytvoří tak komory, do kterých je přiváděn stabilizovaný kal smíchaný s flokulantem. Při zapnutí tlakového režimu jsou tyto komory stlačovány, voda je filtrována přes plachetky jako tzv. filtrát a odváděna. Odvodněný kal má poměrně vysoký obsah sušiny kalu 35 45 %. Kalolisy nejsou příliš náročné na prostor, ale mají vysoké investiční náklady a velké požadavky na obsluhu. Odvodňovací odstředivky Principem je separace pevných částic kalu odstředivou silou v rotujícím bubnu, přičemž se využívá rozdílu hustoty vody a částic kalu. Získaný odvodněný kal mívá obsah sušiny 20 25 %. Jejich provoz je nepřetržitý, mají malé nároky na prostor a jsou vhodné i z hlediska hygieny prostředí. Termické sušení Sušením při teplotách vyšších než 100 C lze z kalu odstranit podstatnou část vody. Při sušení v rotačních bubnových sušičkách se využívá přímého kontaktu sušeného kalu s horký vzduchem. Tímto postupem lze dosáhnout sušiny kalu až 95 %. Termické sušení je však velmi energeticky náročné, proto se používá jen zřídka. Dobré hygienizace je dosaženo při konečném obsahu sušiny více než 90 %, přičemž teplota kalu při sušení přesahovala 80 C. 31

3.3.1.5 Hygienizace kalu Před finální likvidací kalu je nutno zničit nebo alespoň snížit množství patogenních mikroorganismů na přijatelnou hodnotu podle jejich zamyšleného využití. Během čištění odpadních vod a zpracování kalu je většina choroboplodných zárodků zničena, přesto v něm určité množství patogenů přežívá (Salmonella, koliformní bakterie, enteroviry apod.). Přirozená hygienizace probíhá ve vhodných podmínkách při různých procesech na ČOV, ačkoli nejsou přímo zaměřeny na hygienizaci. Tyto procesy většinou využívají vysoké teploty nebo vysokého ph. Patří sem: - anaerobní stabilizace - aerobní stabilizace - aerobní termofilní stabilizace - chemická stabilizace - odvodňování na kalových polích - termické sušení - kompostování - spalování Metody hygienizace zaměřené pouze na zneškodňování patogenů jsou fyzikální nebo chemické. Fyzikální metody využívají: - teplotu - radiace - ultrazvuk - mechanická destrukce buněk mikroorganismů Chemické metody využívají účinků silných oxidačních činidel, jako je chlor, ozon, formaldehyd nebo fenol. 3.3.1.6 Využití kalů nebo jejich finální likvidace Odvodněný a stabilizovaný kal je třeba nějakým způsobem z čistírny odstranit. Nejlepším řešením z hlediska ČOV je jeho další využití, nejčastěji v zemědělství. To se provádí buď použitím kalu jako hnojiva bez dalších úprav, nebo zpracováním v průmyslových kompostech. Jinou variantou využití kalu je jeho zakomponování 32

do stavebních materiálů. Finální likvidaci kalu se rozumí jeho spalování nebo skládkování. (Hlavínek, 2000) 33

4 LEGISLATIVA Výstavba a provoz čistíren odpadních vod se v České republice řídí několika zákony a vyhláškami. 4.1 Zákon o vodovodech a kanalizacích č. 428/2001 Sb. a prováděcí vyhláška č. 274/2001 Sb. ve znění pozdějších předpisů. Tento zákon upravuje některé vztahy vznikající při rozvoji, výstavbě a provozu vodovodů a kanalizací sloužících veřejné potřebě, přípojek na ně, jakož i působnost orgánů územních samosprávných celků a správních úřadů na tomto úseku. Součástí zákona je i formulace a stanovení vodného a stočného. Zákon se i zmiňuje v 14 č. 274/2001 Sb. o nejvyšší přípustné míře znečištění vypouštěné odpadní vody, která jsou stanovená v Prováděcí vyhlášce č. 428/2001 Sb. 14 č. 274/2001 Sb. Vlastník kanalizace je povinen před podáním žádosti o vydání kolaudačního souhlasu pro stavbu kanalizace zajistit zpracování kanalizačního řádu, který stanoví nejvyšší přípustnou míru znečistění odpadních vod vypouštěných do kanalizace, popřípadě nejvyšší přípustné množství těchto vod a další podmínky jejího provozu. Kanalizační řád je vlastník kanalizace povinen předložit před podáním návrhu na kolaudaci stavby kanalizace vodoprávnímu úřadu ke schválení. Kanalizační řád schvaluje vodoprávní úřad. 4.2 Stavební zákon č. 183/ 2006 Sb. ve znění pozdějších předpisů Tento zákon upravuje ve věcech územního plánování zejména cíle a úkoly územního plánování, soustavu orgánů územního plánování, nástroje územního plánování, vyhodnocování vlivů na udržitelný rozvoj území, rozhodování v území, možnosti sloučení postupů podle tohoto zákona s postupy posuzování vlivů záměrů na životní prostředí, podmínky pro výstavbu, rozvoj území a pro přípravu veřejné infrastruktury, evidenci územně plánovací činnosti a kvalifikační požadavky pro územně plánovací činnost. 34

Tento zákon upravuje ve věcech stavebního řádu zejména povolování staveb a jejich změn, terénních úprav a zařízení, užívaní a odstraňování staveb, dohled a zvláštní pravomoci stavebních úřadů, postavení a oprávnění autorizovaných inspektorů, soustavu stavebních úřadů, povinnosti a odpovědnost osob při přípravě a provádění staveb. Tento zákon dále upravuje podmínky pro projektovou činnost a provádění staveb, obecné požadavky na výstavbu, účely vyvlastnění, vstupy na pozemky a do staveb, ochranu veřejných zájmů a některé další věci související s předmětem této právní úpravy. 4.3 Vodní zákon č. 254/2001 Sb. Účelem tohoto zákona je chránit povrchové a podzemní vody, stanovit podmínky pro hospodárné využívání vodních zdrojů a pro zachování i zlepšení jakosti povrchových a podzemních vod, vytvořit podmínky pro snižování nepříznivých účinků povodní a sucha a zajistit bezpečnost vodních děl. Zákon upravuje právní vztahy k povrchovým a podzemním vodám, vztahy fyzických a právnických osob k využívání povrchových a podzemních vod, jakož i vztahy k pozemkům a stavbám, s nimiž výskyt těchto vod přímo souvisí, a to v zájmu zajištění trvale udržitelného užívání těchto vod, bezpečnosti vodních děl a ochrany před účinky povodní a sucha. 4.4 Zákon o odpadech č. 185/2001 Sb. Tento zákon stanoví pravidla pro předcházení vzniku odpadů a pro nakládání s nimi při dodržování ochrany životního prostředí, ochrany zdraví člověka a trvale udržitelného rozvoje práva a povinnosti osob v odpadovém hospodářství, působnost orgánů veřejné správy. 35

Dle zákona č.185/2001 Sb. 32 Kaly z čistíren odpadních vod Pro účely této části zákona se rozumí a) kalem 1. kal z čistíren odpadních vod zpracovávajících městské odpadní vody nebo odpadní vody z domácností a z jiných čistíren odpadních vod, které zpracovávají odpadní vody stejného složení jako městské odpadní vody a odpadní vody z domácností, 2. kal ze septiků a jiných podobných zařízení, 3. kal z čistíren odpadních vod výše neuvedených, b) upraveným kalem - kal, který byl podroben biologické, chemické nebo tepelné úpravě, dlouhodobému skladování nebo jakémukoliv jinému vhodnému procesu tak, že se významně sníží obsah patogenních organismů v kalech, a tím zdravotní riziko spojené s jeho aplikací, c) použitím kalu - zapracování kalu do půdy, d) programem použití kalů - dokumentace zpracovaná v rozsahu stanoveném prováděcím právním předpisem. Dle zákona č.185/2001 Sb. 33 Povinnosti při používání kalů (1) Právnická osoba a fyzická osoba, která užívá půdu, je povinna používat pouze upravené kaly s ohledem na nutriční potřeby rostlin a za podmínek stanovených tímto zákonem a prováděcím právním předpisem tak, aby použitím kalů nebyla zhoršena kvalita půdy a kvalita povrchových a podzemních vod. (2) Původce kalů je povinen stanovit program použití kalů a v tomto programu doložit splnění podmínek použití kalů stanovených tímto zákonem a prováděcím právním předpisem. (3) Použití kalů je zakázáno a) na zemědělské půdě, která je součástí chráněných území přírody a krajiny podle zvláštního právního předpisu,31) b) na lesních porostních půdách běžně využívaných klasickou lesní pěstební činností, c) v pásmu ochrany vodních zdrojů, na zamokřených a zaplavovaných půdách, d) na trvalých trávních porostech a trávních porostech na orné půdě v průběhu vegetačního období až do poslední seče, 36

e) v intenzivních plodících ovocných výsadbách, f) na pozemcích využívaných k pěstování polních zelenin v roce jejich pěstování a v roce předcházejícím, g) v průběhu vegetace při pěstování pícnin, kukuřice a při pěstování cukrové řepy s využitím chrástu ke krmení, h) jestliže z půdních rozborů vyplyne, že obsah vybraných rizikových látek v průměrném vzorku překračuje jednu z hodnot stanovených v prováděcím právním předpisu, i) na půdách s hodnotou výměnné půdní reakce nižší než ph 5,6, j) na plochách, které jsou využívané k rekreaci a sportu, a veřejně přístupných prostranstvích, nebo k) jestliže kaly nesplňují mikrobiologická kritéria daná prováděcím právním předpisem. Použití mikrobiálně kontaminovaných kalů může být provedeno pouze po prokázané hygienizaci kalů. 4.5 Nařízení vlády č. 61/2003 Sb. ve znění pozdějších předpisů Nařízení vlády č. 61/2003 Sb. je 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. V Příloze č. 1 k nařízení vlády č. 61/2003 Sb. jsou stanoveny emisní standardy ukazatelů přípustného znečištění odpadních vod pro ČOV a jaká je minimální přípustná čistící účinnost vzhledem k počtu ekvivalentních obyvatel. 37

5 ČOV MODŘICE Čistírna odpadních vod v Modřicích slouží k čistění odpadních vod přiváděných systémem kanalizačních stok z města Brna a ve stále větší míře prostřednictvím soustavy čerpacích stanic i z širokého okolí Brna. V současné době jsou kromě Brna napojeny na ČOV ještě města Kuřim, a Modřice, obce Želešice, Česká u Brna., Šlapanice, Šlapanice-Bedřichovice, Ostopovice, Moravské Knínice, Lipůvku, Podolí, Ponětovice a Rozdrojovice (viz schéma kanalizační sítě). Obr. 15 Schéma kanalizační sítě ( www.bvk.cz ) Obr. 16 ČOV Modřice letecký pohled ( www.mapy.cz ) 38

5.1 Historie ČOV v Brně Znečištění brněnských řek odpadními vodami bylo již v roce 1896 posuzováno jako jev příštímu rozvoji města nanejvýš nepříznivý. Proto ministerstvo orby téhož roku nařídilo Brnu svým výnosem výstavbu čistírny a každým vodoprávním výměrem při stavbě nových stok připomínalo povinnost její brzké realizace. První přípravné práce uskutečnil v roce 1899 chemik Alexander Bayer, který prováděl analýzy složení brněnských odpadních vod. V březnu 1900 předložil profesor německé brněnské techniky Max Hönig tehdejší radě hlavního zemského města Brna výsledky těchto zkoušek a prvními návrhy. 5.1.1 ČOV 1902-1929 V letech 1902 a 1903 byl zpracován ve dvou alternativách první projekt ČOV. Na podnět komise byla však nejprve roku 1905 vystavěna pokusná čistící stanice v Komárově, kde probíhaly v letech 1906 1914 výzkumy. Na základě dosažených výsledků zpracoval v roce 1915 tehdejší přednosta stokového oddělení Ing. Ferdinand Abt podrobný návrh, jehož cílem bylo předčištění odpadních vod pomocí sedimentace v plochých usazovacích nádržích s následným čistěním na pískových rychlofiltrech a biologickým dočištění v rybnících. Kal s nízkým obsahem sušiny měl být vysoušen ve vakuových nádržích na 90 % sušiny. Projekt dále předpokládal, že v místě čistírny bude vybudována nová městská plynárna, spalovna odpadů a elektrárna, přičemž přebytečného plynu z těchto zařízení mělo být využito k sušení kalů. Místo stavby bylo určeno na soutoku řek Svratky a Svitavy. První světová válka však realizaci tohoto projektu odložila. Vznikem samostatného Československého státu roku 1918 došlo k přehodnocení celé záležitosti a ukázalo se, že způsob navrhnutého čištění by byl pro město příliš velkým finančním břemenem. 5.1.2 ČOV 1930-1944 Až v roce 1930 předložil městské radě tehdejší vrchní stavební rada v Brně Ing. Emil Konečný zprávu o Přípravných pracích pro stavbu ústřední čistící stanice pro odpadní vody v Brně. Na projekt čistírny odpadních vod měla být vypsána v roce 1932 veřejná 39

mezinárodní soutěž. Stavba měly být realizována v letech 1934 1937. Pro realizaci byly určeny pozemky v prostoru mezi Chrlicemi a Modřicemi. Náklady na stavbu byly odhadovány 30 mil. Kč za předpokladu vybudování mechanicko-biologické jednotky. Výstavba přívodních kmenových stok však stavbu opět oddálila. Teprve v roce 1937 1938 byl zpracován projekt na prodloužení sběrače A + B na levém břehu Svratky mezi přízřenickým mostem a staveništěm čistírny, který zahrnoval také výstavbu pokusných objektů na staveništi budoucí čistírny a druhá světová válka práce znovu přerušila. 5.1.3 ČOV 1945-1970 Teprve v po roce 1945 dochází ke konkretizaci stavby. V roce 1949 byla dokončena projektová dokumentace. O rok později byly zahájeny přípravné stavební práce. Výstavba trvala plných deset let. Vlastní zkušební provoz byl zahájen v roce 1960. Byla vybudována mechanicko-biologická čistírna včetně kalového a energetického hospodářství. 5.1.4 ČOV 1971-2008 S rozvojem města a následujícím hydraulickým i látkovým přetížením bylo postupně během 80. let minulého století prováděno rozšíření prakticky celé ČOV. Bylo budováno nové mechanické předčištění inovace čerpací stanice, zvětšena kapacita usazovacích nádrží a rozšířila se i kapacita biologické části (aktivační nádrže,dosazovací nádrže, ) Byla započata rekonstrukce kalového hospodářství a zahájena byla i rekonstrukce vyhnívacích komor, přičemž práce byly z důvodu přípravy celkové intenzifikace ČOV zastaveny. Přes veškeré provedené úpravy nebyla čistírna schopna dodržovat všechny limity požadované platnými předpisy. Začátkem devadesátých let se navíc začala v důsledku legislativních změn věnovat pozornost odstraňování nutrietů-dusíku a fosforu, které výrazně negativně ovlivňují kvalitu povrchových vod zvláště tam, kde jsou nevýhodné ředící poměry v recipientu, což byl případ i brněnské čistírny, kde je v nepříznivých 40

podmínkách suchých letních měsíců průtok řekou Svratkou téměř shodný s průtokem čistírnou. Proto bylo již začátkem devadesátých let dvacátého století rozhodnuto o celkové rekonstrukci a dostavbě čistírny odpadních vod. Po několika letech projekčních a přípravných prací a hledání finančních zdrojů bylo přijato řešení, které umožnilo zahájení projektu mimo rozpočet města Brna. V roce 1998 pověřilo Statutární město Brno společnost Brněnské vodárny a kanalizace, a.s. (BVK) realizací, ale i financováním tohoto projektu. Financování projektu bylo založeno na kombinaci tří zdrojů, a to vlastních prostředků Brněnských vodáren a kanalizací, a.s., navýšení základního kapitálu společnosti a úvěr od Evropské banky pro obnovu a rozvoj v Londýně. Grantem se na financování prací podílela i Dánská agentura pro ochranu životního prostředí, která hradila práce technických poradců z firmy COWI. Původní studijní a projekční práce byly zajišťovány rakouskou projekční a konzultační firmou SFC ze Salzburgu. Na technických prověrkách se pak podílely i holandské a anglické firmy. Celkové náklady projektu včetně přípravných prací činily cca 2,2 mld. Kč, což odpovídá asi 72,8 mil. EUR Stavební práce byly zahájeny hned po podpisu smlouvy v roce 2001 a v roce 2003 byly již stavební práce dokončeny. Od 1. ledna 2004 byl zahájen roční zkušební provoz. Ukončení zkušebního provozu s vyhovujícími výsledky potvrdil vodoprávní orgán vydáním povolení k nakládání s vodami a povolení k uvedení stavby do trvalého provozu. 5.2 Původní technologie ČOV 5.2.1 Mechanická část Od roku 1960 se ČOV Modřice mohla pochlubit mechanickou částí, která byla složena z hrubého předčištění, které tvořil lapač štěrku, hrubé a jemné česle a lapač písku. Následovaly kruhové usazovací nádrže typu Dorr, kde docházelo k zachycení primárního kalu. Lapač štěrku byl dvoukomorový o objemu 10 m 3. Zachycený materiál byl převážně hrubý písek. Hrubé česle o průtočné světlosti 2,7m a s 15 cm průlinami (obsluhováno ručně) 41

Jemné česle segmentové, typu Dorr, strojně stírané, vestavěné do žlabů 2,5 m širokých. Šířka průlin je 1,5 cm. Lapač písku o délce 25 m a šířce 3 x 4,45 m. Usazený písek se čerpá přes hydrocyklon pískovými čerpadly. Celkové množství materiálu z hrubého předčištění je v průměru 2 000 t ročně s 10 % obsahem organické hmoty. Likvidace tohoto materiálu je složením problematická. Protože nemůže být vyvážena na venkovní skládku je kompostována v areálu čistírny, po výstavbě spalovny v Brně měl být materiál spalován. Z hlavní čerpány protéká odpadní voda do lapače tuků a přes rozdělovač do primární sedimentace. Lapače tuků tvoří čtyři samostatné jednotky o celkovém objemu 1270 m 3. Každá jednotka je trojkomorová s provzdušňovaným středním žlabem. Usazovací nádrže kruhového tvaru jsou čtyři, Dorrova typu o průměru 35 m a objemu 2 882 m 3. Porovnáním kvality odpadní vody za sedimentačními nádržemi a surové vody vychází čistící efekt podle BSK 5 30 až 40 % a podle nerozpustných látek 60 až 65 %. 5.2.2 Biologická část Biologický stupeň byl tvořen aktivačními a dosazovacími nádržemi. Po mechanickém čištění se odpadová voda přivádí na biologické čištění odtokovou galerií s třemi přepadovými žlaby ústícími do odtoku z čistírny. Aktivační jednotky jsou tři souběžné žlaby Hurdova systému 92m dlouhé, 7 m široké, o celkovém užitečném objemu 7 400 m 3. Používána je trojcestná aktivace, kdy mechanicky vyčištěná voda po smísení s vraceným kalem v rozdělovací galerii je vedena všemi žlaby paralelně. K odsazení aktivovaného kalu je použito šesti dosazovacích nádrží, každé o obsahu 881 m 3 Biologických rychlofiltrů je šest o průměru 20 m. Odpadní voda je čerpána do dvou rozdělovacích věží, z nichž přetlakem rozdílu hladin ve věži a 42

ve zkrápěči přitéká na jednotlivé filtry. Za biologickými filtry jsou zařazeny tři dosazovací nádrže stejného typu i velikosti jako za aktivací. 5.2.3 Kalové hospodářství Důležitou součástí tehdejší čistírny bylo i kalové hospodářství. Ve vyhnívacích nádržích dochází k anaerobní stabilizaci primárního kalu. Jímání plynu bylo řešeno pohyblivými stropy komor. Bioplyn byl spalován v soustavě kotlů pro potřeby vytápění provozu a využíván ve vlastní elektrárně pro vykrytí energetických špiček. Stabilizovaný kal byl odvodňován na soustavě kalových polí, případně lagun a využíván dále v blízké humusárně. Šest vyhnívacích komor válcového tvaru, výšky 15,5 m a průměru 20 m s kuželovým dnem zapuštěným do terénu. Komory byly rozděleny po třech do dvoustupňového vyhnívání. Maximální užitečný objem komory prvního stupně byl 4 575 m 3, druhého stupně 4 260 m 3. Kalová pole a laguny. Účinnost je přibližně 50 60 % snížení vody v kalu. Složení kalu produkovaného čistírnou dovolovala z počátku jeho likvidace v zemědělství. Stabilizovaný kal byl rovněž čerpán do nedaleké humusárny, kde docházelo k jeho míchání s rašelinou a vznikalo tak velice kvalitní hnojivo. Rozvoj průmyslu a zavádění nových technologií a materiálů negativně ovlivnilo složení kalu. To mělo za následek, že z kvalitního hnojiva se nakonec stal nežádoucí odpad. 5.3 Postupná rekonstrukce a inovování 5.3.1 Mechanické předčištění V 70. a 80. letech probíhala výstavba nových objektů a stavební úpravy v celém areálu ČOV. Nové hrubé mechanické předčištění s mechanicky vyklízenými lapáky štěrku a o celkové kapacitě 7 m 3 /s bylo s výjimkou hrubých a jemných česlí v provozu od roku 1989. Zhutňovací zařízení GEIGER u česlí vykazovalo postupem času stále nižší účinnost, až bylo nakonec vyřazeno z provozu. Za česlovnou je situováno šest 43

provzdušňovaných lapáků písku o celkovém objemu 2 000 m 3. Usazený písek s vodou se čerpá mamutkami na vyklízecích mostech do sedimentačních jímek, odkud se těží do kontejnerů a odváží na skládku. Účinnost zachycení hrubých nečistot v hrubém předčištění byla nižší v důsledku příliš velkých průlin jemných česlí 15 mm. Docházelo k průniku vláknitých materiálů, které se agregovaly na rotačních částech čerpadel v kalové lince a způsobovaly potíže odčerpávání surového kalu až po kalolisovnu. Po týdenním provozu musela být čerpadla demontována a vyčištěna. V rámci projektované intenzifikace ČOV byla v roce 1997 provedena rekonstrukce technologického zařízení česlovny. Hrubé a jemné česle byly odstraněny a nahrazeny jemnými česlemi FONTANA s šířkou průlin 6 mm. Zároveň byl zrekonstruován systém transportu shrabků a instalováno vypírací a lisovací zařízení. Vylisované shrabky jsou dopravovány vně budovy do pětitunových kontejnerů umístěných na kolejovém pojezdu. To umožňuje plnit dva kontejnery a překlenout tak nekolikadenní mezeru v odvozu shrabků na skládku. Obr. 17 Samočisticí česle FONTANA ( www.fontanar.cz ) Čerpací stanice surové vody, postavená v roce 1981 sestává ze čtveřice šnekových čerpadel o výkonu 1,65 m 3 /s. Celková kapacita čerpací stanice měla být využita při čerpání za dešťových špiček. Následný kanál za čerpací stanicí však nebyl rozšířen a má maximální průtok necelé 3 m 3 /s. Z toho vyplynuly potíže přeplavování kanálu při automatickém spuštění druhého čerpadla. Proto bylo zapotřebí udělat regulaci průtočnosti biologického stupně, která činí 1,8 m 3 /s s maximální špičkou 2,3 m 3 /s. Bezdeštné přítoky se špičkami do 1,8 m 3 /s a vyššími zvládá ČOV bez problémů. Hydraulické přetížení čistírny je zmírňováno využitím retence odstaveného šestikilometrového úseku staré stoky před čistírnou. Dešťové přítoky jsou odráženy soustavou odlehčovacích komor, z nichž poslední je přímo před ČOV. Za čerpací 44

stanicí je umístěno od roku 1993 automatické zařízení na odběr vzorků surové vody, řízené proporcionálně k průtoku. 5.3.2 Biologické čištění Při rozšíření biologické části v roce 1981 byly zrušeny a později odstraněny biofiltry. Kapacitně byla rozšířena aktivace vybudováním dvojice nových aktivačních nádrží (celkem objem 23 000 m 3 ), vybavených stejnými aeračními elementy jako nádrž původní a dalších 15 dosazovacích nádrží stejných rozměrů jako 6 původních nádrží o průměru 20 m. Na vstupu do biologie je umístěn vzorkovač pro mechanicky čištěnou vodu. Dmýchárna byla osazena 4 ks dmýchadel ČKD o výkonu 32 000 m 3 /hod. Aktivační nádrže, které postupem času vykazovaly z důvodu opotřebení aeračního systému nízký efekt eliminace BSK 5, byly v roce 1995 zrekonstruovány. Důvodem byl zcela zkorodovaný aerační systém v nových aktivačních nádržích, kde místy tvořil jen rouru ponořenou metr hluboko pod hladinu. Rekonstrukce systému proběhla ve dvou etapách a v létě 1995 byl aerační systém opět plně zprovozněn. Výsledek se projevil již téhož roku poklesem průměrné hodnoty BSK 5. Během dalších let byl postupně rekonstruován i aerační systém v původních aktivačních nádržích s dalším výsledným zlepšením čistícího efektu. V současné době je průměrné látkové zatížení aktivace 0,46 kg BSK 5 /Kg NLZZ, průměrná koncentrace kalu v aktivaci 1,8 kg/m 3. Koncentrace kalu a prodloužení doby zdržení v současnosti až na 6,55 hodiny vyvolávají v období dubna až října spontánní nitrifikaci s poklesem koncentrace N-NH 4 až na 0,5 mg/l. Nepříznivým efektem je denitrifikace v dosazovacích nádržích (koncentrace kalu až na 0,8 g/l). Tento riskantní manévr byl nahrazen řízením koncentrace kyslíku v aktivační nádrži regulací chodu dmýchadel, z nichž dvě jsou osazena tyristorovou regulací výkonu. Tím lze do určité míry ovlivnit poměr N-NH 4 /N-NO 3 a zároveň zajistit dostatečnou podlimitní hodnotu BSK 5 a NL na odtoku. Cílem je dosáhnout průměrných ročních koncentračních hodnot pod limity, směrodatné pro vyměření úplat vyplívajících ze zákona č. 58/98 Sb. a v souladu s požadavky vodohospodářského rozhodnutí. 45

Graf 1: Pokles BSK v letech 1994 2000 v mg/l 30 25 24,7 mg/l 20 15 10 15,2 15 10,3 11,1 10,8 9 5 0 BSK 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 5.3.3 Odstranění fosforu Odstraňováním fosforu se provoz začal zabývat v roce 1996, kdy probíhal poloprovozní pokus s ověřováním objemu dávek získaných z laboratorních měření a vyhledáváním optimálního dávkovacího místa. V polovině roku 1997 byl pak zahájen provoz simultánního srážení síranem železnatým. Příznivý efekt eliminace fosforu se navíc projevil zlepšením sedimentačních vlastností biologického kalu a následným snížením odtokových parametrů BSK 5, CHSK Cr a NL. Roční průměr za rok 1999 byl P celk. 0,38 mg/l 5.3.4 Dosazovací nádrže Dosazovací nádrže v celkovém počtu 21 kusů nelze ručně nastavit optimálně k průtoku. Proto jsou zhruba nastaveny na střední hodnotu průtoku. Jak ukázal jejich provoz, nejsou při nízkých a vysokých průtocích optimálně odkalovány. Šest původních nádrží z šedesátých let vykazuje značnou citlivost na hydraulické přetížení a již při průtoku ČOV kolem 1,0 m 3 /s dochází k jejich přetížení. Navíc nevhodnou konstrukcí dochází 46

při pohybu stíracího zařízení usazeného kalu ke zvíření a vznosu vloček. Důvodem je patrně i malá hloubka nádrže 3,5 m pro případ zbytněného kalu. Jedním z opatření na omezení úniku nerozpuštěných látek do odtoku byla instalace norných stěn na všech 21 dosazovacích nádrží. Zachycený plovoucí kal je mechanicky rozbíjen proudem vody, nebo je odčerpáván a veden do nátoku před usazovací nádrže. Zvláště v letním a podzimním období dochází k tvorbě pěny na hladině aktivačních a dosazovacích nádrží. Hlavní příčinou pěnění je masový rozvoj vláknitých mikroorganismů. Při dlouhodobém výskytu dochází následovně i k pěnění kalu ve vyhnívacích komorách, zvláště pokud se odčerpává větší množství biologického přebytečného kalu z aktivace. V provozu je pět vyhnívacích komor, dvě zrekonstruované a tři původní. V prvním stupni jsou provozovány dvě původní a jedna nová, v druhém stupni je provozována jedna původní a jedna nová. Zbývající jedna komora slouží jako zásobní nádrž na kalovou vodu. Tato komora je zcela otevřená a má jen přívod a odvod kalové vody. Obsah vyhnívacích komor se vytápí na 35-37 C, doba zdržení se pohybuje kolem 26 dnů. Látkové zatížení komor v roce 1999 bylo průměrně 0,87 kg organických látek/m 3. Případná tvorba pěny v komorách je omezována dávkováním tekutého vápna do jímky surového kalu jedenkrát týdně. Denní produkce bioplynu dosahuje hodnot přes 7 000 m 3 5.3.5 Kalové hospodářství Stabilizované kaly jsou mechanicky odvodňovány na sítopásových lisech. Spotřeba flokulantu se dlouhodobě pohybuje kolem 4g/kg sušiny kalu. Průměrně dosahovaná sušina kalového koláče je 28 %. Sítopásové lisy vyžadují k ostřiku sít velké množství tlakové vody (asi 60l/s při 6 barech). Protože není k dispozici tak intenzivní zdroj, je využívána biologicky vyčištěná voda. Odvodněný kalový koláč v množství kolem 87 tun za den je využíván jako složka průmyslových kompostů pro zemědělské využití. Aplikace ve zemědělství se řídí pravidly vypracovanými v součinnosti s Českou inspekcí životního prostředí a v návaznosti na metodický pokyn Krajského hygienika Jihomoravského kraje. 47

Podmínky pro využití v zemědělství sleduje jednak ČIŽP a jednak ÚKZÚS. Začátkem roku 2002 přikročil provoz ČOV k hygienizaci kalu pomocí dávkování nehašeného vápna v množství asi 70 kg na tunu sušiny kalového koláče. 5.4 Dnes používané technologie Již od roku 1992 se připravovala celková rekonstrukce a rozšíření ČOV a potřeba realizace se rok od roku stávala naléhavější. K zajištění tohoto cíle vyvinula společnost Brněnské vodárny a kanalizace a.s. společně s městem Brnem značné úsilí, zaměřené na získání finančních prostředků pro zabezpečení jak rekonstrukce stávajících částí, tak i rozšíření čistírny odpadních vod. Tento záměr se podařilo uskutečnit koncem roku 1999, kdy byla podepsána s Evropskou bankou pro obnovu a rozvoj smlouva o úvěru. Tím byl dán základní předpoklad pro zahájení celého projektu. Cílem projektu Modřice bylo jednak zajistit splnění všech limitů pro vypouštění vyčištěných odpadních vod, jak je ukládají české i evropské předpisy a normy, a zároveň zajistit dostatečnou kapacitu zařízení tak, aby bylo možno vyhovět stále rostoucí poptávce města Brna a zejména okolních aglomerací po napojení na brněnský kanalizační systém, přivádějící odpadní vody k ČOV Modřice. Na základě výsledků vypsaného výběrového řízení byla rekonstrukce a dostavba čistírny odpadních vod pro město Brno v Modřicích svěřena k realizaci konsorciu tvořenému francouzským lídrem firmou Degrémont - a stavebním sdružením firem IMOS, a.s. a ŽS. Dalším členem konsorcia pak byla projekční společnost AQUATIS, a.s. Koncem května roku 2001 byla stavba zahájena a dokončena byla koncem roku 2003, kdy bylo požádáno o povolení ke zkušebnímu provozu. Od 1. ledna 2004 byl zahájen roční zkušební provoz. Ukončení zkušebního provozu s vyhovujícími výsledky bylo potvrzeno kolaudačním rozhodnutím, po němž následovalo převzetí stavby investorem a dnes je již dokončená stavba v trvalém provozu. 5.4.1 Mechanická část K mechanickému čištění přitéká surová voda přes přítokový objekt, který plní funkci rozdělovací komory. Za deště je přítok do ČOV omezen hodnotou Q max. = 4,222 m 3 /s. Při vyšším přítoku se dešťová voda nejprve kumuluje v dešťové zdrži s kapacitou 48

10 500 m 3 a hydraulickým vyklízením, odkud je po skončení dešťové události přečerpávána zpět do ČOV. Lapáky štěrku Česle FONTANA jemné, strojně stírané česle s šířkou průlin 6 mm Shrabky z česlí jsou lisovány a poté propírány vodou. Z česlovny voda gravitačně odtéká do provzdušňovaného lapáku písku vybaveného separací tuku. Písek je dále zpracováván dvěma třídičkami a pračkami písku HUBER před jeho uložením do kontejneru. Lapák písku Čerpací stanice 4 šneková čerpadla o výkonu 1,4 m 3 /s Voda přicházející z lapáku štěrku a lapáku písku je kanálem vedena ke šnekové čerpací stanici se čtyřmi šnekovými čerpadly a čerpána do hlavního rozdělovacího objektu. Odtud je odpadní voda usměrňována do šesti rekonstruovaných usazovacích nádrží. Usazovací nádrže 6 nádrží o průměru 35 m Usazovací nádrže jsou vybaveny pojezdy se shrabovacím zařízením kalu a se stíráním plovoucích nečistot. V bezdeštném období jsou do procesu zapojeny maximálně čtyři usazovací nádrže, zbývající dvě se připojují v případě dešťů. 5.4.2 Biologická část Po mechanickém čištění je odpadní voda vedena potrubím do mezičerpací stanice, která je osazena čtyřmi čerpadly typ Flyght s dopravní výškou 7,8 m a s celkovou kapacitou 4,3 m 3 /s. Odtud se přečerpává do biologického stupně. K eliminaci problému, způsobených na ČOV vyšší mírou odbourávání CHSK a BSK 5 v mechanickém stupni a nízkým poměrem CHSK/N kjel na vstupu do aktivace, byl mechanický stupeň vybaven na odtoku z usazovacích nádrží čerpadlem, kterým je před vstupem do aktivace dávkováno 100 300 kg NL/hod primárního kalu. Sítem Strainpress je zároveň tento přídavný primární kal zbavován hrubých nečistot. Biologie je řešena jako aktivace s předřazenou denitrifikací a anaerobní defosfatací. Aktivace je rozdělena do dvou linek, každá se dvěma samostatnými drahami, které lze provozovat samostatně nebo společně. Voda je přiváděna nejprve do anaerobní nádrže, 49

následně do oběhové anoxické nádrže. Posledním stupněm aktivace je oxická část s jemnobublinou aerací rozdělená na provzdušňovanou a neprovzdušňovanou zónu. Anaerobní nádrže s funkcí defosfatace Anoxická nádrž s funkcí předřazené denitrifikace Oxická část Vzduch je dodáván z rekonstruované dmýchárny čtyřmi dmychadly. Vratný kal, přiváděný z dosazovacích nádrží, je pro dosažení účinné defosfatace zbaven dusičnanů denitrifikací v předřazené anoxické nádrži, umístěné v první části aktivace. Přebytečný biologický kal se odčerpává z provzdušňované zóny do flotační jednotky kalové linky. Odbourávání fosforu je přednostně zajištěno biologickým procesem, lze však provozovat i dávkování síranu železitého pro dosažení předepsaných výsledků. Z aktivačních nádrží postupuje aktivační směs do šesti dosazovacích nádrží, kde dochází k usazení a oddělení aktivovaného kalu. Pro každou provozní linku aktivace slouží tři dosazovací nádrže. Usazený kal je shrabovacím zařízením na pojezdovém mostu stírán do kalového prostoru a necirkulován přes čerpací stanici vratného kalu do DNRS zóny aktivace pro odstranění zbytkových dusičnanů. Stírací mosty jsou vybaveny stíráním plovoucí pěny. Dosazovací nádrže 6 kusů, průměr 50 m, hloubka 4,5 5,6 m Z dosazovacích nádrží je vyčištěná odpadní voda vedena odtokovým objektem do řeky Svratky. Objekt odtoku je vybaven měřením množství a kvality vody, odváděné z dosazovacích nádrží do řeky Svratky. Vedle tohoto objektu je umístěn objekt čerpací stanice pro užitkovou vodu. Užitková voda je čerpána do objektu chlorovny a voda je pak dále dodávána do rozvodu užitkové vody. 5.4.3 Kalové hospodářství Kalová linka je tvořena: zahušťovací nádrží primárního kalu, flotačním zahušťovačem DAF pro biologický kal, 50

mechanickými zahušťovacími síty GDD, homogenizační nádrží, 4-mi vyhnívacími nádržemi (o objemu 14 960 m 3 ), uskladňovací nádrží vyhnilého kalu, zařízením na odvodňování kalu, sušárnou kalu. Primární kal z usazovacích nádrží je zahušťován v klasické gravitační zahušťovací nádrži kruhového typu a odtahován do kalové směšovací nádrže. Odsazená kalová voda se vrací do rozdělovacího objetu usazovacích nádrží. Přebytečný biologický kal, přiváděný z biologického stupně, je zahušťován v flotační jednotce DAF. Jedná se o kruhovou nádrž o průměru 21 m se sklolaminátovým stropem. Do nádrže je přiváděn biologický kal sycený v saturační nádrži stlačeným vzduchem. Zálohou pro zahušťování primárního biologického kalu jsou 3 jednotky mechanických sít typ GDD. Ke smíšení obou kalů dochází v homogenizační směšovací nádrži o objemu 25 m 3 smícháním. Směsný surový kal je dále čerpán do vyhnívacích komor. K odstraňování zejména vláknitých látek je v lince primárního kalu předřazená filtrace na sítu STRAINPRESS. Čtyři vyhnívací nádrže jsou intenzivně promíchávány a udržovány na konstantní teplotě 35 C, aby byl zajištěn růst mezofilních bakterií. Doba zdržení kalu ve vyhnívacích nádržích je cca 22 dnů. Nádrže jsou zastřešené plynotěsným laminátovým stropem a míchadla jsou uchycena na masivní železobetonové lávce. Přebudováním dvou nepotřebných vyhnívacích nádrží byly získány uskladňovací nádrže stabilizovaného kalu s užitným skladovacím objemem na více jak čtyři dny. Obsah nádrží je promícháván vždy dvěma míchadly typu Flight. Z uskladňovacích nádrží je vyhnilý kal s obsahem sušiny kolem 4 % čerpán k odvodnění a sušení. Budova odvodnění a sušení kalu je umístěna mezi vyhnívacími nádržemi a rozdělovacím objektem na usazovací nádrže. Hlavní část objektu tvoří hala pro zařízení na odvodnění a sušení kalu. Jsou zde umístěny dvě odstředivky typu Guinard, každá s jednotkovou kapacitou 36 m 3 /hod. Pro odvodňování je v provozu jedna, druhá je záložní. Kal z odstředivky o sušině cca 24 % je šnekovým dopravníkem 51

transportován do sušárny. Lopatková sušárna typ NARA NPD14W pracuje se systémem nepřímého ohřevu kalu. Pro přenos tepla v sušárně je použit horký olej (180-210 C), který proudí uvnitř pláště dvěma dutými lopatkami. Dlouhá doba zdržení kalů (přes 3 hodiny) v kombinaci s průměrnou teplotou kalů 100 C umožňuje kaly pasterizovat a hygienizovat. Páry a stržený prach jsou vedeny do pračky plynu, kde jsou odtahované plyny odprašovány a zajištěna kondenzace par. Vysušený kal o sušině 85 92 % je ze sušárny dopravován pomocí systému chlazených dopravníků do dvou kontejnerů umístěných vně budovy sušárny, odkud jsou naplněné kontejnery o objemu cca 20 m 3 přemisťovány do skladu sušeného kalu. Plynové hospodářství zajišťuje pro ČOV kumulaci a zpracování bioplynu. Bioplyn produkovaný při vyhnívání kalů, je odváděn z vyhnívacích nádrží a kumulován v plynojemech. Instalovány jsou dva dvoumembránové plynojemy, každý o objemu 1 530 m 3. Plyn odebíraný z plynojemu je využíván pro výrobu elektrické energie a tepla v kogeneračních jednotkách Motor o výkonu 2 x 500 kw. Přebytečný bioplyn je spalován v hořácích zbytkového plynu. 5.5 Emisní standardy pro ČOV Modřice Podle přílohy č. 1 k nařízení vlády č. 61/2003 Sb. vidíme jaké maximální hodnoty jsou stanoveny pro čistírnu odpadních vod s počtem ekvivalentních obyvatel více jak 100 000. Do této kategorie spadá i ČOV Modřice, která má po intenzifikaci kapacitu pro 513 000 EO 50 000 000 m 3 odpadních vod za rok. Kapacitou ČOV (EO) se rozumí kapacita čistírny odpadních vod vyjádřená v počtu ekvivalentních obyvatel. Ekvivalentní obyvatel (EO) je definovaný produkcí znečištění 60 g BSK5 za den. Zatížení vyjádřené v počtu ekvivalentních obyvatel se vypočítává z maximálního průměrného týdenního zatížení vstupu do čistírny odpadních vod během roku, s výjimkou neobvyklých situací, jako jsou např. silné deště a povodně. 52

Tab. 1: Emisní standardy CHSK Cr, BSK 5, NL pro ČOV nad 100 000 EO CHSKC Cr BSK 5 NL přípustné maximální přípustné maximální přípustné maximální 75 125 15 30 20 40 Tab. 2: Emisní standardy N celkem a P celkem N celk. P celk. průměr maximální průměr maximální 10 20 1 3 Celkový dusík znamená sumu všech forem dusíku, tj. dusíku stanoveného Kjeldahlovou metodou (organický a amoniakální dusík), dusičnanového a dusitanového dusíku. Uváděné přípustné koncentrace p nejsou roční průměry a mohou být v překročeny v povolené míře podle hodnot v příloze č. 5 k nařízení vlády č. 61/2003 Sb. Vzhledem k tomu, že se na ČOV Modřice odebírají vzorky denně, je tak podle tabulky v příloze č. 5 NV 61/2003 přípustný počet překročení limitu p 25 x ročně. Tab. 3: Emisní standardy: přípustná minimální účinnost čištění vypouštěných odpadních vod v procentech CHSK Cr BSK 5 NL N celk. P celk. 75 85 90 75 80 Přípustná účinnost čištění může být v povoleném počtu jednotlivých stanovení (tj. 25x) nedosahována podle hodnot v příloze č. 5 k nařízení vlády č. 61/2003 Sb. 53

6 VÝSLEDKY PRÁCE Znečištění na vstupu a výstupu 2003 2007 V následujících grafech budou mezi sebou porovnány míry znečištění na přítoku a odtoku v ČOV Modřice. Hodnoty v grafu tvoří měsíční průměry, které byly získány z denních hodnot v daném měsíci. Hodnoty v jednom roce jsou rozděleny do čtyř typů grafů z důvodu přehlednosti a to do: přítok BSK 5, CHSK Cr, NL odtok BSK 5, CHSK Cr, NL přítok P, N odtok P, N Pod grafy s výstupními hodnotami z ČOV je uvedeno procento úspěšnosti eliminace dané veličiny (BSK 5, CHSK Cr a NL, P, N) 6.1.1 Rok 2003 Graf 2: Hodnoty BSK 5, CHSK Cr a NL na odtoku z ČOV Modřice v roce 2003 700 600 500 mg/l 400 300 200 100 0 I. II. III. IV. V. VI. VII. VIII. IX. X XI. XII. BSK5 mg/l 213 250 256 287 238 261 237 262 295 268 240 282 CHSK Cr mg/l 444 490 551 576 490 511 487 553 571 564 548 560 NL mg/l 258,96 253,36 299,38 326 306,96 284,25 273,4 325,86 308,56 315,96 316,41 292,12 BSK5 mg/l CHSK Cr mg/l NL mg/l Průměrná roční hodnota BSK 5 na přítoku je 257 mg/l Průměrná roční hodnota CHSK Cr na přítoku je 528 mg/l Průměrná roční hodnota NL na přítoku je 297 mg/l 54

Graf 3: Hodnoty BSK 5, CHSK Cr a NL na odtoku z ČOV Modřice v roce 2003 mg/l 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0 I. II. III. IV. V. VI. VII. VIII. IX. X XI. XII. BSK5 mg/l 7,64 9,73 8,79 10,48 10,59 10,33 8,02 7,64 10,67 7,56 5,33 6,11 CHSK Cr mg/l 31,1 36,8 35,95 40,9 36,56 35,08 34,28 32,26 37,18 29,68 29,46 28,55 NL mg/l 11,47 14,47 10,3 15,04 12,82 12,91 11,48 13,17 14,54 16,28 16,84 16,07 BSK5 mg/l CHSK Cr mg/l NL mg/l Průměrná roční hodnota BSK 5 na odtoku je 8,6 mg/l Průměrná roční hodnota CHSK Cr na odtoku je 34 mg/l Průměrná roční hodnota NL na odtoku je 13,8 mg/l Účinnost čistírny při eliminaci BSK 5 je 96,6 % Účinnost čistírny při eliminaci CHSK Cr je 93,6 % Účinnost čistírny při eliminaci NL je 95,4 % Graf 4: Hodnoty P celkem a N celkem na přítoku do ČOV Modřice v roce 2003 70 60 50 mg/l 40 30 20 10 0 I. II. III. IV. V. VI. VII. VIII. IX. X XI. XII. Pcelk mg/l 6,93 7,035 7,62 8,29 7,5 7,87 7,24 9,12 9,07 8,53 9,49 8,26 Ncelk mg/l 45,95 48,13 53,13 49,02 57,55 38,42 45,8 44,25 49,17 52,44 53,57 48,45 Pcelk mg/l Ncelk mg/l Průměrná roční hodnota P celkem na přítoku je 8 mg/l Průměrná roční hodnota N celkem na přítoku je 48 mg/l 55

Graf 5: Hodnoty P celkem a N na odtoku z ČOV Modřice v roce 2003 mg/l 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0 I. II. III. IV. V. VI. VII. VIII. IX. X XI. XII. Pcelk mg/l 0,71 0,47 0,48 0,58 0,45 0,48 0,51 0,51 0,58 0,73 1,29 1,26 Ncelk mg/l 36,1 41,24 38,82 42,3 32,63 34,27 42,76 31,1 36,22 27,16 12,12 11,74 Pcelk mg/l Ncelk mg/l Průměrná roční hodnota P celkem na odtoku je 0,67 mg/l Průměrná roční hodnota N celkem na odtoku je 32 mg/l Účinnost čistírny při eliminaci fosforu je 91,6 % Účinnost čistírny při eliminaci dusíku je 33,3 % 6.1.2 Rok 2004 Graf 6: Hodnoty BSK 5, CHSK Cr a NL na přítoku do ČOV Modřice v roce 2004 800 700 600 500 mg/l 400 300 200 100 0 I. II. III. IV. V. VI. VII. VIII. IX. X XI. XII. BSK5 mg/l 223,62 212,2 228,4 235,96 240,16 222,3 235,36 276,1 281,8 249,42 263,4 271,48 CHSK Cr mg/l 483,14 520,95 544,91 594,26 606,29 507,16 549,3 592,13 674,4 610,96 534,4 607,77 NL mg/l 289,77 300,9 318 333,3 342,2 312,3 393,55 326,86 337,8 305,5 289,2 332,44 BSK5 mg/l CHSK Cr mg/l NL mg/l Průměrná roční hodnota BSK 5 na přítoku je 245 mg/l Průměrná roční hodnota CHSK Cr na přítoku je 569 mg/l Průměrná roční hodnota NL na přítoku je 323 mg/l 56

Graf 7: Hodnoty BSK 5, CHSK Cr a NL na odtoku z ČOV Modřice v roce 2004 mg/l 50 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0 I. II. III. IV. V. VI. VII. VIII. IX. X XI. XII. BSK5 mg/l 4,35 10,09 3,7 5,3 7,6 4,34 4,24 4,75 3,29 3,92 4,98 6,9 CHSK Cr mg/l 24,9 45,2 24,8 29,72 40,73 26,06 26,34 31,44 23,72 24,03 26,29 33,73 NL mg/l 10,48 28,24 9,19 13,2 23,07 12,62 10,79 28,55 8,28 10,96 12,25 13,4 BSK5 mg/l CHSK Cr mg/l NL mg/l Průměrná roční hodnota BSK 5 na odtoku je 5,3 mg/l Průměrná roční hodnota CHSK Cr na odtoku je 29,7 mg/l Průměrná roční hodnota NL na odtoku je 15 mg/l Účinnost čistírny při eliminaci BSK 5 je 97,8 % Účinnost čistírny při eliminaci CHSK Cr je 94,8 % Účinnost čistírny při eliminaci NL je 95,4 % Graf 8: : Hodnoty P celkem a N na přítoku do ČOV Modřice v roce 2004 70 60 50 mg/l 40 30 20 10 0 I. II. III. IV. V. VI. VII. VIII. IX. X XI. XII. Pcelk mg/l 7,89 7,77 7,45 8,11 8,07 7,19 7,75 9,5 9,65 8,97 8,8 9,5 Ncelk mg/l 51,3 46,52 50,95 48,64 44,73 50,54 49,64 49,91 55,49 52,16 51,09 57,2 Pcelk mg/l Ncelk mg/l Průměrná roční hodnota P celkem na přítoku je 8,4 mg/l Průměrná roční hodnota N celkem na přítoku je 50,7 mg/l 57

Graf 9: Hodnoty P celkem a N na odtoku z ČOV Modřice v roce 2004 mg/l 20 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0 I. II. III. IV. V. VI. VII. VIII. IX. X XI. XII. Pcelk mg/l 1,21 2,11 0,84 0,99 1,43 0,85 0,77 1,14 0,06 0,74 0,9 0,92 Ncelk mg/l 15,82 15,71 14,14 13,13 17,15 16,93 15,17 9,69 9,96 10,86 10,04 9,38 Pcelk mg/l Ncelk mg/l Průměrná roční hodnota P celkem na odtoku je 1 mg/l Průměrná roční hodnota N celkem na odtoku je 13 mg/l Účinnost čistírny při eliminaci fosforu je 88 % Účinnost čistírny při eliminaci dusíku 74 % 6.1.3 Rok 2005 Graf 10: Hodnoty BSK 5, CHSK Cr a NL na přítoku do ČOV Modřice v roce 2005 700 600 500 mg/l 400 300 200 100 0 I. II. III. IV. V. VI. VII. VIII. IX. X XI. XII. BSK5 mg/l 280,96 266,92 228,19 283,8 257,48 260,23 217,44 238,7 312,04 323,5 CHSK Cr mg/l 580,03 545,19 487,85 559,2 539,22 527,84 451,96 495,14 608,28 647,65 NL mg/l 287,03 283,3 267,92 287,92 304,66 290,85 270,32 299,88 336,62 350,6 BSK5 mg/l CHSK Cr mg/l NL mg/l Průměrná roční hodnota BSK 5 na přítoku je 267 mg/l 58

Průměrná roční hodnota CHSK Cr na přítoku je 544 mg/l Průměrná roční hodnota NL na přítoku je 298 mg/l Graf 11: Hodnoty BSK 5, CHSK Cr a NL na odtoku z ČOV Modřice v roce 2005 35 30 25 mg/l 20 15 10 5 0 I. II. III. IV. V. VI. VII. VIII. IX. X XI. XII. BSK5 mg/l 6,06 7,66 7,32 8,33 5,82 4,74 4,83 4,7 9,13 7,31 6,29 5,75 CHSK Cr mg/l 27,06 33,08 30,41 32,89 26,08 29,17 29,98 28,12 30,87 31,33 28,95 23,95 NL mg/l 8,72 13,26 12,08 14 10,04 8,8 8,72 10,77 12,54 12,92 9 8,45 BSK5 mg/l CHSK Cr mg/l NL mg/l Průměrná roční hodnota BSK 5 na odtoku je 6,4 mg/l Průměrná roční hodnota CHSK Cr na odtoku je 29 mg/l Průměrná roční hodnota NL na odtoku je 11,7 mg/l Účinnost čistírny při eliminaci BSK 5 je 97,6 % Účinnost čistírny při eliminaci CHSK Cr je 93,6 % Účinnost čistírny při eliminaci NL je 95,7 % Graf 12: Hodnoty P celkem a N celkem na přítoku do ČOV Modřice v roce 2005 70 60 50 mg/l 40 30 20 10 0 I. II. III. IV. V. VI. VII. VIII. IX. X XI. XII. Pcelk mg/l 8,98 2,29 7,18 7,48 7,62 7,86 6,87 7,36 8,36 7,5 Ncelk mg/l 55,87 53,42 46,05 48,21 47,89 50,75 38,78 42,96 52,88 58,05 Pcelk mg/l Ncelk mg/l 59

Průměrná roční hodnota P celkem na přítoku je 7,2 mg/l Průměrná roční hodnota N celkem na přítoku je 49,5 mg/l Graf 13: Hodnoty P celkem a N celkem na odtoku z ČOV Modřice v roce 2005 16 14 12 10 mg/l 8 6 4 2 0 I. II. III. IV. V. VI. VII. VIII. IX. X XI. XII. Pcelk mg/l 0,73 0,74 0,84 0,58 0,55 0,57 0,4 0,35 0,43 0,56 0,56 0,44 Ncelk mg/l 10,44 9,64 13,49 9,15 8,58 8,39 6,71 6,37 7,64 8,28 7,97 8,28 Pcelk mg/l Ncelk mg/l Průměrná roční hodnota P celkem na odtoku je 0,56 mg/l Průměrná roční hodnota N celkem na odtoku je 8,8 mg/l Účinnost čistírny při eliminaci fosforu je 92,2 % Účinnost čistírny při eliminaci dusíku je 82,2 % V prvních měsících trvalého provozu v roce 2005 došlo k rozmnožení vláknitých baktérií a silné tvorbě biologické pěny, komplikující separaci kalu. Podle požadavku dodavatele technologie bylo za účelem odstranění tohoto jevu do aktivace nadávkováno velké množství chlornanu sodného, což mělo za následek zhroucení procesu nitrifikace a denitrifikace a nárůst odtokových hodnot dusíku v době od 20. 2. 2005 do poloviny března téhož roku. Vliv chlornanu byl ještě umocněn přítokem chladných vod z tání sněhu, která bránily opětovnému rozběhu nitrifikace. Havarijní stav byl bezprostředně po jeho vzniku tj. 20.2.2005 nahlášen příslušnému VÚ a ČIŽP OI Brno. 60

6.1.4 Rok 2006 Graf 14: Hodnoty BSK 5, CHSK Cr a NL na přítoku do ČOV Modřice v roce 2006 700 600 500 mg/l 400 300 200 100 0 I. II. III. IV. V. VI. VII. VIII. IX. X XI. XII. BSK5 mg/l 271,33 243,17 232,38 220,7 188,54 218,26 246,2 167,25 268,95 179,07 289,16 324,54 CHSK Cr mg/l 580,55 515,34 496,85 492,45 438 507,11 537,2 406,77 592,08 657,22 619,84 666,13 NL mg/l 302,11 269,21 299,04 315,05 277,33 306,77 314,88 272,51 312 348,54 334,04 344,36 BSK5 mg/l CHSK Cr mg/l NL mg/l Průměrná roční hodnota BSK 5 na přítoku je 237 mg/l Průměrná roční hodnota CHSK Cr na přítoku je 542 mg/l Průměrná roční hodnota NL na přítoku je 307 mg/l Graf 15: Hodnoty BSK 5, CHSK Cr a NL na odtoku z ČOV Modřice v roce 2006 35 30 25 mg/l 20 15 10 5 0 I. II. III. IV. V. VI. VII. VIII. IX. X XI. XII. BSK5 mg/l 6,06 7,66 7,32 8,33 5,82 4,74 4,83 4,7 9,13 7,31 6,29 5,75 CHSK Cr mg/l 27,06 33,08 30,41 32,89 26,08 29,17 29,98 28,12 30,87 31,33 28,95 23,95 NL mg/l 8,72 13,26 12,08 14 10,04 8,8 8,72 10,77 12,54 12,92 9 8,45 BSK5 mg/l CHSK Cr mg/l NL mg/l Průměrná roční hodnota BSK 5 na odtoku je 6,5 mg/l Průměrná roční hodnota CHSK Cr na odtoku je 29 mg/l Průměrná roční hodnota NL na odtoku je 10,8 mg/l 61

Účinnost čistírny při eliminaci BSK 5 je 97,3 % Účinnost čistírny při eliminaci CHSK Cr je 94,6 % Účinnost čistírny při eliminaci NL je 96,5 % Graf 16: : Hodnoty P celkem a N celkem na přítoku do ČOV Modřice v roce 2006 70 60 50 mg/l 40 30 20 10 0 I. II. III. IV. V. VI. VII. VIII. IX. X XI. XII. Pcelk mg/l 7,83 7,09 6,57 7,12 6,19 6,97 6,99 5,57 7,91 8,77 8,28 8,27 Ncelk mg/l 55,54 49,53 48,78 45,36 41,82 45,85 49,66 32,52 49,64 57,4 58,28 58,6 Pcelk mg/l Ncelk mg/l Průměrná roční hodnota P celkem na přítoku je 7,3 mg/l Průměrná roční hodnota N celkem na přítoku je 49,4 mg/l Graf 17: Hodnoty P celkem a N celkem na odtoku z ČOV Modřice v roce 2006 14 12 10 mg/l 8 6 4 2 0 I. II. III. IV. V. VI. VII. VIII. IX. X XI. XII. Pcelk mg/l 0,28 0,34 0,29 0,38 0,29 0,43 0,39 0,48 0,33 0,34 0,34 0,24 Ncelk mg/l 9,88 10,69 12,11 10,51 7,55 7,63 7,59 6,77 7,7 7,33 5,87 6,31 Pcelk mg/l Ncelk mg/l Průměrná roční hodnota P celkem na odtoku je 0,34 mg/l Průměrná roční hodnota N celkem na odtoku je 8,33 mg/l 62

Účinnost čistírny při eliminaci fosforu je 95,3 % Účinnost čistírny při eliminaci dusíku je 83,2 % 6.1.5 Rok 2007 Graf 18: Hodnoty BSK 5, CHSK Cr a NL na přítoku do ČOV Modřice v roce 2007 800 700 600 500 mg/l 400 300 200 100 0 I. II. III. IV. V. VI. VII. VIII. IX. X XI. XII. BSK5 mg/l 292 283 255 333 298 299 283 297 287 271 251 296 CHSK Cr mg/l 633 604 493 633 673 622 614 693 689 671 607 624 NL mg/l 331 304 269 321 367 328 316 340 363 341 316 336 BSK5 mg/l CHSK Cr mg/l NL mg/l Průměrná roční hodnota BSK 5 na přítoku je 287 mg/l Průměrná roční hodnota CHSK Cr na přítoku je 630 mg/l Průměrná roční hodnota NL na přítoku je 328 mg/l Graf 19: Hodnoty BSK 5, CHSK Cr a NL na odtoku z ČOV Modřice v roce 2007 mg/l 50 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0 I. II. III. IV. V. VI. VII. VIII. IX. X XI. XII. BSK5 mg/l 5,5 4,4 4,5 7,3 5,6 4,6 4,1 4,4 5,1 5,5 5,9 6,6 CHSK Cr mg/l 28 28 26 44 36 25 27 27 32 32 29 27 NL mg/l 9 8 8 17 13 8 10 9 13 11 10 10 BSK5 mg/l CHSK Cr mg/l NL mg/l 63

Průměrná roční hodnota BSK 5 na odtoku je 5,3 mg/l Průměrná roční hodnota CHSK Cr na odtoku je 30 mg/l Průměrná roční hodnota NL na odtoku je 10,5 mg/l Účinnost čistírny při eliminaci BSK 5 je 98,2 % Účinnost čistírny při eliminaci CHSK Cr je 95,2 % Účinnost čistírny při eliminaci NL je 96,8 % Graf 20: : Hodnoty P celkem a N celkem na přítoku do ČOV Modřice v roce 2007 70 60 50 mg/l 40 30 20 10 0 I. II. III. IV. V. VI. VII. VIII. IX. X XI. XII. Pcelk mg/l 8,01 7,64 6,41 8,04 8,68 7,95 7,7 8,09 8,19 9,05 7,7 7,47 Ncelk mg/l 59,4 54,6 48,1 60,3 62,2 60,2 57,7 53,6 53,5 58,2 51,1 61,3 Pcelk mg/l Ncelk mg/l Průměrná roční hodnota P celkem na přítoku je 7,9 mg/l Průměrná roční hodnota N celkem na přítoku je 56,7 mg/l Graf 21: Hodnoty P celkem a N celkem na odtoku z ČOV Modřice v roce 2007 14 12 10 mg/l 8 6 4 2 0 I. II. III. IV. V. VI. VII. VIII. IX. X XI. XII. Pcelk mg/l 0,22 0,38 0,22 0,52 0,405 0,26 0,44 0,34 0,55 0,48 0,41 0,39 Ncelk mg/l 12,6 10,7 10,23 12,9 11,17 7,56 8,45 6,16 6,64 8,2 7,7 7,2 Pcelk mg/l Ncelk mg/l 64

Průměrná roční hodnota P celkem na odtoku je 0,38 mg/l Průměrná roční hodnota N celkem na odtoku je 9,1 mg/l Účinnost čistírny při eliminaci fosforu je 95,2 % Účinnost čistírny při eliminaci dusíku je 84 % 65

7 DISKUZE Tab. 4: Odtok 2003-2007 BSK5 CHSK Cr NL Pcelk Ncelk mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l Rok 2003 8,6 34 13,8 0,67 32 Rok 2004 5,3 29,7 15 1 13 Rok 2005 6,4 29 11,7 0,56 8,8 Rok 2006 6,5 29 10,8 0,34 8,33 Rok 2007 5,3 30 10,5 0,38 9,1 Graf 22: Odtok 2003-2007 BSK 5, CHSK Cr, NL 40 35 30 25 mg/l 20 15 10 5 0 Rok 2003 Rok 2004 Rok 2005 Rok 2006 Rok 2007 BSK5 mg/l 8,6 5,3 6,4 6,5 5,3 CHSK Cr mg/l 34 29,7 29 29 30 NL mg/l 13,8 15 11,7 10,8 10,5 BSK5 mg/l CHSK Cr mg/l NL mg/l Z tabulky i z grafu je zřejmé, že nejvyšší hodnoty BSK 5 a CHSK Cr jsou v roce 2003. Pravděpodobnou příčinou je nekompletnost intenzifikace čistírny, která byla dokončena až koncem roku a teprve od 1. ledna 2004 byl zahájen zkušební provoz. Zejména hodnoty BSK 5 jsou od roku 2004 na velmi dobré úrovni. Pokud srovnáme tyto dosažené hodnoty a přípustné hodnoty dané legislativou (BSK 5-15 mg/l a CHSK Cr - 75 mg/l), vidíme značnou rezervu ze strany čistírny tyto limity splňovat. Obzvláště pokud srovnáme hodnoty BSK 5 v letech 1994 2000 viz. Graf 1. str. 50, je zřejmé, že intenzifikace čistírny velkou měrou pozitivně ovlivnila eliminaci BSK 5 a několika násobně snížila hodnoty. 66

Graf 23: Odtok 2003-2007 P, N 35 30 25 mg/l 20 15 10 5 0 Rok 2003 Rok 2004 Rok 2005 Rok 2006 Rok 2007 Pcelk mg/l 0,67 1 0,56 0,34 0,38 Ncelk mg/l 32 13 8,8 8,33 9,1 Pcelk mg/l Ncelk mg/l Situace je ovšem jiná u eliminace P a N. Zatímco fosfor se pohybuje na slušné úrovni vyjma roku 2004, kdy je hodnota 1 mg/l opravdu na hraně (přípustné 1 mg/l ), dusík v roce 2003 a 2004 hrubě převyšuje hranici 10 mg/l. Ostatní roky 2005 2007 jsou již v limitu, ale z grafu vidíme, že hodnoty se pohybují u jeho horní hranice. Tab. 5: Účinnost čistírny eliminovat znečištění vyjádřeno v % BSK5 CHSK Cr NL Pcelk Ncelk % % % % % Rok 2003 96,6 93,6 95,4 91,6 33,3 Rok 2004 97,8 94,8 95,4 88 74 Rok 2005 97,6 93,6 95,7 92,2 82,2 Rok 2006 97,3 94,6 96,5 95,3 83,2 Rok 2007 98,2 95,2 96,8 95,2 84 V tabulce a následně i v grafech je přehled o čistících účincích ČOV Modřice. Procento účinnosti eliminace BSK 5, CHSK Cr a NL jsou na velmi dobré úrovni a to i v době, kdy byla čistírna v rekonstrukci. Jak již vyplývá z předešlých tabulek a grafů, tak i eliminace fosforu je procentuelně na vysoké úrovni a splňuje limity dané legislativou tj. minimální účinnost čistírny pro P je 80 %. Účinnost čistírny eliminovat dusík ovšem těchto limitů v roce 2003 výrazně nedosahuje a oproti požadovanému účinku legislativou minimálně 75 % dosahuje pouhých 33,3 %. 67

V roce 2004 se svými 74 % je účinek i přes výrazné zlepšení stále nedostačující a teprve od roku 2005 jsou limity v normě. Graf 24: Účinnost čistírny eliminovat znečištění BSK 5. CHSK Cr, NL vyjádřeno v % 99 98 97 96 mg/l 95 94 93 92 91 Rok 2003 Rok 2004 Rok 2005 Rok 2006 Rok 2007 BSK5 % 96,6 97,8 97,6 97,3 98,2 CHSK Cr % 93,6 94,8 93,6 94,6 95,2 NL % 95,4 95,4 95,7 96,5 96,8 BSK5 % CHSK Cr % NL % Graf 25: Účinnost čistírny eliminovat znečištění P, N vyjádřeno v % 120 100 80 % 60 40 20 0 Rok 2003 Rok 2004 Rok 2005 Rok 2006 Rok 2007 Pcelk % 91,6 88 92,2 95,3 95,2 Ncelk % 33,3 74 82,2 83,2 84 Pcelk % Ncelk % 68

8 ZÁVĚR V diplomové práci jsem se původně chtěl zabývat zhodnocením výsledků čištění odpadních vod vzhledem k dané technologii. Tedy chronologicky seřadit inovace technologií provedené v čistících procesech, zpracovat naměřené hodnoty míry znečištění na vstupu a výstupu a tyto hodnoty vzájemně porovnat. Pro toto srovnání jsem si vybral ČOV Modřice která je v provozu již od roku 1960 a v průběhu jejího trvání došlo k několika technologickým změnám. Ale z důvodu nedostupnosti hodnot znečištění na vstupu a výstupu z ČOV Modřice staršího data jak rok 2003 jsem byl nucen pozměnit zaměření práce. Práce je tedy pod vlivem okolností zaměřena na historii vzniku ČOV Modřice, používané technologie a zařízení, legislativu doprovázející chod čistírny a na míru znečištění BSK 5, CHSK Cr, NL, P, N na vstupu a výstupu čistírny v období 2003 2007. Vstupní i výstupní denní měření znečištění odpadních vod jsem upravil do průměrné měsíční hodnoty. Z těchto měsíčních průměrů jsem vytvořil i průměrné roční hodnoty. Tyto průměrné hodnoty jsem srovnával s přípustnými hodnotami v legislativě respektive v nařízení vlády č. 61/2003 sb., které stanovuje přípustné znečištění. Povolené přípustné znečištění vztahující se k ČOV Modřice je diskutováno v kapitole č. 5.5, kde je uvedena i minimální účinnost čištění vypouštěných odpadních vod v procentech. Z výsledků uvedených v kapitole 6 a 7 lze vyvodit, že intenzifikace čistírny výrazně zvýšila účinnost čištění. Vzhledem k nedostupnosti všech potřebných dat, lze vzájemně porovnat pouze CHSK Cr, NL, P, N v roce 2003 a v období 2004 2007 (intenzifikovaná čistírna) a odtok BSK 5 období 1994 2000 a 2003 2007. U BSK 5 je snížení výskytu na odtoku z čistírny v letech 2003 2007 oproti 1994 2000 velmi výrazné. Pokud tedy shrnu všechny dosavadní výsledky a poznatky tak ČOV Modřice od roku 2005, kdy byl zahájen oficiální provoz intenzifikované čistírny, splňuje zákonem přípustné limity na BSK 5, CHSK Cr, NL, P a N. Vzhledem k tomu, že některé měřené odtokové hodnoty u N jsou na hranici přípustnosti, lze očekávat, že s dalším zpřísněním přípustných limitů, bude třeba opět navrhnout a provézt další intenzifikaci. 69

SEZNAM LITERATURY Slavíčková Kateřina: Vodní hospodářství obcí 1 : úprava a čištění vody 2006 Broncová Dagmar: Historie kanalizací : dějiny odvádění a čištění odpadních vod v Českých zemích 1955 Hlavínek Petr: Příručka stokování a čištění 2001 Hlavínek Petr: Čištění odpadních vod. Noel 2000 s.r.o., 1996. ČOV Brno Modřice: Čistírna odpadních vod Brno - Modřice Gottwald Ladislav: Vodovody a kanalizace města Brn, 1972 www.bvk.cz www.mapy.cz www.fontanar.cz www.mze.cz www.tzb-info.cz INTERNETOVÉ ZDROJE SEZNAM TABULEK Tab. 1: Emisní standardy CHSK Cr, BSK 5, NL pro ČOV nad 100 000 EO... 53 Tab. 2: Emisní standardy N celkem a P celkem... 53 Tab. 3: Emisní standardy: přípustná minimální účinnost čištění vypouštěných odpadních vod v procentech... 53 Tab. 4: Odtok 2003-2007... 66 Tab. 5: Účinnost čistírny eliminovat znečištění vyjádřeno v %... 67 70

SEZNAM OBRÁZKŮ Obr. 1 Jemné česle... 8 Obr. 2 Samočisticí česle (Hlavínek,2001)... 9 Obr. 3 Rotační síto (vlevo), rotační česlo (uprostřed) a rotační šnek (vpravo) (Hlavínek,2001)... 10 Obr. 4 Dvoukomorový lapák písku s horizontálním průtokem (Hlavínek 2000)... 13 Obr. 5 Vírový lapák písku (Hlavínek,2001)... 14 Obr. 6 Kruhová nádrž s horizontálním průtokem (www.bvk.cz)... 18 Obr. 7 Základní rozdělení aerobního čištění (Slavíčková.2006)... 20 Obr. 8 Schéma klasické aktivace... 22 Obr. 9 Aktivace s postupným tokem... 22 Obr. 10 Směšovací aktivace... 23 Obr. 11 Aktivace s oddělenou regenerací kalu... 24 Obr. 12 Biofilmový rektor s objemovou náplní Biofilmový rektor s plošnou náplní (Hlavínek,2001)... 26 Obr. 13 Schéma a obrázek skrápěného filtru. (Hlavínek, 2001)... 26 Obr. 14 obecný postup zpracování kalů... 28 Obr. 15 Schéma kanalizační sítě ( www.bvk.cz )... 38 Obr. 16 ČOV Modřice letecký pohled ( www.mapy.cz )... 38 Obr. 17 Samočisticí česle FONTANA ( www.fontanar.cz )... 44 Obr. 18: Poloha ČOV Modřice v ČR... 73 Obr. 19: Poloha ČOV Modřice vůči Brnu... 73 71

SEZNAM GRAFŮ Graf 1: Pokles BSK v letech 1994 2000 v mg/l... 46 Graf 2: Hodnoty BSK 5, CHSK Cr a NL na odtoku z ČOV Modřice v roce 2003... 54 Graf 3: Hodnoty BSK 5, CHSK Cr a NL na odtoku z ČOV Modřice v roce 2003... 55 Graf 4: Hodnoty P celkem a N celkem na přítoku do ČOV Modřice v roce 2003... 55 Graf 5: Hodnoty P celkem a N na odtoku z ČOV Modřice v roce 2003... 56 Graf 6: Hodnoty BSK 5, CHSK Cr a NL na přítoku do ČOV Modřice v roce 2004... 56 Graf 7: Hodnoty BSK 5, CHSK Cr a NL na odtoku z ČOV Modřice v roce 2004... 57 Graf 8: : Hodnoty P celkem a N na přítoku do ČOV Modřice v roce 2004... 57 Graf 9: Hodnoty P celkem a N na odtoku z ČOV Modřice v roce 2004... 58 Graf 10: Hodnoty BSK 5, CHSK Cr a NL na přítoku do ČOV Modřice v roce 2005... 58 Graf 11: Hodnoty BSK 5, CHSK Cr a NL na odtoku z ČOV Modřice v roce 2005... 59 Graf 12: Hodnoty P celkem a N celkem na přítoku do ČOV Modřice v roce 2005... 59 Graf 13: Hodnoty P celkem a N celkem na odtoku z ČOV Modřice v roce 2005... 60 Graf 14: Hodnoty BSK 5, CHSK Cr a NL na přítoku do ČOV Modřice v roce 2006... 61 Graf 15: Hodnoty BSK 5, CHSK Cr a NL na odtoku z ČOV Modřice v roce 2006... 61 Graf 16: : Hodnoty P celkem a N celkem na přítoku do ČOV Modřice v roce 2006... 62 Graf 17: Hodnoty P celkem a N celkem na odtoku z ČOV Modřice v roce 2006... 62 Graf 18: Hodnoty BSK 5, CHSK Cr a NL na přítoku do ČOV Modřice v roce 2007... 63 Graf 19: Hodnoty BSK 5, CHSK Cr a NL na odtoku z ČOV Modřice v roce 2007... 63 Graf 20: : Hodnoty P celkem a N celkem na přítoku do ČOV Modřice v roce 2007... 64 Graf 21: Hodnoty P celkem a N celkem na odtoku z ČOV Modřice v roce 2007... 64 Graf 22: Odtok 2003-2007 BSK 5, CHSK Cr, NL... 66 Graf 23: Odtok 2003-2007 P, N... 67 Graf 24: Účinnost čistírny eliminovat znečištění BSK 5. CHSK Cr, NL vyjádřeno v %... 68 Graf 25: Účinnost čistírny eliminovat znečištění P, N vyjádřeno v %... 68 Poloha ČOV Modřice v ČR Poloha ČOV Modřice vůči Brnu Procesní schéma ČOV Modřice SEZNAM PŘÍLOH 72

Poloha ČOV Modřice v ČR Poloha ČOV Modřice vůči Brnu 73