Domovní čistírny odpadních vod II Obsah : DESAR systémy s oddělením moči Vegetační ČOV Biologické rybníky, biologické nádrže
DESAR nový přístup..budoucnost v čištění malých zdrojů, aneb dělení odpadních vod v místě vzniku podle původu na šedé, černé a žluté..
Barevné vody Šedé vody - vody z praní, koupání apod. Černé vody - voda z WC Žluté vody - moč - pokud se sbírá odděleně Nutrienty (3kg/rok) Šedé vody (2200 l/rok) Žluté vody (500 l/rok) Černé vody (1800 l/rok) N 8% 85% 7% P 40% (praní) 35% 25% K 26% 57% 17% CHSK 44% 11% 45% Závěr převážná část nutrientů je v moči a tak má smysl ji oddělit..
Záchodová mísa pro oddělení moči Zařizovací předměty na oddělení moči jsou již běžně k dostání.
Moč a co s ní..?..je již technicky vyřešeno, otázkou je legislativa.. Malé zdroje : -Nechat půl roku odstát a pak po naředění je možno použít na zálivku (doporučení WHO) Velké zdroje : -Výroba hnojiv stripováním nebo chemickým srážením s tím, že výsledným produktem je struvit..experimentuje se dále např. s vymražováním apod..
Hospodaření s barevnými vodami..tím,že voda obsahuje minimum nutrientů je pak možné snadněji likvidovat, nebo recyklovat. např. šedou vodu likvidovat v mokřadech a tuhé odpady využít přímo na výrobu bioplynu a hnojiv..
Hospodaření s barevnými vodami V zahraničí se tyto postupy používají hlavně u velkých administrativních budov nebo hotelů v některých zemích (Japonsko) je to přímo předepsané recyklovat část odpadních vod u velkých hotelů.. (tj. kombinuje se DESAR a membránové ČOV)
Další příklady pilotních studií Příklad řešení motorestu v Norsku V našich podmínkách je možné si představit využití této technologie u motorestů a dalších objektů, kde zejména moč působí v ČOV problémy díky vysokému obsahu amoniakálního dusíku a kde není možné tyto objekty napojit na velké ČOV
Příklady pilotních studií
Příklady pilotních studií
DESAR shrnutí Výhody technologie s rozdělením vod podle jejich původu: Minimalizují množství vypouštěných nutrientů Šetří náklady na čištění Umožňují bezproblémové vypouštění do podzemních vod (po stránce technické) Ve spojení s mikrofiltrací jsou pak i efektivním řešením pro recyklaci vod, nebo-li jejich znovupoužití
Zelené technologie Vegetační ČOV (zatím spíše pro méně EO) Biologické rybníky, biologické nádrže
Vegetační ČOV.. jsou alternativou zejména pro malé zdroje a tam, kde je nerovnoměrný nátok během roku (případně dokonce jen v létě) a tam kde není možnost napojení na el. energii u větších čistíren se s vegetativními způsoby stále ještě experimentuje tj. zatím se nepoužívají jako na běžícím pásu..
Vegetační ČOV Přehled o realizacích v Evropě (2007) 300 250 200 200 ks Počet přírodních ČOV 150 100 50 0 BUL CZE EST HUN LIT LAT POL ROM SVK SLO UKR
Vegetační ČOV Přehled o realizacích v ČR (podle Vymazala a Kröpfelové) Byly použity zejména pro malé lokality a sezónně obývané objekty
Vegetační ČOV Výsledky sledování účinnosti vegetačních ČOV..odstranění BSK, CHSK, NL výborné zejména u málo zatížených vod,..odstranění nutrientů P a N již méně a i cena realizace byla vyšší..
Vegetační kořenové čistírny odpadních vod Vegetační kořenové čistírny (půdní filtry s vegetací) se navrhují v uspořádání: S horizontálním povrchovým prouděním S horizontálním podpovrchovým prouděním S vertikálním prouděním směrem dolů S vertikálním prouděním směrem vzhůru S radiálním prouděním směrem do středu Vegetace kořenových čistíren rákos obecný, orobinec úzkolistý a širokolistý, skřípinec jezerní, chrastice rákosovitá, zblochan vodní aj.
Vegetační kořenová čistírna Na poli s rákosem uplatněno vertikální proudění Na poli s rákosem uplatněno horizontální proudění Potřebná plocha na 1 EO orientačně 5 m2
Přednosti a výhody Vegetační ČOV Jednoduché na obsluhu Estetická stránka Nevýhody Potřebná plocha Neflexibilní řešení problému Nižší schopnost odstraňování nutrientů Neověřené pro větší kapacity Doporučená literatura : Šálek, Žáková, Hrnčíř - Přírodní čištění a využívání vody bližší informace o knize na www.era21.cz
Biologické nádrže Jsou také možným alternativním řešení, většinou tam kde díky kanalizaci odtékají vody méně znečištěné, nebo jen mechanicky předčištěné a jako případný další stupeň čištění v případech kdy to vyžaduje ohled na lokalitu.
Řešení s biologickou nádrží a např. maloprofilovou kanalizací septiky obec biologická nádrž
Řešení s biologickou nádrží Přednosti biologických nádrží spočívají: V poměrně jednoduchém stavebním provedení Srovnatelných investičních nákladech s umělou mechanicko-biologickou čistírnou Nižších provozních nákladech a úspoře energií Možnosti nárazového přetížení a čištění odpadních vod s vysokým podílem balastních vod Ve vysokém čisticím účinku při odstranění bakteriálního znečištění Poutání nutrientů vodní a příbřežní vegetací Ve zvýšení úživnosti dočišťovacích rybníků Environmentální charakter zařízení, možnosti příznivého začlenění do životního prostředí
Řešení s biologickou nádrží K slabším místům této technologie patří: Poměrně velká potřeba plochy biologické nádrže na 1EO Určitá závislost čisticího účinku na klimatických poměrech Nižší čisticí účinek v zimě bez přídavné aerace Poměrně dlouhá doba potřebná k odstranění amoniakálního znečištění U nás doposud nedostatek vhodných zařízení na těžbu sedimentů a odstraňování nadbytečné biomasy Potřeba umělé aerace v zimě a při přemnožení a následném odumírání řas a sinic v teplém letním období
Možnosti uplatnění biologických nádrží Aerobní biologické nádrže se používají: K čištění splaškových odpadních vod domů, vesnic a menších měst K čištění odpadních vod hotelů, rekreačních zařízení, letních táborů apod. K úpravě srážkových vod a čištění znečištěných povrchových vod K dočištění čištěných odpadních vod za mechanicko-biologickými čistírnami
Stabilizační nádrže Stabilizační nádrže se dělí na: a) Nádrže upravující fyzikální vlastnosti vody Chladící, jsou určené k chlazení oteplených vod Oteplovací, používají se k přírodnímu ohřevu vody Sedimentační slouží k zachycení usaditelných látek b) Nádrže upravující fyzikální, chemické a biologické vlastnosti tvoří Aerobní biologické nádrže s aerobním procesem čištění odpadních vod Fakultativní biologické nádrže s přechodným procesem anaerobního- aerobního čištění Anaerobní biologické nádrže s převládajícím anaerobním procesem čištění
Rozdělení biologických nádrží Biologické nádrže určené k čištění odpadních vod se také dělí na: a) Aerobní biologické nádrže Nízkozatěžované nádrže Vysokozatěžované nádrže Průběžně provzdušované nádrže Dočišťovací nádrže (dočišťovací biologické rybníky) b) Fakultativní nádrže s přechodným anaerobním aerobním režimem čištění, předřazené aerobním BN c) Anaerobní biologické nádrže Průtočné nádrže Sedimentační nádrže Akumulační nádrže
Limitní podmínky použití aerobních BN Aerobní BN jsou podmíněně vhodné resp. nevhodné k čištění odpadních vod: S vysokým podílem organického znečištění (kejdou, močůvkou apod.) Extrémně kyselých, zásaditých a odpadních vod obsahujících toxické látky v nadlimitní koncentraci Z infekčních oddělení nemocnic, veterinárních léčeben, kafilérií apod. Obsahujících deriváty ropy, radioaktivní látky a tenzidy v nadlimitní koncentraci Půdní smyvy s vysokou koncentrací jílnatých částic a pesticidů
Čisticí procesy v biologických nádržích Čisticí procesy v aerobních biologických nádržích spočívají v sedimentaci usaditelných látek, biologické a chemické flokulaci, oxidaci, přeměně a poutání jednotlivých látek,příjmu organických sloučenin heterotrofními mikroorganizmy, fermen- tativním štěpení proteinů, biologické transformaci organického dusíku na amoniak, dusitany, dusičnany, asimilaci dusíkatých sloučenin autotrofními a heterotrofními mikroorganizmy aj. Na vazbě minerálních iontů z vody se významným způsobem podílejí vodní a pobřežní rostliny. Rychlost jednotlivých reakcí ovlivňují energetičtí a hydrologičtí činitelé, koncentrace a složení odpadních vod, mikrobiální znečištění, složení biomasy apod.
Zjednodušené schéma průběhu čisticích procesů v aerobních biologických nádržích Schéma a modelový výzkum
Odstranění mikrobiálního znečištění v BN Průběh odstranění mikroorganizmů v závislosti na době zdržení a teplotě podle Sauzeho (1976) C t / C o = 1 / (1+K) kde K je rychlost odstraňování mikroorganizmů (viz graf) C o,c t množství mikroorganizmů na přítoku a odtoku při době zdržení t
Čisticí procesy v BN s plovoucí biomasou stanovení kyslíkového režimu A - Aerobní zóna B - Přechodná anoxická zóna C - Anaerobní zóna D - Sedimenty
Postup při návrhu aerobních biologických nádrží (BN) na čištění odpadních vod Vychází se z množství a složení odpadních vod Navrhne se mechanický stupeň čištění a způsob nakládání s dešťovými vodami Navrhne se potřebná plocha BN na 1EO, hloubka nízkozatěžovaných biologických nádrží se pohybuje od 0,8 do1,2 m. Stanoví se uspořádání BN, počet sériově zapojených,biologických nádrží a kyslíkový režim Navrhne se potřebná technologie a objekty Vyhodnotí se čisticí účinek soustavy Začlení se zařízení do krajiny, navrhnou se ochranná pásma kolem biologických nádrží Vyřeší se způsob nakládání s kaly a odpady
Nezbytné mechanické čištění odpadních vod Požadavky na uspořádání mechanického stupně čištění předřazeného aerobním biologickým nádržím a) U jednotlivých malých producentů se požaduje funkční biologický septik s lapákem tuku b) U menších producentů (skupin domů apod.) se navrhují jemné ručně stírané česle, lapák písku a dvojice zemních usazovacích nádrží na střídavý odkalovací provoz c) U obcí a menších měst se navrhují jemné strojně stírané česle, lapák písku, dokonale funkční usazovací nádrže s minimálně 2 hodinovým zdržením (štěrbinové nádrže, usazovací nádrže s horizontálním prouděním a odděleným kalovým hospodářstvím.
Vybrané kombinace uspořádání biologických nádrží 1 až 5
Stručná charakteristika jednotlivých uspořádání 1) Dvojice nízkozatěžovaných biologických nádrží doplněných přídavnou aerací v zimním období 2) Anaerobní biologická nádrž s protipachovou aerací a několik stupňů aerobních biologických nádrží 3) Fakultativní nádrž s přechodným režimem a minimálně dvě aerobní biologické nádrže 4) Průběžně provzdušovaná biologická nádrž a aerobní biologické nádrže 5) Dvojice nízkozatěžovaných biologických nádrží a následující akumulační nádrž pro krátkodobou akumulaci s následným využitím čištěných odpadních vod např. na závlahu
Zdroje kyslíku aerobních biologických nádržích Zdroje kyslíku v BN: Přitékající povrchová voda Balastní prokysličené vody Přestup kyslíku hladinou na styku s atmosférou Produkce kyslíku v procesu fotosyntézy řas a sinic Prokysličení dopadem dešťových kapek a prokysličení větrem Umělé provzdušení Výzkum vlivu větru
Čisticí účinek aerobních biologických nádrží Výpočet čisticího účinku C odt = C přít / (1+K 1.t / n) n (2) kde C odt a C přít je hodnota BSK 5 v odtékající a přitékající vodě (g.m -3 ) t průměrná doba zdržení (d) n počet sériově zapojených nádrží K 1 - rychlost odstranění K 1 = f( objemového zatížení, teploty a doby zdržení) Objemové zatížení L=C př / t (g.m -3.d -1 ), vypočte se např. podle Uhlmanna (1983, 1985)
Výpočet součinitele rychlosti eliminace BSK 5 podle Prof.Uhlmanna
Čisticí účinek biologických nádrží v závislosti na počtu nádrží a teplotě Stanovení výsledného čisticího účinku η: n-počet nádrží (ks) S př - zatížení BSK 5 (mg/l) na přítoku t -doba zdržení (dny) T-teplota odpadní vody ve ( C)
Blokové schéma matematického modelu stanovení čisticího účinku aerobních biologických nádrží
Orientační návrhové parametry aerobních biologických nádrží Návrhové parametry aerobní BN Aerobní biologické nádrže Jednotka Neprovzdušené Provzdušené Dočišťovací Specifická m 2 10 až15 2 až 3 > 15 plocha (1EO) Střední hloubka m 0,8 až 1,2 1,5 až 2,5 1 až 3 Doba zdržení dny 20 a více 5 a více 10 až 30 Oxidační poměr 1,5 a více
Schémata uspořádání aerobních biologických nádrží Příklady uspořádání aerobních BN: Uspořádání pro malé obce do 200-500 EO Průběžně provzdušované BN Kombinace BN s akvakulturami Kombinace BN se závlahou odpadními vodami Dočišťovací BN
Schéma jednoduchého uspořádání BN pro obce do 600 EO 1-přítok odpadní vody 2-odlehčovací komora 3-jemné česle 4-lapák písku 5-štěrbinová usazovací nádrž 6,7-aerobní biologické nádrže 8-dešťová zdrž 9-vodní tok 10-hladinové aerátory 11-kalová pole 12-obtoky
Uspořádání jednoduchých aerobních biologických nádrží
Průběžně provzdušované aerobní biologické nádrže 1-přívod odpadní vody 2-jemné česle 3-usazovací nádrže 4- provzdušované nádrže 5-různé typy aerátorů 6-7-aerobní biologické nádrže 8-vyústění čištěných odpadních vod 9-regulační šachtice 10-dvojice usazovacích nádrží 12-obtoková a recirkulační potrubí 13-čerpací stanice na obtoku 14-vodní tok
Průběžně provzdušovaná BN
Schéma kombinace BN s akvakulturami 1-přívod odpadní vody, 2-oddělovací komora, 3-jemné česle, 4- provzdušovaný odstředivý lapák písku, 5-štěrbinová nádrž, 6-dešťová zdrž, 7- periodicky provzdušovaná aerobní biologická nádrž, 8-regulační šachtice a převodní potrubí, 9-aerobní BN, 10-nádrž s okřehky, 11-výtok z BN, 12-plovoucí rošty, 13-jímka na vytěžený okřehek, 14-vodní tok
Schéma kombinace BN se závlahou 1-přívod odpadní vody, 2-odlehčovací komora, 3-česle,4-lapák písku, 5- štěrbinová usazovací nádrž, 6-dešťová zdrž, 7-vodní tok, 8-8a,b aerobní biologické nádrže, 9-akumulační nádrž, 10-rotační bubnové síto na zachycení biomasy, 11-kompostovací jímka na biomasu,12-čerpací stanice, 13-závlahové potrubí,14-aerátory, 15-kalové potrubí, 16-závlaha
Zajištění rovnoměrnosti průtoku v BN Rovnoměrnost průtoku se docílí těmito opatřeními: Rozdělením přítoku po celé přívodní straně Rozdělením odběru po celé odběrné straně Nornými stěnami kolmo na směr průtoku Sítěmi s řasovými nárosty kolmo na směr průtoku Vegetačními plůtky kolmo na směr průtoku Dělícími hrázkami mezi nádržemi, vytváření průtočných kaskád nádrží Rovnoměrnost rozdělení průtoků se řeší pomocí fyzikálních a matematických modelů, příklad výstupu z matematického modelu je znázorněn na dalším schématu
Rozdělení průtoku v biologické nádrži před a po uspořádání vtoků a výtoků (Jednotlivé značky znázorňují vektory rychlosti v příslušných bodech biologické nádrže)
Dělící sítové clony s řasovými nárosty (použité sítě výšky 1 m z plastů)
Dočišťovací biologické nádrže Dočišťovací biologické nádrže jsou určené: K zachycení a čištění povrchových smyvů ze zemědělsky obhospodařovaných půd Dočišťování čištěných odpadních vod (tvoří druhý stupeň biologického čištění) K úpravě (zlepšení) jejich fyzikálních, chemických a biologických vlastností, poutání a využívání nutrientů Při současném plnění jejich ostatních funkcí např. chovu ryb, zásobní a retenční funkci. Přiváděná znečištěná voda musí být rovnoměrně rozmístěná po celé nádrži, aby se docílilo maximálního dočišťovacího účinku a nevznikaly zkratové proudy
Pobřežní rostliny u dočišťovacích rybníků Orobinec úzkolistý a rákos obecný v litorální zóně
Objekty na aerobních biologických nádržích a) Měrná zařízení - měrné přepady, žlaby, měrná zařízení v potrubí, měření výšky hladiny,analyzátory aj. b) Rozdělovací a regulační objekty c) Nápustné a převodní objekty u jednotlivých nádrží d) Usměrňovací stavby, norné stěny v biologických nádržích e) Odběrné a výpustné objekty z biologických nádrží f) Bezpečnostní přelivy (u BN připojených na jednotnou stokovou síť a pod.) g) Aerační zařízení různého typu a uspořádání h) Zařízení na odstraňování nadbytečné biomasy a odkalování
Měrné objekty a) Měrný přepad b) Měrný Parshallův žlab
Otevřené měrné žlaby a) Otevřeny venturimetr b) Parshallův žlab 1-přívod odpadní vody, 2-vtok, 3-otevřený venturimetr, 4-odpad, 5- tlakový, ultrazvukový aj. snímač výšky hladiny
Přívodní a výpustné zařízení - alternativa A 1a,b-biologické nádrže, 2-norná stěna, 3-regulační požerák z lpe, 4-převodní potrubí z lpe, 5-hráz, 6,7-výpustná šachtice
Přívodní a odběrné zařízení alternativa B a) 1-přívodní potrubí, 2-šachtice, 3-rozdělovací potrubí, 4-rozrážeče, 5- biologická nádrž b) 1-biologická nádrž, 2,6-výpustní potrubí s uzávěrem,3-odběrný žlábek, 4- norná stěna, 5-šachtový přeliv, 7-přístupová lávka, 8-hráz
Přívodní a odběrné zařízení - alternativa C 1-přívod odpadní vody, 2-rozdělovací šachtice, 3-rozdělovací potrubí, 4- těsnící membrána (u propustného podloží), 5-biologická nádrž,6-dlužová stěna, 7-šachtový přeliv, 8-výpustný objekt,9-9,11-výpustné potrubí, 10- odběrné perforované potrubí
Umělé provzdušení aerobních biologických nádrží Druhy používaných aeračních zařízení: Hladinové vrtulové aerátory, Dnové trubní a deskové mikrobublinkové aerátory Ejektorové aerátory aj. Dnové pneumatické aerátory, vzhledem k malé hloubce biologických nádrží, je možné použít jen v předřazené provzdušovací nádrži hloubky min. 2,5 m. Provoz aerátorů je ovládán kyslíkovými čidly, umístěnými v biologické nádrži
Uspořádání provzdušovacích zařízení na aerobních BN (Hladinové aerátory)
Provzdušované biologické nádrže Plovoucí ejektorové aerátory používané na BN ve Francii v ČR dodává např. ASIO s.r.o.
Odstranění nadbytečné biomasy Plovoucí sběrné zařízení Odstraňování nadbytečné biomasy: Mechanickým stíráním z hladiny Zachycením pomocí rotačních bubnových sít na výtoku Plovoucím sběrným zařízením viz obrázek Zařízení na sběr biomasy v ČR ASIO s..r.o.
Odkalovací zařízení na BN používané v SRN Jednoduchý převozný (mobilní) sací bagr na odkalování biologických nádrží 1-biologická nádrž, 2-kal, 3-podvozek sacího bagru s rozrušovacím zařízením,4-pohon podvozku a rozrušovacího zařízení, 5-naviják, 6-kotva, 7-kalové čerpadlo, 8-plováky, 9-kalové potrubí, 10 naviják, 11- přívod na kalová pole resp. do cisterny, 12-kalové pole, 13-transportní cisterna
SCHÉMA SOUSTAVY BN v jižní Francii Mechanické čištění OV Anaerobní biologická nádrž
Příklad staršího jednoduchého uspořádání biologických nádrží v Christgrün SRN (Výzkumný objekt Prof.Uhlmanna TU Dresden)
Právě dokončená soustava biologických nádrží v dep. Hérault (jižní Francie)
Nakládání s odpady z aerobních biologických nádrží a) Písek z lapáku písku se vypere a využije, nebo odveze na skládku b) Stabilizovaný kal z primární sedimentace se odvodní a využije jako hnojivo, alternativně využije v tekutém stavu c) Sedimenty ze dna biologických nádrží se vytěží, odvodní na kalových polích, mělkých lagunách a dále se kompostují resp. využijí jako hnojivo d) Shrabky z česlí se vysuší a odvezou na skládku e) Zachycená plovoucí biomasa a mokřadní porosty z litorální zóny se kompostují a využijí jako hnojivo na zemědělských půdách
Závěr Předložená presentace stručnou formou pojednává o zásadách návrhu a využívání aerobních biologických nádrží. Podrobnosti s řešením této problematiky jsou uvedené v publikaci: Šálek-Tlapák: Přírodní způsoby čištění znečištěných povrchových a odpadních vod ČKAIT Praha, 2006, 283 s.
Další zdroje informací www.asio.cz