MORAVSKÁ VYSOKÁ ŠKOLA OLOMOUC. Ústav ekonomie. Zdeněk März

MORAVSKÁ VYSOKÁ ŠKOLA OLOMOUC Ústav ekonomie Zdeněk März Intenzifikace ČOV Plzeň ve vazbě na zvýšené odbourávání dusíku The Intensification of Wastewater Treatment Plant in Pilsen Linked to Increased Nitrogen Removal Bakalářská práce Vedoucí práce: Ing. Tomáš Hloušek, Ph.D. Olomouc 2012

Prohlašuji, že jsem bakalářskou práci vypracoval samostatně a použil jen informační zdroje uvedené v soupisu literatury a pramenů. Plzeň, 23. 3. 2012.

Děkuji Ing. Tomáši Hlouškovi, PhD za odborné vedení bakalářské práce a za cenné rady při jejím zpracování. Děkuji také vedení společnosti VODÁRNA PLZEŇ a.s. ze skupiny Veolia Voda Česká Republika za umožnění použití informací a dat společnosti.

OBSAH ÚVOD... 6 1. TEORETICKÁ ČÁST... 7 1.1 Cíle čištění odpadních vod... 7 1.2 Principy čištění odpadní vody... 8 1.3 Přehled právních předpisů v oblasti čištění odpadních vod... 9 2. PRAKTICKÁ ČÁST... 11 2.1 Historie čištění odpadních vod v Plzni... 11 2.2 Důvod intenzifikace ČOV Plzeň... 12 2.3 Charakteristika a stručný popis čistírny před rekonstrukcí... 12 2.4 Návrh limitů vypouštěného znečištění po dobu rekonstrukce ČOV... 13 2.4.1 Skutečné vypouštěné znečištění po dobu rekonstrukce ČOV.14 2.4.2 Ovlivnění recipientu v průběhu rekonstrukce..14 2.5 Rozsah intenzifikace... 15 2.6 Údaje o množství a znečištění odpadních vod projekt... 16 2.7 Základní údaje o vodním recipientu, do kterého se odpadní vody vypouštějí a výpočet ovlivnění toku... 17 2.8 ČOV Plzeň po intenzifikaci... 19 2.8.1 Čerpací stanice.19 2.8.2 Hrubé předčištění......19 2.8.3 Biologický stupeň.....19 2.8.4 Dosazovací nádrže......25 2.8.5 Kalové hospodářství....25 2.9 Environmentální přínos intenzifikace... 26 2.9.1 Posouzení z hlediska kvality vypouštěných odpadních vod.....26 2.9.2 Posouzení z hlediska uhlíkové stopy....30 3. EKONOMICKÉ ZHODNOCENÍ... 31 3.1 Úspora elektrické energie... 31 3.2 Ekonomické zhodnocení osazení pračky shrabků... 32 4.3 Ekonomické zhodnocení dávkování externích substrátů... 33 4.3.1 Dávkování glycerinové fáze 33 4.3.2 Dávkování Biomixu..35 4.3.3 Dávkování odpadních kvasnic z Plzeňského Prazdroje 36 4.3.4 Dávkování tuků.37 ZÁVĚR... 39 ANOTACE... 40 LITERATURA A PRAMENY... 41 SEZNAM POUŽITÝCH ZKRATEK... 41 4

SEZNAM OBRÁZKŮ... 42 SEZNAM TABULEK... 43 5

ÚVOD Na základě rozhodnutí vládního výboru pro evropskou integraci formulovaném ve Společném stanovisku EU, se všechny povrchové vody na území ČR považují za tzv. citlivou oblast. Proto nebyly emisní standardy pro celkový dusík a celkový fosfor pro městské odpadní vody, stanovované podle směrnice Rady 91/271/EHS pouze pro citlivé oblasti, vytvořeny jako samostatná kategorie emisních standardů, ale byly přiřazeny k ostatním emisním standardům pro městské odpadní vody. ČOV Plzeň nebyla jako většina čistíren odpadních vod v kategorii nad 100 000 ekvivalentních obyvatel schopna bez zásadních úprav garantovat plnění zpřísněného limitu v parametru celkový dusík do 10 mg/l v celoročním průměru. Z tohoto důvodu byl zpracován společností Hydroprojekt Praha a.s. projekt intenzifikace ČOV se zaměřením na zvýšenou účinnost odbourání jednotlivých forem dusíku. Intenzifikace ČOV byla započata 18. 10. 2010. V teoretické části se zaměřím na problematiku a cíle čištění odpadních vod a skladbu čistíren odpadních vod. V praktické části popíši čistírnu odpadních vod v Plzni před intenzifikací a hlavní důvody této investice, popis samotné rekonstrukce a výsledky těchto opatření. V ekonomické části navrhnu možnosti zlepšení ekonomických parametrů provozu čistíren odpadních vod jak v oblasti úspor (snížení energetické náročnosti provozu), tak i v oblasti zvýšení zisku pomocí dávkování externích substrátů. Cílem této práce je popsat jednotlivé části čistírny odpadních vod v Plzni, posoudit, zda je ČOV Plzeň schopna po provedené intenzifikaci plnit požadavky platné legislativy a posoudit její dopad na životní prostředí. V neposlední řadě je cílem této práce posoudit ekonomiku provozu a navrhnout opatření ke zlepšení ekonomických ukazatelů tohoto provozu. 6

1. TEORETICKÁ ČÁST Technologie vody vznikla jako obor lidské činnosti v době vzniku velkých obydlených aglomerací, kdy vedle problému zásobování potravinami vznikl i další neméně významný problém týkající se v první řadě dostatku vody užitkové a pitné a také jejího odvedení z obydlené oblasti po použití. Jednalo se o problematiku týkající se spíše oboru odborně nazývaného zdravotní inženýrství, tedy problematiku výstavby a provozu vodovodů a kanalizací. Již ve starověku byla voda opakovaně recirkulována a čištěna sedimentací a filtrací a byla řešena problematika transportu pitné a užitkové vody. Teprve v 19. století dochází vedle rozvoje oboru zdravotního inženýrství k vývoji technologií pro úpravu pitné vody a posléze i technologií určených k čištění odpadních vod. Tehdy došlo také k rozdělení technologie vody na tři specializace: zdravotní inženýrství vodárenství čištění odpadních vod 1 1.1 Cíle čištění odpadních vod Celkově lze říci, že existují tři základní názory na cíl tohoto technického oboru. Podle prvního z nich je cílem technologie čištění odpadních vod dosažení stavu, kdy je vyčištěná voda alespoň vzhledově, nebo i objektivně srovnatelná svou jakostí s kvalitou vody v přírodě (v tocích a vodních nádržích recipientech). To je tedy pohled ekologa, nebo obecně ochránce toku. Dalším pohledem je dosažení předpisy daného stavu. U nás platné legislativní předpisy a zákony a doplňující vládní vyhlášky stanovují nejen limitní koncentrace znečištění a nepřekročitelné množství vypouštěného znečištění do recipientu, ale i způsob finanční kompenzace. Stanovený postup zvýhodňuje ty provozovatele kanalizace, kteří minimalizují vypouštěné množství znečištění, neboť i při dodržení limitu předepsaných pro danou lokalitu je poplatek za vypouštění do toku odvozen od skutečného vypouštěného množství znečišťujících látek. Naopak za překročení limitu znečištění vedle náhrad za vypouštění je provozovatel kanalizace citelně pokutován kontrolním orgánem. Takový je názor národohospodáře (příjem z pokut za vypouštění 1 BOUČEK J. a kolektiv, Čištění a odkanalizování vod v ČR, str. 5 7

je určen do fondu podporujícího obecně investice v ochraně toků). Obdobný cíl je možno vyjádřit z hlediska provozovatele čistírny odpadních vod. Jeho cílem je co nejlépe provozovat v rámci daných finančních možností, tj. bez plýtvání energií, financemi a časem, stávající zařízení na čištění odpadních vod, nezanedbat žádnou z možností zlepšení chodu, ale ani žádnou z možností úspor nákladů (může jít třeba o využití bioplynu, nebo komerční využití kalu z ČOV). Jak je patrné, tyto tři přístupy se navzájem nevylučují, nicméně zatímco ekologický cíl je pro většinu technologů skoro nedostupný, cíl daný zákonnými předpisy musí být nakonec dosažen a jeho dosažení, například pomocí výstavby nové, nebo výraznou modernizací staré ČOV, přibližuje i splnění cíle ekologického. 2 1.2 Principy čištění odpadní vody Technologická linka čistírny odpadních vod se skládá z těchto základních částí: ochranná část čistírny, mechanický stupeň čištění, biologický stupeň čištění, kalové hospodářství ČOV, dočišťovací stupeň. Jde vesměs o technologické vylepšení (intenzifikaci) přírodních postupů eliminace cizorodých látek plovoucích a sunutých (nerozpuštěných) i rozpuštěných ve sladkovodních tocích a nádržích. V přírodě dochází k zachycení nerozpuštěných látek, pokud jsou plovoucí nebo příliš objemné, na přírodních překážkách (kde se nahromaděné látky dále biologicky rozkládají). Ostatní nerozpuštěné látky v přírodních tocích postupně sedimentují a k jejich rozkladu dochází v bahnitých usazeninách většinou za nepřístupu vzduchu (anaerobně). Anorganické (biologicky inertní) látky, ve vodě pouze sedimentují a tvoří nánosy a později i sedimenty spolu s biologicky rozloženými látkami. Rozpuštěné organické látky ve vodě jsou zdrojem potravy pro mikro- i makroorganismy žijící ve vodě (od bakterií a mikroskopických korýšů a červů, přes vodní hmyz až k obratlovcům, rybám obojživelníkům, ptákům a savcům) a zdrojem živin pro rostliny, 2 BOUČEK J. a kolektiv, Čištění a odkanalizování vod v ČR, str. 6 8

které rostou ve vodě (opět od řas až k dřevinám), a to většinou v rámci normálních životních procesů. Na čistírnách odpadních vod jsou tyto přírodní procesy intenzifikovány následujícími způsoby: rozměrné plovoucí látky jsou zachycovány na česlích a sítech a dále zpracovávány extenzivně (skládkování a kompostování), popřípadě spalovány, snadno sedimentující anorganické látky jsou zachyceny usazením v lapačích štěrku a písku a dále likvidovány na skládkách, organické a drobné anorganické nerozpuštěné látky sedimentují v usazovacích nádržích (jen u větších ČOV) a vzniklý kal je za anaerobních podmínek biologicky stabilizován (tzv. metanizace za vzniku bioplynu) a dále po odvodnění obvykle zemědělsky využit, nebo zpracován na průmyslové komposty a rekultivační směsi, rozpuštěné organické a anorganické látky jsou za optimalizovaných podmínek (v aerobním prostředí) přeměněny činností speciální směsné kultury mikroorganismů (technologicky jsou rozlišovány dva základní systémy- biologická kultura ve vznosu a biologická kultura narostlá na vhodném nosiči) na sedimentovatelný biologický kal, který je po sedimentaci zpracován za anaerobních podmínek spolu s kalem usazeným v usazovacích nádržích, v některých případech jsou pouze napodobeny přírodní procesy bez technologické intenzifikace (nebo jen v minimální míře), jde o výstavbu tzv. biologických rybníků, zemních filtrů, popř. vegetačních čistíren, kde přírodní procesy eliminace znečišťujících látek z vody nejsou intenzifikovány, ale pouze usnadněny. Těchto pět principiálních postupů zahrnuje všechny součásti běžné technologické linky čistíren odpadních vod, tj. Ochrannou část (česle a lapáky písku), mechanický (sedimentace) a biologický stupeň čištění (aerobní část a následná separace), kalové hospodářství (zahuštění, anaerobní zpracování a odvodnění kalů) a případné dočištění odpadních vod extenzivními procesy. 3 1.3 Přehled právních předpisů v oblasti čištění odpadních vod Území České republiky (rozloha 78 000 km 2 ) je tvořeno povodími tří velkých evropských řek- Labe, Odra, Morava/Dyje a vyznačuje se značnou intenzitou osídlení. 3 BOUČEK J. a kolektiv, Čištění a odkanalizování vod v ČR, str. 27 9

Více než polovinu zdrojů pitné vody tvoří voda povrchová. Ochrana vod, a to i na mezinárodní úrovni, je tudíž nezbytnou podmínkou dosažení a udržení jejich dobrého stavu. Legislativa v oblasti čištění odpadních vod vychází především z těchto právních dokumentů: zákon č. 254/2001 Sb., o vodách a o změně některých zákonů (vodní zákon), Zákon č.274/2001 Sb. v platném znění, o vodovodech a kanalizacích pro veřejnou potřebu, Nařízení vlády č. 61/2003 Sb., o ukazatelích a hodnotách přípustného znečištění povrchových vod a odpadních vod do vod povrchových a do kanalizací a o citlivých oblastech ve znění pozdějších předpisů (nařízení vlády č. 229/2007 Sb. a č.23/2011 Sb.), Vyhláška č. 293/2002 Sb. o poplatcích za vypouštění odpadních vod do vod povrchových. Dále pak směrnice 91/271/EHS o čištění městských odpadních vod, jejímž cílem je ochrana povrchových vod před znečišťováním nejen komunálními odpadními vodami, ale také před biologicky odbouratelnými průmyslovými vodami. 4 4 BOUČEK J. a kolektiv, Čištění a odkanalizování vod v ČR, str. 7 10

2. PRAKTICKÁ ČÁST Na začátku devadesátých let byla vedle znečištění ovzduší zcela právem označena za kritickou situace v čistotě vod. Velká část měst a obcí s několika tisíci obyvatel neměla prakticky řešeno čištění odpadních vod. Tento fakt se velmi negativně projevil v čistotě vod povrchových. 2.1 Historie čištění odpadních vod v Plzni První záměry na čištění odváděných OV vznikaly již ve 30. letech 20. století. Nejstarší projekt se datuje k roku 1937 s předpokládaným dokončením stavby v roce 1943. K jeho realizaci samozřejmě nedošlo, stejně nebyl realizován ani projekt z roku 1951, který již předpokládal i biologické čištění OV. Nakonec byla zahájena stavba první čistírny odpadních vod (ČOV I) až v roce 1955 podle projektu, dokončeného v roce 1954. Do trvalého provozu byla ČOV uvedena v roce 1965. Její, byť kapacitně omezený, provoz trval až do povodně roku 2002. Od počátku provozu však byla tato ČOV ve všech parametrech přetížená a k jejímu systematickému rozšiřování nikdy nedošlo. V 80. letech 20. století byl zpracován projekt na novou ČOV Plzeň, která byla vybudována v letech 1989-1997 a dnes čistí naprostou většinu OV z Plzně. ČOV II Plzeň (nová ČOV) byla postupně uvedena do provozu na přelomu let 1996 a 1997. Projekt vycházel z podkladů o kvalitě a množství OV v Plzni, shromažďovaných v 1. polovině 80 let. Součástí prací na návrhu skladby technologické linky byly i modelové zkoušky, prováděné s reálnou OV přímo v objektu ČOV I Plzeň (stará ČOV). Po zahájení výstavby bylo počátkem 90. let provedeno přehodnocení požadované kapacity ČOV, zásadní koncepce zůstala zachována. Rozpočtové náklady stavby činily 965 mil. Kč. Projektovou dokumentaci na stavbu nové ČOV zpracoval Hydroprojekt Praha a.s., generálním dodavatelem byly Vodní stavby Praha a.s., Královopolská Ria a.s. Brno a Kunst s.r.o. Hranice, inženýrskou činnost zajišťoval VRV Praha a.s. Konečným návrhem byla mechanicko-biologická ČOV s anaerobní stabilizací kalu, s biologickou nitrifikaci, denitrifikací a se zvýšeným biologickým odstraňováním fosforu systém R-AN-D-N. Kapacita ČOV II Plzeň činila 380 000 EO 5 5 Interní materiál společnosti VODÁRNA Plzeň a.s. 11

2.2 Důvod intenzifikace ČOV Plzeň I přes velmi dobrý poměr živin v přítoku na ČOV Plzeň a velmi dobrou účinnost čištění, nebyl plněn limit na celkový dusík 10 mg/l v celoročním průměru, který se zavázala plnit Česká republika u ČOV nad 100 000 ekvivalentních obyvatel po roce 2010. Bylo tedy nutné provést intenzifikaci. 2.3 Charakteristika a stručný popis čistírny před rekonstrukcí ČOV Plzeň byla uvedena do provozu v roce 1996. Jednalo se o mechanicko biologickou ČOV s biologickým odstraňováním dusíku a fosforu systém R-AN-D-N s anaerobní stabilizací kalu. Mechanickou část ČOV tvoří šneková čerpací stanice, čtveřice jemných strojně stíraných česlí s lisem na shrabky, provzdušňovanými lapači písku a tuků se separátory písku a dvojice usazovacích nádrží. Za hrubým předčištěním je přepadová klapka s možností nátoku na dešťové retenční zdrže o objemu 11 000 m 3. Biologické čištění odpadních vod na ČOV II Plzeň bylo navrženo pro biologické odstraňování dusíku i fosforu. Biologický stupeň je členěn do čtyř linek, přičemž každá linka má čtyři sekce, a to regenerace kalu (R), anaerobní zóna (AN), denitrifikační (D) a nitrifikační zóna (N). Sekce AN a D jsou promíchávány ponornými míchadly zajišťujícími homogenizaci jejich obsahu. Do sekcí N a R je přiváděn pomocí jemnobublinného aeračního systému vzduch. Separace vyčištěné vody a aktivovaného kalu je zajištěna ve čtyřech dosazovacích nádržích. Kalové hospodářství ČOV II Plzeň zahrnuje linku zahuštění primárního a přebytečného kalu, vyhnívací nádrže s plynovým hospodářstvím a linku odvodnění vyhnilého kalu. Přebytečný kal se zahušťuje strojně na třech odstředivkách a primární kal gravitačně v průtočné zahušťovací nádrži. Anaerobní stabilizace kalu probíhá při teplotě 50-55 o C (termofilní vyhnívání) ve dvojici vyhnívacích nádrží 1. a 2. stupně. Z nádrže 1. stupně se kal přepouští do vyhnívací nádrže 2. stupně, kde proces anaerobní stabilizace dobíhá. Bioplyn vyprodukovaný v průběhu vyhnívání se z vrchlíků obou nádrží odtahuje do jednoho suchého plynojemu o objemu 2 000 m 3 a jednoho dvoumembránového plynojemu Sattler o objemu 2 600 m 3, které slouží jako zásobníky bioplynu pro kompresorovou stanici. Stlačený bioplyn se používá k míchání obsahu vyhnívacích nádrží a jeho denní produkce (prům. 12 300 m 3 /den) se spotřebovává 12

k ohřevu kalu ve VN, temperování všech objektů ČOV a k výrobě elektrické energie v plynových motorech. Z hlediska výroby tepla je ČOV zcela soběstačná, z hlediska produkce el. energie pokrývá cca 82 % celkové spotřeby. Vyhnilý kal se z vyhnívacích nádrží přepouští do otevřené uskladňovací nádrže sloužící jako zásobní nádrž pro strojní odvodnění kalu, které probíhalo za přídavku polymerního flokulantu na membránových lisech o výkonu 2x 12,5 m 3 /hod. Odvodněný kal se využíval při rekultivacích. 6 2.4 Návrh limitů vypouštěného znečištění po dobu rekonstrukce ČOV Hlavním cílem rekonstrukce ČOV Plzeň bylo zvýšení kapacity biologického stupně, a proto bylo kromě výstavby nové regenerační nádrže nutné provést i úpravy stávajících aktivačních a dosazovacích nádrží. Zásadním požadavkem na rekonstrukci městské čistírny odpadních vod byla podmínka, aby realizace celé akce proběhla za provozu této čistírny - byť s její sníženou účinností. Vzhledem k výše uvedenému probíhala rekonstrukce za provozu, uvažovalo se dle harmonogramu s odstavením vždy jedné linky biologického stupně a jedné dosazovací nádrže. Na toto období bylo zažádáno o snížení kapacity biologického stupně a zvýšení limitů vypouštěného znečištění. Hydraulická kapacita biologického stupně se tedy snížila z původních 1470 l/s na 1100 l/s a byly schváleny limitní hodnoty znečištění po dobu rekonstrukce v následující podobě: Q rok 26 000 000 m 3 Q biologie ukazatel p (mg/l) max. 1100 l/s m (mg/l) BSK 5 120 180 CHSK Cr 210 315 NL 80 120 N anorg. 35* 50 P C 3* 5 * jedná se o aritmetický průměr p přípustná hodnota znečištění m maximální hodnota znečištění 6 Interní materiál společnosti VODÁRNA Plzeň a.s. 13

2.4.1 Skutečné vypouštěné znečištění po dobu rekonstrukce ČOV V průběhu rekonstrukce byly prováděny 2x týdně dvacetičtyřhodinové vzorky na odtoku z ČOV. Vzhledem k velkému množství dat (celkem bylo provedeno 138 vzorků) uvádím pouze průměr, minimální a maximální hodnoty u jednotlivých ukazatelů: Tabulka č. 1: Vypouštěné znečištění po dobu rekonstrukce ČOV CHSK BSK5 NL RL-ž N-NH 4 + mg/l P-celk. TIN N-celk. Průměr: 41,9 6,5 9,5 501,9 6,7 0,50 12,1 13,5 max 96,8 31,7 94 1090 40,6 2,86 40,7 46,2 min 25,8 2,1 2,6 257 0,13 0,13 2,1 3,5 Z uvedených výsledků je zřejmé, že i v průběhu rekonstrukce se podařilo nejen dodržet platné limity vodohospodářského rozhodnutí, ale udržet i velmi vysoký standard čištění odpadních vod. Provoz ČOV Plzeň vykazoval i přes odstávky důležitých technologických celků vysokou účinnost (v ukazateli BSK 5-98 %, CHSK 95%, + N-NH 4-76 %, N celk. 72% a P c 95%). 2.4.2 Ovlivnění recipientu v průběhu rekonstrukce V průběhu rekonstrukce bylo sledováno ovlivnění recipientu řeky Berounky. Četnost sledování byla stanovena 2x týdně v profilu nad a pod ČOV. Vzhledem k velkému množství dat (celkem bylo provedeno 190 vzorků) uvádím pouze průměr, minimální a maximální hodnoty u jednotlivých ukazatelů: Výsledky sledování byly následující: Tabulka č. 2: Kvalita vody v řece po dobu rekonstrukce ČOV Plzeň Řeka Berounka nad ČOV Řeka Berounka pod ČOV CHSK BSK5 N-NH4+ P-celk. CHSK BSK5 N-NH4+ P-celk. mg/l mg/l Průměr 19,22 2,17 0,12 0,12 20,75 2,54 0,27 0,14 max 41,8 8,6 0,305 0,32 77 29,2 2,37 1,06 min 10,2 1 0,078 0,07 9,8 1 0,078 0,07 Z uvedených výsledků je zřejmé, že v průběhu rekonstrukce nedošlo k významnému ovlivnění recipientu. 14

2.5 Rozsah intenzifikace V důsledku realizace akce Čistá Berounka etapa II, část A Plzeň Intenzifikace ČOV II nedošlo k rozšíření areálu čistírny na další katastrální území ani k rozšíření území, které je v současnosti odkanalizováno na čistírnu odpadních vod Plzeň - ČOV II. Projektovaná kapacita ČOV před intenzifikací: po intenzifikaci: Kvalita odtoku Q 24 = 76 613 m 3 /den EO = 376 667 Q 24 = 65 000 m 3 /den EO = 427 917 před intenzifikací (jedná se o průměrné hodnoty): BSK 5 NL 5,6 mg/l 7,4 mg/l CHSK 36,2 mg/l N celk P celk 11,8 mg/l 0,5 mg/l po intenzifikaci (jedná se o projektované hodnoty p ): BSK 5 15 mg/l NL 15 mg/l CHSK 60 mg/l N celk P celk 10 mg/l ( roční průměr) 0,7 mg/l ( roční průměr) Kapacita odvodnění kalů před intenzifikací objemový výkon 2 * 12,5 m 3 /hod látkový výkon 2 * 450 kg/h po intenzifikaci objemový výkon 2 * 15 m 3 /hod látkový výkon 2 * 650 kg/hod 15

Stanovené limity Tabulka č. 3: Limity stanovené vodoprávním úřadem po rekonstrukci Nařízení vlády 229/2007 Sb. Vodoprávní rozhodnutí po intenzifikaci p m p m bilance BSK 5 15 mg/l 30 mg/l 15 mg/l 25 mg/l 208 t/rok CHSK Cr 75 mg/l 125 mg/l 60 mg/l 90 mg/l 1040 t/rok NL 20 mg/l 40 mg/l 14 mg/l 20 mg/l 312 t/rok Pcelk. 1* mg/l 3 mg/l 0,7* mg/l 3 mg/l 15,6 t/rok Ncelk. 10* mg/l 20 mg/l 10* mg/l 20 mg/l 236 t/rok * aritmetický průměr za kalendářní rok 2.6 Údaje o množství a znečištění odpadních vod projekt Cílem intenzifikace ČOV Plzeň bylo zvýšení kapacity z původních 380 000 na 428 000 ekvivalentních obyvatel a zvýšení účinnosti odbourávání celkového dusíku. Tabulka č. 4: Projektované údaje ČOV Plzeň - množství Množství OV Značka Jednotka Hodnota Počet ekvivalentních obyvatel EO 60-427 917 Průměrný denní přítok Q 24 m 3 /d 65 000 m 3 /h 2 708,3 Denní (výpočtový) přítok Q d m 3 /d 87 100 m 3 /h 3 629,2 Maximální hodinový přítok Q h m 3 /h 5 262,3 Max. dešťový přítok na ČOV Q MAX l/s 4 900 Max. dešťový přítok do biologického stupně Q MAX,B m 3 /h 5 312,5 l/s 1 476 16

Tabulka č. 5: Projektované údaje ČOV Plzeň - znečištění Znečištění OV na přítoku Značka Jednotka Hodnota BSK 5 Organické znečištění CHSK Nerozpuštěné látky NL Amoniakální dusík N-NH 4 Celkový dusík Celkový fosfor N C P C kg/d 25 675 mg/l 395 kg/d 53 450 mg/l 816 kg/d 24 670 mg/l 379 kg/d 1 625 mg/l 25 kg/d 3 250 mg/l 50 kg/d 650 mg/l 10 2.7 Základní údaje o vodním recipientu, do kterého se odpadní vody vypouštějí a výpočet ovlivnění toku Tabulka č. 6: Údaje o recipientu Údaje o recipientu název toku: Berounka č.h.p- 1-10-04-002 koncentrace znečištění mg/l BSK 5 5,07 CHSK 22,44 NL 13,63 N-NH 4 0,29 N-NO 3 5,64 P c 0,203 N c 6,54 Q 355 Q prům 3 540 l/s 20 000 l/s 17

Pro dodržení imisních standardů v Berounce pod ČOV Plzeň bylo třeba dodržet na odtoku z čistírny tyto průměrné hodnoty zbytkového znečištění: Tabulka č. 7: Potřebná jakost vyčištěné vody pro dodržení imisních standardů dle NV Č.229/2007 Sb.na odtoku z ČOV ukazatel Berounka nad ČOV imisní standardy NV 61/03 Sb. potřebná kvalita odtoku z ČOV Q 355 Q 24 průtok (l/s) 3 540 752 BSK 5 5,07 6,0 10,4 CHSK 22,44 35,0 94,1 NL 13,63 25,0 142,6 N-NH 4 0,29 0,5 1,5 N-NO 3 5,64 7,0 13,4 P c 0,203 0,15-0,1 N celk 6,54 8,0 14,9 Z vypočtené potřebné jakosti vyčištěné vody vyplývá, že nebude možné dodržet imisní standard pro celkový fosfor z důvodu jeho překročení již v profilu nad ČOV a poměru průtoků. Po zvážení všech požadavků byla navržena následující jakost vyčištěné vody: Tabulka č. 8: Návrh jakosti vyčištěné odpadní vody Ukazatel p m Celoroč.průměr bilanční limit mg/l mg/l mg/l t/r BSK 5 15 25 8,5 208 CHSK 60 90 40,0 1040 NL 15 20 12,0 312 Nc - 20 10 236 P c - 3 0,7 15,6 Q prům = 752 l/s Q max = 26000000 m 3 /r Q max = 1476 l/s bez dešťů 18

2.8 ČOV Plzeň po intenzifikaci Intenzifikace ČOV Plzeň byla zaměřena především na zvýšení účinnosti odstraňování dusíku a stabilizace procesu nitrifikace při nižších teplotách odpadní vody. Proto se týkala především biologického stupně, který má rozhodující vliv na výslednou jakost vyčištěné vody. Nové uspořádání biologického stupně si vyžádalo jeho úpravy a doplnění stávajícího technologického zařízení. Součástí intenzifikace byla i modernizace ostatních objektů ČOV: 2.8.1 Čerpací stanice V rámci akce Čistá Berounka etapa II, část A Plzeň Intenzifikace ČOV bylo do čerpací stanice na přítoku do ČOV osazeno třetí šnekové čerpadlo pro dolní čerpací pásmo do již existujícího žlabu. 2.8.2 Hrubé předčištění Hrubé předčištění se skládá ze strojně stíraných česlí, lapáků písku a usazovacích nádrží. Vzhledem k tomu, že proti původním návrhovým hodnotám nedošlo ke zvýšení hydraulické kapacity ČOV, zůstalo hrubé předčištění a mechanický stupeň čištění zachován v původní sestavě a nebyly zde provedeny žádné úpravy. Jedinou změnou byla výměna strojně stíraných česlí Hydropress za česle Fontana s pračkou shrabků. Tato změna nebyla součástí intenzifikace. 2.8.3 Biologický stupeň V rámci realizace akce Čistá Berounka etapa II, část A Plzeň Intenzifikace ČOV byly realizovány úpravy na stávajících aktivačních nádržích výstavba nové regenerační nádrže Po ukončení intenzifikace je ČOV Plzeň nadále provozována jako R AN D N systém resp. R D N systém (v zimním období) členěný do čtyř linek. Popis funkce jednotlivých nádrží: Regenerační nádrž (R): Do této nádrže není přiváděno znečištění, je sem čerpán pouze vratný kal z dosazovacích nádrží. Látky zachycené v kalu se oxidují, zásobní látky se vyčerpají a kal s takto obnovenou adsorpční schopností a akumulační mohutností odtéká do anaerobní nádrže. 19

Anaerobní nádrž (A): Do této nádrže natéká zregenerovaný kal a dvě třetiny odpadní vody z mechanické části ČOV. Zde dochází převážně k odstraňování fosforečnanů z odpadní vody. Za anaerobních podmínek vznikají činností fermentativních bakterií mastné kyseliny. Vzniklé nižší mastné kyseliny jsou využívány PP bakteriemi, které z nich syntetizují kyselinu poly-beta-hydroxymáselnou. Na syntézu se spotřebovává energie uložená v polyfosforečnanech a do odpadní vody se uvolňují ortofosforečnany. Následně se jich více akumuluje do buněk než se uvolňuje a kal se fosforem obohacuje jako zásobní látkou. Biologické odstraňování fosforu bylo doplněno simultánním srážením pomocí železitého koagulantu, se kterým je uvažováno zejména při provozu aktivačních nádrží bez anaerobie tj. v zimním období. Denitrifikační nádrž (D) V této nádrži se zbylá třetina mechanicky vyčištěné OV mísí s aktivační směsí z anaerobní nádrže a s kalem z nitrifikace (interní recirkulace). V denitrifikaci dochází při anoxických (bezkyslíkatých) podmínkách k odstraňování dusíku z vody. Jedná se o redukci dusičnanů (NO - 3 ) a dusitanů (NO - 2 ) na plynný dusík (N 2 ). Při této redukci se částečně odstraňuje i organické znečištění. Potřebná homogenizace směsi je zabezpečena mícháním pomocí hyperboidního míchadla s vertikální hřídelí, které bylo instalováno u dna uprostřed nádrže. Pro případ nevhodného složení odpadních vod (nízký poměr CHSK : N C ) byl biologický stupeň čistírny doplněn o dávkovací stanici externího substrátu. Toto dávkování bude využíváno pouze občasně - v případě problémů s účinností denitrifikace. S ohledem na realizované technické řešení musí být používán substrát s nízkým nebezpečím výbuchu. Nitrifikační nádrž (N) Z denitrifikace přitéká aktivační směs otvorem v dělící stěně mezi nádržemi. V nitrifikaci dochází při optimálních oxických podmínkách (za přístupu - dodávky - kyslíku) k odstraňování organických látek a k oxidaci amonikálního dusíku (N-NH + 4 ) na dusitany a následně na dusičnany. Homogenizace směsi a dodávka kyslíku je zabezpečena pomocí turbodmychadel a provzdušňovacích jemnobublinných elementů. Při styku bublinek vzduchu s vodou dochází k rozpouštění kyslíku v něm obsaženého. 20

Tento kyslík je pak využíván polykulturou mikroorganismů aktivovaného kalu. Na konci nádrže je osazeno vrtulové čerpadlo, kterým je čerpána aktivační směs zpět do denitrifikace. Princip biologického čištění K biologickému čištění (aktivace s nitrifikací a denitrifikací) dochází pomocí polykultury mikroorganismů v tzv. jednokalovém systému. V polykultuře jsou zastoupeny bakterie, které za anoxických podmínek redukují dusičnany a dusitany (organotrofní bakterie např. rodu Micrococcus, Pseudomonas, Chromobacterium, Denitrobacillus aj.). Tyto bakterie využívají oxidované formy dusíku asimilačně i disimilačně (respiračně), tj. k redukci dusičnanů na amoniak pro syntézu buněčné hmoty, resp. využívají dusičnanový kyslík k respiraci místo kyslíku molekulárního. V systému jsou dále i "nitrifikační" bakterie, které za oxických podmínek oxidují amoniakální dusík na dusitany (rody Nitrosomonas, Nitrosococcus, Nitrosospira, Nitrosocystis), a bakterie, které oxidují vzniklé dusitany na dusičnany (rody Nitrobacter, Nitrocystis). Organické látky jsou z vody odstraňovány i dalšími druhy baktérií, které jsou v polykultuře přítomny (např. rody Achromobacter, Azotobacter, Bacillus, Alcaligenes, Flavobacterium, Arthrobacter, Nocardia, Lophomonas aj.). V aktivovaném kalu jsou přítomny v menším množství také houby plísně a kvasinky. Z vyšších organismů jsou pravidelnou součástí aktivovaného kalu různí prvoci (měňavky, bičíkovci, nálevníci kryténky, rournatky, slunivky), drobná metazoa (nejčastěji hlístice a vířníci) dále roztoči, červi a larvy hmyzu. Mikroorganismy vytvářejí spolu s organickými, anorganickými a inertními látkami, které jsou obsaženy v odpadní vodě, hnědě zabarvené sedimentující vločky aktivovaného kalu. Rozpuštěné, jemně suspendované nebo koloidní organické látky a uvedené formy dusíku jsou z odpadní vody odstraňovány fyzikálními a fyzikálněchemickými pochody. Jde v podstatě o koagulaci (shlukování) a sorpci těchto látek na vločky aktivovaného kalu a enzymatické štěpení takto zachycených látek směsnou kulturou mikroorganismů. Konečným produktem procesu je oxid uhličitý (CO 2 ), voda (H 2 O) a specifické sloučeniny, ze kterých si mikroorganismy vytvářejí zásobní látky (sacharidy, lipidy a pod.) a své bílkoviny (protoplazmu, enzymy a pod.). K optimálnímu růstu a množení a tím i k čištění odpadní vody potřebují mikroorganismy správný poměr živin (makrobiogenních i mikrobiogenních prvků). K odbourávání resp. redukci dusičnanů a dusitanů na plynné produkty jsou třeba pro redukující bakterie vytvořit anoxické (bezkyslíkaté) podmínky. Ty jsou zajištěny 21

přítokem mechanicky předčištěných odpadních vod, které prakticky rozpuštěný kyslík neobsahují. Rovněž aerobní organismy přítomný rozpuštěný kyslík z aktivační směsi rychle spotřebují. Styk aktivovaného kalu s odpadní vodou (substrátem) a jeho udržování ve vznosu je zajištěno mechanickým mícháním. Při biologickém čištění se část organických látek odstraňovaných z odpadní vody oxiduje na oxid uhličitý a vodu, část přechází na syntézu nových buněk a zásobních látek buněk mikroorganismů. Syntéza a zvyšování počtu buněk a tím i množství mikroorganismů se navenek projevuje ve zvyšování množství (koncentrace) aktivovaného kalu v aktivační směsi. V aktivační směsi je třeba udržovat optimální množství aktivovaného kalu, na kterém mj. závisí čistící účinek aktivace. Toto množství je závislé na množství vratného kalu z dosazovací nádrže (DN) a na množství kalu, který je ze systému periodicky odstraňován (odebírán). Aktivovaný kal, jehož množství v systému při procesu čištění přibývá, je třeba odstraňovat jako přebytečný kal a tím udržovat v aktivaci potřenou koncentraci kalu. Čistící účinek aktivace je závislý i na dalších veličinách a parametrech, z nichž mezi základní patří doba zdržení, teplota a koncentrace organického znečištění (koncentrace substrátu vyjádřená hodnotou BSK 5 nebo CHSK Cr ), kvalita znečištění a v neposlední řadě i kvalita aktivovaného kalu. Všechny ostatní veličiny a parametry jsou od těchto základních odvozeny (např. objemové zatížení nádrže, látkové zatížení kalu atd.). 7 S ohledem na nutnost zvýšení účinnosti odbourávání jednotlivých forem dusíku bude aktivační linka provozována v několika základních sestavách. Volby této sestavy je určena převážně teplotou v aktivaci, neboť teplota má významný vliv na nitrifikační procesy. Na následujících obrázcích jsou uvedeny různé modifikace provozu: 7 PROX T.E.C., s.r.o., Praha, Provozní řád ČOV pro dálniční odpočívku Kateřina. 22

Obr. č. 1: Letní provoz s anaerobní sekcí. přítok interní recirkulace AN D N1 N2 DN odtok R vratný kal Obr. č. 2: Provoz se zvětšenou denitrifikací letní provoz při vyšších teplotách odpadní vody. přítok interní recirkulace AN D1 D2 N2 DN odtok R vratný kal Obr. č. 3: Bez anaerobní sekce a zvětšenou nitrifikací zimní provoz. přítok interní recirkulace D N1 N2 N3 DN odtok R vratný kal 23

Nový biologický stupeň je doplněn interní recirkulací s alternativním zaústěním do 2. sekce (léto) nebo do 1. sekce (zima). Biologické odstraňování fosforu je doplněno chemickým srážením pomocí síranu železitého. Nátok odpadních vod bude rozdělen v poměru cca 7 : 3 mezi první a druhou sekci, v zimě bude celý zaveden do první sekce. Rekapitulace objemů aktivačních nádrží pro letní a zimní provoz : Tabulka č. 9: Návrh objemů aktivačních nádrží pro letní a zimní provoz Parametr Rozměr Léto Zima celkový objem nádrží regenerace - R m 3 5 850 5 850 anaerobní zóna - AN m 3 7 175 - denitrifikace - DI m 3 6 470 7 175 nitrifikace - N m 3 22 004 28 474 Celkem m 3 41 499 41 499 provozní koncentrace kalu regenerace - R kg/m 3 9,8 9,8 anaerobní zóna - AN kg/m 3 5,0 - denitrifikace - D kg/m 3 4,0 4,0 nitrifikace -N kg/m 3 4,0 4,0 zásoba kalu regenerace - R kg 56 829 56 829 anaerobní zóna - AN kg 36 054 - denitrifikace - D kg 26 009 28 700 nitrifikace -N kg 88 456 113 896 Celkem R+AN+D+N kg 207 633 199 425 24

Řízení dodávky vzduchu do jednotlivých linek nitrifikací: Optimalizace biologických procesů v jednotlivých linkách je prováděna prostřednictvím monitorovací sítě WTOS Hach Lange (DT-RTC). Řízení dodávky vzduchu je automaticky řízeno ve čtyřech nezávislých větvích prostřednictvím elektrických regulačních klapek. Měřenými veličinami pro řízení každé větve jsou údaje analyzátorů amoniakálního dusíku a kyslíkových LDO sond, proporcionálními zpětnými vazbami v regulačních obvodech jsou měřené hodnoty průtoku vzduchu rychlostními sondami. Množství kalu čerpaného interní recirkulací z konce nitrifikační části do denitrifikace/anaerobie je řízeno pomocí sond na měření dusičnanového dusíku. 2.8.4 Dosazovací nádrže Separace aktivovaného kalu a vyčištěné vody i nadále probíhá ve čtveřici kruhových dosazovacích nádrží. Součástí intenzifikace bylo doplnění technologie o měření rozhraní voda kal. Celkové množství vratného kalu je možné nastavit v závislosti na průtoku v rozmezí 50-100 %. V případě zhoršení sedimentačních vlastností a zvednutí kalového mraku v dosazovací nádrži na hodnotu 2 m pod hladinou sepne čerpadlo kalu z dané nádrže na maximální výkon. 2.8.5 Kalové hospodářství Kalové hospodářství čistírny Plzeň ČOV II je po intenzifikaci čistírny tvořeno komplexem souborů - zahuštění primárního kalu - zahuštění přebytečného kalu, - termofilní anaerobní stabilizací surového kalu - odvodněním vyhnilého kalu - dopravou a uskladněním odvodněného kalu do kalového sila. V rámci intenzifikace čistírny nedošlo ke změně v současné skladbě celé linky kalového hospodářství ani ve způsobu jejího provozování. K technickým změnám došlo pouze u odvodnění vyhnilého kalu a jeho dopravy do kalového sila. 25

2.9 Environmentální přínos intenzifikace Hlavním důvodem pro intenzifikaci ČOV Plzeň byla nedostatečná účinnost odbourání celkového dusíku. Celkový dusík se skládá z amoniakálního, dusičnanového, dusitanového a organického dusíku. Z tohoto důvodu posoudím nejprve environmentální přínos. 2.9.1 Posouzení z hlediska kvality vypouštěných odpadních vod Hlavním přínosem akce Čistá Berounka etapa II, část A Plzeň Intenzifikace ČOV je bezesporu snížení emisí ve vypouštěné vodě, převážně v ukazateli celkový dusík. Zvýšená koncentrace nutrientů (sloučenin dusíku a fosforu) je obecně považována za příčinu eutrofizace vodních toků a nádrží. Eutrofizací se v praxi označuje proces znehodnocování a zhoršování kvality povrchové vody. Jedná se o složitý proces obohacování stojatých a tekoucích povrchových vod živnými minerálními látkami, které zpětně vedou ke zvýšení biologické produkce a k nežádoucímu zarůstání vodního biotopu. Na eutrofizaci a tedy zhoršování kvality vody se podílí mimo těchto látek zejména biocenóza a probíhající biologické pochody. Povrchová voda s vysokým obsahem dusíku, fosforu a dalších biogenních prvků je nezávadná do té doby, než se v ní vyskytnou bakterie, sinice, řasy a živočichové, jejichž biologickou činností se její kvalita začne zhoršovat. Prvotním signálem (viz obr.1) počínající eutrofizace na vodním biotopu je nárůst planktonních sinic, řas a vodních makrofyt. 26

Obr. č. 4: Masivní povlaky řas a sinic při postupující eutrofizaci na nádržích. 8 Dále dochází ke zhoršování hydrochemického a kyslíkového režimu, ke vzniku a hromadění jedovatých plynů, k nepříznivým kyslíkovým poměrům u dna a ke zmenšení produkční plochy nádrží zarůstáním. Biocenóza fytoplanktonu je poměrně chudá, zvyšuje se zákal, a tudíž se snižuje průhlednost vody, v jednotlivých vrstvách vody během letní stratifikace jsou zaznamenány značné změny koncentrace kyslíku a zvýšení koncentrace živin. 8 ŘÍHOVÁ AMBROŽOVÁ, J. Eutrofizace. From Encyklopedie hydrobiologie : výkladový slovník [online]. Praha: VŠCHT Praha, 2007 [cit. 2012-03-15]. 27

metanu. 10 Vzhledem k velmi vysoké účinnosti biologického odstraňování fosforu (97%) Obr. č. 5: Plovoucí koláče sinic rodu Oscillatoria na hladině eutrofního rybníka. 9 Tzv. indukovaná eutrofizace je způsobena zejména přísunem biogenních prvků odpadními vodami, přísunem hnojiv a výluhů z hnojiv. Indukovaná eutrofizace je projevem působení člověka na původní strukturu ekosystému a tento proces je neustále urychlován. Kalamitou v eutrofizaci je vytvoření vodního květu, monokultury sinic, kdy ve spodních vrstvách postižených lokalit dochází k deficitu kyslíku, ke zvýšení koncentrace železa a manganu a v horších případech k tvorbě sirovodíku a a velmi nízké koncentraci celkového fosforu ve vypouštěné vodě (0,2 0,3 mg/l) způsobeného přísunem dobře odbouratelného substrátu v odpadní vodě, nebyla potřeba řešit tento biogenní prvek a pozornost byla věnována zvýšení účinnosti odbourávání jednotlivých forem dusíku. 9 ŘÍHOVÁ AMBROŽOVÁ, J. Eutrofizace. From Encyklopedie hydrobiologie : výkladový slovník [online]. Praha: VŠCHT Praha, 2007 [cit. 2012-03-15]. 10 ŘÍHOVÁ AMBROŽOVÁ, J. Eutrofizace. From Encyklopedie hydrobiologie : výkladový slovník [online]. Praha: VŠCHT Praha, 2007 [cit. 2012-03-15]. 28

Následující tabulka uvádí vybrané hodnoty znečištění odtoku před intenzifikací: Tabulka č. 10: Hodnoty znečištění vypouštěné OV před intenzifikací Datum Q BSK5 CHSK NL N anorg. N-celk P-celk 2010 m3 mg/l t/měs. mg/l t/měs. mg/l t/měs. mg/l t/měs. mg/l t/měs. mg/l t/měs. 01/2010 1 652 740 4,0 6,6 32,6 53,9 3,5 5,8 10,6 17,5 11,5 18,9 0,2 0,4 02/2010 1 597 340 4,4 7,0 32,9 52,5 3,9 6,2 8,5 13,5 9,3 14,8 0,2 0,3 03/2010 1 729 590 6,8 11,8 40,4 69,9 7,1 12,3 8,4 14,5 9,6 16,7 0,3 0,5 04/2010 1 556 740 7,6 11,8 44,7 69,6 10,5 16,4 12,9 20,0 14,6 22,8 0,4 0,5 05/2010 1 913 140 5,8 11,1 36,3 69,4 6,4 12,3 11,6 22,2 13,1 25,0 0,3 0,5 06/2010 1 957 290 3,8 7,4 36,6 71,7 3,5 6,9 8,9 17,4 9,6 18,8 0,2 0,4 07/2010 1 727 900 3,9 6,8 37,6 64,9 4,2 7,3 7,2 12,4 10,7 18,4 0,4 0,7 08/2010 2 033 130 3,0 6,0 31,5 64,0 3,6 7,3 6,8 13,8 11,6 23,5 0,1 0,3 09/2010 1 710 160 3,0 5,1 31,3 53,4 2,5 4,3 10,4 17,7 12,7 21,7 0,3 0,5 10/2010 1 461 550 3,4 5,0 33,1 48,3 3,8 5,5 12,0 17,6 12,9 18,9 0,4 0,5 11/2010 1 632 880 5,6 9,1 38,2 62,3 5,4 8,8 10,8 17,6 12,5 20,4 0,7 1,1 12/2010 1 748 170 6,6 11,6 40,7 71,1 7,1 12,5 8,1 14,1 9,3 16,2 0,4 0,6 Celkem 20 720 630 99,9 752,3 106,5 200,1 236,9 6,6 prům. 4,8 8,3 36,3 62,6 5,1 8,8 9,7 16,5 11,4 19,7 0,3 0,5 min. 3,0 5,0 31,3 48,3 2,5 4,3 6,8 12,4 9,3 14,8 0,1 0,3 max. 7,6 11,8 44,7 71,7 10,5 16,4 12,9 22,2 14,6 25,0 0,7 1,1 E: 98,8 % 95,9 % 98,7 % 70,3 % 78,5 % 96,4 % Následující tabulka uvádí vybrané hodnoty znečištění po intenzifikaci: Tabulka č. 11: Hodnoty znečištění vypouštěné OV po intenzifikaci Datum Q BSK5 CHSK NL N anorg. N-celk P-celk m3 mg/l t/měs mg/l t/měs mg/l t/měs mg/l t/měs mg/l t/měs mg/l t/měs 01/2012 1 777 810 3,9 6,8 35,3 62,8 4,8 8,5 8,6 15,4 9,4 16,7 0,2 0,4 02/2012 1 369 760 3,5 4,7 33,2 45,5 3,8 5,2 5,9 8,1 6,6 9,0 0,5 0,7 Celkem 3 147 570 11,5 107,8 13,5 22,9 25,2 1,1 prům. 3,7 5,8 34,3 54,1 4,3 6,9 7,3 11,7 8,0 12,9 0,3 0,5 min. 3,5 4,7 33,2 45,5 3,8 5,2 5,9 8,1 6,6 9,0 0,2 0,4 max. 3,9 6,8 35,3 62,8 4,8 8,5 8,6 15,4 9,4 16,7 0,5 0,7 max. 99,2 % 96,5 % 98,9 % 82,4 % 87,2 % 96,5 % Z následující tabulky je patrné, že po intenzifikaci došlo k výraznému poklesu množství celkového dusíku ve vypouštěné odpadní vodě a tím ke snížení druhého významného biogenního prvku v odpadních vodách. 29

2.9.2 Posouzení z hlediska uhlíkové stopy Uhlíková stopa (carbon footprint) je jednou z kategorií dopadu při sledování vlivu procesu na životní prostředí. Vliv všech kategorií dopadu pak dohromady tvoří základ pro hodnocení životního cyklu (LCA). Z pohledu ekologie, ve které platí základní pravidlo všechno souvisí se vším je zaměření se pouze na jednu kategorii dopadu neúplné a může být i zavádějící. Vzhledem ke komplexnosti celé problematiky LCA se ale někdy přistupuje k hodnocením zaměřeným na určitou část spektra dopadů na životní prostředí. Vodárenské a čistírenské procesy pak patří mezi ta odvětví, kde energetická náročnost tvoří hlavní dopad procesů na životní prostředí. Uhlíková stopa je převedení spotřebovaného materiálu, surovin a energie na ekvivalentní emise CO 2. Ty se uvolňují do atmosféry buď přímo, typickým případem je spalování fosilních paliv ve spalovacích motorech, nebo nepřímo. Tím, že spotřebujeme například 1 kwh elektrické energie nepřímo způsobíme uvolnění 0,516 g eq. CO 2 do atmosféry z její výroby v elektrárně 11. Dalším druhem emisí jsou pak emise spojené se vznikem výrobku. Na každý materiál nebo koncový výrobek, který používáme, bylo spotřebováno určité množství energie a vznikla tím odpovídající uhlíková stopa. Toto se po zakoupení výrobku stává součástí naší uhlíkové stopy. Hlavním zdrojem emisí CO 2 u čistíren odpadních vod je spotřeba energie. Tyto emise jsou úměrně sníženy o vlastní kombinovanou produkci tepla a elektřiny, která do atmosféry nepřispívá fosilními emisemi. Další emise mají původ z odvozu odpadu (písek, shrabky a kal). 12 Pokud bychom chtěli posoudit environmentální přínos intenzifikace metodou uhlíkové stopy, tak největší přínos je zatím ve snížení spotřeby elektrické energie. Spotřeba elektrické energie byla v letech 2007 2011 průměrně 25,38 MWh za den, zatímco po rekonstrukci aeračních elementů, výměně zdrojů vzduchu a řízení pomocí analyzátorů amoniakálního dusíku a sond na měření koncentrace dusičnanového dusíku byla snížena na 21,04 MWh za den. Dle energetického mixu dodávané elektrické energie činí emisní faktor pro Českou republiku 0,516 g eq. CO 2 /kwh. Touto úsporou energie tedy došlo ke snížení uhlíkové stopy o 817 kg eq. CO 2 za rok. 11 Použit energetický mix ČR. GHC protokol IEA 2006 12 VLČEK L., Vyhodnocení hospodaření společností skupiny Veolia Voda za zónu ČR/SR za rok 2010 metodou uhlíkové stopy, str.2 a 9 30

leden 11 únor 11 březen 11 duben 11 květen 11 červen 11 červenec 11 srpen 11 září 11 říjen 11 listopad 11 prosinec 11 leden 12 únor 12 tisíc kwh za měsíc 3. EKONOMICKÉ ZHODNOCENÍ V této části uvedu několik možností, jakým způsobem je možné zlepšit ekonomické ukazatele provozu čistírny odpadních vod. Ekonomiku je možné zlepšit například snížením ekonomické náročnosti provozu nebo zvýšením zisku z prodeje elektrické energie. 3.1 Úspora elektrické energie Vlivem intenzifikace ČOV Plzeň došlo k výraznému snížení spotřeby elektrické energie. Přestože nebylo doposud zprovozněno řízení aktivačního procesu v reálném čase systémem WTOS, byla zaznamenána úspora elektrické energie o cca 17%. V bodě 2.9 jsem tuto úsporu posoudil z hlediska ekologického přínosu. V této části vyčíslím ekonomický přínos. Jak již bylo uvedeno, spotřeba elektrické energie byla v letech 2007 2011 průměrně 25,38 MWh za den. Spotřeba po rekonstrukci aeračních elementů, výměně zdrojů vzduchu a řízení pomocí analyzátorů amoniakálního dusíku a sond na měření koncentrace dusičnanového dusíku byla snížena na 21,04 MWh za den. Nákupní cena elektrické energie od společnosti ČEZ činí 2,221 Kč za kwh. Pokud by se potvrdila úspora elektrické energie, činila by roční úspora nákladů na nákup elektrické energie: 4 340 kwh * 365 * 2,221 = 3 518 280,- Kč za rok. Vývoj spotřeby el. energie na ČOV Plzeň 850 800 750 700 650 600 550 500 450 400 Graf. č. 1 Vývoj spotřeby elektrické energie na ČOV Plzeň (zelené sloupce jsou po úpravách technologie) 31

3.2 Ekonomické zhodnocení osazení pračky shrabků V průběhu října 2011 byla technologie hrubého předčištění doplněna o tzv. pračku shrabků. Průměrná produkce shrabků byla bez této technologie následující: rok 2008 - průměrně 45,15 t shrabků rok 2009 - průměrně 44,00 t shrabků rok 2010 - průměrně 45,07 t shrabků 01 09/2011 - průměrně 42,75 t shrabků Po instalaci pračky shrabků byla průměrná produkce tohoto odpadu 32,39 t (10/2011 02/2012). 60,00 50,00 40,00 t/měsíc 30,00 20,00 10,00 0,00 Graf. č. 2 Produkce shrabků na ČOV Plzeň Po instalaci pračky shrabků klesla tedy produkce shrabků o cca 12 t za měsíc. Při ceně 1 387,- Kč za likvidaci jedné tuny tohoto odpadu je úspora 199 728,- Kč/rok. Toto zařízení bylo pořízeno za 788 tis. Kč. Výnosnost této investice je tedy: Průměrná procentní výnosnost (metoda výnosnosti investice) 13 r i = Z r / IN x 100 (%) r i = 199728 / 788000 x 100 (%) r i = 25,3 % 13 KISLINGEROVÁ, E. a kol., Manažerské finance, 3. vydání, Praha 2010, ISBN 978-80-7400-194-9 32

r i výnosnost investice (rentabilita), (Kč) Z r průměrný čistý roční zisk vyplývající z investice (Kč) IN investiční náklady (Kč) Doba návratnosti (metoda doby splacení): Doba návratnosti = investiční náklady (Kč) / úspora nákladů (Kč) = 1 / r i Doba návratnosti = 3, 95 let Čistá současná hodnota: n NPV = CF / (1 + k) r - IN t=1 NPV = 441 000,- Kč ČSHI čistá současná hodnota investice (Kč) CF hodnota cash flow v období t (Kč) IN náklady na investici (Kč) k kapitálové náklady na investice (Kč) t období 1 až n n doba životnosti investice Z výše uvedeného je zřejmé, že z pohledu cashflow je daná investice velmi přínosná. 4.3 Ekonomické zhodnocení dávkování externích substrátů Mimo hlavní činnost ČOV, kterou je čištění odpadních vod je možné zlepšit ekonomickou bilanci provozu. Jednou z možností je dávkování externích substrátů do vyhnívací nádrže. V následujících bodech posoudím některé možnosti, které byly provozně odzkoušeny na ČOV Plzeň. 4.3.1 Dávkování glycerinové fáze Jednou z možností zlepšení ekonomické bilance provozu ČOV je dávkování glycerinové fáze do vyhnívacích nádrží. 4.3.1.1 Zdroj a postup dávkování glycerinové fáze Glycerinová fáze je nejdůležitějším vedlejším produktem všech technologických postupů výroby metylesterů mastných kyselin rostlinných olejů, především řepkového oleje jako alternativního, obnovitelného a ekologicky nezávadného zdroje energie 33

pro vznětové motory. Vzniká při výrobě methylesterů mastných kyselin transesterifikací triglyceridů. Glycerinová fáze byla připouštěna dle potřeby do anaerobních reaktorů, kde dochází k tvorbě bioplynu, který je následně spalován v kogeneračních jednotkách. Maximální produkce elektrické energie dodávané do rozvodné sítě je 1000 kw za hodinu (dle smlouvy se společností ČEZ). Provozní test dávkování glycerinové fáze probíhal v období od 1.2 2011 do 3. 3. 2011. 4.3.1.2 Výpočet zisku z dávkování G- fáze: Bez dávkování glycerinové fáze byla průměrná výroba elektrické energie z bioplynu 18 526 kwh/den. Při dávkování tohoto substrátu v množství průměrně 2,6 t/den došlo k nárůstu výroby na 22 665 kwh/den. Výkupní cena 1 kwh činí 3,082 Kč. Pro výpočet skutečného výnosu z výroby elektrické energie je nutné započítat také náklady na servis kogeneračních jednotek, které činí 0,175 Kč/kWh a náklady na výměnu oleje 0,073 Kč/kWh. Cena 1 m 3 glycerinové fáze činí 2000 Kč a její doprava 182,- Kč/t. Vzhledem k tomu, že obsahuje 88 % organických látek, které jsou velmi dobře odbouratelné, jsou náklady na konečnou likvidaci kalu zanedbány. Výpočet výnosů z prodeje elektrické energie (z 1 t G- fáze): 1 592 kwh x 3,082 Kč = 4 907 Kč Výpočet nákladů spojených s dávkováním G-fáze: náklady na nákup a dopravu G- fáze: 2 182,- Kč servisní náklady: 1 592 kw x (0,175 + 0,073) = 395 Kč Celkové náklady: 2 182 + 395 = 2 577,- Kč Výpočet zisku z dávkování: výnosy náklady = 4 907 2 577 = 2 330,- Kč Zisk z dávkování jedné tuny glycerinové fáze je 2330,- Kč, jedná se tedy o výhodnou investici. 34

25000 24000 23000 22000 21000 20000 19000 18000 6 5 4 3 2 1 G-fáze (m3/den) Dodávka do sítě kwh 17000 1. 3. 5. 7. 9. 11. 13. 15. 17. 19. 21. 23. 25. 27. 1 3 0 Graf. č. 3 Výroba elektrické energie na ČOV Plzeň v závislosti na dávce G-fáze 4.3.2 Dávkování Biomixu Jako alternativa pro případ nedostatku glycerinové fáze byl testován produkt s obchodním názvem Biomix. 4.3.2.1 Zdroj a postup dávkování Biomixu Biomix také vzniká jako odpad při výrobě biopaliv. Dle prováděných pravidelných laboratorních rozborů je jeho organická hodnota vyjádřená jako CHSK v průměru 660 000 mg/l. Vzhledem k poměru BSK 5 /CHSK není tento produkt tak dobře biologicky rozložitelný a produkce bioplynu byla výrazně nižší než z glycerinové fáze. Postup dávkování Biomixu je shodný s dávkováním G fáze, jen dávky bylo nutné výrazně zvýšit. Provozní test dávkování Biomixu probíhal v období od 1.12.2011 do 31.12.2011. 4.3.2.2 Výpočet zisku z dávkování Biomixu: V tomto období byla průměrná výroba elektrické energie z bioplynu bez dávkování externích substrátů 17 454 kwh/den. Při dávkování tohoto substrátu v množství průměrně 3,4 t/den došlo k nárůstu výroby na 20 749 kwh/den. Výkupní cena 1 kwh činí 3,082 Kč. Pro výpočet skutečného výnosu z výroby elektrické energie je nutné započítat také náklady na servis kogeneračních jednotek, které činí 0,175 Kč/kWh a náklady na výměnu oleje 0,073 Kč/kWh. Cena 1 t Biomixu činí 1500 Kč včetně dopravy. Náklady na likvidaci zbytkového kalu jsou vzhledem k vysokému procentu organických látek zanedbány. 35

Výpočet výnosů z prodeje elektrické energie (z 1 t Biomixu): 969 kwh x 3,082 Kč = 2 986 Kč Výpočet nákladů spojených s dávkováním Biomixu: náklady na nákup a dopravu: 1 500,- Kč servisní náklady: 969 kw x (0,175 + 0,073) = 240,- Kč Celkové náklady: Výpočet zisku z dávkování: 1 500 + 240 = 1 740,- Kč výnosy náklady = 2 986 1 740 = 1246,- Kč Zisk z dávkování jedné tuny Biomixu je sice nižší než z glycerinové fáze, přesto se jedná o výhodnou investici. 4.3.3 Dávkování odpadních kvasnic z Plzeňského Prazdroje Dalším ze substrátů, které jsou dávkovány do vyhnívacích nádrží na ČOV Plzeň jsou nativní kvasnice z Plzeňského Prazdroje a.s. Tento odpad vznikající při výrobě piva je dovážen ve 20 m 3 cisternách na ČOV Plzeň a dávkován do vyhnívacích nádrží. Průměrná hodnota CHSK je u tohoto materiálu 240 000 mg/l. Tento odpad se vykupuje za 200,- Kč za 1 m 3. Vzhledem k tomu, že obsahuje 92 % organických látek, které jsou velmi dobře odbouratelné, jsou náklady na konečnou likvidaci kalu zanedbány. Z provozního sledování bylo odvozeno, že z 1 m 3 nativních kvasnic je vyprodukováno 160 m 3 bioplynu, což odpovídá 285 kwh. Výpočet výnosů z prodeje elektrické energie (z 1 m 3 kvasnic): 285 kwh x 3,082 Kč = 878,- Kč Výpočet nákladů spojených s dávkováním kvasnic: náklady na nákup 1 m 3 kvasnic: 200,- Kč servisní náklady: 285 kw x (0,175 + 0,073) = 71,- Kč Celkové náklady: Výpočet zisku z dávkování: 200 + 71 = 271,- Kč výnosy náklady = 878 271 = 607,- Kč Zisk z dávkování jednoho metru krychlového kvasnic je 607,- Kč, jedná se tedy také o výhodnou investici. 36