Komunální odpadní voda

Kanalizace odvádí odpadní vodu systémem potrubí z obytných budov, podniků a průmyslových areálů na čistírnu odpadních vod k jejímu vyčištění a následnému vypouštění. Podle způsobu odvádění srážkových vod dělíme stokovou síť na: jednotnou (jediná stoka pro odvádění splašků i srážkové vody) a oddílnou (dva systémy, jedním odtéká splašková voda na ČOV, druhým teče voda dešťová).

Odpadní voda protéká podzemní kanalizací nejčastěji jen působením gravitace, někdy pomocí čerpadel v přečerpacích stanicích. Stokové sítě, dlouhé až několik kilometrů, se mění v závislosti na topografii oblasti. V místech zaústění potrubí do stokových sítí (kanalizační přípojka), mohou být umístěny vstupní (revizní) šachty.

1. Voda z průmyslu
2. Voda z obytných oblastí
3. Srážková voda

Předčištění je prvním stupněm čištění odpadní vody, který zajišťuje odstranění nerozpuštěných látek. Na lapácích se zachycuje štěrk a písek a na česlích hrubé nečistoty, např. hadry, papír a další složky. Lapák písku využívá pro odstranění těžkých anorganických částic gravitační sílu. Oddělený písek se z lapáku pravidelně odstraňuje a dopravuje do kontejneru. V moderních zařízeních na obnovu vodních zdrojů má předčištění velmi důležitou úlohu, protože písek a drobné mechanické nečistoty mohou působit nenapravitelné problémy v dalších stupních čištění odpadních vod, např. poškozením aeračních elementů, membrán apod.

Během mechanického čištění se v usazovacích nádržích působením gravitace usazují organické nerozpuštěné látky, zatímco tuky, oleje a mastnota vyplavou na hladinu. Usazené látky se označují jako primární kal a často se v dalším procesu zahušťují, než přejdou do vyhnívací nádrže pro anaerobní stabilizaci. Plovoucí tuk, olej a mastnota se z povrchu sbírají a obvykle se přidávají přímo do anaerobního reaktoru (vyhnívací nádrž). Typická usazovací nádrž odstraní z odpadní vody vyčištěné od hrubých nečistot cezením přibližně 70 % pevných částic a sníží biochemickou spotřebu kyslíku až o 45 %. Moderní provozy, které používají vylepšené biologické procesy pro odstraňování nutrientů, často extrahují nebo fermentují uhlík v primárním kalu a následně dávkují tento zdroj živin do anaerobní nebo anoxické zóny biologického stupně čištění.

1. Česle / odstranění hrubých nečistot
2. Usazovací nádrž

Biologické čištění odstraňuje rozpustné organické látky, nutrienty jako dusík a fosfor, a většinu nerozpuštěných pevných látek, které nebyly odstraněny při mechanickém čištění. Uskutečňuje se působením mikroorganismů (aktivovaný kal) a je výsledkem jejich metabolické činnosti. Postupy biologického čištění odpadních vod dělíme obecně na technologie s biologickou kulturou přisedlou na pevném povrchu (biologické filtry) a na technologie s biologickou kulturou ve vznosu (aktivační nádrže). Aktivace (aktivační proces) v podstatě znamená kontinuální kultivaci mikroorganismů (aktivovaného kalu), které jsou již přítomné v odpadní vodě a ve vratném aktivovaném kalu. Vločky aktivovaného kalu obsahují organismy, které odstraňují znečištění působením aerobního/oxického, anoxického a anaerobního prostředí. Jakmile jsou znečišťující látky odstraněny, aktivovaný kal ve formě vloček se separuje od vody v dosazovací nádrži gravitací. Část kalu (vratný aktivovaný kal) na dně dosazovací nádrže potom recirkuluje zpět, aby se smísil s mechanicky předčištěnou vodou. Zbytek kalu (přebytečný aktivovaný kal) se odstraní, aby se neporušila ideální rovnováha mikroorganismů. Biofiltry – nádrže vyplněné médiem využívají, že se mikroorganismy přichytnou na médiu a vytvoří biologický film. Odpadní voda se po mechanickém předčištění nastříkává na médium pokryté biofilmem, v kterém mikroorganismy odstraňují znečišťující látky. Stejně jako u aktivace se voda s fragmenty biofilmu a vloček z biologického filtru odvádí do dosazovací nádrže k separaci, kde se kal recykluje a likviduje, a čistá voda se vypouští do dalšího procesu.

Pro efektivní fungování biologického čištění vyžadují organismy nutrienty ve vyváženém poměru, včetně uhlíku, dusíku a fosforu (poměr C:N:P), dále stopové prvky včetně železa, mědi, zinku, niklu, manganu, draslíku, síry a dalších složek, které jsou typicky přítomné v odpadní vodě. Obecně používaný poměr C:N:P je 100:5:1, ačkoli některé ČOV fungují optimálně v jiném poměru, zatímco jiné se potýkají s tvorbou polysacharidového slizu nebo nárůstem vláknitých bakterií, které inhibují biologii a usazují se v dosazovací nádrži.

K dokončení biologického čištění lze použít více způsobů: aktivaci s cirkulací, směšovací aktivaci, sekvenční dávkové reaktory (SBR), oxidační příkopy, biofiltry, bioreaktory s pohyblivým ložem, spojení biofilmu se suspendovaným aktivovaným kalem (IFAS) a další.

Biologické odstraňování nutrientů využívá změny prostředí mikroorganismů tak, aby se z vody odstranil dusík a fosfor. Tyto biologické pochody se dělí na zónu anaerobní (bez kyslíku a dusičnanů), anoxickou (bez kyslíku, dusičnany jsou přítomné) a aerobní/oxickou (kyslík je přítomen), kdy voda „putuje“ kvůli jejímu biologickému vyčištění jednotlivými zónami.

Lze také použít chemické postupy, jako například chemické odstraňování fosforu, kdy se dávkuje srážedlo do aktivace nebo do odtoku z aktivace před dosazovací nádrž. Nerozpustné sloučeniny vzniklé srážením se pak separují společně s kalem.

1. Provzdušňování
2. Dosazovací nádrž

Při terciárním čištění se používají techniky jako filtrace, dezinfekce, absorpce uhlíku a další postupy k odstranění zbývajícího organického zatížení, nerozpuštěných nebo rozpuštěných látek, patogenů a těžkých kovů, které nebyly odstraněny jinými postupy čištění. Terciární čištění sloužící k dočistění odpadních vod zvyšuje jejich kvalitu na odtoku z ČOV pro zamýšlené použití: vypouštění do jezer, řek nebo oceánů, opětovné využití pro jiné než zemědělské zavlažování (parky, golfová hřiště, travnaté plochy atd.), doplňování podzemních vod, anebo v některých případech jako nátok na úpravny pitných vod. Odtok odpadních vod musí být monitorován kvůli zajištění dodržování povolených emisních limitů, které se liší podle legislativy a země.

1. Filtrace
2. Dezinfekce

Způsob nakládaní s kalem odebraným z procesu čištění závisí na objemu pevných látek a na dalších podmínkách specifických pro danou čistírnu. Aerobní vyhnívání je často využíváno na čistírnách s kapacitou přítoku do třiceti tisíc m3 /den. Aktivovaný kal, případně primární kal, se přidává do aktivační nádrže, kde se mikroorganismy živí organickými látkami a mikroorganismy přítomnými v kalu, čímž se snižuje obsah těkavých pevných látek i celková hmotnost kalu. Anaerobní digesce se typicky používá na čistírnách o kapacitě přítoku větší než třicet tisíc m3 /den a využívá uzavřené nádrže (fermentory) k vytvoření anaerobního prostředí pro různé organismy, které se živí organickými látkami a mikroorganismy v kalu procesy zvanými acidogeneze a methanogeneze. Methan vznikající anaerobní digescí lze využít pro ohřev vyhnívacích nádrží, lze jej spálit, anebo vyčistit či opakovaně použít jako zelený zdroj energie.

Zahuštění zahrnuje zvýšení koncentrace sušiny v kalu odstraněním procentuálního podílu kapalné části přidáním polymerních sloučenin a často se používá před anaerobní digescí. Odvodňováním filtračními lisy, centrifugami nebo jinými prostředky se kal dále koncentruje do kalového koláče. Ten lze dále sušit, využít v zemědělství nebo ukládat na skládku.

1. Zahušťování a vyhnívání
2. Odvodňování a zpracování kalu

V rámci rozvíjející se oblasti oboru čištění odpadních vod se nyní uplatňují systémy na analýzu dat o vodě (Water Intelligence Systems), využívající digitální technologie, pokročilé sondy, kontroléry a algoritmy, které umožňují provozovatelům zvýšit efektivitu a přispět k celkovým úsporám nákladů při provozování čistírny.

Claros™, systém na analýzu dat o vodě od společnosti Hach, integruje všechny zdroje dat z ČOV včetně dat ze systému, dat ze zařízení a manuálně shromážděných dat, a podporuje tak kvalifikované rozhodování s cílem maximalizovat efektivitu a úsporu nákladů.

Pomocí těchto systémů lze snadněji sledovat a ověřovat data např. o průtoku, složení vody, koncentraci rozpuštěného kyslíku, nutrientů a o dalších faktorech. To umožňuje rychlou odezvu během procesu čištění, schopnost automatizace, vizualizaci dat a generování hlášení.

Díky přehledům založených na datech o kvalitě vody, průtoku a dalších faktorech mohou provozovatelé předcházet „přečištění“ (nadměrná spotřeba chemikálií a doba provozu dmychadel). Přitom však mají jistotu, že čistírna dodržuje limity.

Vzhledem k tomu, že se příslušná nařízení neustále zpřísňují a čistírny hledají úspory nákladů, budou systémy na analýzu dat o vodě, jako například Claros, stále důležitější a najdou široké uplatnění. Společnost Hach rozšiřuje své portfolio sond, kontrolérů, zařízení, systémů pro management procesů a laboratorního vybavení, které je kompatibilní se systémem Claros. Provozovatelé si tak mohou nakonfigurovat systém, který vyhovuje jedinečným požadavkům libovolné ČOV.