Čištění odpadních vod

Čistírna odpadních vod (ČOV) je zařízení, ve kterém dochází k čištění odpadních vod. Čistírny mohou být mnoha typů. Rozdělují se hlavně podle velikosti a typu čistírenského procesu. Nejčastějším typem používaných ČOV v ČR je mechanicko-biologická čistírna odpadních vod. Velké čistírny kombinují většinou všechny dostupné čisticí procesy. Patří sem mechanické, biochemické a chemické procesy. Vypouštění odpadních vod do recipientů se řídí zákony České republiky konkrétně Zákonem č. 254/2001 Sb. o vodách a Zákonem č. 274/2001 Sb. o vodovodech a kanalizacích pro veřejnou potřebu. Povolení k vypouštění vydává Vodoprávní úřad, což je speciální stavební úřad při odborech životního prostředí místně příslušných Městských úřadů s rozšířenou působností.

TECHNOLOGIE ČIŠTĚNÍ ODPADNÍCH VOD

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.

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.

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.

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.

Množství shrabků, lisování a odklízení 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/m3, obsah minerálních látek je asi 15 - 20 %.

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: kompostovat, skládkovat, 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 instalovaných na městských ČOV nebývalo dodrženo, zejména z důvodů nízké teploty při spalování.

Množství a složení písků, funkce a typy lapáků 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.

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:

• Horizontální lapáky písku

Mezi lapáky písku s horizontálním průtokem lze zařadit komorový, štěrbinový a lapák písku s kontrolovanou rychlostí.

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 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.

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.

Lapáky tuků a plovoucích nečistot, flotace

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.

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 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 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

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.

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 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/m³, u anorganických kalů (kaolin, písky) při koncentraci od cca 50 do 200 kg/m³.

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

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.

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. 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
• zajistit krátkodobou akumulaci aktivovaného kalu, který byl v době zvýšených přítoků (při deštích) vyplaven z aktivační nádrže

Biologické čištění odpadních vod

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:

• Oxická oblast (kyslíkatá): konečným akceptorem elektronů je rozpuštěný kyslík, probíhají v ní oxidace organických látek, nitrifikace
• Anoxická oblast (bezkyslíkatá): rozpuštěný kyslík není přítomen, dusitanový a dusičnanový dusík slouží jako konečný akceptor elektronů, probíhá v ní denitrifikace (anoxická oxidace, nitrátová respirace)
• Anaerobní oblast: konečným akceptorem elektronů je vlastní organická látka, část molekuly se oxiduje a část redukuje, probíhá zde depolymerizace polyfosfátů, desulfurace, anaerobní acidogeneze, methanogeneze

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 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

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 se skládá z biologické jednotky (aktivační nádrž) a jednotky separační (dosazovací nádrž).

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.

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.

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.

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.

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

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 biofilmu

• 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

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
• provzdušňované nádrže.

Anaerobní nádrže

Používají se 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)

Nádrž 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.

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

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.

Technologie zpracování kalů

Hlavním cíle zpracování kalu je:

• redukce objemu kalu
• redukce zápachu
• možnost dalšího využití kalu

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

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

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.

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.

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 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.

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, ozón, formaldehyd nebo fenol.

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 do stavebních materiálů. Finální likvidaci kalu se rozumí jeho spalování nebo skládkování.