Čištění šedých vod a možnost využití energie z nich

Datum: 8.11.2012
Šedá voda dostala svoje pojmenování podle nezaměnitelného zbarvení a zahrnuje splaškové odpadní vody neobsahující fekálie a moč, které odtékají z umyvadel, praček, van, sprch, dřezů apod.

Koncepce opětovného využití odpadních vod a dešťových vod nabývá v poslední době většího významu. Nutností se tyto systémy stávají i v Evropě, kde prozatím takový tlak na znovuvyužití šedých a dešťových vod nebyl. Hlavně administrativní budovy a hotely jsou již často projektovány s využitím šedých a dešťových vod, standardem je to v budovách s nízkoenergetickým standardem. Projekt „Využití šedých a dešťových vod v budovách“ je řešen v rámci programu ALFA, Technologické agentury České republiky, pod číslem TA01020311, na kterém spolupracuje firma ASIO, spol. s r.o. a VUT Brno. Šedé a srážkové vody se staly předmětem připravované ČSN 75 6780 Využití šedých a dešťových vod v budovách a na přilehlých pozemcích. Úvod Hlavním důvodem pro recyklaci „šedých“ vod (vody ze sprch a koupelen) je především to, že jsou minimálně znečištěny a jejich úprava není zas až tak náročná, navíc lze s výhodou využít tepla, které je v nich obsaženo. Důvodem pro dělení vod v tomto případě je tedy hlavně oddělení šedé vody, na rozdíl od projektů decentralizovaného čištění odpadních vod, kde se hlavně odděluje moč (žlutá voda) za účelem snížení množství nutrientů na odtoku -  viz realizované projekty DESAR nebo SWITCH. V případě šedých vod a vyčištěných šedých vod (bílých vod) se často uvažuje s kombinací s využitím se srážkovými vodami a minimalizuje se tak problém s nerovnoměrností srážek.

Dalším důvodem proč se touto otázkou zabývat, je otázka prestiže a zavádění systémů hodnocení (certifikace) budov z hlediska jejich vlivu na životní prostředí. Certifikace se provádí dle několika systémů, např. LEED (Leadership in Energy and Environmental Design) nebo BREAM (Building Research Establishment Assessment Method). Všechny systémy hodnocení by měly motivovat projektanty budov, aby hledali úspory nejen ve vytápění a chlazení budov, ale aby se zaměřili i na oblast vodního hospodářství budovy. Projektant by měl být motivován i k využívání inovativních metod nebo řešení redukujících spotřebu vody a tím pádem i minimalizaci vypouštěných odpadních vod.

Definice a složení šedé vody

Šedá voda dostala svoje pojmenování podle nezaměnitelného zbarvení a zahrnuje splaškové odpadní vody neobsahující fekálie a moč, které odtékají z umyvadel, praček, van, sprch, dřezů apod. [2, 3]. Recyklovanou šedou vodu (zejména z koupele) je možné po úpravě využívat jako vodu provozní (tzv. bílá voda) např. pro splachování záchodů, pisoárů a zalévání zahrad.

Průměrná spotřeba vody v domácnosti

Z grafu na obr. 1 je patrné, že produkce šedé vody tvoří více než 50 % celkové produkce odpadní vody v domácnosti. Množství vyprodukovaných šedých vod ve vybraných zemích kolísá mezi 57 a 75 l/EO•d a přehledně je znázorňuje tabulka 1.

Produkce šedé vody ve vybraných evropských zemích

Zvýšená produkce šedých vod je zejména v hotelech, bazénech, saunách, restauracích a podobných zařízeních. Spotřeba vody ve tříhvězdičkovém hotelu je kolem 150 L/(EO•d), v pětihvězdičkovém pak 1000 L/(EO•d). Rozsah je dán vybavením hotelu, zejména ho ovlivňuje přítomnost wellness centra, sauny, bazénu a způsobu udržování kuchyně [22]. Z hlediska chemického složení (viz tab. 2) je poměr mezi CHSK a BSK5 zpravidla 4 : 1, což ukazuje na vyšší podíl obtížněji rozložitelných organických látek (v klasických komunálních vodách je poměr CHSK/BSK5 obvykle okolo 2 : 1). Tento nepříznivý poměr platí zejména pro odtoky ze sprch, kde se používají mýdla a šampony. Co se týká pH šedých vod (u komunálních vod je pH obvykle 7–8), tak zejména vody z praní jsou zásadité (pH = 9–10), oproti tomu vody z klasických kuchyní jsou spíše kyselejší. Teplota šedých vod z oblasti van, sprch a praček kolísá mezi 18 a 38 °C, neboť pro hygienické účely je používána teplá voda.

Hodnoty BSK5, CHSK, pH v šedých vodách

Alternativní zdroj vedle pitné vody

Kvalitní pitná voda by měla být používána pouze tam, kde je to nezbytně nutné. Pro splachování toalet, zalévání zahrady je možno použít vodu vyčištěnou. To zejména tam kde je nízká kapacita dostupného zdroje kvalitní pitné vody. Výhody použití recyklované vody [5]:
- ekonomické hledisko – stále se zvyšující cena kvalitní pitné vody,
- nižší zatížení prostředí nutrienty – co se nevypustí to nebude v tocích,
- nižší uhlíková stopa – a vlastně méně zbytečné práce.

Mezi alternativní zdroje vody lze zařadit:
- recyklovanou vodu dodávanou samostatnou distribuční sítí, zcela oddělenou od vody pitné,
- recyklovanou vodu vyrobenou decentrálně,
- vodu dešťovou ze střech a nepropustných povrchů.

Čištění šedých vod

Z tab. 2 je zřejmé, že pro šedé vody je specifické zejména kolísání hodnot spojené s rozličným životním stylem. I zevrubná analýza nám odhalí, že nejméně zatížené jsou vody ze sprch a mytí, a oproti tomu šedé vody z kuchyní jsou díky vyšším obsahům organických zbytků a nerozpuštěných látek hodně zatížené. Z těchto poznatků se pak dá vycházet a šedou vodu dělit na vhodnou a podmíněně použitelnou pro recyklaci. Použitelná je tedy voda z oblastí umyvadel, van a sprch a podmíněně použitelná kuchyňská a z myček na nádobí [6]. V České republice podrobnější předpis pro využití šedých vod chybí. Prozatím lze využít zahraničních předpisů, např. britskou normu BS 8525-1 [2], kde jsou vedle technických požadavků uvedeny i požadavky na ukazatele jakosti provozní (bílé) vody týkající se zdravotních rizik, viz tab. 3.

Použití vyčištěných šedých vod

Návrh zařízení pro recyklaci šedé vody

Technologie čištění šedých lze rozdělit na fyzikální, fyzikálně chemické a biologické.
V minulosti se často používaly i přírodní způsoby – usazování a filtrace na půdním filtru. Tyto metody se používají i dnes, ale většinou jen u chat apod. Pro větší objekty je standardem biologické čištění, separace nerozpuštěných látek a jejich hygienické zabezpečení. V minulosti to byly spíše extenzivnější postupy – aktivace s plovoucím nosičem a písková filtrace. Dnes už většina výrobců nabízí biologický reaktor s membránovou separací (MBR) – příklad schématu je na obr. 3., a to z důvodu nižších prostorových nároků (úspora až 50% plochy).  Někdy je součástí i hygienické zabezpečení, i když membrány samy o sobě tuto schopnost již mají. Na obrázku je uvedena sestava zahrnující i nutnou akumulaci, vlastní reaktor (MBR) a zařízení na dodávku užitkové vody do potrubí užitkové vody.

Schéma uspořádání zařízení na čištění šedých vod

Recyklace tepla z vod v budovách – šedé vody

Místa odběru tepelné energie z odpadních vod

Teplo lze odbírat přímo v budově, na odtoku z budovy, v kanalizační síti nebo na (za) ČOV. Každé z míst má své specifické podmínky a omezení. Odběr na odtoku z objektu či přímo v budově je u většiny staveb omezen nerovnoměrným a přerušovaným průtokem. Vhodné využití je tudíž omezeno na  objekty s vyšším množstvím odpadní vody, jejíž odtok je v době provozu nepřerušovaný. Jedná se například o potravinářské nebo jiné průmyslové provozy, aquaparky, léčebná zařízení. V mnoha případech, realizovaných v posledních letech, je již využití tepla z odpadní nebo technologické vody realizováno v budovách (v jednodušších případech jen předáním energie přes stěny výměníků). 
Oproti tomu získávání tepla z odpadní vody ve vhodných místech trasy kanalizační sítě nebo na (za) ČOV praktické aplikace v rámci ČR nemá.

Lokalizace míst pro možnost odběru tepelné energie z odpadní vody

Odběrové místo může na kanalizační stoce být přímo v trase hlavního průtoku odpadní vody nebo na vedlejším proudu (bypass). Umístění výměníku determinuje jeho tvar. Výměník nesmí zbytečně zmenšovat průřez cesty či způsobit místní ukládání nerozpuštěných látek.  Řešit je nutno přístup pro kontrolu a údržbu. Další dopravou odpadní vody v kanalizačním řadu a napojením následujících odběratelů dojde k teplotní úpravě odpadní vody a naprosté minimalizaci vlivu na ČOV.  Mezi výhody umístění odběru na síti je relativní blízkost možného místa pro odběr tepla, otázkou jsou ale právní a finanční vztahy týkající se stokové sítě. Příspěvek se však chce zaměřit na především na získávání tepla přímo v budově, což je spojeno s problematikou šedých vod.

Využití tepla ze šedých vod – aneb získávání tepla přímo v budově

Průměrný objem vyprodukované šedé vody se pohybuje mezi 55 – 112 l/EO.den  u rodinných domů, ale některé aplikace, jako hotely, bazény, wellnes centra, je spotřeba teplé vody až 400 l/EO.den.   Teplota vody, jak vyplývá předchozího popisu, je vyšší než teplota běžných komunálních vod. Pohybuje se mezi 18 – 35 °C.   Pokud jsou tyto vody vypouštěny do stokové sítě, mají pozitivní vliv na čistící proces na stávajících čistírnách odpadních vod, protože v zimě zlepšují čistící proces. Při dnešních cenách energií, jsou provozovatelé nuceni snižovat provozní náklady a tím udržitelnost provozu. Recyklace tepla ze šedých vod je jedním ze způsobů jak snížit náklady na ohřev TUV (teplá užitková vody), provozní teplé vody, popřípadě na vytápění objektu. Ačkoliv je toto téma v ČR stále ještě na okraji pozornosti, jsou již realizovány první aplikace, ať už na znovu využití vody nebo na rekuperaci tepla.

Používané metody

Odebírání tepla z odpadní vody můžeme provádět buď lokálně, nebo centrálně. O volbě, kterou metodu použít rozhoduje průtok odpadní vody. Pro menší aplikace a rodinné domy, je investičně zajímavější lokální rekuperace tepla, která reaguje na aktuální spotřebu. U větších aplikací je možno odpadní vodu akumulovat, odebrat z ní potřebné teplo a až po té jí vypustit do stokové sítě nebo na čistírnu odpadních vod.

Lokální systémy

Lokální systémy rekuperace tepla jsou založeny na principu odebírání tepla z odtékající vody, která předehřívá studenou vodu do sprch nebo jiných aplikací. Existují opět dva druhy aplikací, a to:
- předehřev studené vody pro okamžitou spotřebu,
- předehřev studené vody do zásobníku TUV.
Obě řešení odebírání tepla jsou vhodná pro rodinné domy a menší provozy.

Možné zapojení lokálního systému předehřevu vody pro okamžitou spotřebu

Lokální systémy - Předehřev studené vody pro okamžitou spotřebu

Výhodou tohoto zapojení je, že předehříváme vodu vždy, když je spotřeba. Časová prodleva, od které je předehřátá voda k dispozici, je závislá na délce potrubí a umístění tepelného výměníku.  Teplota předehřáté vody se pohybuje kolem 20 °C3. Tuto vodu lze přímo napojit do okruhu sprch nebo umyvadel. Toto opatření má za následek snížení spotřeby teplé užitkové vody. Ve směšovací baterii tak smícháváme menší poměr teplé vody ke studené vodě. Tento systém má větší účinnost než předehřátí vody do zásobníku TUV, protože je umístěn blíže směšovací baterii a nedochází ke ztrátám.

Lokální systémy - Předehřev studené vody zásobník TUV

Druhou možností je předehřátou vodu vést do zásobníku teplé užitkové vody, kde se pak dohřívá na příslušnou požadovanou teplotu. Tady se dá s výhodou použít stratifikace vody do zásobníku, to znamená teplotu odvádět do místa ve výměníku, které má příslušnou teplotu. Tento systém je investičně náročnější a má menší účinnost než výše popsaný systém.

Centrální systémy

Centrální systémy jsou vhodné pro větší objekty, které produkují větší množství šedých vod. U těchto aplikací, kde je odběr vody kolísavý, se voda shromažďuje v akumulační jímce, která slouží jako zdroj tepla pro primární okruh tepelného čerpadla. Velkou výhodou tohoto uspořádání je velice jednoduchá konstrukce tepelného výměníku, který je možno řešit plastovými trubkami nebo hadicemi – nízké investiční náklady.

Úskalím tohoto řešení je, že nemůžeme vodu ochladit pod bod mrazu. Pokud bychom nechali tepelnému čerpadlu odebírat teplo z šedé vody bez kontroly teploty, tak se může stát, že jímka zamrzne. Teplo s jímky se tedy odebírá jen při požadovaném průtoku a při požadované „cílové“ teplotě. Při překročení limitní teploty musíme tepelnému čerpadlu umožnit odebírat teplo z jiného zdroje. Popřípadě kombinovat tepelné čerpadlo s jiným zdrojem tepla. Při použití tepelného čerpadla, je možno dodávat i teplo do rozvodné sítě teplovodního vytápění. Nespornou výhodou je možnost chlazení pomocí tepelného čerpadla v letních měsících. Dnešní tepelná čerpadla mají již v běžné výbavě i chladící režim.

Novinky všeobecné

V současnosti se připravuje ČSN 75 6780 Využití šedých a dešťových vod v budovách a na přilehlých pozemcích. Která by měla být takovým universálním návodem jak problematiku šedých vod pojmout.

 ČSN 75 6780

Novinky v oblasti výrobků a nabídky firmy ASIO, spol. s r.o.

Vedle již dlouhou dobu propagovaných MBR zařízení s membránami Si CLARO byla do nabídky převzata i vestavba s membránovými moduly AQUALOOP, moduly je možné vložit do jakékoliv nádrže, vedle toho je připravena sestava přímo pro rodinné domy.

AS-GW AQUALOOP - ČOV šedé vody

AS-GW AQUALOOP

Zařízením, jehož součástí je membránová vestavba AQUALOOP je možno upravovat vodu jak povrchovou, tak podzemní, předčištěnou vodu z čistíren odpadních vod, anebo šedé vody z domácností. Systém řešení neprodukuje téměř žádnou další přebytečnou vodu. Takto upravená voda může být použita pro různé účely.

Membránová vestavba AQUALOOP sestává z několika komponentů:
- membránové jednotky,
- předčisticího filtru na vtoku,
- filtrační náplně – nosiče biomasy,
- membránových modulů,
- a dmychadla.

Tyto komponenty se skládají jako dětská stavebnice a je možno je umístit do libovolných nádrží.

Předčisticí filtr na vtoku plní několik funkcí:
- ve vyjímatelném filtračním koši se zachytí nečistoty,
- zpětná klapka brání zpětnému toku, vniknutí larev komárů, hmyzu nebo hlodavců,
- při každém přeplnění nádrže jsou sedimenty z nádrže automaticky vyplaveny,
- a při dalším nastoupání hladiny se odtáhnou i zachycené plovoucí nečistoty.

Ve stejné nádrži, kde je nainstalován předčistící filtr je zpravidla rovněž řešeno i biologické čištění na principu nárůstových kultur. Biomasa je narostlá na speciální plovoucí filtrační náplni s velkým specifickým povrchem. Potřebný vzduch je dodáván dmychadlem přes membránové moduly a slouží pro optimální zásobování kyslíkem. Membránovou jednotku AQUALOOP  je možno sestavit z několika modulů podle velikosti nátoku a to až do počtu šesti membránových modulů.  Vestavěné čerpadlo saje vodu přes membránu a tlačí ho přes hadici permeátu do nádrže vyčištěné vody. Membrány jsou čištěny pravidelně díky zpětnému pracímu toku z čerpadla a s pomocí vzduchu přivedeného do modulu od dmychadla. Pro čištění většího množství vody je možné použít i více paralelně osazených jednotek. Automatické řízení rozpozná množství upravované vody a přizpůsobí tomu chod čerpadla. Manuálně je možno nastavit různé způsoby provozu a množství vody jednotlivě pro každou jednotku.

Patentované membrány na principu ultra a mikrofiltrace mají mnohé výhody:
- bezpečné odstranění bakterií a části virů,
- možnost zpětného proplachu až do tlaku 3 bary,
- jsou permanentně hydrofilní a vysušení je tím pádem nepoškodí,
- mají dlouhou životnost,
- jsou odolné vůči čisticím prostředkům.

Šedé vody - stavebnice AS-GW AQUALOOP

Závěr

V praxi existuje řada objektů, u nichž by se již dnes vyplatilo oddělit šedé vody a použít je jako užitkovou vodu – nejlepších ekonomických parametrů se logicky dosahuje tam, kde je relativně větší produkce a zejména větší spotřeba (hotely, sportovní zařízení, bazény, nemocnice). V rámci níže uvedeného projektu se posuzovala řada objektů a to jak po stránce recyklace vod, tak i po stránce využití tepla z těchto vod a návratnost vložených investic se pohybovala od 4 do 10 roků. U již existujících objektů nepříznivě ovlivňují ekonomické ukazatele náklady na dodatečná opatření. U nových objektů je však již zřejmé, že už není na co čekat a přinejmenším oddělené odvádění šedých vod by mělo být u veřejných budov samozřejmostí, ať už se pak využije vyčištěná voda nebo získané teplo.  

Poděkování Příspěvek vznikl díky podpoře z projektu „Využití šedých a dešťových vod v budovách“, který je řešen v rámci programu ALFA, Technologické agentury České republiky, pod číslem TA01020311, na kterém spolupracuje firma ASIO, spol. s r.o. a VUT Brno.

Ing. Karel Plotěný, Ing. Adam Bartoník

Literatura

1. BIRKS, R.; COLOBOURNE, S.; HOBSON, R., Microbiological water quality in a large in-building, water recycling facility.  (2004):  Wat. Sci. Tech., 50(2), pp. 165-172
2. British Standard BS 8525-1:2010. Greywater systems – Part 1: Code of practice. UK: BSI, 2010.
3. British Standard BS 8525-2:2010. Greywater systems – Part 2: Domestic greywater treatment equipment – Requirements and test methods. UK: BSI, 2010.
4. BOGÁŇOVÁ, IDA. Možnosti využití šedých vod. (Brno, 2012). 106 s., 6 s. příloh. Diplomová práce. Vysoké učení technické v Brně, Fakulta stavební, Ústav vodního hospodářství obcí.
5. EUREAU Position Paper, Water re-use and other alternative resources at home: rainwater harvesting and greywater recycling for domestic purposes, Working Group Microbiological Quality, Eureau-Commission 1, July, 2011
6. PALMQUIST, H., HANAEUS, J. Hazardous substances in separately collected grey- and blackwater from ordinary Swedish households. (2005):  Sci. Tot. Env., 348, pp. 151-163.
7. PLOTĚNÝ K. Dělení vod, bílé a šedé vody – nové poznatky a možnosti využití, Sborník semináře Vodohospodářské chuťovky Brno, ASIO, spol. s r.o. 2011, s 21-27.
8. BARTONÍK, A., HOLBA, M., VRÁNA, J., OŠLEJŠKOVÁ, M., PLOTĚNÝ, K. Šedé vody – možnosti využití jejich energetického potenciálu, Vodní hospodářství 2/2012, str.60-64
9. Merkblatt DWA-M 114 – Energiegewinnung aus Abwasseranlagen. Německo, červen 2009, ISBN 978-3-941089-65-5. 10. HORÁK, P.; KOŇAŘÍK, M., Uplatnění tepelných čerpadel v aktivních budovách, Konference SHK 2011 Brno, , ISBN 978-80-02-02310-4, 2011
11. VERSTEEG, H.K.-MALALASEKERA, W. An introduction to Computional Fluid Dynamics: Essex, Longan Scientific&Technical 1995, ISBN 0-582-21884-5.
12. POČÍNKOVÁ M, Teplo a energie z odpadních vod – využití tepla z odpadních vod k ohřevu teplé vody a k vytápění budov (DWA směrnice, ASIO spol. s r.o., Sborník semináře – Podzim 2011 – Energie z odpadních vod.
13. PLOTĚNÝ K., archív autora

Tento článek byl již v plném znění publikován ve sborníku k seminářům ASIO, spol. s r.o. „Pitná voda – novinky a souvislosti … aneb What's NEW? N-nutrients; E-energy; W-water“.

 

Kontakty

ASIO, spol. s r.o.
Kšírova 552/45
619 00 Brno
ID datové schránky: 9nwzka6

ASIO NEW, spol. s r.o.
Kšírova 552/45
619 00 Brno
ID datové schránky: z9g8vaw

tel.: 548 428 111
e-mail: asio@asio.cz
 


Chcete dostávat informace z oboru, pozvánky na akce, novinky a důležité informace? Přihlašte se!

required

required