Monitorování malých ČOV

Datum: 20.8.2015
Je zřejmé, že řešení odvádění odpadních vod z menších obcí a z některých lokalit se neobejde bez nasazení domovních a malých čistíren odpadních vod. Nejčastějším problémem domovních čistíren je zajištění jejich kontroly a rychlá detekce závady, čehož lze docílit použitím monitorovacích prvků.

V dnešní době by již neměl být problém najít technické řešení tohoto problému a zavést jej do praxe (řada řešení je k dispozici). Stačí jen, aby byly vytvořeny legislativní podmínky a legislativní tlak jako důvod, proč a kdy monitoring s dálkovým přenosem vyžadovat. Tento příspěvek shrnuje technické možnosti přenosu. V rámci přednášky pak budou zmíněny další aspekty použití monitorování provozu čistíren odpadních vod.

Je zřejmé, že řešení odvádění odpadních vod z menších obcí se neobejde bez nasazení domovních a malých čistíren odpadních vod. Po tom, co se ukazuje, že není problém dosahovat u malých čistíren srovnatelných výsledků (jak po stránce kvality odtoku, tak i po stránce ekonomické) s většími čistírnami, se jako nejčastější rozumný argument proti využití individuálních  čistíren objevuje to, že tyto čistírny není možné efektivně kontrolovat. Což v době, kdy jsou k dispozici ledničky, které upozorňují uživatele, že si má doplnit zásobu piva, je tvrzení dost alibistické a přímo vybízející k tomu, aby byl co nejrychleji dokázán opak.

V současné době elektronických systémů a mobilních aplikací se přímo nabízí možnost využít tyto „vymoženosti“ i pro oblast malých domovních čistíren odpadních vod (ČOV) a dodávat s čistírnou i monitorovací systém v rozsahu odpovídajícím požadavkům na zabezpečení lokality. V některých případech pak může být motivací pro instalaci monitorovacího systému optimalizace nákladů na provozování a bezproblémový provoz.

V každém případě se jedná o neopomenutelný prvek, který by v budoucnu měl být legislativně vyžadován tam, kde hrozí bezprostřední nebezpečí větších škod na životním prostředí nebo provozovateli za nedodržení podmínek vodoprávního rozhodnutí – např. u domovních čistíren v CHKO nebo při skupinovém nasazení domovních čistíren v obci.

Samotné monitorovací systémy jsou založeny na principu přenosu informace o aktuálním stavu směrem k uživateli, tudíž je nutné, aby zařízení v místě ČOV mohlo komunikovat na dálku. Proto je zapotřebí pokrytí signálem mobilního operátora (GSM/GPRS - SIM karta), případně pevného či WIFI připojení k internetu. Spotřeba elektrické energie je natolik malá, že lze napájet pomocí baterie a fotovoltaického panelu. Předpokládá se však většinou napojení se na elektrickou síť - zásuvku pro dmychadlo.

Monitorování malých ČOV

Celý systém je založen na tom, že majitel nemovitosti byl při rekonstrukci či výstavbě legislativou nucen pořídit si vlastní ČOV, např. kvůli nevyskytující se splaškové kanalizaci, a má důvod pro to, aby měl svoji čistírnu „pod kontrolou“ 24 hodin denně pomocí monitorovacího systému. Tyto systémy jsou již nabízené konkurencí i v naší republice, výhodou našich systémů je však cena, která začíná v řádech jednotek tisíc korun.

Pod slovy „monitorovací systém“ si můžeme představit soustavu čidel, řídicí systém, vysílací a přijímací část. Tyto komponenty by měly být po stránce ekonomické postaveny na tom, že jsou výhodnějším řešením, než z hlediska bezpečnosti provozu budovat za každou cenu dlouhou splaškovou kanalizaci, a tak umožnit, aby byla odpadní voda čištěna co nejblíže místa, kde vznikla. Pro většinu majitelů/provozovatelů je často domovní čistírna považována za nutné zlo, zbytečně zatěžující jejich rozpočet, pozornost a čas, který se dá využít určitě efektivněji než pravidelnou kontrolou a údržbou čistírny. Proto je logická snaha najít řešení, které bude ekonomicky zajímavé a zároveň uživateli umožní bezproblémový provoz, tj. odhalí včas poruchy či nestandardní stavy systému a informuje o nich majitele, nebo díky centrálnímu sběru dat upozorní dodavatele provozování.

Nejjednodušším systémem pro přenos dat z pohledu provozovatele ČOV je GSM (Global System for Mobile Communication), kdy se cena jednotlivé informace odvíjí od ceny sms zprávy daného operátora, od kterého máme SIM kartu, a není zapotřebí prakticky žádné další stavební připravenosti či nastavování komunikace. Stačí pouze zadat číslo, kam se sms zprávy budou posílat. Většina operátorů poskytuje přímo tarify, které jsou určeny pro „GSM brány“. Další možností je připojení se na ethernetovou zabezpečenou síť v nemovitosti, která však může být z pohledu provozovatele komplikovaná, a to ať už kvůli natažení datového kabelu k ČOV nebo WIFI vysílači či nastavení místní sítě. Výhodou však je možnost přenosu většího množství informací, možnost sledovat parametry v „reálném čase“ během standardního procesu, a to vše v rámci domácnosti zdarma. V případě tohoto připojení lze vše sledovat přes webové stránky nebo pomocí aplikace v mobilním telefonu.

Definice provozních stavů čistíren odpadních vod

Provozní stavy lze rozdělit na monitorování mechanických částí ČOV a na monitorování technologických procesů, případně na kontrolu pravidelného provádění údržby a servisních prací. Lze konstatovat, že pokud fungují mechanické části ČOV, je předpoklad funkčnosti celé ČOV poměrně vysoký. Odtok nedostatečně vyčištěné vody pak hrozí v případech zhoršení vlastností natékající vody např. tím, že by voda obsahovala toxické látky nebo těžko odbouratelné organické látky. Další (častou) příčinou je neprovozování čistírny, tj. zanedbání provozu, údržby a servisu. Shrneme-li možné stavy, dospějeme k následujícímu:

a)      monitoring mechanických částí a technologických procesů čistírny:
-        kontrola chodu dmychadla a elementu měřením objemu dodávaného vzduchu
-        kontrola činnosti mamutky a elementu
-        vyhodnocení množství kalu v kalové části
-        měření výšky plovoucích a flotujících látek
-        měření podtlaku a průtoku u membránových ČOV
-        měření hladiny usazováku
-        kontrola funkce dosazováku
-        kvalitativní analýza odtoku (např. amoniakální sonda)

b)      automatické řízení provozu:
-        optimalizace odtahu přebytečného kalu
-        nastavení režimu dovolená
-        optimalizace množství dodávaného vzduchu
-        optimalizace odtahu vyčištěné vody v závislosti na nátoku

c)      monitorování servisních prací:
-        vstup do čistírny (kontrola neoprávněných vstupů)
-        revize: popis stavu
-        popis provedených úkonů – popis servisních prací, množství odvezeného kalu, atd.

 AS-GSM monitorování provozu domovních ČOV
Obr.: Ukázka ČOV AS-VARIOcomp K ROTO s osazenými čidly pro monitorovací systém

Doposud málo používanou technikou je kontrola funkce čistírny na základě jediného odtokového parametru, kterým je amoniakální dusík. Tento přístup byl převzat z rakouské normy do 50 EO (Önorm B 2502-1:2007), která stanovuje odtokové limity pro čistírny do 50 EO pro BSK5 = 25 mg/l; CHSK = 90 mg/l; TOC = 30 mg/l; usaditelné látky 0,3 ml/l a NH4-N při teplotě nad 12°C do 10 mg/l. Nicméně zde platí dle odstavce 10.2.2, že pokud je při kontrole dosaženo odtokové hodnoty NH4-N nižší než 5 mg/l, pak není třeba provádět analýzy dalších kvalitativních parametrů a čistírna se považuje za funkční. Pro prohlášení čistírny za funkční tak stačí stanovení pouze jediného parametru. Zatímco v Rakousku jsou tyto kvalitativní analýzy prováděny pomocí přenosných měřících kitů na amoniak, my jsme se v našem řešení přiklonili k instalaci amoniakálních sond, jejichž výstupy mohou být zpracovávány a dálkově přenášeny na centrální pracoviště. Tyto systémy s iontově selektivními elektrodami jsme vyvinuli v rámci projektu „Decentralizované čištění odpadních vod s telemetrickým řídicím systémem pro malé obce“, kde se nám podařily minimalizovat náklady na přibližně desetinu běžně nabízených systémů pro měření amoniaku.

V České republice prozatím nebyl, až na výjimky (Vaverková, 2010), proveden monitoring, zda by takováto metoda nalezla uplatnění a příp. oporu v legislativě. V rámci této diplomové práce bylo vyhodnoceno téměř 200 čistíren odpadních vod a závěry podložené statistickou analýzou říkají, že pokud je u čistíren pod 50 EO odtoková koncentrace NH4-N pod 10 mg/l, tak odtoková koncentrace BSK5 nebyla vyšší než 24 mg/l, čímž se jen potvrzují předpoklady z rakouské normy. Naše řešení tedy předešlo zákon 416/2010 Sb., který nařizuje hodnoty amoniaku pod 20 mg/l a my možností tohoto měření disponujeme již přibližně 5 let.

Naše řešení

Koncepce našeho řešení předpokládá telemetrické stanovení kontroly stavů na čistírně tak, aby sledování provozních funkcí a parametrů čistírny optimálně vystihovalo efektivitu čistícího procesu a současně bylo umožněno dálkové řízení základních procesů. Pomocí čidel je realizována okamžitá i dlouhodobá kontrola procesu čištění s tím, že budou definovány rozsahy standardních stavů na čistírně a veškeré nestandardní stavy budou zobrazovány na centrálním pracovišti či počítači provozovatele.

Při decentralizovaném systému pro malé obce čištění své centrum přece jen mít bude, a to centrum dohledu a servisu. Současně předpokládaný trend uvažuje s elektronickým přenosem vybraných provozních stavů (viz výše) k zajištění nezávislé údržby a kontroly jednotlivých čistíren. Nezpochybnitelnou výhodou tohoto řešení je fakt, že potřebné úkony provede servisní pracovník, dokonale obeznámený s konstrukcí a provozními vlastnostmi čistírny; zaškolení servisního pracovníka si provede dodavatel. Takto definovaný systém zaručí kvalifikovanou obsluhu a servis na vysoké úrovni a vyloučí nežádoucí vliv liknavosti, nedbalosti či případné nedostatečné technické zdatnosti některých uživatelů, potažmo ochoty se „své“ čistírně věnovat.

Systém tedy bude pomocí elektronických snímačů spojitě vyhodnocovat vybrané parametry pomocí řídící jednotky. Mikroprocesor řídícího jednotky bude soustavně kontrolovat, zda se výstupní signály snímačů pohybují v předem definovaných mezích, přičemž některé použije pro další řízení procesů. Vychýlí-li se kterýkoli z parametrů mimo toleranci, řídící modul stav vyhodnotí a v podobě zprávy s několika úrovněmi důležitosti přenese hlášení na pracoviště servisního technika či provozovatele v podobě např. majitele nemovitosti. Ten pak z obsahu hlášení (příklad: „DMYCHADLO MIMO PROVOZ, ČOV HOŠTICE ŠKOPKOVÁ 12!“) posoudí rozsah potřebného servisního zásahu a jeho včasným provedením vyloučí možnost vzniku havarijních stavů čistírny.

Monitorovací systém lze využít i krátkodobě při hledání příčin opakujících se selhání ČOV. Jedná se pak třeba o možnosti vyhodnocení průběhu zanášení membrán u membránových čistíren - zda k němu docházelo postupně či během několika dnů kvůli nedodržení pravidel provozu ČOV obyvateli nemovitosti. Takto také lze monitorovat kvalita odtokových parametrů, v našem případě amoniaku, a tím zjistit, zda ke zvýšeným hodnotám na odtoku dochází krátkodobě nebo se jedná přetrvávající problém.

V rámci našeho vývoje byly nasazeny monitorovací systémy na malé domovní čistírny v obcích Loukov, Lelekovice, Bukovinka, Otmarov a na zkušebním polygonu městské ČOV v Ivančicích. 

Závěr

Monitorovací systémy pro všechny typy čistíren odpadních vod se jistě stanou rutinní záležitostí. S počtem aplikací vzroste poptávka, a tudíž poklesnou i investiční náklady. Pokud tedy chceme omezit zásahy „člověka“ na minimum, budeme s výhodou těchto systémů v budoucnu využívat. Rozsah je dán vždy už jen typem čistírny a požadavky provozovatele. Typy datových přenosů umožňují centrální sběr dat a tedy využití pro malé i větší obce, u kterých se z důvodu vzdáleností mezi jednotlivými domácnostmi nevyplatí budování kanalizační sítě a centrální čistírny odpadních vod.

Ing. Miroslav Plotěný
Ing. Karel Plotěný

Tento článek byl v plném znění publikován ve sborníku konference „Řešení extrémních požadavků na čištění odpadních vod“, únor 2015.

Poděkování:

Tento projekt je realizován za finanční podpory z prostředků státního rozpočtu prostřednictvím Technologické agentury České republiky (TA ČR) v rámci programu TA - Program aplikovaného výzkumu a experimentálního vývoje ALFA (2011-2016), projektu TA02020341 - Nízkozatěžované biologické dočišťovací rybníky (2012-2015, TA0/TA).

Použitá literatura:

Holba M., Plotěný K., Sládek K., Tomšů J. Aplikace centralizovaného telemetrického řídícího systém pro decentralizované čištění odpadních vod, Vodní hospodářství. Roč. 60, č. 12 (2010), s. 347-349. ISSN 1211-0760

EPA Guidelines: Voluntary National Guidelines for Management of Onsite and Clustered (Decentralized) Wastewater Treatment Systems, EPA, 2003.

Rose R.P.: Septic Tanks - Good or Evil? The Future of Manager Decentralized Wastewater Treatment in New Mexico, In Rocky Mountain Section, American Water Works Association and Rocky Mountain Water Environment Association Annual Conference - September 12, 2001.

EPA: Handbook for Managing Onsite and Clustered (Decentralized) Wastewater Treatment Systems: An Introduction to Management Tools and Information for Implementing EPA’s Management Guidelines, 2005.

Hamilton B.A., Pinkham R.D., Hurley E.: Valuing Decentralized Wastewater Technologies: A Catalog of Benefits, Costs, and Economic Analysis Techniques, Rocky Mountains Institute, 2004.

Etnier, C. J. Willetts, C. A. Mitchell, S. Fane, and D. S. Johnstone: Decentralized Wastewater System Reliability Analysis Handbook. Project No. WU-HT-03-57. Prepared for the National Decentralized Water Resources Capacity Development Project, Washington University, St. Louis, MO, by Stone Environmental, Inc., Montpelier, VT, 2005.

Tomšů J.: Decentralizované čištění odpadních vod s centralizovaným telemetrickým řídícím systémem, Odborný seminář: Decentralizované nakládání s odpadními vodami, Kongresové centrum BVV Brno, 2009.

Önorm B 2502-1:2007: Kleinkläranlage für Anlagen bis 50 Einwohnerwerte.

 

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