Domovní ČOV – telemetrie a nové trendy v kontrole DČOV

16. 8. 2012

Z pohledu životního prostředí je tedy použití účinných a spolehlivých domovních čistíren odpadních vod a jejich efektivní provoz, významným prvkem. Výzkumy ukazují, že největším problémem je úroveň provozu ČOV. Tím nabývá dozor nad čistírnami stále většího významu. Jedním z možných způsobů řešení dozoru v budoucnosti je telemetrické sledování.

2. Zkušenosti z Německa

2.1 Dosavadní zkušenosti
Jak bylo uvedeno největší problém je provoz a jeho kontrola.

Dosavadní pokusy pro zlepšení provozu např. byly:
- právní opatření např.v Bavorsku a Sasku spočívající v privatizaci kontroly nebo přenosu kontroly na obce (nebo svazky obcí), neboť vodoprávní úřady nemají dostatečnou kapacitu,
- vývoj digitálních protokolů o kontrole provozu tak, aby došlo k souhře všech dotčených a zainteresovaných,
- certifikace firem provádějících dozor domovních ČOV,
- stanovení minimálních znalosti provozovatele domovní ČOV.

V současnosti probíhá diskuze o tom, zda a jak by se dalo využít dálkového sledování provozu domovních ČOV a nakolik má toto sledování smysl.

2.2 Provoz a dozor čistíren v Německu
Přenosem odpovědnosti za odpadní vody na uživatele pozemku je tento odpovědný za návrh, stavbu a provoz ČOV s výjimkou odvozu kalu fekálním vozem, za což odpovídá obec.

V průběhu provozování jsou následující fáze a odpovědnosti za ně:

Provoz domovní ČOV
Činnost	Vlastní provoz	Dozor	Uvedení do provozu	Odvoz kalu
Odpovědnost	uživatel	uživatel	Uživatel	Obec
Provedení	Uživatel Najatý odborník	Firma Odborník	Odborník	Obec, obcí zajištěná firma

Práce dozoru je v obecných stavebních předpisech, uvedení do provozu je pak popsáno pro vegetační ČOV v DWA-A 262. Požadavky na provoz mohou být součástí vodoprávního rozhodnutí. Obec odpovídá za odvoz kalu a pravidla jsou popsána v DIN 4261-1. Příslušné úřady (nižší vodoprávní úřady a stavební úřady) mají zajistit dozor.

Problémy při provozu a dozoru DČOV

Problémy jsou především:
- malý zájem provozovatele,
- s prosazením odborného provozovatele,
- s včasným a ekonomickým odvozem kalu,
- s nedůsledností vodoprávních úřadů při povolování a kontrole obsluhy.

Řešení ke zlepšení

Řešení ke zlepšení oblastí popsaných v předchozí kapitole:
- prosazení důsledné kontroly, s případným využitím elektronických protokolů,
- zlepšení díky využití dálkového ovládání a přenosu,
- odlehčení vodoprávním úřadům přenosem provádění kontroly na jiné subjekty.

Zavedení digitálního protokolu o dozoru
Vodoprávní úřady jsou povinné provoz domovních ČOV kontrolovat. Jeden z možných prostředků je vyhodnocování zpráv o provedeném dozoru pomocí speciálního software. Což mimo jiné ulehčí práci jak úřadům, tak i obcím zajišťujícím odvoz kalu.

Systém a software z Dolního Saska se rozšířil i do dalších spolkových zemí. Výhoda tohoto systému je v tom, že se všichni sjednotili na jednotné formě. Vedle toho existují ještě software provozujících firem. Všeobecně je výhodou možnost vyhodnocování jednotlivých jevů.

Bavorsko
Dozor nad čistírnami byl privatizován a je prováděn privátními odborníky z oblasti vodního hospodářství (PSW).Tito PSW jsou určeni ministerstvem ŽP, jsou povinně u uvedení do provozu, naběhnutí čistírny a pak posuzují provoz v intervalech 1x za dva roky.

Sasko
V Sasku jsou domovní čistírny vnímány jako rovnoprávné s velkými městskými čistírnami. Podmínkou je aby odpovídaly stavu techniky. K tomu pak přistupuje pravidelná kontrola provozu, neboť „ k správném provozu vede jen pravidelná kontrola“. Proto byl od 1.1.2007 změněna ustanovení o vlastní kontrole v tom, že je provádění kontroly je spojeno s odvážením kalu – toto bylo shledáno jako účinnější než kontrola vodoprávními úřady nebo odborníky (viz Bavorsko). Dozor je tak prováděn v rámci služby. Prosazení opatření pak zajišťují vodoprávní úřady.

3. Použití dálkového přenosu

3.1 Zkušenosti z Německa
V únoru 2008 se problematikou zabývala odborná skupina s cílem vytvořit dokument k dálkovému přenosu. V této skupině pracovali jak výrobci, tak i provozovatelé a úředníci. Cílem bylo optimalizovat jeho použití. Nová zařízení jsou většinou vybavena sběrem dat, která je možno stáhnout. Dálkový přenos přichází v úvahu u větších ČOV.

Možnost náhrady úkonů prováděných při vlastním provozování dálkovým přenosem.
Ukazuje se, že některé úkony prováděné při dozoru ČOV je možné nahradit dálkovým sledování a pak některé ne. Provádět dozor na dálku znamená sbírat a přenášet data o stavu objektu a případně pak informace k ovlivnění objektu.

Tabulka 1: Možnosti náhrady některých úkonů dálkovým přenosem

Možnost náhrady	Příklady
Úplná	- zda zařízení je pod proudem - povodeň nebo zatopení - motohodiny
Částečná
Není možná	- vzhled odtoku a vločky na odtoku - stanovení vyflotovaného kalu a jeho odstranění

Z tabulky je zřejmé, že je možné ušetřit provozovateli čas nad kontrolou provozu vytvořením digitální protokolu, ze kterého bude zřejmé, zda zařízení bylo funkční a kolik pracovalo hodin. Kontrola plovoucího kalu pak zůstane jako úkol pro osobní návštěvu.

Tabulka 2: Možnosti nahrazení prací při provozování

Náhrada	Příklady
Úplná	- kontrola elektrických agregátů - kontrola alarmu - kontrola výšky kalu v usazováku - měření parametrů v aktivaci	Např. fa. Huntmann Předpoklad jsou vhodné sondy
Částečná	- kontrola čerpadel - kontrola aerátorů - nastavení provozních hodnot - provedení záznamů do provozního deníku	Nenahradí na 100% Nenahradí na 100%
Zatím nemožná	- kontrola stavební části - kontrola větrání - kontrola velikosti bublin - kontrola plováků - celkový úklid - měření parametrů v biologii - kontrola nátoku	Jen nepřímo přes indikaci zaplavení

3.2 Stupně intenzity nasazení techniky na přenos

Je možné zvolit různý rozsah vybavení.

Tabulka 3: Různý rozsah vybavení

Stupeň	Popis stupně	Možnost použití
1	Náhrada vlastní kontroly	Provozovatel přenese povinnost sledovat na jiné
2	Dálkový dohled sběr dat na centrále decentrální reakce	Obec zajišťuje dozor jako službu Provoz sledují a na něj reagují dodavatelské firmy
3	Dálkové řízení - je možné na dálku nastavovat parametry	Dodavatelé zařízení nebo provozovatelé mohou na dálku provádět různé změny v nastavení
4	Zvýšení počtu přenášených informací nasazením speciálních sond 4a – kalová sonda 4b – odtoková sonda	Optimalizace odvozu kalu Možnost předávání informací provozovatelům nebo úřadům

Poznámka – Stupeň 2 je provozován na lokalitě Lipperverband. Dodavatel jej bude provozovat 10 roků a pak jej bezplatně předá obci do užívání. Přenos dat je pomocí telefonu.

Na základě přenosu dat je optimalizován servis.

Lze očekávat další rozšíření dálkového přenosu, neboť se tak omezí počet zbytečných jízd a ušetří čas. Podle stavu je možno objednávat náhradní díly a služby. Kvalifikovaní lidé mohou poskytovat poradenskou činnost na dálku. Na základě systému přenosu dat se dá vybudovat i celá organizace servisu. Dále je možno takto vytipovat slabá místa čistíren a provést opatření do budoucna. Čím je zařízení vybaveno více senzory, tím více provozních parametrů lze sledovat. Například plováky a čerpacích stanic, hladinoměry, průtokoměry u membrán, kyslíkové sondy u biologie nebo tlaková čidla u membrán. Pro provozovatele atd. nabízí Společnost pro pokročilou techniku místo na webu a informace (http:/www.gfai.de/kasko).

Nejpokročilejší je technika na měření výšky kalu. Data jsou přenášena na centrálu a na základě toho je prováděna logistika odvozu kalu z čistíren.

3.3 Možnosti přenosu dat

Data je v podstatě možno přenášet dvěma cestami – klasicky přes telefon nebo na bázi internetu. Přenos dat může být po síti nebo bezdrátově a analogový nebo digitální. Nejčastěji se dnes používá přenosový modul a GSM modem. Je tak možno použít hlášení poruch pomocí E-mailu nebo SMS. Pomocí speciálního software je možno se zařízením i komunikovat. Jsou však dnes i poskytovatelé systému založených na internetu. Kde je možné ukládání dat na webu. Oprávněné osoby pak mají přístup a možnost sledovat zařízení on-line. Přes SPS je možné klasifikovat chyby a případně je i řešit.

4. Výsledky projektu – aneb stav techniky v ČR

Také v ČR proběhla, zatím spíše na firemní úrovni diskuze o tom, jak by mohl vypadat telemetrický systém. Závěry diskuze se jen mírně liší od německých východisek a závěrů.

4.1 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 voda by 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:

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 hladiny usazováku
- kontrola funkce dosazováku
- kvalitativní analýza odtoku (např. amoniakální sonda)

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

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

4.2 Variantní řešení systému a řešení čidel a rozvaděče na ČOV
Pokud budeme uvažovat nad vhodností aplikace decentralizovaného čištění odpadních vod pro lokality do stovek ekvivalentních obyvatel, s akcentem především na lokality v řádech jednotek a desítek ekvivalent, dospějeme z hlediska komfortu obsluhy a cenové náročnosti řešení k rozdělení do několika skupin:
- prosté zjištění, zda čistírna mechanicky funguje,
- prosté zjištění, zda čistírna mechanicky funguje plus analýza základních odtokových parametrů,
- prosté zjištění, zda čistírna mechanicky funguje, její možné řízení a analýza základních odtokových parametrů,
- optimální komplexní řešení řízení a regulace čistírny a základní on-line analýza odtoku,
- komplexní řešení řízení, regulace čistírny a on-line analýzy odtoku.

Z tohoto souhrnu nám vypadává jako závěr nutnost instalace následujících kontrolních mechanismů, které budou dle výběru rozsahu monitoringu čistírny přivedeny na rozvaděč:
- funkce dmychadla (ano/ne),
- kontrola tlaku v přívodním potrubí vzduchu (odchýlení od nastavené hodnoty),
- existuje-li pohyb hladin v nádržích oběma směry,
- výška kalu v kalové nádrži,
- analýza odtokových parametrů, kdy hlavním sledovaným parametrem je NH4-N,
- kontrola provozování – monitorování vstupů, zasílání údajů o funkci a servisu,
- další funkce, např. on-line analyzátory, dávkování koagulantu na srážení fosforu, dávkování dezinfekčního činidla na dezinfekci vyčištěných odpadních vod, kontrola fluxu pro membránové čistírny.

Koncepce 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.

První vzorová řešení již pracují ve dvou čistírnách nejmenší kategorie (viz dále); zde je třeba ovšem zdůraznit úskalí fotovoltaických zdrojů, kterým je nedostatek slunečního záření v zimních měsících. Pokud by měla čistírna fungovat celoročně, musel by být fotovoltaický zdroj mnohonásobně předimenzován a stal by se tak neúměrně nákladným; možným řešením je další alternativní zdroj – malá větrná elektrárna nebo přenosný benzínový agregát.

4.3 Architektura monitorovacího systému
Decentralizovaný systém čistění 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. Systém tedy bude pomocí elektronických snímačů spojitě vyhodnocovat vybrané parametry pomocí řídícího modulu; jejich výběr je v tomto okamžiku předmětem širší diskuse. Mikroprocesor řídícího modulu 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 (popř. i provozovatele systému decentralizovaného čistění). Ten pak z obsahu hlášení (příklad: „NEFUNKČNÍ DMYCHADLO NA ČISTÍRNĚ U DOMU Č. 265!“) posoudí rozsah potřebného servisního zásahu a jeho včasným provedením vyloučí možnost vzniku havarijních stavů čistírny. Zamýšlenými součástmi systému budou i nástroje administrace. Pro kontrolu a doby servisních zásahů je uvažována elektronická identifikace zahájení a ukončení činnosti na čistírně včetně osoby technika. Tato hlášení je možné přenášet na pracoviště provozovatele pro kontrolu fakturací a včasnosti prováděných prací. Uvažovány jsou v budoucnu i archivace dat statistické povahy, např. množství systémem vyčištěných odpadních vod, odtékajících do vodoteče, havarijní stavy a jejich výskyt na jednotlivých čistírnách apod.

4.4 Provozní zkušenosti na vybraných lokalitách
Navržený systém kontrolních mechanismů a telemetrický přenos je v současné době testován na čtyřech vybraných lokalitách. Základním pracovištěm je zkušební polygon firmy ASIO, který skýtá velké možnosti v experimentování s řídícími procesy. Ověření funkce systému je prováděno porovnáváním elektronicky snímaných hodnot vybraných parametrů s výsledky laboratorních rozborů. Podle předpokladu lze konstatovat souhlas s výroky výrobců domovních čistíren odpadních vod, že jsou-li dodržena všechna pravidla provozu, kvalita odtokových vod splňuje požadované parametry. Zejména porovnání výsledků kontinuálního elektronického rozboru amoniakálního dusíku v odtokových vodách odpovídá laboratorním testům. Další práce ve vývoji systému budou zaměřeny na zdokonalení řídícího procesu aerace v závislosti na fázi rozvoje bakteriálních kultur a jejich kvalitě a provozním zatížení čistírny, dané počtem obyvatel a denní dobou. Nezanedbatelný vliv má řízení aerace na množství spotřebované energie; i jeho snížením šetříme své životní prostředí. Rovněž automatizací některých dosud ručně prováděných údržbových činností lze dosáhnout mimo zvýšení komfortu i lepších výsledků čisticího procesu.

Prudký rozvoj technologií sdělovacích prostředků, informačních technologií a jejich snadná dostupnost na trhu dnes umožňuje přenos dat prakticky z jakéhokoliv místa kamkoliv. Během testování systému, kdy pracoviště provozovatele či technika jsou nahrazena monitory vývojových pracovníků, nenastal za běžných okolností výpadek datových toků z řídících modulů; výjimku tvořilo pouze období letních bouřek, které způsobily výpadky v dodávce elektrické energie; po jejím obnovení systém opět pracoval bezchybně.

5. Závěr

Centralizované řízení systémů decentralizovaného čištění odpadních vod pomocí telemetrie představuje především pro malé obce excelentní řešení problémů s čištěním odpadních vod, dodržováním předepsaných odtokových parametrů u čistíren a sofistikovanou a cílenou údržbou těchto systémů. Navržený koncept představuje pohodlné a komfortní řešení jak pro provozovatele systému, tak pro zákazníka a umožňuje předcházet potenciálním problémům. Struktura systému navíc umožňuje úspěšnou aplikaci jak pro velké množství připojených zákazníků, tak pro větší obce.

Ing. Karel Plotěný, Ing. Marek Holba, Ph.D.

Tento článek byl již v plném znění publikován ve sborníku k semináři ASIO, spol. s r.o. „Vodohospodarske chutovky aneb Las Tapas“ (únor 2011).

Poděkování
Tento projekt je realizován za finanční podpory z prostředků státního rozpočtu prostřednictvím Ministerstva průmyslu a obchodu ČR, v rámci programu Tandem: Projekt FT-TA5/012 - Decentralizované čištění odpadních vod s telemetrickým řídicím systémem pro malé obce.

Použitá literatura:
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.
EPA Guidelines: Voluntary National Guidelines for Management of Onsite and Clustered (Decentralized) Wastewater Treatment Systems, EPA, 2003.
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.
DWA :Sborník 2.Aachener Kongress dezentraler Infrastruktur – článek od Katrin Flansche – Hannover – Telemetrické sledování DČOV.