Nepravidelně obývané objekty a jejich řešení z hlediska odvádění odpadních vod

17. 11. 2017

Není dnes většinou problém najít vhodné, dobře fungující zařízení na čištění odpadních vod pro objekty, které jsou stále a rovnoměrně obydlené, a tedy i produkující v průběhu času víceméně konstantní množství odpadních vod. Komplikovanější z pohledu čištění a dosahování odtokových parametrů jsou čistírny pro objekty nepravidelně obývané s měnícím se počtem obyvatel, nebo dokonce s přerušovaným bydlením. Mechanické přiřazování čistírny k objektu podle počtu obyvatel vede k nežádoucím efektům – ani sebelepší čistírna třidy III nezabezpečí čištění odpadních vod z objektu, který je obýván přerušovaně, pokud na to není přizpůsobena. Nerovnoměrnost je tedy třeba řešit, a to individuálním přístupem, na druhé straně z důvodů cenových a provozních nejlépe unifikovaně, a tedy co nejjednodušeji. Technická řešení jsou k dispozici.

Rozdělní nepravidelně obývaných objektů (NOO)

Nepravidelně obývané objekty z pohledu čištění odpadních vod jsou ty, kde produkce odpadních vod kolísá v průběhu týdne, měsíce a roku (denní nerovnoměrnost je řešena většinou již při návrhu konstrukce samotné čistírny). Nepravidelnostmi má smysl z praktického hlediska se zabývat, pokud dosahují desítek procent – např. když zatížení klesá na více dnů pod méně než 30-40 % navržené kapacity, vliv je třeba zvážit individuálně s ohledem na dobu trvání takových stavů a s ohledem na technologické parametry čistírny.

Podle nepravidelnosti v produkci odpadních vod se nerovnoměrnosti dají dělit na:

1. víkendové (typický průběh je změna zatížení v průběhu týdne i o více než 50 %, nebo střídání byt x chata o víkendu),
2. sezónní (zpravidla předvídatelné, občasná návštěva chaty, dětský tábor, turistická sezóna, horské hotely – hlavní sezóna 100 %, slabá sezóna 20-50 % a mimo sezónu do 20 %),
3. nárazové (zpravidla konání nárazových akcí, turistika na exponovaných místech).

Z hlediska návrhu vhodného řešení je pak nutné zohlednit ještě velikost zdroje a také to, kam bude vyčištěná voda vypouštěna z hlediska hydrogeologického.

Problémy spojené s čištěním odpadních vod z NOO

V současnosti je nejrozšířenější způsob čištění založený na aerobním bakteriálním rozkladu organických látek (malé aktivační čistírny odpadních vod ), který převládl díky nízkým investičním nákladům na pořízení těchto technologií (dmychadýlko + aerační element je levnější než větší objemy potřebné pro anaerobní čištění, nebo nosiče pro biofilmové reaktory). S aktivačními procesy jsou však spojena i rizika vyplývající z jejich větší citlivosti na průběh procesu čištění. Hrozí např. rozpad vloček aktivovaného kalu při podtížení nebo nevhodném složení odpadních vod např. podstatné změně pH (nárazově větší množství moči, velký podíl vod z myčky nebo kondenzačního kotle), a tak je třeba při návrhu těchto technologií brát v potaz i nerovnoměrnost nátoku a rizika eliminovat technickými opatřeními, nebo zvolit jinou technologii.

DENNÍ NEROVNOMĚRNOST A JEJÍ ŘEŠENÍ

Obvykle je s řešením ranních a večerních špiček uvažováno při návrhu čistírny a denní nerovnoměrnost je zohledněna i při zkoušce typu při certifikaci čistírny. Nejčastěji zohlednění spočívá v dostatečné velikosti dosazovací nádrže u protékaných systémů, v dostatečném objemu u SBR nebo dostatečném vyrovnávacím prostoru v samotné čistírně. Příkladem takové čistírny je čistírna, kde je vyčištěná voda kontinuálně čerpána mamutkou z dosazováku do odtoku, a tak se během dne vytváří akumulační prostor, který se naplní v době špiček, což je ideální řešení tam, kde je malý vodní tok, nebo je zasakována.

Obr. 1 ČOV s vyrovnávacím prostorem s řešením s mamutkou na odtoku

Poznámka a odbočka, a tak trochu provokující úvaha.

Nedalo by se z nerovnoměrnosti udělat výhodu? Dalo, „ideální“ čistírny „neprodukující“ kal, dokážou využít denní nerovnoměrnosti k nenápadnému odkalení do odtoku (vzorky se v ranní nebo večerní špičce neodebírají a ani dvouhodinový vzorek je nic neříkající) a čistírna pak v podstatě nepotřebuje odvážet kal a zdá se, že ho ani neprodukuje. Ale nedá se věřit všemu, pokud uvěříte tomu, že kal jen tak zmizí – můžete narazit při vypouštění vyčištěné vody z takové čistírny do zásaku, tam kal nezmizí, ale zakolmatuje zasakovací objekt.

Zde se nabízí přímo kacířská myšlenka: Co když je možné takový způsob likvidace kalu (odkalování malého množství aerobně stabilizovaného kalu do odtoku) tím nejekologičtějším postupem z hlediska životního prostředí – nevzniká odpad a není třeba kal odvážet a nákladně likvidovat. Dnešní obvyklý stav je, že ti uvědomělejší ho odčerpají na zahradu a „pohnojí“ s ním např. stromy nebo technické plodiny, s čímž se legislativa nějak neumí vyrovnat a co nejekologičtěji poprat - nejjednodušší řešení je alibisticky prohlásit: „odvést na velkou čistírnu“. Ale je to zároveň i nejekologičtější a nejlepší dostupné řešení (BAT), ke kterým se tak demonstrativně hlásíme, když prosazujeme stále přísnější požadavky? Myslím, že ne.

ŘEŠENÍ VĚTŠÍCH NEROVNOMĚRNOSTÍ U NOO

Možností je hned několik:

1. voda se nebude čistit v místě vzniku – bude odvezena po akumulaci v bezodtoké jímce nebo odvedena veřejnou kanalizací na jinou čistírnu;
2. technickým opatřením, např. vyrovnávací nádrží nebo dávkováním externího substrátu bude zrovnoměrněn nátok hydraulicky anebo jen látkově. Stejně tak je možné eliminovat (snížit) látkovou nerovnoměrnost např. oddělením moči a jejím separátním řešením;
3. Technickými opatřeními, při kterých se přizpůsobí provoz čistírny, změní se množství aktivovaného kalu nebo objemy čistírny.

Na vyrovnávání se s nerovnoměrnostmi má vliv již na začátku volba vhodné technologie, k dispozici máme extenzivní řešení – sestavy septiku + vertikálního filtru nebo vegetační čistírny nebo kombinace anaerobních a aerobních způsobů nebo různé typy aktivace, z nich se pro nerovnoměrný provoz nejvíce osvědčuje SBR reaktor.

Tyto technologie je pak možné kombinovat s technickými opatřeními na zmírnění nerovnoměrností nebo technickými opatřeními přímo na technologii čistírny. Většinou se jako nejefektivnější ukazuje při návrhu tzv. NASS (tj. začít řešit problém již v rámci ZTI s využitím dělení jednotlivých typů vod), základem v tomto případě je oddělení moči, které je relativně malé množství, a přitom obsahuje největší podíl dusíkatých sloučenin. Ideální je se na problém podívat komplexně, a tedy nakonec bude výsledkem kombinace více opatření.

Obr. 2 Schéma NASS – dělení vod jako základ opatření k řešení nerovnoměrností

JÍMKA NA VYVÁŽENÍ

Z hlediska BAT a i současné legislativy, viz prováděcí vyhláška ke stavebnímu zákonu 501/2006_Sb. , by toto řešení mělo přicházet v úvahu, jen když neexistuje jiná možnost – přednost decentrálních řešení před jímkou na vyvážení je dána viz § 24b. Odvážení odpadní vody je i proti pravidlům udržitelnosti – problém má být řešen co nejblíže místu vzniku a nemá být přenášen jinam. Dnešní náhled legislativců je sice trochu jiný, ale dá se dokázat, že vyvážení na ČOV je ve velké většině případů nejméně ekologický způsob a jeho prosazování je důsledek negativní kampaně proti decentrálním řešením a snahou ušetřit si práci při povolování, a také asi alibismem.

EXTENZIVNÍ TECHNOLOGIE

Řešit nerovnoměrnosti u malých objektů (typickým představitelem je víkendově obývaná rodinná chata) lze alternativně a asi i nejefektivněji sestavou septik (nebo anaerobní reaktor, as-anasep) a vertikální filtr. Populární se tak, a to nejen v České republice, opět stávají extenzivní technologie, jejichž předností, pokud jsou dobře navrženy, jsou stabilita a minimální nároky na obsluhu. Vyšší investiční náklady jsou tak vyváženy jinými přednostmi, ceněná je především bezstarostnost. Přičemž dosahované parametry odtoku jsou obdobné jako u aktivačních čistíren, a to i v době přerušovaného provozu - viz výsledky zkoušky typu Tab. 1.

Obr. 3 Sestava septik (AS-ANASEP) – vertikální filtr (AS-ZEON)

V následující tabulce jsou pak uvedeny hodnoty dosažené vertikálním filtrem v sestavě s AS‑ANASEP – z nich je vidět, že extenzivním způsobem se dá dosahovat hodnot obdobných, jako dosahují aktivační čistírny. Nevýhodou jsou vyšší investiční náklady, výhodou naopak minimální provozní náklady, stabilita a bezproblémový provoz i u NOO.

Tab. 1. Nátokové a odtokové parametry dosažené při oficiální zkoušce typu

Tyto typy čistíren se v minulosti osvědčily v Rakousku, kde po vydání předpisu vyžadujícího biologické čištění byly jedním z nejčastějších řešení pro uvedení čištění odpadních vod do řádného stavu. Dobré zkušenosti jsou s nimi i u objektů typu horská chata – kde se cení jak stabilita, tak i minimální požadavky na provoz, a to je cenné zejména v zimním období.

KOMBINACE ANAEROBNÍ A AEROBNÍ TECHNOLOGIE

U průběžně užívaných větších objektů je jedním z řešení i přímo kombinace anaerobní čistírny a aktivace. Na jedné straně se tak dá řešit intenzivně nerovnoměrnost, co se týká odstranění organického znečištění – problematická může být nitrifikace a denitrifikace.

NÁRŮSTOVÉ KULTURY

V nedávné minulosti to byly velmi často používané technologie, které se díky nárůstovým kulturám – biofilmům dokázaly vypořádat s některými nerovnoměrnostmi lépe než aktivační procesy. Z důvodů cenových řada výrobců tyto čistírny z nabídky stáhla, a to i přesto, že dosahovaly velmi dobrých výsledků i co se týká nitrifikace. Např. ASIO, spol. s r.o. má doposud v Rakousku několik desítek takových čistíren, které bezproblémově splňují požadavky Rakouské normy (ukazatel NH4-4 do 15 mg/l) a to i u nepravidelně obývaných objektů.

Obr. 4 ČOV s biofilmovým reaktorem se osvědčila i v podmínkách Rakouských Alp.

AKTIVACE

Dnes nejčastěji používaná technologie s nejlepším poměrem výkon/cena. Na druhé straně technologie labilnější než technologie, u kterých je biomasa fixována na nějaký nosič, a tedy i citlivější na nerovnoměrnosti v zásobování živinami a na změnu chemismu. Z tohoto důvodu je proto nutné častěji zvažovat i další technická opatření na zrovnoměrnění nátoku, nebo znečištění (vyrovnávací nádrž nebo dávkování substrátu) nebo proces modifikovat tak, aby se z něj neztrácely mikroorganismy – což je možné např. při použití SBR nebo MBR (membránových technologií).

VYROVNÁVACÍ NÁDRŽ

Je častým řešením u větších objektů, u menších objektů se používá výjimečně, a to z důvodů vyšších technických nároků na obsluhu. Používá se zpravidla jen pro vyrovnání týdenních výkyvů, pro delší období by byly potřebné velké objemy a tím i investiční náklady.

DÁVKOVÁNÍ SUBSTRÁTU

Zatím málo používaný způsob, ale do budoucna – zejména v případě zvýšení kontrolní činnosti, perspektivní způsob zabezpečující za rozumné náklady dosažení nejpřísnějších parametrů na odstranění dusíku. Ukazuje se, že jeden EO se dá nahradit dávkováním substrátu v ceně 3 Kč/den. Princip spočívá v tom, že v době, kdy poklesne zatížení pod únosnou mez (zatížení kalu pod 0,025 kg/kg), došlo by k úbytku bakterií nebo rozpadu vloček, je dávkován substrát s vysokým obsahem dobře rozložitelných látek a tím, se v systému udrží potřebné množství aktivovaného kalu a systém je stále připravený na hodnoty, na které je projektovaný. Samotná instalace dávkovacího zařízení je pak otázkou cca desetitisíce korun. Z hlediska provozního má smysl instalovat taková zařízení tam, kde je obsluha tj. např. u penzionů, hotelů a spuštění dávkování substrátu lze propojit s obsazeností. V ideálním případě např. s prací recepční.

Obr. 5 Dávkovací čerpadlo na substrát

SBR

Je druh aktivačního procesu, který se z pohledu řešení nerovnoměrností vyrovnává s nimi nejlépe. Je to dáno tím, že separace vloček je prováděna diskontinuálně a díky způsobu sedimentace (při sedimentaci dochází k fixaci i menších vloček na větší) uteče do odtoku méně vloček aktivovaného kalu, díky tomuto uspořádání se dosahuje i lepšího kalového indexu (sedimentačních vlastností) a proces je tak stabilnější. Tyto výhody se uplatní především v době, kdy se vločky rozpadají následkem nízkého zatížení, nebo naopak při náběhu na vyšší zatížení a tvorbě nových lehčích vloček. Tedy u stavů obvyklých u NOO.

Obr. 6 Příklad uspořádání aktivační ČOV s SBR

MBR

Další technologií využívající aktivačního procesu jsou membránové technologie. Jejich předností je to, že membrána zabrání úniku i rozpadlých vloček a proces je tak mimořádně stabilní – navíc membrány s otvory v oblasti ultrafiltrace jsou schopny vodu i hygienizovat. Nevýhodou jsou vyšší provozní náklady a potřeba kvalifikované osoby. Proto se MBR doporučuje tam, kde je v objektu osoba schopná se takové technologii věnovat. A tam kde se vyčištěná voda dá i znovu účelně použít.

Obr. 7 Schéma a řez malou membránovou čistírnou odpadních vod

NASS (Netradičně aranžovaná sanitární sanitace)

V původních představách byl potenciál NASS spatřován především pro těžko přístupné a náročné vesnické oblasti s nevýhodným prostorovým rozložením a nadstandardními ekologickými požadavky. V současnosti existují průzkumy a analýzy, které zkoumají, jaký přínos mohou tyto systémy mít při zohlednění stávajících prostorových sociodemografických a technologických aspektů a jaké mohou mít ekonomické výhody ve srovnání s jinými decentrálními řešeními v oblasti odvádění odpadních vod. Díky bezvodým a úsporným systémům, které do skupiny technologií NASS patří, se zmenšuje množství odpadních vod a úměrně i s tím spojené náklady. V případě řešení NOO je pak významným prvkem možnost oddělit moč, která obsahuje většinu dusíku a fosforu v odpadní vody. Oddělením moči pak významně poklesnou i náklady na biologické čištění – nitrifikace a denitrifikace jsou procesy vyžadující odpovídající a z pohledu nákladů významné objemy nádrží.

Obr. 8 Bezvodé pisoáry a kompostovací toalety jako prvek NASS

VHODNÉ KOMBINACE

Obvykle je vhodné kombinovat odpovídajícím způsobem zvolenou technologii se způsobem provozu, který podporuje dosažení požadovaného stavu. Nejčastějším problémem v praxi je dosažení hodnot pro odstranění dusíkatého znečištění, a tak se nabízí využití NASS a to odděleného zacházení s močí nebo využití suchých (kompostovacích) toalet.

ZÁVĚR

Řešení objektů s nerovnoměrným nátokem je inženýrskou úlohou, která vyžaduje získání dobrých podkladních materiálů a určitou zkušenost pro volbu vhodného řešení, které začíná rozhodnutím o vhodné technologii a pokračuje návrhem případných dalších technických opatření. Pak by mělo následovat ekonomické vyhodnocení jednotlivých variant, pokud některé řešení není natolik zjevně nejvýhodnější, a dopracování té nejvhodnější z hlediska životního prostředí a z hlediska uživatele. Co se týká ekonomického vyhodnocení, je potřeba do něj zahrnout – investiční náklady (rozpočítat je do předpokládané doby životnosti), provozní náklady jako je vyvážení kalu (podstatné), spotřeba energie a způsob kontroly (pozor – ČOV na ohlášení jsou podstatně provozně levnější). No a co je také důležité, uvědomit si kolik která technologie zabere času pro provozování a nakolik bude provozovatel ochoten se provozu věnovat a toto kritérium zahrnout do rozhodování.

Ing. Karel Plotěný, Ing. Jan Vacek

LITERATURA

• Firemní materiály firmy ASIO
• ZIFU Li CSES: Urbansanitation technology development and Reinvent The Toilet Challenge in China. 13. Konference IWA 2016 v Aténách
• EPA Guidelines: Voluntary National Guidelines for Management of Onsite and Clustered (Decentralized) Wastewater Treatment Systems, EPA, 2003.