Legislativa a dezinfekce odpadních vod

9. 8. 2012

V malých obcích do 2000 EO, ve kterých žije cca 26 % populace ČR v 5619 obcích ČR, tj. cca 2,65 milion obyvatel, v souvislosti s platnou evropskou a českou legislativou začínají být zaváděny decentrální technologie čištění splaškových vod (Šrámková et al., 2010). Decentrální technologie se stávají rovnocenným řešením k centrálním zařízením v případě, že jsou zaručeny efektivní systémy provozu a následné kontroly. Problematiku financování čištění odpadních vod v obcích do 2000 EO řeší mimo jiné dotační programy Ministerstva životního prostředí, letošní výzva je ve výši 1,5 mld. Eur, a programy Ministerstva zemědělství, kde jsou pro letošek dotace již vyčerpány.

Na volbu a návrh systému decentrálního řešení má vliv několik faktorů (Plotěný et al., 2011): a) zda je objekt obývaný trvale, b) zda bude voda znovu využita, c) jak je náročná obsluha čistíren a d) ekonomika provozu. U objektů obývaných trvale se doporučují biologické technologie, u objektů s občasným provozem pak přicházejí v úvahu spíše technologie založené na mechanickém předčištění, na extenzivních způsobech čištění nebo akumulaci v jímce a následném odvozu. Pokud je v místě zjevný nedostatek vody, je třeba hledat systémy umožňující dělení vod, použití membrán nebo společné řešení s využitím srážkové vody. Řada malých čistíren odpadních vod z drobných převážně decentralizovaných staveb nemá možnost zaústění vyčištěných odpadních vod do vhodného recipientu. Výsledkem je hledání způsobu, jak ekonomicky a ekologicky naložit s vyčistěnými vodami. Trendy v čištění vedou ke zlevnění provozu a díky legislativnímu tlaku směřují k vyšší ochraně povrchových a podzemních vod (Plotěný et al., 2011).

Mikrobiální znečištění vod je charakterizováno přítomností mikroorganismů o rozměrech 0,1-3 µm, které při přemnožení mohou být příčinou zdravotních potíží. Z legislativního hlediska se sledují počty koliformních bakterií, enterokoků, Escherichia coli a mezofilních a psychrofilních bakterií. Sledované mikroorganismy se vyskytují zpravidla v analyzovaných surových odpadních vodách v těchto koncentracích: střevní enterokoky 103-105, koliformní bakterie 108-1010, Escherichia coli 106-109 (WHO W820).

Legislativní požadavky pro ukazatele mikrobiálního znečištění

Legislativní ukazatele mikrobiálního znečištění pro různé druhy vod jsou shrnuty v Tabulce 1.
Ve světovém měřítku se mikrobiálním znečištěním ve vodách zabývají např. směrnice Světové zdravotnické organizace WHO, které upravují především zdravotní a hygienické otázky nakládání s vyčištěnou odpadní vodou. V České republice může být mikrobiální znečištění vod problémem především v souvislosti s NV 416/2010 Sb., u  zasakování vod z ČOV do podzemních vod v kategorii nad 10 EO, dále u vod určených k zavlažování (ČSN 757143) a u koupacích vod, u nichž do konce roku 2012 budou muset být dodrženy imisní standardy dle NV 23/2011 Sb.. Hygienické limity pro koupaliště shrnuje vyhláška 238/2011 Sb. a hygienické požadavky na teplou vodu pro osobní hygienu jsou stanoveny vyhláškou 252/2004 Sb..

Tab 1: Legislativní limity pro ukazatele mikrobiálního znečištění

KTJ – kolonii tvořící jednotka, NMH – nejvyšší mezní hodnota, MH - mezní hodnota, 1) roční aritmetický průměr nebo aritmetický průměr koncentrací naměřených v různých časech průběhu roku v žádném reprezentativním monitorovacím místě ve vodním útvaru nepřekračuje dotyčnou normu. 2) Nejvyšší přípustná hodnota je nepřekročitelná. 3) Zpřísněný požadavek platí pro povodí nad nádrží využívanou jako zdroj pitné vody. 4) vyhodnocení 95.percentilu, 5) vyhodnocení 90.percentilu, 6) jednotlivou stavbou poskytující služby se rozumí jakákoli stavba, která není stavbou pro bydlení a individuální rekreaci a ze které jsou vypouštěny odpadní vody, vznikající převážně jako produkt lidského metabolismu a činností v domácnosti.

Přehled metod odstraňující mikrobiální znečištění vod

K dezinfekci odpadních vod se používají technologie, které můžeme rozdělit do několika skupin, a to na biologické, fyzikálně-chemické a mechanické. Cílem dezinfekce vod je zneškodnit a deaktivovat choroboplodné zárodky (baktérie a viry). Účinek procesu je závislý na fyzikálních, chemických a mikrobiologických vlastnostech vody. Pro malé decentralizované systémy se v současné době dezinfekce příliš často nepoužívá, zčásti kvůli tomu, že se věřilo, že malá množství produkovaných vod významně neovlivní kvalitu podzemní vody. Řada studií (Scandura et al., 1997; Hench et al., 2003) tento předpoklad vyvrátila. Proto v návaznosti na NV 416/2010 Sb. u domovních čistíren odpadních vod nad 10 EO, pokud nelze u vyčištěné vody dodržet limit pro intestinální enterokoky (40000 KTJ/100 ml) a pro Escherichia coli (50000 KTJ/100 ml), je nutné navrhnout dezinfekci. Novelizace NV 23/2011 Sb. pak uvádí, že pokud bude vyčištěná voda z domovní čistírny odpadních vod (do 500 EO) znovu využívána (sprchování, mytí, zalévání) nebo bude vypouštěna do vod ke koupání, musí být vybavena i hygienickým zabezpečením odpadní vody (membránová filtrace, UV apod.). V Tabulce 2 jsou shrnuty nejčastěji používané technologie dezinfekce vod s důrazem na klady a zápory jednotlivých metod.

Z biologických metod dezinfekce je třeba zmínit aktivaci, biologické nádrže, zemní filtry a kořenová pole. Doposud bylo zjištěno, že biologické čištění snižuje počty indikátorů fekálního znečištění, tj. s účinností více než 95 % (Mlejnská et al., 2009). Konečné procento úbytku bakterií je více závislé na jejich kolísajících počtech v surové odpadní vodě než na kvalitě čištění. Průměrné hodnoty indikátorů fekálního znečištění na odtoku z ČOV průměrně desetinásobně převyšují hodnoty přípustného znečištění toků, dané českou legislativou (NV 61/2003 Sb., ve znění novelizace NV 23/2011 Sb.). Vliv takto znečištěných odtoků na recipient závisí nejen na počtech bakterií na jednotkový objem (KTJ/ml) odtoku z ČOV a na velikosti ČOV a objemu vypouštěných biologicky čištěných odpadních vod, ale i na schopnosti recipientu (velikosti, obsahu živin, stupni dalšího znečištění) tyto mikroorganismy dále eliminovat bez dalšího zhoršování jeho kvality. Eliminace mikroorganismů biologickým čištěním na sledovaných 23 městských ČOV se pohybuje mezi 87,2 až 99,98% (Baudišová, 2008).

Z vyhodnocení mikrobiologických ukazatelů na odtoku z biologických nádrží, kořenových polí a zemních filtrů (Mlejnská et al., 2009) vyplývá, že zemní filtry jsou nejméně vhodné pro eliminaci mikrobiálního znečištění. Mikrobiální znečištění je v kořenových polích zadržováno velmi efektivně. Jako nejběžnější eliminační mechanizmus se zde uplatňuje přirozený úhyn (vzhledem k době zdržení několika dní), poté oxidace (enterické baktérie jsou většinou striktně anaerobní), působení antibakteriálních látek vylučovaných z kořenů mokřadních rostlin, predace a sedimentace. Ve většině kořenových čistíren je pak odstraňování koliformních a termotolerantních koliformních baktérií s účinností > 99 % při čištění domovních a městských splaškových vod, redukce intestinálních enterokoků je většinou > 95 % (Mlejnská et al., 2009).

Další přírodní biologickou metodou je pomalá písková filtrace s filtrační rychlostí okolo 0,1 m/hod, která je schopna dosáhnout výrazného snížení počtu mikroorganizmů ve vodě. Tato technologie se používá nejvíce při úpravě pitné vody a při terciárním čištění odpadních vod. Velké filtrační povrchy a časově náročná údržba filtrů však znamenají, že tento způsob je nahrazován jinými metodami. V mnoha případech je stejně nezbytné provádět dodatečnou dezinfekci vody jiným způsobem (Hubáčková et al., 2005). Při půdní filtraci odpadních vod dochází k rozkladným procesům, syntéze nových sloučenin. Chemické procesy v půdách probíhají v úzké součinnosti s procesy biologickými. Minimální výška nenarušeného půdního profilu, nezbytného pro ochranu podzemních vod před infiltraci bakterií fekálního znečištění je závislá na zrnitostním složení půdy. Infiltrace do podzemí by měla být záležitostí spíše výjimečnou a to tam, kde nelze najít jiné vhodné řešení. Přitom je třeba mít na paměti, že se jedná o způsob spíše výjimečný, vyžadující značnou obezřetnost a maximální minimalizaci případných rizik (Plotěný et al., 2012).

K technické dezinfekci odpadních vod se používají chemické a fyzikálně-chemické technologie, z nichž nejznámější jsou chlorace, UV záření a ozonizace. Nejpoužívanější technologii dezinfekce odpadních vod je chemická dezinfekce kapalným chlornanem sodným. Parametry ovlivňující chloraci jsou pH, počet baktérií a teplota. Chlorací vedle tvorby AOX však může dojít ke vzniku toxických vedlejších produktů jako např. kyseliny chloroctové a trihalogenmethanů, zatímco při aplikaci UV záření žádné nevznikají. Ačkoliv pro chemickou dezinfekci u čistíren odpadních vod nad 100 EO jsou navrhovány např. plynný chlór (Cl2) nebo oxid chloričitý (ClO2), u menších čistíren není tato technologie vhodná kvůli riziku při manipulaci a používání. Při nadbytku chloru v systému se používá dechlorace siřičitanem sodným nebo thiosíranem sodným. Z fyzikálních metod je hojně používaná dezinfekce UV zářením (U.S. EPA, 2006). Ionizující záření vytváří ve vodě reaktivní částice, a to jednak ionty a elektrony, jednak elektricky neutrální volné radikály vody, které reagují s většinou organických a anorganických látek, zejména s biochemicky důležitými molekulami, a likvidují bakteriální znečištění.

Další metodou je ozonizace. Současný trend vývoje systémů ozonizace vody směřuje k používání generátorů vyrábějící ozón z kyslíku. Použití ozónu a cena ozonizačních jednotek však znemožňuje jeho využití u malých čistíren odpadních vod.

Ověřenou technologií a zajímavou alternativou pro čistírny do 2000 EO je membránová filtrace. Ve světě jsou membránové technologie běžně používané a u nás díky NV 416/2010 Sb. se stávají nejvhodnějším zařízením i z hlediska hygienického zabezpečení vyčištěné vody. Velikost pórů u membrán se pohybuje v setinách µm, tudíž jsou schopny zachytit většinu sledovaných bakterií o rozměrech 0,1-3 µm. Čistírny do 50 EO ( AS-KLARO PZV s membránami) dodávané firmou ASIO jsou schopny dosáhnout hygienických limitů s doporučenou hygienizací uv-zářením.

Ostatní procesy uvedené v Tabulce 2 se běžně používají, včetně biologické filtrace nebo kyseliny peroctové.

Tab 2: Souhrn technologií pro dezinfekci malých zdrojů znečištění

Dezinfekční činidlo	Vzorec	Forma	Klady a zápory dezinfekční technologie
Chlornan sodný	NaOCl	Kapalina	Korozívní, toxický, tvoří karcinogenní vedlejší produkty, dávkování závisí na pH, účinnost závisí složení vod.
Chlornan vápenatý	Ca(OCl) 2	Tablety	Korozívní, toxický, tvoří karcinogenní vedlejší produkty, účinnost závisí na kvalitě, nutná dechlorace.
Chlordioxid	ClO 2	Nestabilní plyn, výrobaz HCl s nízkou koncentrací, NaClO 2 a H 2 0	Nevznikají žádné vedlejší chlorové produkty, stabilnější než chlor a má proto vyšší dezinfekční kapacitu, dobrá trvanlivost a účinnost.
Chloramin	NH 2 Cl	sloučenina volného chlóru a amoniaku	Dlouhotrvající dezinfekční účinky.
Dechlorace aktivní uhlí siřičitan sodný	C, Na 2 SO 3	Tablety, prášek	Reakce se zbytkovým chlorem, u siřičitanů nezbytné vypočítat dávkování, dodateční použití chemikálií
Ozón	O  3	Plyn	Korozívní, toxický, účinnost závisí na kvalitě OV, u vysokovýkonných systémů bude potřeba rozklad zbytkového ozónu, závisí na teplotě, pH, vlhkosti vzduchu
Kyselina peroctová	CH 3 COOOH	Kapalina	Korozívní, toxická, komerčně nepříliš dostupná, účinnost závisí na kvalitě O, složité manipulační úkony
UV záření		UV záření	Dobrá účinnost, nezávisle na pH, usazeniny na povrchu snižují účinek
Biologická filtrace		Enzymatická aktivita, predace	Nutnost výměny náplně, nebezpečí kolmatace
Membránová filtrace		Velikost pórů 0,01 – 0,5 µm	Membrány s malými póry jsou schopny odstranit patogeny, např. ultrafiltrace, je vyžadováno účinné předčištění OV, vyžaduje údržbu, růstání membrán a zkracování doby mezi regenerací membrán.
Impulsní elektrické výboje	H 2 O  2 , O  3	Plyn, kapalina	Náročné na spotřebu energie, komerčně zatím nedostupné
Ionizátor	vestavěné elektrody Ag, Cu, Au, ve spojení s elektrochemicky aktivovaným roztokem NaCl	Pevné elektrody, solný roztok	Stříbrné ionty působí ve vodě jako tzv. oligodynamický germicid, opotřebení elektrod.
Použití upravených nanotextílií	Nanotextílie modifikované biocidními látkami, např. kovovými nanočásticemi Ag, oxidů ZnO, CuO, TiO 2	Modifikovaná nanotextilie	Použití biocidních látek umožní použití tenčí vrstvy nanovláken a zlepší rychlost toku při stejném efektu odstranění bakterie. Prozatím problémy s malou mechanickou odolností, filtrační stabilitou nosné vrstvy.

Závěr

Současný ekonomický a technický stav úrovně malých a středně velkých typů čistíren odpadních vod otevírá cestu k netradičnímu řešení v obcích do 2000 EO s využitím decentralizovaného systému pro likvidaci odpadních vod.
Legislativní novinkou v oblasti nakládání s odpadními vodami je vydané NV 416/2010 Sb., které stanovuje limity mikrobiálního znečištění při vypouštění do podzemních vod. Z novelizace NV 63/2011 Sb. rovněž vyplývá povinnost dodržovat hygienické limity při užívání vod pro vodárenské účely a pro vody určené ke koupání. Díky legislativě tak roste tlak na vývoj a dostupnost odpovídajících technologií pro hygienizaci vyčištěné vody.

Při návrhu a zavádění jednotlivých dezinfekčních technologií je třeba vedle pořizovacích a provozních nákladů vzít v úvahu frekvenci údržby dezinfekční jednotky, která často závisí na místních podmínkách. Nejběžnější dezinfekční metodou je chlorace vody, při které mohou vznikat vedlejší nebezpečné produkty. Z chemických metod je nejekonomičtější dávkování chlornanu sodného. V případě, že legislativa nařizuje sledovat koncentraci AOX, je vhodnější použití oxid chloričitý (ClO2), protože netvoří AOX. V zahraničí jsou UV systémy nejpoužívanější metodou u ČOV do 2000 EO, které ovšem mají omezení při vysoké koncentraci nerozpuštěných látek v odpadní vodě a při periodách bez přítoku. Chlorační systémy na tyto faktory tolik citlivé nejsou. Všechny typy zařízení se lépe používají na homogenní přítok odpadní vody s minimalizací píkových zatížení.

V současnosti nejběžněji používanou technologií je membránová filtrace, která zabezpečí dostatečnou hygienizaci odpadní vody. U membránových čistíren odpadních vod je nejúčinnější nasazení membrán přímo v aktivaci. Díky vysoké účinnosti membránové separace při odstraňování nežádoucích látek a mikroorganismů lze také s úspěchem tuto technologii použít na čištění vody určené pro opětovné použití.
Nasazení modifikovaných nanotextílií v čistírnách odpadních vod představuje velký potenciál v čistění odpadních vod v podobě levné, spolehlivé a jednoduché technologie budoucnosti.

Darina Vinklárková ¹ , Marek Holba ² , Karel Plotěný <sup>3

1</sup> Mgr. Darina Vinklárková, ASIO spol. s r.o., Tuřanka 1, 62700 Brno, tel: 548428125, email: vinklarkova@asio.cz
² Ing. Marek Holba, Ph.D., ASIO spol. s r.o., Tuřanka 1, 62700 Brno; Botanický ústav Akademie věd, v.v.i., Lidická 25/27, 65721 Brno, tel: 548 428 129, email: holba@asio.cz
³ Ing. Karel Plotěný, ASIO spol. s r.o., Tuřanka 1, 62700 Brno, tel: 548428118, email: ploteny@asio.cz

Poděkování

Článek vznikl díky podpoře z projektu „Výzkum možností optimalizace provozu a zvýšení účinnosti čištění odpadních vod z malých obcí pomocí extenzivních technologií“ registrovaný pod číslem TA 02020128 a financovaným Technologickou agenturou České republiky (TAČR).

Tento článek byl již publikován v plném znění ve sborníku přednášek ze semináře „ČOV pro objekty v horách“, CzWA 2012.

Literatura

BAUDIŠOVÁ, D.: Redukce mikrobiálního znečištění alternativními způsoby čištění. VTEI, 50, 1/2008, p. 4-7.

BUCKS, D.A., NAKAYAMA, F.S., GILBERT, R.G.: Tricle Irrigation Water Quality and preventive Maintenance. Agric.Wat.Mgmt. 1979, č.2, p.149-162.

ČSN 757143, Jakost vod. Jakost vody pro závlahu, 1992.

ČSN 755115, Jímání podzemní vody. 2010.

ČSN 756402, Čistírny odpadních vod do 500 ekvivalentních obyvatel. 1998.

HENCH, K.R., BISSONNETTE, G.K., SEXSTONEA, A. J., COLEMANB, J. G., GARBUTTB, K., SKOUSEN, J. G.: Fate of physical, chemical, and microbial contaminants in domestic wastewater following treatment by small constructed wetlands. Water Research 37. 2003, p. 921–927.

HUBÁČKOVÁ, J., AMBROŽOVÁ, J., MATULOVÁ, T.: Biologická filtrace s podkladovým médiem. Sbor. konf. Vodárenská biologie 2005, Praha 2.-3.2.2005. 2005. p. 6 – 10.

MLEJNSKÁ, E., ROZKOŠNÝ, M., BAUDIŠOVÁ, D., VÁŇA, M., WANNER, F., KUČERA, J.: Extenzivní způsoby čištění odpadních vod. VAMB – Ing. Vladimír Vicherek, Praha 2009.

Nařízení vlády 23/2011 Sb., kterým se mění NV 61/2003 Sb., o ukazatelích a hodnotách přípustného znečištění povrchových vod a odpadních vod, náležitostech povolení k vypouštění odpadních vod do vod povrchových a do kanalizací a o citlivých oblastech, ve znění NV 229/2007 Sb.

Nařízení vlády 416/2010 Sb., o ukazatelích a hodnotách přípustného znečištění odpadních vod a náležitostech povolení k vypouštění odpadních vod do vod podzemních.

PLOTĚNÝ, K., KRIŠKA, M., ŠÁLEK, J.: Vypouštění vyčištěných odpadních vod do vod podzemních. 2012, Brno, Sborník semináře Vodohospodářské jednohubky 2012.

PLOTĚNÝ, K., UHER, M.: Přehled řešení odvádění odpadních vod z malých obytných objektů. ASIO News, 2011, roč.10/53.

SCANDURA, J.E., SOBSEY, M.D.: Viral and bacterial contamination of groundwater from on-site sewage treatment systems, Water Science and Technology, 35 (11–12), 1997, p. 141-146.

Směrnice rady 98/83/ES o jakosti vody určené k lidské spotřebě, 1998.

Směrnice 2006/7/ES o řízení jakosti vod ke koupání a o zrušení směrnice 76/160/EHS, 2006.

ŠRÁMKOVÁ, M., WANNER, J.: Opětovné využití vyčištěné odpadní vody. Sborník konference Pitná voda 2010, W&ET Team, Č. Budějovice, 2010. p. 259-264.

US EPA: Ultraviolet disinfection guidance manual for the final long term 2 enhanced surface water treatment rule. EPA 815-R-06-007. November 2006.

Vyhláška 252/2004 Sb., o stanovení hygienických požadavků na pitnou a teplou vodu a četnost a rozsah kontroly pitné vody.

Vyhláška 238/2011 Sb., o stanovení hygienických požadavků na koupaliště, sauny a hygienické limity písku v pískovištích venkovních hracích ploch.

WHO guidelines for the safe use of wastewater, excreta and greywater – směrnice pro bezpečné využití odpadní vody, výkalů a šedých vod. NLM classification: WA 675.

WHO guidelines for safe recreational water environments. NLM classification: WA 820.

Zákon 150/2010 Sb., kterým se mění zákon 254/2001 Sb., o vodách, ve znění pozdějších předpisů (vodní zákon).

Zákon 274/2001 Sb., o vodovodech a kanalizacích ve znění pozdějších předpisů.