Realizace membránové ČOV pro 1850 EO

23. 8. 2012

Původně byla GP, kterým je firma ARPOS s.r.o., navržena ve spolupráci s naší společností klasická komunální čistírna odpadních vod s biologickým systémem D-N, gravitační separací kalu a s terciálním stupněm, který byl zajištěn pomocí mikrosítového bubnu. Tato technologie byla zřejmě schopna plnit předepsané limity, avšak na hraně svých možností. V době, kdy byly řešeny garance odtokových parametrů vznikl další problém, který se týkal požadavku na zmenšení plochy ČOV. Tato potřeba definitivně rozhodla o použití membránové technologie. Srovnání obou variant je uvedeno v následujících půdorysech.

Obr. 1 – Situace Klasické ČOV s gravitační separací kalu a mikrosítem

Obr. 2 – Situace ČOV s MBR

Jak je vidět z výše vyobrazeného, došlo téměř k 100% úspoře potřebného prostoru. Původní návrh vyžadoval 211 m ² a nově navržená ČOV pouze 112 m ² , tj. za této situace byla pouze třešinkou na dortu garance předepsaných parametrů pro klid duše dodavatele a cenově srovnatelné investiční náklady pro klid duše investora, ale o tom následně.

Návrh membránové ČOV

Přítokové množství a parametry znečištění

Tab. 1 Návrhové vstupní hodnoty

Ekvivalentní počet obyvatel	EO	1	1850
Specifické množství odpadních vod	l / ob./ den	135	135
Průměrný denní přítok OV (Q24)	m 3 / d	250
Balastní vody (10% z  Q24)	25
Průměrný bezdeštný denní přítok (Q24 + QB)	275
Maximální bezdeštný denní přítok (Q24,m . kD + QB)	375
Maximální bezdeštný hodinový přítok (Q24,m . kD . kH + QB)	m 3 / hod	33,1
Množství znečištění (dle ČSN 75 6401)	kg BSK 5 / d	0,06	111,0
kg CHSK Cr	0,12	222,0
Kg NL/ d	0,055	101,7
Kg N NH4 / d	0,011	20,3
Kg P celk / d	0,0025	4,6

Popis návrhu ČOV

Odpadní voda převážně splaškového charakteru z oddílného systému kanalizace přitéká do vstupní čerpací stanice (ČS). ČS je vlivem značného zahloubení přívodní stoky řešena jako samostatný objekt umístěný v těsné blízkosti ČOV. ČS je vybavena hrubým česlicovým košem a dvěmi čerpadly. Odpadní voda bude čerpána přes jemné strojní česle o velikosti ok 1 mm do denitrifikační sekce. Denitrifikace je vybavena míchadlem pro homogenizaci objemu. Z  denitrifikační části odtéká odpadní voda gravitačně do nitrifikační části, která je vybavena jemnobublinnými provzdušňovacími elementy. Z  této části je odpadní voda čerpána do membránové sekce, kde dochází k separaci aktivovaného kalu a vyčištěné vody. Vyčištěná voda je přes, do objektu včleněnou čerpací stanicí, čerpána do Litovického potoku. Přebytečný aktivovaný kal je čerpán na „ spirálový dehydrátor “ (strojní odvodňovací zařízení), který odvodněný kal ukládá do přistaveného kontejneru.

Pro snížení obsahu fosforu ve vypouštěných vyčištěných odpadních vodách je navrženo srážení fosforu dávkováním srážedla do nitrifikační nádrže.

V nově navržené ČOV se uvažuje i s čištěním vzduchu přes PCO jednotku . Toto zařízení pracuje na principu fotokatalytické oxidace biologicky rozložitelného znečištění. Navržená kapacita zařízení 100 m ³ / hod. plně pokrývá veškerou potřebu vzduchu pro všechny dmychadla ČOV.

Z  důvodů etapovitosti výstavby bytových domů se počítá s přibližně stejnou etapovitostí i u náběhu ČOV. V první etapě budou vybudovány kompletní stavební objekty včetně zámečnických výrobků, trubní rozvody, rozvody silno- i slaboproudu, řídicí systém, zařízení na čištění vzduchu, ČS na přítoku i odtoku, jemného předčištění, dmychadla a jednoho membránového modulu postačujícího pro uvažovaných 300 EO. První etapa počítá s využitím jedné denitrifikační části a jedné nitrifikační části, ve které spolu s jemnobublinnými aeračními elementy bude umístěn i jeden membránový modul. Přebytečný kal bude uskladněn v denitrifikační části druhé linky.

V druhé etapě se uvažuje s doplněním druhého membránového modulu a zvýšením koncentrace aktivovaného kalu na 11,6 g/ l. Celková kapacita ČOV pro druhou etapu je navržena pro 600 EO.

Třetí etapa uvažuje se zprovozněním kompletní jedné linky ČOV tj. doplnění třetího membránového modulu a přesunutím všech modulů do membránové sekce. Z  ahuštění přebytečného kalu je navrženo pouze jako gravitační, tak jak v první a druhé etapě. Celková kapacita třetí etapy je 900 EO.

Čtvrtá etapa uvažuje s kompletním zprovozněním celé ČOV tj. celé druhé linky, včetně kalového hospodářství. Celková kapacita je 1850 EO.

Typ použitého systému MBR a očekávané parametry na odtoku

Vzhledem k naším dlouholetým zkušenostem jsme si pro tuto první větší dodávku zvolili deskové membrány siClaro ^® od firmy MARTIN Systems AG, se kterými naše společnost ASIO, spol. s r.o. již 10 let spolupracuje.

Tento systém jsme si vybrali na základě tříletého provozního testu, kdy jsme testovali mnoho ostatních systémů a to zejména z důvodů:
- membrány používány již více než 12 let, počet prodaných modulů – 16.000 ks,
- není potřeba žádný zpětný proplach, tudíž menší periferie a žádné uskladnění chemikálií na ČOV (bezpečnostní předpisy, atd.),
- membrány jsou tepelně vařeny, ne lepeny,
- nejsou přítomny žádné flexibilní části, které by podléhaly únavě materiálu,
- malé modulové jednotky s obsahem 6,25 m ² = malé náklady na výměnu modulu (doba výměny max. 1 hod),
- optimální čištění vzduchem mezi konkrétně nastavenými vzdálenostmi desek modulů,
- dlouholetá garance životnosti, až 8 let,
- více jak 1.000 referenčních dodávek na světě.

Systém deskových membrán se nám jeví jako nejlepší řešení pro menší a střední čistírny tj. cca do 10 000 EO, protože i když je cenově o něco náročnější než vláknové systémy, tak je spolehlivý a zajišťuje jednoduší provoz a údržbu.

Tab. 2 Odtokové parametry

Parametry znečištění na odtoku	Hodnoty p [mg/ l]	Hodnoty m [mg/ l]	Očekávané hodnoty
BSK 5	9	18	5
CHSK Cr	45	90	40
NL	2	5	0 (2)
N NH4	10	20	8
P celk	2	6	1

Regenerace MBR

Vždy záleží na lokálních podmínkách, ale obecně lze říci, že u čistíren do velikosti cca 400 až 500 EO je výhodnější řešit regeneraci odvozem do regenerační stanice. U čistíren větších, jako je tato, se již odvoz nevyplatí zejména z důvodů dopravy. Proto je u větších čistíren téměř nutností zajistit regeneraci „in situ“, tj. přímo na místě. To ovšem nese nejen zvýšené potřeby plochy, ale hlavně potřebu vybudování chemického hospodářství. V našem případě je regenerace řešena tak, že v prostoru za membránovou sekcí se nacházejí dvě samostatné nádrže, které jsou vyplastovány z důvodů ochrany betonu zejména před kyselým roztokem, sloužícím k odstranění anorganických usazenin na povrchu membrán. Dalším požadavkem na stavební část, který nelze opomenout je systém mostní dráhy, který musí zabezpečit vyjmutí modulu z membránové sekce a přesunutí do sekce regenerační.

Během provozu se na povrchu membrán vytváří tenkovrstvé povlaky, které na jedné straně zvyšují separační schopnost, ale na druhé straně snižují hydraulickou kapacitu. Aby se odpor udržoval nízký, zařazuje se každých 10 minut automaticky 1minutová uvolňovací fáze. Při ní se zastaví odtah filtrátu, zatímco vnášený "oplachovací" vzduch "odírá " povlaky, které přilnuly.

Po dlouhých provozních dobách se však na povrchu membrán vytváří povlaky, které již nejsou odstranitelné jednoduchým "oplachováním" vzduchovými bublinami. Překročí-li membránový podtlak danou mezní hodnotu, pak je třeba provést chemické čištění tj. regeneraci. Z  pravidla se tím opět dosáhne původní výkon.

Jako čisticí prostředky se užívají chlornan sodný k odstranění biologických povlaků a kyselina citronová k odstranění vysrážených solí (sclaing). Čištění probíhá tak, že se jedna jednotka vytáhne pomocí jeřábu a vloží se do regenerační komory, zatímco ostatní krátkodobě zajišťují plný výkon s vyšším průtokem. Recirkulace filtrátu během fáze působení současně i desinfikuje potrubní systém. Použité chemikálie jsou dávkovány v malých množstvích a po čištění jsou bez účinku.

Na konci každého čištění se čisticí prostředky, které jsou zpravidla spotřebovány, přidávají do zásobníku kalu nebo do vyrovnávací čerpací stanice. Takto nedochází k znečištění životního prostředí.

Dodržení technologického postupu je důležité zejména pro dosažení garantované délky cyklu mezi jednotlivými regeneracemi. V našem případě se jedná o cca 180 dní, ale běžně se při dobře fungující biologii pohybuje délka cyklu kolem jednoho roku.

Srovnání obou navržených variant

V rámci splnění vytýčených cílů tohoto článku nám zbývá pouze zhodnotit obě navržené varianty. Z  kusme to tedy selským rozumem.

Z  hlediska investičních nákladů lze říci, že vyšší investice do technologie MBR jsou v celku úspěšně kompenzovány rapidním snížením objemů nádrží, které je dosažitelné díky možnosti až 4 násobnému zvýšení koncentrace aktivovaného kalu. Celkové navýšení investičních nákladů pro tuto čistírnu bylo cca 1,5 mil. Kč, což je v přepočtu 810 Kč/ EO. Nutno ovšem říci, že biologie pro konvenční část byla počítána s vyšším zatížením kalu. Při běžné hodnotě 0,07 kg/ (kg.d) by se navýšení pohybovalo okolo 500 tis. Kč.

Neoddiskutovatelnou pravdou je navýšení provozních nákladů, které se ovšem od komerční čistírny liší pouze spotřebou elektrické energie, k zajištění vzduchu potřebného pro kontinuální čištění membrán. U této velikosti se jedná o navýšení cca o 140 kWh/ d. Dále pak náklady na chemické čištění, které se pro danou velikost odhadují na 20 – 30 tisíc korun v závislosti na skutečné době mezi regeneracemi. Nakonec snad jen náklady na výměnu membrán po skončení jejich životnosti. Ovšem předpokládaná životnost membrán je více než 10 let a ruku na srdce, kolik dosazovacích nádrží prochází za podobnou dobu rekonstrukcí. Porovnání dvou návrhů z hlediska provozních nákladů muže být velmi zavádějící. Skutečné hodnoty budou známé až ze zkušebního provozu. Nic méně i zde zkusíme odborným odhadem zkonstatovat, že dle provozní doby jednotlivých strojů zatím počítáme s celkovým navýšením 300 tis. Kč/ rok tj. cca 3 Kč/ m ³ . Významným posunem by bylo to, kdyby se našlo uplatnění vyčištěné vody, což by okamžitě navýšení změnilo v úsporu, která by se při dnešních cenách pohybovala kolem 20 Kč/ m ³ .

Z  hlediska kvality vyčištěné vody nemusíme dlouho polemizovat, abychom našli nesporné výhody na straně MBR. SiClaro® proces byl vyvinut pro moderní vysoce účinné čištění odpadních vod. Přitom se kombinuje známé čištění aktivací s ponořenou filtrací membránami. Ve srovnání s normálním aktivačním čištěním odpadá nejen dosazovací nádrž, ale i další úpravy jako UV-desinfekce, písková filtrace atd. protože částice, bakterie a prakticky skoro všechny viry se zadržují membránami. Tím se jen jedním procesním krokem dosahuje vysoká kvalita na odtoku, která umožňuje opětovné využití vyčištěné odpadní jako vody užitkové. Navíc zadržováním všech tuhých částic vznikají vysoce specializované biomasy se širokým spektrem obsažených bakterií, které zajišťují výtečnou stabilitu provozu.

Z  ávěr

Doufám, že díky této první realizaci v ČR dojde k odbourání některých mýtů, se kterými se membránové procesy u nás v praxi potkávají. Jak je vidět, lze membránovou čistírnu včetně kalového hospodářství a jedinečného systému čištění vzduch dodat za přijatelné a ekonomicky srovnatelné investiční náklady jako běžnou komunální čistírnu. A tak doufám, že ani mírně vyšší provozní náklady nebudou bránit v rozvoji této technologie na našem území, neb tato technologie je jednoznačným posunem k vstřícnému přístupu k životnímu prostředí.

Ing. Milan Uher

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