Optimalizace návrhových parametrů ČOV v obcích do 2000 EO

Abstrakt

Článek se zabývá optimalizací návrhových parametrů produkce odpadní vody a specifické produkce znečištění u čistíren odpadních vod do 2000 EO. Hodnoty návrhových parametrů pro výpočet ČOV jsou zakotveny v legislativních dokumentech (ČSN 75 6401 a ČSN 75 6402), které doporučují jejich použití s případnou redukcí znečištění až do 50 % podle velikosti obce. Stanovení redukce znečištění již není v normách blíže definováno, nejsou definovány návrhové hodnoty pro různé systémy odkanalizování. Návrhové hodnoty pro výpočet ČOV by měly vycházet z reálných měření minimálně za poslední tři roky. Cílem článku je na základě statistického vyhodnocení provedených rozborů jednotlivých ukazatelů kvality vody určit přesnější návrhové hodnoty aplikovatelné pro výpočet ČOV a různé systémy odkanalizování.

1. Úvod

Návrh každé čistírny odpadních vod (ČOV) má svá specifika. Každý projektant by měl zpracovat při návrhu čistírny odpadních vod vodohospodářský výzkum současného a výhledového stavu (počet připojených obyvatel, průmyslové producenty v obci, hydraulické poměry stokové sítě, stavebně-technický stav stokové sítě). Dalšími důležitými podklady k návrhu ČOV je provedení inženýrsko-geologických průzkumů, zpracování hydrologických, hydrogeologických a klimatických podkladů v oblasti navrhované čistírny odpadních vod. Návrh nové čistírny odpadních vod by měl být souladu s územními plány obcí a plány rozvoje vodovodu a kanalizací dané obce (PRVK). Důležitým kritériem při návrhu čistíren odpadních vod je posouzení jakosti povrchových vod a jeho ochrana před znečištěním vypouštěním z ČOV. Posouzení a splnění imisních standardů pod ČOV je součástí každého připravovaného projektu. Tyto přístupy jsou většinou v evropských zemích podobné.

2. Návrhové parametry ČOV

Hlavními návrhovými parametry čistírny odpadních vod je hydraulické zatížení (přítok na ČOV) a látkové zatížení (ukazatele kvality vody). Normové parametry jsou pouze doporučující orientační hodnoty produkce specifického znečištění na obyvatele pro ukazatele kvality vody (tzv. populační ekvivalent). Mezi hlavní návrhové hodnoty ČOV patří tyto ukazatele kvality odpadní vody: biochemická spotřeba kyslíku BSK₅, chemická spotřeba kyslíku CHSK_Cr, nerozpuštěné látky NL, celkový fosfor N_c, amoniakální dusík NH₄⁺ a celkový fosfor P_c.

Hodnoty návrhových parametrů hydraulického i látkového zatížení blíže definuje norma ČSN 75 6401 (2014) Čistírny odpadních vod pro ekvivalentní počet obyvatel (EO) větší než 500, ČSN 75 6402 (2017) Čistírny odpadních vod do 500 EO a nařízení vlády č. 401/2015 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. Hydraulické zatížení čistírny odpadních vod je definováno ukazatelem specifické produkce odpadní vody, který dlouhodobě klesá. Tento hlavní návrhový ukazatel určuje velikost hlavních objektů ČOV a jeho stanovení by mělo být prioritní.

2.1 Hydraulické zatížení ČOV

Hlavní návrhový parametr je specifická produkce odpadní vody vyjádřená na osobu za den, která za poslední roky neustále klesá a výrazně ovlivňuje kapacitu objemů hlavních technologických nádrží. Při návrhu čistíren odpadních vod byla v ČSN 75 6402 (1998) dlouhodobě zakotvena hodnota 150 l.os⁻¹.den⁻¹, kterou někteří projektanti používají ještě dnes při návrhu ČOV. Tato hodnota je již dnes nadhodnocena a pro návrh čistíren odpadních vod se obvykle používá průměrná produkce 120–150 l.os⁻¹.den⁻¹ (podle kategorie ČOV), která tak obsahuje velké rezervy při návrhu hlavních objemů nádrží na ČOV. Norma ČSN 75 6401 neudává hodnotu specifickou produkci odpadních vod, v ČSN 75 6402 (2017) je v kap. 5 Podklady pro návrh čistírny, odst. 5.4 uvedena doporučující hodnota 90–120 l.os⁻¹.den⁻¹ s přihlédnutím k budoucímu vývoji odpadních a posouzením opatření ovlivňující spotřebu vody.

2.2 Látkové zatížení ČOV

Použití návrhových hodnot orientační specifické produkce znečištění pro ukazatele kvality odpadní vody (Tab. 1) a různé způsoby odkanalizování není v normě specifikováno. Normy pouze umožňují jejich částečnou redukci pro velikostní kategorie vyjádřenou procentuálním snížení vstupujícího znečištění na ČOV bez dalšího podrobnějšího vysvětlení.

V ČSN 75 6401 je v kapitole 5. Podklady pro návrh čistírny, odst. 5.10 uvedeno, že orientační hodnoty specifického znečištění jsou dosahovanými u sídel s vyšší vybaveností. Proto je v odůvodněných případech (zejména u ČOV do 5000 EO) tyto hodnoty snížit, nejvýše však o 30 %. V ČSN 75 6402 je v kapitole 5 Podklady pro návrh čistírny, odst. 5.8 uvedeno, že orientační hodnoty specifického znečištění jsou dosahovanými u sídel s vyšší vybaveností. Proto v odůvodněných případech lze tyto hodnoty snížit, nejvýše však o 50 %.

V současné legislativě neexistuje přesný postup pro snížení procentuálního snížení specifického znečištění. Záleží na zkušenostech projektanta či posuzovatele zda uplatní pro danou velikostní kategorii procentuální snížení látkového zatížení při návrhu vstupních parametrů ČOV. Zkušenosti při posuzování čistíren odpadních vod jsou takové, že většina čistíren odpadních vod v kategorii do 2000 EO byla navržena na hodnoty specifické produkce znečištění bez její redukce.

Pro návrh výpočtu objemového množství vody přitékajícího na ČOV, vstupujícího znečištění a návrhu technologie čistírny odpadních vod musí být vždy zohledněn způsob transportu odpadní vody na ČOV. Současné normy nezohledňují kvalitu přitékající odpadní vody na ČOV pro různé systémy odkanalizování.

3. Optimalizace návrhových parametrů

Špatná volba normových návrhových parametrů při výpočtu ČOV ovlivňuje především velikost objemů hlavních stavebních objektů, kapacitu strojních zařízení a investiční náklady při samotné realizaci. Takto provozovaná čistírna odpadních vod je obvykle kapacitně poddimenzována s hydraulickým zatížením hlavních stavebních objektů (aktivační a dosazovací nádrže) cca 60-70 % a strojně technologická zařízení fungují na polovině svého maximálního výkonu. Současně je známo, že čistírna odpadních vod by se měla přednostně navrhovat na hodnoty, které jsou ověřeny přímým měřením – viz ČSN 75 6401 kapitola 5.

3.1 Vyhodnocení dat vybraných ČOV

Statistické zpracování koncentračních ukazatelů kvality bylo vyhodnoceno pro deset čistíren odpadních vod na gravitační jednotné kanalizaci, deset čistíren odpadních vod na gravitační oddílné splaškové kanalizaci, šest čistíren odpadních vod na oddílné tlakové kanalizaci a šest čistíren odpadních vod na podtlakové kanalizaci. Hodnoty ukazatelů kvality vody byly vyhodnoceny vždy jako průměrné pro různé roky provozování v letech 2002–2017, z celkového množství dat přesahující deset tisíc hodnot provedených rozborů. Kanalizace byla provozována jednak vodárenskými společnostmi, také samotnými obcemi. Výběr obcí byl proveden tak, aby rovnoměrně pokryl veškeré parametry stokové sítě (rok výstavby, použitý materiál, množství balastních vod, délka stokové sítě a další).

Pro optimalizaci návrhových parametrů čistíren odpadních vod byly v dané kategorii voleny čistírny odpadních vod vždy jako mechanicko-biologické ČOV. Do vybraných čistíren odpadních vod nebyly zahrnuty technologie systémů s biomasou přisedlou, domovních čistíren odpadních vod, vegetačních čistíren, zemních filtrů, vertikálních filtrů a membránových procesů. Všechny vybrané čistírny odpadních vod mají technologii garantující účinnost čištění odpadních vod přes 90 % pro ukazatele BSK₅, CHSK_Cr, NL a NH₄⁺. V případě hlídaných ukazatelů N_c a P_c dosahovaly minimální účinnosti od 70–95 %.

Statistické zpracování průměrných hodnot koncentrací jednotlivých ukazatelů pro jednotlivé systémy odkanalizování je zpracováno v Tab. 2.

3.2 Optimalizace produkce odpadní vody

Průměrná produkce odpadní vody u gravitační jednotné kanalizace dosahuje hodnot 138 l.os.⁻¹.den⁻¹, pro gravitační oddílnou kanalizaci 106 l.os.⁻¹den⁻¹, pro tlakovou kanalizaci 84,4 l.os⁻¹.den⁻¹ a podtlakovou kanalizaci 87,5 l.os⁻¹.den⁻¹. U jednotné a splaškové kanalizace je množství odpadní vody ovlivněno převážně výskytem balastních vod, které zkreslují celkovou specifickou produkci odpadních vod z domácností. Po odečtu balastních vod (hodnota poskytnuta provozovatelem) je specifická produkce odpadní vody na gravitační jednotné 110 l.os.⁻¹.den⁻¹ a oddílné kanalizaci 94 l.os.⁻¹.den⁻¹. Reálné výsledky jsou dosaženy u obcí s tlakovou a podtlakovou kanalizací, kde se specifická produkce odpadní vody pohybuje mezi 80–90 l.os⁻¹.den⁻¹.

Na základě těchto výsledků a s úvahou dostatečné rezervy pro provozování stokové sítě a ČOV je vhodné optimalizovat hodnotu specifické potřeby odpadní vody. Hodnota ukazatele specifické potřeby vody pro výpočet ČOV u obcí do 2000 EO může být alternativně řešena podle způsobu odkanalizování:

• použitím minimální hodnoty 90 l.os⁻¹.den⁻¹ (ČSN 75 6402) nebo ročních směrných čísel potřeby odpadní vody (95 m³.rok⁻¹), které odpovídají reálné produkci odpadní vody v domácnostech pro systém tlakové a podtlakové kanalizace,
• snížením normových hodnot na minimální hranici 100 l.os⁻¹.den⁻¹ pro splaškovou gravitační kanalizaci.

Tyto hodnoty lze u malých obcí uvažovat i při zohlednění budoucího vývoje produkce odpadních vod (bez významných průmyslových producentů) a v kombinaci s územním plánem obce a PRVK. Výhledový stav pro čistírnu odpadních vod se určuje na dobu 10–15 let od předpokládaného uvedení ČOV do provozu.

3.3 Optimalizace látkového zatížení

Pro posouzení stávající kanalizace a ČOV je důležité využít provozní data od jejího provozovatele. Data by měly být vyhodnoceny alespoň za poslední tři roky jejího provozování jako průměrné hodnoty.

Při návrhu nové ČOV doporučuji použití optimalizovaných hodnot v Tab. 3 bez další redukce znečištění, které byly přepočteny z provedených rozborů kvality odpadní vody pro jednotlivé systémy odkanalizování obcí. Optimalizované hodnoty jsou navrženy jako jednotné pro obce do 2000 EO bez dílčí kategorie ČOV. Při výpočtu navrhované ČOV je vždy nutné zohlednit způsob odkanalizování obce a použít odpovídající ukazatele produkce znečištění.

Optimalizace návrhových hodnot vychází ze statistických zpracovaných dat, které jsou navrženy s rezervou. Při jejich stanovení bylo přihlédnuto k možné odchylce při určení chemického rozboru kvality vody a statistické chybě, kterou byl výpočet parametrů zatížen. Optimalizované ukazatele specifické produkce znečištění uváděné v g.os⁻¹.den⁻¹ byly konzultovány s technology čistíren odpadních vod a odborníky v oblasti chemie a technologie vody. Vzájemné poměry jednotlivých ukazatelů odpadní vody nejsou při optimalizaci přesně dodrženy, což není i při určení průměrných hodnot ukazatelů kvality vody pro jednotlivé způsoby odkanalizování (Tab. 2).

4. Závěr

Z hlediska praxe je důležité prosadit nový přístup pro navrhování čistíren odpadních vod do 2000 EO. Zavedení nových návrhových parametrů bude souviset s ochotou managementu firmy přizpůsobovat se novým směrům v oblasti „Stokování a čištění odpadních vod“. Zkušené projekční kanceláře si uvědomují rozdílnost kvality odpadní vody pro různé kanalizační systémy, tomu většinou se snaží přizpůsobit návrhové parametry pro výpočet nové ČOV. Parametry produkce znečištění pro tyto systémy odkanalizování nelze interpretovat jako překvapivé, kvalita odpadní vody v těchto systémech vykazuje horší parametry pro všechny ukazatele. Návrhové parametry produkce znečištění pro tyto alternativní systémy lze uplatnit i zahraničí, protože je zde obdobný přístup k výpočtu ČOV.

Poděkování

Článek byl vytvořen v rámci řešení projektu č. LO1408 "AdMaS UP - Pokročilé stavební materiály, konstrukce a technologie" podporovaného Ministerstvem školství, mládeže a tělovýchovy v rámci účelové podpory programu „Národní program udržitelnosti I"."

Použitá literatura

1. ČSN 75 6401. Čistírny odpadních vod pro ekvivalentní počet obyvatel (EO) větší než 500. In: Praha: Český normalizační institut, 2014.
2. ČSN 75 6401. Čistírny odpadních vod pro více než 500 ekvivalentních obyvatel. In: Praha: Český normalizační institut, 2006.
3. ČSN 75 6402. Čistírny odpadních vod do 500 ekvivalentních obyvatel. In: Praha: Český normalizační institut, 2017.
4. Vyhláška č. 120/2011 Sb. Vyhláška kterou se mění vyhláška Ministerstva zemědělství č. 428/2001 Sb., kterou se provádí zákon č. 274/2001 Sb., o vodovodech a kanalizacích pro veřejnou potřebu a o změně některých zákonů (zákon o vodovodech a kanalizacích), ve znění pozdějších předpisů [online]. [cit. 2018-10-18]. 2011.