Havárie na komunálních čistírnách odpadních vod

Příspěvek je shrnutím výsledků studie s názvem „Analysis of accidents at municipal wastewater treatment plants in Europe“, které byly autory publikovány v lednu roku 2022 v časopise Journal of Loss Prevention in Industry. Tato studie se zabývá dosud ne příliš popsanou problematikou dotýkající se procesní bezpečnosti komunálních čistíren odpadních vod. Cílem studie bylo vytvoření báze informací o příčinách a následcích havárií, které je v důsledku možné využít v rámci posuzování rizik provozu čistíren odpadních vod, případně mohou upozornit na havarijní scénáře provozovatele stávajících čistíren odpadních vod a umožnit jim tak provést preventivní opatření. Součástí příspěvku je popis následků havárií, kauzálních faktorů vedoucích k havárií a také popis možných opatření vedoucích ke snížení rizika různých havarijních scénářů. Informace vycházejí z databáze 232 případů havárií, které nastaly při provozu komunálních čistíren odpadních vod a která byla v rámci studie sestavena.

1. Úvod

Čištění komunálních odpadních vod je důležitým aspektem ochrany životního prostředí. Přijetím směrnice 91/271/EEC se členské státy Evropské unie zavázaly k ochraně životního prostředí před nepříznivými účinky vypouštění odpadních vod do blízkých recipientů. Tato směrnice byla naplňována především díky intenzifikaci stávajících komunálních čistíren odpadních vod (KČOV) a také výstavbě čistíren odpadních vod nových. Naplňování této směrnice si vyžádalo značné finanční prostředky. Vysoké náklady do vodohospodářské infrastruktury jsou obhajovány tím, že vypouštění odpadních vod je jednou z hlavních příčin znečištění životního prostředí. Vypouštění nečištěných odpadních vod může ohrozit kvalitu pitné vody, vody ke koupání nebo může být příčinou urychlení snižování biologické rozmanitosti [1].

Vzhledem k měnícímu se klimatu a ubývání zdrojů kvalitní pitné vody lze předpokládat v některých zemích Evropské unie stále častější úvahy nad využitím povrchových i vyčištěných odpadních vod pro úpravu na pitnou vodu. Bude se jednat o vody v oblastech, které nebyly doposud takto využívány. Pitná voda je strategickou surovinou, takže to může být argument pro vynakládání dalších finančních prostředků na čištění odpadních vod. Aby náklady spojené s intenzifikací KČOV, výstavbou nových KČOV a provozem těchto zařízení mohly být považovány za účelné, je nutné dbát na řádný a spolehlivý provoz KČOV a tím zamezit úniku škodlivých látek do vodního prostředí. Vzhledem k nerovnoměrnosti přítoku odpadní vody u KČOV se i v běžném provozu může jednat o poměrně nelehký úkol.

Významným problémem jsou mimořádné situace způsobené haváriemi. Havárie mohou vést ke snížení účinnosti čištění odpadní vody, případně až k nefunkčnosti celého zařízení a úniku nečištěných odpadních vod přímo do životního prostředí.

Jedním z účinných přístupů, jak haváriím předcházet, je poučení z havárií minulých. Aby došlo k poučení, je nejdříve nutné historické havárie analyzovat, zaměřit se na průběh a příčiny havárií a studovat možná preventivní opatření.

Analýza havárií komunálních čistíren odpadních vod je součástí studie s názvem „Analysis of accidents at municipal wastewater treatment plants in Europe“, na které se autoři tohoto příspěvku podíleli. Cílem tohoto příspěvku je shrnout výsledky studie a seznámit s nimi čtenáře v českém prostředí. Kompletní výsledky studie jsou dostupné v samotném příspěvku [2].

2. Metoda studie

Studie byla zaměřena na havárie, které souvisely s procesy a jejichž následkem bylo poškození zdraví či úmrtí zaměstnance, poškození životního prostředí nebo majetku. Problematika pracovních úrazů nebyla do studie zahrnuta. Z oblasti pracovních úrazů byly do databáze zahrnuty jen takové situace, kdy ke zranění či úmrtí došlo v souvislosti s procesy na KČOV. Jedná se například o zranění vlivem nekontrolovatelného úniku chemické látky, požáru, výbuchu atd. Pracovní úrazy způsobené používáním nářadí, vlivem zakopnutí apod. byly vyloučeny.

Informace o haváriích na KČOV byly čerpány z veřejně dostupných zdrojů zahrnujících databázi průmyslových havárií (ARIA) [3], databázi České inspekce životního prostředí (ČIŽP) [4], případně odborné publikace nebo články. Výsledkem bylo vytvoření databáze havárií, která čítá 232 položek. K těmto haváriím došlo mezi lety 1989–2019. Informace v databázi poté byly analyzovány.

K jednotlivým haváriím byly přiřazeny následující informace (pakliže byly v popisu havárie obsaženy): datum; rok; země; místo, kde k havárii došlo; následky havárie; popis příčin; počet mrtvých nebo zraněných; množství uniklé látky (např. nečištěné odpadní vody, chemikálie apod.), finanční škoda, míra poškození environmentu a opatření provozovatele proti opakování havárie.

Největší množství havárií bylo získáno z databáze ARIA, která je provozována francouzskými úřady. Z toho vyplývá, že nejvyšší četnost havárií byla zaznamenána ve Francii. Jednalo se celkem o 217 havárií. Druhý největší počet havárií (celkem 8) pocházelo z České republiky. Další havárie pocházely z Itálie, Polska, Lucemburska, Švýcarska, Kypru a Ukrajiny.

3. Výsledky studie

Objekty KČOV, kde došlo k havárii

Na obr. 1 jsou uvedeny kategorie objektů KČOV a jejich zastoupení při haváriích, které nastaly v těchto objektech. Nejvyšší podíl počtu havárií zaujímá kategorie „Zasažení celé ČOV“. To zahrnuje takové havárie, kdy vlivem výpadku elektrického proudu (např. způsobeného rozsáhlým výpadkem na daném území, požárem na KČOV, výbuchem atd.), extrémních projevů počasí (povodně, silné deště) nebo i díky vnějším příčinám (výskyt neobvyklé chemické látky v technologii) došlo k narušení funkce celé KČOV.

Výrazný podíl také zaujímá kategorie „Zásobník“. Jedná se o zásobníky různých objemů pro skladování provozních chemických látek, případně sušeného kalu. Tato kategorie představuje havárie, které jsou spojeny s jeho přeplněním, ztrátou celistvosti a následným únikem látky do ŽP, ale i požárem. Na obr. 1 se také uvádí kategorie „Ostatní objekty“ bez bližší specifikace. Tato kategorie zahrnuje objekty jako např. laboratoř, kotelna, kompresorová stanice atd.

Obr. 1. Podíl počtu havárií v jednotlivých objektech KČOV

Typ havárie

Dominantním typem havárie jsou havárie s následky pro životní prostředí. Jak je zřejmé z koláčového grafu na obr. 2, tento typ havárií zaujímá celkem 58% podíl. Jednalo se o znečištění vodního systému nebo kontaminaci půdního systému. Znečištění vzduchu například vlivem uvolňování spalin při požáru nebylo obecně ve studii uvažováno. Druhým nejčastějším typem havárie je „Únik“. Jedná se o havárie, kdy došlo k úniku látky a zároveň nebyl poškozen vodní nebo půdní ekosystém. Nejčastěji se jednalo o únik bioplynu do ovzduší, dále se jednalo o únik skladované chemické látky nebo únik čistírenského kalu. Jedná se tedy o události, které mají potenciál způsobit poškození zdraví, životního prostředí nebo majetku, zároveň však vlivem souhry okolností k tomu nedošlo. Nicméně do této kategorie byl zařazen jeden případ, kdy vlivem úniku plynu došlo k otravě pracovníka. Ze záznamu není zcela zřejmé, co bylo příčinou otravy. Lze však usuzovat, že došlo k otravě H₂S nebo udušením CO₂.

Obr. 2. Typ havárie

Výbuchy na KČOV nejčastěji souvisely s produkcí, dopravou a skladováním bioplynu. Požáry souvisely s poruchou elektrických strojů a zařízení (přehřátí, zkrat), dále souvisely s údržbářskými pracemi (např. jednou z příčin požáru byla jiskra při broušení), dále požáry dopravníkových pasů (např. dopravník kalu), nebo nevhodně nastavené postupy (např. v případě linky na sušení kalů).

V případě kategorie „Nežádoucí chemické reakce“ jsou nejčetnější případy, kdy došlo k reakci NaClOs koagulantem FeCl₃ nebo AlCl₃za vývinu Cl₂. Tyto nežádoucí reakce byly způsobeny většinou selháním lidského činitele. Jednalo se o omyl obsluhy skladovacího zařízení nebo řidiče nákladního vozu, kdy byla látka čerpána do zásobníku, kde byla skladovaná odlišná chemická látka.

Obdobnou příčinu měly i havárie, kde došlo k nežádoucí chemické exotermní reakci mezi dusičnanem Ca(NO₃)₂ a H₂O₂ nebo chemické reakci mezi 30% roztokem NaOH a 30% roztokem HCl. Při těchto reakcích nepředstavovaly nebezpečí vznikající produkty chemické reakce, ale množství tepla uvolňovaného při reakcích.

Následky havárií

Ve studii byly uvažovány celkem tři základní druhy následků havárií. Jedná se o ztráty na životech nebo poškození zdraví, dále poškození životního prostředí a finanční škody.

Z celkového počtu 232 záznamů byly nalezeny celkem 3 případy, kdy došlo k úmrtí zaměstnance. Přičemž v těchto 3 případech zemřelo celkem 5 zaměstnanců. Dva případy havárií, kde došlo k úmrtí zaměstnance, jsou spojeny s výbuchem, jeden případ (kde došlo ke dvěma úmrtím) je spojen s otravou zaměstnanců. K výbuchu došlo při opravářských pracích na střeše objektu. Úmrtí osob mimo zaměstnance KČOV (např. zasahující členové hasičského záchranného sboru, nebo náhodní kolemjdoucí) nebyla do studie zahrnuta.

K poškození životního prostředí (znečištění vody nebo půdy) došlo ve 134 případech z 232. Většinou šlo o únik nečištěné odpadní vody přímo do povrchových vod. Ve dvou případech bylo zaznamenáno poškození půdního prostředí. Jednalo se o únik chemikálií (FeCl₃ a AlCl₃), které jsou používány k chemickému odstraňování fosforu z odpadních vod. Důvodem kontaminace bylo prasklé potrubí či stáčecí hadice. Míra poškození vodního systému byla vyjadřována nejčastěji v délce poškozeného toku nebo v celkové hmotnosti uhynulých ryb. Takto definovaná míra poškození životního prostředí byla zaznamenána v celkovém počtu 46 případů ze 134 případů. Z tab. 1 a 2 je zřejmé, že nejčastěji uváděnou hodnotou délky poškozeného pobřeží je délka v intervalu 1001–2000 m, případně 101–500 kg uhynulých ryb.

Tab. 1. Poškození životního prostředí vyjádřené v délce poškozeného vodního toku

Tab. 2. Poškození životního prostředí vyjádřené v celkové hmotnosti uhynulých ryb

Záznamy o haváriích ve většině případů neobsahovaly informace o způsobených finančních škodách. Bylo nalezeno pouze 8 záznamů, kde se vyskytovala výše finanční škody. Jednalo se o částky v intervalu 5 000–400 000 EUR, bez započtení inflace. Nejvyšší částka je spojena s opravou plynojemu, kdy došlo vlivem náhlé změny tlaku k deformaci plynojemu. Dále byly uváděny částky za výměnu poškozených částí potrubí, či škody, které vyčíslil rybářský svaz za uhynulé ryby. Například u havárie z roku 1995 byla taková škoda vyčíslena na 20 a 25 tis. francouzských franků. Při této havárii bylo zasaženo 5 km vodního toku. Dalším příkladem finanční škody může být udělení pokuty provozovateli KČOV. V případě jedné havárie, která nastala v České republice, dosáhla pokuta částky přibližně 250 tis. Kč.

Kauzální faktory

Kauzální faktory, které přispěly ke vzniku havarijní situace, byly zařazeny celkem do 11 kategorií. Během kategorizace nutně dochází k určitým zjednodušením, která jsou způsobena několika činiteli. Jedním z činitelů je redukce kategorií kauzálních faktorů na přijatelný počet. Dalším činitelem je, že reálně existuje více kauzálních faktorů, které přispívají ke vzniku havárie. Tak například selhání zařízení může být spojeno se selháním lidského činitele při pravidelných kontrolách zařízení. Toto selhání může mít původ v nedbalosti osoby, která kontroly provádí, nebo také tím, že provozovatel nenastavil vhodný systém kontroly a údržby zařízení (úplná absence, dlouhé intervaly kontrol atd.). Samotné selhání zařízení tedy nelze považovat za kořenovou příčinu a je třeba hledat i jiné faktory, jako jsou například faktory organizační, které mohly v důsledku k selhání zařízení nebo k lidské chybě vést. Popisované kauzální faktory byly odhadnuty především na základě informací uvedených v popisu havárie, které nelze však pokládat za vyčerpávající. Vzhledem k uvedeným skutečnostem je tedy nutné podíly jednotlivých kauzálních faktorů na vzniku havárie uvedených na obr. 3 brát jako orientační.

Obr. 3. Podíl jednotlivých kauzálních faktorů

Z obr. 3 je zřejmé, že téměř polovina všech záznamů přísluší do kategorie „Selhání zařízení nebo stavební konstrukce“. Tato kategorie obsahuje širokou škálu subkategorií. Do této kategorie byly zařazeny havárie způsobené technickou závadou čerpadla, ventilátoru, ale i prasknutím stáčecí hadice, ztrátou celistvosti zásobníku atd. Jak bylo uvedeno výše, při stanovování kauzálního faktoru mohou nastat vlivem nedostatku informací určité potíže. Například kolaps zásobníku byl zařazen do kategorie „Porucha zařízení nebo konstrukce“. Nicméně ze záznamu nebylo příliš zřejmé, co mohlo vést ke kolapsu stavební konstrukce. Mohly to být například strukturální změny materiálu zásobníku způsobené stárnutím, případně zanedbání údržby apod.

V tab. 3 je uveden souhrn jednotlivých kauzálních faktorů, popis vybraných havárií spojených s daným kauzálním faktorem a možná opatření proti opakování událostí. Popisovaná opatření vycházejí z informací uvedených v databázi, tj. jsou to opatření, která přijali provozovatelé ČOV, kde došlo k incidentu. Je nutné čtenáře upozornit, že při aplikaci těchto opatření v konkrétním provozu je nutné pečlivě zvážit, zda aplikované opatření nepovede ke vzniku jiného nebezpečí.

Výpis opatření v tab. 3 také není určitě vyčerpávající a není to jistě ani účelem. Mnohá opatření vyplývají z povinností, které jsou uváděny v právních nebo technických opatřeních, nebo která vznikla na základě posuzování rizik a jsou zavedena dobrovolně provozovatelem zařízení. Každé zařízení KČOV je svým způsobem jedinečné a uvažování určitých havarijních scénářů může být na některých KČOV bezpředmětné, na jiných vysoce žádoucí. To je třeba mít na paměti. 

Tab. 3. Přehled kauzálních faktorů s popisem havárií a možnými opatřeními proti opakování havárií

Závěr

Podle předpokladu, největší podíl zaujímaly havárie s následkem pro životní prostředí. Z výsledků také plyne, že poměrně velká část havárií je spojena s ochromením funkce celé KČOV a následnou ztrátou čistící schopnosti KČOV. Selhání čistící funkce KČOV má za následek především zvýšení koncentrace nutrientů a jiných látek v recipientu, což často vede k úhynu vodních živočichů a rostlin. Doba zotavení biotopu závisí na mnoha faktorech, jako například kvalitě biotopu, míře znečištění atd. Vzhledem k úvahám o využití vyčištěných komunálních vod v zemědělství je tato problematika více než aktuální.

Z výsledků studie také vyplývá, že poměrně četným kauzálním faktorem byly „Extrémní události přírodní povahy“. To do budoucna bude skutečná výzva. Vzhledem k současným poznatkům lze odhadovat, že počet havárií na KČOV spojených s extrémními projevy počasí poroste. Preventivní opatření před těmito událostmi jsou však extrémně finančně náročná. Například v databázi je téměř polovina havárií v kategorii „Extrémní události přírodní povahy“ spojena s přívalovými dešti. Účinným preventivním opatřením je budování oddílných kanalizací v obcích, budování velkých retenčních nádrží, případně vhodné zásahy do krajiny s cílem omezit odtok dešťové vody do kanalizačních vpustí. Vše bude narážet na problémy spojené jak s výší investic, tak i na problémy urbanistické.

Literatura/References

doc. Ing. Petr Trávníček, Ph.D.¹⁾
doc. Ing. Petr Junga, Ph.D.¹⁾
Ing. Luboš Kotek, Ph.D.²⁾
prof. Ing. Tomáš Vítěz. Ph.D.¹⁾

¹⁾ Ústav zemědělské, potravinářské a environmentální techniky
Agronomická fakulta
Mendelova univerzita v Brně
Zemědělská 1
613 00 Brno
petr.travnicek()mendelu.cz

 ²⁾ ÚVSSR – odbor výrobních systémů a virtuální reality
Fakulta strojního inženýrství
Vysoké učení technické v Brně
Technická 2896/2
616 69 Brno