Autor
Jiří Wanner
Světový den vody se koná každoročně dne 22. března k vyvolání pozornosti významu vody a potřeby obhajovat udržitelné nakládání s vodními zdroji. Tato tradice byla zahájena v roce 1993, kdy byl Valným shromážděním Organizace spojených národů (OSN) 22. březen vyhlášen Světovým dnem vody. Mottem Světového dne vody 2017 je „Waste Water“ (Odpadní voda). Jako připomenutí motta letošního Světového dne vody se rozhodla redakce přinést krátký shrnující článek o stavu čištění odpadních vod v České republice. Příspěvek bude zaměřen na čištění městských odpadních vod, které představují směs splaškových vod z domácností, průmyslových odpadních vod, ve městech s jednotnou kanalizací dále vod srážkových a konečně vod balastních (např. průnik vod podzemních). Průmyslové odpadní vody, pokud se čistí v samostatných ČOV, byly i v minulosti jako zdroj nebezpečného znečištění dobře ošetřeny a ani dnes nepředstavují za běžných situací významnější vodohospodářský problém. Naopak čistírny městských odpadních vod byly systematicky budovány až po druhé světové válce a ještě dnes nejsou všechna sídla ošetřena potřebným čištěním.
Trochu statistiky na úvod
Podle tzv. Modré zprávy MŽP & MZe žilo v roce 2015 v domech připojených na kanalizaci 8,882 mil. obyvatel České republiky, to je 84,2 % z celkového počtu obyvatel. Do kanalizací bylo vypuštěno (bez zpoplatněných srážkových vod) celkem 445,5 mil. m3 odpadních vod. Z tohoto množství bylo čištěno 97 % odpadních vod (bez zahrnutí vod srážkových), což představuje 432 mil. m3.
Nejvyšší podíl obyvatel připojených na kanalizaci byl v roce 2015 v hlavním městě Praze (98,9 %) a Karlovarském kraji (96,2 %), nejnižší podíl byl ve Středočeském (70,5 %) a Libereckém (68,9 %) kraji. Údaje uvedené v tabulce 1 řadí Českou republiku v rámci EU mezi vodohospodářsky nejvyspělejší země, neboť těchto čísel nedosahuje ani řada tradičních členských zemí EU. To je mj. dáno i dobrou výchozí pozicí při vzniku ČR, neboť již na konci období socialismu v r. 1989 bylo dosahováno v české části ČSSR 72,4 % připojení a 71,5 % čištění.Délka kanalizační sítě byla v roce 2015 prodloužena o 627 km a dosáhla 45 884 km. Celkový počet ČOV se dle údajů ČSÚ zvýšil oproti předešlému roku o 50 ČOV, tedy na 2 495 ČOV v celé ČR.
Tabulka 1. Odvádění a čištění odpadních vod z kanalizací v letech 1989 a 2009–2015
Podle serveru www.enviprofi.cz (Mgr. Vytejčková, MŽP) se celkový počet ČOV pro veřejnou potřebu v ČR oproti roku 2000 více než zdvojnásobil na 2 445 do konce roku 2014. V roce 2015 přibylo tedy dalších 50 ČOV. V současné době mají všechny aglomerace nad 10 000 EO zajištěno terciární čištění, i když ne všechny plní požadavky směrnice na limity jakosti vypouštěných odpadních vod. Nejproblematičtější zůstává Ústřední ČOV Praha. Ke konci roku 2013 chyběly odpovídající ČOV u 11 aglomerací o velikosti 2 000–10 000 EO.
Podle terminologie MŽP (dáno směrnicí EEC/91/271) se rozlišují tyto typy čištění odpadních vod: Primární čištění – mechanické ČOV, sekundární čištění – mechanicko-biologické ČOV bez odstraňování dusíku a fosforu, terciární ČOV – mechanicko-biologické ČOV s dalším odstraňováním dusíku a/nebo fosforu. To se liší od terminologie zavedené v čistírenské praxi, kdy odstraňování dusíku a fosforu se běžně zahrnuje pod pojem „sekundární“ čištění a „terciární“ čištění je vyhrazeno pro dočišťování stávajících odtoků z čistíren odpadních vod. Jejich členění je patrné z obr. 1.
Obr. 1. Počet a struktura ČOV do roku 2014 (www.enviprofi.cz – Mgr. Vytejčková, MŽP)
Server http://heis.vuv.cz uvádí přehled typů ČOV v jednotlivých velikostních kategoriích (tabulka 2) a dále pak podíl obyvatel napojených na ČOV v jednotlivých velikostních kategoriích, tak jak rozlišuje naše legislativa velikostní kategorie ČOV (obr. 2–5). Z těchto grafů je zřetelné, jak se podíl obyvatel výrazně zvyšuje s velikostí obce, resp. čistírny odpadních vod. Z tohoto statistického přehledu je rovněž patrné, že největší problémy přetrvávají v menších sídlech do 10 000, ale hlavně do 2 000 obyvatel, a proto bude této kategorii věnována samostatná část příspěvku.
Tabulka 2. Přehled typů ČOV pro čištění komunálních odpadních vod v obcích ČR (http://heis.vuv.cz)
Obr. 2. Podíl obyvatel napojených na ČOV v kategorii do 2 000 EO (http://heis.vuv.cz)
Obr. 3. Podíl obyvatel napojených na ČOV v kategorii 2 001–10 000 EO (http://heis.vuv.cz)
Obr. 4. Podíl obyvatel napojených na ČOV v kategorii 10 001–100 000 EO (http://heis.vuv.cz)
Obr. 5. Podíl obyvatel napojených na ČOV v kategorii nad 100 000 EO (http://heis.vuv.cz)
Vývoj ceny pro vodné a stočné
V roce 2015 byla dle šetření Českého statistického úřadu průměrná cena bez DPH pro vodné 35,60 Kč/m3 a průměrná cena pro stočné představuje po zpřesnění metodiky výpočtu 30,70 Kč/m3. V roce 2016 dochází k dalším úpravám. Např. v Praze byla cena vody na rok 2017 stanovena takto: vodné – 46,43 Kč, stočné – 38,99 Kč, celkem 85,42 Kč
Celková cena vody v Praze představuje zhruba celorepublikový průměr pro rok 2017. Zároveň je tato cena zhruba na průměru cen vody v metropolích EU, které kolísají od 140 Kč v Kodani, cca 120 Kč v Berlíně či 110 Kč ve Vídni až po Atény (pod 40 Kč) nebo Sofii s cca 20 Kč, vše za 1 m3 (údaje dle serveru http://www.tretiruka.cz pro rok 2016). Ovšem nikde jinde není slovo „průměr“ ošemetnější než u ceny vody, neboť tato značně kolísá od místa k místu dle vlivu mnoha faktorů. Podle údajů z Modré zprávy za rok 2015 kolísaly ceny stočného kolem průměru 30,7 Kč/m3 v jednotlivých krajích od 24,60 Kč pro kraj Plzeňský až po 40,40 Kč pro kraj Liberecký, přičemž kolísání ceny stočného mezi jednotlivými podniky VaK se děje ještě ve větším rozsahu.Vývoj čistírenských technologií v ČR
Jak je patrno z tabulky 2, je i v České republice dominantním způsobem biologického čištění odpadních vod aktivační proces. Ten byl objeven a popsán poprvé v Manchesteru, UK, chemiky Ardernem a Lockettem. Podrobněji je objev aktivačního procesu popsán např. [6, 7]. Záhy po skočení 1. světové války vypukly patentové spory okolo priority řešení některých technických detailů procesu. Skutečný rozmach procesu v celosvětovém měřítku nastal tak až po skončení 2. světové války, po vypršení platnosti sporných patentů. Také v tehdejším Československu se v meziválečném období postavila pouze jedna demonstrační aktivační čistírna v Praze-Jinonicích. Skutečný vývoj i teoretické poznávání různých stránek procesu nastaly v plné míře rovněž až počátkem 50. let.
i) Chemicko-inženýrský přístup k aktivačnímu procesu
Rozvoj aktivačního procesu po druhé světové válce ve větším měřítku se zpočátku odehrával na empirickém principu. Základem navrhování aktivačních systémů byla data z laboratorních modelů. Tento postup ovšem narážel na problémy zvětšování měřítka. Proto se ještě často přistupovalo k nákladným poloprovozním testům. V důsledku převažujícího stavebně-inženýrského přístupu byly rozhodujícími parametry hydraulická doby zdržení a hydraulické zatížení, zatímco vliv koncentrace biomasy aktivovaného kalu a její zatížení nebyly zdaleka tak významné. Tento přístup se radikálně změnil po průlomových pracích o reaktorovém inženýrství a kinetice Octave Levenspiela, jehož myšlenky byly shrnuty v celosvětově uznávané učebnici Chemical Reaction Engineering (John Wiley, New York, 1972), která se stala „biblí“ moderního chemického inženýrství. V poměrech tehdejšího Československa našel tento nový přístup k aktivačnímu procesu velice záhy ohlas i na Katedře technologie vody VŠCHT Praha, vedené profesorem Maděrou. Toto pojetí znamenalo mnohem exaktnější přístup zejména k těmto aspektům aktivačního procesu:
• Přestup kyslíku a jeho popis se zavedením veličin KLa, OC a α s následným vývojem směrem k moderní jemnobublinné aeraci .• Hydraulická charakteristika reaktorů a její vliv na kinetiku dějů.
• Teorie kinetické selekce a její aplikace ve vazbě na doporučený hydraulický režim reaktoru.
Výsledkem těchto studií na VŠCHT bylo zavádění koridorových aktivací s přepážkami, případně předřazování kontaktní zóny před hlavní reaktor (tzv. selektorová aktivace). Zavádění těchto principů do praxe výrazně omezilo problémy s bytněním aktivovaného kalu, tehdy běžnými v celém světě [8].
ii) Populační dynamika aktivovaného kalu, aplikace nejnovějších poznatků z molekulární biologie
Inženýrské přístupy a kinetická selekční teorie postačovaly k popisu aktivačního procesu, pokud se používal k odstraňování hlavně organického znečištění. Koncem 80. let 20. století, kdy se rozšiřovalo používání systémů s nitrifikací, denitrifikací i biologickým odstraňováním fosforu, začínalo být patrné, že bez bližších znalostí o interakcích jednotlivých fyziologických skupin mikroorganismů nelze řešit provozní problémy, které se začaly objevovat (např. nestabilita nitrifikace, výskyt biologických pěn). Jako reakce na tyto problémy se vytvořilo odvětví studia aktivačního procesu, které se nazývá populační dynamika aktivovaného kalu [5]. Součástí tohoto vývoje byla i formulace prvních použitelných matematických modelů aktivačního procesu, zejména pak ASM1. Aplikace principů populační dynamiky vyžadovala ovšem bližší informace o kvalitativním a později i kvantitativním zastoupení důležitých mikroorganismů.
V Československu vedla aplikace znalostí populační dynamiky k vývoji varianty aktivačního procesu, kdy se nitrifikace a denitrifikace v hlavní lince kombinují s regenerací zásobní kapacity buněk v regenerační zóně umístěné v proudu vratného kalu. Tak vznikl u nás velmi rozšířený tzv. R-D-N (nebo R-An-D-N) proces, který kombinuje stabilní odstraňování nutrientů s dobrými sedimentačními vlastnostmi aktivovaného kalu [9, 2].
iii) Kontinuální sběr dat a on-line řízení procesu s využitím matematického modelu
Rozvoj využití matematických modelů pro řízení aktivačního procesu byl umožněn postupující technikou v získávání potřebných dat, a to jak na základě kinetických a respirometrických měření, tak kontinuálním on-line měřením. V současné době jsou k dispozici metody kontinuálního měření těchto parametrů vstupujících do matematického modelu: rozpuštěný kyslík, amoniakální a dusičnanový dusík, koncentrace biomasy a případně i hodnota CHSK. V rámci IWA působí skupina postupně precizující správné postupy při matematickém modelování. Byl vypracován tzv. unifikovaný modelovací protokol, který určuje, která všechna data, z jakých míst a s jakou četností je nutno získat pro kalibraci, verifikaci i používání modelu [4]. Současné systémy řízení využívají nejčastěji jednoduchý matematický model ASM1, který simuluje odstraňování organického znečištění, nitrifikaci a denitrifikaci. S rozvojem složitějších aktivačních systémů obsahujících i anaerobní zóny pro biologické odstraňování fosforu a případně regenerační zóny pro obnovování zásobní kapacity a pro bioaugmentaci bude nutno přejít k modelu ASM2d nebo ASM3, který umožňuje modelovat i vznik zásobních látek a růst buněk na nich.
Současná úroveň biologického čištění odpadních vod
Legislativa
Současná legislativa na úseku čištění odpadních vod v ČR vychází z principů příslušných směrnic Evropské unie (91/271/EEC a 2000/60/EC) a navazuje na tradici předchozí legislativy, která byla ve směru k čištění odpadních vod mimořádně dobře a prozíravě koncipována (zákon o vodách č. 138/1973 Sb. a prováděcí nařízení vlády č. 25/1975 Sb.). Určitým potvrzením kvality této původní právní úpravy je fakt, že vodní zákon byl celý změněn až v roce 2001 po předchozí novele o ochranných pásmech (zákon č. 14/1998 Sb.) a doplněn po změně nařízení vlády o úplatách na zákon č. 58/1998 Sb. (zákon o poplatcích za vypouštění odpadních vod do vod povrchových). Nařízení vlády bylo změněno až v roce 1992 (č. 171/1992 Sb.), přičemž seznam ukazatelů množství látek v povrchových vodách zůstal zachován v tomto i dalším nařízení vlády (č. 82/1999 Sb.). Stávající vodní zákon (zákon č. 254/2001 Sb., v platném znění) se zabývá čištěním odpadních vod v Díle 5 „Ochrana jakosti vod“. V paragrafu 38 v odst. 3 je ukládána povinnost: „Kdo vypouští odpadní vody do vod povrchových nebo podzemních, je povinen zajišťovat jejich zneškodňování v souladu s podmínkami stanovenými v povolení k jejich vypouštění. Při stanovování těchto podmínek je vodoprávní úřad povinen přihlížet k nejlepším dostupným technologiím v oblasti zneškodňování odpadních vod, kterými se rozumí nejúčinnější a nejpokročilejší stupeň vývoje použité technologie zneškodňování nebo čištění odpadních vod, vyvinuté v měřítku umožňujícím její zavedení za ekonomicky a technicky přijatelných podmínek a zároveň nejúčinnější pro ochranu vod.“
Dále se v tomto paragrafu v odstavci 8 konstatuje: „Při povolování vypouštění odpadních vod do vod povrchových nebo podzemních stanoví vodoprávní úřad nejvýše přípustné hodnoty jejich množství a znečištění. Při povolování vypouštění odpadních vod do vod povrchových je vázán ukazateli vyjadřujícími stav vody ve vodním toku, normami environmentální kvality, ukazateli a hodnotami přípustného znečištění povrchových vod, ukazateli a přípustnými hodnotami znečištění odpadních vod a náležitostmi a podmínkami povolení k vypouštění odpadních vod, včetně specifikací nejlepších dostupných technologií v oblasti zneškodňování odpadních vod a podmínek jejich použití, které stanoví vláda nařízením. Při povolování vypouštění odpadních vod do vod podzemních je vázán ukazateli vyjadřujícími stav podzemní vody v příslušném útvaru podzemní vody, ukazateli a hodnotami přípustného znečištění podzemních vod, ukazateli a přípustnými hodnotami znečištění odpadních vod a náležitostmi a podmínkami povolení k vypouštění odpadních vod do vod podzemních, které stanoví vláda nařízením.“ Od roku 1992, kdy bylo přijato první nové nařízení vlády (č. 171/1992 Sb.) od nařízení č. 25/1975 Sb., bylo nařízení vlády změněno celkem 4x (č. 82/1999 Sb., č. 61/2003 Sb., č. 229/2007 Sb. a č. 23/2011 Sb.). V současné době platí již páté nařízení vlády č. 401/2015 Sb., ovšem již od května 2016 je na Úřadu vlády „zaparkovaná“ další novela tohoto nařízení vlády, která mění limity pro nejlepší dostupné technologie v oblasti zneškodňování odpadních vod a podmínky jejich použití. Pokud bude tato novela skutečně přijata, většina stávajících ČOV bude muset mohutně investovat do dalšího stupně čištění (terciárního srážení fosforečnanů). V roce 2015 byla připravena i zásadní novela vodního zákona týkající se poplatků za odběr vody a za vypouštění zbytkového znečištění. Nenašla se však potřebná politická vůle tuto novelu přijmout. Přesto však bude v nejbližší době nutno sladit poplatky za vypouštěné znečištění odpadních vod s realistickými, a nikoli likvidačními BAT limity v nařízení vlády. Legislativa by měla mít i motivační účinek a zájmy ochrany vodního prostředí prosazovat rychlostí, která je v souladu s ekonomickými možnostmi a nikoli skokově. Spolu se zpřísňováním odtokových limitů pro ČOV by se měla stejně razantně řešit i problematika plošného znečištění, což zatím v naší legislativě chybí.Moderní aktivační proces
Aktivační proces se používá ve světě i u nás v řadě modifikací jak konstrukčních, tak technologických. Počet modifikací se ještě zvyšuje v případě aktivačního procesu s biologickým odstraňováním nutrientů. Přesto však lze najít určité varianty, které jsou v té které zemi používány častěji než jiné. V České republice jsou velmi častá použití oběhových a koridorových aktivací.
i. Konfigurace aktivačního systému
Aktivační systémy se pro menší a střední ČOV realizují často jako oběhové, ovšem nikoli se simultánní nitrifikací a denitrifikací, ale častěji s řízeným střídáním oxických a anoxických podmínek přerušovanou aerací. Typické je také použití koridorových aktivací, které umožňuji za sebou řazení anaerobní, anoxické i oxické zóny. Přitom lze proměnlivým zaúsťováním interní recirkulace měnit poměry mezi objemem anaerobní a anoxické sekce a spolu s s možností vypínání a zapínání části aeračních elementů i měnit poměry mezi anoxickou a oxickou sekcí. V podmínkách ČR je u většiny moderních aktivačních čistíren instalována ještě regenerační zóna, která umožňuje:
• obnovení zásobní kapacity buněk vločkotvorných bakterií, které napomáhá zlepšování separačních vlastností aktivovaného kalu;• bioaugmentaci nitrifikace in situ. Příklad takového moderního flexibilního uspořádání aktivačního systému s regenerací a bioaugmentací in situ je na obr. 6.
Obr. 6. Letecká fotografie (Google Maps) moderního aktivačního systému typu R-An-D-N
ii. Strojní vybavení
K modernímu aktivačnímu systému patří i účinné promíchávání neprovzdušňovaných zón míchadly, jejichž lopatky jsou uzpůsobeny mírnému zacházení s vločkami aktivovaného kalu. Současné aktivační systémy jsou provzdušňovány téměř výhradně jemnobublinnými aeračními systémy (obr. 7) s použitím membránových difuzérů, které umožňují potřebnou flexibilitu v objemech nitrifikačních a denitrifikačních zón. Zdrojem tlakového vzduchu jsou rychloběžná dmychadla, jejichž kapacitu lze v určitém rozsahu plynule měnit dle aktuální potřeby vzduchu.
Obr. 7. Aktivační proces s jemnobublinnou aerací
iii. Automatizované měření a řízení
Právě účinná regulace dodávky vzduchu byla prvním úkolem pro instalované systémy on-line měření. Skutečné úspory vzduchu lze dosáhnout jen kombinací měření kyslíku s měřením koncentrací amoniakálního a dusičnanového dusíku. Signály ze sond jsou zpracovány buď nějakým předepsaným algoritmem, nebo matematickým modelem aktivačního procesu a systém pak ovládá např. chod a výkon dmychadel, případně dávkování organického substrátu nebo srážedel.
iv. Dosahovaná kvalita odtoku
Od stávajících aktivačních systémů (ve spojení se správně navrženými a dimenzovanými dosazovacími nádržemi) se očekává i jistá kvalita odtoku. Současné špičkové aktivační čistírny mohou dosahovat dlouhodobě těchto odtokových kritérií (definice typu vzorku a způsobu vyhodnocení podle nař. vl. č. 401/2015 Sb.):
CHSKCr do 40 mg/lNCELK do 10 mg/l
z toho N-NH4 1–2 mg/l
z toho N-NO3 do 7 mg/l
PCELK do 1 mg/l *
PCELK do 1 mg/l *
PCELK cca 0,7 mg/l ** *) Při dobrém hospodaření s organickým uhlíkem i bez chemického srážení, ve většině případů nutno k dosažení této koncentrace použít simultánní srážení
**) K dosažení této dlouhodobě garantovatelné hodnoty je nutno použít terciární srážení fosforu (tj. v odtoku z dosazovací nádrže) s účinnou separací sraženiny
Čištění odpadních vod z malých sídel
Jedním z největších přetrvávajících problémů je čištění odpadních vod z malých sídel. Nejedná se jen o malé procento čištěných odpadních vod v sídlech pod 2 000 EO (obr. 2), ale také o problémy s vhodnou technologií pro malé a zejména domovní ČOV (domovní ČOV s kapacitou do 500 EO). Malé čistírny mají svá mnohá specifika a v žádném případě je nelze projektovat nebo konstruovat jen jako zmenšené ČOV pro větší sídla. Specifika malých čistíren spočívají zejména ve velkém kolísání množství a složení odpadních vod, náchylnosti biologické části k toxickým látkám z domácností (např. vypouštění dezinfekčních prostředků při velkém víkendovém úklidu), v nárocích na robustní strojní vybavení, což je ovšem v rozporu s omezenými finančními možnostmi malých investorů či rodin, a v problémech při zajišťování kvalifikované obsluhy a údržby (obr. 8). To pak vede v důsledku k dosahování nižší kvality odtoku ve srovnání s většími obecními a městskými čistírnami. Legislativa EU i naše to zohledňuje tolerantnějšími emisními standardy v kategorii ČOV do 2 000 EO (v ČR i do 500 EO). Ovšem poslední dobou začalo MŽP podporovat v rámci „boje proti suchu“ opětovné využívání vyčištěné odpadní vody z domovních ČOV. To může být poměrně riskantní krok, protože tato zařízení nejsou obvykle vybavena zcela dostačující dezinfekcí a nejsou k dispozici ani aktuální údaje o jakosti vypouštěných vod. Proto odborníci v této oblasti považuji za bezpečné a oprávněné opětovné využívání vyčištěných odpadních vod až z větších městských ČOV, kde lze garantovat složení i bezpečnost recyklované vody.
Obr. 8. Domovní čistírna bez kvalifikované obsluhy a pravidelné údržby
Příprava a vzdělávání odborníků v čistírenství
Vysokou úroveň oboru čištění odpadních vod v ČR zajišťuje i vysoká kvalifikace a erudice odborníků od projekce, konstrukce přes řízení technologií až management čistíren. V České republice je tradičním a prakticky jediným vysokoškolským pracovištěm připravujícím čistírenské technology s kvalifikací Ing. i Ph.D. Ústav technologie vody a prostředí VŠCHT Praha (http://tvp.vscht.cz/). Tento ústav se významně podílí i na výzkumu a vývoji v oboru (viz publikace pracovníků ústavu v databázi RIV), přitom úzce spolupracuje s řadou projekčních a konstrukčních firem, výrobců ČOV a zařízení pro ČOV, jakož i s velkými provozovateli VaK v celé republice, namátkou PVK a.s., SčVK a.s. či SmVaK a.s. O zvyšování odborné způsobilosti pracovníků v oboru, zejména technologů ČOV, se starají i dvě profesní sdružení (tzv. zapsané spolky):
Asociace pro vodu ČR (CzWA) (www.czwa.cz)
2. OS pro malé čistírny a odlučovače, vedoucí M. Kriška; skupina je sdružením odborníků zajímajících se o oblast decentrálního čištění odpadních vod a problematiku KVV (kusových vodohospodářských výrobků). Skupina organizuje své pravidelné semináře a exkurze, např. k problematice ČOV v horských oblastech.
3. OS pro řešení extrémních požadavků na čištění odpadních vod, vedoucí J. Foller; skupina byla založena s cílem dosahování vysoké technologické a ekonomické efektivity procesu a provozu technologických zařízení při čištění odpadních vod. I tato skupina pořádá své pravidelné akce.
4. OS Technologická zařízení pro vodárenství a čistírenství, vedoucí R. Armič-Sponza; skupina je složena z odborníků různých profesí (projektanti, technologové, dodavatelé i provozovatelé) převážně z oblasti čištění odpadních vod a úpravy pitné vody. Důležitá je i úzká spolupráce na výzkumu, vývoji a inovaci s příslušnými pracovišti vysokých škol. OS pořádá příležitostné semináře či spolupracuje na přípravě akci s jinými OS.
5. OS Energie a odpadní vody, vedoucí M. Goméz; základní myšlenkou je podpora efektivního nakládání s energií obsaženou v odpadních vodách při současném efektivním vynakládání energie na čištění odpadních vod. Nakládání s elektrickou energií by mělo být jedním z parametrů posuzování ČOV. OS pořádá příležitostné semináře na téma úspor energie v provozech ČOV. Problematika odpadních vod se objevuje i v činnosti ostatních odborných skupin, mj. Kaly a odpady, Analýza a měření či Biologie vody. Městské odpadní vody patří i k hlavním tématům přednášek na bienálních konferencích CzWA „VODA 20XX“. Sdružení oboru vodovodů a kanalizací ČR (SOVAK) (www.sovak.cz) V rámci tohoto sdružení pracují tzv. odborné komise. Problematice městských odpadních vod se věnuje Komise pro čistírny odpadních vod, které předsedá V. Propílek. Komise sdružuje technology ČOV a na svých pravidelných zasedáních, konaných na různých místech republiky, se věnuje zejména: • modernizaci a rekonstrukcím čistíren odpadních vod;
• novým technologickým opatřením v oblasti čištění odpadních vod;
• problematice kalové koncovky ČOV.
Nové úkoly čistírenství v ČR
Závěrem tohoto příspěvku je nutno zmínit i několik aktuálních úkolů, s kterými se čistírenství ČR v současné době vyrovnává či ještě bude muset zabývat. Samozřejmě takových úkolů by bylo možno vyjmenovat celou řadu, ovšem s ohledem na rozsah článku zmíníme jen ty skutečně urgentní.
i) Legislativa
Jak už bylo zmíněno, bude zapotřebí se v dohledné době vrátit k poplatkům za vypouštěné znečištění ve vodním zákoně a uvést limity pro zpoplatnění do souladu se současným stavem vývoje v čistírenství a s reálnými možnostmi dostupných technologií. Zároveň by měla konstrukce poplatkové části zákona o vodách motivovat k instalaci dokonalejších technologií čištění. V souladu s tímto novým přístupem musí být i stanovení nových limitů pro technologie BAT v příslušném nařízení vlády, aby tyto dva právní předpisy nebyly ve svém součtu pro provoz ČOV likvidační.
Zcela zásadním problémem je nedostatečná legislativa na úseku ochrany povrchových vod před plošným znečištěním, které se s postupující výstavbou ČOV a zvyšováním jejich účinnosti stává dominantním zdrojem takových problémů, jako je neúnosná (a stále postupující) eutrofizace povrchových vod. Do budoucna je nutno napravit i úplnou absenci právních předpisů pro opětovné využívání odpadních vod. Stávající výklad pracovníků MŽP je, že opětovné využívání vyčištěných odpadních vod nespadá do vodohospodářské legislativy. Přitom již směrnice 91/271/EEC v Článku 12 ukládá: 1. Kdykoli je to vhodné, měly by být vyčištěné odpadní vody znovu použity. Způsoby odstraňování musí minimalizovat nepříznivé účinky na životní prostředí. V řadě států EU již obecně závazné právní normy pro tuto činnost, která je v praxi stále častější a žádanější, existují. Evropská komise v současné době připravuje vlastní směrnici EU k opětovnému využívání odpadních vod, existují a dále se dopracovávají i příslušné ISO normy, pokrývající tuto činnost.ii) Další snižování úrovně eutrofizace povrchových vod
Čistírenství může stále ještě do určité míry přispět k snižování eutrofizace povrchových vod postupným zvyšováním účinnosti odstraňování fosforu. Při současném vybavení mnohdy teprve nedávno dokončených ČOV se bude muset jednat skutečně o postupný proces, neboť tento úkol bude vyžadovat přestavbu většiny ČOV s kapacitou nad 10 000 EO na provozy s terciárním srážením fosforečnanů. V současné době existuje v ČR snad jediná taková ČOV pro město Pelhřimov a zkušenosti z rekonstrukce a provozu této ČOV potvrzují, jak náročný je to proces, pokud se má garantovat celoročně odtoková koncentrace PCELK pod 1 mg/l.
iii) Nově se objevující znečištění odpadních vod
S rozvojem analytických metod zjišťujeme, že zbytkové organické znečištění v odtocích z městských ČOV není tvořeno jen běžnými refraktorními látkami či produkty metabolismu bakterií aktivovaného kalu, ale stále častěji a ve větších koncentracích nacházíme látky, které se objevují v odpadních vodách nově, s postupující změnou životního stylu obyvatelstva. V terminologii příslušných dokumentů EU se o nich hovoří jako o „emerging pollutants“, což lze česky popsat spojením „nově se objevující znečištění odpadních vod“. Po chemické stránce se jedná o zbytky léčiv, ilegálních drog, hormonálních preparátů či prostředků osobní péče. Problémem je i vzrůstající rezistence bakterií na antimikrobiální látky (antibiotika, moderní dezinfekční činidla v kosmetice), které se v odtocích z ČOV dostávají do volného prostředí. V případě patogenních schopností těchto bakterií se může do budoucna jednat i o značný problém humánní medicíny.
Technologie, které dokáží tyto látky degradovat a eliminovat i případné škodlivé produkty jejich rozkladu, jsou dostupné. Příkladem může být Švýcarsko, které v r. 2015 přijalo nový vodní zákon, který vyžaduje, aby v období 2016–2040 bylo 100 největších, resp. nejdůležitějších ČOV v zemi (důležitých z hlediska ochrany švýcarských jezer) vybaveno technologií s minimálně 80% účinností odstraňování 12 vybraných látek ze seznamu „emerging pollutants“. Ovšem švýcarská vláda nejen nařídila, ale i vyčlenila příslušný fond, který každé intenzifikované čistírně uhradí 75 % investičních nákladů na technologii tohoto „kvartérního“ čištění, jak to oni nazvali. Rovněž v Německu existují již některé ČOV s touto technologií, ovšem většinou se jedná o demonstrační projekt dotovaný z prostředků EU, neboť jinak by se výše stočného musela zvýšit nad obyvatelstvem akceptovatelnou úroveň.
iv) Opětovné využívání městských odpadních vod
V okamžiku, kdy aplikujeme veškeré operace terciárního čištění včetně zejména dezinfekce a po případném budoucím doplnění o technologie odstraňování nových organických polutantů, stane se z odtoku z ČOV produkt, který bude ekonomicky nesmyslné vypouštět do recipientu bez jeho dalšího využití. K tomu je nutno připočítat fakt, že i v období dlouhotrvajícího sucha je odtok s čistírny odpadních vod prakticky jediným stabilním zdrojem vody se známou a stálou kvalitou, což se nedá říci o zaklesávajících podzemních vodách či o říční vodě, jejíž kvalita se v období dlouhodobého sucha výrazně zhoršuje. Podobné jevy jsme mohli pozorovat, když koncem léta 2015 vrcholilo období sucha započaté již v r. 2014. Možností pro využívání vyčištěných odpadních vod je celá řada, konkrétnímu způsobu nutno vždy přiřadit požadovanou kvalitu vody, která určuje i použitou technologii terciárního čištění. Např. v případě závlah definuje ISO norma 16075-2 Guidelines for treated wastewater use for irrigation projects 6 tříd jakosti vod podle kvality a použité technologie a k tomu přiřazuje plodiny, které mohou být tou kterou vodu zavlažovány. Připraven je i další návrh ISO normy Guidelines for Water Quality Grade Classifications for Water Reuse, která bude definovat jakostní třídy vyčištěné odpadní vody pro obecné použití, zejména v městském vodním hospodářství. Příklady použití vyčištěných odpadních vod jinými subjekty než vlastními provozovateli ČOV se začínají množit, i když je to zatím vzhledem k absenci národní legislativy vždy výsledek někdy komplikovaných jednání s vodoprávními úřady.
v) Kalové hospodářství městských ČOV
Není účelem tohoto příspěvku se zabývat detailně i kalovým hospodářstvím ČOV. Ostatně, na toto téma přinesl časopis Vodní hospodářství podrobný článek K. Hartiga v čísle 2/2017.
V souvislosti s novými úkoly čistírenství ČR je nutno zmínit v krátkosti alespoň obecnou tendenci zhoršování se podmínek pro aplikaci stabilizovaných čistírenských kalů do půdy. Tento trend je dán obecnou snahou omezit až zastavit vracení se specifických polutantů zpět do lidského potravního řetězce. Přitom se nejedná jen o již známé znečištění typu těžké kovy, organické toxické látky či patogenní mikroorganismy, ale ukazuje se, že i nově se objevující znečištění odpadních vod se výrazně akumuluje právě do čistírenských kalů. Tato snaha nachází už i odezvu jak v postoji orgánů EK, tak i v národní legislativě vyspělejších členů EU. Stále častěji je nutno tedy počítat buď s přímou tepelnou likvidací (sušení a spalování) nebo s další termickou degradací stabilizovaných kalů. K těm patří zejména pyrolýza, která umožňuje vytěžit ještě zbývající energetický potenciál stabilizovaných kalů jejich přeměnou na palivo pyrolýzní plyn a případně olej. Dalším produktem je tzv. biouhel. Biouhel (z angl. biochar) je zuhelněná biomasa, která vznikla termickou přeměnou (nízkoteplotní pyrolýza, karbonizace). V podstatě jde o obdobu dřevného uhlí. Základní složkou je chemicky stabilní uhlík, který nepodléhá dalšímu rozkladu ani oxidaci. Ukládáním biouhlu do půdy se zásadně zlepšuje její kvalita. Uhlík váže živiny a důležité látky (zejména významný je fosfor), které se z půdy nevyplavují.
Literatura
[1] Amann, R. I.; Ludwig, W.; Schleifer, K. H. (1995) Phylogenetic identification and in situ detection of individual microbial cells without cultivation. Microbiological Reviews, 59: 143–169.[2] Kos, M.; Wanner, J.; Šorm, I.; Grau, P. (1992) R-D-N activated sludge process. Water Science and Technol., 25,4/5, 151–160.
[3] Novák, L.; Wanner, J.; Kos, M. (2003) Způsob zvýšení nitrifikační kapacity aktivačního procesu biologického čištění odpadních vod. CZ patent č. 291 489.
[4] Rieger, L.; Gillot, S.; Langergraber, G.; Ohtsuki, T.; Shaw, R.; Takacs, I. (2012) Good modelling practice – realizing the full benefits of wastewater treatment modelling. IWA Publishing, London.
[5] Wanner, J. (1995) Activated Sludge Population Dynamics. Water Science and Technol., 30(11):159–169.
[6] Wanner, J. (2014a) History of activated sludge. http://www.iwa100as.org/history.php (14. 3. 2014).
[7] Wanner, J. (2014b) Aktivační proces: Od geniálního vynálezu po nejrozšířenější čistírenskou technologii. Sb. předn. konf. AČE SR ODPADOVÉ VODY 2014, Štrbské Pleso, 22.–24. 10. 2014.
[8] Wanner, J.; Jobbágy, A. (2014). Activated sludge solids separation. pp. 171–194. Chapter 10 in: Activated Sludge – 100 Years and Counting. D. Jenkins and J. Wanner (eds). IWA Publishing, London, ISBN 9781780404936.
[9] Wanner, J.; Kos, M.; Grau, P. (1990) An innovate technology for upgrading nutrient removal activated sludge plants. Water Science and Technol., 22,7/8,9–20.
prof. Ing. Jiří Wanner, DrSc.
VŠCHT Praha
Ústav technologie vody a prostředí
Technická 5, 166 28 Praha 6
jiri.wanner()vscht.cz
