V době plné oznámení o průlomových technologiích v oblasti IT, medicíny nebo energetiky je trochu zarážející, že obdobné novinky neslyšíme ze sektoru čištění odpadních vod. Ale je tomu tak opravdu, nebo spíše veřejnost není dostatečně seznámena s pokroky, kterých se dosáhlo i v této oblasti za posledních několik let? Následující text se na tuto otázku pokusí nastínit odpověď.
Proces čištění odpadních vod - jak městských (splaškových vod, nejčastěji společně s vodami dešťovými, příp. infiltracemi), tak průmyslových - je dlouhodobě založen na principech biologických a fyzikálně-chemických. Zatímco u splašků převažují metody biologické, u průmyslových odpadních vod je tomu naopak: Bez chemie a separace tyto odpadní vody bývají jen velmi obtížně čistitelné.
Biologické procesy nejčastěji využívají letos už na sto let starý princip aktivačního čištění systémem mikrobiální kultury se separací biologického kalu. Pro tento proces už existuje řada modifikací se střídavým uplatněním aerobních, anoxických a oxických zón i s doplněním procesu o nárůstové kultury, granulované kultury biomasy apod. Přesto klasický aktivační proces pro splaškové vody zůstává základním stavebním kamenem.
ČTYŘI HLAVNÍ MODELY INOVACÍ ČIŠTĚNÍ ODPADNÍCH VOD
Nyní už k příkladům moderních inovací v procesu čištění odpadních vod.
1) Membránová separace odpadních vod. Moderní polymerní materiály i neustálé zlepšování způsobu výroby membrán s možností perfektního nastavení velikosti pórovitosti i permeability umožňují snižovat dříve dramatické ceny za membránové bloky, využitelné na čistírnách. Nasazení je možné jak pro čištění či separaci vyčištěných odpadních vod od aktivovaného kalu, tak třeba pro terciální dočištění od tzv. mikropolutantů. Z pohledu případné investice do této technologie rozhodující musí být garance dodavatele stálosti deklarovaných vlastností membrán v konkrétních podmínkách aplikace. Realita se však často liší od předpokladů, a proto vzhledem k individuálnímu charakteru odpadních vod je třeba vždy vycházet z konkrétních testů v konkrétní lokalitě.
V ČR je zatím realizována a v provozu skupiny Veolia provozována jediná větší paralelní dvoulinková komunální ČOV Benecko - Štěpanická Lhota (1900 e. o.) s membránovou separací aktivovaného kalu před vypouštěním do recipientu. Je osazena technologií společnosti Envipur (www.envipur.cz). Výstavba ČOV musela respektovat přísné požadavky vodoprávního úřadu na vypouštění do málo vodnatého recipientu i přítomnost ČOV ve 3. ochranném pásmu KRNAP a také zohlednit značné sezónní výkyvy v zatížení dané turistickým ruchem v oblasti. Dvouleté provozní zkušenosti s touto ČOV prokazují, že membránová separace umožňuje i díky vysoké sušině aktivovaného kalu, s nímž čistírna pracuje, bez problémů dosahovat požadovaných přísných limitů pro danou velikostní kategorii ČOV (např. BSK5 25 mg/l, Pc 3 mg/l).
Naproti tomu musíme počítat s výrazně vyššími provozními náklady ČOV danými vyšší spotřebou elektřiny (několikanásobné čerpání, pohony, proces regenerace apod.), náročnější údržbou - i relativně vysokou spotřebou chemikálií pro čištění (regeneraci) membrán, a to přes relativně úspěšné testy s přídavkem čisticích partikulí, které pomohly částečně snížit frekvenci čištění.
Realizace obdobné membránové ČOV, ovšem s dodavatelskou garancí provozu bez chemického čištění použitých membrán, bude letos zahájena v obci Hostivice společností Asio (www.asio.cz). Její zkušenosti budou velmi cenné, neboť dosavadní řešení by bez každodenního čištění a bez pravidelné chemické regenerace nemohla být bezproblémově provozována.
2) Inovace společného čištění průmyslových a komunálních vod. V ČR je řada čistíren, které úspěšně čistí městské odpadní vody zároveň s vodami průmyslovými. V působnosti skupiny Veolia jsou to např. ČOV Plzeň, Ústí nad Labem či Kralupy nad Vltavou. Oba rozdílné druhy odpadních vod se totiž často vhodně a výhodně doplňují z pohledu obsahu organického zatížení (průmyslové vody jsou obvykle několikanásobně více zatížené) a nutrientů (komunální odpadní vody naopak obsahují více než dostatečné množství fosforu a dusíku). Výstup ze společného čištění odpadních vod je tak kvalitnější, než by byl při samostatném čištění, což je dáno i přísnějšími limity, jejichž plnění vodoprávní úřady vyžadují od komunálních ČOV. V odůvodněných případech lze ještě uvažovat o doplnění energetické valorizace na substrát bohatších odpadních vod. Na českém trhu je takovou etablovanou technologií. Biobed™ EGSB, používající pro anaerobní čištění odpadních vod speciální granulovanou biomasu s vysokým efektem konverze uhlíku z odpadních vod do bioplynu, který je dále energeticky využitelný. Tato technologie má referenci např. na ČOV pivovaru Svijany (www.memsep.cz).
3) Inovace ve využití organického uhlíku a fosforu. Angličané používají frázi »waste not, want not«, která idiomaticky vede čtenáře k tomu, aby neplýtval dostupnými zdroji. Pro čištění odpadních vod je tato fráze ještě platnější v dalším smyslu. Původně problematické látky a ukazatele se totiž nyní stávají zdroji a komoditami.
Příkladem této konverze může být fosfor, u něhož požadavky na vypouštění odpadních vod do vod povrchových po implementaci směrnice 91/271/EHS o čištění městských odpadních vod formou nařízení vlády č. 61/2003 Sb. vedly v posledních deseti letech k výraznému zpřísnění požadavků na jeho odstranění při vypouštění odpadních vod. V rámci procesu vyjednávání o přístupu k EU Česká republika dobrovolně kategorizovala jako citlivé území dle článku 5 výše citované směrnice a akceptovala přísné limity pro obsah celkového fosforu a dusíku. Nejtradičnější a nejbezpečnější cestou redukce ukazatele »celkový fosfor« je jeho chemické srážení železitými solemi (koagulanty), které však proces čištění zatěžují, a to jak nákladově, tak zvýšením zbytkového obsahu používaných solí.
V souběhu s tímto způsobem odstranění se intenzifikuje proces anaerobní stabilizace s cílem převést maximum dostupného organického uhlíku do bioplynu, který lze dále využívat. Nejčastěji se používá systém mechanické dezintegrace při zahuštění kalů, např. systém Lysatec (www.centrivit.cz) či nově systémy s hlubší desintegrací termickou, např. unikátní kontinuální systém Exelys™ (www.veoliawaterst.com/ /exelys), který kromě zvýšení produkce bioplynu garantuje i 100% hygienizaci zpracovávaných kalů. Tento proces může být doplněn o zvýšení účinnosti primární separace kalů z odpadních vod s jejich přímým transferem do vyhnívacích nádrží tak, aby v procesu čištění nastal minimální přesun uhlíkatého znečištění do formy plynného oxidu uhličitého.
Vedlejším efektem intenzifikací využití organického uhlíku je i uvolňování rozpuštěných forem fosforu a dusíku zpět do procesu čištění odpadních vod. U fosforu se tak často děje během zahušťování a odvodňování kalů na ČOV, kde dochází ke zvýšenému biologickému odstraňování fosforu kombinací anaerobních a (an)oxických zón. Vznikající proud filtrátu či fugátu z odvodnění poskytuje obrovský prostor pro znovuvyužití solubilizovaného fosforu pro výrobu hnojiv tak, jak to společnost Veolia dělá na řadě čistíren v Německu (ČOV Berlín) vlastním řešením či ve Francii na ČOV Marquette ve spolupráci se společností Ostara.
4) Inovace intenzifikace procesu čištění nárůstovými kulturami na umělých nosičích. Ještě před 30 lety mnozí experti předpovídali dramatické změny v přechodu od aktivačního procesu čištění odpadních vod k procesům biofilmovým na selektivních nosičích. Ovšem tyto změny nenastaly a i v ČR je pouze několik prvních vlaštovek plnoprovozního nasazení tohoto řešení. Poslední takovou realizací je ČOV Tlučná, kde dodávku nosičů (polymerní nosiče AnoxKaldnes - www.anoxkaldnes.com) i vlastní provoz zajišťuje skupina Veolia.
Cílem intenzifikace prostřednictvím doplnění nosičů do aktivačního procesu je stabilizace určitého druhu mikrobiální kultury, která by ve standardních podmínkách provozu neměla šanci reprodukce. Nejčastěji jde o doplnění dostatečného množství nitrifikačních bakterií, které osídlí povrch nosičů. Umístěním nosičů do vybrané sekce ČOV s menším podílem organického znečištění tak dochází k nárůstu a stabilizaci nitrifikačních bakterií i v chladných podmínkách, které by jinak způsobily zastavení nitrifikace. Příkladem stabilizace nitrifikace je ČOV Schaffhausen, která čistí velmi chladné odpadní vody a poté je vypouští do značně citlivého vodního toku Rýn těsně před kaskádu Rýnských vodopádů (Rheinfall). Alternativou je standardní vyčlenění sekce vratného kalu pro regeneraci - ovšem takový systém kromě své logické energetické náročnosti na zajištění dostatečného provzdušnění neumí kvůli zředěné a chladné odpadní vodě zajistit dostatečnou míru nitrifikace.
Obdobně zajímavé řešení nosičové kultury je opět příkladem volby nákladově, ale i z pohledu životního prostředí nejefektivnějšího řešení denitrifikace selektivním odběrem části již vyčištěné odpadní vody ze standardní ČOV a procesování systémem nosičového reaktoru BIOSTYR™ s řízeným dávkováním substrátu (nosičem jsou granule s nižší hustotou, než je voda pro zajištění optimálního průtoku a cirkulace ložem). Společností Veolia byl tento systém uplatněn na ČOV Hradec Králové. Jeho první výhodou je, že jednotkou je dočišťováno jen takové množství odpadních vod, které je nutné pro dosažení odtokových limitů. Další velkou výhodu představuje již nepřítomnost dalších typů znečištění, které by blokovalo efekt denitrifikační kultury v reaktoru, díky čemu se dosahuje téměř stechiometrické dávky externího substrátu.
Posledním obdobným případem aplikace nosičového řešení je specifické a přímé odstranění dusíku z toku fugátu/filtrátu ze zahušťování a odvodňování kalů. V roce 2010 se se skvělými výsledky provozně ověřila selektivní nitrifikace fugátu na ČOV Litoměřice. Ve světě lze v praxi vidět řadu plnoprovozních aplikací systémů, jako je DEMON či populární AnitaMOX, který byl před dvěma roky úspěšně testován na Ústřední čistírně odpadních vod Praha (viz článek z konference CzWA v M. Třebové v roce 2013 na www.czwa.cz). Dosahovaná míra odstranění amoniakálního dusíku byla 70-80 %, a to bez potřeby dávkování jediné kapky externího substrátu, který se jinak často musí dodávat v případě řízené denitrifikace v biologické lince čistírny.
ZÁVĚREM
S příchodem OPŽP 2014+ a v souvislosti s tím, že velké čistírny odpadních vod jsou již nyní v ČR vyřešeny (viz článek ředitele odboru ochrany vod MŽP v čsp. SOVAK 12/2013), přichází řada na menší lokality. V nich je nutné volit vždy technologii, která má nejen dlouhodobou životnost a poskytuje »value for money«, ale hlavně odpovídá specifickým požadavkům lokality.
Tento text poskytuje řadu příkladů takových řešení. Vždy je však vhodné obracet se na společnosti, které nejenže chtějí technologie prodat, ale zároveň mají dlouhodobé zkušenosti s jejich provozem.
ONDŘEJ BENEŠ
obchodní ředitel Veolia Voda
Vnitřní vybavení ČOV Benecko nejvíce připomíná sofistikovanou chemickou výrobu.
Reaktor BIOSTYR™ na čistírně odpadních vod v Hradci Králové.
Příklady jednotlivých typů nosičů AnoxKaldnes. Nahoře nosič typu K1, dole nosič typu BiofilmChip™ M, použitý na ČOV Tlučná.
Selektivní deamonifikace fugátu v Ústřední čistírně odpadních vod Praha.
FOTA: ARCHIV VEOLIA VODA
