Systémy decentralizovaného čištění odpadních vod

Historické souvislosti
Zneškodňování odpadních vod se vždy v historii provádělo na úrovni technické vyspělosti dané společnosti.
Nejdříve se odpadní vody jen odváděly ze sídel bez čištění. Nutnost jejich čištění vznikla s ohledem na narůstající množství odpadních vod a jejich soustředění. Postupně byly vyvinuty a realizovány účinné technologie čištění takto soustředěných odpadních vod. Pokud jsou zdroje odpadních vod rozmístěny v relativně uzavřeném území, je soustředění odpadních i znečištěných dešťových vod do jednoho místa s jejich následným čištěním jediným vhodným řešením. Problém nastává v okamžiku, kdy se neustále zvyšuje urbanizace rozsáhlých území, která přiléhají k centrálním sídlům. Dochází k deformování vodohospodářských poměrů v jednotlivých lokalitách a problémy s čištěním těchto vod se přenášejí z místa vzniku jinam. Z investičního hlediska je ve většině případů výhodnější vyhnout se budování složitých a rozsáhlých systémů přečerpávání a upřednostnit decentralizované čištění odpadních vod v místě jejich zdroje. V závislosti na místních morfologických a urbanistických podmínkách lze tak ušetřit 1/4-1/3 investičních nákladů.

Z hlediska budoucích provozních nákladů stále přežívá přesvědčení, že je nejúspornější variantou centrální čistírna odpadních vod, třeba i s rozsáhlým systémem přečerpávání a transportních potrubí. V případě převážné části gravitační kanalizace to může být pravda, ale s rostoucím počtem přečerpávání se rozdíl provozních nákladů stírá.

Argumenty proti decentralizovaným systémům čištění odpadních vod
Proč je tedy stále značná část jak odborné veřejnosti, tak tvůrců legislativy či zástupců kontrolních orgánů přesvědčena o problematičnosti decentralizovaného čištění odpadních vod a zatvrzele prosazuje koncepty centrálních ČOV s rozsáhlým přečerpáváním? Lze se setkat s několika argumenty. Předně je pravda, že u menších zdrojů znečištění dochází k větším výkyvům v kvalitě i množství přítoku odpadních vod. S tím se není každá ČOV schopna vyrovnat natolik, aby nedošlo ke zhoršování kvality odtoku. Dále lze při tomto kolísání nátoku obvykle hůře garantovat a stabilně provozovat procesy nitrifikace a denitrifikace. Jako souhrn předešlých faktů se obvykle uvádí celkově nižší účinnost malých ČOV. Dalším faktorem je problematičnost provozování a nutnost obsluhy školeným personálem. Obvyklá situace je taková, že není možné zaplatit a tím pádem ani sehnat dostatečně školenou obsluhu, která by byla schopna zajistit bezproblémový chod ČOV, v důsledku čehož dochází k častým poruchám ve funkci ČOV. Na to přímo navazuje problematičnost signalizace havarijního stavu ČOV a schopnost pracovat v nouzovém režimu do doby opravy. V neposlední řadě je nutné konstatovat i fakt, že z pohledu kontrolních orgánů představuje decentralizovaný systém několikanásobně větší počet ČOV ke kontrole.

Řešení
Ideálním řešením jak z hlediska investičního, tak poté z hlediska provozního, ale i z hlediska spolehlivosti celého systému je vybudovat decentralizovaný systém čištění odpadních vod za použití menších lokálních ČOV, avšak minimalizovat výše popsané nevýhody malých čistíren. Toho lze dosáhnout pomocí čistíren s maximální automatizací provozu a minimalizací rizika selhání lidského faktoru, které budou schopny a vybaveny k automatické optimalizaci provozu v širokém rozmezí možných předvídatelných provozních podmínek. Při použití maximální míry kontroly funkce, automatické signalizace a dálkového přenosu dat lze tak vybudovat decentralizovaný systém několika menších ČOV fungujících plně automaticky s minimálními nároky na obsluhu s denní levnou dálkovou kontrolou funkce a přitom se srovnatelnou účinností celého čisticího procesu s větší centrální ČOV. Díky absenci rozsáhlých kanalizačních stok se ušetří investiční náklady. Díky minimalizaci nároků na obsluhu a údržbu a přitom s automatikou provozu a dálkovou kontrolou se zvýší spolehlivost provozu a zároveň sníží provozní náklady.

Technologie firmy TOPOLWATER
Firma TopolWater s.r.o. působí na trhu v ČR již bezmála 15 let. Za tu dobu vyvinula řadu vlastních patentovaných technologií na čištění odpadních vod a v současné době vyváží své výrobky do několika dalších zemí. Firma vyrábí domovní balené ČOV s obchodním názvem TOPAS pro 5 až 150 EO a dále dodává technologické celky komunálních ČOV až do kapacity cca 10 000 EO. Projekčně zpracovává i koncepce čištění odpadních vod z větších sídelních celků. Je třeba zdůraznit, že firma nabízí komplexní služby od poradenství, vypracování nabídky, projektu, přes dodávku technologické části ČOV a řízení s montáží až po následné provozování. Již od začátku svého působení se firma zaměřila právě na vývoj technologií splňujících zvýšené požadavky nutné k jejich začlenění do systému decentralizovaného čištění odpadních vod. V dalších odstavcích budou ve stručnosti tyto technologie představeny.

Princip dálkového řízení čistíren odpadních vod
Celý systém automatizace a dálkové kontroly ČOV je založen na následujícím schématu. Přímo na ČOV je instalován průmyslový počítač, který sám automaticky řídí chod ČOV. V paměti jsou nastaveny rozmezí provozních parametrů a řídicí jednotka si sama pomocí zadaných algoritmů vypočítává v závislosti na velikosti aktuálního přítoku optimální sled čisticích operací. Tímto způsobem je ČOV schopna upravovat svůj chod v širokém rozmezí velikosti přítoku od 0 % až do cca 200 % návrhové kapacity, aniž by došlo k poruše. Pokud dojde k jakékoliv technické závadě na strojním zařízení, je to počítačem detekováno a ten uvede celou ČOV do odpovídajícího havarijního chodu tak, aby byl zachován čisticí proces, popř. tak, aby byla zachována alespoň čisticí schopnost ČOV. Zároveň je odeslána informace o poruše na přednastavené telefonní číslo a porucha je signalizována i na počítači samotném. V počítači jsou též uchovávány provozní záznamy zpětně za cca 1-2 měsíce provozu. Řídicí jednotka ČOV je vybavena modemem a telefonní linkou, popř. mobilním telefonem, čímž může být navázáno spojení s centrálním dispečinkem.

Na centrálním dispečinku ve firmě TopolWater je školený technolog, který pravidelně každý den stahuje záznamy z provozovaných ČOV a vyhodnocuje je. Vlastní spojení s ČOV trvá cca 1-2 minuty a jedná se vlastně o telefonický hovor. Nákladově to představuje tedy položku řádově v jednotkách Kč. V případě odhalení problémů s provozem ČOV je schopen rozpoznat, o jakou závadu jde, a přímo zvolit nejvhodnější způsob nápravy. Může poté kontaktovat místní obsluhu a instruovat ji, co je třeba na ČOV provést, nebo může přímo zorganizovat výjezd servisních techniků, kteří vědí předem, co je na ČOV čeká, nebo může odeslat na ČOV dočasné nastavení počítače tak, aby nedošlo k dalším potížím do doby odstranění závady. Ten samý technolog může být informován o problémech i přímo počítačem a to pomocí SMS. Firma TOPOLWATER tímto způsobem provozuje po celém území ČR část dodaných čistíren formou nájemních smluv. Pro dalších více než 10 provozovatelů čistíren Monoblok-T a Flexidiblok v ČR firma TopolWater provádí jako službu kontrolu provozu těchto čistíren uvedeným systémem dálkového přenosu dat. Princip spočívá v tom, že pokud místní provozovatel má v pronájmu a v provozu např. 1 ks ČOV, nevyplatí se mu pro tuto jednu čistírnu zřizovat dispečerské centrum obdobného typu jako je na firmě TopolWater Čáslav. Pak firma TopolWater za symbolický denní poplatek provádí denní kontrolu čistírny. Při uvedeném systému kontroly provozovatel ušetří značné náklady na denní cestu obsluhy na ČOV, které mnohdy převýší např. u čistírny pro 200 EO náklady na energii. Provozovatel pak provádí vizuální kontrolu čistírny např. 1x za týden, případně dle potřeby odvozu a vyklízení shrabků ze strojního předčištění.

Obecní čistírny
Tento systém je ve firmě TopolWater využíván pro ČOV o velikosti od 150 EO výše. Jedná se celkem o dva druhy čistíren typu SBR. První typ s obchodním názvem Monoblok-T (obr. 1) je využíván pro kapacity od 150 do 500 EO a je tvořen jedním reaktorem SBR, vyrovnávací nádrží na přítoku a provzdušňovaným kalojemem. Systém se používá obvykle na oddílnou kanalizaci, v případě použití na jednotnou kanalizaci se doplňuje o dešťový oddělovač a hrubé předčištění. Vyrovnávací nádrž na přítoku může sloužit i jako dešťová zdrž. K případnému oddělení dešťových vod slouží předřazená šachta. Řešení je stavebně jednoduché. Výhodou systému Monoblok-T na oddílné kanalizaci je i to, že tento typ čistírny neobsahuje hrubé předčištění (např. ruční česle), které by bylo nezbytné denně čistit. Vyrovnávací nádrž na přítoku slouží obvykle i jako první aktivační stupeň, kde při zvýšené hustotě aktivovaného kalu a řízeném provzdušňování dochází k postupnému rozkladu všech organických látek. Látky nerozložitelné tzn. umělé hmoty apod. se pak odstraňují fekálním vozem 1x za delší období, např. 1x ročně. To opět podstatně snižuje náklady na údržbu.

Obr. 1

Obr. 2

Pro větší kapacity a pro jednotnou kanalizaci se používá systém Flexidiblok (obr. 2), který je tvořen strojním zařízením pro hrubé předčištění, rozdělovací nádrží a dvěma reaktory SBR, které se v činnosti střídají. Čistírna je tvořena obvykle ještě dvěma kusy provzdušňovaných kalojemů, havarijní nádrží, případně nádrží na svoz odpadních vod. Velice výhodnou variantou pro obce je možnost dvouetapové výstavby ČOV pro případy, kdy se uvažuje nejdříve s vybudováním ČOV a části kanalizace a s následným postupným dokončováním kanalizace a tím i postupným zatěžováním ČOV. Pro tyto případy připravila firma TopolWater řešení, kdy se postaví dvoulinkový systém Flexidiblok na výhledovou 100% kapacitu celé obce, avšak v první etapě se vystrojí jen jedna linka, přičemž druhá slouží jako akumulační nádrž, a celá ČOV pracuje jako systém Monoblok-T s poloviční kapacitou. Tím se zajistí správná funkce ČOV, úspora energie i úspora opotřebení strojů. Po napojení celé obce trvá pak doplnění technologie a zvýšení celé kapacity ČOV na dvojnásobek cca 1 týden a to bez přerušení čisticího procesu.

Systém Top-Press
Pro lokality s individuální zástavbou rodinnými domky sestavila firma TopolWater a má dnes patentově chráněn systém s obchodním názvem Top-Press. Jedná se v podstatě o systém tlakové kanalizace, kde však místo čerpacích stanic s mělnicími čerpadly je u každého domku instalována domovní ČOV Topas se zásobníkem na vyčištěnou vodu, ve kterém je osazeno vysokotlaké čerpadlo.

Tento systém byl sestaven na základě zkušeností firmy TopolWater s běžnou tlakovou kanalizací. Pořizovací cena čerpací šachty pro jeden domek s kvalitním mělnicím čerpadlem je prakticky stejná jako pořizovací cena čistírny s čerpadlem a zásobníkem čisté vody. Z hlediska spolehlivosti jsou oba systémy srovnatelné, protože u systému Top-Press se nečerpají surové splašky s nutností jejich rozmělnění, ale čistá voda bez mechanických nečistot. Další výhodou tohoto systému je to, že je možné vyčištěnou vodu zpětně využít v nemovitosti buď na zálivku, případně i na splachování WC - pokud budou trvat sucha a lokální nedostatek pitné vody jako v roce 2003, bude význam zpětného využití vody stoupat. Při minimalizaci investičních nákladů, např. sběrné potrubí na veřejných pozemcích je profilu 40 mm, se podstatně snižují investiční i provozní náklady, viz tab. 1.

	Investiční náklady	Provozní náklady
Centrální ČOV s gravitační kanalizací	16,9 mil. Kč	418,0 tis. Kč/rok
Centrální ČOV s vakuovou kanalizací	14,75 mil. Kč	517,7 tis. Kč/rok
Centrální ČOV s tlakovou kanalizací	12,5 mil. Kč	468,6 tis. Kč/rok
Žumpo - septikový systém (žumpy o objemu 8 m3, náklady platí v případě pravidelného vyvážení)	5,0 mil. Kč	870,0 tis. Kč/rok
Systém TOP-PRESS	7,14 mil. Kč	286,5 tis. Kč/rok

Tab. 1 - Porovnání orientačních pořizovacích a provozních nákladů pro obec o 300 EO
systému TOP-PRESS oproti jiným systémům k zneškodňování odpadních vod*

* náklady jsou stanoveny pro vzorovou vesnici o 100 RD (300 obyvatel), rovinatý terén.
V počtech jsou zahrnuty náklady na vybudování veřejného sběrného potrubí v délce cca 2900 m
(každý systém vyžaduje mírně odlišnou délku svodového potrubí)

Energii na provoz domovní čistírny platí majitel nemovitosti a ten se stará i o údržbu a obsluhu. Je samozřejmé, že údržbu a obsluhu si může za úplatu objednat u provozovatele systému. Pro provozovatele systému, ať obec nebo provozující organizaci, se minimalizují provozní náklady, odpadá vybírání stočného a náklady na odběr vzorků při výtoku do recipientu, příp. odvoz kalu z čistíren apod. je provozovateli systému hrazen jednorázovým ročním poplatkem. Vzhledem k tomu, že nedochází k transportu surových odpadních vod, je tento systém zvlášť vhodný jako náhrada vakuové kanalizace v územích, kde je nezbytná zvýšená ochrana podzemních vod.

Domovní ČOV Topas
Jsou vyráběny dle mezinárodního patentu Ing. Jan Topola č. 282 411 a představují maximální provozní bezpečnost systému. Na přítoku do čistírny je vyrovnávací nádrž pro nárazové přítoky a čistírny jsou doplněny standardně pískovým filtrem, takže je možné garantovat kvalitu čištění na odtoku pod 10 mg BSK₅ a v případě požadavku na odstranění fosforu je možné toto řešit v místě vyústního objektu chemickou cestou pro celou lokalitu. V současné době byl vydán certifikát na ČOV Topas, kde je písková filtrace doplněna membránovou filtrací a voda po průchodu touto filtrací je naprosto vhodná jako voda užitková v domácnosti. Dosahuje se tak téměř 100% úrovně čištění.

V současné době je uváděn do provozu monitorovací systém pro ČOV Topas s dálkovým přenosem dat. To znamená, že v dispečerském centru je možné mít údaje o provozu velkého množství čistíren v jedné lokalitě, kde monitorovací systém signalizuje normální funkci ČOV, nepravidelný provoz a v krajním případě havárii nebo nebezpečný stav před havárií - při naplnění vyrovnávací nádrže. Dispečer má tak dostatek času provést zásah údržby ještě před vznikem havarijního stavu.

ZÁVĚR
Decentralizované způsoby čištění odpadních vod firmy TopolWater mohou díky využití nejnovějších čistírenských technologií a při spojení dostupných levných komunikačních metod v mnoha případech konkurovat tradičnímu způsobu řešení centrální likvidace odpadních vod a to jak nízkými investičními, tak i následně nízkými provozními náklady při zachování požadované kvality čištění odpadních vod. Zřejmé je to především v lokalitách nesouvislé bytové zástavby.

LITERATURA
1. Vyhláška č. 428/2001 Sb. Ministerstva zemědělství ze dne 16. listopadu, kterou se provádí zákon č. 274/2001 Sb., o vodovodech a kanalizacích pro veřejnou potřebu a o změně některých zákonů. (ve znění změny: 146/2004 Sb.)
2. GŘUNDĚL P.: Financování investičního rozvoje oboru vodovodů a kanalizací po vstupu do EU - implementace směrnice rady 91/271/EHS, o čištění městských odpadních vod (2004), sb. předn. ze semináře Nové metody a postupy při provozování čistíren odpadních vod IX., Moravská Třebová, 27. - 28. dubna, pp.13-18, ISBN 80-86020-42-8
3. PÍSAŘOVÁ M., MRÁZKOVÁ M., FUCHS P.: Postup při volbě a schvalování způsobu zneškodňování odpadních vod v obcích do 2 000 ekvivalentních obyvatel (2003), Praha, ISBN 80-85900-50-5
4. NOWAK O., LINDTNER S.: Investment and operating costs of small WWTPs - compared to larger plants (2003), sb. předn. a posterových sdělení 5. mez. bien. konf. AČE ČR ODPADNÍ VODY - Wastewater, Olomouc, 13. - 15. května, pp. 107-113, ISBN 80-239-0573-2