Vliv kanalizační sítě na kvantitu a kvalitu dopravené odpadní vody na ČOV
Monitorováním odpadních vod z různých druhů kanalizačních systemů byly zjištěny výrazné rozdíly v průměrných koncentracích sledovaných ukazatelů z podtlakové, tlakové a gravitační kanalizace. Výsledky monitoringu odpadních vod u tlakového a podtlakového systemu prokázaly vyšší koncentrace znečištění surových odpadních vod.
ÚVOD
V České republice je na počátku 21. století napojeno na veřejnou kanalizaci přes 80 % obyvatel. Téma odkanalizování zbývajících obyvatel a s tím spojená správná volba druhu kanalizace je tedy velice aktuální. Za tradiční způsob odvodnění zájmového území v České republice považujeme jednotnou či oddílnou stokovou soustavu, založenou na gravitačních, beztlakových principech dopravy odpadní vody [1].
Mezi alternativní způsoby odkanalizování řadíme kanalizaci tlakovou, podtlakovou (vakuovou) a maloprofilovou (maloprofilová kanalizace není v rámci příspěvku řešena).
Monitorováním odpadních vod na výstupech z různých typů kanalizací bylo dokázáno, že vliv dopravy odpadních vod na jejich kvalitu je zřejmý. Volba druhu kanalizace má taktéž přímý dopad na volbu technologie a návrh parametrů čistírny odpadních vod. Při projektování čistírny odpadních vod je nutné zohlednit odlišný režim hydraulického a látkového zatížení v souvislosti s druhem použité kanalizace.
SPECIFICKÁ PROBLEMATIKA JEDNOTLIVÝCH TYPŮ KANALIZACÍ
Gravitační způsob odkanalizování
Za tradiční způsob dopravy odpadních vod u soustavného odvodnění urbanizovaných území považujeme jednotné či oddílné soustavy s gravitační dopravou odpadních vod. U tradičního způsobu odvodnění je důraz kladen především na jednoduchost a spolehlivost provozování. Zvyšovacích, přečerpávacích stanic a tlakových úseků je u tradičních stokových systémů využito jen v nezbytně nutných případech, na krátkých úsecích [2].
Nevýhodou „gravitačních“ systémů je nutnost zachování potřebného spádu, který se ne vždy podaří dodržet. Tím pádem nevykazují „gravitační“ systémy u velkého počtu lokalit potřebnou samočisticí schopnost, což vede ke zvýšeným nákladům při provozování. Velká četnost revizních objektů a nutnost hlubokého založení stok pro zajištění spádů zajištující transport splavenin na gravitačních sítích komplikuje dosažení požadované vodotěsnosti systému. Klasické gravitační sítě proto často infiltrují velké množství balastních vod.
Alternativní způsoby odkanalizování
Tlakový i podtlakový systém se používá jako alternativa při odkanalizování nemovitostí místo klasické gravitační kanalizace. Jedná se o případy, kdy by bylo nutno při nedostatečném spádu terénu za neúměrných nákladů extrémně zahloubit gravitační kanalizaci. Podtlakový i tlakový systém kanalizace je určen pouze pro splašky, nemohou jím být odváděny dešťové vody. V obou případech se jedná o větevné potrubní systémy (tlaková kanalizace může být zokruhována) doplněné systémem sběrných šachet. Do šachty je zaústěna gravitační kanalizační přípojka z objektu. U tlakové kanalizace je v šachtě umístěno čerpadlo, u podtlakové podtlakový ventil.
V případě rovinného území a vysoké hladiny spodní vody se jedná o ideální způsoby odkanalizování s podstatně nižším objemem zemních prací (ve srovnání s klasickou gravitační kanalizací). Odpadají tak druhotné náklady související se stavbou kanalizace (rozsáhlé opravy silnic, uzávěry, objížďky, apod.).
Kdy je vhodné použít podtlakovou nebo tlakovou kanalizaci:
- při nedostatečném přirozeném spádu v rovinatých územích u obcí s řídkým osídlením
- při překážkách v trase, například množství inženýrských sítí, vodní toky, stísněné podmínky při stavbě
- v ochranných pásmech vodních zdrojů, v chráněných územích či jejich blízkosti
- při sezónní produkci odpadních vod (rekreační oblasti)
- při vysoké hladině spodní vody
- v nepříznivých geologických podmínkách (skalní podloží, tekuté písky, rašelina)
- je-li nutné omezit negativní vliv stavebních prací na minimum (malé hloubky a šířky výkopů)
Mezi přednosti podtlakové a tlakové kanalizace patří nižší investiční náklady v souvislosti s použitím mělce uložených malých profilů ve srovnání s klasickou splaškovou gravitační kanalizací, možnost překonat bez velkého zahloubení i protispády v území, na tlakovém i podtlakovém potrubí lze snadno nalézt netěsná místa a absence dešťových a zejména spodních (drenážních) vod v kanalizaci.
Výhody (+) a nevýhody (-) tlakové kanalizace:
+ nižší energetická náročnost systému (ve srovnání s kanalizací podtlakovou),
+ možnost překonání větších protispádů v území (ve srovnání s kanalizací podtlakovou),
+ porucha čerpadla v domovní šachtě neovlivní celý kanalizační systém,
+ pružnější navrhování tlakové kanalizace v kombinaci s gravitační (většinou páteřní) kanalizací (ve srovnání s kanalizací podtlakovou),
– napojení uživatelé hradí většinou kromě stočného i elektrickou energii spotřebovanou čerpadlem (napojení na domovní rozvody nn),
– v noci minimální rychlosti v potrubí – sedimentace, fermentační (vyhnívací) procesy v tlakovém systému,
– omezená životnost čerpadel domovní kanalizace,
– odpadní voda je dopravována v anaerobních podmínkách, intenzivně zapáchá.
Výhody (+) a nevýhody (-) podtlakové kanalizace:
+ podtlakové ventily ve sběrných šachtách nepotřebují elektrickou přípojku, profil ventilu je plně průtočný – bez poškození nasaje díky své konstrukci i tvrdé předměty a vzhledem k rychlosti nasávání i elastické předměty (hadry, pleny, apod.),
+ delší životnost podtlakového ventilu oproti domovním čerpadlům tlakové kanalizace,
+ podstatně vyšší kapacita podtlakového ventilu ve srovnání s domovními čerpadly tlakové kanalizace,
+ vysoká rychlost přepravy splašků zcela vylučuje jejich usazování v potrubí či ucpání kanalizace (až 6 m/s),
+ po otevření sacího ventilu se nasaje odpadní voda a vzduch do potrubního systému – odpadní voda je provzdušněna,
– nutná realizace podtlakové stanice,
– navržené podtlakové potrubí je zejména na vedlejších větvích o dimenzi větší, než tlakové potrubí (DN80 - DN150),
– při neuzavření ventilu vzroste výrazně energetická náročnost celého systému.
KVALITA A KVANTITA ODPADNÍCH VOD NA VÝSTUPECH Z GRAVITAČNÍ, TLAKOVÉ A PODTLAKOVÉ KANALIZACE
Cílem monitoringu bylo charakterizovat kvalitu a kvantitu odpadních vod na výstupech z různých kanalizačních systémů, zejména pak z alternativních způsobů odkanalizování, kde právě charakterizace odpadních vod byla dosud nejvíce opomíjeným aspektem při návrhu těchto systémů odvodnění. Byly porovnány odpadní vody na výstupech z gravitační splaškové, tlakové a podtlakové kanalizace. Odpadní vody byly monitorovány dlouhodobě (od 2 – 7 let), mnohdy v závislosti na zahájení provozu kanalizace. Pro monitorování byly vybrány kanalizace v obcích, ve kterých se nevyskytují producenti průmyslových odpadních vod. Touto skutečností nedocházelo k ovlivňování kvality a kvantity běžných splaškových vod, nedocházelo tedy k nežádoucím zkresleným závěrům o procesech probíhajících v jednotlivých kanalizacích.
Tab. 1: Vyhodnocení kvality odpadní vody na výstupech z gravitační splaškové, tlakové a podtlakové kanalizace (jedná se o průměrné koncentrace za monitorované období)| Způsob dopravy | BSK5 [mg.l-1] |
CHSK [mg.l-1] |
NL [mg.l-1] |
N-NH4 [mg.l-1] |
Ncelk. [mg.l-1] |
Pcelk.[mg.l-1] |
| Gravitační splašková kanalizace | 351,2 | 768,0 | 216,7 | 38,8 | 44,5 | 10,2 |
| Tlaková kanalizace | 749,8 | 1555,5 | 771,3 | 85,6 | - | 8,0 |
| Podtlaková kanalizace | 496,5 | 916,7 | 523,5 | 104,4 | 129,1 | 15,8 |
Výsledky monitoringu odpadních vod (tab. 1) prokázaly u tlakového a podtlakového systému vyšší koncentrace znečištění surových odpadních vod, a to ve srovnání s gravitační splaškovou kanalizací.
Jedná se zejména o ukazatele, které jsou ovlivněny oxidačně-redukčními procesy v kanalizaci, tedy BSK5, CHSK a N-NH4. Největší vliv na tyto vysoké koncentrace má skutečnost, že dochází k dlouhodobému zdržení odpadní vody v domovních šachtách nebo čerpacích stanicích, které může činit až 16 hod., přičemž toto prostředí vytváří anaerobní podmínky.
V gravitační kanalizaci naopak dochází k oxidaci splašků (vliv na to má mnohdy i velký spád v podélném profilu kanalizace), což má vliv na ukazatele BSK5 a CHSK – oxickými procesy dochází k odbourávání BSK5 a CHSK [4].
Poměr BSK5:CHSK činí na výstupu z gravitační, tlakové i podtlakové kanalizace v průměru přibližně 0,5. Tato hodnota vyplývá příznivě pro biologickou čistitelnost odpadní vody [3].
Rysem alternativních systémů odvodnění je minimum infiltrace a nežádoucích vtoků do uzavřeného trubního systému. Rozborem průtokových charakteristik bylo zjištěno, že denní přítok odpadních vod z alternativních systémů ve sledovaných oblastech se pohyboval kolem 90 litrů na obyvatele a den. Gravitační systém odkanalizování vykazoval proměnlivé množství denního množství odvedených odpadních vod, převážně dle závislosti na infiltraci balastních vod. Tato častá infiltrace velkého množství balastních vod může významnou měrou nepříznivě ovlivnit efektivitu čištění odpadních vod na ČOV.
ZÁVĚR
Odpadní vody na výstupech z alternativních systémů odkanalizování se ve srovnání s odpadními vodami na výstupu z gravitační splaškové kanalizace vyznačují:
- vyššími hodnotami koncentračního znečištění (koncentrace odpadních vod se výrazně nemění),
- vyšší teplotou;
- objem dopravených odpadních vod a tím pádem i doba zdržení odpadních vod v kanalizačním systému se výrazně nemění, má stabilnější charakter.
Tato vyšší teplota a charakter koncentračního znečištění umožňuje přesněji navrhnout objem aktivační nádrže – umožňuje přesněji navrhnout parametry kalu, který má nižší stáří (18 – 20 dnů) bez negativního dopadu na odstraňování dusíku. Podmínkou je splnění dalších požadavků, jako je např. kyselinová neutralizační kapacita odpadních vod, tato musí být dostatečná, jinak je zpomalen, příp. zastaven proces nitrifikace (poklesem pH).
Obecně lze konstatovat, že systémy stokování s vysokým koncentračním znečištěním odpadních vod (nedochází k naředění odpadních vod) se mohou při vstupu do ČOV vyznačovat většími rozdíly ve složení znečištění odpadních vod v závislosti na dopravní vzdálenosti, tato skutečnost ovlivňuje proces čištění na ČOV.
Je zřejmé, že správná volba typu kanalizace i následná správná volba technologie a návrh parametrů ČOV ušetří v rámci investice a nadále i v průběhu provozní činnosti značné finanční prostředky. Správně navržená ČOV snáze plní koncentrační i bilanční látkové limity na odtoku z ČOV, které jsou předepsány příslušným vodoprávním úřadem.
PODĚKOVÁNÍ
Autor děkuje technologům VODÁRENSKÉ AKCIOVÉ SPOLEČNOSTI, a.s., za podnětné doplňující připomínky ke zpracování této problematiky.
LITERATURA
[1] HLAVÍNEK, P.: Vliv návrhu a provozu stokové sítě na návrh, provoz a funkci ČOV, Mezinárodní workshop „Optimalizace inženýrských úloh ve stokování“, VUT FAST, Brno, 2000, ISBN 80-7204-134-7.
[2] HLAVÍNEK, P.; MIČÍN, J.; PRAX, P.: Příručka stokování a čištění, 2001, NOEL 2000, ISBN 80-86020-30-4.
[3] PITTER, P.: Hydrochemie, 2009, ISBN 978-80-7080-701-9.
[4] KREJČÍ, V. a kol.: Odvodnění urbanizovaných území – koncepční přístup, NOEL 2000 s.r.o. Brno, ISBN 80-86020-39-8.
Monitoring of wastewater from different types of sewer systems showed significant differences in mean concentrations of indicators of vacuum, pressure and gravity sewers. The results of monitoring of waste water at the pressure and vacuum system showed a higher concentration of contamination of raw sewage.