Upozornění pro čtenáře a uživatele této knihy

Všechna práva vyhrazena. Žádná část této tištěné či elektronické knihy nesmí být reprodukována ani šířena v papírové, elektronické či jiné podobě bez předchozího písemného souhlasu nakladatele. Neoprávněné užití této knihy bude trestně stíháno.

Ing. Jan Sojka

Čistírny odpadních vod pro rodinné domy (ukážka)

TIRÁŽ TIŠTĚNÉ PUBLIKACE:

Vydala Grada Publishing, a.s.

U Průhonu 22, 170 00  Praha 7

tel.: +420 234 264 401, fax: +420 234 264 400

www.grada.cz

jako svou 5163. publikaci

Odpovědná redaktorka Mgr. Pavlína Zelníčková

Jazyková korektura Mgr. Pavlína Zelníčková

Sazba Ing. Martina Mojzesová

Vizualizace na obálce – USBF Technology, s.r.o.

Počet stran 96

První vydání, Praha 2013

Vytiskla Tiskárna PROTISK, s.r.o., České Budějovice

© Grada Publishing, a.s., 2013

Cover Design © Grada Publishing, a.s., 2013

Názvy produktů, firem apod. použité v knize mohou být ochrannými známkami nebo registrovanými ochrannými známkami příslušných vlastníků, což není zvláštním způsobem vyznačeno.

ISBN 978-80-247-4504-6

ELEKTRONICKÉ PUBLIKACE:

E-knihu ve formátu EPUB vytvořil Jan Löffelmann.

ISBN 978-80-247-8502-8 (ve formátu PDF)

ISBN 978-80-247-8503-5 (ve formátu EPUB)

Úvodem

Celkové množství vody na Zemi, tím rozumíme vodu podzemní, povrchovou, atmosférickou a vodu vázanou v ledu, je konstantní. Z tohoto množství je 2,77 % vody sladké a z toho pouze 0,34 % je dostupné pro člověka. S měnícím se klimatem počet lidí nemajících přístup k pitné vodě roste. Předpokládá se, že do roku 2030 bude 47 % světové populace žít v oblastech s obtížným přístupem k vodě. Nedostatek vody může zabránit zemím produkovat potraviny, generovat energii, může vyvolat sociální nepokoje. Zatímco nedostatek vody představuje pro bohatší státy zvládnutelný problém, pro chudší země jde o silný destabilizační faktor.

|   Obr. 1 Nebezpečí sucha

To vše by nás mělo nabádat k zamyšlení nad šetrnými způsoby využívání tohoto zdroje, ale především nad jeho ochranou, tj. neznečišťováním. Komplexní ochrana povrchových vod znamená ovšem i vyřešení problematiky malých zdrojů znečištění a rozptýlené zástavby. Ve většině případů jsou investory malých domovních čistíren obecní úřady, firmy nebo soukromí uživatelé, kteří ne vždy mají dostatek zkušeností s vodohospodářskou problematikou. To může vést k vysokým investičním nákladům nebo nevhodně zvolené technologii s důsledkem nedosažení limitních hodnot na odtoku z čistírny.

Pokud stojíte před otázkou, zda čistírnu ano, či ne a jakou, pak právě pro vás je určena tato příručka, která se snaží podat stručný přehled postupů a poznatků při řešení problematiky čištění odpadních vod z malých zdrojů znečištění do 50 obyvatel. Všem čtenářům publikace pak budeme vděčni za náměty, které by posloužily pro zdokonalení eventuálního příštího vydání.

1

Historie čistírenství

Činností člověka (průmyslovou, zemědělskou) se mění odebíraná voda z přírody na vodu odpadní. Úroveň odvádění a způsob nakládání s odpadními vodami často vypovídá o kulturním, technickém a ekonomickém stupni rozvoje dané společnosti.

Prvním pokrokem v oblasti nakládání s odpadními vodami v historii lidstva bylo uvědomění si souvislosti mezi odpadní vodou a možností šíření epidemií, které vedlo k pokusům o odvádění odpadních vod do vod povrchových (moře, řeky nebo čisticí rybníky). Zdrojem pitné vody byly tehdy především studně, proto bylo vypouštění splašků do povrchových vod v dané situaci nejjednodušším řešením. A tak se problém s odpadními vodami přenesl z měst a sídelních útvarů do potoků, řek a moří. Z historie je známo například důmyslné odvádění odpadní vody z velkých metropolí ve Střední Americe, Středomoří či Asii.

K prvním sociálním zařízením dochovaným na našem území patřily prevéty, které sloužily k odvádění fekálií na hradech. V podstatě se jednalo o suchý záchod umístěný tak, aby z něj odpady vytékaly na hradby a tím napomohly ztížit nepřátelským útočníkům dobývání hradu. Prevét pochází z románské doby; je postaven z kamenných kvádrů v podobě arkýře neseného dvěma krakorci, který vyčnívá nad hradním příkopem. Najdeme i prevéty uzpůsobené k proplachování dešťovou vodou. Toto víceúčelové středověké odvádění odpadních vod můžeme vidět například na hradech Loket, Kost a Pecka.

|   Obr. 2 Prevét

V měšťanských domech se výkaly soustřeďovaly do nádob a vylévaly z oken přímo na ulici. Od 13. století sloužily ve městech pro ukládání veškerých odpadů z domácností odpadní jímky. Byly to jámy umístěné v zadní části dvora s dřevěným pažením a vrstvou jílu proti průsaku do země. Jímky byly zakryty jednoduchou dřevěnou konstrukcí uvnitř se stolicí nebo pouze s prknem. Vyskytovaly se stolice i s více otvory pro větší počet osob. Na intimní prostředí se příliš nehledělo a někdy byl záchod společný i pro několik domů. Konání potřeby na veřejných místech nebylo v této době považováno za společenský prohřešek. Od 14. století podléhaly odpadní jímky hygienicko-stavebním předpisům. Na venkově byly záchody součástí hnojiště. První doložená zmínka o kanalizaci je z roku 1310 u domu hradčanského probošta v Praze, který se nacházel v dnešní Nerudově ulici. Úřad čističe městských struh byl zaveden v roce 1340. Čištění ulic, záchodů a jímek prováděli lidé společensky stavění na úroveň katova pacholka pod označením purganates cloacas. Kuriózní způsob hromadného vývozu pražských jímek představovalo použití sudů naplněných obsahem žump proti obráncům Karlštejna roku 1422, které bojovníci vrhali praky proti hradu.

Teprve v 15. století se stal záchod součástí budovy a byl umístěn na pavlači nebo na schodišti. Odpad se dostával po dřevěných skluzech do jímky nebo byl odváděn samospádem do vodoteče otevřenými svodnicemi v ulicích. Svodnice sloužily zároveň i k převádění dešťových vod. V místech s nedostatečným spádem byly budovány již zmíněné jímky, vyvážené v dřevěných sudech za město.

Voda se v nezpevněných svodnicích zčásti vsakovala do země a za teplého počasí docházelo k částečnému odpařování. To způsobovalo zamoření ovzduší středověkých ulic, především v letním období. Hygienické problémy a šíření epidemií nutily konšely měst k vydání nařízení o prohlubování svodnic, jejich zakrývání a převádění splašků nejkratší cestou do toku. Zlepšení situace v úpravě a čistotě ulic přineslo jejich postupné dláždění a pravidelné čištění. I přesto byla úmrtnost způsobená používáním nekvalitní vody z vodovodu a znečištěním studen z blízkých žump v Praze na konci 18. století vysoká.

Koncem 19. století byla technická vybavenost na celém území Království českého odrazem struktury osídlení. Vodovody a kanalizace se stavěly jen pro měšťanské domy, kanalizační stoky byly zděné, u větších profilů vejčité nebo oválné.

|   Obr. 3 Suchý záchod 20. století, Podkarpatská Rus

Nejrychlejší rozvoj čistírenství byl zákonitě zaznamenán v zemích, které měly v 19. století nejvíce problémů s rostoucím průmyslem a koncentrací obyvatelstva, tedy v Anglii a Americe. Opakované hygienické problémy v anglických městech (epidemie cholery v Londýně v 60. letech 19. století) a zvýšené nároky spotřeby vody prudce se rozvíjejícího průmyslu vedly k nutnosti systematicky se zabývat kvalitou a využíváním povrchové vody a dále ovlivňováním podzemní vody vodou povrchovou.

V roce 1865 byla založena první Royal Commision on River Pollution, jejíž činnost vedla k vydání zákona na ochranu řek před znečištěním. Přijetí samotného zákona nemělo velký vliv na kvalitu vody, protože zatím nebyly technické prostředky, jak řeky účinně chránit. Druhou významnou komisí, ustavenou v roce 1898, byla Royal Commision on Sewage Disposal. Tato komise si vzala za svou především koordinaci prací, které směřovaly k rozpoznání faktorů ovlivňujících kvalitu vody v povrchových vodách. Jedním z výsledků je například metoda pro hodnocení biologického znečištění doporučená roku 1908 (používaná dodnes) a návrhy biologického čištění odpadních vod pomocí zkrápěných biofiltrů, které představují nejstarší inženýrské řešení likvidace odpadních vod. Mezi první tohoto typu uvedené do provozu v Rakousku-Uhersku je biofiltr pro město Mődling u Vídně (1904) a biofiltr u hotelu Radium Kurhaus v lázních Jáchymov (1910, dnes Radium Palace).

Z hlediska legislativních nástrojů bylo výrazným posunem stanovení britských královských standardů, tzv. 30 : 20 standardu (30 mgNL/l a 20 mgBSK_5/l), pro kvalitu vypouštěných odpadních vod v roce 1912.

Za zlom ve vývoji čistírenských technologií lze považovat objevení principu biologického čištění odpadní vody aktivovaným kalem pány Lockettem, Ardernem a Fowlerem v roce 1914. Autoři svůj patent nezaregistrovali, což poté využila firma Activated Sludge Co. Ltd., která díky svojí registraci úspěšně bránila využívání patentu mimo Anglii po dobu jeho platnosti do začátku 2. světové války.

Na evropském kontinentě se stokování a čištění odpadních vod rozvíjelo nejvíce v Německu, kde působila i řada anglických odborníků. Z našeho pohledu bylo nesmírně důležité působení rodiny Lindleyových. Sir William Heerlein Lindley nabídl městské radě vypracování projektu odkanalizování Prahy roku 1893. Díky prozíravosti plánu byl zajištěn nerušený plošný rozvoj pražské aglomerace až do druhé poloviny 20. století. Velkorysosti projektu odpovídaly i investiční náklady 6,5 milionu zlatých. Materiálem pro stavbu kanalizace byla zvolena cihla i přes lobby betonářských firem snažících se prosadit betonové provedení s odkazem na referenci vídeňské kanalizace z roku 1878, postavené za příznivou cenu z portlandského cementu. Přesto bylo vypsáno výběrové řízení na dodávku sedmi milionů cihel. V podmínkách bylo stanoveno časové rozpětí dodávek do 15 měsíců. Jak je i dnes patrno, bylo rozhodnutí z hlediska materiálového provedení navýsost správné. Výstavba na hlavních částech páteřní kanalizace začala rokem 1897 a v roce 1914 již délka pražských stokových sítí činila úctyhodných 135 305 metrů. Lindleyův projekt zahrnoval i výstavbu kanalizační čistírny odpadních vod v Bubenči. Stavba čistírny započala 9. září 1901 a 27. června 1906 byl zahájen zkušební provoz.

Realizací projektu Praha předstihla sídelní města tehdejšího Rakouska-Uherska.

|   Obr. 4 Lapák písku; původní pražská čistírna

Vývoj čistírenství u nás neustává ani po druhé světové válce. V letech 1965–1967 je na Císařském ostrově v Praze postavena a uvedena do provozu největší aktivační čistírna ve střední Evropě. Impulsem pro další rozvoj bylo vytvoření legislativy, přijetí zákona o vodách v roce 1973. V současné době jsou města nad 25 tisíc obyvatel na území ČR zásobována z 96 % vodou z vodovodů, 94 % je odkanalizováno a 84 % produkovaných odpadních vod je čištěno. Úroveň čištění odpadních vod je vyšší než v některých zemích EU (Belgie, Itálie, Španělsko, Portugalsko, Řecko).

2

Co bychom měli vědět pro začátek

Nejdůležitějším kritériem, které čistírny jako celek mají splnit, je především požadovaná kvalita vyčištěné vody. Tomuto požadavku má být podřízena i volba technologie čištění a skladba celé technologické linky. Problém může nastat v okamžiku, kdy je nutné tento návrh blíže specifikovat. Jinak jej bude vidět provozovatel a jinak ekonom. Z pohledu celkových investic je důležité zvážit, zda uvažovat o výstavbě kanalizační sítě s centrální čistírnou odpadních vod – centralizovaného systému –, nebo o realizaci více stokových sítí zakončených menšími čistírnami, tedy o systému decentralizovaném. Z pohledu ekonoma, potažmo investora (např. obec), zvláště u rozptýlené zástavby, zvítězí varianta druhá. Budoucí provozovatel čistírny upřednostní centralizovaný systém (nižší počet strojních zařízení s sebou nese i nižší pravděpodobnost poruch, stabilitu provozu větších čistíren atd.). Je třeba uvést, že nelze rozhodnutí paušalizovat, ale vycházet z dokonalé znalosti místní situace a diplomatického kompromisu.

Základním podkladem pro rozhodování je územní plán (podrobnosti stavební zákon 183/2006 Sb.), jehož smyslem je racionalizace prostorového a funkčního uspořádání území v krajině a jejího využití. Územní plán si klade za cíl zajistit takové předpoklady, které by umožnily další výstavbu a trvale udržitelný rozvoj spočívající v nalezení vyváženého stavu mezi zájmy životního prostředí, hospodářství a pro společenství lidí obývajících dané území. Územní plán by se měl snažit naplnit potřeby současné generace tak, aby umožnil existenci a přežití i generací příštích. Územní plán je naprosto klíčový dokument pro jakýkoliv stavební rozvoj lidských sídel a změny v krajině. Pro stavby nebo záměry, které nejsou v souladu s územním plánem, by neměl žádný úřad vydat povolení, například územní rozhodnutí nebo stavební povolení. Územní plány schvalují zastupitelstva obcí (územní plány obcí) nebo zastupitelstva krajů (územní plány tzv. velkých územních celků). Územní plány jsou tedy projevem dohody volených zástupců občanů a občané samotní mají právo proces územního plánování ovlivnit svými připomínkami. Aktuální územní plán musí být veřejně přístupný na příslušném obecním či krajském úřadě. Často bývají územní plány přístupné i na internetových stránkách příslušné obce či kraje.

Při povolování vypouštění odpadních vod do vod povrchových nebo podzemních stanoví vodoprávní úřad nejvýše přípustné hodnoty jejich množství a znečištění (nařízení vlády č. 61/2003 Sb., ve znění NV č. 23/2011 Sb., o ukazatelích přípustného znečištění povrchových vod, a NV č. 416/2010 Sb., o ukazatelích přípustného znečištění podzemních vod). 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 (vodní zákon 254/2001 Sb.).

Realizací čistírny odpadních vod se stáváme majiteli vodohospodářského díla a jsme jeho provozovateli se všemi trestněprávními důsledky (zákon o vodovodech a kanalizacích 274/2001 Sb.). Odpovědnost za provoz, údržbu a plnění podmínek vodoprávního povolení nese osoba oprávněná k vypouštění (§ 8 odst. 2 vodního zákona).

3

Složení a množství odpadních vod

Voda je nezbytnou potřebou člověka; používá ji, ale z velké části nespotřebuje. Největší část použité vody odtéká jako voda odpadní. Splaškové odpadní vody se liší stupněm znečištění a svým složením především v závislosti na typu sídla, druhu průmyslu a taktéž na stupni naředění srážkovými a balastními vodami vstupujícími do systému. Objem a složení odpadních vod v stejném místě se mění v průběhu času, a to během dne, týdne a roku. Množství a kvalita odpadní vody jsou jedním z nejdůležitějších návrhových parametrů pro dimenzování a výstavbu čistírny odpadních vod.

3.1    Množství odpadních vod

Specifické množství odpadní vody (množství vyprodukované 1 EO za den) je přímo úměrné stupni vybavenosti obce (nemocnice, kulturní domy, hotely, služby, průmysl atd.) a domácnosti (vodovod, přívod teplé vody, koupelna, sprcha, myčka, spořiče vody na WC atd.). Spotřeba pitné vody (qdp) v evropských zemích se pohybuje mezi 130–200 l/(os.den). Pro naše místní podmínky uvažujeme 130–150 l/(os.den). Průměrná spotřeba vody postupně klesá s její vzrůstající cenou.

Vypouštěné množství odpadních vod je proměnlivé, ale přesto lze vysledovat určitou pravidelnost průtoku v závislosti na životním rytmu obce, města či rodiny a výrobních procesech. Pro kvantifikování proměnlivosti daného parametru (průtoku) za určité časové období se zavádí koeficienty nerovnoměrnosti hodinové a nerovnoměrnosti denní. Nejrozšířenější použití mají koeficienty popisující maximální a minimální průtoky v daném časovém období. Hodnota koeficientů má statistický charakter a takto musí být i posuzována. Kolísání odpadní vody je charakteristické špičkou maxima průtoku (ranní a večerní) a nočním minimem.

Kapacita čistírny odpadních vod bude dostatečná jen tehdy, jestliže zohledníme v návrhu všechny parametry ovlivňující návrhový přítok a jejich maxima, včetně výhledového stavu.

Výpočet splaškových vod

Výpočet množství a maxim množství splaškových odpadních vod přitékajících do čistírny se provádí podle směrných hodnot s použitím specifické produkce odpadních vod. Podrobnosti výpočtu lze najít v normách ČSN 75 6401 a ČSN 75 6402.

Průměrný bezdešťný přítok:

Q_24 = EO . qdp [m^3/h]

Maximální bezdešťný denní přítok:

Qd = Q_24 . kd [m^3/d]

Maximální bezdešťný hodinový přítok:

Qh = Q_24 . kd . kh / 24 [m^3/h]

Výpočtový přítok, tj. přítok, který je používán pro návrh technologických objektů čištění, je roven přítoku Qd = Qv.

|   Tab. 1 Koeficient hodinové nerovnoměrnosti

Počet připojených obyvatel

5

10

20

30

40

50

75

100

Součinitel nerovnoměrnosti K h

8,1

7,8

7,5

7,2

6,9

6,7

6,3

5,9

Při stanovení počtu EO lze pro různé případy vycházet z hodnot uvedených v tabulce 2.

Výpočet srážkových odpadních vod

Jedná se o vody, které se dostanou do stokové sítě a odtečou z odvodňovaného území a je nutno je zahrnout do výpočtu Qv, jestliže provádíme návrh jednotné kanalizace. Průtok dešťových vod vypočteme podle vztahu:

Q = Ψ . qs . Ss [l/s]

kde je Ψ součinitel odtoku, Ss plocha povodí, qs intenzita směrodatného deště v periodicitě p v l/(s.ha). Podrobný postup výpočtu je uveden v ČSN 75 6101.

|   Tab. 2 Specifické produkce odpadních vod dle ČSN 75 6402

Plocha bytu do 50 m 2

2 EO

Plocha bytu od 50 m 2 do 75 m^2

3 EO

Plocha bytu na 75 m 2

4 EO

Ubytovací zařízení – na 1 lůžko

1–3 EO

Camping 2 osoby

1 EO

Pohostinství s obrátkou na židli 1× denně

1 EO na 3 místa

Pohostinství s obrátkou na židli 2–3× denně

1 EO na 1 místo

Pohostinství s obrátkou na židli 4–6× denně

2 EO na 1 místo

Místo na zahrádkách

1 EO na 10 míst

Kanceláře, živnosti

1 EO na 2–3 zaměstnance

Výpočet balastních vod

Balastní vody se stanovují odhadem. V našich podmínkách uvažujeme obsah balastních vod v rozmezí 10–15 % z celkového množství vod. Pokud je množství balastních vod výrazně vyšší, doporučujeme provést úpravy na kanalizační síti. Balastní vody se udávají průměrným průtokem QBp [m^3/h]. Jiný způsob určení balastních vod je výpočtem, kdy se počítá, že do kanalizace nateče 0,01–2 m^3/den balastní vody na centimetr profilu stoky délky 1 km (USA).

Výpočet průmyslových odpadních vod

Při výrazném podílu průmyslových odpadních vod, obvykle přesáhne-li Q_24 . kd,p 20 % celkového průtoku nebo znečištění, musejí být množství a kvalita průmyslových odpadních vod vyjádřeny samostatně. Množství průmyslových odpadních vod, tj. průměrný a maximální průtok, se určí na základě časového režimu jejich vypouštění do stokové sítě. Údaje musejí obsahovat i plánovaný stav výhledu.

Qd,p = Q24p . kd,p [m^3/den]

Table of Contents

Úvodem

1 Historie čistírenství

2 Co bychom měli vědět pro začátek

3 Složení a množství odpadních vod

3.1 Množství odpadních vod

3.2 Kvalita odpadních vod

3.2.1 Organické látky

3.2.2 Anorganické látky

3.2.3 Další způsob vyjádření znečištění vody

4 Typy odpadních vod

5 Odvádění odpadních vod

6 Potrubní rozvody

7 Způsoby zneškodňování odpadních vod ze zdrojů o velikosti do 50 EO

7.2 Možnosti vypouštění vyčištěných odpadních vod

7.5 Individuální způsob čištění odpadních vod

7.5.1 Mechanicko-biologické čištění odpadních vod

8 Realizace a provozování ČOV

8.4 Realizace díla

8.5 Provozování a obsluha ČOV