Komunálna odpadová voda

Kanalizácia odvádza odpadovú vodu systémom potrubí z obytných budov, podnikov a priemyslových areálov na čistiareň odpadových vôd na čistenie a následné vypustenie. Podľa spôsobu odvádzania zrážkových vôd delíme stokovú sieť na: jednotnú (jediná stoka pre odvádzanie splaškov aj zrážkovej vody) a oddelenú (dva systémy, jedným odteká splašková voda na ČOV, druhým tečie voda dažďová).

Odpadová voda preteká podzemnou kanalizáciou najčastejšie len pôsobením gravitácie, niekedy pomocou čerpadiel v prečerpávacích staniciach. Stokové siete dlhé až niekoľko kilometrov sa menia v závislosti na topografii oblasti. V miestach zaústenia potrubí do stokových sietí (kanalizačné prípojky), môžu byť umiestnené vstupné (revízne) šachty.

1. Voda z priemyslu
2. Voda z obytných oblastí
3. Zrážková voda

Predčistenie je prvým stupňom čistenia odpadovej vody, ktorý zaisťuje odstránenie nerozpustených látok. Na lapačoch sa zachytáva štrk a piesok a na česlách hrubé nečistoty, napr. handry, papier a ďalšie zložky. Lapač piesku využíva pre odstránenie ťažkých anorganických častíc gravitačnú silu. Oddelený piesok sa z lapača pravidelne odstraňuje a dopravuje do kontajneru. V moderných zariadeniach na obnovu vodných zdrojov má predčistenie veľmi dôležitú úlohu, pretože piesok a drobné mechanické nečistoty môžu spôsobiť nenapraviteľné problémy v ďalších stupňoch čistenia odpadových vôd, napr. poškodením aeračných elementov. membrán apod.

Behom mechanického čistenia sa v usadzovacích nádržiach pôsobením gravitácie usadzujú organické nerozpustené látky, zatiaľ čo tuky, oleje a mastnota vyplávajú na hladinu. Usadené látky sa označujú ako primárny kal a často sa v ďalšom procese zahusťujú, než prejdú do vyhnívacej nádrže na anaeróbnu stabilizáciu. Plávajúci tuk, olej a mastnota sa z povrchu zbierajú a obvykle sa pridávajú priamo do anaeróbneho reaktora (vyhnívacej nádrže). Typická usadzovacia nádrž odstráni z odpadnej vody vyčistenej od hrubých nečistôt približne 70 % pevných častíc cedením, a zníži biochemickú spotrebu kyslíka až o 45%. Moderné prevádzky, ktoré používajú vylepšené biologické procesy pre odstraňovanie nutrientov, často extrahujú alebo fermentujú uhlík v primárnom kale a následne dávkujú tento zdroj živín do anaeróbnej alebo anoxickej zóny biologického stupňa čistenia.

1. Česlá / odstránenie hrubých nečistôt
2. Usadzovacia nádrž

Biologické čistenie odstraňuje rozpustné organické látky, nutrienty ako dusík a fosfor, a väčšinu nerozpustených pevných látok, ktoré neboli odstránené pri mechanickom čistení. Uskutočňuje sa pôsobením mikroorganizmov (aktivovaný kal) a je výsledkom ich metabolickej činnosti. Postupy biologického čistenia odpadových vôd delíme obecne na technológie s biologickou kultúrou osadenou na pevnom povrchu (biologické filtre) a na technológie s biologickou kultúrou vo vznose (aktivačné nádrže).

Aktivácia (aktivačný proces) v podstate znamená kontinuálnu kultiváciu mikroorganizmov (aktivovaného kalu), ktoré sú už prítomné v odpadovej vode a vo vratnom aktivovanom kale. Vločky aktivovaného kalu obsahujú organizmy, ktoré odstraňujú znečistenie v aeróbnom či oxickom, anoxickom alebo anaeróbnom prostredí. Akonáhle sú znečisťujúce látky odstránené, aktivovaný kal vo forme vločiek sa separuje od vody v usadzovacej nádrži gravitáciou. Časť kalu (vratný aktivovaný kal) na dne usadzovacej nádrže potom recirkuluje späť, aby sa zmiešal s mechanicky predčistenou vodou. Zvyšok kalu (prebytočný aktivovaný kal) sa odstráni, aby sa neporušila ideálna rovnováha mikroorganizmov. Biofiltre – nádrže vyplnené médiom využívajú prichytenie mikroorganizmov na médiu a vytvorenie biologického filmu. Odpadová voda sa po mechanickom predčistení nastrekuje na médium pokryté biofilmom, v ktorom mikroorganizmy odstraňujú znečisťujúce látky. Rovnako ako pri aktivácii sa voda s fragmentmi biofilmu a vločiek z biologického filtra odvádza do usadzovacej nádrže na separáciu, kde se kal recykluje a likviduje, a čistá voda sa vypúšťa do ďalšieho procesu.

Pre efektívne fungovanie biologického čistenia vyžadujú organizmy nutrienty vo vyváženom pomere, vrátane uhlíka, dusíka a fosforu (pomer C:N:P), ďalej stopové prvky vrátane železa, medi, zinku, niklu, mangánu, draslíku, síry a ďalších zložiek, ktoré sú typicky prítomné v odpadovej vode. Obecne používaný pomer C:N:P je 100:5:1, avšak niektoré ČOV fungujú optimálne pri inom pomere, zatiaľ čo iné sa potykajú s tvorbou polysacharidového slizu alebo nárastom vláknitých baktérií, ktoré inhibujú biológiu a usadzujú sa v usadzovacej nádrži.

Pre dokončenie biologického čistenia je možné použiť viacero spôsobov: aktiváciu s cirkuláciou, zmiešavaciu aktiváciu, sekvenčné dávkové reaktory (SBR), oxidačné príkopy, biofiltre, bioreaktory s pohyblivým lôžkom, spojenie biofilmu so suspendovaným aktivovaným kalom (IFAS) a ďalšie.

Biologické odstraňovanie nutrientov využíva zmeny prostredia mikroorganizmov tak, aby sa z vody odstránil dusík a fosfor. Tieto biologické pochody sa delia na zónu anaeróbnu (bez kyslíka a dusičnanov), anoxickú (bez kyslíka, dusičnany sú prítomné) a aeróbnu/oxickú (kyslík je prítomný), kedy voda „putuje“ kvôli svojmu biologickému vyčisteniu jednotlivými zónami.

Je možné tiež použiť chemické postupy, ako napríklad chemické odstraňovanie fosforu, kedy sa dávkuje zrážadlo do aktivácie alebo do odtoku z aktivácie pred usadzovaciu nádrž. Nerozpustné zlúčeniny vzniknuté zrážaním sa potom separujú spoločne s kalom.

1. Prevzdušňovanie
2. Dosadzovacia nádrž

Pri terciárnom čistení sa používajú techniky ako filtrácia, dezinfekcia, absorpcia uhlíka a ďalšie postupy na odstránenie zvyšného organického zaťaženia, nerozpustených alebo rozpustených látok, patogénov a ťažkých kovov, ktoré neboli odstránené inými postupmi čistenia. Terciárne čistenie slúžiace pre dočistenie odpadových vôd zvyšuje ich kvalitu na odtoku z ČOV pre zamýšľané použitie: vypúšťanie do jazier, riek alebo oceánov, opätovné využitie pre iné než poľnohospodárske zavlažovanie (parky, golfové ihriská, trávnaté plochy atď.), doplňovanie podzemných vôd, alebo v niektorých prípadoch ako prítok do úpravne pitných vôd. Odtok odpadových vôd musí byť monitorovaný z dôvodu zabezpečenia dodržania povolených emisných limitov, ktoré sa líšia podľa legislatívy a krajiny.

1. Filtrácia
2. Dezinfekcia

Spôsob nakladania s kalom odobraným z procesu čistenia závisí od objemu pevných látok a od ďalších podmienok špecifických pre danú čistiareň. Aeróbne vyhnívanie je často využívané na čistiarňach s kapacitou prítoku do tridsať tisíc m3 /deň. Aktivovaný kal, prípadne primárny kal, sa pridáva do aktivačnej nádrže, kde sa mikroorganizmy živia organickými látkami a mikroorganizmami prítomnými v kale, čím sa znižuje obsah prchavých pevných látok a celková hmotnosť kalu. Anaeróbny rozklad sa obvykle používa na čistiarňach s kapacitou prítoku vyššou než tridsať tisíc m3 /deň a využíva uzavreté nádrže (fermentory) na vytvorenie anaeróbneho prostredia pre rôzne organizmy, ktoré sa živia organickými látkami a mikroorganizmami v kale procesom zvaným acidogenéza a metanogenéza. Metán vznikajúci anaeróbnym rozkladom je možné využiť pre ohrev vyhnívacích nádrží, spáliť ho, alebo vyčistiť či opakovane použiť ako zelený zdroj energie.

Zahustenie zahŕňa zvýšenie koncentrácie sušiny v kale odstránením percentuálneho podielu kvapalnej časti pridaním polymérnych zlúčenín a často sa používa pred anaeróbnym rozkladom. Odvodňovaním filtračnými lismi, centrifúgami alebo inými prostriedkami sa kal ďalej koncentruje do kalového koláča. Ten je možné ďalej sušiť, využiť v poľnohospodárstve alebo uložiť na skládku.

1. Zahusťovanie a vyhnívanie
2. Odvodňovanie a spracovanie kalu

V rámci rozvíjajúcej sa oblasti odboru čistenia odpadových vôd sa teraz uplatňujú systémy na inteligentnú analýzu vody (Water Intelligence Systems), využívajúce digitálne technológie, pokročilé sondy, kontroléry a algoritmy, ktoré umožňujú prevádzkovateľom zvýšiť efektivitu a prispieť k celkovým úsporám nákladov pri prevádzkovaní čistiarne.

Claros™, systém na inteligentnú analýzu vody od spoločnosti Hach, integruje všetky zdroje dát z ČOV vrátane dát zo systému, dát zo zariadení a manuálne zhromaždených dát, a podporuje tak kvalifikované rozhodovanie s cieľom maximalizovať efektivitu a úsporu nákladov.

Pomocou týchto systémov je možné jednoduchšie sledovať a overovať dáta napr. o prietoku, zložení vody, koncentrácii rozpusteného kyslíka, nutrientov a o ďalších faktoroch. To umožňuje rýchlu odozvu behom procesu čistenia, schopnosť automatizácie, vizualizáciu dát a generovanie hlásení.

Vďaka prehľadom založeným na dátach o kvalite vody, prietoku a ďalších faktoroch môžu prevádzkovatelia predchádzať „prečisteniu“ (nadmernej spotrebe chemikálií a doby prevádzky dúchadiel). Pritom však majú istotu, že čistiareň dodržuje limity.

Vzhľadom k tomu, že sa príslušné nariadenia neustále sprísňujú a čistiarne hľadajú úspory nákladov, budú systémy na inteligentnú analýzu vody, ako napríklad Claros, stále dôležitejšie a nájdu široké uplatnenie. Spoločnosť Hach rozširuje svoje portfólium sond, kontrolérov, zariadení, systémov pre manažment procesov a laboratórného vybavenia, ktoré je kompatibilné so systémom Claros. Prevádzkovatelia si tak môžu nakonfigurovať systém, ktorý vyhovuje jedinečným požiadavkám ľubovoľnej ČOV.