Ekologické Čištění Odpadních Vod: Moderní Metody a Technologie

Obavy o životní prostředí, zejména pak o jeho vodní složku, v současnosti způsobují zvýšený zájem o téma přítomnosti léčiv a dalších nežádoucích látek v odpadních vodách.

V souvislosti s evropskou legislativou bude pro všechny čistírny odpadních vod (ČOV) stanoven soubor požadavků k odstraňování vybraných léčivých látek.

České Inovace v Čištění Odpadních Vod

Češi vyvinuli metodu, která pomáhá vyčistit odpadní vody od antibiotik. Jejich řešením je účinná a ekologická fotokatalýza. Je to proces, při kterém světlo aktivuje speciální materiál, takzvaný fotokatalyzátor, jenž pak pomocí vzniklých částic rozkládá škodlivé látky ve vodě či vzduchu na neškodné sloučeniny.

Znečištění vod antibiotiky představuje problém, neboť může podporovat vznik rezistentní bakterií a zároveň narušovat účinnost standardních biologických procesů v čistírnách odpadních vod.

Ačkoliv jsou fotokatalyzátory známé už od 80. let, jejich širšímu využití v praxi stále brání různé překážky. Vědci testovali různé typy znečištění a na základě výsledků sestavili přehled, podle kterého je možné vybrat ten správný fotokatalyzátor pro konkrétní znečištěnou vodu. Vědci se při výzkumu zabývali i tím, zda je celý proces bezpečný. Potvrdili, že fotokatalyzátory samy o sobě nejsou toxické.

Čtěte také: České supermarkety a bio

Tým z Centra pro inovace v oblasti nanomateriálů a nanotechnologií už má s praktickým využitím fotokatalýzy zkušenosti. Před několika lety vyvinuli speciální nátěr, který dokáže dlouhodobě čistit vzduch od škodlivin. Účinnost technologie testovali přímo v pražské Legerově ulici, kde denně projedou desetitisíce aut.

V tuto chvíli hledají vědci partnery, kteří by technologii využili v praxi. Jednali už se zástupci jednoho krajského úřadu.

Současné Metody Čištění Odpadních Vod

V současné době je za nejlepší dostupnou technologii (BAT) pro komunální čistírny odpadních vod (ČOV) považována mechanicko-biologická ČOV, která je rovněž i převládajícím způsobem čištění. Princip tohoto čištění je založen na procesu rozkladu organické hmoty pomocí aktivovaného kalu. Z pohledu odstranění uhlíkatého a dusíkatého znečištění se skutečně jedná o poměrně účinnou technologii, nicméně některá léčiva a další mikropolutanty patřící do skupiny persistentních xenobiotik jsou vůči těmto procesům v podstatě inertní, a proto nejsou v dostatečné míře odstraňovány.

Zvýšenému zájmu se toto téma netěší pouze z důvodu negativních vlivů na životní prostředí, které již zaznamenává i široká veřejnost, ale také z důvodu chystaných legislativních úprav Evropské unie (EU), které pravděpodobně vejdou v platnost v následujících letech. Konkrétně se jedná o chystanou Směrnici Evropského parlamentu a rady č. 2022/0345/COD1, která je v tuto chvíli ve schvalovacím procesu. V případě, že bude přijata v předpokládaném rozsahu, vznikne všem dotčeným subjektům povinnost odstraňovat vybrané látky z indikativního seznamu příslušné směrnice alespoň o 80 %.

Přírodě Blízká Řešení (NBS)

Tento článek prezentuje průběžné výsledky části projektu „Validační testování pokročilých oxidační procesů za účelem odstranění léčiv z odtoku ČOV“ financovaného Norskými fondy a SFŽP v rámci výzvy Call-3B Trondheim. V rámci tohoto článku budou okrajově zmíněny rovněž výsledky z testování ozonizační jednotky, nicméně důraz bude kladen zejména na porovnání přírodě blízkých způsobů čištění (NBS). Celkovým cílem projektu je stanovit míru odstranění výše zmíněných látek pomocí ozonizace v NBS. Cílem části zaměřující se na NBS pak je porovnání vlivu jednotlivých modulů na dodatečné odstranění léčiv a zlepšení ekotoxikologického profilu výsledného odtoku.

Čtěte také: Jak podporovat projekty

V tomto příspěvku je vyhodnocováno 25 léčiv spadajících do seznamu látek indikativního seznamu výzvy Norských fondů a SFŽP Call-3B „Trondheim“ [4]. Tento seznam vycházel primárně z léčiv vyskytujících se ve vodním prostředí České republiky nejčastěji, dle každoročně vydávané tzv. „Modré zprávy“ [5].

Přírodě blízká řešení (NBS) byla v rámci tohoto výzkumu instalována ve čtyřech modulech (variantách). Jednalo se o umělý mokřad (CW), filtr s granulovaným aktivním uhlím (AC) a dva zkrápěné biofiltry s různými filtračními náplněmi (GF a GBF). Mimo GAU filtr, který byl ve speciální nádobě, byly ostatní varianty provozovány v IBC kontejnerech o objemu 1 m3 s průtočnou plochou 1,2 m2 a vrstvou filtračního materiálu 0,65 m.

• Náplň CW tvořila směs biouhlu z tvrdého dřeva 16-64 mm a štěrku s frakcí 16-32 mm v objemovém poměru 50:50 a rostlinnou složku mokřadu tvořil rákos obecný (Phragmites australis). Hustota rostlin byla zvolena 1 rostlina na 0,15 m2. Ve spodní části mokřadu byla umístěna geotextilie spolu s vrstvou štěrku s frakcí 16-32 mm ve vrstvě 0,1 m, z důvodu zamezení vyplavování filtračního materiálu. Nad touto vrstvou se již nacházel samotný filtrační materiál. Jednalo se o vertikálně průtočný mokřad v gravitačním směru s průtokem 0,800 l·min−1 a filtrační rychlostí 960 mm·den−1 v provozním režimu.
• Zkrápěné biofiltry GF (štěrkový filtr) a GBF (biouhel-štěrkový filtr) byly umístěny do obdobných IBC kontejnerů. Filtrační vrstvy, průtočné plochy i průtoky byly nastaveny jako u CW, aby bylo možné lépe vzájemně porovnat výsledky. GBF filtr byl tvořen stejnou filtrační náplní jako CW, opět z důvodu vzájemného porovnání. Filtrační náplň GF tvořil pouze štěrk o stejné frakci.
• Náplň AC filtru byla tvořena granulovaným aktivním uhlím Hydraffin CC 8×30 o frakci 0,6-2,36 mm. Hustota materiálu je 530 kg·m−3 s aktivním povrchem (BET) 1150 m2·g−1.

Vzorkování NBS probíhalo v pěti místech. Prvním místo bylo u zásobních nádrží (ST), kde byl uchováván odtok z ozonizační jednotky při dávce ozonu 5 mg·l−1 pro provoz NBS v období, kdy byla ozonizační jednotka mimo provoz. Následně byly odebírány vzorky na odtoku ze všech NBS - tedy jmenovitě AC, CW, GBF a GF. Všechny vzorky, byly odebírány každých dvacet minut po dobu dvou hodin. Stanovení léčiv v odebraných vzorcích zabezpečoval partner projektu „Trondheim“, akreditovaná laboratoř ALS Czech Republic s.r.o.

Ke stanovení sledovaných látek (léčiv a jejich metabolitů) byla využita kapalinová chromatografie s tandemovou hmotnostní detekcí (LC-MS/MS) za použití kvadrupólového hmotnostního spektrometru, pomocí kterého bylo možno dosáhnout požadovaných nízkých limitů detekce. Pro zkoncentrování analytů a zbavení interferujících látek byla použita extrakce na pevnou fázi (SPE). Parametr organického dusíku (TOC) a celkového dusíku (TN) byl stanoven dle ČSN EN ISO 20236.

Při procesu hodnocení průměrného odstranění léčiv indikativního seznamu byla nejprve stanovena procentuální účinnost odstranění jednotlivých léčiv pomocí jednotlivých modulů NBS vůči zásobní nádrži (ST) na ozonizovanou vodu. Z těchto hodnot pak byl pak vytvořen aritmetický průměr pro každý den měření. Obdobně probíhalo i stanovení míry odstranění TOC a TN, kdy byla stanovena průměrná hodnota odstranění pro každý testovací den u jednotlivých modulů.

Čtěte také: Dávkování lignohumátu v ekologickém zemědělství

Při stanovování dodatečné míry odstranění léčiv pomocí NBS je nejprve třeba vzít v úvahu účinnost předchozích procesů čištění, kterými jsou v tomto případě samotná ČOV a ozonizační jednotka, při dávce 5 mg·l−1 ozonu. Standardní komunální ČOV, dle chystané legislativy spadající do kategorie nad 10 000 EO, odstraňovala indikativní seznam léčiv v rozmezí 22-60 %, s mediánovou hodnotou 51 %. Ozonizační jednotka pak při výše zmíněné dávce ozonu byla ze zbývajícího znečištění schopna odstranit 77-86 %.

Z Obr. 1 je patrné, že moduly AC, CW a GBF měly podobné výkonnostní charakteristiky a výsledky spolu navzájem korelují. Všechny tyto moduly ve své náplni měly implementován biouhel či aktivní uhlí, což bylo pravděpodobně příčinou vyšší účinnosti. S ohledem na skutečnost, že vyhodnocovaná sada vzorků NBS v rámci tohoto článku byla odebírána pouze v průběhu jednoho měsíce, nelze v současné době stanovit časový průběh poklesu účinnosti jednotlivých filtrů.

V rámci části zabývající se NBS bylo zjištěno, že průměrné odstranění indikativního seznamu látek se pro jednotlivé moduly pohybuje v rozmezí 17-76 %. Nejnižší průměrnou účinnost měl zkrápěný štěrkový filtr s biomasou, kdežto ostatní tři způsoby čištění odstraňovaly léčiva v rozmezí 62-85 %. Jako nejefektivnější řešení se v současné době jeví AC, nicméně z pohledu pořizovacích nákladů a údržby jde o nejnákladnější variantu. CW i GBF však představují ekonomičtější variantu s téměř totožným dodatečným odstraněním léčiv, jako tomu bylo u AC.

CW navíc, pravděpodobně díky přítomnosti rostlin, v porovnání s GBF až o 50 % lépe odbourával dodatečný dusík (TN). Z Obr. 3 je patrné, že CW odstraňuje TN v rozmezí 60,2-81,0 %, kdežto GBF pouze v rozmezí 12,4-30,1 %.

Řešený projekt zkoumá využití ozonizace a NBS pro dočištění odtoku ČOV od sledovaných mikropolutantů. S ohledem na doposud dosažené výsledky lze konstatovat, že k dosažení nových regulatorních požadavků, které s pravděpodobně brzy vejdou v platnost, bude třeba implementovat na komunální ČOV nad deset tisíc EO dodatečné stupně čištění. Samotná ČOV odstraňuje indikativní seznam léčiv v rozmezí 22-60 %.

V rámci části zabývající se NBS bylo zjištěno, že průměrné dodatečné odstranění indikativního seznamu látek se pohybuje v rozmezí 17-76 %. Nejnižší průměrnou účinnost má zkrápěný štěrkový filtr s biomasou (jen 5-35 %), kdežto ostatní tři způsoby čištění dodatečně odstraňují v rozmezí 62-85 %.

Ekologické Metody Čištění Odpadu v Domácnosti

Ekologické metody čištění odpadu jsou spojené s celou řadou benefitů jak pro samotnou domácnost, tak i pro přírodu. Při použití ekologických přípravků a šetrných postupů se nemusíte obávat toho, že by došlo k poškození kanalizace.

Existuje hned několik způsobů, jak můžete i vy ekologicky vyčistit odpad nebo ucpaný záchod:

• Gumový zvon: Jde o velmi účinnou metodu mechanického čištění odpadů a snadno se používá.
• Rozebrání sifonu: Často pomáhá rozebrání sifonu, ze kterého ručně vyjměte nečistoty.
• Instalatérské pero: V případě, že jsou nečistoty hluboko v potrubí, můžete si přizvat na pomoc instalatérské neboli protahovací pero.
• Horká voda: Prolití odpadu několika litry horké vody dokáže rozpustit mastnoty a oleje, které jsou častou příčinou ucpání.
• Směs sody a octa: Smíchejte půl šálku jedlé sody a půl šálku octa a směs nalít do odpadu.
• Ekologické čističe odpadů: Na trhu jsou kromě chemických přípravků dostupné i ekologické čističe odpadů, které jsou speciálně určeny pro bezpečné použití v odpadním potrubí.
• Čištění tlakovou vodou: Si poradí s prorostlou, zanesenou a jinak ucpanou kanalizací a odpadem.

Historický Kontext Čištění Odpadních Vod

Čištění a likvidace odpadních vod není rozhodně novodobým vynálezem. Známe metody na chemické bázi, napodobující procesy probíhající v přírodě nebo čistící technologie pro celá města i rodinné domky stojící na samotě. Málokdo uvěří, že první splachovací záchody pochází z období kolem roku 2500 před naším letopočtem a byly objeveny na Krétě a v západní Indii. Poměrně dokonalou kanalizační sítí, která sváděla odpadní vody do nejbližší řeky, byla vybavena dále města ve starověkém Řecku a Římě. Z hodin dějepisu si možná vzpomenete na římský kanalizační systém Cloaca Maxima ze 7. století před naším letopočtem.

Vývoj ve středověku se takřka zastavil. Lidé si s odváděním splašků hlavy moc nelámaly, a tak stoky protékaly přímo ulicemi. Situace byla naprosto katastrofální a snad si nedovedeme ani představit, jaký zápach a nemoci se musely městy šířit. Teprve v druhé polovině 19. století začala města napříč Evropou řešit kanalizační soustavy systematicky. Praha v té době nechala vybudovat moderní kanalizační síť a městskou čističku v Bubenči podle projektu Sira Williama Lindleyho. Spuštěna byla v roce 1906 a fungovala až do šedesátých let. Systém dokázal odvodnit nejen historické centrum, ale i předměstské čtvrti. Byl navíc chráněn proti opakovanému zahlcování vodou z přívalových dešťů a ústil do zařízení umístěného v podzemí, aby čištění co nejméně zatěžovalo okolí zápachem a hlukem.

Během let se hlavní město rozrůstalo a s rostoucím počtem obyvatel se pochopitelně zvyšovala i produkce odpadních vod. V dnešní době je likvidace odpadních vod ve městech naprostou samozřejmostí. Na venkově nebo v odlehlejších místech ovšem někdy kanalizace chybí a připojit domek nebo rekreační chatu do sítě jednoduše není možné.

Biologické Čištění Odpadních Vod

Biologické čištění odpadních vod je založené na stejných principech, jaké známe z přírody. Díky tomu je nejen velice účinné, ale také ekologické a ekonomické. Ostatně není náhodou, že biologické čištění odpadních vod využívají jak velké městské čistírny, tak domácí čističky. Biologické čištění odpadních vod - jak už název napovídá - využívá k čištění vody biologické procesy, které známe z přírody. „Biologické“ se mu říká proto, že se k odstraňování odpadních látek a kontaminantů ve vodě používají živé mikroorganismy.

Jaké Mikroorganismy Čistí Vodu?

Základním stavebním kamenem čištění jsou bezpochyby bakterie, které rozkládají organické látky (bílkoviny, cukry, tuky) pomocí biochemických procesů. Tyto procesy dělíme na tzv. aerobní (s přístupem kyslíku) a anaerobní (bez přístupu kyslíku). Kromě bakterií se na čištění podílejí také houby, plísně, kvasinky, nitrifikační bakterie či vláknité mikroorganizmy. Z vyšších mikroorganismů se jedná o tzv. protozoa, jednobuněčné organismy, které pomáhají udržovat kvalitu čištěné vody tím, že konzumují bakterie a jiné drobné částice. Nelze opominout ani vířníky, hlístice a různé druhy prvoků.

Jak Funguje Biologické Čištění Odpadních Vod?

Biologické čištění odpadních vod je obvykle druhým stupněm čištění. V první fázi je totiž třeba z odpadní vody odstranit pevné částice, tuky a další znečištění, které je možné zachytit pomocí mechanických filtrů. Biologické čištění, jež následuje po mechanické filtraci, dělíme na dva typy procesů: aerobní a anaerobní.

Aerobní procesy vyžadují kyslík. Proto je v této fázi voda obohacena kyslíkem (pomocí čerpadla), který pomáhá mikroorganismům konzumovat a rozkládat organické látky. V této části čištění dochází také k tzv. nitrifikaci - procesu, při němž amoniak oxiduje na nitrit a nitrát. Následuje anoxické čištění odpadních vod. Odpadní (tzv. černá) voda se při něm udržuje v podmínkách s nízkým obsahem kyslíku. Jako zdroj kyslíku proto mikroorganismy využijí nitrit a nitrát, jež vznikly během aerobní fáze čištění. Během toho se tyto sloučeniny redukují zpět na dusík. Tomuto procesu se říká denitrifikace.

Jak naznačuje pojem „anaerobní“, v této fázi se odpadní voda čistí bez přístupu kyslíku. Odehrává se proces tzv. defosfatace, při němž mikroorganismy redukují fosfát na fosfan.

Poslední fází po aerobním, anoxickém a anaerobní čištění je sedimentace. K ní obvykle dochází ve speciální, tzv. sedimentační komoře. Aktivovaný kal zde klesne na dno nádrže, odkud se přečerpává na začátek čisticího procesu. Celý koloběh se následně opakuje.

Kam Odchází Vyčištěná Voda?

Jakmile je biologické čištění odpadních vod hotové, je třeba přečištěnou vodu opět vypustit do přírodního koloběhu. U velkých čistíren se k tomu nejčastěji využívá blízká řeka. Právě proto se čistírny odpadních vod většinou staví v blízkosti vodních toků. Voda z menších domovních čističek odpadních vod se může likvidovat jak vypuštěním do povrchových vod (blízká řeka, potok či rybník), tak vsakováním na pozemku.

Proč je Biologické Čištění Odpadních Vod Důležité?

Biologické čištění odpadních vod má hned několik výhod. Díky napodobení procesů, jež se odehrávají přirozeně v přírodě, při něm není potřeba používat chemikálie, které můžou potenciálně ohrozit životní prostředí. Naopak vedlejší produkty biologického čištění lze dále využít. Přebytečný kal často putuje do kalového hospodářství, kde se dále zpracovává v kompostárnách, bioplynových stanicích nebo jako hnojivo v zemědělství - největší využití nacházejí dusík a fosfor, kal však slouží také jako zdroj energie. Pokud se likviduje ve spalovnách, popel lze využít k recyklaci fosforu nebo jako součást stavebního materiálu. Biologické čištění odpadních vod tak skvěle zapadá do principů moderní cirkulární ekonomiky. Biologické čištění odpadních vod navíc vyžaduje menší spotřebu energie než chemické či fyzikální alternativy.

Alternativy Biologického Čištění

Chemické čištění odpadních vod vyžaduje k odstranění znečišťujících látek chemikálie. Mezi tyto chemikálie patří například flokulanty - látky, jež pomáhají shlukovat znečištění do větších částic, které lze pak snáze odstranit.

Fyzikální čištění využívá mechanické a fyzikální procesy. Sem patří sedimentace, flotace a filtrace. Fyzikální čištění se často používá jako první stupeň před čištěním biologickým a je účinné především k odstraňování pevných částic, olejů a tuků.

Výhody a Nevýhody Biologického Čištění

Jak už jsme naznačili výše, existuje více způsobů, jak odpadní vody zbavit nečistot. Jak se mezi sebou liší a jaké jsou jejich hlavní výhody a nevýhody?

Budoucnost Biologického Čištění

Aktivační proces (základ biologického čištění) byl objeven v roce 1913, ovšem v České republice (tehdy v Československu) se začaly městské čistírny ve velkém instalovat až v průběhu 60. let 20. století. Do té doby bylo běžnou praxí dnes nemyslitelné - vypouštění odpadních vod do přírody bez jakéhokoliv čištění.

Biologické čištění odpadních vod se navíc neustále vyvíjí. Jedním z možných budoucích směrů je membránový reaktor s aerovaným biofilmem (zkráceně MABR), který rapidně snižuje energetickou náročnost biologického čištění. Výsledkem by mohla být až 90% úspora energie, a tím pádem mnohem menší ekologický dopad na planetu.

Na rozdíl od současného přístupu využívajícího aktivovaný kal funguje technologie MABR na principu pasivní aerace. To znamená, že kyslík se dostává do systému prostřednictvím difuze skrz membrány. Během tohoto procesu se na membránách tvoří aerobní nitrifikační biofilm, který zároveň umožňuje nitrifikaci i denitrifikaci. Tento mechanismus efektivně redukuje problém s nedostatkem uhlíku a přispívá k nízkému obsahu dusíku ve vypouštěné vodě.

Jak Probíhá Biologické Čištění v Domácích Čističkách?

Když dojde na biologické čištění v domácích čističkách odpadních vod, v zásadě se nabízejí dvě technologie:

• Klasické čištění pomocí oddělených komor
• SBR čištění v jednom reaktoru

Základem biologického čištění je u klasických domovních čistíren odpadních vod cyklus odehrávající se postupně v několika komorách. První komora (A) je tzv. usazovací a slouží k mechanickému odstranění nečistot prostřednictvím sedimentace a filtrace. Do následné - aerobní - části čištění se tak dostává voda bez plovoucích částic nebo sedimentů. Následuje biologická část čištění za přístupu vzduchu v tzv. aktivační nádrži (B). V poslední fázi se voda opět nechává usadit v dosazovací nádrži (E). Kal, který klesne ke dnu, se odčerpává zpět do aktivační nádrže. Vyčištěná voda může zamířit buď do retenční nádrže (pokud je určená k dalšímu využití, například k zálivce zahrady), nebo rovnou do přírodního koloběhu.

Nejmodernější čističky odpadních vod dnes využívají čištění pomocí technologie SBR (z anglického sequencing batch reactor). Principem je střídání jednotlivých procesů čištění v jediné komoře. To přináší jisté výhody: čističky na bázi SBR dokážou lépe reagovat na změny v průtoku odpadních vod (nepravidelný provoz, nárazově vyšší nátok) i na různé koncentrace znečišťujících látek.

Proč Vsadit na Biologické Čistírny Odpadních Vod?

Jak je vidět, domovní čistírny odpadních vod (často nazývané čističky nebo „ČOVky“) založené na biologickém čištění jsou spolehlivým zařízením, které dokáže nahradit kanalizační přípojku na místech, kde není možné ji zbudovat. Technologie čištění i uživatelská přívětivost čističek se navíc neustále zlepšují. Mnohé domovní čističky disponují řídicí jednotkou, často dokonce i mobilní aplikací. Provoz domovní ČOV tak můžete bez potíží ovládat z mobilu kdykoliv je třeba. Výrobci se snaží usnadnit také nezbytné odkalování čističky, a to pomocí jutových košů nebo odvodňovacích boxů.

tags: #ekologické #čištění #odpadních #vod #metody

Oblíbené příspěvky:

• Výzvy a perspektivy obnovitelných zdrojů
• Recenze Wood's Milan 7K WiFi Duo
• Vysokomýtská likvidace stavebního odpadu
• Metody měření kvality ovzduší
• Případy ohrožení života F. Němce