Banner

Galerie fotografií

Zásady úsporného provozu kalového hospodářství ČOV PDF Tisk
Autor: Ing. Jan Foller   

 Příspěvek pro seminář u příležitosti dne otevřených dveří 24.3.2010 na ČOV Tišnov

Pouze necelé tři roky zbývají do okamžiku, kdy by měly všechny komunální čistírny odpadních vod s kapacitou nad 2000 EO splňovat přísná kritéria, přijatá 28.2.2003 v NV č. 61/2003 Sb. a ke kterým jsme se v roce 2004 zavázali při vstupu do EU. Ačkoliv od této doby uplynulo v čistírnách mnoho odpadní vody a pod tlakem ekonomické reality neustále probíhá snaha toto původně dobrovolně přijaté, přehnaně přísné legislativní opatření zmírnit, je pravděpodobné, že k zásadnějším změnám směrem ke změkčení legislativy asi nedojde. Snahy o zmírnění ekonomických dopadů realizace nezbytných a z pohledu průměrného člena EU, nadstandardních rekonstrukcí biologických stupňů čistíren odpadních vod, vedoucí ke snížení investic, jsou navíc úspěšně degradovány zpřísněním legislativy v oblasti odpadového hospodářství čistíren odpadních vod, která potenciálně uspořené investice vyžaduje vložit, má-li být akceptována, do odpadového hospodářství čistíren odpadních vod, kde navíc nečiní ve svých požadavcích na konečné výstupní parametry produkovaných odpadů, rozdíly mezi objekty malými s produkcí několika desítek kg odpadů za den a čistírnami s kapacitou třeba 100000 EO a denní produkcí odpadů v tunách.

Za těchto popsaných výchozích podmínek a při omezených finančních zdrojích stojí potenciální investor před složitým rozhodnutím. Vyhovět bez kompromisů tvrdým zákonům a vybudovat nadčasovou stavbu za příslušnou cenu, ale s nízkými provozními náklady a nadějnou perspektivou do budoucna nebo vyslyšet vemlouvavý hlas mnohých, který nabádá ke kompromisům na hraně legislativy a mnohdy přehlíží úskalí této legislativy číhající potom na provozovatele v delším časovém horizontu (2013, 2015 a dále) a zlehčuje zcela jisté, vyšší provozní náklady nabízeného kompromisního řešení.

Současná zkušenost z reálných jednání jasně ukazuje, že mnohem častější je s drtivou převahou druhý z uvedených způsobů přístupu k rozhodování o investicích v oblasti čištění odpadních vod a především kalových hospodářství. S tímto přístupem potom, při prozření vyvstává celá řada otázek, zda nelze nějakým reálným způsobem přece jen postupně zjištěné, vysoké provozní náklady snížit. Odpověď na tyto otázky není jednoduchá a v dalším textu se pokusíme uvést několik zásad, které mohou mít v jistém rozsahu pozitivní ekonomický efekt a nesporné chyby v původních rozhodnutích částečně eliminovat. Jejich platnost je však obecná, takže přínosem mohou být i v dobře navržených a provozovaných objektech kalových hospodářství čistíren odpadních vod. Vzhledem k tomu, že záměrem tohoto textu není řešení problematiky celých čistíren odpadních vod, ale pouze hledání úspor při provozu kalových hospodářství ČOV, bude dále věnována pozornost pouze čistírenskému kalu a metodám jeho zpracování.

 

Zásady úsporného provozu kalového hospodářství čistíren odpadních vod (ČOV)

Zásada první: Nejlepší je chybám předcházet.

 Při návrhu řešení úsporného provozu kalového hospodářství je nejlépe, když je koncepce kalové koncovky pevně svázána s koncepcí biologického stupně ČOV. V takovém případě umožňuje kalová koncovka řešit i některé havarijní stavy biologie. Typickým příkladem je možnost zpětného využití aerobně stabilizovaného a zahuštěného kalu, drženého ve striktně oxických podmínkách v uskladňovacích nádržích s časově řízenou aerací k naočkování – revitalizaci aktivace po kolapsu z přetížení nebo otravy kalu. V praxi VAS, a.s. bylo tohoto způsobu několikrát úspěšně využito při obnově provozu ČOV vyplavených po povodních nebo průmyslových biologických ČOV po otravě. Nejedná se o žádnou převratnou novinku, ale o praxí ověřenou metodu, která je například i součástí komplexního systému OSS - oxyterm sludge system®. Problém s hospodárností tohoto způsobu řešení však může nastat, když si projektant v plném rozsahu neuvědomí, že aerace zbytečně velkých objemů kalového hospodářství může výhodu tohoto řešení zcela znehodnotit. Jak tedy takový systém navrhovat? Pro ilustraci stačí podrobnější rozbor technologie, která je aktuální pro nejjednodušší způsob nakládání s kalem, při dostačující hygienické kvalitě kalu tř. II.

-        Střední hydraulická doba zdržení – skutečná, garantovaná způsobem provozu by se měla pohybovat v rozmezí 30 – 35 dní. To znamená, že optimální objem kalojemů by neměl být méně než na 40 a více než na 50 dní zdržení, za předpokladu, že jejich objem bude za všech okolností využit z minimálně 75 %. Toto platí pro technickou, gravitační sedimentací dosažitelnou koncentraci kalu, za těchto podmínek (asi 3,0 %). V případě aplikace strojního zahuštění kalu nad 4,0 % je optimum dimenzování kalojemů na dobu zdržení v rozmezí 35 – 40 dní. Pokud přepočteme uvedené podmínky pro dimenzování objemů kalojemů, dostáváme na 1000 EO optimální kapacity: 67 – 82 m3 při gravitačním zahuštění a přibližně 44 – 50 m3 při strojním zahuštění.

-        Výkon aeračního systému by měl být dimenzován, pro gravitačně zahuštěný kal v rozmezí 0,8 – 1,0 m3 vzduchu na m3 objemu kalojemu a v rozmezí 1,0 – 1,2 m3 vzduchu na m3 objemu kalojemu při strojním zahuštění.

-        Provozní koncentrace kyslíku při provozu těchto kalojemů by měla být nastavena pomocí časových spínačů v rozmezí 0,8 – 1,5 mg/l rozpuštěného kyslíku. Zásadní podmínkou však je dodržení rovnoměrného, pravidelného a známého zatížení kalového hospodářství čerstvým kalem.

Jaké vyplývají z výše uvedeného ekonomické závěry? Při návrhu kalového hospodářství se strojním zahuštěním kalu se ušetří přibližně 165000 Kč/1000 EO při budování kalojemů. Na provozních nákladech (elektřina pro dmychadla), potom činí úspora asi 4000 – 5000 Kč/rok.1000 EO (bez započtení stálých plateb za elektroměr), to odpovídá asi 240 – 250 Kč/t sušiny zpracovaného kalu. Odpisy z kalojemů a jejich vystrojení pro gravitační zahuštění činí navýšení provozních nákladů o asi 390 Kč/t sušiny zpracovaného kalu oproti řešení se strojním zahuštěním. Součet takto získaných úspor představuje asi 11 – 14 % nákladů na zpracování přebytečného kalu v kalojemech.

Zásada druhá: Vystrojení kalového hospodářství by z hlediska kapacity zvolených strojů a zařízení mělo odpovídat objektivně doloženým potřebám technologie z hlediska striktního požadavku na šetrný dopad pro biologický stupeň ČOV (kalová voda) a minimální požadavky na korekci nastavených regulovaných parametrů řídicího systému (srážení fosforu apod.).

Nedodržení této zásady je nejčastějším případem zbytečných provozních nákladů přesto, že tento požadavek vyplývá přímo z doporučení platných norem. Nejčastějším případem nesprávného návrhu a provozování kalové koncovky jsou předimenzovaná odvodňovací zařízení. V minulosti byl tento stav vnucen nedostatečným sortimentem, hlavně sítopásových lisů a odstředivek o vhodných, malých výkonech. Na druhé straně se však také nebraly ohledy na množství produkovaného fugátu – kalové vody, protože nebyl kladen takový důraz na odstraňování nutrientů, neplatily tak tvrdé podmínky pro aplikaci kalu v zemědělství a požadavky na jeho hygienické vlastnosti. Teprve zpřísnění požadavků na odstraňování dusíku a fosforu obrátilo pozornost technologů ke kalové vodě a sekundárnímu zatížení biologických stupňů ČOV.

Z dnešního pohledu, s odstupem asi 15-ti let lze považovat za průkopnické rozhodnutí v PBS Velká Bíteš zavést do výroby odstředivku DO 250, která svými parametry znamenala pokrytí menších požadavků na výkon odvodňovacího zařízení (efektivně asi 1,8 – 3,5 m3/hod), než nabízely tehdy dostupné sítopásové lisy (efektivně asi 5 – 7 m3/hod), a to vše při dosažení vyšších sušin odvodněného kalu, při technologicky jednodušším provozu a nižších nárocích na obsluhu, což platí pro odstředivky obecně. Dnes se již také najde málokdo, kdo by zpochybňoval instalaci odvodňovacích odstředivek na ČOV s kapacitou od 3000 EO, přes to, že na těchto objektech je stroj využíván v jedné směně maximálně 2 – 3 dny v týdnu. Již mnohem dříve byla prokázána ekonomická návratnost takové investice do méně než tří let, při požadavku na dopravní vzdálenost přepravy produkovaného kalu na jiný objekt vzdálený nad 10 km. U ještě menších ČOV je zase možné využít vhodné malé odstředivky v mobilním provedení. Z hlediska produkce kalové vody a využití lidské práce je odstředivka s kapacitou DO 250 z PBS Velká Bíteš nebo její případný přesný výkonnostní ekvivalent ideálním řešením pro oba způsoby aplikace.

Pro informaci uvádíme některé základní technologické podmínky z hlediska zatížitelnosti ČOV kalovou vodou v závislosti na jejich velikosti a bez nutnosti operativního přestavování systémů MaR v době odvodňování kalu:

-        Zatížitelnost ČOV bez vyrovnávací jímky na svozové vody fugátem, kam by se případný fugát – kalová voda vypouštěla, uváděno v množství na 1000 EO: 0,35 l/s.

-        Zatížitelnost ČOV s vyrovnávací jímkou na svozové vody o objemu asi 12 m3 s řízeným vypouštěním fugátu, kam by se případný fugát – kalová voda odváděla, v množství na 1000 EO: 1,05 l/s.

Z uvedeného vyplývá, že použití malé mobilní odstředivky, ekvivalentu DO 250, v jedné směně je efektivní na ČOV s kapacitou od asi 1500 EO bez vyrovnávací jímky a bez omezení výkonu na ČOV s kapacitou od 800 EO s vyrovnávací jímkou asi 12 m3 a s řízeným vypouštěním. Z hlediska efektivního využití lidské práce je potom plýtváním použití stroje s kapacitou menší, než je kapacita DO 250.

Zásada třetí: Klíčem k úspornému provozu kalového hospodářství je dodržení předepsaného postupu, technologická kázeň a zvládnutí základních znalostí související problematiky obsluhou – kvalitní provozně technická dokumentace k technologii a zařízení.

Lidský faktor je v ovlivnění ekonomiky provozu kalového hospodářství ČOV, ostatně jako i v ostatních odvětvích lidské činnosti rozhodující. Při dobře navrženém řešení technologie může nekompetentní přístup obsluhy znamenat významné ekonomické ztráty. Pro snazší orientaci dále uvádíme základní výstupní parametry kalu při různých technologických řešeních kalové koncovky ČOV, získaných při běžném dodržení podmínek provozu a při správné funkci biologického stupně ČOV. Jsou zde uvedeny technologie, které byly dlouhodobě sledovány ve VAS, a.s. a k odvodnění bylo možno využít ve všech případech z hlediska kapacity shodný stroj, odstředivku DO 250.

Mezofilní anaerobní stabilizace kalu (s pasterizací):

Sušina odvodněného kalu                                                                   22 – 31 %*
Spotřeba flokulantu                                                                           3,5 – 5,0 g/kg sušiny
Pracovní koncentrace flokulantu                                                          0,15 – 0,25 %
Vstupní sušina stabilizovaného kalu                                                     2,5 – 3,0 %
Hydraulické zatížení odstředivky                                                          3,0 – 4,0 m3/hod

*Rozpětí dosahovaných výsledků stanovení sušiny je dáno poruchami vyhnívacího procesu, způsobenými chybně navrženým míchadlem vyhnívací komory.

 

Řízená aerobní stabilizace kalu:

Sušina odvodněného kalu                                                                   19 – 26 %**
Spotřeba flokulantu                                                                           4,0 – 5,5 g/kg sušiny
Pracovní koncentrace flokulantu                                                          0,15 – 0,25 %
Vstupní sušina stabilizovaného kalu                                                     2,0 – 3,5 %
Hydraulické zatížení odstředivky                                                          2,5 – 3,0 m3/hod

**Rozpětí je dáno ročním obdobím, horší výsledky jsou během zimy (průměr z více zařízení).

OSS - oxyterm sludge system®:

Sušina odvodněného kalu                                                                   26 – 35 %
Spotřeba flokulantu                                                                            4,5 – 6,5 g/kg sušiny
Pracovní koncentrace flokulantu                                                          0,15 – 0,25 %
Vstupní sušina stabilizovaného kalu                                                     3,0 – 3,5 %
Hydraulické zatížení odstředivky                                                          3,0 – 3,5 m3/hod 

Ze tří výše uvedených příkladů lze vysledovat následující. Čím nižší je závislost výsledku procesu na lidském faktoru, tím vyšší je pravděpodobnost lepších ekonomických výsledků. Nejčastější chyby, kterých se v provozu obsluha nebo obecně provozovatel dopouští, jsou:

-        Nerovnoměrné zatěžování kalové koncovky dovozem kalu z jiných objektů, mnohdy s odlišným způsobem zpracování kalu, kal je nedostatečně stabilizovaný. Přestává platit volba typu flokulantu.
-        Nevyužívání hydraulické kapacity kalojemů v předepsaném rozmezí, horší odvodnitelnost. Opět je obtížné zvolit vhodný flokulant.
-        Nedostatečná homogenita kalu na vstupu do odstředivky, kolísající koncentrace během odvodňování.
-        Nejsou dodrženy podmínky koncentrace kyslíku u aerobní, řízené stabilizace kalu.
-        Nesprávný postup rozpouštění polyelektrolytu nebo používání zbytečně vyšších pracovních koncentrací.
-        Chybně nastavená dávka flokulantu – malá frekvence kontrolních stanovení vstupní sušiny stabilizovaného kalu.
-        Hydraulické přetěžování odstředivky ve snaze zkrátit dobu odvodňování.

V nákladech přepočtených v Kč/t sušiny zpracovaného kalu je dopad technologické nekázně nebo objektivních problémů způsobených chybným řešením provozu ve zvýšení nákladů následující:

-        Vysoká spotřeba flokulantu                                                       190 a vice Kč/t sušiny
-        Nevyužití odvodňovací kapacity zařízení – nízká vstupní sušina      250 – 290 Kč/t sušiny
-        Nízká sušina odvodněného kalu                                                 500 – 800 Kč/t sušiny 

Při optimálních nákladech na stabilizaci a likvidaci kalu metodou řízené aerobní stabilizace lze počítat s částkou asi 5318 Kč/t sušiny (započteny odpisy zařízení). Tato částka může však být zvýšena chybou návrhu řešení kalové koncovky a neodpovědným provozem až na 7240 Kč/t sušiny, což odpovídá asi zvýšení provozních nákladů na kalové hospodářství ČOV (bez odpisů budov) o asi 35075 Kč/rok.1000 EO.*

 

*Pro výpočty byly použity tyto následující vstupní ceny médií a specifické hodnoty parametrů:

Elektřina                                                                                                       2,0 Kč/kWh
Flokulant                                                                                                      90 Kč/kg
Počítaná sušina kalu                                                                                      25 %
Náklady za odvoz odvodněného kalu                                                               500 Kč/t
Doba odpisu kalojemů                                                                                   30 let
Doba odpisu technologie                                                                                12 let
Specifický výkon dmychadel aerace kalojemů                                                  35 m3/kWh
Dimenzování aeračního systému, objem vháněného vzduchu                            0,9 m3/m3
Denní doba aerace                                                                                       12 hod
Cena lidské práce                                                                                         86 Kč/hod
Látkový tok odstředivkou                                                                               120 kg/hod
Vstupní sušina kalu                                                                                       3,5 %

Nebyla započítána cena a odpisy budov a náklady na údržbu.

Veškeré zde použité údaje mají pouze informativní hodnotu a slouží zde pouze pro ilustraci možných negativních vlivů chybného dimenzování nebo provozování kalového hospodářství ČOV. Pro srovnání byla využita kalová koncovka běžné nízko zatížené ČOV s aerobní stabilizací kalu řízenou aerací za uvedených, průměrných podmínek nastavení. S uvedenými vstupními daty může kdokoliv polemizovat, ale v tomto případě je nutno doplnit, že výše uvedený výpočet nákladů také nezahrnuje cenu ze zákona prováděných kontrolních rozborů, režijní náklady provozovatele a podobně. Na druhé straně je vždy striktně uvažováno s dodržením zákonných postupů při nakládání s kalem, což předpokládá spolupráci s legálním externím zpracovatelem na straně jedné a s dodržením hygienických parametrů v kategorii II, během celého roku na straně druhé.