Čistírny odpadních vod

Úvod

Čistírny odpadních vod zpracovávají velká množství odpadních vod (z měst, průmyslových podniků) s velkým zastoupením organických látek, ze kterých je možno získat čistírenský kal vhodný k využití pro výrobu bioplynu. Kal je nevyhnutelným odpadem při čištění odpadních vod. Zpracování těchto vod je navrženo tak, aby odstraňovalo nežádoucí složky z vody a koncentrovalo je do objemově nevýznamného vedlejšího proudu – kalu. Kal může také obsahovat přebytečnou biomasu z biologického čištění. Vrstva byla vybrána z důvodu velkého množství vznikajících čistírenských kalů a potenciálním možnostem jejich energetického zhodnocení prostřednictvím fermentace.

Popis vrstvy

Vrstva obsahuje seznam čistíren odpadních vod všech druhů (městské, průmyslové) v České republice. Každá ČOV je lokalizována pomocí názvu obce, kde se nachází. Vrstva dále obsahuje údaj o ORP (obec s rozšířenou působností), pod kterou ČOV patří, o počtu ekvivalentních obyvatel připojených na ČOV (tj. současný stav obyvatel podle přítoku odpadních vod na ČOV), o počtu obyvatel připojených na ČOV (současný stav), údaj o množství organických látek na 1 ekvivalentního obyvatele v g za 1 den (odhad dle příslušných odborných zdrojů).

Mezi další parametry vrstvy patří

• přepočet organických látek na hodnotu chemické spotřeby kyslíku (CHSK)
• přepočet CHSK na produkci bioplynu (m³)/24 hodin
• teoretický potenciál produkce bioplynu za 1 rok (v m³) - metoda výpočtu dle hodnot organických látek
• teoretický potenciál produkce bioplynu za 1 rok (m³) - metoda výpočtu dle hodnot CHSK
• ČOV, kde je již zaveden systém vývoje bioplynu a jeho využití
• potenciální výhřevnost bioplynu (GJ/m³)

Vrstva by měla sloužit jako celistvý přehled o ČOV v ČR. Uživatel získá přehled o základních charakteristikách ČOV.

Sloužit může jako ukázka potenciálního množství vyvíjeného bioplynu v závislosti na počtu připojených obyvatel či na produkci odpadních vod odcházejících z domácností v ČR. Vhodné pro plánování výstavby ČOV (zda je vhodné zařadit technologii pro využití bioplynu).

Použitá data

Základní data byla získána prostřednictvím příslušného odboru Ministerstva zemědělství ČR. Vybrané údaje majetkové evidence (VÚME) a Vybrané údaje provozní evidence (VÚPE) mají povinnost každoročně předávat vlastníci na příslušné vodoprávní úřady v souladu s ustanovením § 5 odst. 3 zákona o vodovodech a kanalizacích. Následně jsou data předávána vodoprávními úřady na Ministerstvo zemědělství. Tento soubor dat byl dále doplněn o data z vlastních zdrojů – vedených interních přehledů o ČOV bioplynových asociací a jednotlivých partnerů projektu.

Za správnost předávaných údajů zodpovídají zpracovatelé Vybraných údajů majetkové evidence a Vybraných údajů provozní evidence a územně příslušné vodoprávní úřady.

Mezi tyto údaje patří i informace o čističkách odpadních vod, v nichž provozovatel ČOV uvádí následné informace:

• počet obyvatel připojených na ČOV tj. současný stav
• počet ekvivalentních obyvatel připojených na ČOV tj. současný stav podle přítoku
• projektované parametry - kapacita, Qd (m3/den)
• projektované parametry - kapacita (ekvivalentní obyvatelé)

Nově se v roce 2013 přidaly i následující fakta:

• objem čištěných odpadních vod - celkem(včetně srážkových a balastních) (tis. m³/rok)
• objem čištěných odpadních vod - splaškové (tis. m³/rok)
• objem čištěných odpadních vod - průmyslové (tis. m³/rok)
• objem čištěných odpadních vod - srážkové (tis. m³/rok)

Zastoupení organických látek 1 ekvivalentního obyvatele na den

Rozklad organických látek při biologickém a chemickém čištění OV - Metoda 1

Rozklad organických látek při biologickém a chemickém čištění OV - Metoda 2

Metodika

Po nastudování jednotlivých procesů probíhajících při čištění městských odpadních vod a konzultacích s odborníky na čistírenské procesy, byly sestaveny metodické postupy výpočtu teoretické produkce bioplynu na jednotlivých čistírnách odpadních vod v České Republice. Pro naše účely byly odzkoušeny 2 metody výpočtu: jedna vycházející z produkce organických látek na 1 ekvivalentního obyvatele (EO) za 24 hodin a druhá (porovnávací, zkušební) metoda založená na výpočtu produkce bioplynu z chemické spotřeby kyslíku (CHSK). Chemická spotřeba kyslíku je míra celkového množství kyslíku nutného pro oxidaci všech organických materiálů (biologických, inertních organických látek) na oxid uhličitý, vodu a anorganické látky se schopností oxidace. K oxidaci dochází pomocí chemických oxidantů (dvojchromanu draselného, manganistanu draselného). Spotřeba chemikálií slouží jako nepřímé zjištění obsahu organických látek a odpovídajícího množství potřebného kyslíku. Hodnoty CHSK jsou vždy vyšší než hodnoty biochemické spotřeby kyslíku (BSK), protože při této zkoušce dochází k oxidaci inertních organických látek i biologických organických látek.

Metoda 1 - metoda výpočtu dle hodnot organických látek

Pro výpočet potřebujeme několik údajů. Každý EO vyprodukuje průměrně za den 180 gramů organických i organických látek. Pro naše účely využijeme pouze hodnotu látek organických (pouze tento druh má vliv na tvorbu bioplynu). Průměr je stanoven na 90 gramů organických látek (C) na 1EO za 24 hodin (viz tabulka). Tabulka: Množství látek v gramech produkované jedním obyvatelem za den a odpovídající hodnoty BSK jako ukazatele znečištění

Druh látky	Anorganické	Organické	Veškeré	BSK5
Nerozpuštěné	15	40	55	30
- usaditelné	10	30	40	20
- neusaditelné	5	10	15	10
Rozpuštěné	75	50	125	30
Veškeré	90	90	180	60

Druhým údajem (hodnotou) je konstanta přepočtu 1 gramu C na hodnotu CHSK, která je stanovena v rozmezí 1,2 – 1,5 gramu CHSK. Pro naše výpočty byl zvolen průměr čili 1,35 gramu CHSK. Potom platí tvrzení, že 1 gram C odpovídá 1,35 gramu CHSK. Tímto výpočtem získáme míru znečištění vyjádřenou hodnotou CHSK. Posledním údajem je hodnota přepočtu 1 gramu CHSK na objemovou jednotku vzniku bioplynu. Pro tento účel byla zvolena hodnota 0,5 litru bioplynu (0,35 litru metanu CH4) na 1 gram CHSK. Jinak vyjádřeno z 1 gramu CHSK je možno vyprodukovat 0,5 litru bioplynu. Tyto hodnoty se v různých zdrojích liší (od 0,4 do 1,3 litru). Nejčastěji uváděnou hodnotou je přesto 0,5 litru. V různých stupních čištění (mechanické, biologické, chemické) se postupně zvolenými metodami odlučují určitá procenta organických látek. Naše metodika počítala, že v usazovacích nádržích se odloučí 66 % usaditelných nerozpustných látek (čili z 30 gramů, které vstupují do systému) se odloučí 20 gramů, které ihned vstupují do anaerobní části – fermentační reaktor – a zbylých 10 gramů pokračuje systémem dál do dalšího stupně čištění). V návazném stupni čištění (biologické + chemické) se odloučí dalších 50 % ale z celého zbytkového množství organických látek (70 g). Těchto 70 g tvoří 20 g nerozpuštěných látek (součet 10 g zbytku usaditelných látek a 10 g neusaditelných látek) a 50 g rozpuštěných látek.

Souhrnně řečeno v biologickém a chemickém stupni se odloučí 50 % ze 70 gramů, čili 35 g organických látek, které opět vstupují přímo do fermentačního reaktoru. V samotném výpočtu teoretické produkce bioplynu vezmeme hmotnost organických látek v reaktoru (55 gramů), které znásobíme počtem připojených ekvivalentních obyvatel. A dále probíhá převod hodnoty na hodnotu znečištění vyjádřenou v CHSK (1 gram organické látky je 1,35 g CHSK) a následný převod hodnoty CHSK na hodnotu teoretického vzniku bioplynu (z jednoho gramu CHSK lze získat 0,5 litru bioplynu, či 0,35 litru metanu).

1 EO = cca 90 gramů organických látek/1 den

Metoda 2 - metoda výpočtu dle hodnot CHSK

Pro výpočet teoretické produkce bioplynu je potřeba zjistit průměrné znečištění jedním EO za jeden den vyjádřené hodnotou CHSK. Ve většině dostupných zdrojů byla zjištěna hodnota odpovídající 109 gramům CHSK na 1 EO/1 den. Dále je nutné znát množství gramů CHSK, které se postupně odlučují při čistících procesech na čistírnách odpadních vod a vstupují do anaerobní části. V prvním stupni (mechanické čištění) se v usazovacích nádržích odloučí přibližně 35 % ze vstupujícího znečištění. V dalších stupních (biologickém a chemickém čištění) se postupně odloučí mezi 50 % – 60 % znečištění. Pro naše účely byla hodnota stanovena na průměrných 56 %. Pokud tedy chceme znát množství znečištění vyjádřené v CHSK, které se dostane do vyhnívacího reaktoru, pak postup je následující: v usazovacích nádržích se usadí 35 % ze 109 gramů CHSK (to znamená, že 38 gramů vstupuje přímo do fermentoru) a v dalších čistících procesech se odloučí ze zbylého znečištění 71 gramů CHSK dalších 56 % (to znamená, že 40 gramů vstupuje do fermentoru). Z celého množství znečištění 109 gramů CHSK, které vstupují do systému, se celých 78 gramů CHSK ocitne ve fermentačním reaktoru, ze kterých se začne vyvíjet bioplyn. Další výpočet je již shodný s metodou první. Počet gramů CHSK se převede koeficientem na objemovou hodnotu produkce bioplynu (tj. 1 gram CHSK znamená průměrně vznik 0,5 litru bioplynu, či 0,35 litru metanu).

Tabulka: Průměrné hodnoty ukazatele znečištění v přepočtu na jednoho ekvivalentního obyvatele za den

Ukazatel znečištění	Jednotka	Údaj
Nerozpuštěné látky (NL)	g	55
BSK 5	g	60
CHSK	g	109
C (organický)	g	40
BSK 5/CHSK	-	0,55
Celkový N	g	12

Výstupy

Hlavními dvěma výstupy jsou následující hodnoty, a to:

• teoretický potenciál produkce bioplynu za 1 rok (v m³) - metoda výpočtu dle hodnot organických látek
• teoretický potenciál produkce bioplynu za 1 rok (v m³) - metoda výpočtu dle hodnot CHSK

Vedlejším výstupem je hodnota potenciální výhřevnosti spalovaného bioplynu vznikajícího na ČOV.

Uživatel získá přehled o jednotlivých čistírnách odpadních vod a jejich potenciální produkci bioplynu získaného zpracováním čistírenského kalu.

Interaktivita datové vrstvy není v tomto případě relevantní. Uživatel získá statický přehled jednotlivých zařízení, včetně mapové lokalizace a přehled dat o potenciálu energie dle výše uvedené metodologie.

Úzká místa a budoucnost

Aktualizace vstupních dat bude probíhat každé 2 roky ve spolupráci s Ministerstvem zemědělství ČR, která je hlavním centrem statistických dat z oblasti sledování čistíren odpadních vod. Celá tabulka a výstupní data jsou spojena návaznými vzorci, do kterých stačí změnit jednu hodnotu a výstupní data se změní dle požadavků. Aktualizace datových struktur si vyžádá průměrně 14 dní po dodání dat. MZe ČR aktualizuje data o ČOV na svém portálu každým rokem.

Úzká místa datové vrstvy jsou zejména v oblasti přesné lokalizace jednotlivých ČOV. Datové zdroje poskytují základní údaj lokalizace vztažený na obec, ve které se jednotlivé ČOV nacházejí. Není možné uvést do mapy přesné GPS souřadnice. Proto bude uváděn lokalizační údaj pro danou ČOV pouze v rámci daného území.

Licence a aktualizace dat

1. Databáze ČOV, zdroj ECO TREND s.r.o.

• 1. aktualizace dat, únor 2014

• předpokládaná aktualizace dat 1x ročně

Prezentace

Prezentace představuje vrstvu ČOV jednodušší formou doplněnou o obrazový doprovod.

Expertní popis

Pro vrstvu ČOV představuje expertní popis detailní obecnou charakteristiku této vrstvy.
Expertní popis Čistírny odpadních vod