Rozšíření a optimalizace čistírny odpadních vod v Kolíně
Rozvoj města na jedné straně, rostoucí požadavky na kvalitu životního prostředí ze strany obyvatel blízkých obcí na straně druhé, to byly hlavní důvody pro návrh intenzifikace a rozšíření čistírny odpadních vod (ČOV) Kolín.
V současné době čistírna stále plní platné povolení k nakládání s odpadními vodami, ale již přestává stačit rozvoji města a zpřísněným požadavkům na kvalitu vypouštěných odpadních vod. Po rozšíření a optimalizaci ČOV Kolín bude možno napojit další lokality a budou splněny požadavky na kvalitu vypouštěných odpadních vod i s výhledem do budoucna.
V souběhu s přípravou rozšíření ČOV Kolín se v současné době připravují i navazující stavby, jako například napojení místní části Zibohlavy na splaškovou kanalizaci. Kanalizační přivaděč splaškových vod na ČOV Kolín je složen z výtlačných řadů se dvěma čerpacími stanicemi a z gravitační stoky. Jeho trasa prochází přes obec Radovesnice I. a je ukončena napojením na stávající jednotnou kanalizaci v místní části Štítary, odkud jsou odpadní vody odváděny na čistírnu odpadních vod. Ve výhledu se počítá s napojením jak pro obec Radovesnice I., přes kterou je přivaděč veden, tak i pro obec Lošany, která leží v dosahu. Připojované obce mají v současné době řešenu likvidaci odpadních vod pouze septiky a žumpami, proto je jejich napojení na ČOV Kolín nezbytným opatřením k ochraně životního prostředí.
Město Kolín má také dále rozpracovanou řadu rekonstrukcí stávajících stok. Očekávaným efektem je snížení množství balastních vod a zamezení průsaků do podzemních vod. Tyto projekty se postupně realizují.
Níže je uveden návrh rozšíření a optimalizace čistírny odpadních vod, kterou od studie až po realizační dokumentaci včetně související inženýrské činnosti řešila firma IKP CE, s. r. o.
Stávající stav ČOV Kolín
Stávající čistírna odpadních vod v Kolíně byla navržena v roce 1995 a uvedena do provozu v roce 1998. Čistírna je umístěna nad úrovní původního terénu, takže celý čištěný objem odpadních vod je do čistírny vytlačován, a to především mechanicky, pouze menší díl pneumaticky. Vlastní průtok čistírnou je gravitační.
Technologická linka se skládá z objektů hrubého předčištění, primárních usazovacích nádrží, biologického čištění, dosazovacích nádrží, kalového hospodářství a energetického využití bioplynu.
Objekt hrubého předčištění zahrnuje jemné strojně stírané česle a lapák písku a tuků. Zachycené shrabky se odvodňují na lisech a dopravují do kontejneru. Písek z lapáku se odvodňuje na instalovaném separátoru písku. Odpadní vody zbavené shrabků jsou rozdělovány mezi dvě totožné mechanicko-biologické linky.
V každé lince jsou odpadní vody vedeny do usazovací nádrže, odkud se primární kal odtahuje do kalového hospodářství a mechanicky předčištěné vody odtékají do biologického stupně.
Biologické čištění odpadních vod bylo navrženo pro zvýšené biologického odstraňování dusíku i fosforu v aktivačním AN-D-N procesu. Biologická linka je členěna na tři zóny, a to anaerobní (AN), denitrifikační (D) a nitrifikační (N). Sekce AN a D jsou promíchávány ponornými míchadly. Sekce N je provzdušňována jemným bublinným systémem.
Kalové hospodářství zahrnuje linku strojního zahuštění přebytečného kalu, vyhnívací nádrže s plynovým hospodářstvím a linku odvodnění vyhnilého kalu. Přebytečný aktivovaný kal se zahušťuje strojně, primární kal je čerpán z jímky do vyhnívacích nádrží. Anaerobní stabilizace kalu probíhá v mezofilní oblasti ve dvojici vyhnívacích nádrží. Míchání nádrží je zajištěno pomocí cirkulačních čerpadel, ohřev kalu se provádí přes výměník voda – kal. Instalované míchání bioplynem nebylo nikdy zprovozněno. Směsný kal je přečerpáván do okruhu ohřevu kalu vyhnívací nádrže, kde se mísí s ohřátým vyhnilým kalem. Z této nádrže se kal přepouští do vyhnívací nádrže, kde proces anaerobní stabilizace dobíhá. Bioplyn vyprodukovaný v průběhu vyhnívání se z vrchlíků obou nádrží odtahuje do suchého plynojemu. Stlačený bioplyn je používán k ohřevu kalu a k výrobě elektrické energie v plynových motorech. Vyhnilý kal se z vyhnívacích nádrží přepouští do homogenizační nádrže pro strojní odvodnění, které probíhá za přídavku polymerního flokulantu na odstředivce. Následuje odvoz odvodněného kalu k dalšímu využití.
Zjištěné nedostatky
Prvním zařízením v nátokovém žlabu, kde dochází k problémům, jsou mechanicky stírané česle. Česle aktuálně propouštějí shrabky vlivem vysoké nátokové rychlosti z výtlačných potrubí. Zde je nutno vyřešit uklidňovací zónu před česlemi. Nátokovou rychlost nelze snížit, protože byla navržena pro minimalizaci usazování splavenin v potrubích. Pro zamezení průniku nezachycených shrabků česlemi byly na soutoku žlabů vsazeny dodatečné mechanické česle, dochází ale k usazování písku ve žlabu česlí.
Na výtoku z česlovny je osazen lapák písku, v němž se vlivem nevyhovujícího tvarování dna a snížené výtokové rychlosti usazuje písek na dně. Část písku nesklouzne do sacího prostoru a část zůstává v úseku, který neobslouží pojezdový most.
Žlab lapáku písku končí rozdělovacím objektem, kde se nerovnoměrně rozděluje průtok vody do usazovacích nádrží vlivem krátké uklidňovací zóny. Problém byl v provozu řešen vložením pevné rozdělovací ostruhy, která přesně rozděluje objemy v oblasti kolem návrhového průtoku, takže nerovnoměrné zatížení biologických linek čistírny je trvalým provozním problémem.
Blok mechanického čištění končí usazovací nádrží. Na jeho nátoku se usazuje písek a na hladině plovoucí vrstva tuků. Naklápěcí žlab pro odtah plovoucích nečistot funguje špatně, jeho ovládací mechanizmus je pod vodou a převody rychle korodují. Usazovací nádrže jsou vybaveny gravitačním odtahem primárního kalu a potrubí je nutno pravidelně proplachovat. Jímka pro čerpání odsazené vody z usazovací nádrže se zanáší tuky a musí se ručně čistit.
Problémem, který souvisí s mechanickým blokem čistírny, je přepad z dešťové nádrže do obtoku. Voda dešťové nádrže natéká do odběru provozní vody před tlakovou stanicí.
U biologického čištění byly při sledování provozu zjištěny problémy vyplývající z provozního opotřebení nebo dožití strojů a zařízení, jejich oprava nebo výměna by byla nutná i bez rozšíření čistírny.
S blokem biologického čištění souvisí kalové a plynové hospodářství, kde byl mimo provozní opotřebení zjištěn problém v manipulaci s kondenzátem a potřeba odsíření bioplynu pro následné energetické využití.
Statistickým rozborem naměřených provozních parametrů bylo zjištěno, že se návrh úprav technologické linky s přihlédnutím k výhledové potřebě dosažení odtokových parametrů podle platného nařízení vlády o ukazatelích a hodnotách přípustného znečištění povrchových a odpadních vod musí zaměřit na dosažení stabilní nitrifikace a denitrifikace v aktivačním procesu.
Soulad s legislativou
Při kombinaci limitů v době průzkumu platného povolení k nakládání s vodami a nařízení vlády č. 61/2003 bylo zřejmé, že úpravy technologické linky ČOV Kolín musejí být zaměřeny na stabilizaci procesů biologické nitrifikace tak, aby bylo v ročním průměru dosaženo odtokové koncentrace Ncelk pod 15 mg/l. Splnění limitu ukazatele Pcelk je možno dosáhnout řízeným chemickým srážením železitou solí. Inertní podíl rozpuštěného CHSK na odtoku z biologické části systému nelze významně ovlivnit, hodnota BSK5 bude v každém případě na svém minimu ovlivňována spolu s celkovou CHSK výnosem nerozpuštěných látek do odtoku.
Při výpočtu teoretických hodnot kvality odtoku z ČOV potřebných pro splnění imisních standardů podle nařízení vlády při stávající kvalitě vody v recipientu vyšlo najevo, že u všech ukazatelů N-NH4 a Pcelk nelze předepsanou kvalitu dosáhnout. Přirozené pozadí je na takové hodnotě, že ani vypouštění destilované vody by neumožnilo dodržení imisního limitu podle platného nařízení vlády.
Návrh intenzifikace
Po vyhodnocení aktuálního stavu zařízení a dat získaných průzkumem provozu čistírny je navržena taková úprava, aby byly i v budoucnu splněny legislativni požadavky kvality vyčištěné odpadní vody. Po připočtení výhledového zatížení k aktuálnímu stavu, 34 125 ekvivalentních obyvatel (EO), byla velikost ČOV podle BSK5 stanovena na 44 293 EO, které odpovídá přítok Q24 = 9 956 m3/d, Qdešť = 602 l/s.
Omezující faktor
Hlavním a rozhodujícím omezujícím faktorem pro realizaci rozšíření a optimalizaci ČOV se stala nutnost zachování provozu v průběhu prací. Aby bylo možno této podmínce vyhovět, nezbyde, než některé celky, které mají dvoulinkové uspořádání, provozovat částečně. Jedná se o česle, lapák písku, biologické čištění a vyhnívací nádrže. Objekty, které nejsou zdvojené a v nichž budou prováděny stavební a montážní práce, obejde provizorní obtok. Tam, kde ani to není možné, navrhuje se využít krátkodobě přepad do recipientu. Z uvedených důvodů bude v průběhu výstavby částečně snížena kvalita vyčištěné vody, zhoršena kvalita produkovaných kalů a snížena produkce a vypouštění bioplynu do ovzduší.
Návrh rozšíření a optimalizace podle jednotlivých stavebních objektů
Před automatické česle se doplní lapák štěrku a hrubé ručně stírané česle. Navržena je úprava nátokového žlabu s přemístěním ústí výtlačných potrubí. Výsledným efektem bude ochrana česlí před poškozením zrny štěrku a uklidnění turbulencí za výtoky z potrubí. Práce lze provést při krátkodobých odstaveních výtlačných potrubí. V této fázi mohou krátkodobě přepadat odpadní vody přímo do recipientu.
Na žlabu lapáku písku bude rekonstruováno technologické zařízení pojezdového mostu a na konec lapáku se osadí lamelový usměrňovač proudu. Práce se provedou vždy v odstavené komoře lapáku písku, druhá komora bude v provozu.
Usazovací a aktivační nádrže se doplní vestavěnými příčkami a ocelovými konstrukcemi pro nová potrubí a míchadla. Odtah kalu rozšíří zařízení pro zpětný proplach. Práce budou prováděny v odstavené lince biologického čištění a v příslušné části kolektoru, druhá linka biologického čištění bude v provozu.
V dosazovacích nádržích a čerpací stanici vratného kalu bude rekonstruováno technologického zařízení a doplněna čerpadla pro regeneraci kalu. Nátok do tlakové stanice se přemístí mimo havarijní obtok. Práce jsou plánovány vždy v jedné odstavené nádrži a příslušné části čerpací stanice za provozu druhé nádrže a části čerpací stanice.
V kalovém hospodářství je základním prvkem intenzifikace výstavba nádrže regenerace kalu s potřebnými propojovacími potrubími a samostatnou dmychárnou. Práce na těchto objektech a souborech lze provést bez odstávek.
V lince strojního zahušťování kalu bude technologie zcela změněna při odstavení strojního zahuštění zhruba po dobu dvou měsíců, kdy přebytečný kal nebude zahušťován.
Ve vyhnívacích nádržích a kotelně je navržena rekonstrukce vybavení, kotelna bude doplněna novým kotlem na zemní plyn. Při rekonstrukčních a montážních pracích se odstaví vždy jedna vyhnívací nádrž na dobu asi tří až čtyř měsíců. V této fázi bude pracovat pouze jedna vyhnívací nádrž. Při přepojování kotle je nutno kotelnu odstavit na 48 hodin.
Rekonstrukce strojovny plynojemu včetně souvisejících rozvodů bioplynu potrvá při odstavení plynojemu a strojovny asi jeden měsíc. Bioplyn bude v této době krátkodobě vypouštěn do ovzduší.
V lince strojního odvodnění kalu je navržena rekonstrukce celé dopravní cesty odvodněného kalu při odstavení na 48 hodin. Po tuto dobu nebude kal strojně odvodňován.
Návrh rozšíření a optimalizace ČOV Kolín
Návrh rozšíření a optimalizace jednotlivých objektů z hlediska provozních souborů
Optimalizace zahrnuje strojní zahušťování kalu, úpravu vybavení vyhnívacích nádrží a rozvodů bioplynu, úpravu strojovny plynojemu a zdroje tepla. Je navržena demontáž stávajících rotačních zahušťovačů a jejich náhrada novými pásovými zahušťovači, jejichž výkon umožní zpracovat produkci přebytečného kalu při šestnáctihodinovém provozu denně za pět dní. Zahuštěný kal bude z jímky čerpán vřetenovým čerpadlem a novou potrubní trasou přímo do vyhnívacích nádrží. Do jímky zahuštěného kalu se doplní ponorné vrtulové míchadlo. Vyhnívací nádrže budou postupně rekonstruovány. Navržena je demontáž vík nádrží s příslušenstvím, stávající rozvody bioplynu z nádrží do strojovny plynojemu a zařízení plynové kompresorovny.
Každá nádrž se pak nově vybaví ocelovým víkem s kapalinovou pojistkou a jímačem bioplynu. Míchání vyhnívacích nádrží bude zajištěno dvouvrtulovými míchadly. Jejich konstrukce zajistí míchání celého obsahu nádrže včetně případných plovoucích látek u hladiny. Ve strojovně vyhnívacích nádrží se doplní elektrouzávěry na jednotlivých potrubních větvích. Navrhuje se nové zařízení pro snížení obsahu H2S v bioplynu napojené na okruh ohřevu kalu. Strojovna plynojemu bude vybavena normou předepsaným zařízením pro uzavření a automatické odvodňování jednotlivých bioplynových tras a doplní se o zvyšovací ventilátor tlaku bioplynu. Pro zabezpečení teploty 42 °C ve vyhnívacích nádrží i v zimním období bude přidán kotel na zemní plyn. Veškeré navrhované úpravy kalového a plynové hospodářství je možno provádět ve stávajících objektech a prostorech.
Návrh lapáku štěrku – řez
Dosazovací nádrže – řez
Příprava stavby
Aktuálně probíhá příprava na výběrové řízení na dodavatele stavby rozšíření a optimalizace ČOV Kolín a na stavbu kanalizace v místní části Zibohlavy a navazujícího přivaděče.
Ing. Josef Doležal
Foto: IKP Consulting Engineers, s. r. o.
Josef Doležal je projektantem v oddělení staveb vodního hospodářství a životního prostředí ve společnosti iKP Consulting Engineers, s. r. o.
Článok bol uveřejněn v časopisu Inžinierske stavby/Inženýrské stavby.
