Kořenové čistírny odpadních vod

Kořenové čistírny odpadních vod získávají pro svou provozní nenáročnost a nulovou spotřebu energie čím dál větší oblibu v České republice i v zahraničí. Lze je využít pro nejrůznější druhy odpadních vod – z obecní kanalizace, individuálních objektů, nemocnic, některých průmyslových odvětví, skládek, dešťových vod, bazénů a koupališť atd. Článek popisuje princip jejich fungování, jejich technické parametry a ekonomiku výstavby i provozu.

Čištění odpadní vody v kořenové čistírně probíhá nejprve formou mechanického předčištění – odstranění pevných nečistot. Následuje anaerobní předčištění v septiku nebo štěrbinové nádrži a dočištění v kořenových filtrech. Samotný kořenový filtr tvoří nepropustné nádrže vyplněné kačírkem nebo štěrkem, kterými velmi pomalu protéká znečištěná voda. V kačírku jsou zasázeny mokřadní rostliny, které zajišťují čištění vody společně s mikrobiálním povlakem na povrchu kamínků kořenového filtru. Koncepce čistírny je provozně velmi jednoduchá, čisticí funkce probíhá přirozeně a soběstačně, role člověka je v ní nutná, ale minimální. Provoz spočívá v čištění potrubních vedení, objektů a v odstraňování suchých rostlin v zimním období.

Kořenová čistírna odpadních vod je v podstatě umělý mokřad, kde v součinnosti probíhá několik přirozených procesů: fyzikálních, biologických i chemických. Na konci tohoto procesu dochází k vyčištění odpadní vody do nezávadnosti.

Nenáročný provoz a spolehlivost
V České republice je v provozu přibližně 400 kořenových čistíren, které byly budovány přibližně od roku 1990. Všechny, u kterých není podstatným způsobem překračována jejich kapacita nebo zanedbána údržba, fungují i po dlouhých letech s velmi dobrými čisticími parametry.

Na základě dvacetiletého provozu kořenových čistíren, měření parametrů a výzkumu dochází k postupnému zdokonalování konstrukčních řešení. Takzvaná první generace kořenových čistíren byla tvořena výlučně horizontálními kořenovými filtry. Zkušenosti získané u nás i v zahraničí byly využity při návrhu kořenové čistírny druhé generace. Hlavní změnou v druhé generaci je doplnění horizontálních kořenových filtrů o filtry vertikální. Tato konstrukce přináší lepší čistící účinky při zachování jednoduchosti celého systému. Čistírny jsou tak schopny dosahovat podstatně lepších parametrů, než požaduje současná legislativa. A to v oblasti ukazatelů znečištění BSK₅, CHSK_cr, NL, NH⁴⁺, P a dále pak u těžkých kovů, aniontových tenzidů, některých běžně užívaných medikamentů a dalších látek.
–>–>
Kolik stojí kořenová čistírna?
Investiční náklady kořenové čistírny závisí na konstrukčním řešení, morfologii terénu a dostupnosti pozemku. Ceny u kořenových čistíren odpadních vod (KČOV) první generace se pohybují kolem 15 000 Kč na ekvivaletního obyvatele (EO). U čistíren druhé generace jde o částku přibližně 20 000 Kč. Důležitý je také výběr vhodného pozemku, kde je nutno uvažovat pro EO cca 5 m² účinné čisticí plochy a další prostor pro budoucí rozvoj, obslužnou komunikaci a manipulační plochu. Vzhledem k tomu, že většinou jde o zábor zemědělských pozemků, nebývá cena za případný odkup pozemků vysoká. V případě záboru pozemků ve vlastnict­ví státu (např. Pozemkový fond ČR) a souladu s územním plánem jsou převedeny tyto pozemky na obec zdarma. Větší zábor místa KČOV ve srovnání s klasickým způsobem čištění vody se může jevit jako nevýhoda tohoto systému. Pokud se však vybere vhodná lokalita a povrchová vrstva KČOV se osadí vhodnými rostlinami, čistírna splyne s okolím a přirozeně jej dotváří.

Z grafů je patrno, že investiční náklady kořenových čistíren jsou o něco vyšší. K tomu je nutno dodat, že samotná obec platí pouze minimum – obvykle 10 % podle typu dotace. Při pořízení KČOV v ceně 1 mil. Kč jsou náklady pro obec tedy pouze 100 tis. Kč. Tato investice se obci vrátí již v prvním roce provozu. Využitím vlastních zdrojů obce lze dosáhnout snížení investičních nákladů až o třetinu. Myšlenka snížení nákladů spočívá ve využití místních zdrojů surovin (kamenivo filtru tvoří cca 30 až 40 % celkové ceny) a zjednodušení výkopových prací, kdy je výkopek odvážen pouze do blízké vzdálenosti od čistírny. Obecní kořenové čistírny mohou získat dotace z Operačního programu Životní prostředí stejně jako klasické čistírny. V národních parcích lze získat nově dotaci i na domácí čistírnu odpadních vod.

Ekonomika provozu
V ekonomickém hodnocení kořenových čistíren hrají největší roli provozní náklady, které jsou oproti běžným čistírnám podstatně nižší. KČOV vyžadují jen jednoduchou manuální obsluhu, proto si je většina obcí provozuje sama. Další výhodou je, že nevyžadují napojení na elektrickou energii – na rozdíl od tradičních čistíren není u KČOV třeba zajišťovat čerpání vody, neboť fungují na principu gravitace. Tento provoz potom umožní stanovení ceny stočného na 6 až 13 Kč/m³ čištěné odpadní vody, což je oproti klasickým čistírnám, kde se ceny stočného pohybují okolo 20 až 25 Kč/m³, značně méně. Rozdíl v ceně může pro obec představovat zajímavý příjem pro splácení investic či získávání prostředků pro investice nové.

Provozní náklady KČOV jsou určeny převážně možnostmi obce v zajištění pracovníka obsluhy, které tvoří cca 60 % provozních nákladů. Ostatních 40 % je tvořeno náklady na údržbu areálu a provozních objektů, odebírání vzorků, vyvážení kalu, finanční rezervu a amortizaci zařízení a stavebních objektů.

Porovnání skutečných provozních nákladů na kořenové čistírny a mechanicko-biologické čistírny o stejné velikosti (EO – ekvivalentní obyvatel)

Obr. 2: Orientační náklady na výstavbu a provoz kořenové čistírny pro 150 ekvivalentních obyvatel (výpočet založen na zkušenostech z praxe)

Časté obavy a dotazy
Zápach je jedním z nejčastějších dotazů ohledně KČOV. Kořenové čistírny jsou dnes již navrhovány pouze jako podpovrchově protékané kořenové filtry, z tohoto důvodu je výpar z vodní hladiny v kořenovém filtru téměř nulový. Skrze filtrační substrát (kamenivo), který lze v povrchové části navrhnout jako velmi jemný, pak v praxi zápach ven z filtru neprojde. Veškerý výpar z čistírny prochází skrze listy mokřadní vegetace, což je i mnohem efektivnější z hlediska objemu výparu. Zápach tedy může vzniknout až po desítkách let, kdy dojde k přirozenému zakolmatování (zanesení) nátokové části prvního filtru a odpadní voda poteče po povrchu.

Zanesení (zakolmatování)
K zanesení čistírny během jejího provozu dochází po desítkách let. Dočasně lze situaci řešit tak, že se zaplavená nátoková část filtru částečně odtěží do malé hloubky, doplní kamenivem novým a na povrchu zasype jemnou frakcí kameniva.

Po několika letech je pak nutná výměna cca 3 až 5 m nátokové části kořenového filtru, která je nejvíce zatížena. Kamenivo lze buď vyprat a uložit zpět, nebo úplně vyměnit za nové. Co se likvidace týká, nejde o nebezpečný odpad, jak prokázalo osm náhodných měření ve starých kořenových filtrech. Vytěžené kamenivo tedy lze uložit do běžného zásypu. Ostatní objem kořenového filtru se přirozeně kolmatuje další desítky let. Zanášení je přirozený jev u každého filtru a znamená, že filtr dělá svoji práci.

Orientačním výpočtem dojde k zakolmatování celého kořenového filtru po 30 až 40 letech. Skutečná doba kolmatace závisí na zatížení kořenové čistírny a správném navržení a provozu mechanického předčištění. Pro získání finančních prostředků na rekonstrukci lze doporučit navýšení stočného o 3 Kč/m³ odpadní vody a tím pokrýt budoucí stavební náklady (úpravu kořenových polí při zakolmatování). Následná celková rekonstrukce může zahrnovat vyprání, úplnou výměnu nebo vymrznutí štěrkové náplně a její navrácení zpět do filtru.

Funkčnost v zimním období
Zimní období představuje pro mokřadní rostliny období vegetačního klidu, ale většina čisticích procesů pokračuje, pouze účinnost je mírně snížena. Z tohoto důvodu se kořenové čistírny dimenzují na zimní provoz tak, aby i v tomto období byly splněny požadované limity. Během procesu čištění vody převládá v horizontálních KČOV anaerobní čištění, které je dimenzováno na teploty odpadní vody v zimě. Vegetační klid rostlin má za následek pouze mírné snížení účinnosti dusíkatého znečištění v horizontálních KČOV, na funkci vertikálních filtrů zima významný vliv nemá. Z těchto důvodů jsou v KČOV II. generace navrhovány kombinace horizontálních a vertikálních kořenových filtrů, kdy impulzně plněné podzemní vertikální kořenové filtry zajišťují odstraňování dusíkatých znečištění i v zimě. Legislativní požadavky na odstraňování dusíkatého znečištění jsou zatím stanoveny pouze pro zdroje od 500 ekvivalentních obyvatel.

Kořenové čistírny představují v současné době možnou plnohodnotnou alternativou k běžným technologiím. Nacházejí uplatnění u lidí, kteří upřednostňují výhody přírodních postupů před technologickými, mají zájem o úspory energie a v několikaletém horizontu úspory financí.

Ing. Jaroslav Kršňák, Ing. Michal Šperling

Ing. Jaroslav Kršňák působí ve firmě JAMI projekt, Ing. Michal Šperling působí ve společnostech Ekořeny a Rybníkář.

Recenzoval: Ing. Zdeněk Žabička

Foto a obrázky: archiv autorů

Článek byl uveřejněn v časopisu TZB HAUSTECHNIK.