Nové metody nakládání s odpadními vodami – pilotní projekt I (poloprovoz)

Ve vybrané lokalitě (Žarošice) byl vybudován jednoduchý poloprovozní model, který zabezpečoval odvádění a akumulaci žlutých vod pomocí klasického pisoáru. Šlo tedy o částečný DESAR systém – oddělování a akumulaci žlutých vod. Cílem studie bylo zjistit, jak se chová separovaná žlutá voda při dlouhodobém uskladnění v akumulační nádrži.

Pro vybudování částečného DESAR systému byla pořízena akumulační nádrž a byl vybudován systém potrubí, který odváděl žluté vody z pisoáru do akumulační nádrže umístěné v zemi. Navrhnutý a realizovaný DESAR systém je předstupněm k de­centralizovanému odvádění odpadních vod [4].

Důležitou součástí výzkumu bylo zjištění výhod a nevýhod použitého decentralizovaného systému odvádění a nakládaní s odpadními vodami, a to v projektu realizovaném v konkrétní lokalitě v ČR. Cílem bylo také ověřit možnosti přijetí této nové formy nakládání s odpadními vodami obyvatelstvem a získat hodnoty ukazatelů znečištění separovaných odpadních vod v závislosti na době uskladnění.

Základní úvaha tohoto způsobu odvádění odpadních vod z decentralizovaného území vychází z toho, že mechanické rozdělení komunálních vod na žluté (moč), šedé (odpadní vody z kuchyní a koupelen), hnědé (fekálie) a dešťové vody nabízí řadu variant využití. Použití nových metod odvádění a čištění vod z malých zdrojů znečištění má představit systém, který by umožnil efektivnější řešení problematiky malých zdrojů – likvidaci odpadních vod, recyklaci a minimalizaci nutrientů vypouštěných do prostředí. Tyto činnosti jsou v současné době běžně doprovázeny značným plýtváním pitné vody, která je většinou používána jen jako transportní médium.

Navrhnutý částečný DESAR systém se opíral o současné informace, znalosti a zkušenosti v oblasti nových metod používaných v decentralizovaných oblastech a současně se snažil poukázat na nové a málo používané možnosti čištění odpadních vod z malých zdrojů znečištění.

Základní údaje – poloprovoz Typ osazeného zařízení: pisoár Počet osob (muži): 15 Objem 1 dávky moči na osobu: 0,3 l Počet použití pisoáru za 1 pracovní den/osobu: 4krát Vyprodukované denní množství moči: 18 l Typ splachovací vody: pitná voda Množství vody na 1 spláchnutí: 1,5 l

Cíle projektu
Oddělování a zkoumání žlutých vod (poloprovoz) mělo za úlohu zjistit, zda různá doba uskladnění má vliv na chemické a mikrobiologické vlastnosti sledovaných parametrů a navrhnout nejvhodnější technologii obnovy nutrientů ze žlutých vod. Náplní práce také bylo prostudování legislativy zabývající se žlutou vodou a zjistit, zda má uskladněná žlutá voda charakter odpadní vody, závadné látky, kalu nebo hnojiva.

Zkoumaný decentralizovaný systém (poloprovoz) měl prověřit náročnost, životnost, výši finančních nákladů, výhody i případné nevýhody sytému. Poloprovoz byl odzkoušen ve výrobním závodě. Moč byla z pisoáru odváděná nejdřív do jedné komory a po naplnění pak do druhé komory akumulační nádrže o objemu 3,73 m³, a to po dobu pěti měsíců (naplňování nádrže probíhalo během pracovních dnů). Následně bylo napouštění zastaveno a sledovala se změna ukazatelů akumulovaných žlutých vod po šesti, devíti a dvanácti měsících.

Odběry vzorků a rozbory
Chemické rozbory jednotlivých ukazatelů žlutých vod byly stanovovány spektofotometrem DR2800 (metodou kyvetových testů) nebo v akreditované laboratoři. Mikrobiologické rozbory – analýzy citlivosti bakterií – se dělaly s cílem zjistit, do jaké míry nebo zda vůbec je mikrob citlivý. Rozbory se určovala přítomnost bakterií v moči. Podle počtu bakterií v 1 ml moči se rozlišovalo, zda je výsledek statisticky významný a důležitý (signifikantní) nebo statisticky nevýznamný (nesignifikantní).

V průběhu celého měření se monitorovaly jak hodnoty moči, tak i parametry žlutých vod (obr. 6). Objem 1 dávky moči na osobu byl stanoven na základě měření zúčastněných osob v podmínkách poloprovozu (jedná se o základní údaje vztahující se výhradně k tomuto měření).

Výsledky studie
Pro separaci byl upravený klasický pisoár s fotobuňkou na splachování. Monitorování žlutých vod trvalo 18 měsíců (tab. 2). V květnu byl zahájen zkušební provoz – osazení pisoáru a akumulační nádrže. Na začátku června byl provoz spuštěn a začalo napouštění akumulační nádrže. Nádrž byla plněna po dobu pěti měsíců (obr. 5). V průběhu měření byly sledovány a odebírány vzorky žlutých vod i moči. Podstatné množství akumulovaných žlutých vod bylo použito k chemickým a bakteriologickým rozborům. Po ukončení pokusu byla zbývající žlutá voda odčerpána a zneškodněna. V průběhu devíti měsíců bylo odebráno deset vzorků moči, které byly podrobeny chemickým rozborům (obr. 6). Do akumulační nádrže vstupuje vápník a hořčík obsažený nejen v moči, ale i ve splachovací (pitné) vodě (obr. 7).

Obr. 6  Výsledky chemických rozborů čerstvé moči	Obr. 7  Zjištěný obsahu vápníku a hořčíku

Chemické rozbory
Všechny chemické rozbory žlutých vod byly prováděny v chemické laboratoři nebo akreditovaných laboratořích. Akumulační nádrž byla průběžně monitorována a jednotlivé chemické rozbory (8 vzorků) byly vyhodnocovány (obr. 8 a 9). Poslední rozbor uskladněných žlutých vod byl vyhodnocen po 12 měsících, první vyhodnocování dosažených výsledků proběhlo po šesti měsících od ukončení napouštění žlutých vod. V průběhu celého pilotního projektu bylo odebráno 25 vzorků.

Obr. 8  Výsledky chemických rozborů žlutých vod	Obr. 9  Výsledky rozborů pH

Bakteriologické rozbory
Po dobu jednoho roku bylo odebráno 20 vzorků žlutých vod, které byly podrobeny bakteriologic­kým rozborům vody a kvantitativně kultivačním vyšetřením. Před jednotlivými odběry byl obsah nádrže homogenizován a následně byl odebrán vzorek žlutých vod, který byl do dvou hodin transportován do laboratoře. Mikrobiologické rozbory moči prováděla akreditovaná laboratoř. Každý vzorek byl podroben dvěma způsobům vyšetření – bakteriologickému vyšetření žluté vody a kvantitativně kultivačnímu vyšetření moči.

Interpretace bakteriologických rozborů
Vyšetření citlivosti bakterií se dělalo s cílem zjistit, zda vůbec nebo do jaké míry je mikrob, který se nachází ve žlutých vodách, citlivý. V jednom odběru nebyly nalezeny žádné patogeny. Z jednotlivých samostatně posuzovaných bakteriologických rozborů žluté vody a kultivačního vyšetření moči je možné konstatovat, že ve žlutých vodách byl potvrzen výskyt následujících bakterií: Entercoccus sp., Proteus vulgarit, Escherichia coli, koliformní bakterie, Pseudomonas aeruginosa, intenstiální enterokoky, Klebsiella pneumonie, Streptococcus alfa hemol., Staphylococcus epidermidis, Enterobacter sp.

Mikrobiologické rozbory měly určit přítomnost bakterií ve žluté vodě. Z rozborů lze konstatovat, že výskyt jednotlivých druhů bakterií byl ve 40,40 % nesignifikantní a v 59,60 % signifikantní. Žádný bakteriologický rozbor nepotvrdil signifikantní výskyt bakterií v odebraných vzorcích. Na základě provedených rozborů žlutých vod lze říci, že doba uskladnění a pH má vliv na množství a četnost výskytu sledovaných bakterií. Ani jeden rozbor nevykazoval hodnoty, které odpovídají infekci močových cest.

Indikace fekálního znečištění
Z naměřených výsledků je zřejmé, že při napouštění akumulační nádrže byl výskyt jednotlivých bakterií patrný. Při hodnocení bakterií podle přímého stanovení E. coli (WHO) lze konstatovat, že po šesti měsících uskladnění nastal pokles množství a četnosti výskytu bakterie a po devíti měsících se E.coli nevyskytla ve vzorcích vůbec. Podle provedených rozborů je zřejmé, že doba uskladnění v kombinaci se zvýšeným pH má důležitý vliv na množství a četnost výskytu sledovaných bakterií.

Shrnutí výsledků měření
Na základě výsledků měření lze konstatovat, že po 12 měsících významně poklesly sledované hodnoty: CHSKCr poklesla oproti hodnotě při vtoku do akumulační nádrže o 28,5 %, BSK5 o 63,9 % pokles hodnoty oproti hodnotě na vtoku do akumulační nádrže, Pcelk. o 5,2 %. U hodnoty Ncelk byl oproti tomu zaznamenán nárůst o 76,1 %.

Fosfor tvoří v uskladněné žluté vodě sraženiny Ca₃(PO₄)2 (fosforečnan vápenatý) a MgNH4PO4 (fosforečnan hořečnatoammonatý – struvit). Po uskladnění moči v nádrži zůstal obsah Ca a Mg o koncentraci 0,3 mmol/l. Zbytkový fosfor lze srážet činidly Ca (resp. Ca + Mg) o přesném dávkování. Srážení zbytkového fosforu je proto reálné jedině pomocí samostatného vápenného hospodářství, jehož vybudování je však v podmínkách rodinného domu finančně náročné a nerentabilní.

Pro obnovu nutrietů srážením byla zvolena technologie – MAP (Magnesium Ammonium Phospate) srážení. Z dosažených výsledků jednotlivých měření je zřejmé, že pro úspěšné srážení by bylo nutné dodávat fosfor (případně hořčík) tak, aby byla dosažena rovnováha molových poměrů. Proto tato technologie není vhodná pro obnovu nutrientů ze žlutých vod.

Nutriety v podobě hnojiva je možné získat ze žlutých vod také vhodnou délkou skladování. Na základě výsledků měření lze říci, že bezpečný limit pro uskladnění žlutých vod pro účely hnojení je šest až devět měsíců.

Vzhledem k těmto skutečnostem je skladování nejvhodnější technologií obnovy nutrientů. Doba uskladnění žlutých vod v akumulační nádrži ovlivňuje výsledky sledovaných parametrů – mezi šestým a devátým měsícem skladování dochází ještě ke změnám některých sledovaných ukazatelů znečištění; rozdíly hodnot mezi devátým a dvanáctým měsícem jsou již nepatrné. Proto lze doporučit minimální dobu skladování žluté vody v nádrži před následujícím použitím v zemědělství šest, ideálně však devět měsíců.

Na zprovoznění daného systému bylo třeba instalovat akumulační nádrž a přívodní potrubí. Náklady zahrnovaly: akumulační nádrž 59,5 tis. Kč a potrubní systém 4,5 tis. Kč. Výkopové práce si zajistil majitel svépomocí.

Závěry
Navržený a odzkoušený částečný DESAR systém poskytl nové souhrnné informace včetně výhod a nevýhod, doporučení a přehledu použitých metod na konkrétních lokalitách v ČR. Měření mělo za úkol také zjistit, zda je v podmínkách ČR reálné oddělovat některou složku odpadních vod a následně ji znovu použít. Podle zahraničních studií je doba postačující pro uskladnění žlutých vod šest měsíců. Z výsledků měření této práce však vyplývá, že šest měsíců je pouze minimální doba, optimální doba před následujícím použitím je devět měsíců. Rozdíly sledovaných ukazatelů znečištění mezi devátým a dvanáctým měsícem uskladnění těchto vod již byly nepatrné a akumulovaná žlutá voda již byla stabilizovaná. Z výsledků měření je zřejmé, že v podmínkách poloprovozu se jako nejvhodnější technologie získání nutrientů ze žlutých vod jeví akumulace a stabilizace žlutých vod v nádrži.

Cílem studie bylo také zjistit, jak se chovají uskladněné žluté vody v akumulační nádrži a zda je doba zadržení (3, 6, 9 nebo 12 měsíců) důležitá z hlediska sledovaných ukazatelů (CHSK, BSK5, Pcelk., Ncelk.). Kromě ukazatele Ncelk. byl u všech ostatních parametrů zjištěn významný procentuální pokles.

Akumulační nádrž na žlutou vodu lze umístit v rodinném domě s nutností odvětrání, lepší variantou je umístění nádrže mimo rodinný dům, nejlépe na zahradu jako podzemní nádrž. Akumulační nádrž, která je určena k uskladnění žlutých vod, by měla poskytovat jednoduchý odběr usazených sraženin fosforu ze dna nádrže.

Realizovaný Pilotní projekt I byl přijat kladně a na základě dosažených výsledků byla naplánována realizace Pilotního projekt II – odzkoušení dělení a opětovné využití odpadních vod v podmínkách provozu rodinného domu. V rodinném domě byl za tímto účelem již vybudován systém oddělování a zachytávání dešťových, žlutých, hnědých a šedých vod.

Ing. Tatiana Mifková, Ph.D.
Recenzoval: Ing. Zdeněk Žabička
Foto a obrázky: autorka

Autorka vystudovala obor Vodní hospodářství a vodní stavby na VUT v Brně; v březnu 2011 obhájila svoji disertační práci „Nové metody odvádění odpadních vod z decentralizovaných území“.

Poznámka recenzenta:
Popisovaný systém je zajímavý a popsané výsledky mohou v budoucnu přispět ke zlepšení životního prostředí. Jsem ale velmi skeptický k jeho brzkému využívání v praxi vzhledem k investičním nákladům a k dosavadním negativním zkušenostem s oddělováním odpadních vod.

Literatura
1.    Nařízení vlády č. 61/ 2003 Sb., o ukazatelích a hodnotách přípustného znečištění povrchových vod a odpadních vod, náležitostech povolení k vypouštění odpadních vod do vod povrchových a do kanalizací a o citlivých oblastech.
2.    Pitter, P. Hydrochemie. Praha: STNL Nakladatelství technické literatury, 1990, Ochrana životního prostředí. ISBN 80-03-00525-6, s. 503–506.
3.    Johannson, M. Source-Separated Human Urine – A Future Source of Fertilizer for Agriculture in the Stockholm Region. Final report of the R&D project „Source-Separated Human Urine – a Future Source of Fertilizer for Agriculture in the Stockholm Region“. 2001.
4.    Sklenárová, T. Decentralizovaný způsob nakládání s odpadními vodami. In: TZB Haustechnik, č. 1, 2009, s. 26–29.

Článek byl uveřejněn v časopisu TZB HAUSTECHNIK.