Datum 04.02.2019
Technologie SAF se řadí mezi bioreaktorové technologie, u které se kombinuje výhod tradičních biofiltrů (Trickling filter) a moderních MBBR (Moving bed biofilm reactor). Mezi hlavní výhody patří zejména robustnost biologických procesů a vysoká účinnost nitrifikace.
V článku se proto zabýváme využitím této technologie pro potřeby čištění odpadní vody v malých obcí, kdy při správném návrhu je možné dosáhnout kvalitních výsledků na odtoku i při příznivých podmínkách pro provoz, což je klíčový úkol na ČOV do 2000 ekvivalentních obyvatel. Závěrem článku jsou prezentovány konkrétní výsledky z instalované ČOV v obci Dřínov.
Technologie SAF (Submerged aerated filter) byla jako jedna z bioreaktorových technologií s pohyblivým ložem vyvinuta ve Velké Británii před více než 40 lety, a to jako intenzifikační prvek biologických procesů probíhajících při čištění odpadních vod. SAF na rozdíl od technologií využívajících volně dispergovaný aktivovaný kal pracuje s principem biologické degradace díky imobilizované biomase mikroorganismů fixovaných na různých typech nosičů. Tím dochází k výraznému navýšení kapacity aktivní biomasy a k udržení pomalu rostoucích, zejména nitrifikačních bakterií v systému.
Fixace mikroorganismů a následná tvorba biofilmového nárostu na inertních nosičích je přirozený proces. Materiál nosičů je založen výhradně na bázi umělých hmot a vykazuje vysoký specifický povrch, nízkou hustotu (blízkou odpadní vodě) a vysokou mezerovitost. Jedná se zejména o členité perforované sférické útvary různých velikostí.
Obr. 1 – nosiče biomasy
Mezi výhody SAF patří zejména stabilizace nitrifikace při nízkých teplotách, vhodnost systému pro „řídké“ odpadní vody, vysoká odolnost mikroorganismů fixovaných na nosičích vůči kolísání kvality a množství přitékající odpadní vody, toxikantům a jiným polutantům s inhibičními účinky i rychlá adaptace systému v případě jejich náhlého výskytu.
Dále je nutné zmínit také významnou eliminaci problémů týkajících se separačních vlastností aktivovaného kalu, tj. výskyt vláknitého bytnění, tvorba biologických pěn apod. Vzhledem k vytvoření podmínek cirkulace mezi kaskádami reaktoru a intenzitě míchání je kromě preventivního čištění nosičů biomasy zajištěn také velmi účinný transport substrátu k mikroorganismům biofilmového nárostu, čímž je docíleno vysokých reakčních rychlostí jednotlivých biochemických procesů.
U klasických aktivačních systémů je obvykle limitujících faktorem pomalá kinetika nitrifikace. Pokud je však SAF reaktor použit právě pro intenzivní nitrifikaci (zejména tam, kde se nevyžaduje odstraňování celkového dusíku), dochází k cílenému růstu nitrifikačních bakterií a ke zvýšení celkové rychlosti transformace (oxidace) amoniakálního dusíku.
Mezi handicapy biofilmových reaktorů s pohyblivým ložem nosičů patří zejména zvýšené požadavky na dodávku vzduchu. Ten je nutný jednak pro zajištění oxických podmínek, ale především pro zabezpečení intenzivní homogenizace, a tedy dostatečného pohybu nosičů v reaktoru. Za tímto účelem je do SAF reaktoru instalována středobublinná aerace. Dále je nutné zmínit také nutnost zařazení nádrže primární sedimentace, jelikož jinak může zejména u komunálních odpadních vod docházet k ucpávání vnitřní struktury nosičů.
Výše popsané technologické problémy se dají eliminovat na minimum tím, že jsou použity nosiče s nižším specifickým povrchem od 140 do 310m2/m3 a zároveň bioreaktor je plněn na vysoké procento plnění (až 90%) tak, aby nedocházelo k celkovému plování lože nosičů, ale pouze rotacím nosičů kolem svých os. Toto řešení je typickým znakem SAF a odlišuje SAF bioreaktory od jiných bioreaktorových technologií, jako např. MBBR, FBBR apod. Tímto uspořádáním je docíleno snížení použitého objemu vzduchu k míchání.
Obr. 2 – kaskádovité uspořádání s naznačením směru proudění
Navíc, v SAF je plnění nosiči provedeno v kaskádě komor s postupným nárůstem specifického povrchu, čímž se dá zabránit problému s ucpáváním struktury nosičů. Zároveň, díky správnému uspořádání kaskád s volným meziprostorem je možné docílit efektu valivého toku, kdy dochází k intenzivní cirkulaci odpadní vody a tím ke zlepšení transportu substrátu k mikroorganismům, jak bylo popsáno výše.
Dále lze SAF bioreaktor, pokud je uspořádán do výše zmíněné kaskády, provozovat také v podmínkách střídavě aerobních i anaerobních. Konkrétně lze uvažovat o rozčlenění bioreaktoru do tří nebo čtyř samostatných částí a systém vystrojit tak, aby bylo možné provozovat cca 1/4 – 1/3 objemu v anoxických podmínkách a zbylé nádrže pak v podmínkách oxických. Případně vytvořit podmínky pro kultivaci směsné biomasy a provozovat celý systém s časovou segregací nitrifikace a denitrifikace. Tímto způsobem lze dosáhnout velmi příznivých hodnot při odstraňování celkového dusíku (Nc) z odpadní vody.
Obr. 3 – kaskádovité uspořádání bioreaktoru
Pro správný návrh SAF bioreaktoru, zejména objemu nosičů je možné použít níže uvedenou tabulku. Podobně lze postupovat i pro další sledované parametry.
| N-NH4 | Teplota vody na nátoku do bioreaktoru | ||
|
Požadovaná koncentrace na odtoku |
5 °C | 10 °C | 15 °C |
| Zatěžovací stavy v g/m2 plochy nosiče/den | |||
| 2 mg/l | 0,50 | 0,75 | 1,10 |
| 4 mg/l | 0,64 | 0,93 | 1,28 |
| 5 mg/l | 0,72 | 1,00 | 1,36 |
| 8 mg/l | 0,90 | 1,20 | 1,78 |
| 10 mg/l | 1,00 | 1,30 | 2,10 |
| 20 mg/l | 1,32 | 1,70 | 2,70 |
Tab. 1 – návrhová data pro nitrifikaci
Provozy čistíren odpadních vod v obcích pod 2000 EO se často vyznačují problémy s kolísáním objemu a kvality nátoku (vysoké špičky, nevyrovnanost látkových parametrů), neodborností obsluhy a velmi omezeným nástrojovým vybavením. To vede v řadě případů k problémům s kvalitou odtoku a finančním ztrátám při nápravě.
S ohledem na výše popsané výhody a robustnost systému SAF, kdy po nárůstu aktivního biofilmu – doba zapracování je zhruba 10 týdnů – je provoz takového systému velmi jednoduchý, prakticky bezúdržbový a kvalita čistícího procesu není následně ovlivněna nestálostí hydraulických ani látkových parametrů na nátoku do čistírny odpadních vod je toto vyhledávaný systém pro menší lokality např. v Anglii nebo Holandsku.
Navíc, díky použití nosičů v aktivaci je možné při návrhu čistírny odpadních vod docílit velmi kompaktních rozměrů celého systému, a tím efektivně snížit investiční náklady. Při použití kontejnerového systému je možné dosáhnout úspory až 30% z ceny stavebních prací, a to i při zachování běžné ceny technologie v přepočtu na EO.
Obr. 4 – bioreaktor pro ČOV Dřínov, 620 EO
Tento kontejnerový systém s vestavěnou SAF technologií byl použit pro ČOV v obci Dřínov, v okrese Mělník, kde vhodnou kombinací prefabrikovaných sklolaminátových kontejnerů byla realizována čistírna odpadních vod pro 620 ekvivalentních obyvatel.
Čistírna je vybavena předřazenou štěrbinovitou primární sedimentační nádrží, na kterou navazuje šestikomorový SAF bioreaktor naplněný neutrálně plovoucím bionosičem se specifickým povrchem 310 m2/m3 o celkovém objemu 33,5m3. Z bioreaktoru odtéká voda na štěrbinovitou dosazovací nádrž. Celý systém je doplněn o kuželovitý kalojem, sloužící k aerobní stabilizaci, redukci a uskladnění primárních i vratných kalů. Aby byl celý systém co nejjednodušší, byly kontejnery rozmístěny tak, že vnitřní recirkulaci mezi nádržemi je možné realizovat mamutkovými čerpadly DN100 a DN50. Jejich provoz je řízen rozvaděčem prostřednictvím solenoidových ventilů tak, aby bylo v provozu v daném časovém úseku vždy pouze jedno čerpadlo. Tímto způsobem byla minimalizována ztráta vzduchu pro bioreaktor.
Obr. 5 – čistírna odpadních vod Dřínov
Kontejnery byly umístěny na společnou základovou desku v úrovni terénu, obetonovány suchou betonovou směsí a postupně zahrnovány zeminou až do vytvoření zemního valu. Toto stavební řešení bylo zvoleno s ohledem na vysokou expozici podzemní vody v lokalitě a výraznou úsporu na ceně a pracnosti stavebních prací.
Obr. 6 – čistírna odpadních vod Dřínov
ČOV Dřínov byla oficiálně uvedena do provozu v lednu 2017. Během uplynulých osmi měsíců byly zaznamenány průměrné odtokové koncentrace v parametru N-NH4 2,8 mg/l při vstupní koncentraci 108,2 mg/l (aritmetický průměr). Pro návrh objemu nosičů bylo použito zatížení N-NH4 4,96 kg/den a zatěžovací stav 1,3 g/m2/den (viz. tabulka výše), s ohledem na Emisní standardy ukazatelů přípustného znečištění dané Nařízením vlády č. 401/2015 Sb., kde je požadovaná hodnota „p“ 12 mg/l.
| N-NH4 | Duben | Květen | Červen | Červenec | Srpen |
| Nátok [mg/l] | 97,8 | 114,8 | 112,2 | 110,9 | 105,3 |
| Odtok [mg/l] | 2,2 | 1,3 | 7,7 | 1,4 | 1,4 |
Tab. 2 – naměřené koncentrace N-NH4 na ČOV Dřínov
Je možné tedy konstatovat, že výše uvedené návrhové parametry plní daná kritéria s bezpečnou rezervou a SAF bioreaktor naplnit předpokládaná očekávání na kvalitu nitrifikace. Navíc, z aktuálního provozu je zřejmé, že ČOV vyžaduje minimum dohledu a obsluha chodí na inspekci pouze jednou za týden.
20.01.2025Jakkoli je Česká republika v rámci EU řazena mezi vodohospodářsky nejvyspělejší země, nároky na čist…
06.05.2025Letošní 23. ročník mezinárodní vodohospodářské výstavy VOD-KA 2025, která se uskuteční ve dnech 20.–…
21.01.2025Vysoká kvalita pitné vody pro odběratele a respektování všech legislativních nároků kladených na pit…
18.12.2024Od dubna 2025 dojde v některých obcích na Olomoucku ke změně provozovatele vodovodů a kanalizací. Zm…
07.05.2026Češi si hledají cestu k úsporám pitné vody především skrze jednoduchá a dostupná řešení. Téměř polov…
25.03.2024V České republice jsou evidovány bezmála tři tisíce čistíren odpadních vod. Jednou z nich je také ta…
19.03.2025Již od roku 1993 se 22. březen slaví jako Světový den vody. Letošním mottem „svátku vody“ byla stano…
28.09.2024I když je gravitace všudypřítomná a spoléháme na ni při odvodu odpadní vody, v řadě případů se fyzik…
04.04.2026Vysoká kvalita pitné vody pro odběratele a respektování všech legislativních nároků kladených na pit…
24.03.2026Světový den vody, který připadá na 22. března, každoročně připomíná význam ochrany vodních zdrojů a …
