Rekonštrukcia prispela k európskej iniciatíve za čistejší Dunaj

Rekonštrukcia dvoch najväčších čistiarní odpadových vôd (ČOV) prispela k európskej iniciatíve za čistejší Dunaj. V rámci prístupových rozhovorov sa totiž Slovenská republika zaviazala, že všetky ČOV nad 10 000 ekvivalentných obyvateľov zrekonštruuje tak, aby boli schopné odstraňovať z vody nutrienty. Práve tie slúžia totiž ako potrava pre nižšie rastlinné organizmy, ako sú sinice alebo riasy. Premnožené potom spotrebúvajú v riekach všetok kyslík a iné živočíchy tam prakticky nie sú schopné existovať. Začiatok náročnej rekonštrukcie, ktorá prebiehala za plnej prevádzky čistiarní, bol naplánovaný na november 2013.
Rekonštrukcia prispela k európskej iniciatíve za čistejší Dunaj

Výhoda viacerých prevádzok

Celému projektu modernizácie predchádzala tzv. štúdia realizovateľnosti, ktorá porovnávala viacero možností. V hre bolo ponechanie súčasného stavu alebo využitie iba jednej čistiarne odpadových vôd. Bratislava má dve veľké čistiarne, ústrednú vo Vrakuni a druhú v Petržalke, a jednu menšiu v Devínskej Novej Vsi. Výhoda viacerých čistiarní sa ukázala ako komparatívna výhoda pri neočakávaných problémoch – ak by jedna nebola z nejakých dôvodov schopná prevádzky, stále možno čistiť odpadovú vodu z územia odkanalizovaného do zostávajúcich čistiarní.
Ústredná čistiareň vo Vrakuni bola pôvodne postavená pre 1 milión ekvivalentných obyvateľov a veľkoryso naplánovaná ČOV v Petržalke mala pred rekonštrukciou kapacitu pre 497-tisíc ekvivalentných obyvateľov. Vo výsledku táto predimenzovaná kapacita uľahčila rekonštrukciu, keďže v Petržalke nebolo potrebné dobudovať žiadne nové nádrže.

Vstupné potrubie čistiarne s priemerom tri metre

Čistiarenstvo je najmladším odborom vo vodárenstve. Ľudia si začali uvedomovať, že odpadovú vodu treba čistiť, zhruba koncom 19. a začiatkom 20. storočia, keď sa rieky Rýn, Mohan alebo Temža vyslovene menili na odpadové stoky. Tento nepriaznivý stav sa postupne začal prejavovať aj v moriach, kde rybársky priemysel zaznamenal úbytok rýb a aj ten menší objem vylovených rýb obsahoval ťažké kovy.

Každé veľké mesto má jednotnú kanalizáciu, vo väčšine prípadov postavenú gravitačne, kde sa na najnižšom bode nachádza čistiareň odpadových vôd. Rovnakým spôsobom bola vybudovaná jednotná kanalizácia aj v Bratislave. Treba si však uvedomiť, že do čistiarne sa nedostávajú len splašky, ale aj dažďová voda, splachy z ciest a zo striech, ktoré môžu obsahovať rôzne materiály a predmety – štrk, balvany, dosky a podobne. Na také veľké množstvo odpadových vôd preto treba zvoliť dostatočne veľký priemer potrubí. Aj preto má vstupné potrubie do čistiarne priemer tri metre.

Mechanické čistenie automaticky

Prvým technologickým zariadením ČOV je lapač štrku, ktorý zachytáva štrk v priehlbni vybudovanej v prívodnom potrubí, využívajúc pri tom základný a v čistiarňach najpoužívanejší fyzikálny jav – sedimentáciu. Drapákovým žeriavom sa zachytený štrk následne vyťaží do kontajnera a odváža na skládku. To je jeden z mála manuálnych procesov v čistiarni odpadových vôd. Ďalším technologickým zariadením sú hrubé hrablice, oceľové prúty, ktoré v smere toku zachytávajú hrubý odpad a automaticky ho stieracím mechanizmom presúvajú na dopravníkový pás. Po prechode hrablicami prichádza odpadová voda na prvú prečerpávaciu stanicu. Automatizovaným procesom sa zapínajú závitovkové čerpadlá a vodu zdvihnú v prvom kroku o štyri metre. V priebehu čistenia sa voda dvíha pomocou čerpadiel až o 8 metrov.

Zdvihnutá odpadová voda prechádza samospádom cez vstupný kanál do budovy mechanického prečistenia k jemným hrabliciam. Tu sa zachytí najväčšie množstvo plávajúceho odpadu a jemných nečistôt s veľkosťou nad 6 mm. Nečistoty sa prostredníctvom dopravníkového pásu presunú do práčky zhrabkov a organické znečistenie sa vyperie pre potreby biologického čistenia. Vyprané zhrabky sa lisujú a ukladajú do kontajnera a odvážajú na skládku odpadov. Najmenšie anorganické nečistoty zachytáva dvojkomorový lapač piesku, v prípade veľkých čistiarní sa používa pozdĺžny prevzdušňovaný lapač piesku kombinovaný s lapačom tukov. Piesok sedimentuje nadol do priehlbiny, tuky sa dostávajú na povrch a stierajú sa na jednu stranu nádrže. Vyťažený piesok sa pomocou mamutového čerpadla v práčke piesku zbavuje organického znečistenia. Prepratý piesok končí na skládke a tuky sa používajú neskôr v kalovom a plynovom hospodárstve. V tomto štádiu sú z veľkej časti odchytené posledné anorganické častice.

Odpadová voda prechádza ďalej do usadzovacích nádrží a všetky ostatné nerozpustné organické častice sedimentujú na ich dne vo forme surového kalu. Ten sa stiera a následne ukladá do kalovej priehlbiny, odkiaľ je čerpaný pomocou čerpadiel do primárnej zahusťovacej nádrže a následne do vyhnívacích nádrží. Voda po prechode usadzovacími nádržami získava zelenkavý nádych, keďže obsahuje len rozpustené organické nečistoty.

Ako automatizovať biologické procesy?

Na čistení odpadovej vody v biologickej časti čistiarne sa podieľajú mikroorganizmy. Niektoré z nich sú nitrifikačné a likvidujú amoniak v odpadovej vode. V priebehu procesu čistenia je dôležité odoberať vzniknutý prebytočný kal, aby sa aktivačná zmes udržiavala vo vznose a mohla sa efektívne prevzdušňovať. Práve tohto sa značne dotýkala modernizácia ČOV. Implementácia systému čistenia odpadových vôd nazývaného RADN (regenerácia, anaeróbia, denitrifikácia a nitrifikácia) prebehla v oboch čistiarňach a proces je v súčasnosti plne automatizovaný.

Vo fáze regenerácie sa kal necháva doslova vyhladovať. Ďalším krokom je anaeróbia, kde sa fosfor zapracúva do kalových vločiek. Následne prichádza fáza denitrifikácie, pri ktorej denitrifkačné mikroorganizmy redukujú dusitany a dusičnany čerpané recirkulačným čerpadlom z konca nitrifikačnej zóny na plynný dusík. Vytvorený plynný dusík sa vypúšťa do atmosféry. Aktivačná zmes sa počas anaeróbie a denitrifikácie udržiava vo vznose miešadlami. Pri nitrifikácii sa odstraňuje amoniak oxidáciou na dusitany a dusičnany, ktoré sú čerpané do denitrifikačných nádrží. Ak je biologické odstraňovanie fosforu minimálne (napríklad v prípade zimných mesiacov), treba využiť chemické odstraňovanie fosforu pomocou síranu železitého.

Aktivačná zmes putuje do dosadzovacích nádrží, kde vplyvom sedimentácie kal klesá ku dnu, čistá odpadová voda odteká podhladinovým odberom cez merný objekt a smeruje do recipientu – do Dunaja.

Sekundárny aktivovaný kal je na dne dosadzovacích nádrží stieraný a následne prečerpávaný pomocou závitovkových čerpadiel naspäť do aktivačných nádrží na opätovné využitie v biologickom procese čistenia odpadových vôd. Surový a prebytočný aktivovaný kal je uskladnený v primárnych zahusťovacích nádržiach, ktoré sa v rámci rekonštrukcie prekryli; vzduch z nádrží prechádza cez biofilter a takto zamedzuje vzniku typického zápachu v okolí ČOV. Surový a mechanicky zahustený prebytočný kal sa čerpá do vyhnívacej nádrže, ktorá funguje ako anaeróbny reaktor, kde bez prístupu vzduchu dochádza pri teplote 40 °C k rozkladu organickej hmoty. Poslednou fázou tohto rozkladu je metanizácia za vzniku bioplynu. Takto sa rozloží až 50 % organickej hmoty a zvyšných 50 % anaeróbne stabilizovaného kalu sa následne odvodňuje pomocou odstredivky a putuje na skládku odpadu. Odtiaľ si ho odoberá spoločnosť vyrábajúca priemyselné komposty. Bioplyn sa zase využíva na výrobu kombinovaného tepla a elektrickej energie, ktoré sa spotrebujú v rámci čistiarne a prebytok možno prípadne predať do elektrickej siete.

Riadenie na základe odporúčaní

Aj napriek vlastnej výrobe elektrickej energie je čistiareň odpadových vôd z ekonomického pohľadu nákladová položka. Čistenie spotrebúva obrovské množstvo energie v motoroch prečerpávacích staníc a v dúchadlách pri mechanickom a biologickom čistení. Preto je dôležité meranie, regulácia a riadenie kompletného procesu. Čistiareň odpadových vôd je na hlavných technologických uzloch osadená snímačmi a analyzátormi. V anaeróbnych nádržiach sa meria redox potenciál. V nitrifikačných nádržiach sa nachádzajú snímače obsahu kyslíka, dôležité je sledovanie obsahu NO3 a NH4. Všetky snímače sú pripojené do V/V modulov riadiaceho systému, ktorý komunikuje s nadradeným dispečerským pracoviskom v rámci sústavy ASRTP.

Výroba vzduchu je z pohľadu energetickej náročnosti na najvyššej úrovni, preto sa na ňu v čistiarni kládol patričný dôraz. Existujúce zastaralé turbodúchadlá sa vymenili za viacstupňové objemové dúchadlá s antipumpážou, ktoré dokážu ekonomickejšie vyrobiť dostatočné množstvo vzduchu. Chod dúchadiel prostredníctvom frekvenčných meničov, na základe informácií z kyslíkových snímačov umiestnených v aktivačných nádržiach, reguluje a riadi distribuovaný riadiaci systém.

Komplexná optimalizácia riadenia technologického procesu ČOV Petržalka je podporená softvérovou nadstavbou WTOS od spoločnost Hach Lange, ktorý je integrovaný prostredníctvom výmeny informácií do sústavy riadiaceho systému ako optimalizačný prvok v reálnom čase s výraznými adaptívnymi funkciami. Kompletný systém merania, regulácie a riadenia vr. lokálnych dispečingov a centrálneho dispečingu BVS (ASRTP) pre túto sústavu čistiarní, realizovala spoločnosť Regotrans – Rittmeyer, spol. s r.o. Bratislava.

Lokálna koncepcia dispečingu

Pri rekonštrukcii sústavy Bratislavských ČOV, došlo k upraveniu kompetenčného spôsobu riadenia technologických procesov čistiarní na úroveň technológov, ktorí priamo v procese môžu vznikajúce javy operatívnym spôsobom korigovať. No vzhľadom na biologické procesy zastúpené v technologickom celku bolo veľmi ťažké riadiť čistiareň bez operátora priamo v prevádzke. Takáto úprava bola vykonaná hlavne z dôvodu, že aj malá zmena technologických podmienok môže spôsobiť premnoženie určitého typu mikroorganizmov a tým aj zmeny v procese čistenia. Biologické procesy majú určitú zotrvačnosť a nedajú sa urýchliť. Na základe týchto skutočností sa zasahovanie do technologického procesu presunulo z centrálneho dispečingu priamo do lokálnych dispečingov čistiarní. V centrálnom dispečingu sa monitorujú technologické procesy z jednotlivých čistiarní v reálnom čase, ale čistiarne z centrálneho dispečingu nie je možné riadiť. Zmeniť parametre a nastavenia procesu čistenia je možné meniť iba priamo v prevádzke a po autorizovanom prihlásení technológa do lokálneho systému.

Koniec skúšobnej prevádzky

Rekonštrukcia prebiehala počas plnej prevádzky čistiarní a pritom nedošlo k zhoršeniu limitných ukazovateľov kvality vypúšťaných vôd. Testovanie a ladenie parametrov prinieslo zaslúžené ovocie a po roku sa skončila skúšobná prevádzka v čistiarni Vrakuňa a Petržalka. Modernizácia oboch čistiarní výrazne prispela k európ­skej iniciatíve za čistejší Dunaj, keďže obsah celkového dusíka v odpadovej vode sa znížil pod hranicu 10 mg/l. Finančná návratnosť investície do softvérovej nadstavby by sa mala vrátiť do piatich rokov, čo je pre vodárenstvo zaujímavá lehota návratnosti už len na základe úspor na elektrickej energii.

Za poskytnuté informácie ďakujeme Ing. V. Kvassayovi, bývalému vedúcemu ČOV v BVS, a Ing. G. Tuhému zo spoločnosti Regotrans-Rittmeyer.