Historie technologie čistění odpadních vod

Vývoj čistírenských technologií ve světě

Systematické  zavádění  čištění  odpadních  vod  začalo  v   Evropě a v Anglii v druhé polovině 19. století. V roce 1865 byla proto založena Královská komise pro znečištění řek, která měla koordinovat hledání vhodných řešení. Komise připravila a již v roce 1876 prosadila přijetí zákona na ochranu řek před znečištěním. Dalším významným krokem v ochraně kvality  vod  bylo  založení  Komise  pro likvidaci splašků v roce 1898, která podporovala a koordinovala    i rozvoj technických řešení. Komise standardizovala i charakteristiku vypouštěného znečištění. Již roku 1908 zavedla do praxe metodu stanovení BSK₅.

Na kontinentě se čištění odpadních vod rozvíjelo nejrychleji v Německu. Také v Rakousku-Uhersku dospěla situace na přelomu 19. a 20. století do takového stadia, kdy bylo nutno zahájit čištění odpadních vod vypouštěných z městských kanalizací. V tomto období probíhala i výstavba stokové sítě a čistírny odpadních vod v Praze. Poznání procesů čištění odpadních vod v době, kdy William Heerlein Lindley připravoval svou čistírnu odpadních vod pro Prahu, lze shrnout následovně.

Mechanické čištění
V 19. století bylo mechanické čištění používáno hlavně jako ochrana dalších stupňů čištění před působením hrubě dispergovaných částic a nerozpuštěných látek. K tomu se používalo cezení přes různá síta či mřížoví (česle), sedimentace těžkých minerálních částic (lapáky štěrku a písku) a usazování nerozpuštěných látek organického původu (tzv. čistírenský, v současnosti též primární kal).

Zasakování odpadních vod do půdy
Dalším stupněm čištění, již biologické povahy, tj. využívající činnosti půdních bakterií, bylo zasakování mechanicky předčištěných odpadních vod. Právě přítomnost aerobních půdních bakterií a dostatek vzduchu v půdě jsou podmínkami pro úspěšné čištění odpadních vod při jejich aplikaci na půdu. Kromě Anglie se tato technologie čištění využívala i v řadě jiných zemí, např. ve Francii. Zavlažování splašky bylo oblíbené i v Německu. V některých zemích mimo Evropu se tato metoda používá dodnes.

Chemické čištění
Chemické  srážení odpadních vod se začalo využívat již v druhé  polovině 19. století. Při něm jsou nerozpuštěné a koloidní látky z odpadní vody převáděny do formy kalů, které lze z odpadní vody odstranit sedimentací.

Biologická filtrace
Principy biologické filtrace byly formulovány na základě studia biologických procesů odehrávajících se v půdě při zasakování odpadních vod. Množství bakterií v půdě však bylo limitováno malou zrnitostí částeček půdy a její omezenou mezerovitostí. Možnou cestou intenzifikace procesu čištění bylo zvětšovat zrnitost a mezerovitost lože. Postupně se tak z půdní filtrace vyvinuly biologické filtry. Jako nosič se používala v počátcích sypaná minerální náplň (štěrk, drcená struska apod.). Později byla vyvinuta náplň z plastu, jež je oproti minerální náplni lehčí, má vyšší mezerovitost i specifický povrch.

Aktivační proces
Zatímco všechny dosud zmíněné čistírenské technologie byly známy a používány již v době, kdy Lindley navrhoval svou pražskou čistírnu, aktivační proces teprve čekal na své objevení. To se odehrálo v období 1913 až 1914, kdy dva britští chemici Edward Ardern  a William Lockett prováděli na čistírně Davyhulme v Manchesteru pokusy s provzdušňováním odpadní vody. Při nich pozorovali tvorbu suspenze, která, pokud byla ponechána v reaktoru do další dávky, zkracovala potřebnou dobu čištění odpadních vod. Nazvali proto  tuto suspenzi aktivovaným kalem.

Technologie ve Staré čistírně odpadních vod Praha

Stejně jako pražskou kanalizaci projektoval první čistírnu odpadních vod (ČOV) v Praze inženýr William Heerlein Lindley. Ten vycházel při volbě technologie pro pražskou ČOV ze dvou předpokladů:
–  technologie musí být spolehlivá a ověřená;
–  technologie musí být jednoduchá a kompaktní.

Uspořádání technologické linky
■    Česle
První čistírenskou operací bylo tzv. cezení přes ocelové mřížoví. Toto mřížoví (v dnešní terminologii česle) zachycovalo nejhrubější nečistoty rozptýlené v odpadní vodě jako např. hadry, papíry, zátky, zbytky z přípravy jídel, ale i splavené kusy větví, listí apod. V původním uspořádání byly tvořeny skutečně jednoduchou mříží (hrubé česle). Zachycené shrabky se dopravovaly na povrch spolu se shrabky z jemných česlí za lapákem písku, z výtahu byly přeloženy na úzkorozchodnou železnici a dopravovaly se k uskladnění na Císařský ostrov.

■    Lapák písku
Z hrubých česlí postoupila čištěná odpadní voda do lapáku písku. Tam docházelo k řízenému snížení průtočné rychlosti, kdy se z odpadní vody již oddělovaly těžší minerální částice (např. zrnka písku, částečky zeminy a podobné materiály, které se dostávaly do kanalizace splachem uličními vpustěmi). Odsazené minerální částice se odsávaly z lapáku odstředivou pumpou a dále se propíraly tak, aby se oddělily organické povlaky z minerálních částic. Písek byl dopravován opět výtahem na povrch a dále pak úzkorozchodnou železnicí na Císařský ostrov.

■    Usazování v dekantačních nádržích
Po průchodu česlemi a lapákem písku zůstaly v odpadní vodě tyto složky znečištění:
–  jemné nerozpuštěné částice organické povahy;
–  vysokomolekulární organické látky tvořící nepravé roztoky (koloidy), např. bílkoviny;
–  rozpuštěné nízkomolekulární organické látky (zbytky cukrů, alkoholů či mastných kyselin);
–  rozpuštěné soli dusíku a fosforu.

Lindley ve svém projektu uvažoval pouze s odstraňováním první skupiny látek znečištění, a to prostou dlouhodobou sedimentací,  a s odstraňováním druhé skupiny látek znečištění, tzn. chemickou koagulací a společnou sedimentací takto vzniklých nerozpuštěných látek s původně přítomnými nerozpuštěnými látkami. Pro usazování bylo použito pět dvojic dekantačních nádrží, do kterých se přiváděla odpadní voda z rozdělovací galerie. Každá z nich byla    88 m dlouhá a hloubka vody dosahovala až 4 m, v místě čerpací kalové jímky až 6 m. Nádrže pracovaly vždy ve dvojicích, střídavě  byly tři dvojice v činnosti a dvě vyprázdněné se čistily.

■    Využití čistírenských kalů
Kal byl čerpán na kalová pole na Císařském ostrově, kde pomalu vysychal, a sedláci ho odváželi na povozech k hnojení polí. S rostoucí produkcí kalů se začaly kaly odvážet z čistírny vlečnými čluny taženými remorkérem, později nechala Praha postavit motorové kalové lodě.

■    Intenzifikace a modernizace Staré čistírny odpadních vod Praha
Provoz čistírny v podzemí byl velmi náročný a kladl velké nároky i na průběžnou údržbu. Nejprve převažovala ruční práce, nezbytné stroje byly poháněny parou s přenosem pohonu transmisemi z centrální strojovny. Růst Prahy, připojování nových městských čtvrtí, a tím i počtu obyvatel napojených na čistírnu, nutně vedl k potřebě její intenzifikace. Ta začala v roce 1927. Původní ručně stírané jednoduché mřížoví bylo nahrazeno mechanicky stíranými česlemi. Vedle provozní budovy byla přistavěna celá nová čistírenská linka složená z mechanicky stíraných česlí, tříkomorového lapáku písku a čtyř usazovacích nádrží. I po dobudování nové linky však zůstal vlastní technologický  proces  čištění bez podstatných změn. V roce 1947 se přistoupilo k poslední intenzifikaci. V rámci dvouletého plánu  došlo  k  rekonstrukci  a  vylepšení  lapáku  písku  a  provozu česlí.

Příprava nové čistírny odpadních vod pro hl. m. Prahu

Soutěž na novou čistírnu pro Prahu byla vyhlášena dne 2. května 1933. Hodnoticí komise rozdělila došlé návrhy podle místa, do kterého lokalizovaly novou čistírnu. Jednalo se o Císařský ostrov, Roztoky u Prahy a Řež. Hlavní město Praha vybralo a dále pracovalo s projektem DORR, a to nejen pro jeho cenu, ale i pro velmi moderní technologickou koncepci mechanicko-biologické ČOV založené na aktivačním procesu v koridorovém uspořádání se separací aktivovaného kalu v kruhových dosazovácích typu DORR.

Finanční situace hl. města Prahy v třicátých letech 20. století a zhoršující se politická situace nakonec vedly k tomu, že se vlastně nezačalo ani se stavební přípravou. Projekt byl v tichosti odložen a některé prvky jeho technického řešení se objevily až v návrhu úplně nové, tzv. Ústřední čistírny odpadních vod (ÚČOV) po 2. světové válce.

Celý článek naleznete v archivu čísel 03/2019.