Petr Hluštík, Ivo Korytář, Stanislav Malaník, Petr Hlavínek

Úvod

Čich je podobně jako ostatní lidské smysly neodmyslitelnou součástí lidského vnímání, a proto pachy a vůně do jisté míry ovlivňují naše životy ať už vědomě, či nevědomě. Každý vnímá různé pachy subjektivně, ale organoleptické vlastnosti odpadní vody působí na všechny lidi stejně. V tomto ohledu se lidé liší snad jen citlivostí čichu. Zabývat se problematikou zápachu z kanalizačního systému je známkou vyspělé společnosti.

V poslední době je kladen stále větší důraz na odstraňování emisí zápachu z různých objektů na stokové síti a ČOV. Hlavně při umístění čerpacích stanic a ČOV v blízkosti bytové zástavby jde o fenomén, který může velmi negativně ovlivňovat nejenom životní prostředí v dané oblasti, ale i sousedské vztahy a image provozovatele vůbec.

V návaznosti na problematiku „zápachu se stokových systémů“ jsou na VUT v Brně, Fakultě stavební, aktuálně řešeny dva projekty v dané problematice. Konkrétně se jedná o dvouletý projekt s názvem „Eliminace zápachu ze stokových systému“ a jednoletý doktorský projekt s názvem „Testování adsorpčních vlastností biocharu z mikrovlnné pyrolýzy“. Projekty probíhají současně ve spolupráci s firmou EuroArmatúry, s.r.o. (SK), Asio, s.r.o. a Vodárenskou akciovou společností, a.s.

Cíle práce

Na základě požadavku provozovatele byla vybrána problémová lokalita A, kde byla zaústěna tlaková kanalizace, výtlak byl délky: 2423 m, profil: 184,00 mm, průměrné zdržení odpadních vod t: 2,37 hod., objem výtlaku: 64,4 m3, Qd= 651 m3/den. Výtlačný profil byl zaústěn do gravitační kanalizace jiné obce, kde při průtoku na ČOV docházelo ve vzdálenosti do cca 700 m k šíření zápachu do okolí kanalizace. Cílem bylo zjištění kvality OV a navrhnout vhodné opatření proti zápachu.

Vznik zápachu

Pro vznik zápachu ze sirovodíku má rozhodující skutečnost, že odpadní voda obsahuje rozpuštěné sulfidy. (Poznámka: celková koncentrace sulfidů v odpadní vodě avšak není samotným měřítkem pro určení problému se sirovodíkem.)

Faktory ovlivňující mechanismy vzniku sirovodíku:

  • vysoká teplota,
  • vysoký podíl síranů v odp. vodě,
  • turbulentní proudění se stripováním sirovodíku do atm.,
  • nepřítomnost rozpuštěného kyslíku a dusičnanů,
  • vysoké koncentrace lehce odbouratelných organických sloučenin,
  • velké plochy biofilmu,
  • nízký redox potenciál < 150 mV.

Hydraulické parametry:

  • dlouhé doby zdržení,
  • malé množství odpadních vod,
  • malé rychlosti proudění < 0.5 m/s,
  • malé tečné napětí.

Sulfan a jeho iontové formy vznikají především, viz obr. 1:

  1. bakteriálním rozkladem anorganických sloučenin síra- kyslík (tento proces převládá),
  2. bakteriálním rozkladem thiominokyselin (org. látek obsahující síru).

ČSN EN 12255-9 uvádí rozsah složek odpadních vod: sulfan (sirovodík), amoniak (čpavek), organické sloučeniny síry, thioly (například merkaptany), aminy, indol a skatol a další organické sloučeniny. [1]

Místa zápachu

Na kanalizaci a objektech kanalizační sítě se vyskytují charakteristické podmínky pro vznik zápachu, jsou to například:

  • v systémech stok a kanalizačních přípojek při nepříznivých podmínkách:
  • dlouhé doby zdržení odpadní vody v kanalizaci,
  • nepravidelná obsluha a údržba,
  • zaústění průmyslových odpadních vod,
  • v dlouhých tlakových potrubích,
  • v čerpacích stanicích na výtlaku potrubí,
  • u některých vysoko zatížených čistírenských procesů,
  • v anaerobních biologických nádržích,
  • v zařízení pro uskladňování kalu,
  • v objektech na odstraňování kalů. [1]

Sulfan             

Sulfan, jehož chemický vzorec je H2S, je těkavý plyn snadno rozpustný ve vodě, a který z odpadní vody (v místě např. turbulentního proudění) snadno uniká a akumuluje se ve volném prostoru kanalizací s gravitačním spádem. Se vznikem sulfanu je blízce spjat pojem biogenní síranová koroze, kdy bakterie z rodu Thiobacillus, za předpokladu dostatečné vlhkosti, produkují kyselinu sírovou a snižují hodnotu pH až téměř k nule, což poškozuje betonovou stěnu potrubí, ta je velice neoblíbená mezi provozovateli stokového systému. Tato koroze postihuje vlhkou část profilu betonového potrubí, která není pod hladinou odpadní vody. Působí tedy na profil potrubí, který je v kontaktu se vzduchem.

Obr. 1 Tvorba sirovodíku v odpadní vodě
Obr. 1 Tvorba sirovodíku v odpadní vodě

 

Sulfidy se mohou v kanalizaci vyskytovat z několika různých zdrojů:

  • Endogenní forma – sulfidy vznikají přímo uvnitř stokového systému. Dále se rozděluje na:
    • Autogenní forma – probíhá v odpadní vodě a v usazeninách a vzniká při spojení síry v biofilmu za anorganických i organických procesů,
    • Alogenní forma – sulfidy pocházejí v důsledku nepříznivých provozních podmínek – ne v biofilmu,
  • Exogenní forma – sulfidy vznikají do kanalizace z externího zdroje. Ve většině případů do vody vnikají z průmyslových objektů nebo ze zaústění domovní ČOV do veřejné kanalizace. [2]

Charakteristický zápach sirovodíku je nám dobře známý. Pach zkažených vajec je nepříjemný všem, ale práh vnímání tohoto zápachu se liší na subjektivní citlivosti. V laboratorních podmínkách lze dosáhnout práh vnímání od 0,002– 0,13 ppm. Podráždění sulfanem se objevuje při dlouhodobější expozici už při koncentraci 10,5 – 21 ppm. Při koncentracích 100 – 1000 ppm už způsobuje edém plic. [3]

Obr. 2 Biofiltr s nuceným odtahem vzdušiny [Bioteg]
Obr. 2 Biofiltr s nuceným odtahem vzdušiny [Bioteg]

Základní rozdělení metod pro odstranění zápachu

Metody pro odstranění zápachu v odpadní vodě [9]:

  1. Zvýšení hodnoty pH, tak aby se zamezilo výskytu disociované formy sulfické síry ve formě H2S, pH > 9,5 (tetrahydroxohlinitan sodný NaAl (OH)4, hydroxid sodný NaOH a hydroxid vápenatý Ca (OH)2.
  2. Srážení solemi železa, nebo roztokem se solí železa – dochází k přímému chemickému navázání sulfidů na železité soli a tím je zabráněno úniku H2S (síran železnatý FeSO47 H2O (zelená skalice), chlorid železnatý FeCl2 orientační dávka do výtlaku cca 0,13 – 0,17 l/m3, chlorsíran železitý FeClSO4 (Ferrifloc)).
  3. Srážení hydroxidy železa – sulfidy jsou navázány přímo chemicky na hydroxid železitý Fe (OH)3, tvoří se sulfid železnatý FeS.
  4. Omezení anaerobních degradačních procesů v odpadní vodě roztokem dusičnanů – zachování anoxického stavu, dusičnan vápenatý Ca (NO3)2 – NUTRIOX, dávkování do gravitace i do výtlaku orientační dávka cca 0,14 - 0,27 l/m3.
  5. Oxidace peroxidem vodíku H2O2 - peroxid vodíků je silné oxidační činidlo, které vedle sulfidů oxiduje i jiné zapáchající látky.
  6. Stlačený vzduch nebo čistý kyslík – je zachován aerobní stav odpadních vod, tím je zamezeno mikrobiologické produkci H2 Ideálně do výtlačného řadu u čerpacích stanic.
  7. Naředění odpad. vod, vodou podzemní, pitnou nebo dešťovou – snížení koncentrace sulfidů, zkrátí se čas pobytu odpadní vody v potrubí, vnos kyslíku, redukce H2S, snížení usazenin v kanalizaci.
  8. Neutralizace, kompenzace a maskování – nepříjemné pachové látky jsou kompenzovány, maskovány a pachově neutralizovány.
Obr. 3 Kanalizační šachtový biofiltr [Bioteg]
Obr. 3 Kanalizační šachtový biofiltr [Bioteg]

Metody pro odstranění zápachu z odpadního vzduchu [9]:

  1. Pračka vzdušiny, oxidace – kapalina je rozstřikována, proudění vzduchu je zpomalováno a škodlivé látky jsou absorbovány a oxidovány. Jako médium se používá peroxid vodíků, chlor a ozon.
  2. Pračka vzdušiny, absorpce – chemická absorpce H2S, prací chemikálie je rozstřikována tryskou nebo je zkrápěna pevná náplň. Proudění vzduchu je zpomalováno a škodlivé látky jsou absorbovány v médiu, používá se hydroxid sodný NaOH.
  3. Bio-pračka vzdušiny, vymývá látky způsobující zápach z odtahovaného vzduchu, náplň může být tvořena materiálem, který má velkou plochu, na které se tvoří biofilm ze zkrápěného média, dochází zde ke dvěma procesům, fyzikálnímu – molekuly vzduchu se dostávají do média a biochemickému – odbourávání znečištění přímo v kapalině, kde jsou přítomné mikroorganismy. U této technologie je přítomné oběhové čerpadlo, které následně přečerpává rozpuštěné škodlivé látky ze záchytné nádrže, umístěné zpravidla ve spodní části filtru do skrápěčů, kteří rozstřikují médium společně s mikroorganické do náplně.
  4. Biologický filtr – podobný princip jako předchozí s tím rozdílem, že pachové látky jsou absorbovány na povrchu pevné náplně, kde jsou mikrobiologicky odbourány.
  5. Biofiltr s nuceným odtahem vzdušiny, viz. obr. 2 – škodlivé látky jsou vázány do náplně (sorpcí) a biochemicky odbourávány za pomoci mikroorganizmů např. kvasinky, houby a bakterie. Jako biofiltrační materiál se používá (např. rašelina, kokosová vlákna, kůra ze stromů nebo s výhodou před upravená kořenová vlákna). Je nutné zachovat vlhkost náplně biofiltru více jak 50%. Pro odtah je používán ventilátor.
  6. Biofiltr bez nuceného odtahu vzdušiny, viz obr. 3  – podobné jako předchozí, ale bez ventilátoru. Tento typ biofiltru je možné umístit přímo do šachty na kanalizaci.
  7. Adsorpce na aktivním uhlí, filtry pracují na principu absorpce, což je hromadění částic plynu v celém objemu filtrační náplně. Sirovodík se tak adsorbuje na povrchu aktivního uhlí. Aktivní uhlí má pórovitou strukturu a velký vnitřní povrch, a proto je jeden z nejrozšířenějších adsorbentů v praxi. Pro zajímavost, může být plocha povrchu od 500 do 2000 m2/g.
  8. Katalyzátor, ozonizace, UV-reaktor – elektrickým výbojem je vytvořen ozon, který je dávkován do odtahované vzdušiny a mění škodlivé (zapáchající) látky. Někdy se kombinuje s oxidací.
  9. Neutralizace, kompenzace a maskování – nepříjemné zapáchající látky jsou kompenzovány, absorbovány, maskovány nebo pachově neutralizovány. Zahalení molekul nepříjemných látek. Éterické oleje jsou převážně přírodní látky. Neprobíhají žádné chemické procesy. Problémy se síranovou korozi přetrvávají.
  10. Naředění čerstvým vzduchem – naředění zápachových látek v odtahovaném vzduchu s pomocí čistého vzduchu, to způsobí pokles koncentrace zápachových látek. Zvýšení množství výměny vzduchu v kanalizaci (např. ventilátorem).

Nejčastěji používaná opatření v ČR jsou zvýrazněna.

Aplikace v terénu

Postup získávání dat byl následující. Po dohodě s vedoucím provozu, byl stanoven odběr vzorků v ranních hodinách teplejšího dne, protože je-li teplota na povrchu vysoká, lze předpokládat, že teplota odpadních vod bude částečně touto teplotou ovlivněna, což bude mít za následek naměření vyšších koncentrací H2S, popř. zhoršení kvality OV.

Bylo provedeno zjištění kvality odpadních vod a následně měření na koncentraci sirovodíku v atmosféře. Při zjišťování kvality odpadních vod byly sledovány následující ukazatele: rozpuštěný kyslík, ORP potenciál, teplota a pH.

Obr. 4 Předávací šachta gravitační kanalizace se znatelnou síranovou korozí na zdi objektu
Obr. 4 Předávací šachta gravitační kanalizace se znatelnou síranovou korozí na zdi objektu

 

Nejvíce o stavu odpadních vod vypovídá hodnota ORP potenciálu, proto se zmíníme o naměřených hodnotách. Hodnota na přítoku do ČS byla 20 mV a hodnota na vtoku do předávací šachty z výtlaku příslušejícímu ČS byla max. -211 mV, průměr: -187,92 mV. Tyto hodnoty jasně prokazují na přítoku anoxické podmínky a na výtoku jasně anaerobní podmínky.

Jelikož bylo toto měření prováděno v ranních hodinách (minimální průtoky) mohou se podmínky během dne jak na nátoku do ČS, tak i na výtoku z výtlaku měnit, ale z naměřených hodnot jasně plyne, že se provzdušňováním nedaří udržet kvalitu odpadních vod v aerobním stavu. Poznámka: na ČS je aktivní opatření proti zápachu s pomocí provzdušňování (kompresoru).

Velký podíl na tuto skutečnost má kvalita přitékáních odpadních vod, která byla v době měření v anoxických podmínkách. Z čehož plyne, že systém provzdušňování nemůže výrazně přispět k celkovému zlepšení kvality OV, popřípadě zabránit vzniku anaerobních podmínek. Navíc spínání čerpací stanice bylo poměrně časté viz. obr. 5.

Z výše uvedeného měření plyne, že mezi zvýšeným průtokem a naměřeným maximem H2S neexistuje žádná významná závislost. Zřejmě se bude jednat o bodové znečištění (od průmyslu, nebo v inkriminované časy dojde k vyprázdnění přidružených čerpacích stanic napojených na síť před posuzovanou čerpací stanicí). Poznámka: opatření provzdušňování výtlaku stlačeným vzduchem je velmi spolehlivé pouze v případech, kdy přitéká odpadní voda na ČS ještě v aerobním stavu.

Kritická je doba zdržení OV ve výtlaku mezi 0 – 6 hod ranní. Doba zdržení ve výtlaku z ČS činí maximálně cca 0,5 hod. počet sepnutí do 6 hod. je 17x.

Obr. 5 Graf průběhu hladiny na čerpací stanici, kde maximum znamená zapnutí čerpací stanice a minimum vypnutí
Obr. 5 Graf průběhu hladiny na čerpací stanici, kde maximum znamená zapnutí čerpací stanice a minimum vypnutí

 

Od 3.8. – 7.8.2017 proběhlo v lokalitě A měření na předávací šachtě,  která ovšem neměla žádné odvětrání. Z grafu lze vyčíst, že zápach se zde vyskytuje s průměrnou hodnotou 1,2 ppm. Maximální hodnota, kterou měřící sonda zaznamenala, byla 155,4 ppm.

Obr. 6 Měřená data u zdroje zápachu (zdroj: Malaník)
Obr. 6 Měřená data u zdroje zápachu (zdroj: Malaník)

 

Závěry

Co se naměřených hodnot týká tak, lidský nos je velmi citlivý orgán a je schopen registrovat hodnoty H2S již při koncentraci 0,15 ppm, proto citlivější jedinci mohou registrovat zápach z kanalizace jako nepříjemný.

Některé zdroje uvádí hodnotu H2S 3-10 ppm jako zřetelný zápach. V Německu platí pro hodnotu maximální pracovní koncentrace, po dobu 8 hodin na pracovním místě maximálně 40 hodin týdně, MAK – 15 mg/m3 (10 ppm).

Norma ČSN EN 752 Odvodňovací systémy vně budov z roku 2008 uvádí k problematice odvětrání: Gravitační stoky a kanalizační přípojky musí být dostatečně odvětrány do ovzduší, přičemž musí být zajištěn volný průchod vzduchu celým systémem.

Z výše uvedeného důvodu se rovněž doporučuje osazení děrovaných poklopů na splaškové kanalizaci a je třeba pečlivě zvážit, často zrealizovanou myšlenku provozovatelů, provést poklop kanalizace v uzavřené konstrukci z důvodu řešení problému se zápachem tak, aby nepřevážil daleko závažnější problém, jakým je biogenní síranová koroze.

Závěrem bych konstatoval, že z naměřených hodnot plyne, že v určitých intervalech dochází k nárůstu koncentrace H2S v atmosféře stoky z 0 ppm až k 155,4 ppm, což může vest jak ke vzniku zápachu, tak i ke vzniku biogenní síranové koroze. Tento závěr potvrzují výše uvedené citace světových autorů BIELECKI, SCHRAMMER. Produkty koroze jsou již patrné v předávací šachtě více viz. obr. 4.

Návrh řešení

Pro řešení emisí zápachu v lokalitě předávací šachty bylo doporučeno následující opatření:

  • Na předávací šachtě ponechat osazen plný poklop a vytvořit ve stěně šachty otvor včetně průchodky s potrubím např. PVC-KG DN150. Poznámka: provozovatel jako pasivní opatření proti zápachu použil plné poklopy na splaškové kanalizaci.
  • V zeleném pásu, vedle šachty osadit aktivní (s nasáváním) kruhový biofiltr, který bude určen pro odtah velmi znečištěného vzduchu a nepropustí do atmosféry ani v době vzniku špiček žádný zápach z H2S.
  • Zkrápěný kruhový biofiltr (s výkonem cca 3 x objem vzduchu za hod.), tento biofiltr musí být aktivní, tzn. mít odtah s pomocí ventilátoru a integrovaného skrápění náplně vodou (přípojka vody nebo manuální skrápění tlakovým vozem). Životnost náplně biofiltru je 4-7 let. Biofiltr je nejvhodnějším opatřením z důvodu předpokládané vysoké vlhkosti odtahovaného vzduchu a udržování mírného podtlaku v předávací šachtě. Tento typ biofiltru v zimním období nezamrzá, protože teplota v odtahovaném vzduchu je výše než teplota bodu mrazu.
  • Na další šachty po směru toku by se nemusely osazovat žádné kanalizační biofiltry. Nebo maximálně dle potřeby na dočištění.

Na správnou funkci biofiltru v kanalizaci má zásadní vliv ventilace nebo výměna vzduchu z atmosféry (přisávání) se vzduchem v kanalizaci, bez tohoto efektu nemůže žádný biofiltr spolehlivě fungovat.

Literatura

  1. ČSN EN 12255-9. Čistírny odpadních vod – Část 9: Kontrola pachů a odvětrání. Praha: Český normalizační institut, 2003.
  2. MALANÍK, S.: Stoková síť poškozená síranovou korozí betonu. NO-DIG, Ročník11 2/2005. str. 14 - 19.
  3. Hydrogen sulfide. [Albany, N.Y.: WHO Publications Centre USA, distributor], 1981. ISBN 9241540796.
  4. BIONIC microfuel brochure, druhá generace zelených paliv z biomasy a odpadů, Bionic Laboratories BLG GmbH Gross-Gerau, Germany.
  5. HLAVÍNEK Petr. Progresivní technologie zpracování čistírenských kalů. Vysoké učení technické v Brně, fakulta stavební, Ústav vodního hospodářství obcí, Žižkova 17, 602 00 Brno, 2015.
  6. SCHMIDT, Hans-Peter. 55 Anwendungen von Pflanzenkohle. In: http://www.ithaka-journal.net/ [online]. Journal für Terroirwein und Biodiversität, 2010 [cit. 2017-02-12]. Dostupné z: http://www.ithaka-journal.net/55-anwendungen-von-pflanzenkohle
  7. SPECIFIKACE ECOSORB 505, ECOSORB 606. In: Http://www.kemifloc.cz/ [online]. 2016 [cit. 2017-09-21]. Dostupné z: http://www.kemifloc.cz/dokumenty/Ecosorb-505,Ecosorb-606_specifikace_CZ.pdf
  8. Bad Air Sponge. Bad Air Sponge [online]. 2007 [cit. 2017-09-21]. Dostupné z: http://www.thebadairsponge.com/index.html
  9. ATV-DVWK-M 154. Geruchsemissionen aus Entwässerungssystemen - Vermeidung oder Verminderung - Ausgabe: 10 2003, Verlag: DWA, ISBN: 978-3-924063-82-5
  10. FREY, Michaela. Untersuchungen zur Sulfidbildung und zur Effizienz der Geruchsminimierung durch Zugabe von Additiven in Abwasserkanalisationen. Dizertace. Kassel: Kassel Kassel Univ., 2008. ISBN 9783899584530.

Poděkování

Článek vznikl na základě spolupráce s firmou EuroArmatúry s.r.o., se sídlem Víťazná 394/44, Partizánské 4, PSČ: 958 04, kontaktní osoba: Ing. Stanislav Malaník, Ph.D., EuroArmatúry organizační složka, s.r.o., Nad Jezerem 581, 252 42 Vestec, e-mail: Tato e-mailová adresa je chráněna před spamboty. Pro její zobrazení musíte mít povolen Javascript., tel: +420 724 982 518.

Článek byl vytvořen v rámci řešení projektu č. LO1408 "AdMaS UP - Pokročilé stavební materiály, konstrukce a technologie" podporovaného Ministerstvem školství, mládeže a tělovýchovy v rámci účelové podpory programu „Národní program udržitelnosti I"."

Autoři

Tato e-mailová adresa je chráněna před spamboty. Pro její zobrazení musíte mít povolen Javascript., Vysoké učení technické v Brně, Fakulta stavební, Centrum AdMaS a Ústav vodního hospodářství obcí, Žižkova 17, 602 00 Brno, tel. 541 147 735

Tato e-mailová adresa je chráněna před spamboty. Pro její zobrazení musíte mít povolen Javascript., Vysoké učení technické v Brně, Fakulta stavební, Centrum AdMaS a Ústav vodního hospodářství obcí, Žižkova 17, 602 00 Brno, tel. 541 147 722

Tato e-mailová adresa je chráněna před spamboty. Pro její zobrazení musíte mít povolen Javascript., EuroArmatury, s.r.o., Nad Jezerem 581, 252 42 Vestec, tel. 724 982 518

Tato e-mailová adresa je chráněna před spamboty. Pro její zobrazení musíte mít povolen Javascript., Vysoké učení technické v Brně, Centrum AdMaS a Fakulta stavební, Ústav vodního hospodářství obcí, Žižkova 17, 602 00 Brno, tel. 541 147 733

Recenze

Článek byl recenzován. Recenze jsou uloženy v redakci.

Bibliografická citace

Hluštík, P., Korytář, I., Malaník, S., Hlavínek, P. Eliminace zápachu ze stokové sítě. Vodovod.info - vodárenský informační portál[online]. 30.9.2017, 09/2017, [cit. 2017-09-30]. Dostupný z WWW: http://vodovod.info. ISSN 1804-7157.

English Summary

The article is focused on methods to eliminate odor from sewer network. Odor is formed in sewer system by chemical reactions which are affected by many factors. The article describes measuring results in problematic locality which is called locality A and subsequent methods to deodorize it.