Jaké česle použít pro předčištění odpadních komunálních vod u malých čistíren?

Od česlí umístěných na přítoku do čistírny odpadních vod se očekává splnění základní funkce – oddělení všech pevných částí, jejichž nejméně jeden rozměr je menší než šířka průliny česlí a zajištění spolehlivosti vykonávání této funkce.

Žádné česle pro šířky kanálů do 600 mm nejsou speciálně konstruovány pro zachycování štěrku a písku, vlasů, vláken a textilií. Všechny tyto nežádoucí komponenty zkracují životnost česlí a způsobují větší nároky na servis.

Mezi jednotlivými česlemi jsou značné rozdíly mezi mírou uvedených vlivů podle obsahu uvedených škodlivých látek. Jsou čistírny, které mají v komunální vodě velké množství těchto potíže způsobujících látek.

Obecně platí, že u velkých čistíren nebo naopak malých mají přitékající nečistoty přibližně stejné rozměry, což je nevýhodné pro malé čistírny.

Z technologických důvodů je správný požadavek na malé průliny mezi česlicemi (6 nebo 3 mm). Česle s malými průlinami, se ale snadno ucpou a mají menší skutečnou průtočnou plochu a špatně se vyrovnávají s dlouhodobým přetížením jak odpadní vodou, tak množstvím nečistot.

V praxi se používají dva systémy:

• s přímým nátokem odpadní vody na česle z kanalizačního potrubí
• s čerpací jímkou

Každý z obou systémů má svoje specifické vlastnosti.

Česle přímo napojené na kanalizaci bez předřazené čerpací jímky

Toto řešení se vyznačuje problémy vznikajícími z nepravidelného přítoku odpadní vody a nečistot. Velké čistírny mají rovnoměrnější nátok rozložený během dne. Malé čistírny mají rozdíl mezi maximem a minimem větší. Je to dáno relativně malou vzdáleností obce či města od čistírny, odlišným denním rozvrhem činnosti obyvatelstva, nedokončeným nebo neúplným napojením obyvatelstva na kanalizaci, předimenzováním kanalizační sítě a nedostatečným rozdělením na komunální a dešťovou kanalizaci.

Některé malé čistírny postrádají hrubé česle, lapák štěrku a hrubého písku, takže komunální voda protéká pouze jemnými česlemi. Obvykle před česlemi se dno z kruhového potrubí rozšiřuje a zplošťuje. Tím se snižuje hladina přitékající vody a hlavně její rychlost.

Je skutečností, že v malých čistírnách v noci teče velmi málo nebo žádná voda.V této době nečistoty sedimentují směrem ke dnu kanálu, případně se v důsledku malého průtoku hromadí na místech kanalizace výhodných pro sedimentaci. Při maximálním průtoku daným režimem obyvatel nebo po deštích a bouřkách, přinese kanalizace v krátkém časovém úseku velké množství nečistot, které česle občas nemusí zvládnout a nefungují ani, když se přítok vody omezí.

Situace se stane kritickou, pokud v čistírně chybí hrubé česle s obtokovým kanálem, nebo dešťový přepad. Případně čistírna umožňuje podstatný nárůst hladiny, který se projeví stoupnutím vody v kanalizaci spojeným s intenzívní sedimentací.

Na česle natéká krátkodobě velké množství štěrkových, pískových a tukových nečistot, které vytvářejí spolu abrazivní lepivou směs působící provozní obtíže a zvětšené nároky na údržbu.

Typy česlí pro malé čistírny odpadních vod do 30 l.s-1

Jsou posuzovány jen česle nejčastěji používané.

Česle s oběžným pásem

Jejich nevýhodou je, že se zmenšující se šířkou průlin se značně zmenšuje volná průtočná plocha. Jsou schopny filtrovat od určité výšky hladiny (obvykle 150 mm), což znamená buď štěrkový a pískový nános před česlemi nebo potřebu vytvoření prohlubně pro česle, která se zanáší. Skutečnou průtočnou plochu snižují boční vodící kladky a plechy, příčné spojovací tyče oběžného pásu a zadní části pásu. Chybí možnost provedení integrovaného odvodnění a rozplavování shrabků, převažuje malá schopnost přetížení a mnoho opotřebitelných dílů.

Tyto vlastnosti se projevují zvlášť výrazně u malých pásových česlí, pokud odpadní voda obsahuje velké množství nečistot a s přímým napojením česlí na přívodní kanál bez lapáku štěrku a hrubého písku a hrubých česlí. Negativní je velké rozmezí výšek hladiny podle okamžitého průtoku.

Česle šroubové

Na rozdíl od česlí s oběžným pásem tyto česle filtrují od výšky vody v kanále 5 cm, ale jen malý průtok, lze je dodat s integrovaným rozplavováním a odvodňováním shrabků, jsou sestaveny z menšího počtu dílů a mají podstatně větší filtrační plochu.

Ostatní vlastnosti jsou stejné jako u ostatních česlí. Pokud na ně natéká nepravidelně velký nátok spolu s nepravidelným množstvím abrazivních nečistot, jsou snadno ucpatelné, opotřebitelné, což se týká hlavně vymetacích kartáčů.

U šroubových česlí, především vybavených mezerami mezi česlicemi 6 mm, vzniká rozdrcení a protlačení komunálních nečistot šroubem česlí spolu s jemným pískem do aktivace čistírny.

Rozdrcení a protlačení biologicky rozložitelných shrabků spolu s proplachem do čistírny je pozitivní skutečnost, na druhé straně uživatelům se nelíbí to, že z česlí málo shrabků, případně žádné do popelnice nevypadávají, což je častým předmětem reklamace.

Negativní dopad na česle má rovněž velká lepivost shrabků, velký obsah vlasů, vláken, textilií a neexistence proplachování shrabků užitkovou vodou.

Aby šroubové česle mohly správně plnit svoji funkci, musí maximální pracovní hladina čištěné vody dosahovat téměř k hornímu okraji vstupního otvoru. Na to je třeba pamatovat při výškovém umístění česlí, zvlášť s ohledem na výšku umístění kanalizačního potrubí, ve kterém by neměla být voda s nečistotami bez pohybu. Ve fázi automatického čištění česlí teče v tomto případě kanalizačním potrubím velké množství vody, které k česlím přinese většinu sedimentovaného materiálu. Průtok česlemi je potom mnohem větší než jmenovitý a rovněž množství nečistot ve vodě může být enormní.

Uvedené závady u malých česlí jsou značně zmenšeny použitím čerpací jímky před česlemi obsahující obvykle dvě až tři samostatná čerpadla podávající vodu před česle.

Čerpací jímky kromě občasného nepříjemného vyprazdňování usazenin mají velkou výhodu v akumulaci špiček nárazů v množství vody i nečistot. Surová voda natékající z čerpadla je podstatně pravidelnější, bez štěrku a hrubého písku, který většinou sedimentuje v čerpací jímce. Čerpadlo dodává definované množství surové vody z čerpací jímky s odpovídajícím zprůměrovaným množstvím nečistot zmenšeným o hrubé podíly. I když je toto řešení většinou mnohem dražší, je třeba mu dávat přednost.

V praxi je za viníka obtíží označen výrobce česlí. Potenciální závady jsou ale až v projektu čistírny vynecháním nezbytných zařízení počínaje lapákem štěrku a hrubého písku, hrubých česlí s mezerami nejlépe do 30 mm k zachycení rozměrných a většinou velmi pevných textilií a nevhodným výškovým umístěním česlí tak, aby byla využita celá filtrační plocha česlí.

Nejjednodušší řešení je použití přímých šroubových česlí se spodní částí vstupního otvoru v přibližně stejné výšce jako spodní část otvoru kanalizačního potrubí. Nevhodná vzájemná výšková poloha přívodního kanálu a česlí. Hrozí zanešení kanálu a česlí nečistotami, případně nevyužití filtrační plochy česlí.

Aby mohla být využita plná kapacita česlí, jsou zapínány hladinovou sondou v okamžiku, kdy úroveň komunální vody před česlemi v důsledku jejich zanesení, dosahuje horní úrovně vstupního otvoru. Většinou to současně znamená podstatné zaplnění přívodního potrubí komunální vodou v celém průřezu potrubí a nežádoucí sedimentační průvodní jevy. Při zvýšeném průtoku se u tohoto řešení zahltí jemné česle velkým, občas nezvladatelným množstvím nečistot s nevhodnou velikostí, tvarem a složením.

Pro zmírnění, případně úplné odstranění uvedených závad se nabízí použití hrubých česlí umístěných před jemnými česlemi. V zájmu dostatečné účinnosti je třeba, aby mezery mezi pruty česlí byly široké maximálně 30 mm.

Tyto mezery mezi pruty současně přinášejí požadavek na čištění ve frekvenci, která je prakticky možná jen ve spojení s automatickým čisticím mechanismem. Za maximální bezpečný časový interval mezi jednotlivými čištěními prutů hrubých česlí je možno považovat 10 min.

Hrubé česle jsou nezbytné pro výrazné zvýšení spolehlivosti a účinnosti jemných česlí. Kromě velkých tuhých předmětů zachytí rozměrné textilie a velkou část vlasů a vláken.

Pokud bude dno přívodního kanalizačního potrubí v přibližně stejné výšce jako je spodní okraj vstupního otvoru česlí, dojde k výraznému snížení maximální kapacity průtoku a k obtížím s odstraněním nečistot obsažených v komunální vodě.

Odpadní komunální voda musí mít možnost volně odtékat z přívodního kanalizačního potrubí i z prostoru za česlemi.

Podmínky pro úspěšnou funkci předčištění komunálních vod s přímým nátokem z kanalizačního potrubí:

Pokud není dodrženo optimální vzájemné výškové uložení kanalizačního potrubí, hrubých česlí a jemných česlí, dochází při postupném zanesení jemných česlí k zvedání hladiny před česlemi a k výraznému zmenšení přítokové rychlosti v přívodním kanále, která má za následek zvláště při nedostatečném přítoku nežádoucí sedimentaci nečistot.

Má-li být u jemných česlí dosaženo maximální kapacity průtoku je nutné dodržet minimální pracovní výšku vody před česlemi, a rozdíl hladin před a za česlemi minimálně 200 mm.

Předčištění komunálních vod s použitím čerpací jímky

Toto řešení je ekonomicky a funkčně nejvýhodnější ve spojení s multifunkčním zařízením IN-EKO TEAM. Zásadní výhodou tohoto uspořádání je skutečnost, že čerpací jímka má schopnost akumulovat velké množství náhle přitékající komunální vody a že česle umístěné obvykle na horním okraji jímky mají limitovaný přítok komunální vody bez nežádoucích nečistot.

Pokud je použito místo česlí multifunkční zařízení IN-EKO TEAM, je velkou výhodou to, že před přítokem na jemné česle je komunální voda zbavena postupně kamenů a hrubého a jemného písku a česle jsou řešeny s velkou rezervou kapacity. Jsou schopny zachytávat komunální shrabky větší než 3 mm, textilie, vlákna a vlasy bez nalepování, ucpávání a zamotávání.

Odstranění hrubého a jemného písku z komunální vody ještě před vstupem do jemných česlí výrazně zvyšuje životnost jak samotných česlí a vymetacích kartáčů, tak všech mechanismů čistírny. Údržba multifunkčního zařízení je omezena převážně jen na vizuální kontrolu.

Jsou vyráběny 3 stupně multifunkčních zařízení podle funkčních schopností.

Multifunkční zařízení je vhodné umisťovat spolu s dalšími zařízeními čistírny do zděného přístavku temperovaného na min.5°C.

Obtokový systém

Všechny druhy česlí by měly mít vybudován paralelně obtokový kanál s hrubými ručními česlemi (nebo lépe s mechanickým čištěním) s mezerami mezi česlicovými pruty maximálně 30 mm širokými.

Některé šroubové česle mají možnost obtoku integrovanou přepadovou hranou přímo ve vlastní konstrukci. Potom by maximální pracovní výška vody před česlemi , v které spíná hladinový spínač, měla být nižší o 4 až 5 cm. Tato výška je zárukou, že česle budou pracovat s maximálním výkonem, který pro skutečný přítok znamená nejdelší dobu neotáčení šroubu spojenou s nejmenším rozrušováním shrabků a jejich pasírováním přes otvory jemných česlí. V opačném případě dochází k rychlejšímu zanášení otvorů v česlích a rychlejšímu opotřebení kartáčů na česlích.

Maximální využití filtrační plochy síta šroubových česlí při každém filtračním cyklu je nezbytný předpoklad pro výrazné snížení celkového počtu otáček šroubu a prodloužení jeho životnosti.

Pokud je vybudován obtokový kanál jemných šroubových česlí, měla by být přepadová hrana tohoto kanálu s ohledem na nejvyšší potenciální výkon česlí 4 až 5 cm pod úrovní přepadu česlí a hladinový spínač seřízený na spínání při 2 až 3 cm pod úrovní horní přepadové hrany obtokového kanálu, viz obr. 2.

Uvedené seřízení je předpokladem pro nejefektivnější předčištění komunálních vod. Řešení česlí s obtokem je výhodnější. Při mimořádné situaci hrubé nečistoty nepostupují do čistírny, ale zachytí se na hrubých česlích.

Doba otáčení čistícího a vynášecího šroubu po zapnutí hladinového spínače by měla být v rozmezí 20 až 30 sec, podle velikosti a speciálních úprav česlí. Za tuto dobu by mělo dojít k posunutí shrabků z česlicové části do horní části nad úroveň přepadové hrany a k výraznému poklesu hladiny před česlemi.

Delší doba nastavená v rozvaděči pro otáčení čistícího a vynášecího šneku než je nezbytně nutná, je pro předčištění komunálních vod škodlivá.

Dochází k předčasnému opotřebení čistícího kartáče na šroubu a k udržování hladiny na vstupu do česlí na nízké úrovni, což má zpětně negativní vliv na shrabky, na jejich pasírování přes otvory v česlích a na jejich ucpávání.

Po nastaveném vypnutí otáčení šneku česlí se postupně budou zanášet nečistotami připlouvajícími s komunální vodou otvory v sítu česlí a bude stoupat hladina až k hladinové sondě, která opět zapne otáčení a čištění filtrační části česlí.

Tato doba je variabilní a závisí na množství přitékajících komunálních vod a v nich obsažených nečistot a na jejich charakteru. Pokud přitéká velké množství nečistot s velkou plochou (papíry), bude doba ucpání otvorů v česlích relativně krátká a stoupání hladiny před česlemi rychlé a naopak pokud bude přitékat malé množství nečistot s převažujícími rozměry menšími než průliny v česlích, bude doba stání šroubu relativně dlouhá.

Tyto závislosti platí jen za předpokladu, že česle i spínací sonda je ve funkčně uspokojivém stavu. Dobu neotáčení šroubu je třeba s přihlédnutím k množství přitékajících vod a nečistot sledovat. Postupně se zkracující doba neotáčení šroubu signalizuje zhoršení čistící schopnosti kartáče (pokud změna doby otáčení není způsobena přechodným zvýšením množství nečistot), až by v mezním případě mohlo dojít k trvalému chodu šneku, kterému je třeba čelit včasnou výměnou kartáče. Druhou potenciální možností poruchy je zanesení hladinového snímače tukem.

V tomto případě dojde k trvalému otáčení šneku.

Při zjištění tohoto stavu je třeba neprodleně očistit sondu.

Trvalé nebo časté otáčení šroubu má za následek rychlé opotřebení čistícího kartáče.

Pro minimalizaci otáčení šroubu je třeba zajistit volný odtok čištěné komunální vody za česlemi.

Šroubové česle jsou schopny čistit vodu tekoucí po dně kanálu od výšky hladiny 5 cm . Tato skutečnost platí jen pro malou kapacitu přitékající vody. Pro plnou kapacitu je třeba využít celou filtrační plochu česlí a odpovídající výšku hladiny – přibližně 5 cm pod přepadovou hranou česlí.

Čím výše bude zapínací sonda nastavena (pokud nepřepadává komunální voda přes přepadovou hranou) tím méně se budou zanášet česle a bude delší životnost čistícího kartáče.

Pokud není hladina na vstupu do česlí výše něž na odtoku z česlí česle nefiltrují. Rozdíl hladin by měl být při maximální filtrační kapacitě nejméně 200mm.

Přepadová hrana v obtokovém kanálu, pokud nemá negativně ovlivňovat průtok přes česle, musí mít dostatečnou délku tak, aby na ní nenastoupala hladina více než o 3 až 4 cm.

V každém případě seřízení výšky přepadové hrany, výšky spínání hladinového spínače a výšky přepadu česlí musí zajistit, že v důsledku vyřazení česlí z funkce musí jít všechny komunální vody obtokem na ruční nebo mechanicky stírané hrubé česle, na kterých se zachytí většina přitékajících nečistot. Přepadání odpadní vody přes česle je nutno chápat jako pojistku v případě úplného zanesení hrubých česlí bez možnosti zachycení přitékajících nečistot.

Vliv šířky průliny na filtrační schopnost česlí

Jedním z důležitých rozhodnutí je stanovení šířky štěrbiny mezi česlicemi. Vzhledem k potřebě dosahovat stále lepších parametrů vyčištěné vody je požadavek na zmenšování šířky štěrbin mezi česlicemi oprávněný. I tato snaha má svoje aspekty.

V současné době jsou k rozhodování nejčastěji 3 šířky – 1 mm, 3mm a 6 mm. Je třeba si uvědomit dopad příslušného rozhodnutí.

Šířka štěrbiny 6 mm

Je poměrně odolná proti zanášení tukem a jinými složkami potravy. Přes česle se do čistírny dostanou části, jejichž jeden rozměr je menší než 6 mm, projde určité procento vlasů a vláken. Pokud není před česlemi lapák štěrku a písku, dochází k poškozování filtrační plochy česlí a ucpávání zrny písku a jinými tuhými částmi mírně většími než 6 mm. Česlemi projdou nedopalky cigaret, které většinou postupně projdou celou čistírnou do odtoku, pokud není použit na konci čistírny jako 3. stupeň čištění mikrosítový filtr. Tvar jednoho otvoru ve filtračním sítu je 6x30mm.

Šířka štěrbiny 3 mm

Filtrační plocha česlí se ve srovnání s 6 mm štěrbinou sníží přibližně o 30%. O stejnou část se sníží celková průtočná kapacita. Množství zachycených shrabků (nečistot) se zvýší přibližně o 80%. Bezpečně se zachytí i nedopalky z cigaret. Odolnost proti zanášení tukem a jinými mazlavými komponentami je průměrná.

Pro zabránění poškození a ucpávání a zvýšení životnosti je vhodné odstranění štěrku a písku z přitékající surové vody. Tvar jednoho otvoru ve filtračním sítu je 3x20mm.

Šířka štěrbiny 1 mm

Výrazně se sníží filtrační plocha – přibližně 2,6-krát oproti štěrbině 6 mm. Ve stejném poměru se sníží i filtrační kapacita a maximální množství protékající filtrované komunální vody. Tuto skutečnost je třeba vzít na vědomí a pokud je nezbytné filtrovat s požadavkem na větší jemnost, je nutné volit česle typu FBS, které jsou pro jemnou filtraci od 2 mm do 0,2 mm konstruovány.

Česle s šířkou štěrbiny 1 mm jsou velmi náchylné k ucpávání, mohou být úspěšné jen v případech, kdy je voda zbavena tuku, štěrku a písku a neobsahuje velké množství ostatních nečistot, vyžadujících velkou filtrační plochu česlí.

Po zvážení všech hledisek je možno konstatovat, že průlina pro aplikaci na přímých šroubových česlích široká 3 mm je optimální.

Závěr

• Před jemnými česlemi by měl být umístěn lapák štěrku, hrubého písku a hrubé česle s průlinou max. 30 mm, mechanicky stírané a automaticky spínané.
• Je třeba dodržet výškové uspořádání podle obr. 2
• Komunální voda z přívodního potrubí musí volně odtékat
• Přefiltrovaná voda za česlemi musí volně odtékat

Uvedené vlastnosti a provozní požadavky jsou včleněny do multifunkčního zařízení, IN-EKO TEAM.

Za přijatelných investičních nákladů se nabízí zařízení, které má základní schopnost eliminovat jemný štěrk, hrubý písek, separovat jemný písek, propírat a eliminovat shrabky a odvodnit je a eliminovat tuky (jen u MZ s Qmax 50 l/s až 160l l/s).

Toto jsou prakticky realizovatelné nezbytné činnosti a oprávněné požadavky, které by neměly být z finančních důvodů opomíjeny v zájmu kvalitního provozování celé čistírny a k odstranění budoucích potíží.

V Tišnově dne 15.2.2009.