Nová Směrnice o čištění městských odpadních vod a její dopad

Směrnice Evropského parlamentu a Rady (EU) 2024/3019 ze dne 27. listopadu 2024 o čištění městských odpadních vod přináší největší změny v oboru vodovodů a kanalizací za posledních třicet let. Vedle přísnějších požadavků na kvalitu vyčištěných odpadních vod zavádí povinnost odstraňovat mikropolutanty a postupně dosáhnout energetické neutrality čistíren odpadních vod. Přichází přitom v době, kdy si připomínáme 120 let čištění odpadních vod v Čechách a na Moravě. Praha produkuje téměř 20 % všech odpadních vod čištěných v České republice. Nové požadavky proto znamenají přípravu miliardových investic a strategická rozhodnutí, která ovlivní podobu čištění odpadních vod v Praze na několik příštích desetiletí.

Úvod

Nová Směrnice zavádí postupné zpřísňování požadavků na odstraňování dusíku, fosforu a mikropolutantů s klíčovými milníky v letech 2033, 2036, 2039 a 2045. Největší dopad budou mít požadavky na čistírny nad 150 000 EO, kam spadá i ÚČOV Praha.

Následující text nejprve shrnuje praktické dopady Směrnice na provoz čistíren, poté vysvětluje časový rámec implementace, a nakonec představuje postup, kterým Pražská vodohospodářská společnost a.s. (PVS) ověřuje technologie kvartérního čištění pro ÚČOV Praha.

Hlavní změny požadované Směrnicí jsou:

• Přísnější odstraňování dusíku a fosforu: zejména velké ČOV budou muset dosahovat vyšší účinnosti terciárního čištění.
• Nové odstraňování mikropolutantů: velké ČOV a čistírny v rizikových oblastech budou muset zavést kvartérní stupeň čištění zaměřený především na rezidua léčiv a kosmetických látek. Podle Směrnice mají výrobci léčiv a kosmetiky prostřednictvím systému rozšířené odpovědnosti výrobců hradit nejméně 80 % dodatečných nákladů na kvartérní čištění.
• Energetická neutralita: sektor městských ČOV má do roku 2045 postupně vyrovnat svou spotřebu energie výrobou energie z obnovitelných zdrojů tak, aby dosáhl energetické neutrality.
• Rozšířené sledování provozu: ČOV budou muset více monitorovat mikropolutanty, mikroplasty, emise skleníkových plynů a další ukazatele.
• Využití vody, energie a surovin: Směrnice posiluje tlak na opětovné využití vyčištěné vody a získávání energie, fosforu a dalších zdrojů z odpadních vod a kalů.

Dopady na provoz čistírny

Implementace Směrnice bude vyžadovat nejen nové investice, ale také zásadní změny v každodenním provozu čistíren. Přísnější limity pro dusík a fosfor zmenší provozní rezervu a zvýší nároky na řízení aerace, recirkulací, dávkování chemikálií a kalového hospodářství. U řady ČOV si implementace pravděpodobně vyžádá také investice do zvýšení účinnosti terciárního stupně. Zavedení kvartérního čištění pro odstraňování mikropolutantů pak přinese ozonizaci, aktivní uhlí, filtraci nebo kombinaci těchto procesů, a tím i další technologická zařízení, měřicí techniku a bezpečnostní opatření.

Vyšší účinnost čištění bude vykoupena větší spotřebou elektřiny, kyslíku, adsorbentů a dalších provozních médií. Provozovatelé proto budou muset průběžně hledat rovnováhu mezi kvalitou odtoku, náklady a požadavkem na energetickou neutralitu. Rozšíří se také monitoring mikropolutantů, mikroplastů, emisí skleníkových plynů a energetické bilance, což zvýší nároky na odběry vzorků, laboratorní analýzy, automatizaci, správu dat a vykazování výsledků.

Složitější technologie přinesou vyšší nároky na preventivní údržbu, servisní zásahy a zálohování pro havarijní stavy. Dopady lze očekávat i v kalovém hospodářství, protože nové procesy mohou změnit množství a vlastnosti kalu, jeho odvodnitelnost i produkci bioplynu. Obsluha bude potřebovat nové znalosti v oblasti pokročilého čištění, energetického managementu a práce s provozními daty.

Celkově tak porostou provozní náklady na energii, chemikálie, adsorbenty, laboratorní kontrolu i obnovu zařízení. Současně se ale posílí význam výroby bioplynu a elektřiny, využití tepla, obnovitelných zdrojů, recyklace vody a získávání živin. Čistírna budoucnosti proto nebude hodnocena pouze podle kvality vyčištěné vody, ale také podle své energetické, materiálové a uhlíkové bilance.

Směrnice fakticky vyžaduje postup v těchto krocích:

strategie → národní implementační plán → technologické ověření → projektová příprava → povolení stavby a výběr zhotovitele → výstavba → provozní ověření zkušebním provozem

Časová osa realizace Směrnice je znázorněna na obrázku č. 1. Jak vidno, stanovené termíny jsou mimořádně ambiciózní. Národní implementační programy mají být připraveny do roku 2028, zatímco první etapa doplnění ČOV o kvartérní stupeň má být dokončena již v roce 2033. Příprava velkých vodohospodářských staveb přitom podle obecných zkušeností běžně trvá osm až deset let. Splnění cíle pro rok 2033 je proto reálné pouze tehdy, pokud již byla investorská příprava zahájena nebo začne v nejbližší době. Rozhodnutí o jejím zahájení tak musí předcházet definitivnímu dokončení národních pravidel a metodik, přestože dosud není jasné, kterých konkrétních zařízení se etapa roku 2033 bude týkat.

Obr. č. 1: Časová osa opatření pro realizaci Směrnice

Výběr technologie pro odstraňování mikropolutantů

Odstraňování mikropolutantů z odpadních vod je v podmínkách České republiky novým záměrem. V zahraničí byl tento úkol na řadě čistíren odpadních vod řešen, ale ani tam neexistuje jedno univerzální technologické řešení. Jednotlivé technologie mají totiž rozdílné investiční náklady, energetickou náročnost i provozní rizika. Evropské zkušenosti se stále vyhodnocují, ale výsledky jednotlivých provozů nejsou vždy jednoznačné.

PVS nechala v roce 2024 zpracovat dokument „Rešerše technologií kvartérního čištění odpadních vod“, který představuje komplexní odbornou studii zaměřenou na výběr vhodných technologií kvartérního čištění pro městské čistírny, zejména pro ÚČOV Praha. Dokument zpracovaly společnosti Pražské vodovody a kanalizace, a. s., Veolia Holding Česká republika, a. s., a VŠCHT Praha. Autoři jeho výsledky následně představili na několika odborných vodohospodářských akcích.

Celkem bylo porovnáno 29 technologií a technologických variant, přičemž každá byla hodnocena pomocí jednotné sady 22 kritérií. Pro každou technologii byla vytvořena samostatná „karta technologie“ obsahující kvalitativní i kvantitativní hodnocení.

Studie analyzuje využití a provozní účinnost ozonizace (O₃), granulovaného aktivního uhlí (GAU), práškového aktivního uhlí (PAU), membránových procesů, pokročilých oxidačních procesů, biologicky aktivních filtrů a kombinovaných technologických sestav, například O₃ + GAU nebo O₃ + PAU. Informace z rešerše posloužily jako první etapa rozhodovacího procesu. Vymezily uspořádání a rozsah laboratorních testů a následného poloprovozního ověření. Dokument nepředstavuje definitivní volbu technologie, ale systematicky zužuje široké spektrum možností na perspektivní řešení vhodná pro experimentální ověřování v podmínkách předčištěných odpadních vod na ÚČOV Praha.

Navazující II. etapa projektu„Kvartérní čištění – technologické procesy“, zajišťovaná stejným týmem jako Rešerše, představuje laboratorní ověření vybraných technologií na odtoku z Nové vodní linky ÚČOV Praha. Zaměřuje se především na granulované aktivní uhlí (GAU) a doplňkově posuzuje varianty s práškovým aktivním uhlím (PAU). Cílem je připravit podklady pro poloprovozní testování a následný výběr technologie pro ÚČOV Praha.

Vedle investičních a provozních nákladů bude u většiny čistíren zásadním omezením také prostor potřebný pro umístění kvartérního stupně. To se týká i ÚČOV Praha, jejíž areál na Císařském ostrově je prakticky bez možnosti dalšího rozšíření. Souběžně s pracemi zaměřenými na technologické procesy proto PVS zadala projekt „Kvartérní čištění – Objemová studie“, zpracovaný na úrovni studie proveditelnosti.

Objemová studie představuje první prostorově-technické prověření implementace kvartérního stupně na ÚČOV Praha. Navazuje na obě předchozí etapy a hodnotí, jak lze nejperspektivnější varianty O₃ + GAU a PAU umístit do areálu ÚČOV, jaké budou jejich stavební a investiční dopady a jak se začlení do budoucího uspořádání Nové vodní linky (NVL) a Stávající vodní linky (SVL). Výstupy studie, zpracované sdružením společností Dplus a STERPLAN (dříve SWECO), jsou jedním z hlavních podkladů pro následné poloprovozní testování a investiční rozhodování PVS.

Pro zadání objemové studie bylo nutné předběžně určit, která uspořádání technologické linky budou v podmínkách ÚČOV Praha posouzena. Návrh proto od počátku vycházel zejména z následujících provozních a prostorových podmínek:

• ÚČOV tvoří dvě vodní linky. Každá bude samostatně doplněna o vlastní kvartérní stupeň navazující na předchozí stupně příslušné linky – mechanické a biologické čištění a v případě NVL také terciární stupeň. U SVL bude v návaznosti na požadavky nové Směrnice posouzeno rovněž doplnění terciárního stupně.
• Pro obě vodní linky byla zvolena stejná návrhová kapacita kvartérního stupně – 3,125 m³/s.
• Územní plán v podstatě omezuje prostor pro ÚČOV tak, že vystoupit mimo jeho hranice by bylo mimořádně obtížné, zvlášť na hranici areálu NVL směrem do prostoru, ve kterém má hlavní město Praha realizovat projekt Divoká Vltava.

Objemová studie byla zaměřena na variantní využití GAU a PAU v uspořádání:

• Ozonizace (O₃) + GAU s možností předřazené pískové filtrace (PF).
• PAU + separace na tkaninovém nebo pískovém filtru s možností předřazení ozonizace (O₃).

Podrobné výsledky objemové studie přesahují rozsah tohoto článku, proto jsou uvedeny alespoň její hlavní závěry. Každá vodní linka byla posuzována samostatně s ohledem na odlišné prostorové podmínky. Zpracovatel u obou linek prověřil několik kombinací výškového a situačního uspořádání kvartérního stupně. Následující tabulka uvádí pro každou vodní linku technologicky a investičně minimální variantu PAU + PF a maximální variantu PF + O₃ + GAU. Výsledky představují první přiblížení. Konečné uspořádání ovlivní další rozpracování Objemové studie, a především výsledky poloprovozních testů. Již nyní však poskytují základní představu o směru další přípravy a pravděpodobném rozsahu potřebných finančních prostředků.

Tab. 1: CAPEX mezních variant uspořádání 4. stupně pro NVL a SVL v CÚ 2025

(VOV – vyčištěné odpadní vody; návrhová kapacita každé vodní linky 800 tis. EO, NVL – N1 a N2, SVL – S1 a S2)

III. etapa projektu „Kvartérní čištění – technologické procesy“ představuje poloprovozní ověření technologií vybraných během rešeršní a laboratorní fáze. Projekt porovná dvě hlavní koncepce založené na granulovaném aktivním uhlí (GAU) a práškovém aktivním uhlí (PAU), ověří jejich účinnost, provozní náročnost a ekonomiku a vytvoří podklad pro finální technickoekonomické rozhodnutí o podobě kvartérního stupně na nové i stávající vodní lince ÚČOV Praha.

Poloprovoz bude rozdělen do dvou samostatných větví:

Větev TSA – technologie s GAU prověřuje technologická uspořádání, ve kterých je hlavním sorpčním stupněm granulované aktivní uhlí (GAU), případně kombinace GAU s dalšími procesy navrženými na základě předchozích etap.

Větev TSB – technologie s PAU je zaměřena na dávkování práškového aktivního uhlí, dále na způsoby separace PAU, nakládání s kaly vznikajícími při aplikaci PAU a také na provozní a ekonomické aspekty této alternativy.

Poloprovoz představuje rozhodující krok mezi laboratorním výzkumem a budoucí investicí v řádu miliard korun. Jeho výsledky potvrdí výběr technologie kvartérního čištění pro ÚČOV Praha a mohou současně vytvořit metodický základ pro pobočné ČOV na území hlavního města, případně pro další ČOV, na které budou v budoucnu rozšířeny požadavky Směrnice.

Tato III. etapa probíhá v letech 2026–2029, přičemž rok 2026 je věnován zejména přípravě pilotního zařízení a souvisejícímu povolovacímu řízení. Vlastní poloprovoz bude zahájen v roce 2027 a jeho výsledky mají ve druhém pololetí roku 2029 poskytnout podklad pro finální rozhodnutí o technologii kvartérního čištění na ÚČOV Praha a jejích předpokládaných parametrech.

Poloprovozní testy mají zejména prověřit a posoudit:

• Technologické nejistoty, tj. potvrzení účinnosti odstranění mikropolutantů jednotlivými posuzovanými variantami uspořádání technologické linky kvartérního stupně v reálném provozu.
• Hlavní parametry GAU vs. PAU, tj. životnost GAU versus produkce kalů a provozní náročnost PAU.
• Ekonomiku provozu, zejména spotřebu energie, náklady na sorbenty, náklady na odpady a regeneraci.
• Ozonizaci, tj. její účinnost, vedlejší produkty, ekotoxicitu a bezpečnost provozu.

Poloprovozní testy musí poskytnout podklady pro strategické rozhodnutí o výběru technologie pro navazující investice na NVL a SVL. Zvolené řešení musí umožnit splnění budoucích požadavků Směrnice v časovém horizontu let 2033 až 2045 a současně respektovat prostorové, provozní a ekonomické podmínky obou vodních linek.

Paralelní prověření GAU a PAU v rámci poloprovozních testů poskytne první možnost objektivně porovnat oba hlavní technologické směry ve shodných podmínkách. Výsledky mohou zásadně ovlivnit prostorové uspořádání, investiční a provozní náklady i koncepci doplnění SVL. U NVL omezené prostorové podmínky již nyní výrazně podporují řešení založené na PAU.

Z pohledu ÚČOV Praha bude rozhodující rok 2033. Pokud bude zavedení kvartérního stupně požadováno již v první etapě implementace směrnice, lze s ohledem na vysoké investiční náklady předpokládat jeho realizaci nejprve pouze na jedné vodní lince, pravděpodobně na NVL. Kvartérní stupeň na SVL by následoval v některé z dalších etap. Tento postup však bude záviset také na skutečném nastavení systému rozšířené odpovědnosti výrobců (EPR) a na rozsahu nákladů, které systém pokryje.

Další postup bude záviset na výsledcích implementace nové Směrnice do českého právního a metodického rámce, zejména na zařazení jednotlivých ČOV nad 150 000 EO do stanovených časových etap. Tyto informace zatím nejsou k dispozici. Stejně důležité bude skutečné nastavení systému EPR. Bez jasných pravidel pro zařazení ČOV a toku finančních prostředků nelze odpovědně uzavřít projektovou přípravu a zahájit realizační fázi.

Obr. 2 Časová osa opatření pro realizaci Směrnice na ÚČOV

Vybrané problémy implementace:

• Financování miliardových investic.U velkých čistíren půjde o investice v řádu miliard korun a významně vzrostou také provozní náklady. Pro investiční přípravu bude rozhodující konkrétní české nastavení systému rozšířené odpovědnosti výrobců (EPR), zejména způsob uznávání nákladů a tok finančních prostředků k investorům a provozovatelům.
• Energetická neutralita versus energetická náročnost. Nové technologie čištění zvýší spotřebu energie, zatímco Směrnice současně požaduje postupný přechod oboru k energetické neutralitě. Provozovatelé proto musí propojit návrh kvartérního stupně s výrobou vlastní energie, využitím bioplynu a tepla, obnovitelnými zdroji a řízením spotřeby. Klíčovým úkolem bude prokázat, že rozšíření energeticky náročných technologií je slučitelné s dlouhodobou energetickou bilancí čistírny.
• Integrace nových technologií do stávajících areálů. Většina velkých ČOV nebyla navržena pro dodatečné umístění kvartérního stupně. Nové procesy vyžadují prostor, stavební úpravy, nové objekty i dostupnou energetickou kapacitu. Návrh proto musí skloubit technologické požadavky s prostorovými možnostmi areálu a zajistit, aby výstavba ani následný provoz nových zařízení neomezily spolehlivost stávající čistírny.
• Nedostatek provozních zkušeností. Kvartérní čištění představuje pro většinu českých provozovatelů novou oblast a rozsáhlejší domácí zkušenosti zatím chybějí. Zavádění nových procesů proto musí vycházet z kombinace zahraničního know-how, pilotního a poloprovozního ověřování, systematického vyhodnocování rizik a vlastního výzkumu.

Potřeba koordinace celého vodohospodářského sektoru

Implementace Směrnice není pouze úkolem vlastníků jednotlivých čistíren. Vyžaduje koordinaci státu, samospráv, investorů, provozovatelů, výzkumných organizací i průmyslu. Rozhodující bude včasné přijetí národní strategie, metodik pro zařazení ČOV do jednotlivých etap, pravidel EPR a jednotných požadavků na monitoring a vykazování.

Největší výzvou nové Směrnice není samotné zpřísnění emisních limitů. Skutečnou výzvou je zvládnout v relativně krátkém čase souběh technologických, investičních, energetických a legislativních změn. Úspěšná implementace proto nebude záviset pouze na výběru vhodných technologií, ale především na schopnosti propojit strategické plánování, financování, výzkum a realizaci do jednoho koordinovaného programu rozvoje vodohospodářské infrastruktury.

PVS proto nečeká na dokončení prováděcích pravidel nové Směrnice. Ve spolupráci s PVK, VŠCHT Praha, Veolia Holding, ENVI-PUR a dalšími odbornými partnery již propojuje rešerši technologií, laboratorní ověřování, objemovou studii a přípravu poloprovozních testů. Cílem je včas vytvořit spolehlivý podklad pro výběr technologie, její začlenění do budoucího uspořádání ÚČOV Praha a zahájení navazující investiční přípravy.

Výsledkem tohoto postupu bude ucelený rozhodovací rámec pro volbu technologie kvartérního čištění, její prostorové a provozní začlenění do ÚČOV Praha a stanovení dalšího postupu investiční přípravy. Klíčové bude přijmout potřebná rozhodnutí včas, aby bylo možné splnit první závazné milníky Směrnice a současně zachovat bezpečný a spolehlivý provoz obou vodních linek.

Autor: Ing. Jiří Rosický
Ředitel sekce strategických projektů, obchodní divize PVS a.s.

• Vzdělání a praxe: Absolvent Fakulty stavební ČVUT v Praze (obor vodní hospodářství a vodní stavby). Bohaté zkušenosti sbíral v předních firmách v oboru, jako jsou SWECO Hydroprojekt, Pražské vodovody a kanalizace, IKP Consulting Engineers či KK Technology. Jako autorizovaný inženýr pro vodní stavby se dlouhodobě věnuje modernizaci a strategickému plánování klíčových vodohospodářských celků.
• Současné působení: V PVS a.s. řídí sekci strategických projektů, která se zabývá implementací nových evropských standardů, legislativními dopady a technologickým rozvojem velkých infrastrukturních staveb.
• Klíčové projekty: Významně se podílel na realizaci Nové vodní linky ÚČOV Praha na Císařském ostrově. Nyní vede přípravu rozsáhlých projektů pro modernizaci tamního kalového a energetického hospodářství a zavedení kvartérního stupně čištění odpadních vod.