Stabilizační nádrže mají zvláštní postavení v biologickém způsobu čištění odpadních vod. Pojmenování způsobu čištění odpadních vod je odvozeno od účinné stabilizace organického znečištění. Principem čištění je autotrofní a heterotrofní aktivita organismů. Významné postavení při odbourávání organických látek mají autotrofní organismy, produkující kyslík potřebný pro rozkladné procesy. Rozklad organických látek a popř. i látek produkovaných řasami a zooplanktonem provádějí bakterie. Řasy uvolňují kyslík a zpětně využívají oxid uhličitý poskytovaný heterotrofními organismy (cirkulace látek).

Stabilizační nádrže byly původně nazývány jako „biologické rybníky” či „rybníky pro dočišťování odpadních vod”. Jejich první použití se datuje rokem 1877, kdy byly použity v Německu. Dále byly použity v roce 1899 ve Švédsku, v roce 1900 v Austrálii a v roce 1928 v USA.

V praxi se uplatňuje několik typů stabilizačních nádrží (lagun) lišících se technologickými parametry a biologickým oživením: anaerobní nádrže, oxidační nádrže a provzdušňované nádrže.

Anaerobní nádrže se používají pro anaerobní předčištění odpadní vody, odtoky vyžadují aeraci před vypuštěním do recipientu. Doba zdržení je několik měsíců, hloubka nádrže se pohybuje v rozmezí od 2,5 m do 3 m, kyslík se dostává do vody povrchovou reaerací a ředěním čistou vodou, řasy se nevyskytují.

Oxidační nádrž (fakultativní, vysokoúčinná, dočišťovací) má k dispozici kyslík produkovaný řasami. Rovnováhou mezi aerobními (horní vrstvy) a anaerobními pochody (u dna) se vyznačují fakultativní nádrže s dobou zdržení od jednoho do šesti týdnů. Hloubka nádrže je od 0,6 m do 1,5 m, povrchová reaerace je zanedbatelná v porovnání s fotosyntetickou asimilací řas. Vysokoúčinné aerobní laguny jsou mělké nádrže (0,15 m – 0,4 m) s mechanickým mícháním bohaté suspenze řas (biomasa se těží), doba zdržení je méně než jeden týden. Pro dočištění odtoků z čistíren (terciární čištění) se používají dočišťovací nádrže. Provzdušňovací nádrže jsou nezávislé na fotosyntetické asimilaci řas, mají umělou aeraci a převládají zde aerobní procesy.

Suspendované látky spolu s biocenózou jsou udržovány ve vznosu (podobnost s nízkozatěžovanou aktivací). Doba zdržení je od několika dní po dva týdny, hloubka nádrží je od 1,5 m do 4,5 m.

Čištění odpadních vod ve stabilizačních nádržích je výsledkem fyzikálních, chemických a biologických procesů. Při úvaze fakultativní oxidační nádrže probíhají aerobní i anaerobní procesy. Na dně nádrže sedimentují partikule a odumřelé mikroorganismy, které jsou rozkládány anaerobními mikroorganismy. Výsledným produktem je oxid uhličitý, metan, dusík a sulfan, které vystupují k hladině. U hladiny probíhají fotosyntetické pochody vedoucí k posunu pH do alkalické oblasti (až 11) a za přítomnosti rozpuštěného kyslíku vznikají z oxidu uhličitého uhličitany a ze sulfanu sírany, metan a dusík se uvolňují do atmosféry. Aerobní bakterie se živí rozpuštěnými látkami a koloidy, produkují bakteriální hmotu spolu s vodou a oxidem uhličitým. Bakterie a řasy žijí v symbiotickém vztahu, protože řasy využívají oxid uhličitý jako produkt aerobního i anaerobního rozkladu.

Na čištění odpadní vody se výrazně uplatňuje vertikální a horizontální zonace organismů, denní periodicita záření, klima (míchání a aeraci ovlivňuje vítr), vývoj a sezónní dynamika organismů. Vegetační období, vymezené od poloviny dubna až do konce října, je charakteristické změnami ve složení biocenózy (viz obr. 1).

Počátkem vegetačního období lze ve stabilizační nádrži zaznamenat rody Chlorogonium, Chlamydomonas (nastupují jako první, namísto oxidu uhličitého asimilují acetátové ionty, tzv. acetátoví bičíkovci), Euglena, Chlorella, a Monoraphidium (mixotrofní výživa se schopností využití organického zdroje při nedostatku oxidu uhličitého), v červnu až září dominují rody Carteria, Scenedesmus, Pandorina, Eudorina, Oocystis, v říjnu nastupují rody Oscillatoria, Merismopedia, Phormidium, Chlorogonium, Chlamydomonas, Euglena a v zimním období převažují sirné bakterie Chromatium, Thiospirillum (purpurové využívají delší vlnové délky světla než řasy a jsou anaerobní). Negativním jevem je pomnožení purpurových sirných bakterií, které zvyšují zákal na úkor řas a způsobují sekundární zabarvení vody. Předpokladem dobré funkce stabilizační nádrže je vhodná populace řas, pozitivně na čištění působí zastoupení řas rodů Scenedesmus, Pediastrum, Eudorina, Oocystis, Monoraphidium, Micractinium. Ze zooplanktonu se v teplém období roku vyskytují vířníci rodů Brachionus, Polyarthra, korýši rodů Daphnia, Moina. Odpovídající stupeň vyčištěné vody a obsah kyslíku indikuje charakteristické zastoupení bezbarvých bičíkovců (Oicomonas, Parabodo, Polytoma, v mikroaerobii Trepomonas) a nálevníků (Aspidisca, Colpidium, Cyclidium, Litonotus, Vorticella).

Biologické oživení a samotný provoz nádrží se liší v porovnání s biofiltry či aktivačním procesem, nedosahují takových účinností odbourání jako aktivace či biofiltr. Z technologických parametrů se jedná o množství organických látek v přitékající odpadní vodě (vyjádřené jako BSK₅ v kg·ha^-1·d^-1 udávající potřebu kyslíku pro bakteriální oxidaci, u nás maximálně 60 kg·ha^-1·d^-1 při době zdržení 5 dní, při zatížení do 120 kg·ha^-1·d^-1 se doporučuje umělá aerace), hloubka nádrže (obvykle 1 m udržuje poměr trofogenní a trofolytické vrstvy) a doba zdržení (možnost řas dostatečně se namnožit a udržet proti vyplavování, udává se více než 5 dní). Abiotickými faktory, ovlivňující řasovou populaci a složení zooplanktonu, jsou světlo a teplota.

Redukce organického znečištění ve stabilizační nádrži se pohybuje mezi 70-80 % (odtok z nádrže je ovlivňován přítomností mikroskopických řas). Dle IMHOFFA je pro úplné biologické čištění, tj. 90 % odstranění BSK₅, potřebná doba zdržení 10 dní při teplotě 20 °C a plocha hladiny cca 20 m² na jednoho obyvatele. Neméně důležitý je i počet nádrží, látkové zatížení a teplota vody. Vysoká účinnost nádrží byla zaznamenána při odstraňování patogenních organismů, a to díky dlouhé době zdržení a fotosyntetické asimilaci (na zvýšené hodnoty pH jsou citlivé koliformní bakterie), zárodky a koliformní bakterie se odstraňují z 99 %. V porovnání s ostatními biologickými způsoby čištění odpadních vod je i odstranění fosforu a částečně i dusíku vysoké.

Výhodou nádrží jsou malé nároky na výstavbu, provoz a vhodnost použití pro rekreační a sezónní objekty či malá sídliště. Předností stabilizačních nádrží je i jejich víceúčelovost, kdy vedle čisticího účinku akumulované vody v nádrži se podílejí na tlumení průběhu srážkového odtoku a obohacování krajiny (osazení okolní makrovegetace a lesního porostu × zabahňování).

 

---

Obr. 1: Schéma sukcese organismů ve stabilizační nádrži během roku.

  Grafy souvislostí do úrovně:      I       II       III