This course focuses on the technical and mechanical systems used in the operation of modern drinking water treatment plants and wastewater treatment facilities. In contrast to process-oriented or technology-driven courses, the emphasis here is placed on engineering infrastructure, machinery, instrumentation, energy systems, and automation that support water treatment in real-world conditions.
Students will gain a detailed understanding of the function, operation, and integration of key equipment such as pumps, blowers, mixers, heat exchangers, separators, chemical dosing systems, and membrane modules. Special attention is paid to sludge handling and dewatering technologies, including gravity thickeners, belt presses, centrifuges, and screw presses.
A dedicated lecture is focused on biogas management systems, covering gas flow measurement, explosion safety measures, and energy recovery through cogeneration (CHP) units. Students will also explore monitoring systems, including sensors, SCADA platforms, and PLC-based automation, along with approaches to predictive maintenance and energy optimization.
The course concludes with a two-part section on digitalization in the water sector, introducing students to smart tools such as sensor networks, digital twins, data dashboards, and AI-driven decision-making in water infrastructure management.
Upon completion, students will be equipped to understand, evaluate, and communicate technical concepts related to the design, operation, and optimization of mechanical and electrical systems in water treatment facilities. This knowledge will be applicable both in the field and in cooperation with engineers, plant operators, contractors, and technology providers.
Last update: Bartáček Jan (16.04.2025)
Cílem kurzu je seznámit studenty s klíčovým technickým vybavením a inženýrskými prvky, které tvoří základ provozu moderních úpraven pitné vody a čistíren odpadních vod. Na rozdíl od předmětů zaměřených na procesní a technologické principy úpravy a čištění vody, tento kurz klade důraz na mechanické, elektrické a automatizační systémy, které tyto procesy umožňují a podporují v praxi.
Studenti získají hluboké porozumění funkci a provozu zařízení jako jsou čerpadla, dmychadla, míchadla, výměníky tepla, separační zařízení, systémy dávkování chemikálií, membránové moduly, a dále zařízení používaná pro zahušťování a odvodňování kalu. Důraz je kladen také na systémy nakládání s bioplynem – měření, bezpečnostní aspekty a produkci energie pomocí kogeneračních jednotek.
Součástí kurzu jsou rovněž přednášky zaměřené na instrumentaci, SCADA systémy, energetickou efektivitu, preventivní údržbu a především digitalizaci vodohospodářské infrastruktury s využitím senzoriky, datové analýzy a automatizovaného rozhodování. Kurz připravuje studenty na technické role, kde je nutné rozumět nejen technologii čištění vody, ale především provozní realitě zařízení, jejich údržbě, energetickému hodnocení a možnostem jejich optimalizace.
Absolvent kurzu bude schopen porozumět a hodnotit technické uspořádání úpraven a ČOV, podílet se na jejich provozu, navrhovat úpravy nebo rekonstrukce technických celků a komunikovat s provozovateli, projektanty i dodavateli technologií na odborné úrovni.
Last update: Bartáček Jan (16.04.2025)
Course completion requirements -
For the successful passing of the subject students are required to gain at least 51 point from overal number of 100 points in the written test.
Last update: Cibulková Jana (17.02.2025)
Podmínkou pro úspěšné zakončení předmětu je absolvování zkouškového písemného testu s minimálním ziskem 51 bodů z celkového počtu 100 bodů.
Last update: Cibulková Jana (17.02.2025)
Literature -
R: M. Popl, J. Fähnrich: Analytická chemie životního prostředí (Environmental analytical chemistry), VŠCHT Praha 1999, ISBN 80-7080-336-3
A: J. Pawlyszin: Solid phase microextraction; theory and practice, Wiley-VCH, New York 1997, ISBN 0-471-19034-9
Last update: Cibulková Jana (17.02.2025)
Doporučená:
MWH Global. Water Treatment Plant Design (5th Edition).. New York: McGraw-Hill Education., 2012, 1,056 s. ISBN 978-0-07-147032-1.
Jenkins, D. . Biological Wastewater Treatment: Principles, Modelling and Design. London: IWA Publishing., 2017, 458 s. ISBN 978-1-78040-773-6.
Tchobanoglous, G., & Stensel, H. D. . Wastewater Engineering: Treatment and Resource Recovery (5th Edition).. New York: McGraw-Hill Education, 2014, 1420 s. ISBN 978-0-07-340118-1.
Last update: Bartáček Jan (16.04.2025)
Teaching methods -
Lectures
Last update: Bartáček Jan (16.04.2025)
Přednášky
Last update: Bartáček Jan (16.04.2025)
Requirements to the exam - Czech
Zkouška se koná jen písemnou formou na konci semestru. Opravnou zkoušku je možné konat během zkouškového období.
Last update: Cibulková Jana (17.02.2025)
Syllabus -
Module 1 – Core Mechanical Systems
1. Pumping Systems in Water and Wastewater Treatment
2. Screening, Grit Removal, and Sedimentation
3. Aeration and Mixing Technologies in Biological Treatment
4. Sludge Thickening and Dewatering Equipment
Module 2 – Instrumentation and Energy Systems
5. Instrumentation and Automation in Treatment Plants
6. Heat Exchangers and Energy Recovery
7. Biogas Handling Systems – flow measurement, safety, CHP operation
Module 3 – Chemical and Membrane Technologies
8. Chemical Dosing and Disinfection Systems
9. Membrane Filtration and Advanced Treatment
Module 4 – Maintenance, Digitalization, and Future Trends
10. Common Equipment Failures and Maintenance Strategies
11. Energy Optimization and Smart Technologies
12. Digitalization I: Sensors, SCADA, and AI-driven management
13. Digitalization II: Integration, security, future trends and case studies
14. Reserve
Last update: Bartáček Jan (16.04.2025)
Modul 1: Klíčové mechanické systémy v úpravnách vody a ČOV
1. Čerpací systémy v čistírnách a úpravnách vody, Typy čerpadel (odstředivá, objemová, ponorná), vysokotlaká čerpadla pro RO/UF; Výběr podle parametrů, provozní problémy, údržba)
3. Provzdušňovací a míchací systémy v biologickém stupni ČOV (Jemnobublinná vs. hrubobublinná aerace, dmychadla, řízení DO; Typy míchadel, optimalizace intenzity míchání)
4. Zahušťování a odvodňování kalu (Gravitační zahušťovače, DAF, odstředivky, pásové a šnekové lisy; Skladování a manipulace s kalem)
Modul 2: Řídicí, monitorovací a energetické systémy
5. Instrumentace a automatizace v úpravnách vody a ČOV (SCADA, PLC, senzory: průtok, tlak, hladina, zákal; Automatizace řízení a monitoring v reálném čase)
6. Výměníky tepla a rekuperace energie (Využití výměníků v digesci a sušení kalu; Rekuperace tepla z odpadní vody, tepelná čerpadla v úpravnách pitné vody)
7. Systémy pro nakládání s bioplynem (Měření průtoku a složení bioplynu (CH₄, CO₂, H₂S); Zabezpečení proti výbuchu, protitlakové ventily, ventilaceů; Kogenerační jednotky, využití odpadního tepla, provozní aspekty)
Modul 3: Chemické a membránové technologie
8. Dávkovací systémy a dezinfekce (Chemická úprava vody: koagulace, flokulace, pH, živiny; Chlorace, UV, ozonizace: rozdíly mezi pitnou a odpadní vodou)
9. Membránové technologie a pokročilá filtrace (MBR, nanofiltrace, reverzní osmóza; Provozní nároky, fouling, CIP, aplikace v recyklaci a pitné vodě)
Modul 4: Údržba, optimalizace a budoucí trendy
10. Poruchy, údržba a provozní spolehlivost (Diagnostika častých poruch (čerpadla, výměníky, dávkovače); Prediktivní a preventivní údržba, monitoring stavu zařízení)
11. Optimalizace spotřeby energie a chytré technologie (Energeticky úsporný provoz ČOV a úpraven; Využití AI, IoT a datové analýzy pro optimalizaci řízení)
12. Digitální nástroje a digitalizace infrastruktury I (SCADA, dálkový dohled, prediktivní řízení; Digital twin, senzorové sítě, AI v rozhodování; Integrace digitálních technologií do provozních strategií)
13. Digitalizace infrastruktury II: praxe, trendy a vize budoucnosti (Propojení vodárenské a kanalizační infrastruktury do jednotného datového prostředí; Kybernetická bezpečnost, datová integrace, provozní dashboardy; Případové studie: SMART ČOV, vodní reuse s digitálním řízením; Diskuze o směrování odvětví (klimatická změna, nedostatek personálu, legislativa)
14. Rezerva
Last update: Bartáček Jan (16.04.2025)
Learning resources -
http://www.vscht.cz
Last update: Cibulková Jana (17.02.2025)
http://www.vscht.cz
Last update: Cibulková Jana (17.02.2025)
Learning outcomes -
students will be equipped to understand, evaluate, and communicate technical concepts related to the design, operation, and optimization of mechanical and electrical systems in water treatment facilities. This knowledge will be applicable both in the field and in cooperation with engineers, plant operators, contractors, and technology providers.
Last update: Bartáček Jan (16.04.2025)
Absolvent kurzu bude schopen porozumět a hodnotit technické uspořádání úpraven a ČOV, podílet se na jejich provozu, navrhovat úpravy nebo rekonstrukce technických celků a komunikovat s provozovateli, projektanty i dodavateli technologií na odborné úrovni.
Last update: Bartáček Jan (16.04.2025)
Registration requirements -
knowledge within the scope of a bachelor's course Analytical chemistry.
Last update: Cibulková Jana (17.02.2025)
Znalosti v rozsahu Bc. předmětu Analytická chemie.