250px|thumb|Cilj čistilnih naprav je uporaba odpadnih voda brez škodljivega vpliva na okolje in preprečevanje onesnaževanja

Čistilna naprava je infrastruktura za čiščenje odplak, katere očiščene vračamo nazaj v okolje. Gre za fizikalne, kemijske in biološke postopke, kjer skozi procese očistimo vodo do te mere, da ni več škodljiva za okolje. Cilj postopka čiščenja odpadne vode je varovanje okolja pred težkimi kovinami in drugimi škodljivimi snovmi, ki se nahajajo v odpadni vodi.

Čiščenje odplak ali domače čiščenje odpadnih voda, je postopek odstranjevanja onesnaževalcev iz odpadnih voda, tako površinsko odtekajočih vod, kot iz gospodinjstev. Vključuje fizikalne, kemične in biološke procese za odstranitev fizičnih, kemičnih in bioloških onesnaževalcev. Cilj je proizvajati okolju varne tekočine in trdne odpadke (obdelano blato). Primerne morajo biti za odstranjevanje ali ponovno uporabo, običajno kot gnojilo na kmetiji. Z uporabo napredne tehnologije je sedaj mogoče, da odplake ponovno uporabimo, odpadne vode pa prečistimo v pitno vodo. Singapur je sedaj edina država, ki izvaja to vrsto tehnologije na obsegu proizvodnje in v proizvodnji.http://www.pub.gov.sg/about/historyfuture/Pages/NEWater.aspx History of NEWater

Izvor odpadnih voda Odpadne vode so ustvarjene iz stanovanjskih, inšticionalnih ter poslovnih in industrijskih obratov in vključujejo gospodinjske odpadke, vodo iz stranišč, kadi, kuhinj in umivalnikov, ki jih odvržemo v kanalizacijo. Voda, ki se uporabi v gospodinjstvu in industriji, se zavrže kot odpadna voda. Ta se pri uporabniku zbere in odvede v kanalizacijo. Na mnogih področjih se v odpadne vode zlivajo tudi tekoči odpadki iz industrije in trgovin.

Kanalizacijski sistem je omrežje podzemnih kanalov z jaški, v katerih se zbira odpadna voda iz hiš in tovarn, ter vodi do čistilne naprave, kjer se voda prečisti.

Ločevanje in odvajanje gospodinjskih odpadkov v sive in črne vode je vse bolj pogosta v razvitem svetu. Sive vode lahko uporabljamo za zalivanje in splakovanje stranišč. V večino odpadnih voda se steka tudi deževnica in voda iz težko dostopnih področij.

Kanalizacijskim sistemom, ki uporabljajo padavinske vode, pravimo tudi kombinirani sistemi ali mešani kanalizacijski sistem. Ti sistemi niso pogosti, saj zmanjšujejo učinkovitost čistilnih naprav v različnih letnih časih. Obsežne spremembe v pretoku vode zaradi količine padavin bi vodile k izgradnji večjih in dražjih čistilnih naprav, kot bi jih sicer potrebovali. Poleg tega pa huda deževja prispevajo več vode, kot jo čistilne naprave lahko prečistijo. Zaradi tega bi se čistilni sistem porušil. Prišlo bi do razlitja in poplav. Sodobni čistilni sistemi imajo ločene odtočne jaške za deževnico.Burrian, Steven J., et al. (1999)."The Historical Development of Wet-Weather Flow Management." US Environmental Protection Agency (EPA). National Risk Management Research Laboratory, Cincinnati, OH. Document No. EPA/600/JA-99/275.

Padavine, ki padejo na zemljo, vsebujejo različne onesnaževalce. Vsebujejo delce prsti, druge usedline, težke kovine, organske spojine, živalske odpadke ter olja in maščobe. Chapter 2. Nekatere zakonodaje določajo, da se morajo padavinske vode prečistiti pred izlitjem v vodotok. Takšen primer prečiščevanja padavinske vode so zadrževalniki, ki z različnimi filtri izločajo grobe delce. Sanitarni odtočni kanali so po navadi precej manjši od odtočnih kanalov, ki so namenjeni padavinskim vodam. Neprečiščene odplake se lahko pojavijo v kleteh, če površinska voda vdre v odtočni sistem.

Procesi čiščenja Odplake moramo prečistiti tam, kjer nastajajo: v greznicah, biofiltrih ali aerobnih sistemih za čiščenje. Lahko jih tudi speljemo po cevnem sistemu s pomočjo črpalke do komunalne čistilne naprave. Zbiranje in čiščenje odplak je običajno v skladu z državnimi in lokalnimi predpisi. Industrijski viri odpadlih vod pogosto zahtevajo posebne postopke čiščenja.

Čiščenje odplak poteka v treh fazah. Ločimo primarno, sekundarno in terciarno čiščenje.

Primarno čiščenje predstavlja prečiščevanje v mirujočem bazenu, kjer se trdne snovi posedejo, medtem, ko olje, maščobe in lažji delci splavajo na površje. Usedlino in plavajočo materijo odstranimo. Preostalo vodo lahko izpostavimo sekundarnemu čiščenju.

Sekundarno čiščenje odstrani biološko razgradljive snovi. Značilno je za avtohtone mikroorganizme v nadzorovanem življenjskem prostoru. Sekundarno čiščenje zahteva proces ločevanja mikroorganizmov iz prečiščene vode, preden se le-ta zavrže ali gre v terciarno čiščenje.

Terciarno čiščenje je najvišja stopnja čiščenja z namenom, da se omogoči vrnitev vode nazaj v ekosistem. Voda je kemično in fizično prečiščena pred izpustom v potok, reko, zaliv, laguno ali v mokrišča (z lagunami in mikrofiltri). Vodo uporabljajo tudi za bogatenje podtalnice ali v kmetijske namene.

thumb|center|500px|Shemni prikaz čiščenja vode

Vloga in vrste čistilnih naprav thumb|Čistilna naprava Odplake, ki izvirajo iz vasi, naselij in mest se na koncu izlivajo v reke, jezera in morja. Te odpadne vode prenašajo veliko količino škodljivih snovi, zato jih je potrebno prečistiti, da se izognemo nevarnostim onesnaževanja. Čiščenje vode poteka v čistilnih napravah. Poznamo velike oziroma centralne čistilne naprave, na katere se priklapljajo večji objekti in kanalizacije in pa male čistilne naprave ki služijo za prečiščevanje odpadnih vod enodružinskih hiš ali manjših industrijskih objektov, oziroma povsod tam kjer ni izvedene skupne kanalizacije.

Delovanje čistilne naprave Prva stopnja prečiščevanja je mehansko čiščenje, kjer s precejevalniki in filtri odstranjujemo trdne odpadke. Po navadi je ta stopnja izvedena z nekim sitom, ki zadrži vse delce, ki so večji od 5 mm. Od tam gre umazana voda v bazen, kjer poteka biološko čiščenje. Gre za razgrajevanje organskih snovi. V tem bazenu so posebni mikroorganizmi (aktivno blato), ki se prehranjujejo z umazanijo in jo tako razgradijo. V bazen dovajamo tudi precejšnjo količino zraka v katerem je tudi kisik, ki še dodatno pospeši delovanje mikroorganizmov. Drugi bazen pa se imenuje usedalnik, kjer se voda še dodatno prečisti s posedanjem. Od tu pa je prečiščena voda speljana v reko ali kam drugam nazaj v naravo.

Princip delovanja čistilne naprave thumb thumb|right|Centralna čistilna naprava Za čiščenje komunalne odpadne vode se uporablja izključno biološke postopke čiščenja. Čiščenje v veliki meri posnema presnovo ogljikovih in dušikovih spojin v naravi, le da zaradi uporabljenih tehnoloških naprav poteka veliko hitreje kot v naravi.

Predčiščenje V fazi predobdelave se iz surovih odpadnih voda odstrani tisto umazanijo (smeti, drevesne veje, listje,...), ki jo lahko z lahkoto odstranimo iz surove odpadne vode, še preden ta poškoduje ali zamaši črpalke in zajemalke primarnega čistilnega postopka.

Grobo presejanje Da se odstranijo večji predmeti iz odplak, vodo grobo presejemo.Water and Environmental Health at London and Loughborough (1999). "Waste water Treatment Options." Technical brief no. 64. London School of Hygiene & Tropical Medicine and Loughborough University. To po navadi neredimo z avtomatičnim, mahaničnim in grabljastim pregradnim sitom v modernih obratih, medtem ko se v manjših obratih še vedno uporablja ročno odstranjevanje. Hitrost se prilagaja tempu akumulacije in toku odplak. Trdni delci se odstranijo na odlagališča ali pa se sežgejo. Grabljaste pregrade ali mrežasta groba sita različnih velikosti uporabljamo, da se trdni delci optimalno odstranijo. Če grobi delci niso odstranjeni, lahko vstopijo v cevi in druge gibljive dele obdelovalnega postopka. Povzročili bi lahko obsežno škodo in neučinkovitost celotnega procesa.EPA. Washington, DC (2004). "Primer for Municipal Waste water Treatment Systems." Document no. EPA 832-R-04-001.

Odstranitev peska Predčiščenje lahko vključuje tudi kanale za pesek in prod, oziroma peskolov. To je komora, kjer se pretok prihajajoče odpadne vode prilagaja tako, da se pesek, prod, kamenje in delci razbitega stekla lahko usedejo. Te delce odstranijo, ker lahko poškodujejo črpalke in drugo opremo. Pri manjših sanitarnih kanalizacijskih sistemih celice za prod niso nujne, pri večjih obratih pa so zaželene.

Maščoba in odstranjevanje maščob

V nekaterih večjih obratih se maščobe in olja odstranjujejo tako, da se odpadne vode črpajo skozi manjši bazen, v katerem s strgali posnamejo maščobe, medtem ko plavajo na površini. Zračni razpihovalci na dnu rezervoarja razpihujejo usedline, da se maščoba lažje loči. V večini obratov se masti in maščobe odstranjujejo v primarnem izločitvenem usedalnem bazenu s pomočjo mehanskih lovilcev maščob na površini.

Primarno čiščenje V primarni fazi sedimentacije odplaka teče skozi večje bazene, ki se imenujejo primarni usedalniki oziroma primarni usedalni bazeni. Rezervoarji se uporabljajo za ločitev gošče od oljnate snovi. Primarni rezervoarji so opremljeni z mehaničnimi čistilnimi grebljicami, ki potiskajo zbrano goščo proti zbirnemu lijaku na dnu rezervoarja. Od tam se prečrpa v objekt za nadaljnjo obdelavo gošče. Maščobe in olja se iz plavajočega materija predelajo s saponifikacijo (umiljenjem). Zaradi učinkovitega odstranjevanja snovi iz plavajočih odplak in gošče so dimenzije rezervoarja skrbno načrtovane. Običajen sedimentacijski rezervoar lahko odstrani 60-65% ustavljenih trdih snovi in 30-35% snovi, ki zahtevajo biokemično kisikovo obdelavo.

Sekundarno čiščenje Sekundarno čiščenje vključuje razgradnjo bioloških organskih vsebin, ki izvirajo iz človeških odpadkov - hrane, mil in detergentov. Večina mestnih čistilnih obratov obdeluje tekočino odplak z aerobnimi biološkimi procesi. Biološki organizmi potrebujejo za življenje kisik in hrano. Bakterije in praživali skladiščijo bio-razgradljivo, raztopljeno organsko onesnaženje (sladkor, maščobe, organsko kratko verižne ogljikove molekule) in povežejo bolj ali manj raztopljene delčke v skupke. Sekundarno čiščenje se klasificira kot sistem fiksiranega filma ali sistem izključene masti. Sistemi s pritrjeno oziroma fiksirano biomaso vključujejo precejalnike in rotirajoče biološke kontaktorje, kjer biomasa raste na posredniku in preide čez površino. Sistem z razpršeno biomaso je sistem, ki vključuje aktivirano blato. Bio-masa se zmeša z blatom in se obdeluje v manjšem prostoru kot sistem fiksiranega filma. Sistemi s pritrjeno biomaso so se bolj sposobni spopasti z večjimi količinami biološkega materiala in odstrani večjo količino raztopljenih trdnih snovi in drugih nečistoč iz organskega materiala kot sistem z razpršeno biomaso.

Hrapavi filtri so namenjeni obdelavi močnih in različnih organskih nečistoč, predvsem industrijskih. Dovoljuje obdelavo s konvencionalno sekundarno obdelavo. Karakteristični filtri so napolnjeni z medijem, skozi katerega spustijo odpadno vodo. Dovoljujejo visok hidravlični tovor in visoko stopnjo ozračenja. Pri večjih inštalacijah se razpihuje zrak skozi medij. Rezultat postopka je odpadna voda v mejah konvencionalnega čistilnega postopka.

Filter odstrani majhen odstotek zaustavljene organske mase, medtem, ko je večina podvržena spremembi karakteristike na podlagi biološke oksidacije in nutrifikacije, ki se dogaja v filtru. Z aerobno oksidacijo in nitrifikacijo se organski trdni delci spremenijo v koagulirano zaustavljeno maso, ki se imenuje sekundarni čistilec, sekundarni usedlinski rezervoar ali zbiralec humusa.

Aktivno blato Pogon aktivnega blata obsega raznolikost mehanizmov in procesov, ki uporabljajo raztopljen kisik, za spodbujanje rasti bioloških vrst. Ti izdatno odstranjujejo organske materiale. Ta proces v idealnih pogojih spreminja amonijak v nitrile, nitrate pa v dušik.

Gazirni sistem