Hygienizace kalů v čistírnách odpadních vod

Mendelova univerzita v Brně Agronomická fakulta Ústav zemědělské, potravinářské a environmentální techniky

Hygienizace kalů v čistírnách odpadních vod Disertační práce

Vedoucí práce: prof. Ing. Jan Mareček, DrSc., dr. h. c.

BRNO 2014

Vypracoval: Mgr. Ing. Pavel Mach, DiS.

Čestné prohlášení Prohlašuji, že jsem disertační práci na téma „Hygienizace kalů v čistírnách odpadních vod“ vypracoval samostatně, s využitím pouze citovaných literárních pramenů, dalších informací a zdrojů, které uvádím v seznamu použité literatury. Souhlasím, aby moje práce byla zveřejněna v souladu s § 47b zákona č. 111/1998 Sb., o vysokých školách ve znění

pozdějších

předpisů

a

v souladu

s platnou

Směrnicí

o zveřejňování

vysokoškolských závěrečných prací. Jsem si vědom, že se na moji práci vztahuje zákon č. 121/2000 Sb., autorský zákon, a že Mendelova univerzita v Brně má právo na uzavření licenční smlouvy a užití této práce jako školního díla podle § 60 odst. 1 autorského zákona. Dále se zavazuji, že před sepsáním licenční smlouvy o využití díla jinou osobou (subjektem) si vyžádám písemné stanovisko univerzity, že předmětná licenční smlouva není v rozporu s oprávněnými zájmy univerzity, a zavazuji se uhradit případný příspěvek na úhradu nákladů spojených se vznikem díla, a to až do jejich skutečné výše.

V Brně, dne 20. června 2014 Mgr. Ing. Pavel Mach, DiS.

Poděkování Touto cestou bych chtěl poděkovat vedoucímu disertační práce prof. Ing. Janu Marečkovi, DrSc., dr. h. c. za vstřícný přístup při vypracovávání této disertační práce. Rovněž bych velice rád poděkoval Ing. Tomáši Vítězovi, Ph.D. a doc. Mgr. Monice Vítězové, Ph.D. za neocenitelnou spolupráci, vstřícný přístup, metodické vedení, podněty a připomínky a poskytnuté materiály k vypracování této disertační práce. V neposlední řadě také děkuji své mamince, příteli a kolegům za pomoc a psychickou podporu při zpracování této práce.

Anotace MACH, Pavel. Hygienizace kalů v čistírnách odpadních vod. Brno, 2014. Disertační práce. Mendelova univerzita v Brně. Disertační práce se zabývá porovnáním způsobů hygienizace kalů z čistíren odpadních vod z hlediska splnění legislativních požadavků podmínek použití upravených kalů na zemědělské půdě. V práci je porovnáván způsob metody stabilizace a hygienizace kalu autotermní aerobní termofilní stabilizací (AATS) čistým kyslíkem s metodou hygienizace kalu pasterací. Cílem práce je vyhodnocení uvedených způsobů hygienizace čistírenských kalů, porovnání jejich účinností a míry sekundární kontaminace indikátorovými mikroorganismy před jejich dalším zpracováním. Klíčová slova: čistírna odpadních vod, kal, stabilizace, hygienizace, indikátorový mikroorganismus, mikrobiologická kritéria

Annotation MACH, Pavel. The hygienisation of sludges from wastewater treatment plants. Brno, 2014. Dissertation work. Mendel University in Brno.

The Dissertation thesis compares the methods of hygienisation of wastewater treatment plants sludges with respect to meeting legislative requirements of conditions for using treated sludges on agricultural land. The thesis draws a comparison between the method of stabilisation and hygienisation of the sludge through the autothermal aerobic thermophilic stabilisation (AATS) by pure oxygen and the method of sludge hygienisation by pasteurization. The objective of the thesis is to evaluate the abovementioned methods of hygienisation of wastewater treatment plant sludges, to compare their efficiency and a level of secondary contamination by indicator microorganisms before their subsequent treatment.

Key words: wastewater treatment plant, sludge, stabilisation, hygienisation, indicator microorganism, microbiological standards

Obsah

1

ÚVOD ....................................................................................................................... 7

2

TEORETICKÁ VÝCHODISKA PROBLEMATIKY KALOVÉHO

HOSPODÁŘSTVÍ ČISTÍREN ODPADNÍCH VOD................................................... 9 2.1

Obecný popis kalového hospodářství ............................................................ 9

2.2

Nakládání s kaly z ČOV v České republice ................................................ 10

2.3

Čistírenské kaly ............................................................................................. 14

2.3.1

Typy čistírenských kalů .............................................................................. 14

2.3.2

Složení kalu................................................................................................. 17

2.3.3

Energie v kalu ............................................................................................. 21 Zpracování kalu ............................................................................................ 22

2.4 2.4.1

Zahušťování kalu ........................................................................................ 24

2.4.2

Stabilizace kalu ........................................................................................... 26

2.4.3

Hygienizace kalu......................................................................................... 32 Technologické procesy stabilizace a hygienizace kalu ............................... 43

2.5 2.5.1

Sušení kalu .................................................................................................. 43

2.5.2

Kalcinace .................................................................................................... 46

2.5.3

Pasterace ..................................................................................................... 47

2.5.4

Autotermní aerobní termofilní stabilizace .................................................. 49

2.5.5

Anaerobní psychrofilní stabilizace ............................................................. 52

2.5.6

Anaerobní mezofilní stabilizace ................................................................. 53

2.5.7

Anaerobní termofilní stabilizace ................................................................. 54

2.5.8

Kombinace metod zpracování kalů a metod hygienizace ........................... 55

3

CÍL PRÁCE........................................................................................................... 57

4

MATERIÁL A METODIKA ............................................................................... 58 4.1

Základní charakteristika ČOV Tetčice....................................................... 58

4.2

Základní charakteristika ČOV Tišnov ....................................................... 59

4.3

Odběr vzorků ................................................................................................ 60

4.4

Stanovení veškerých látek a obsahu vody................................................... 60

4.4.1

Postup stanovení – sušení při 105 °C ......................................................... 60

4.4.2

Výpočet výsledků ....................................................................................... 61

Stanovení ztráty žíháním.............................................................................. 61

4.5 4.5.1

Postup stanovení ......................................................................................... 62

4.5.2

Výpočet výsledků ....................................................................................... 62 Stanovení indikátorových mikroorganismů ............................................... 63

4.6 4.6.1

Stanovení termotolerantních koliformních bakterií .................................... 63

4.6.2

Stanovení enterokoků ................................................................................. 64

4.6.3

Průkaz přítomnosti bakterií rodu Salmonella ............................................. 64

4.6.4

Výpočet a vyjádření výsledků..................................................................... 66

4.6.5

Validace účinnosti hygienizace .................................................................. 67 Stanovení rizikových látek a prvků ............................................................. 68

4.7 5

VÝSLEDKY A DISKUSE .................................................................................... 69 ČOV Tetčice .................................................................................................. 70

5.1 5.1.1

Mikrobiologické analýzy ............................................................................ 70

5.1.2

Chemické analýzy ....................................................................................... 72 ČOV Tišnov ................................................................................................... 73

5.2

6

5.2.1

Mikrobiologické analýzy ............................................................................ 73

5.2.2

Chemické analýzy ....................................................................................... 76

ZÁVĚR .................................................................................................................. 79

RESUMÉ ....................................................................................................................... 81 SUMMARY ................................................................................................................... 82 PŘEHLED POUŽITÉ LITERATURY ...................................................................... 83 SEZNAM GRAFŮ ........................................................................................................ 93 SEZNAM OBRÁZKŮ .................................................................................................. 94 SEZNAM TABULEK ................................................................................................... 95 SEZNAM ZKRATEK .................................................................................................. 96

1

ÚVOD

Čistění odpadních vod má za úkol odstranění nežádoucích složek a příměsí z vody a jeho nedílnou součástí je vznik vedlejšího produktu – čistírenského kalu, který v sobě koncentruje celou řadu odstraňovaných nežádoucích látek, ale také přebytečnou biomasu z biologického čištění. Problematika čistírenských kalů je tak stále aktuální a její řešení je klíčové pro zabezpečení dobrého fungování čistírny odpadních vod, a to především po stránce ekonomické. V čistírenských kalech je koncentrováno kolem 80 % znečišťujících látek původně obsažených v čištěné odpadní vodě a to i přes skutečnost, že co do objemu tvoří pouze 2-3 % z celkového množství čištěných odpadních vod. Z hlediska vyhlášky Ministerstva životního prostředí č. 381/2001 Sb., Katalog odpadů, je kal z čištění komunálních odpadních vod (19 08 05) klasifikován jako ostatní odpad, avšak z hlediska zákona č. 185/2001 Sb., o odpadech, může být čistírenský kal klasifikován jako nebezpečný odpad vykazující nebezpečnou vlastnost – infekčnost, z důvodu možného výskytu patogenních organismů. Cílem úpravy a dalšího zpracování kalů je tedy transformovat odpad v podobě surového kalu na stabilizovaný a hygienizovaný materiál, minimalizovat jeho produkci a zabránit tak potencionálnímu ohrožení lidského zdraví a negativním dopadům na životní prostředí. Stabilizovaný a hygienizovaný kal, který splňuje legislativní požadavky dané vyhláškou Ministerstva životního prostředí č. 382/2001 Sb., o podmínkách použití upravených kalů na zemědělské půdě, je díky svým vlastnostem vhodný k využití v zemědělství jako organické hnojivo nebo složka zlepšující kvalitu půdy určená k přímému zapravení do půdy nebo po procesu kompostování. Kaly nesplňující nezávadnost z hlediska obsahu toxických látek (těžkých kovů a jiných toxinů), případně z hlediska hygienického, lze využít jako procesní palivo, zplyňovat nebo přímo spalovat s možností využití energie. Vzhledem ke skutečnosti, že lze přítomnosti toxických látek v kalech do jisté míry zabránit již u producenta odpadní vody, je tak nejdůležitějším kritériem pro využití kalů v zemědělství právě zabezpečení hygienické nezávadnosti. V současnosti existuje celá řada možných způsobů zpracování kalu, které se zaměřují především na snížení obsahu vody, množství patogenních organismů a intenzity zápachu. Současně se však vyvíjejí technologie, které jsou schopné odstranit i takové

7

znečišťující látky, kterými jsou těžké kovy a jiné toxické látky, ovšem jedná se o technologie finančně velmi nákladné a na trhu velmi těžko uplatnitelné. Volba technologie zpracování kalů je a do budoucna bude stále přísněji řízena legislativou, tlakem veřejnosti a dalších zpracovatelů či zákazníků využívajících produkovaný kal. Vývoj a zdokonalování nových i současných technologií je tedy nezbytnou potřebou zajišťující minimalizaci produkce kalu prostého patogenních organismů a s vysokým podílem sušiny, který zajistí rozšíření možností využití kalů nejen při aplikaci do půdy, ale rovněž jako paliva.

8

2

TEORETICKÁ VÝCHODISKA PROBLEMATIKY KALOVÉHO HOSPODÁŘSTVÍ ČISTÍREN ODPADNÍCH VOD

2.1 Obecný popis kalového hospodářství V procesu čištění odpadních vod je hlavním odpadním produktem kal. Během procesu dochází k čištění odpadní vody, která na čistírnu odpadních vod (dále jen ČOV) přitéká, přičemž na odtoku z ČOV jsou nežádoucí složky obsažené ve vodě koncentrovány do odpadního kalu a obsah znečišťujících látek je tak výrazně snížen (LYČKOVÁ, FEČKO, KUČEROVÁ, 2008). Kalové hospodářství je složeno z jednotlivých stupňů, které tvoří posloupnost různých operací: zahuštění, stabilizace (hygienizace) a odvodnění. Konečným stupněm nakládání v kalovém hospodářství je kompostování, spalování nebo využívání kalu jako přídavku do půdy ke zlepšení jejich vlastností. Velikost a technologie kalového hospodářství je odvozena od množství vyprodukovaného kalu a tím i od velikosti ČOV (PYTL ET AL., 2004).

primární kal 1-2 %

gravitační zahuštění 3-5 %

strojní zahuštění 3-5 %

přebytečný kal 1-2 %

stabilizace 4-6 %

hygienizace

odvodnění 25-30 %

Obrázek č. 1: Základní schéma kalového hospodářství ČOV (podle VÍTĚZ, GRODA, 2008)

9

Úprava kalů je prováděna s cílem zabránit nepříznivým dopadům na životní prostředí a lidské zdraví. Koncentrace prospěšných i znečišťujících složek v kalu (a zdravotní rizika s nimi spojená) je dána počáteční kvalitou odpadní vody a úrovní požadované technologie, která zaručí dosažení kvalitativních požadavků na vyčištěnou odpadní vodu (OMELCHENKO, PIVOVAROV, SWINDALL, 2005). Hlavním úkolem každého kalového hospodářství na ČOV je zajištění stabilizace a hygienizace vyprodukovaného kalu tím způsobem, že bude dále možné zákonným a účelným způsobem kal využít nebo případně ekonomicky únosným způsobem odstranit. V současné době se stále více významně zužuje počet legitimních možností nakládání s čistírenským kalem. Z tohoto důvodu se tak stává další významnou funkcí kalového hospodářství ČOV také snižování celkového vyprodukovaného množství upraveného kalu na výstupu z kalové koncovky, protože náklady vynaložené na následné zpracování kalu jsou často značné. Mnohdy proto může být velmi obtížné určit správný způsob nakládání s konkrétním kalem. Z toho vyplývá, že vyhovující kalové hospodářství je nejdůležitějším stupněm v celém procesu čištění odpadních vod (PYTL

ET AL.,

2004; LYČKOVÁ, FEČKO, KUČEROVÁ,

2008). Kalové hospodářství moderních ČOV představuje v současné době přibližně 40 % celkových investičních nákladů a je nezanedbatelnou položkou i v provozních nákladech (VÍTĚZ, GRODA, 2008).

2.2 Nakládání s kaly z ČOV v České republice Nakládání s čistírenskými kaly z hlediska budoucího zabezpečení výstupů bude stále více vyžadovat vyspělé technologie, jež budou schopné například zajistit odstranění patogenů nebo produkovat kal s vysokou sušinou. Tyto technologie pak umožní rozšíření možností využití kalu jako paliva či aditiva do půdy. Volba technologie bude z velké části řízena legislativou a tlaky veřejnosti i zákazníků. Vysoce kvalitní produkty z kalů mají obchodní hodnotu přinášející možnost zvýšení tržby v budoucnu, což je další stimul k dosahování kvalitativně zajištěných produktů z kalu, za předpokladu, že právní předpisy a kontrola takový vývoj dovolí (DOHÁNYOS, 2004). Způsoby zpracování kalů jsou odvozeny od místních podmínek, od fyzikálních, chemických a biologických vlastností kalů a na možnosti konečného řešení problému kam s nimi. V současnosti existují tři způsoby konečného zpracování kalů:

10

použití v zemědělství nebo pro rekultivaci, energetické zhodnocení kalu (anaerobní stabilizace, spalování, pyrolýza či zplyňování, superkritická oxidace a přímá biochemická výroba elektrické energie), země EU – využití anorganických látek z kalu k výrobě hnojiva (struvit) nebo využití organických látek k výrobě jednodušších organických sloučenin (nižší mastné kyseliny, alkoholy atd.) (RACLAVSKÁ, 2007). Technologická linka na zpracování kalu musí mít uspořádání takové, aby zohledňovalo metodu konečného řešení. RACLAVSKÁ (2007) uvádí, že při výběru technologie zpracování kalů je potřeba mít na zřeteli, že minimalizace bezpečnostního rizika a akceptovatelnost veřejností jsou důležitější než cena navrhované technologie. Při zpracování kalů musí být splněny následující podmínky: vyhovovat platné domácí i mezinárodní legislativě v oblasti ochrany životního prostředí, být akceptovány veřejností, maximálně využívat energii a cenné látky z kalů za současné minimalizace nákladů a celkové potřeby energie, musí být po technické stránce spolehlivé a ekonomicky dostupné, musí být přijatelné z hlediska ochrany životního prostředí (emise, využití energie, potenciální riziko kalových reziduí atd.), musí být přijatelná infrastruktura a logistické aspekty včetně způsobu pro zavedení dané technologie (RACLAVSKÁ, 2007). V ČR bylo v roce 2011 podle výkazu ČSÚ VH8b-01 Vodovody a kanalizace 9 805 365 obyvatel napojeno na kanalizaci, tj. 93,4 % celkového počtu obyvatelstva, z toho na ČOV 8 671 560 obyvatel, tj. 82,6 %. V roce 2011 bylo v ČR celkem 2 251 čistíren odpadních vod, které byly projektovány na odpadní vody v množství 3 799 039 m3 za den. Celkem se v roce 2011 v uvedených ČOV vyčistilo 870 985 m3 odpadní vody. V porovnání s rokem 2010 došlo ke snížení množství čištěných odpadních vod, stejně tak ke snížení produkce kalu. V roce 2011 bylo vyprodukováno 163 818 Mg sušiny kalu (ČSÚ, 2011).

11

Dle Šesté hodnotící zprávy o plnění nařízení vlády č. 197/2003Sb., o Plánu odpadového hospodářství ČR, za rok 2010 produkce kalů z ČOV od roku 2003 výrazně klesala, v roce 2006 se snížila téměř o polovinu. Následně pak roku 2007 opět mírně vzrůstá asi o 5 %, další rok je však zaznamenán výrazný nárůst. Toto zvýšení lze vysvětlit změnou legislativy, která v daném roce umožnila hlásit produkci buď v sušině anebo v původním stavu. Z tohoto důvodu roku 2009 produkce kalů v porovnání s rokem 2007 klesla o 27 %, přičemž toto číslo odpovídá reálné produkci kalů v sušině. V roce 2010 byl zaznamenán mírný pokles produkce kalů o 4 % (graf č. 1).

Graf č. 1: Celková produkce kalů z čistíren odpadních vod v ČR v letech 2002-2010 (dle MŽP, 2012) Roku 2002 se v ČR využilo 56 % produkovaných kalů v zemědělství (z toho 8 % při rekultivacích, 48 % na výrobu průmyslových kompostů, téměř žádné k přímé aplikaci na půdy), 19 % bylo uloženo na skládky a u 25 % kalů nebyl způsob jejich využití blíže specifikován (LYČKOVÁ, FEČKO, KUČEROVÁ, 2009). Po zavedení vyhlášky č. 382/2001 Sb., o podmínkách použití kalu na zemědělské půdě dochází k odklonu od tohoto způsobu využití kalu. Podíl kalů z produkce čistíren odpadních vod použitých na zemědělské půdě se však od roku 2004 opět výrazně zvyšuje z 3,4 % v roce 2004 na 25,9 % v roce 2007. V roce 2008 došlo k poklesu 12

využívání kalů na zemědělské půdě na 25,9 %, v roce 2009 k poklesu na 17,9 % a v roce 2010 na 16,7 % (graf č. 2).

Graf č. 2: Podíl kalů z produkce čistíren odpadních vod použitých na zemědělské půdě v ČR v letech 2002-2010 (dle MŽP, 2012) Způsoby nakládání s vyprodukovaným množstvím čistírenských kalů v letech 2010 až 2013 zachycuje tabulka č. 1. Tabulka č. 1: Způsoby nakládání s kalem v ČR v letech 2010-2013 (dle ČSÚ, 2014)

rok 2010 2011 2012 2013

Celková produkce kalů [Mg sušiny] 170 689 163 818 168 190 154 274

Způsob nakládání s kaly přímá aplikace a rekultivace 60 639 61 750 51 912 54 713

kompostování

skládkování

spalování

jiný způsob

45 528 45 985 53 222 50 384

6 177 9 527 9 340 7 123

3 336 3 538 3 528 3 232

55 009 43 018 50 188 38 822

13

Graf č. 3: Způsoby nakládání s kalem v ČR v roce 2013 (dle ČSU, 2014)

2.3 Čistírenské kaly Kal je nevyhnutelným odpadem při čištění odpadních vod (POŠTA

ET AL.,

2005).

Čistírenské kaly lze definovat jako „veškeré suspendované látky, které nezachyceny projdou hrubým předčištěním čistírny odpadních vod (lapákem štěrku, lapákem písku, česlemi atd.), případně vzniknou během vlastního procesu čištění odpadních vod“ (VÍTĚZ, GRODA, 2008). Kal je suspenze pevných látek anorganického a organického původu a složení. Tvoří přibližně 1-2 % objemu čištěných odpadních vod, obsahuje však 50-80 % původního znečištění suspendovanými látkami (MALÝ, MALÁ, 1996). Základním ukazatelem kvality kalu je obsah sušiny, který se stanoví jako hmotnostní podíl po odpaření vody a vysušení vzorku kalu při teplotě 105 °C: primární kal (2,5 %), přebytečný kal (0,5-1 %), zahuštěný kal (4-9 %), odvodněný kal (20-30 %), sušený kal (> 90 %). Důležitou charakteristikou kalů je i hygienické hledisko. Surové kaly z ČOV mohou být infekční, což je způsobeno přítomností patogenních mikroorganismů, zejména virů (hepatitida A), bakterií (Salmonella sp., E. coli), protozoí a parazitických červů (MALÝ, MALÁ, 1996).

2.3.1 Typy čistírenských kalů Kal, který ještě nebyl stabilizován, se nazývá surový kal. Podle místa vzniku nebo separace lze rozlišit primární, sekundární a terciální kal, přičemž terciální kal lze také

14

označit jako kal chemický, který pochází z chemického srážení (HLAVÍNEK, MIČÍN, PRAX, 2003). přítok

česle

lapák písku

odtok

primární usazování

primární kal

aktivace

vratný kal

sekundární usazování

sekundární kal

Obrázek č. 2: Proces vzniku kalu (podle RACLAVSKÁ, 2007)

2.3.1.1 Primární kal Primární kal vzniká v usazovací nádrži, tj. v mechanickém stupni ČOV, který je předřazen biologickému čištění. Složení tohoto typu kalu je ovlivněno především vlastnostmi napojené stokové sítě, účinností předřazeného hrubého čištění (VÍTĚZ, GRODA, 2008). Produkce primárního kalu, počítáno na jednoho ekvivalentního obyvatele (dále jen EO) je dána výše uvedenými podmínkami a také složením kalu. Různí autoři uvádí produkci v rozmezí 35-54 g na EO za den, při účinnosti sedimentace v usazovací nádrži 70 %. V případě, že je na ČOV zařazeno také předsrážení surové odpadní vody či je technologie založena na kombinaci fyzikálně-chemického čištění a biofiltrů, je produkce primárního kalu vyšší. Stejně tak produkce roste, je-li použito primární – usazovací nádrže ke společnému zahuštění primárního a přebytečného biologického kalu. Pak se uvádí rozmezí 54-70 g na EO za den (VÍTĚZ, GRODA, 2008). Primární kal obsahuje velké množství mikroorganismů, které pocházejí ze splaškové vody. Je tedy zřejmé, že i po jeho separaci či při zpracování budou probíhat biochemické rozkladné procesy, které začaly již při transportu odpadní vody na ČOV. Lze tedy konstatovat, že základní vlastností primárního kalu je jeho vysoká reaktivita. Mezi další vlastnosti patří snadná sedimentace, anaerobní prostředí, kdy dochází k neřízenému vzniku metanu, a septické vlastnosti díky vysokému obsahu patogenů (HLAVÍNEK, MIČÍN, PRAX, 2003; VÍTĚZ, GRODA, 2008).

15

Obrázek č. 3: Schéma kruhové usazovací nádrže (podle OPEN UNIVERSITY, 2012)

2.3.1.2 Sekundární kal Sekundárním neboli přebytečným kalem se označuje přebytečná biomasa, která vzniká během biologického čištění odpadních vod a je v přímé souvislosti s množstvím odstraněného organického znečištění. Tento druh kalu se následně odstraňuje v dosazovacích nádržích, tj. při sekundární sedimentaci (HLAVÍNEK, MIČÍN, PRAX, 2003; VÍTĚZ, GRODA, 2008). Stejně tak i u sekundárního kalu je produkce závislá na technologické konfiguraci ČOV, jejím stavebním provedení a řadě biochemických a fyzikálních faktorů. Mezi základní faktory ovlivňující produkci sekundárního kalu patří přítomnost primární sedimentace, technologická koncepce biologického stupně, stáří a zatížení kalu, teplota vody, chemické srážení fosforu a účinnost dosazovací nádrže. VÍTĚZ A GRODA (2008) uvádí, že produkce sekundárního kalu je 25-39 g sušiny za den na EO, což činí poměr 1:1 až 1:2 vzhledem k primárnímu kalu. Na rozdíl od primárního kalu je kal sekundární méně reaktivní a také hůře sedimentuje. Tyto sedimentační vlastnosti lze u sekundárního kalu kontrolovat a popsat tzv. kalovým (objemovým) indexem KI. KI lze vypočítat z podílu objemu kalu v ml, po sedimentaci 30 min. v tzv. Imhofově kuželu, a koncentrace měřeného kalu v kg·m-3. KI pak slouží k řízení koncentrace kalu v aktivačních nádržích a odkalování (VÍTĚZ, GRODA, 2008).

16

2.3.1.3 Terciální kal Terciální nebo také chemický kal vzniká při srážení, většinou využívaného ke snížení obsahu fosforu ve vyčištěné vodě nebo v oddělené upravované kalové vodě. Srážecí reakce využívají různé chemické látky, proto složení chemického kalu bude různé, stejně tak jeho vyprodukované množství. Z velké části je chemický kal součástí primárního nebo přebytečného kalu, podle toho, kde je srážení aplikováno. Je-li však srážení odděleno do samostatného třetího stupně ČOV, vzniká samostatný chemický kal (VÍTĚZ, GRODA, 2008). Množství chemického kalu závisí především na způsobu aplikace srážedel a jejich chemickém složení. Přebytek srážedla vede díky vedlejším hydrolytickým reakcím ke vzniku nerozpustných hydroxidů, které tak zvyšují produkci chemického kalu. Stejně tak i složení je dáno použitými sloučeninami. Z velké části se jedná o směs ortofosforečnanů železa nebo hliníku a hydroxidů příslušných kovů. Složení je také velmi ovlivněno fyzikálně-chemickými podmínkami srážení (VÍTĚZ, GRODA, 2008).

2.3.2 Složení kalu Kal je vodná suspenze tuhých a koloidních částic organických a anorganických látek, která obsahuje netoxické organické látky (cukry, tuky, bílkoviny, vosky, huminové kyseliny), sloučeniny fosforu a dusíku, dále obsahuje i toxické látky (těžké kovy – Zn, Pb, Cu, Cr, Ni, Cd, Hg, As, PCB, PAU, PCDD/F, EOX, uhlovodíky C10-C40, pesticidy, alkylsulfofenoly, polyfenoly), mikroorganismy z čistírenského procesu a jiné, včetně patogenních, minerály (křemen, živce, uhličitany, vivianit Fe3(PO4)2·8(H2O), oxidy železa) a vodu (RACLAVSKÁ, 2007). Složení primárního kalu velmi závisí na použité technologii čištění odpadních vod a účinnosti jednotlivých aparátů. U sekundárního kalu nelze takovou závislost pozorovat. Obsah organických látek, který se stanovuje jako ztráta žíháním, se pohybuje u primárního kalu v rozmezí 70-75 %, zatímco u sekundárního je to pouze 60-70 %. Následující tabulka uvádí obecné složení primárního a sekundárního kalu dle zastoupení jednotlivých typů organických látek, u sekundárního kalu je obsah vztažen na organickou složku biomasy (VÍTĚZ, GRODA, 2008).

17

Tabulka č. 2: Složení primárního a sekundárního kalu (VÍTĚZ, GRODA, 2008) Primární kal 70,0-75,0 5,7-44,0 19,0-28,0 12,8-25,4 max. 4,0 2,0-4,5 0,5-2,1 2,1-3,5 1,3-2,5 25,0-30,0

Parametr (obsah v % hm.) Organické látky Tuky (extrahované látky - EL) Bílkoviny Celulosa, hemicelulosy, lignin Huminové kyseliny Ncelk. Pcelk. Fe Al C H Anorganická složka

Sekundární kal 60,0-70,0 7,0-11,0 1,1-2,6 47,0-52,0 7,0-8,0 30,0-40,0

2.3.2.1 Biologické vlastnosti kalu V kalech se také nachází různé množství různých mikroorganismů. Potenciálně patogenní pro člověka mohou být čtyři skupiny – bakterie, viry, prvoci a helminti. Ty jsou přítomny v mnoha druzích a přinášejí nejen nebezpečí pro zvířata a lidi, ale i také pro ostatní složky životního prostředí. Počty patogenů, které se zahrnují mezi mikroorganismy sledované z hlediska zdravotního a hygienického, se zvyšují nejen s tím, jak se rozšiřuje poznání a zdokonalují metody stanovení, ale i s výskytem vysoce patogenních organismů jako je E. coli 157. Z kalů byly izolovány i organismy patogenní pro rostliny. Přehled výskytu nejběžnějších organismů v čistírenských je uveden v tabulkách č. 3 a 4 (MATĚJŮ, ŠOUNOVÁ, BALÍK, 2004). Tabulka č. 3: Výskyt mikroorganismů v kalech (STRAUB, PEPPER, GERBA, 1993) Druh viry bakterie

protozoa helminti

Primární kal 102-104 105 108-109 107-108 106-107 102-103 106 106 102-103 102-103 102 10-102

Organismus enterické viry bakteriofágy celkové koliformní termotolerantní koliformní Enteroccoci Salmonella spp. Clostridum spp. Mycobacterium tuberculosis Giardia spp. Ascaris spp. Trichuris vulpis Toxocara spp.

18

Sekundární kal 3·102 7·108 8·108 2·102 2 10 -103 103 < 102 3·102

Tabulka č. 4: Patogenní organismy v čistírenských kalech (MATĚJŮ, ŠOUNOVÁ, BALÍK, 2004) Viry Enteric virus Poliovirus Coxsachivirus Echovirus Respiratory virus - influenza Adenovirus Astrovirus Calicivirus Coronavirus Enterovirus Parovirus Reovirus Rotavirus Norwalk virus Hepatitis A virus Hepatitis E virus Prvoci Acanthomoeba Dientamoeba fragillis Entamoeba hystolitica Giardia lamblia Giardia instestinalis Isospora belli Naeglaria fomleri Palantidium coli Toxoplasma gondii

Plísně Aspergillus fumigatus Candida albicans Candida guilermondii Candida krusei Candida tropicalis Cryptococcus neoformans Epidermophyton spp. Geotrichum candidum Microsporum spp. Phiolophora richardsii Trichosporon cutaneum Trichophyton spp.

Helminti Ankylostoma duodenale Ascaris lumbricoides Echinococcus granulosus Echinococcus multilocularis Enterobium vermicularis Hymenolepsis nana Necator americanus Strongyloides stercoralis Taenia saginate Taenia solium Toxocara cati Toxocara canis Trichuris trichura Sarcocystis spp.

Bakterie Arizona hinshawaii Aeromonas spp Bacillus cereus Bacillus anthracis Brucella spp. Campylobacter jejuni Citrobacter spp. Clostridium botulinum Clostridium perfringens Enterobacteriaceae Escherichia coli Klebsiella spp. Leptospira icterohaemorrhagiae Listeria monocytogenes Mycobacterium tuberculosis Pasteurella pseudotuberculosis Proteus spp. Providencia spp. Pseudomonas aeruginosa Salmonella spp. Serratia spp. Shigella spp. Staphylococcus aureus Enterococcus spp. Vibrio parahaemoliticus Vibrio cholerae Yersinia enterocolitica

2.3.2.2 Fyzikální vlastnosti kalu Kal kromě mikroorganismů obsahuje látky rozpuštěné, koloidní i suspendované, kterých je nejvíce. Většinou ještě více než suspendovaných látek je v kalu vody. Voda může být v kalu vázána několika způsoby. Hlavně se jedná o vodu volnou mezi jednotlivými částicemi kalu, kterou lze odstranit sedimentací. Voda vázaná je spojena s koloidními částicemi pomocí povrchových sil, proto k jejímu odstranění je nutno zrušit elektrický náboj těchto částic. V kalu se také vyskytuje voda kapilárně vázaná, ta je zadržována v kalu kapilárními silami, které vznikají slučováním malých částic kalu

19

do větších celků. K odstranění této vody je potřeba větší síly, než je síla kapilární. Ještě hůře se odstraňuje voda vázaná v buněčné hmotě, kdy se musí rozrušit tato buněčná hmota nebo za pomoci termických procesů (RACLAVSKÁ, 2007). Vodu v kalu lze tedy rozdělit na: vodu volnou – je zadržována pouze gravitační silou, lze ji snadno odstranit např. gravitační sedimentací, volnou kapilární vodu – je zadržována v kalu adhezními a kohezními silami, lze ji odstranit pomocí mechanického odvodňování bez použití chemických činidel (centrifugy), fyzikálně vázanou vodu – vyskytuje se mezi kalovými částicemi, vázanou vodu – o biologicky – je součástí buněk živých organismů žijících v kalu, vázána molekulovými silami, o chemicky – je součástí krystalové mřížky molekul nebo minerálních fází vyskytujících se v kalech, o fyzikálně – koloidy, vázána povrchovými silami, které se vyskytují na hranicích mezi jednotlivými fázemi (MALÝ, MALÁ, 2009). Tabulka č. 5: Základní fyzikální parametry kalu (RACLAVSKÁ, 2007) Parametr Obsah sušiny Obsah organické sušiny Kalový index Kondicionace Velikost částic CST (Capillary Suction Time) Distribuce vody Hustota Filtrační odpor Reologické vlastnosti Výhřevnost

Vysvětlení základní parametr – koncentrace sušiny základní parametr – koncentrace org. látek měřítko sedimentovatelnosti spotřeba činidel popis částic odvodňovací testy vliv na odvodňování vliv na odvodňování v centrifugách vliv na odvodňování vliv na čerpání vliv na spalování

Důležitou složkou kalu je celková koncentrace sušiny, která je u primárního kalu dána především způsobem provozování primární – usazovací nádrže, jejím konstrukčním řešením a způsobem odtahování, zatímco u sekundárního je to pak typem dosazovací nádrže, skutečným látkovým zatížením povrchu dosazovací nádrže sedimentačními

20

vlastnostmi (kalovým indexem aktivovaného kalu), stavem biologické linky atd. (VÍTĚZ, GRODA, 2008). Obsah sušiny kalu se stanovuje odpařením vody při 105 °C jako hmotnostní podíl (RACLAVSKÁ, 2007).

2.3.3 Energie v kalu Jak již bylo uvedeno, kal je suspenzí pevných částic a velkého množství vody. Velká část vody se váže různými vazbami na částečky organických látek v suspenzi kalu, což představuje značný vliv na účinnost a ekonomiku odvodňování. Kal ze sedimentačních nádrží má obvykle sušinu 1-5 %. Výhřevnost takového kalu je 0,16-0,8 MJ/kg kalové směsi. Uvedená koncentrace je obvykle dostačující pro anaerobní stabilizaci a mokré spalování. Mechanickým odvodněním lze zvýšit obsah sušiny u surového kalu na 15-30 %, v případě anaerobně stabilizovaného kalu se může sušina zvýšit až na 40 %. Výhřevnost takového kalu je pak 2,4-6,0 MJ/kg. Takovýto kal slouží jako surovina pro termické procesy jako sušení, různé způsoby spalování a pyrolýzu (LEE, TAY, 2004). Pro výrobu elektrické energie ze spalování kalu je třeba produkce energie v rozmezí 0,7-5,6 MJ/kg sušiny. Produkce elektrické energie z kalu o sušině 40 % je 2,17 MJ/kg sušiny, což činí 12 % maximálního energetického obsahu kalu (16-20 MJ/kg sušiny). Je-li sušina přibližně 30 %, lze dosáhnout produkce elektrické energie asi 1 MJ/kg sušiny, pokud je však obsah sušiny menší než 20 %, pak získaná energie již nestačí na výrobu elektrické energie (MININNI, LOTITO, PASSINO, SPINOSA, 1998). DOHÁNYOS (2003) uvádí, že největšího využití energie z kalu lze dosáhnout při mokré oxidaci kalu v nadkritické oblasti vody (kritická teplota vody je 374 °C, kritický tlak 22 MPa). SVANSTRÖM, MODELL, TESTER (2004) provedli pokusy na poloprovozním zařízení, při kterých se pomocí mokré oxidace v nadkritické oblasti vody, za teploty 500-600 °C a tlaku 25 MPa spaloval kal o obsahu sušiny 10 %. V těchto podmínkách probíhá úplná konverze všech přítomných organických a většiny anorganických látek. Pro správný průběh procesu je dostačující energie 0,5 MJ/kg kalu, což představuje 5 MJ/kg sušiny. Dle jejich výsledků je tato potřebná energie přibližně 30 % z celkového energetického obsahu kalu, zbylých 70 % energie lze využít. Efektivním termickým procesem s vysokou účinností využití energie z kalu je pyrolýzní proces označovaný jako ENERSLUDGE, jehož čistý výtěžek energie činí 7,7 MJ/kg

21

sušiny, což představuje 39-48 % celkové energie surového kalu (BRIDLE, SKRYPSKIMANTELE, 2004). Anaerobními procesy je možné získat 1 Nm3 bioplynu z 1 kg odstraněných organických látek, přičemž výhřevnost 1 kg organických látek je 22-25 MJ. Lze tedy prostřednictvím anaerobní stabilizace kalu, který má obsah sušiny 5 % a obsah organických látek 70 %, při účinnosti rozkladu 50 %, získat využitelnou energii ve formě bioplynu v hodnotě 8 MJ/kg sušiny kalu, což činí 32-36 % celkové energie kalu (DOHÁNYOS, 2003). Z hlediska účinnosti získání využitelné energie z kalu vyplývá následující pořadí technologií pro zpracování kalu: 1. mokrá oxidace v nadkritické oblasti vody, 2. pyrolýza, 3. anaerobní stabilizace, 4. přímé spalování (DOHÁNYOS, 2003).

2.4 Zpracování kalu Zpracování kalu lze definovat jako sled technologických operací, které zajišťují v souladu s platnou legislativou takové vlastnosti výsledného kalu, aby ho bylo možné dále využít jako surovinu, např. jako součást hnojiv, či ekonomicky únosným způsobem odstranit. Dalším cílem zpracování kalu je také snížení jeho celkové produkce (VÍTĚZ, GRODA, 2008). Obecně lze říci, že zpracování kalu je zaměřeno na snižování obsahu vody, patogenů a zápachu (POŠTA

ET AL.,

2005). DOHÁNYOS (2004) uvádí, že při výběru technologie

zpracování kalů je potřeba mít na zřeteli, že minimalizace bezpečnostního rizika a akceptovatelnost veřejností jsou důležitější než cena navrhované technologie. Tabulka č. 6: Přehled základních technologií zpracování kalů (RACLAVSKÁ, 2007) Úprava kalů Kondicionace Separace fází

Konverze

Podmínky chemická termická zahušťování mechanické odvodňování sušení biologická termická

Příklady přídavek Fe solí či vápna hydrolýza zahušťování pásová či tlaková filtrace, centrifugy sušárna bubnová, disková, fluidní a solární anaerobní a aerobní stabilizace, kompostování pyrolýza/zplyňování, spalování, vitrifikace

22

Obrázek č. 4: Obecné schéma zpracování čistírenského kalu (DOHÁNYOS, 2003) Již bylo uvedeno, že kal je řídkou suspenzí ve vodě, proto lze snižování množství vody považovat za jednu z nejdůležitějších technologických operací. Snižováním vody se rozumí zahušťování a odvodňování kalu, a to pro všechny způsoby konečného výstupu. Pro zemědělské využití a rekultivaci je prioritním požadavkem hygienická nezávadnost a stabilizace kalu. Při termickém zpracování lze zpracovávat surový odvodněný kal nebo kal po anaerobní stabilizaci, prioritou je získání cenných látek z kalu a maximální využití energie z kalu. Skládkování vyžaduje kromě snížení obsahu vody také maximální snížení obsahu organické sušiny kalu (DOHÁNYOS, 2004).

23

Obrázek č. 5: Přehled metod úpravy a zpracování kalů (VŠCHT, 2007)

2.4.1 Zahušťování kalu Zahušťování kalu je prvním krokem při zpracování kalu v kalovém hospodářství ČOV (HLAVÍNEK, MIČÍN, PRAX, 2003). Při zahušťování kalu dochází ke snížení obsahu vody v kalu před jeho dalším zpracováním. Tento proces má zásadní technologický i ekonomický význam a v současné době je nezbytným krokem i na malých ČOV. Optimální stupeň zahuštění je v případě, kdy konečná koncentrace sušiny se pohybuje

24

v rozmezí 4,5-6,0 % (w/w). Vyšší koncentraci sušiny lze sice dosáhnout, ale potom mohou nastat problémy s čerpáním kalu (VÍTĚZ, GRODA, 2008). K zahušťování kalu se používá mnoho různých metod, které jsou založené buď na prosté sedimentaci či na využité strojního zařízení. Mezi nejběžnější způsoby zahuštění patří prostá sedimentace spojená s uskladněním kalu, která se využívá ke zpracování přebytečného kalu především na malých ČOV, kde bývá konečným řešením kalové koncovky či jako mezistupeň po anaerobní stabilizaci kalu před jeho odvodněním. Tato metoda je založena na občasném odvádění kalové vody a probíhá v jedné či dvou uskladňovacích nádržích, které jsou dimenzovány na střední hydraulickou dobu zdržení nejméně 150 dní. Jelikož je tento způsob extenzivní, ztrácí v poslední době na významu (VÍTĚZ, GRODA, 2008). Další metodou je řízené gravitační zahušťování kalu, které je nejčastěji využívané k oddělenému zahušťování primárního kalu v míchaných gravitačních zahušťovačích nebo v zahušťovačích s usměrňovaným proudem – hydrocyklónech. Gravitační zahušťovací nádrže jsou zařazené před anaerobní stabilizací kalu a slouží zároveň jako zásobník surového kalu pro anaerobní fermentaci (SLAVÍČKOVÁ, SLAVÍČEK, 2013). Jiným způsobem je odstřeďování, které je využíváno především u velkých ČOV. Zde je stupeň zahuštění závislý na vlastnostech zahušťovaného kalu, u přebytečného kalu na jeho indexu. Účinnost tohoto způsobu lze zvýšit použitím tzv. flokulantů (VÍTĚZ, GRODA, 2008). Moderní a výkonnou metodou zahušťování kalu je tlaková flotace, kdy dochází k oddělování suspendovaných částic z vody za působení plynu (většinou vzduchu) (HLAVÍNEK, MIČÍN, PRAX, 2003). Tato metoda je vhodná pro zahušťování přebytečného, smíšeného i chemického kalu. Účinnost není závislá na vlastnostech zahušťovaného kalu a lze ji zvýšit způsobem řízení procesu a dávkováním flokulantu. Pro optimální provoz je zde však velmi důležité správné dimenzování flotační jednotky (VÍTĚZ, GRODA, 2008). Ekonomicky nejvýhodnější a výkonnou technologií jsou sítové zahušťovače, kdy k zahuštění kalu dochází za pomoci organického flokulantu filtrací flokulovaného kalu na sítech různého provedení. Nejčastěji se používají stolové pásové zahušťovače s rotačním šikmým, bubnovým nebo šnekovým sítem (VÍTĚZ, GRODA, 2008). VÍTĚZ A GRODA (2008) uvádí přehled dosažitelných koncentrací zahuštění dle použité metody a druhu zahušťovaného kalu.

25

Tabulka č. 7: Přehled dosažitelných koncentrací zahuštění dle použité metody a druhu zahušťovaného kalu (VÍTĚZ, GRODA, 2008) Metoda zahuštění Prostá sedimentace a uskladnění Řízené gravitační zahuštění Řízené gravitační zahuštění Odstřeďování Odstřeďování s flokulantem Tlaková flotace Tlaková flotace s flokulantem Sítové zahušťovače s flokulantem

Druh kalu přebytečný a stabilizovaný kal primární kal sekundární – přebytečný kal sekundární – přebytečný kal sekundární – přebytečný kal sekundární – přebytečný kal sekundární – přebytečný kal sekundární – přebytečný kal

Dosažitelná sušina 3,5-6,5 % 4,0-8,0 % 2,5-3,8 % 3,0-6,0 % 4,0-6,5 % 3,5-7,0 % 4,5-10,0 % 4,0-18,0 %

2.4.2 Stabilizace kalu Stabilizace kalu je proces, při kterém dochází k úpravě konečných vlastností kalu tak, aby dále nepodléhal spontánnímu samovolnému rozkladu a nedocházelo k uvolňování nežádoucího zápachu do okolí. Jedná se o biochemický postup, kterým se snižuje obsah zbytku snadno rozložitelných organických látek a tím i celkové koncentrace organické složky v kalu. Stabilizací kalu se současně snižuje obsah patogenních mikroorganismů. Metoda stabilizace tak může být zároveň použita jako metoda hygienizace kalu (VÍTĚZ, GRODA, 2008; SLAVÍČKOVÁ, SLAVÍČEK, 2013). Neoddělitelnou částí moderních technologických linek kalového hospodářství ČOV je předúprava samotného kalu před jeho stabilizací. Smyslem této operace je zvýšení stupně rozkladu kalu, zvýšení produkce kalového plynu, zvýšení stupně stabilizace kalu a snížení produkce stabilizovaného kalu. Nejčastějším způsobem předúpravy kalu je mechanická destrukce kalu, kam lze zařadit mletí kalu, desintegraci ultrazvukem či použití lyzačních zahušťovacích odstředivek. Zde jsou však poměrně vysoké investiční a provozní náklady, proto je obecně doporučován pouze pro velké ČOV. Další metodou je termická předúprava, kdy je kal nejprve zahuštěn, poté zahříván po dobu 1-30 minut při 100-200 °C, v kombinaci s působením zvýšeného tlaku 0,5-1,6 MPa, následně je zpracováván některou z běžných technologií anaerobní stabilizace. Kal lze také upravit pomocí chemické hydrolýzy minerálními kyselinami či zásadami a biologické hydrolýzy pomocí specifických mikroorganismů (HLAVÍNEK, MIČÍN, PRAX, 2003; VÍTĚZ, GRODA, 2008).

26

Tabulka č. 8: Přehled metod pro měření stupně stabilizovanosti kalů (DOHÁNYOS ET AL, 2001) Základní kritéria Intenzita zápachu

Metoda měření - měření intenzity zápachu zřeďovací čichovou metodou - plynová chromatografie Ztráta žíháním - podíl organických látek v celkové sušině kalu vyjádřený v% - podíl rozložených organických látek vyjádřený jako % celkového obsahu organických látek Zbytkové snadno - BSK5 filtrátu (kapalné fáze) rozložitelné organické látky - rychlost přírůstku CHSK kapalné fáze během sledování - rychlost spotřeby kyslíku - rychlost produkce plynu (metanu) v průběhu anaerobní kultivace Chemické složení - koncentrace mastných kyselin v kapalné fázi - pH a jeho změny v průběhu skladování - měření tvorby H2S během skladování - koncentrace dusičnanů Biologická aktivita - koncentrace ATP - dehydrogenázová aktivita - koncentrace koenzymu F420 - rychlost produkce bioplynu Mikrobiologická analýza - stanovení obsahu patogenních mikroorganismů - stanovení jednotlivých skupin mikroorganismů Přítomnost hnilobných látek - atraktivnost pro mouchu domácí 2.4.2.1 Aerobní stabilizace Aerobní stabilizace je proces, který probíhá za aerobních podmínek prostřednictvím mikroorganismů, které rozkládají biologicky rozložitelné organické látky v surových kalech za vzniku CO2 a H2O. Tento proces se využívá při provozování nízkozatěžované aktivace se stářím kalu více jak 25 dní, provádí se v samostatných uskladňovacích nádržích, tj. oddělená aerobní stabilizace (SLAVÍČKOVÁ, SLAVÍČEK, 2013). Aerobní stabilizace je jednoduchou metodou, u které je ale nutné počítat s ekonomickými náklady na aeraci. V oddělených aerovaných nádrží s koncentrací kyslíku 0,5-1,5 mg/l, musí být kal nejméně 35 dní. Pro dodržení těchto podmínek obvykle stačí přerušovaná středobublinná aerace s výkonem dmychadel navrženým tak, aby se nádrž zároveň promíchala. Pak není třeba mechanického míchání (VÍTĚZ, GRODA, 2008). Výhodou aerobní stabilizace je srovnatelný stupeň rozkladu organické hmoty jako u anaerobní

stabilizace,

nízké

koncentrace

BSK5

v kalové

vodě,

přeměna

amoniakálního dusíku na dusičnany, jednoduchý provoz a nízké provozní náklady. 27

Nevýhodou je vysoká spotřeba elektrické energie a horší energetická bilance, stabilizovaný kal má horší odvodňovací schopnosti (SLAVÍČKOVÁ, SLAVÍČEK, 2013). Kritériem aerobní stabilizace kalu může být obsah organické hmoty (hodnocené obvykle ztrátou žíháním), neboť v průběhu stabilizace dochází k jejímu rozkladu. Úbytek organické hmoty závisí na vstupní kvalitě kalu a jeho hodnota se po 20-30denní aeraci pohybuje v rozmezí 30-55 % (LAWTON, NORMAN, 1964). Samotný obsah organické hmoty v sušině poskytuje však pouze přibližnou informaci o stabilizaci kalu. Mnohem větší výpovědní hodnotu má stupeň rozkladu biologicky rozložitelné organické hmoty, k jejímuž stanovení je nutná znalost obsahu organické hmoty v nestabilizovaném kalu a v kalu po úplné stabilizaci. Jinou možností hodnocení stabilizace kalu je měření jeho respirační rychlosti. Specifická respirační rychlost hodnocená spotřebou molekulárního kyslíku bývá u surového kalu 15-20 mg O2/g·h (vztaženo k organické hmotě). V průběhu l až 3 dnů aerace se snižuje na hodnoty kolem 8 mg/g·h. Další pokles je zvolný a při době aerace 15 dnů klesá pod 4 mg/g·h (LAWTON, NORMAN, 1964).

2.4.2.2 Anaerobní stabilizace Anaerobní stabilizace, která také bývá označována jako metanizace nebo anaerobní fermentace, je převažujícím způsobem stabilizace kalu středně velkých a velkých ČOV. Proces probíhá v anaerobních podmínkách prostřednictvím mikroorganismů, které rozkládají biologicky rozložitelné organické látky, jež jsou přítomny v surovém kalu. Dochází k uvolňování bioplynu a kalová voda je odtahována. Proces je uskutečňován v anaerobních fermentorech při teplotě 27-45 °C (mezofilní fermentace) nebo 45-60 °C (termofilní fermentace). Pokud nejsou nádrže vyhřívané, jedná se o psychrofilní fermentaci (SLAVÍČKOVÁ, SLAVÍČEK, 2013). V současné době se používá dvojí způsob anaerobního zpracování kalů – normální a vysokozatížený. U vysokozatížené fermentace jde o dosažení maximální rychlosti procesu za daných podmínek, což je obvykle zajištěno dokonalým kontinuálním mícháním, čímž se využije celého objemu nádrže (tabulka č. 9). Zde je však třeba k oddělení kalu od kalové vody zařadit druhý stupeň (MALÝ, HLAVÍNEK, 1996).

28

Tabulka č. 9: Technologické parametry normální a vysokozatížené fermentace (MALÝ, HLAVÍNEK, 1996) Parametr Teplota [°C] Doba fermentace [den] Denní objemové zatížení fermentoru organickými látkami [kg/m3] Míchání Počet stupňů

Fermentace normální (nízkozatížená) 30-35 20-30

Fermentace vysokozatížená 30-35 10-15

0,5-1,5

2-5

diskontinuální 1 nebo 2

kontinuální 2

Od čištění odpadních vod anaerobním způsobem se anaerobní stabilizace kalu liší jen tím, že kal obsahuje zpravidla daleko více suspendovaných látek. Mikrobiální rozklad organických látek v tuhé fázi začíná depolymerací organických makromolekul na jednodušší organické sloučeniny působením extracelulárních enzymů. Proces pokračuje přes mezistupeň rozkladu, jímž jsou těkavé mastné kyseliny a vodík až na výsledné produkty CH4 a CO2. Mezistupněm rozkladu organické hmoty je tvorba mastných kyselin těkajících vodní parou (těkavých mastných kyselin – TMK). Uvedený proces, podmíněný metabolizmem chemoorganotrofních bakterií, je vzhledem ke krátké generační době těchto bakterií poměrně rychlý a v procesu metanizace není určující pro tvorbu bioplynu. Hraje však významnou roli v systémech biologického čištění odpadní vody se zvýšeným odstraněním fosforu. Rychlost produkce TMK v čistírenském kalu závisí vedle bakteriálního osídlení kalu na jeho složení, teplotě, příp. dalších faktorech. V počáteční časové etapě rozkladu organické hmoty surového čistírenského kalu neočkovaného vyhnilým kalem dochází k rychlému nárůstu koncentrace TMK, při čemž je produkce bioplynu minimální. Bakteriální mikroflóra uvedený děj podmiňující bývá přítomna v dostatečném zastoupení, resp. dochází k jejímu rychlému rozmnožení. Nárůst koncentrace TMK pokračuje jen do doby, kdy dojde k rozmnožení methanogenních archaea, rozkládajících TMK, což se projeví nárůstem produkce bioplynu (HENZE, HARREMOËS, COUR JENSEN, ARVIN, 2002; MALÝ, MALÁ, 2009). Obecně lze průběh anaerobního rozkladu organického složky biomasy rozdělit do čtyř kroků, jejichž výsledek lze v provozních podmínkách reaktoru indikovat: první fáze – hydrolýza rozpuštěných i nerozpuštěných makromolekulárních látek (polysacharidy, lipidy, proteiny) pomocí enzymů produkovaných anaerobní biomasou na nízkomolekulární látky, rozpustné ve vodě, schopné transportu do buněk fermentačních baktérií,

29

druhá fáze – acidogeneze, kdy jsou produkty hydrolýzy rozkládány na jednoduché organické sloučeniny (nižší mastné kyseliny, alkoholy, aminy, CO2 a H2), třetí fáze – acetogeneze, kdy dochází k oxidaci vyšších produktů acidogeneze až na kyselinu octovou, CO2 a H2, zde již částečně dochází ke vzniku metanu, čtvrtá fáze – metanogeneze, kdy jsou nejnižší organické sloučeniny rozkládány metanogenními mikroorganismy na metan a CO2 (RACLAVSKÁ, 2007; VÍTĚZ, GRODA, 2008).

biopolymery hydrolýza monomery acidogeneze kyselina propionová kyselina máselná alkoholy kyselina mléčná acetogeneze kyselina octová

H2 metanogeneze

+ CO2 metan

Obrázek č. 6: Schéma anaerobního rozkladu organických látek (podle SLAVÍČKOVÁ, SLAVÍČEK, 2013) Mikroorganismy, které se účastní anaerobní stabilizace lze podle jejich funkčního zařazení rozdělit do tří základních funkčních skupin: mikroorganismy

hydrolyzační

a

fermentační

–

způsobují

hydrolýzu

a acidogenezi, přičemž za určitých okolností mohu vznikat také další kyseliny (propionová, máselná) a alkoholy, tzv. obligátní acetogenní bakterie – zajišťují fermentaci kyselin (propionovou, máselnou) na kyselinu octovou a H2, přičemž tyto reakce probíhají pouze za 30

předpokladu velmi nízké koncentrace vodíku, tj. vodík musí být ze systému kontinuálně odváděn, což činí mikroorganismy třetí skupiny, metanogenní archaea – zajišťují produkci metanu – hydrogenotrofní metanogeny a z kyseliny octové – acetotrofní metanogeny (metanogeneze). Jak z výše uvedeného vyplývá, jedná se o soubor řady procesů probíhajících simultánně, přičemž produkty jedněch procesů jsou substráty druhých. Vzhledem k tomu, že mikroorganismy jednotlivých skupin mají různé rychlosti růstu a rychlosti metabolismu, je nutné, aby celý soubor procesů byl v dynamické rovnováze. Každá změna jednoho průběhu jednoho procesu vyvolává změnu celého systému. V rovnovážném

stavu

jsou

produkty prvních

dvou

skupin

mikroorganismů,

hydrolyzujících a fermentujících organické substráty na kyselinu octovou, H2 a CO2, simultánně využívány třetí skupinou k produkci metanu a oxidu uhličitého. První skupina mikroorganismů může v systému přežívat i bez aktivní činnosti nebo bez přítomnosti metanogenních archaea. Za této situace však vzniká zvýšené množství redukovaných produktů – mastných kyselin (DOHÁNYOS, 2008). Výhody anaerobního procesu proti aerobnímu jsou: nízká spotřeba energie – není potřeba na aeraci a dochází k produkci bioplynu, nižší produkce biomasy – asi 10krát méně, není nutná stabilizace kalu, nižší požadavky na živiny – ve stejném poměru jako produkce biomasy, udržení vysoké koncentrace biomasy v reaktoru – není zde limitujícím faktorem rychlost přestupu kyslíku. Nevýhody anaerobního procesu proti aerobnímu jsou: nižší reakční rychlost – s tím spojená potřeba reaktoru o větším objemu, vyšší zbytková koncentrace organických látek v odtoku – nutné dočištění odpadní vody v aerobním stupni, citlivost metanogenních archaea vůči vnějším podmínkám – vliv teploty na reakční rychlost, dlouhá doba zapracování procesu – díky nižší růstové rychlosti aerobů, vyšší investiční náklady (POŠTA ET AL., 2005; SLAVÍČKOVÁ, SLAVÍČEK, 2013).

31

Anaerobní stabilizace kalů a následné využívání bioplynu v kogeneračních jednotkách je nejen ekonomickým přínosem pro ČOV, ale má také značný ekologický přínos ke snižování „skleníkového efektu“. Je-li správným způsobem řízen provoz kalového hospodářství i celé ČOV, může takto získaná energie z bioplynu plně pokrýt veškerou spotřebu tepla a elektrické energie celé ČOV (DOHÁNYOS, 2004).

2.4.2.3 Spalování Spalování kalů je prováděno mnoha různými způsoby, které sebou nesou také řadu problémů. Spalovat lze surové kaly nebo kaly po anaerobní stabilizaci samostatně či spalovat spolu s energeticky bohatším palivem, čímž je obvykle uhlí. Spalovat kaly lze také v cementárenské peci, kde je kal používán jako přídavek k palivu, jedná se tak o bezodpadovou metodu likvidace kalů. Existuje i tzv. „mokré spalování“, které nemá nepříznivé vlivy na životní prostředí (DOHÁNYOS, 2004). Nevýhodami tohoto způsobu zpracování kalu jsou emise a náklady na jejich zachycování, robustnost a složitost zařízení. V řadě zemí také panuje odpor veřejnosti proti spalovnám. V současné době není zcela jasné, který postup je výhodnější, zda přímé spalování surového kalu nebo kalu po anaerobní stabilizaci ve srovnání se samotnou anaerobní stabilizací kalů. Zde je nutné uvažovat tři hlediska: ekologické, energetické (možnosti využití energie) a ekonomické. Lze kal využít v zemědělství, má jednoznačně prioritu anaerobní stabilizace, nejlépe termofilní. Není-li to možné nebo nejsou k dispozici vhodné pozemky, přichází v úvahu některý ze způsobů termického zpracování (DOHÁNYOS, 2004).

2.4.3 Hygienizace kalu Z ekologického i ekonomického hlediska je nejvýhodnější zemědělské využití kalů. Aplikace čistírenských kalů do půdy je však limitována přítomností látek, které mohou mít negativní vliv na růst rostlin nebo jejich bezpečné využití. Jedná se především o možnou přítomnost toxických látek a o přítomnost patogenních mikroorganismů. Obsah těžkých kovů a toxických chemikálií v odpadních vodách lze obvykle eliminovat již v místě vzniku, vstup patogenních mikroorganismů však nelze oddělit, při čištění odpadních vod se koncentrují v kalech a způsobují jejich hygienickou závadnost (ZÁBRANSKÁ, 2004).

32

Přirozeným zakončením koloběhu živin je využití čistírenských kalů v zemědělství, jako součást hnojiv nebo přímou aplikací do zemědělské půdy. Chceme-li kal takto využít, je nezbytnou technologickou operací hygienizace čistírenských kalů. Hygienizací kalu se tedy rozumí odstraňování či snižování množství patogenních mikroorganismů na přijatelnou hodnotu dle zamýšleného použití. Neobsahuje-li kal příliš velké množství těžkých kovů, jsou pak pouze hygienická kritéria limitujícím faktorem jeho využitelnosti v zemědělství (VÍTĚZ, GRODA, 2008). Kaly z ČOV jsou suspenzí pevných látek a agregovaných koloidních látek, které z části pocházejí z čištěné odpadních vody a z části z procesu čistění. Z hlediska mikrobiologie jsou v surovém a částečně i stabilizovaném kalu přítomny bakterie (psychrofilní, mezofilní a termofilní), viry (enteroviry), nižší houby a jejich spory a toxiny, kvasinky, červi, roztoči a jejich vajíčka. V současnosti se jako potenciální patogeny sledují především termotolerantní koliformní bakterie, enterokoky, Salmonella sp., vajíčka helmintů a enteroviry, přičemž v praxi ve většině států EU se sledují zejména první tři skupiny (VÍTĚZ, GRODA, 2008). Přirozená hygienizace probíhá za vhodných podmínek při různých procesech na ČOV využívajících vysoké pH či teploty, přestože tyto procesy nejsou zaměřeny přímo na hygienizaci. Jedná se o anaerobní i aerobní stabilizaci, aerobní termofilní stabilizaci, chemickou stabilizaci, odvodňování na kalových polích, termické sušení, kompostování a spalování (HLAVÍNEK, MIČÍN, PRAX, 2003). Metody, které jsou zaměřené pouze na zneškodňování patogenů lze rozdělit na fyzikální, chemické a biotechnologické. Základem biotechnologických metod je souběžný proces stabilizace a hygienizace kalů. Chemické metody jsou založeny na účincích silných oxidačních činidel, např. vápno, chlor, ozon, formaldehyd. Fyzikální metody hygienizace využívají: teplotu – pasterace za vysoké teploty, kdy je kal zahříván po krátkou dobu (70 °C; 30 minut), radiaci – ozařování kalu gama či beta paprsky, účinnost je zvyšována teplotou, ultrazvuk, mechanickou destrukci buněk mikroorganismů (HLAVÍNEK, MIČÍN, PRAX, 2003; ZÁBRANSKÁ, 2004).

33

Hygienizace kalů může probíhat přímo v technologické lince úpravy a zpracování kalu současně se stabilizací, např. anaerobní mezofilní nebo termofilní, přičemž stupeň hygienizace je závislý na podmínkách stabilizace (teplota, doba zdržení, hydraulické uspořádání reaktoru). Může probíhat také před stabilizací kalu během předúpravy, např. úplná desintegrace vstupujícího kalu fyzikálními, termickými nebo chemickými procesy. Během těchto procesů dochází ke zničení buněk většiny mikroorganismů a zmenšení velikosti částic kalu. Desintegrací se také zvyšuje biologická rozložitelnost složek kalu, což se projevuje snížením výsledného množství kalu a zvýšením produkce bioplynu. Hygienizace může probíhat i po stabilizaci, v tomto případě se jedná o následnou nebo dodatečnou úpravu, kdy se kal podrobuje pasteraci či sušení atd. (ZÁBRANSKÁ, 2004; POŠTA ET AL., 2005)

Obrázek č. 7: Technologické schéma hygienizace kalu oxidem vápenatým (LYČKOVÁ, FEČKO, KUČEROVÁ, 2008) Volba metody hygienizace kalů závisí na technologii stabilizace kalů a na velikosti ČOV. Obecně lze konstatovat, že výhodné je používat metody, u nichž je hygienizační efekt součástí procesu stabilizace kalů. Pro menší ČOV je doporučována autotermní termofilní aerobní stabilizace kalu, resp. dodatečná úprava kalu vápnem. Chemickou hygienizaci je vhodné použít jako koncovou část kalového hospodářství, což je výhodné při doplnění stávající technologie v případě, že kal nesplňuje mikrobiologická kritéria kvality kalu. Termické procesy se především z ekonomických důvodů používají na velkých ČOV. Hygienizaci kalu jako součást procesu stabilizace kalu lze s výhodou

34

použít při rekonstrukci kalového hospodářství čistíren odpadních vod (ZÁBRANSKÁ, 2004). Legislativní důvody činí z hygienizace kalu z komunálních ČOV a její praktické realizace vysoce aktuální problematiku. Všechna legislativa je odvozena z právních norem ČR a EU. Mikrobiologická kritéria pro aplikaci kalu na zemědělskou půdu v ČR stanovuje vyhláška Ministerstva životního prostředí č. 382/2001 Sb., o podmínkách použití upravených kalů na zemědělské půdě. Vyhláška definuje kaly kategorie I jako kaly, které je možno obecně aplikovat na půdy využívané v zemědělství při dodržení ostatních ustanovení této vyhlášky. Kaly kategorie II jsou v této vyhlášce pak definovány jako kaly, které je možno aplikovat na zemědělské půdy určené k pěstování technických plodin, a na půdy, na kterých se nejméně 3 roky po použití čistírenských kalů nebude pěstovat polní zelenina a intenzivně plodící ovocná výsadba, a při dodržení zásad ochrany zdraví při práci a ostatních ustanovení vyhlášky. Tabulka č. 10: Mikrobiologická kritéria pro použití kalu na zemědělské půdě (VYHLÁŠKA Č. 382/2001 SB.) Kategorie kalů I. II.

Přípustné množství mikroorganismů (KTJ) v 1 g sušiny aplikovaných kalů termotolerantní enterokoky Salmonella sp. koliformní bakterie < 103 < 103 negativní nález 3 6 3 6 10 -10 10 -10 nestanovuje se

Tabulka č. 11: Mezní hodnoty koncentrací vybraných rizikových látek a prvků v kalech pro jejich použití na zemědělské půdě (ukazatele pro hodnocení kalů) (VYHLÁŠKA Č.

382/2001 SB.) Riziková látka As Cd Cu Hg Cr Ni Pb Zn AOX PCB

Mezní (maximální) hodnoty koncentrací v kalech (mg·kg-1 sušiny) 30 5 500 4 200 100 200 2500 500 0,6

35

2.4.3.1 Faktory ovlivňující hygienizaci Existuje mnoho faktorů ovlivňujících stabilizaci a hygienizaci kalů. Mezi nejdůležitější patří teplota, pH, radiace, sušení, tlak a přítomnost různých chemikálií. Tyto faktory lze rozdělit na fyzikální, chemické a biologické. Fyzikální faktory, mezi které patří teplota, tlak, ozáření, ultrazvuk a kavitace mají vliv především na rozpouštění organických látek, rozpad buněčných membrán a rozložení DNA nebo jiných buněčných struktur. Vysoká teplota je nejpoužívanější fyzikální metodou využívanou pro hygienizaci čistírenských kalů. STRAUCH (1998) ve své práci definoval tzv. bezpečnou zónu, tj. rozsah teploty a doby, kdy vybrané patogeny nepřežijí. Rozhodujícími hodnotami této bezpečné zóny jsou teplota > 62 °C po dobu 1 hodiny, teplota > 50 °C působící po dobu 1 dne a teplota > 46 °C působící po dobu 1 týdne. Radiace je dalším fyzikálním faktorem ovlivňujícím průběh hygienizace. Záření mění koloidní povahu buněčné protoplasmy, což má za následek buněčnou smrt. Používají se dva typy záření, gama paprsky (γ) emitované radioaktivním zdrojem, např. 137

60

Co nebo

Cs, a beta paprsky (β) produkované urychlovačem. Oba typy vyžadují dávku

≥ 1,0 Mrad (1 rad = 0,01 Gy = 0,01 J/kg). Uvádí se, že systémy využívající gama záření nejsou v USA příliš populární díky nepříznivému veřejnému mínění o radioaktivních technologiích. Na druhou stranu je publikována řada prací, v nichž jsou gama paprsky využívány. Jednou z nich je práce indických vědců, kteří popisují použití gama paprsků a jejich vliv na zlepšení odvodňovací schopnosti kalu a větší nárůst rostlinné hmoty arašídových sazenic pěstovaných v ozářeném kalu ve srovnání se sazenicemi pěstovanými v neozářeném kalu (GAUTAM, SHAH, SABHARWAL, SHARMA, 2005). Beta paprsky, mnohem známější jako elektronové paprsky, jsou široce využívány v potravinářském průmyslu. Elektronové paprsky jsou totožné s vysoko energetickým beta zářením s tím rozdílem, že elektronové paprsky nepocházejí z radioaktivního zdroje, tudíž zde nejsou problémy spojené s veřejným míněním jako u gama záření. Rumunští vědci testovali účinky beta paprsků na hygienizaci kalu a zjistili, že dávka 160 krad způsobí 5 log redukci E. coli. Toto zjištění poukazuje na fakt, že jak množství indikátorových bakterií, tak množství vajíček cizopasných červů může být dostatečně sníženo již při dávkách nižších než je požadovaný 1,0 Mrad. Nicméně viry jsou podle výsledků stanovení proti elektronovému paprsku odolnější (MARTIN ET AL., 2005).

36

Tabulka č. 12: Klíčové faktory ovlivňující stabilizaci a hygienizaci kalů (ACQUISTO, REIMERS, SMITH, PILLAI, 2006)

37

Metoda stabilizace / hygienizace Fyzikální metody Termické procesy1 Pasterace1 Sušení Sušení vzduchem Paprsky gamma1 Paprsky beta1 Mikrovlnné záření1 Homoegnizace1 Ultrazvuk2 Biologické metody Aerobní stabilizace Anaerobní stabilizace Kompostování Chemické metody Alkalická úprava Kalcinace Fe(VI) oxidace Ozon1 Chlordioxid1 H2O21 Kyselé vápnění1 1 2

teplota

pH

ozáření

sušení

Docílení dezinfekce, ale obvykle vyžaduje další zpracování pro zajištění stabilizace Obvykle se používá jako předúprava před biologickou metodou

tlak

ultrazvuk / kavitace

oxidační činidla

nenabité částice / vedlejší biochemické produkty

Relativně novou technologií je mikrovlnné záření, které přechodem přes kal způsobí rozkmitání molekul vody, čímž se snaží vyrovnat mikrovlnné frekvenci. Tyto vibrace pak vedou ke vzniku tepla třením a voda v kalu začne vřít. Molekuly vody v patogenech a ostatních mikroorganismech se rovněž rozkmitají, což má za následek expanzi a následné prasknutí buněk (ALDERMAN, 2004). Výzkumy v posledních letech přinesly zjištění, že v účinnosti této metody hraje důležitou roli frekvence mikrovln. Mikrovlny o frekvenci 2 450 MHz a nižší mají schopnost denaturace molekul DNA a disociace organických chemických vazeb (REIMERS

ET

AL.,

2000). Výzkumy účinků

mikrovlnného záření rovněž poukazují, že záření o 45 kWs (90 s při 500 W) způsobuje přibližně 4,8 log usmrcených E. coli. Při obdobných dávkách (16,5-22,5 kWs) se také značně

snížil

počet

Staphylococcus

intermedius,

Pseudomonas

aeruginosa

a životaschopných larev Trichinella spiralis. Mikrovlnného záření v kombinaci s elektronovým paprskem účinněji usmrcuje všechny výše uvedené testované organismy ve srovnání se samotným ozářením (MARTIN ET AL., 2005). Neméně důležitým fyzikálním faktorem je tlak, ultrazvuk nebo kavitace. Ačkoli je v současnosti používáno několik technologií hygienizace za zvýšeného tlaku za účelem posílení účinku ostatních faktorů působení, není tato technologie využívána jako primární. Nicméně, rychlé změny tlaku hrají významnou roli při kavitaci vznikající hydraulicky nebo ultrazvukem. Bylo prokázáno, že kavitační procesy vedou k inaktivaci více rezistentních mikroorganismů, jako jsou oocysty prvoků nebo vajíčka Ascaris (REIMERS

ET AL.,

2005). Výrobce vysokotlaké homogenizace, která byla vyvinuta

v Německu a je založena na použití homogenizátoru s průtokovým ventilem, který zvyšuje rychlost způsobující kavitaci, výrazné změny v tlaku a turbulenci, udává, že homogenizátor zaručuje efektivní mechanické narušení kalových mikroorganismů. Studie malého rozsahu potvrdila, že použití homogenizátoru v předúpravě kalu před anaerobní stabilizací vede ke zvýšení produkce bioplynu o 30 % a snížení produkce kalu o 23 % (ACQUISTO, REIMERS, SMITH, PILLAI, 2006). Mezi biologické faktory ovlivňující hygienizaci jsou řazeny vedlejší biochemické produkty biologické aktivity. Do této kategorie patří i chemikálie jako jsou amoniak, aminy, organické kyseliny, aldehydy a ketony (REIMERS ET AL., 2005). Metabolity jako jsou amoniak, těkavé mastné kyseliny a hygrogensulfidy jsou známé svou toxicitou pro mikroorganismy. Těkavé mastné kyseliny mohou být potenciální baktericidní látkou, vyskytnou-li se v protonované podobě při nízkém pH. Volný amoniak je metabolitem

38

vznikajícím degradací proteinů. Bylo prokázáno, že zvýšená koncentrace volného amoniaku přispívá k inaktivaci virů a vajíček Ascaris (AITKEN ET AL., 2005). Mezi chemické faktory patří pH, oxidanty a dezinfekční látky, jejichž vznik není dán biologickou aktivitou, ale buď se přidávají přímo, nebo vznikají chemickou reakcí. Nejvíce využívanou chemickou metodou hygienizace je zvýšení pH, příkladem může být alkalická úprava, kalcinace či oxidace šestimocným železem. Při alkalické úpravě a kalcinaci dochází vlivem probíhajících chemických reakcí k vývinu vysoké koncentrace amoniaku, jež napomáhá hygienizaci. Čím je vyšší teplota alkalické předúpravy, tím je vyšší účinnost amoniaku jako dezinfekčního prostředku (REIMERS ET AL.,

2005). Některé výzkumy poukazují na skutečnost, že inaktivace vajíček Ascaris je

více úzce spojena s koncentrací amoniaku než se samotnou změnou hodnoty pH. V rámci pokusů probíhajících při teplotě 22 °C bylo docíleno inaktivace vajíček Ascaris při koncentraci NH4OH 1 % a vyšší (GHIGLIETTI ET AL., 1997). Přídavek FeO42- do kalu vede nejen ke zvýšení pH, ale také působí jako silný oxidant. 2 FeO42- + 3 H2O → 2 FeO(OH) + 1,5 O2 + 4 OHVýhodou použití šestimocného železa je značné snížení nepříjemného zápachu při kalcinaci, protože oxidací dochází k přeměně sulfidů na sírany a amoniaku na dusičnany (CHAO, DE LUCA, IDLE, 1996). Pro úpravu kalů jsou také používány oxidanty s dezinfekčním účinkem jako ozon, peroxid vodíku, chlordioxid, chlorečnan, chlornan a kyselina chlorná.

2.4.3.2 Hodnocení zdravotního rizika Hodnocení zdravotního rizika při nakládání s kaly z ČOV je velmi často diskutovaným problémem nejen u nás, ale i v ostatních vyspělých státech světa. Při nekontrolovatelné aplikaci čistírenských kalů do půdy se může do půdy dostat velké množství rizikových látek, které pak různými cestami vstupu (půda, ovzduší, voda a potravní řetězec) představují potenciální riziko pro zdraví člověka i zvířat. V této části je popsáno především hodnocení mikrobiologického hlediska, neboť toto je právě rozhodující z hlediska potenciálního ohrožení zdraví člověka i zvířat. Počty a druhy patogenních mikroorganismů vždy závisejí na místních geografických, klimatických a demografických faktorech, přičemž do odpadních vod přicházejí z různých zdrojů, kdy hlavním zdrojem jsou exkrementy nemocných lidí a zvířat. Je 39

samozřejmé, že samotným procesem čištění odpadních vod či úpravou kalů dochází ke snížení počtu patogenních organismů. Přesto některé přežijí úpravu kalů a mohou opět u lidí a zvířat vyvolat onemocnění, jestliže se z půdy dostanou do ovzduší, do zemědělských produktů, do podzemních a povrchových vod a tím pak do potravního řetězce. V odpadních vodách a čistírenských kalech se nachází desítky druhů patogenních a potenciálně patogenních organismů. Z virů lze nejčastěji v čistírenských kalech nalézt enteroviry (polioviry, echoviry, coxsackieviry), rotaviry, viry hepatitidy A, reoviry, adenoviry a parvoviry. Z bakterií jsou nejrizikovější bakterie rodu Salmonella, dále Shigella a enteropatogenní bakterie Escherichia coli, Yersinia enterocolitica, Vibrio cholerae a Leptospira. Z protozoí se v kalech běžně nachází pět druhů, z parazitických červů sedm až osm druhů (ZIMOVÁ, MATĚJŮ, 2002). Z patogenních a potenciálně patogenních organismů nejdéle v kalech přežívají vajíčka parazitických červů, vajíčka Taenia sp. – červa (k přenosu vajíčka dochází z člověka, ale patogenní jsou pro hovězí dobytek) přežívají až 7 let. Přežívání některých virů je naproti tomu krátké, pouze několik dnů. Bakterie přežívají za příhodných podmínek (vlhkost, teplota) velmi dlouho a často se jejich počty po aplikaci do půdy zvyšují. Doba přežití bakterií je až jeden rok. Nejkratší dobu přežívají cysty protozoí, nejvýše 10 dnů (ZIMOVÁ, MATĚJŮ, 2002). Díky jednoznačnému prokázání dlouhodobého přežívání patogenních organismů v půdě po aplikaci kalů, je nutná úprava kalů před jejich aplikací za účelem úplné eliminace patogenních a potenciálně patogenních organismů. Mezi aplikací kalů a prokazatelně zvýšeným výskytem nemocí či dokonce vznikem epidemie byla již několikrát prokázána jasná souvislost. Čistírenské kaly obsahují velké množství salmonel. Čerstvé kaly jsou často kontaminovány v 91 %, aerobně stabilizované v 79 % a fermentované v 82 % případů. Průměrné množství salmonel je 10 KTJ na jeden litr. V čerstvém, fermentovaném a suchém kalu přežívají salmonely 143 až 180 dní (ZIMOVÁ, MATĚJŮ, 2002). Působením různých faktorů vnějšího prostředí se patogenní mikroorganismy obsažené v kalech stávají rezistentními na antibiotika. Od roku 1959, kdy se zjistilo, že rezistence na antibiotika může být mezi členy čeledi Enterobacteriaceae přenášena, je tato problematika neustále intenzivně diskutována. Někteří autoři uvádějí, že z kalů v průběhu sledování celého roku izolovali rezistentní kmeny koliformních bakterií. Přenosná rezistence byla zjištěna u kanamycinu, tetracyklinu a ampicilinu (ZIMOVÁ, MATĚJŮ, 2002). 40

2.4.3.3 Hygienizace kalu umožňující dosažení kategorie I. Následující technologické postupy hygienizace kalu, označované jako Advanced Treatment, umožňují dosažení kategorie I: sušení kalu při teplotě vyšší než 80 °C na sušinu vyšší než 90 %, kompostování s nuceným provětráváním pásových zakládek za kontinuálního provzdušňování, autotermní aerobní termofilní stabilizace při teplotě nad 55 °C s přerušovaným dávkováním surového kalu a odběru s odstupem minimálně 20 hodin, termofilní anaerobní stabilizace při teplotě nad 55 °C s přerušovaným dávkováním surového kalu a odběru s odstupem minimálně 20 hodin, pasterace – termická předúprava surového kalu při teplotě nad 70 °C po dobu minimálně 30 minut s následnou mezofilní nebo termofilní stabilizací, kalcinace – alkalizace kalu vápnem při dosažení pH nad 12 a teploty nad 55 °C po dobu minimálně 2 hodiny nebo při okolní teplotě po dobu minimálně 3 měsíce, kdy je dle přísných legislativních a bezpečnostních požadavků nutné vznikající amoniak odstraňovat z kontaminované vzdušniny (POŠTA

ET AL.,

2005; VÍTĚZ, GRODA, 2008).

2.4.3.4 Hygienizace kalu umožňující dosažení kategorie II. Technologické postupy, které jsou často označovány jako konvenční procesy pouze s částečnou hygienizací kalu, umožňují dosažení pouze kategorie II: autotermní aerobní termofilní stabilizace při teplotě nad 55 °C s následnou anaerobní mezofilní nebo termofilní stabilizací s průměrnou dobou zdržení přibližně 20 dní, kalcinace – kondicionace vápnem při hodnotě pH nad 12, po dobu nejméně 24 hodin, mezofilní anaerobní stabilizace při teplotě nad 35 °C se střední hydraulickou dobou zdržení nejméně 15 dní, oddělená, řízená aerobní stabilizace při teplotě prostředí po dobu 35-45 dní, dlouhodobé kryofilní uskladnění v otevřených nádržích s dobou zdržení nejméně 150 dní (VÍTĚZ, GRODA, 2008).

41

2.4.3.5 Monitoring hygienizace kalu Z důvodu dodržení provozních podmínek, které zaručující hygienizační účinek, je nutné průběh hygienizace kalů monitorovat. Teprve poté lze výstupní kal považovat za vhodný pro zemědělské využití, samozřejmě pokud splňuje další parametry kvality vzhledem k obsahu těžkých kovů apod. ZÁBRANSKÁ (2004) ve svém článku uvádí minimální rozsah sledování: pasterace kalu – kontinuálně sledovat teplotu uvnitř reaktoru a dobu zdržení kalu v reaktoru, aerobní termofilní stabilizace kalu – kontinuálně sledovat teplotu uvnitř reaktoru, dále hodnotu pH stabilizovaného kalu a zaručenou dobu zdržení kalu v systému, kalcinace hašeným vápnem – kontrolovat hodnotu pH a reakční dobu, kalcinace páleným vápnem – kontrolovat hmotnostní poměr vápna a sušiny kalu, počáteční hodnotu pH kalu, teplotu alespoň 2 hodiny po homogenizaci ve třech místech, přičemž jedno měřicí místo je na povrchu. Hygienizovaný kal by měl být před aplikací uskladňován a dopravován způsobem, který minimalizuje možnost druhotné kontaminace mikroorganismy z ovzduší. Použití hygienizovaného kalu se řídí příslušnými technickými předpisy (ZÁBRANSKÁ, 2004). Aby byla hygienizace účinná, je nutné vytvoření třístupňového procesu. Prvním stupněm je technologie, která bude probíhat za validovaných podmínek stanovených zákonnými normami, druhým stupněm je výše popsaná stálá kontrola procesu, kdy jsou sledovány technologické parametry, v třetím stupni pak probíhá pravidelná kontrola upraveného bioodpadu nebo kalu (MATĚJŮ, 2006). Výsledky různých výzkumů prováděné v různých státech Evropy vyústily v seznam indikátorových mikroorganismů, které by měly sloužit k posouzení stupně hygienizace bioodpadu

a

k doporučení

používání

validovaných

technologických

postupů

ke snižování počtů patogenních mikroorganismů. Validačními prostředky jsou přímé hodnocení procesu a analýza konečného produktu nebo meziproduktů bodovým testem (MARTENS, 2003; MATĚJŮ, 2006). Při přímém hodnocení procesu jsou definované organismy (mikroorganismy) na začátku procesu inokulovány do suroviny v inokulačních vacích. V další fázi je sledováno přežívání mikroorganismů z hlediska stanovení účinnosti technologie ošetření, jež je

42

vyhodnocována jako redukce patogenů. Tato metoda poskytuje možnost hodnocení inaktivace definovaných mikroorganismů a slouží jako vhodný nástroj pro identifikaci a monitorování parametrů pro optimalizační proces. Mezi nevýhody této metody patří příprava inokula, použití inokulačních vaků a také velmi pracné a rozsáhlé vzorkování. Dalším problémem s přímým hodnocením procesu je fakt, že prostředí v inokulačních vacích může být rozdílné oproti okolnímu materiálu, což vede k získání nepříliš reprezentativních vzorků. Důvodem je nemožnost promíchávání a otáčení materiálu v inokulačních vacích. Tyto jevy mohou následně přivodit podstatné chyby v interpretaci získaných výsledků (CHRISTENSEN, KRON, CARLSBÆK, 2001). Analýza bodového testu je složena z mikrobiologických analýz surovin, meziproduktů nebo konečného produktu, jejichž účelem je dosažení kvalifikovaného odhadu změn během procesu. Na rozdíl od hodnocení přímého procesu jsou v analýze bodového testu sledované mikroorganismy přirozenou součástí zpracovávaného materiálu. Největší předností této hodnotící metody je fakt, že získané informace se týkají aktuálního obsahu organismů přítomných v matrici. V případě, že dojde k odebírání vzorků právě po fázi hygienizace, jedná se o přesnou metodu pro hodnocení hygienizace, ta je pak jednodušší a levnější než přímé hodnocení procesu (CHRISTENSEN, KRON, CARLSBÆK, 2001; MATĚJŮ, 2006).

2.5 Technologické procesy stabilizace a hygienizace kalu 2.5.1 Sušení kalu Sušení kalu se využívá zejména v případech, kdy kontaminace kalu nedovoluje jeho zemědělské využívání anebo v případě nadprodukce kalů ve sledované oblasti (HARTIG, 2001). Nevýhodou tohoto procesu je jeho vysoká energetická náročnost, což je v současné době kompenzováno zaváděním technologie solárního sušení (RACLAVSKÁ, 2007). Tepelné sušení kalu se uskutečňuje při teplotě vyšší než 80 °C po dobu 10 minut. Obsah vody v takto usušeném kalu musí být menší než 10 % (ZÁBRANSKÁ, 2004). Sušení kalu patří mezi metody hygienizace kalu, které poskytují dobré výsledky (VÍTĚZ, GRODA, 2008). Kal lze sušit částečně nebo úplně. Částečným sušením dochází ke zvýšení obsahu sušiny v kalu na 50-70 %. To je vyhovující pro skládkování, spalování bez mezideponie a přidávání do kompostu. Při úplném sušení lze získat kal o obsahu sušiny 90-95 %, ten je plně stabilizovaný a hygienizovaný. Výhodou této metody 43

hygienizace kalu je stálost organického podílu sušiny a stálost podílu organického dusíku. Další výhodou je snadná manipulace. Nevýhodou je spékání sušeného kalu do hrudek, což lze odstranit vícenásobným opakováním sušicího procesu. Sušený kal lze dlouhodobě skladovat, spalovat nebo využít v zemědělství. Z hlediska získávání energie z kalu u tohoto způsobu hygienizace kalu platí, že čím je kal lépe vysušený, tím vyšší je výhřevnost. V ČR se díky vyšší finanční náročnosti tato metoda hygienizace kalu používá poměrně vzácně, ale v řadě zemí EU je naopak poměrně běžně používána (HARTIG, 2001a).

Obrázek č. 8: Schéma procesu sušení (LYČKOVÁ, FEČKO, KUČEROVÁ, 2008) Usušený kal ze splaškových čistíren odpadních vod je obvykle svým složením a výhřevností blízký hnědému uhlí, čehož se využívá především při spalování ve spalovnách komunálního odpadu, kam je kal ve formě granulí vnášen do spalovacího procesu jako výhřevná složka. Dále ho lze využít jako částečnou náhradu paliva v některých technologických procesech (např. výroba tepla a elektrické energie v teplárnách a elektrárnách, v cementárnách, při výrobě cihel). Usušený kal se také využívá jako součást hnojiv pro uplatnění v zemědělství, ale zde je velmi důležité 44

složení kalu a jeho další úprava na hnojivo. Usušený kal lze také skládkovat (HARTIG, 2001).

2.5.1.1 Typy sušáren Pro sušení kalu lze používat různé systémy, je však vždy nutné zohlednit zajištění bezpečnosti práce a kvalitu usušených kalů. Z tohoto důvodu je důležité do linky sušení kalu zařadit nejen jeho peletizaci, ale i samoinertizaci sušící linky, aby nemohlo dojít k samovznícení nebo výbuchu. Rotační bubnové sušárny se skládají z rotujícího bubnu, v němž se sušený materiál přesouvá a míchá pomocí usměrňovacích elementů. Nosičem tepla je horký plyn vedený sušárnou souběžně s kalem. Kvůli zamezení připékání kalu na stěny bubnu se musí mokrý kal míchat s vratným usušeným na sušinu kolem 60 %, čímž dojde ke zlepšení sušících vlastností.

Obrázek č. 9: Bubnová sušárna (LYČKOVÁ, FEČKO, KUČEROVÁ, 2008)

45

Pásové sušárny se využívají pro sušení volně loženého kalu na děrovaném dopravním pásu, kdy horký plyn proudí šikmo k směru pohybu pásu a odebírá vlhkost ze sušeného kalu. Protože se kal v průběhu lepivé fáze (sušiny kolem 60 %) nepohybuje, nemůže dojít k jeho spečení a není tak třeba ho vracet. Pro vytvoření co největšího povrchu sušeného materiálu se mokrý kal na peletizačním lisu zformuje do pelet válcovitého tvaru o průměru 10 mm a délce 20-60 mm. Fluidní sušárny udržují kal ve vznosu pomocí vzestupné rychlosti proudícího plynu. Ve fluidní vrstvě dochází k dobrému kontaktu mezi horkým plynem a částicemi kalu, a tak je většinou potřeba pouze krátká doba zdržení kalu v sušárně. Tenkovrstvé sušárny jsou považovány za sušárny kontaktní, jejichž funkce spočívá v sušení tenké vrstvy kalu na vytápěné ploše. Z ekonomických důvodů je vhodné sušení do sušiny 40-60 %. Diskové sušárny dodávají energii potřebnou k odpaření vody z kalu pomocí vytápěných disků, které jsou namontovány na duté ose. Pomocí otáčení a kontaktu disků s kalem je zaručen dobrý přestup tepla a promíchávání kalu. Z důvodu eliminaci vzniku lepivé fáze je doporučováno vracet usušený materiál (HARTIG, 2001a).

2.5.2 Kalcinace Kalcinace je úprava kalu vápněním. Jedná se o provozně nejdostupnější a technicky relativně jednoduchou a ekonomicky výhodnou metodou dodatečné hygienizace kalu na menších ČOV. Nízké náklady, zvýšení sušiny, zlepšení struktury kalu, vysoká účinnost eliminace salmonel, atraktivnosti vápněného kalu pro půdy s nižším pH a v neposlední řadě jednoduchá dodatečná aplikaci ve stávajících provozech ČOV činí tuto metodu úpravy kalů velmi výhodnou (VŠCHT, 2007). Úprava kalu spočívá v dávkování páleného vápna (CaO) do odvodněného kalu. Množství přidávaného vápna se pohybuje v rozmezí 200-400 kg na 1 Mg sušiny kalu a závisí na druhu kalu. Při dávkování CaO dochází k silné exotermní reakci s vodou vázanou v kalu za vzniku hydroxidu vápenatého. CaO + H2O → Ca(OH)2 Hygienizačního efektu se dosahuje výrazným zvýšením pH nad hodnotu 12 a krátkodobým zvýšením teploty nad 55 °C. Hlavní nevýhodou při dávkování CaO je

46

vznik amoniaku a z toho vyplývající nutnost výkonného větrání pracovních prostor. Mezi výhody patří plné zajištění mikrobiologických požadavků na kvalitu kalů aplikovaných na zemědělské půdy, a to i při velmi malé spotřebě páleného vápna vhodné kvality. Je také indikován vysoký devitalizační účinek chemické hygienizace na vajíčka lidských a zvířecích cizopasníků. Z hlediska zemědělského využití kalů má tato metoda výhodu i v tom, že kal obohacený vápnem při aplikaci na zemědělskou půdu snižuje její kyselost a může být tak vynecháno vápnění půdy. Kal upravený vápnem lze zapracovávat

do kompostů společně s dalším

bioodpadem

nebo

jej využít

k rekultivacím (BENEŠOVÁ, 2004). PYTL ET AL. (2004) uvádí, co by měla obsahovat i jednoduchá linka hygienizace kalu: akumulaci práškového vápna, tj. zásobník s příslušným vybavením a provozní zásobou vápna na 20 až 40 dní, dopravní systém a dávkovač vápna, zařízení pro kvalitní promíchání kalu s vápnem, spolehlivé dopravní systémy vstupujícího i vystupujícího (vápněného) kalu, zařízení pro odvětrání pracovních prostorů. Správná funkčnost metody chemické hygienizace kalu vápnem je závislá na přesnosti dávkování vápna a na kvalitě jeho promíchání s kalem.

2.5.3 Pasterace Pasterace kalu je jednou z prvních metod využívaných k hygienickému zabezpečení kalu. Jedná se o proces zahřívání kalu na určitou teplotu a udržování při této teplotě po stanovenou dobu. Pasterace kalu probíhá při teplotě 70 °C, přičemž doba zdržení je minimálně 30 minut (POŠTA

ET AL.,

2005). Výše teploty v rozmezí 65-70 °C zaručuje

vysoký stupeň devitalizace patogenních mikroorganismů (BENEŠOVÁ, 2004). Pasteraci je však nutné kombinovat s následnou stabilizací kalu, nejčastěji anaerobní ve vyhnívací nádrži. Předem pasterovaný kal rovněž vykazuje lepší stabilizaci a odvodňovací vlastnosti (STRAUCH, PHILIPP, 1981). Proces pasterace probíhá v průmyslovém měřítku ve třech zařízeních. V rekuperačním výměníku (kal/kal), kde je kal nejprve předehříván kalem anaerobně stabilizovaným o teplotě 38 °C a následně je teplota postupně zvyšována pomocí pasterovaného kalu ohřátého na pasterační teplotu, tj. 60-70 °C. V pasteračním výměníku (voda/kal), kde je 47

potom přivedeno zbývající teplo potřebné k dosažení teploty pasterace prostřednictvím vody o teplotě 85-90 °C. V pasterační nádrži, kde je kal zdržen po dobu potřebnou pro pasteraci (POŠTA ET AL., 2005). Výhody pasterace jsou: nejedná se o pouhou hygienizaci, ale jsou příznivě ovlivněny fyzikální vlastnosti ovlivňující další zpracování, relativně nízká potřeba energie přiváděné z vnějšku díky rekuperaci tepla, při produkci bioplynu je tato potřeba ještě nižší, z mikrobiologického

hlediska

kal

splňuje

podmínky

pro

nakládání

s čistírenskými kaly, jednoduché a provozně ověřené zařízení (BENEŠOVÁ, 2004).

Obrázek č. 10: Technologické schéma pasterace kalu (LYČKOVÁ, FEČKO, KUČEROVÁ, 2008) Problematice pasterace kalu se ve své studii věnoval i CARRINGTON (1985), který prokázal, že působením teploty 55 °C po dobu 2 hodin dojde k plnému usmrcení vajíček Ascaris. Ve stejné studii dokázal, že působení teploty pod 47 °C po dobu 3 hodin nemá vliv na životaschopnost vajíček Ascaris a pasterace při 50 °C pouze snižuje jejich životaschopnost, která se obnoví při následné stabilizaci v anaerobním fermentoru. Samotná anaerobní fermentace při teplotě 35 °C se jmenovitou dobou zdržení 13,3 dnů nemá žádný vliv na životaschopnost vajíček Ascaris v kalu.

48

2.5.4 Autotermní aerobní termofilní stabilizace Autotermní aerobní termofilní stabilizace kalu (AATS) je proces biologického aerobního zpracování kalu při teplotách nad 45 °C, přičemž energie potřebná k ohřevu kalu se získává z látkové výměny mikroorganismů. K dosažení zvýšené reakční teploty není teplo přiváděno, ale proces se díky exotermickým reakcím sám udržuje v termofilním rozsahu teplot (SLAVÍČKOVÁ, SLAVÍČEK, 2013). Metoda AATS je založena na využití tepla vzniklého exotermním aerobním biologickým procesem za použití vzduchu, čistého kyslíku nebo směsi čistého kyslíku a vzduchu. Teplo, které se uvolní biologicky zprostředkovanou oxidací organické hmoty v reaktoru, zahřívá obsah reaktoru až na teplotu 55-60 °C, na které je následně proces řízeně udržován potřebnou dobu stabilizace a hygienizace. Proces je kontinuální a energeticky nezávislý, probíhá v tepelně izolované nádrži – reaktoru. Aby se zajistila i hygienizace kalu, je zaveden semikontinuální proces, tzn., že je čerstvý kal dávkován přetržitě ve stanovených intervalech. Zajištěním předepsaných podmínek (teplota v reaktoru min. 55 °C, minimální střední hydraulická doba zdržení v reaktoru 20 dní, minimální prodleva v dávkování čerstvého kalu 20 hodin) lze dosáhnout hygienických parametrů kalu požadovaných pro kategorii I (VÍTĚZ, GRODA, 2008). Z hlediska ekonomického a ekologického je tato metoda perspektivní a lze ji využívat pro ČOV o velikosti 5 000-60 000 EO. Maximální uvedená velikost ČOV není limitní možností technologického řešení, ale je dána ekonomikou konkurenčních metod zpracování kalů. Technologické zařízení pro AATS lze využít i pro konečnou úpravu dovážených zahuštěných a stabilizovaných kalů z malých ČOV (VÍTĚZ, GRODA, 2008). Hlavní výhody AATS lze shrnout následovně: vyšší stupeň stabilizace kalu a odstranění zápachu při kratší době zdržení a při menším objemu reaktorů, nižší produkce kalu a nižší náklady na jeho odstranění, velmi vysoký hygienizační účinek, tj. vysoká účinnost odstranění bakterií a virů, samoregulační schopnost s ohledem na teplotu (při nadměrně vysokých teplotách nad 65 °C se sníží rychlost stabilizace a produkce tepla), rychlý náběh (do 5 dní), díky skutečnosti, že termofilní mikroorganismy rostou rychle (NÁMER, DRTIL, LESANSKÝ, PETROVIČ, 2001).

49

Obrázek č. 11: Technologické schéma AATS (POŠTA ET AL., 2005) Samozřejmě i tato metoda má své nevýhody. AATS zhoršuje odvodňovací vlastnosti stabilizovaného kalu, s tím je spojen náročný výběr a optimalizace spotřeby flokulantu. AATS má také vyšší provozní náklady, které spočívají především v potřebné dodávce vzduchu či jiného plynu. V kalové vodě také dochází k nárůstu koncentrace amoniakálního dusíku, ale zároveň je potlačeno zpětné uvolňování fosforu. Výhodou to může být u ČOV s nedostatkem nutrientů, na druhou stranu pro ČOV s nadbytkem dusíku to představuje poměrně závažný problém, jelikož se tak zvýší nároky na odstraňování dusíku v biologickém stupni ČOV (NÁMER, DRTIL, LESANSKÝ, PETROVIČ, 2001). Kromě AATS se také využívá proces duální stabilizace označovaný jako AEROTHERM, principem je autotermní hygienizace s částečnou stabilizací kalu. Technologická linka sestává ze tří nádrží, z nichž jedna je dokonale izolována a vybavena sytícím systémem pro dávkování čistého kyslíku a mechanickým

50

míchadlem, aby mohla v případě požadavku provozovatele na nejvyšší úroveň hygienického zabezpečení kalů sloužit, jako reaktor pro automaticky řízenou autotermní aerobní termofilní stabilizaci a hygienizaci kalů čistým kyslíkem. Ostatní nádrže slouží, jako provzdušňované zásobníky s automaticky řízenou aerací a umožňují klasickou aerobní stabilizaci. Všechny aparáty je možné provzdušňovat vzduchem a jsou vzájemně propojeny tak, aby bylo možné stabilizovaný, zahušťovaný a hygienizovaný kal mezi nimi přepouštět a čerpat podle potřeby aktuálně nastaveného řídícího programu. Technologické uspořádání a řídicí systém umožňují automaticky řízené provádění aerobní stabilizace kalu vzduchem nebo autotermní termofilní stabilizace čistým kyslíkem. Postup při této stabilizaci je následující: přebytečný kal je čerpán do míchané nebo vzduchem provzdušňované nádrže. Sušina neodvodněného kalu se pohybuje v rozmezí 5-6 %. V případě, že je obsah sušiny menší než 2,5 %, je nutné předřadit zahušťovací zařízení. Z této nádrže je kal odebírán kontinuálně nebo semikontinuálně do termofilního aerobního reaktoru s autotermním ohřevem pomocí čistého kyslíku. Teplo zajišťující provozní podmínky, kdy teplota v reaktoru se pohybuje mezi 60 °C až 65 °C, je získáváno biologicky zprostředkovanou oxidací a degradací malé části biomasy, běžně 20-40 % (w/w) dodané sušiny. Doba zdržení hygienizovaného kalu v reaktoru by měla být delší než 10 dnů, stanoveno jako střední hydraulická doba zdržení, doporučeno je více jako 20 dnů. Tento proces zajistí dokonalou stabilizaci a hygienizaci kalu, dobrou odvoditelnost, s běžnou spotřebou flokulantu a hygienické vlastnosti podle současných mikrobiologických ukazatelů v hodnotách: enterokoky < 103 KTJ·g-1 sušiny, termotolerantní koliformní bakterie < 103 KTJ·g-1 sušiny a plné usmrcení bakterií rodu Salmonella sp. (ZWIEFELHOFER, 1985; BENEŠOVÁ, 2004). Průvodním jevem použití této metody je významné snížení produkce odvodněného kalu, běžně o 20-40 % hmotnostních, oproti běžnému provozu bez hygienizace a tím i významné snížení provozních nákladů na čištění odpadních vod (MALÝ, MALÁ, 2009). Další výhodou této metody je fakt, že upravený kal je v reaktoru nejen hygienizován, ale také fyzikálně a enzymaticky upravován pro další zpracování. Ve výměníku se využívá rekuperace tepla, kdy přicházející surový kal se ohřívá teplým kalem, který odchází z tepelného výměníku. Díky relativně vysokému obsahu sušiny v kalu je možné významně snížit objem anaerobních fermentorů, kde je produkován bioplyn (LYČKOVÁ, FEČKO, KUČEROVÁ, 2008).

51

Obrázek č. 12: Technologické schéma metody AEROTHERM (LYČKOVÁ, FEČKO, KUČEROVÁ, 2008)

2.5.5 Anaerobní psychrofilní stabilizace Anaerobní psychrofilní stabilizace kalu je metoda stabilizace kalu za nepřístupu vzduchu při teplotě okolí. V těchto podmínkách dochází při běžné teplotě v okolí reaktoru (6-20 °C) k biochemickému rozkladu biomasy, čímž vzniká metan. Doba stabilizace je v rozmezí 60 až 90 dnů (VÍTĚZ, GRODA, 2008). V minulosti se tato metoda využívala především na menších ČOV v tzv. štěrbinových nádrží. Zde docházelo k uvolnění bioplynu do volné atmosféry, což je v dnešní době nepřípustné. V malém měřítku se ještě uplatňuje na ČOV, kde je bioplyn jímán. Jedná se však o dosluhující zařízení, která nevyhovují současné legislativě. U dnešních moderních nízkozatížených aktivačních ČOV již není tato metoda použitelná (VÍTĚZ, GRODA, 2008).

52

2.5.6 Anaerobní mezofilní stabilizace Anaerobní mezofilní stabilizace kalu je v současné době nejrozšířenější a také technologicky nepropracovanější anaerobní metodou stabilizace kalu. V minulosti se využívala pro ČOV od 10 000 EO až po největší městské čistírny. Dnes však vzhledem k ekonomickým nákladům nachází tato metoda uplatnění na ČOV nad 30 000 EO (VÍTĚZ, GRODA, 2008). Anaerobní mezofilní stabilizace je proces stabilizace kalů při teplotě 35 °C s průměrnou dobou zdržení 15 dní. Většinou jde o dvoustupňový proces, přičemž první stupeň je vždy míchaný a vyhřívaný, kdy se odebírá produkovaný bioplyn. Druhý stupeň není vyhřívaný a nemusí být zakrytý. Přestože je produkovaný kal dostatečně stabilizovaný, nedosahuje se touto metodou požadovaného snížení patogenních mikroorganismů (ZÁBRANSKÁ, 2004). Tato metoda stabilizace a následné hygienizace je složitým procesem, který probíhá v několika na sobě závislých stupních a je významně ovlivněn provozní teplotou, složením surového kalu a řízením provozních podmínek. Pro vznik metanu je důležitá dynamická rovnováha všech výše uvedených stupňů procesu. Je tedy nutné pro stabilitu provozu zajistit stabilní provozní podmínky, tj. rovnoměrné zatížení reaktoru surovým kalem v čase, stabilní provozní teplotu a hlavně kvalitní míchání fermentoru. Míchání fermentoru lze zajistit třemi způsoby. Míchání mechanickými míchadly různé konstrukce efektivně eliminuje vznik kalových „stropů“, snižuje riziko pěnění a zajišťuje kvalitní homogenizaci. Jsou-li kvalitně navržená mechanická míchadla, dochází ke snižování rizika usazování jemných frakcí písku a zanášení fermentorů. Míchání kalovým plynem má výhodu v tom, že podporuje konečnou pozitivní bilanci tvorby metanu. Ovšem nevýhodou tohoto způsobu míchání je vyšší pěnění ve fermentoru, které může být způsobeno přetížením, porušením technologické kázně nebo zpracováním pěnotvorných vláknitých baktérií, které vznikají při nahromadění v aktivačním procesu. Poslední způsob, kterým je hydraulické míchání recirkulačními čerpadly, zároveň slouží k ohřevu. Existuje zde však riziko vyššího zanášení fermentorů pískem a tvorby kalových stropů (VÍTĚZ, GRODA, 2008). CARRINGTON, PIKE, AUTY a MORRIS (1991) se zabývali studií porovnání hygienizačního účinku anaerobní mezofilní a aerobní termofilní stabilizace. Proces anaerobní mezofilní stabilizace byl za podmínek střední retenční doby 26 dnů při teplotě 34 °C, zatímco u aerobní termofilní stabilizace byla střední doba zadržení 28 dní a teplota 55 ° C. Při anaerobní mezofilní stabilizaci došlo ke snížení těkavých pevných látek o 49 %, 53

u aerobní termofilní stabilizace to bylo o 35 %. Podle autorů studie byla desinfekční schopnost aerobní termofilní stabilizace překonána, jelikož došlo ke snížení počtu enterobakterií, termotolerantních koliformních bakterií a fekálních streptokoků pod 103 ve 100 ml a došlo ke zničení životaschopných vajíček Ascaris do 4 hodin. Při procesu anaerobní mezofilní stabilizace došlo ke snížení počtu bakterií o 90 %, enterovirů o 99 %, ale tato stabilizace neměla žádný vliv na životaschopnost vajíček Ascaris.

2.5.7 Anaerobní termofilní stabilizace Anaerobní termofilní stabilizace je proces stabilizace kalů, který probíhá při teplotě okolo 55 °C. Většinou jde stejně jako u anaerobní mezofilní stabilizace o dvoustupňový proces. První stupeň je vždy míchaný a vyhřívaný s odběrem produkovaného bioplynu. Obecně je doporučováno, aby i druhý stupeň byl míchaný a uzavřený s odběrem bioplynu. Oproti mezofilní stabilizaci lze touto metodou dosáhnout lepšího rozkladu organických látek a vyšší produkce bioplynu. Hlavním hygienizačním parametrem je u tohoto způsobu stabilizace působení teploty po dobu zdržení v reaktoru. Efekt hygienizace je snižován zkratovým prouděním v reaktoru, je-li však toto eliminováno, dosahuje produkovaný kal požadovaných hygienických parametrů (ZÁBRANSKÁ, 2004). Za podmínek anaerobní termofilní stabilizace je však probíhající biologický proces náchylný k mnoha poruchám a je oproti mezofilní stabilizaci méně stabilní. Vysoké nároky jsou kladeny na řízení termofilních anaerobních reaktorů, udržování reakčních podmínek a rovnoměrnost zatížení – dávkování surového kalu a komplikovanější je i zapracování termofilního anaerobního reaktoru. Vyšší rozklad organických látek je inhibován vznikajících amoniakem, především v závislosti na pH. Díky vyšším nárokům na energii pro ohřev reaktoru je tato metoda obvykle používána pouze jako první stupeň stabilizace, přičemž druhým stupněm je anaerobní mezofilní stabilizace (VÍTĚZ, GRODA, 2008). Anaerobní termofilní stabilizace nachází v současné době ve světě i u nás stále více uplatnění. Tato metoda má, na rozdíl od mezofilní, řadu výhod: vyšší rychlost rozkladu organických látek v kalu, vyšší účinnost procesu díky lepšímu rozkladu organických látek, zvýšená teplota má hygienizační účinek, nejsou problémy s pěněním ve fermentoru (DOHÁNYOS, 2004).

54

ZÁBRANSKÁ ET AL. (2001) ve svém výzkumu potvrdila až o dva řády vyšší hygienizační účinek termofilní anaerobní stabilizace v porovnání s mezofilní. V rámci výzkumu zkoumaly hygienizační účinek termofilní anaerobní stabilizace na ČOV v Praze, která probíhá ve dvou stupních. V prvním stupni je provozní teplota 55 °C, ve druhém pak přibližně 52 °C. Zároveň využili jako srovnávací sousední mezofilní fermentory. Ve vstupech a výstupech všech fermentorů byly sledovány indikátorové organismy – enterokoky a termotolerantní koliformní bakterie a rovněž byla prováděna zkouška na přítomnost Salmonella sp. Technologický význam této metody spočívá v tom, že umožňuje snížení potřebného objemu reaktorů a umožňuje pracovat při vyšším zatížení fermentorů. Lepší rozklad organických látek vede k vyšší produkci bioplynu (o 30-40 %) a snížení množství stabilizovaného kalu a snížení množství obsahu organických látek ve stabilizovaném kalu pod 50 % (RACLAVSKÁ, 2007).

2.5.8 Kombinace metod zpracování kalů a metod hygienizace Již bylo uvedeno, že výhodné je kombinovat metody zpracování kalu a metody zaručující dodatečný hygienický účinek. Níže je uvedeno několik takových metod: Duální systém – prvním stupněm je autotermní aerobní stabilizace při teplotě vyšší jak 55 °C s dobou zdržení minimálně 20 hodin, druhým stupněm je mezofilní anaerobní stabilizace. Tepelné fázování – nejnovější modifikace anaerobní stabilizace kalu, kdy je první

stupeň

uskutečňován

v termofilních

podmínkách,

druhý

stupeň

v mezofilních podmínkách. V rámci této metody jsou spojené výhody termofilního i mezofilního procesu, přičemž jejich nevýhody jsou potlačeny. Mezi hlavní výhody tohoto procesu patří nižší potřebná doba zdržení proti mezofilnímu systému, vyšší rozklad přiváděného materiálu, zvýšení specifické produkce bioplynu a dosažení dostatečného hygienizačního účinku. Termická předúprava tekutého kalu s následnou termofilní nebo mezofilní anaerobní stabilizací – předúprava probíhá po dobu minimálně 30 minut při teplotě 70 °C, následná stabilizace kalu se uskutečňuje za teploty, která je obvyklá pro použitý systém stabilizace kalu.

55

Anaerobní mezofilní stabilizace kalu při teplotě do 40 °C s průměrnou dobou zdržení 12 dní s následnou pasterizací tekutého kalu po dobu minimálně 30 minut při teplotě 70 °C. Anaerobní mezofilní stabilizace kalu s následnou kalcinací za vzniku homogenní směsi kalu a vápna. Tato směs musí vykazovat hodnotu pH vyšší než 12 okamžitě po vápnění a udržet ji po dobu 24 hodin (ZÁBRANSKÁ, 2004). Termofilní aerobní předúprava po dobu minimálně 4 hodin při teplotě alespoň 60 °C s následnou anaerobní stabilizací minimálně 12 dní při teplotě 35 °C. Předpasterace při teplotě 70 °C po dobu minimálně 30 minut s následnou anaerobní stabilizací po dobu minimálně 15 dní při 35 °C. Termální hydrolýza s následnou anaerobní stabilizací, přičemž hydrolýza je rozdělena do tří kroků – zahřátí kalu na 80 °C, poté zahřátí kalu na 80-120 °C pomocí páry a konečné zahřátí na 120-160 °C. Anaerobní stabilizace s následným sušením po dobu 30 minut při teplotě 80-90 °C (ØDEGAARD, PAULSRUD, KARLSSON, 2002).

56

3

CÍL PRÁCE

Cílem disertační práce je stanovení účinnosti hygienizace kalů na čistírně odpadních vod využívající jako metodu hygienizace a stabilizace kalu autotermní aerobní termofilní stabilizaci, technologií OSS – Oxyterm sludge system®, která je provozována na ČOV Tetčice, a stanovení účinnosti hygienizace kalů na čistírně odpadních vod, která jako metodu hygienizace využívá pasteraci (ČOV Tišnov). Na základě naměřených a získaných dat provést porovnání účinností těchto dvou metod, které bude rovněž zahrnovat srovnání možnosti sekundární mikrobiální kontaminace volně uskladněných kalů a navržení jejich dalšího možného využití na základě splnění podmínek stanovených platnou legislativou. Pro úspěšné splnění cíle disertační práce je nezbytné vyřešit následující dílčí cíle: Analýza současného stavu řešené problematiky hygienizace kalů na čistírnách odpadních vod a legislativních požadavků, které stanovují podmínky pro další využití kalů. Provedení fyzikálních, mikrobiologických a chemických analýz odebraných vzorků čistírenských kalů před jejich hygienizací, okamžitě po hygienizaci a z místa jejich dlouhodobého uskladnění před dalším využitím. Stanovením počtu vybraných endogenních mikroorganismů v kalu před a po zpracování ověřit účinnost provedené hygienizace a vypočítat stupeň redukce. Provést zhodnocení účinnosti hygienizace a míry rekontaminace kalů určujících možnost jejich aplikace na zemědělskou půdu.

57

4

MATERIÁL A METODIKA

4.1 Základní charakteristika ČOV Tetčice Čistírna odpadních vod Tetčice, 15 000 EO, je koncipována jako nízkozatížená mechanicko-biologická čistírna s vysokou účinností odstraňování dusíku a s chemickým srážením fosforu. Surová

odpadní

voda

je

na

čistírnu

přiváděna

jednotnou

kanalizační

sítí

v předpokládaném množství 2 250 m3 za den. Aktivaci tvoří dvojice oběhových směšovacích nádrží o rozměrech 36 m × 12 m, hloubce 4,8 m a objemu 1 900 m3. Aerace je pneumatická. Kalové hospodářství ČOV Tetčice zajišťující stabilizaci a hygienizaci kalu na úroveň požadavků kategorie I je řešeno v třívěžovém uspořádání jako zcela samostatná provozní jednotka s vlastním automaticky řízeným provozem.

Obrázek č. 13: Provozní schéma metody OSS (podle FOLLER, JELÍNEK, KLIMEŠ, 2010) Přebytečný surový kal je podle aktuálního zatížení čistírny kontinuálně čerpán z aktivace na zahušťovací flotační jednotku, na které je rovněž možné zahušťovat kal odebraný z recirkulačního okruhu. Zahuštěný kal je následně čerpán do provzdušňované a vzduchem míchané vyrovnávací nádrže. Z vyrovnávací nádrže je kal čerpán v programem určených dávkách s odstupem dávkování minimálně 20 hodin do 58

autotermního termofilního aerobního reaktoru se střední hydraulickou dobou zdržení přibližně 21 dní. V reaktoru je kal biologicky zprostředkovanou a řízenou oxidací čistým kyslíkem ohříván a udržován na hygienizační teplotě nad 55 °C. Před dávkováním surového zahuštěného kalu je z reaktoru vždy automaticky odčerpáno do druhé vyrovnávací nádrže stanovené množství hygienizovaného kalu. V druhé vyrovnávací nádrži je kal homogenizován, podle potřeby gravitačně zahuštěn a následně odváděn k odvodnění na dekantační odstředivce. Objemy kalu v obou vyrovnávacích nádržích a v reaktoru jsou udržovány na technologicky určených hodnotách, které zaručují předepsanou délku tepelného zpracování kalu (minimálně 20 dní) a rovnoměrnost zatížení biologické linky kalovou vodou (FOLLER, JELÍNEK, 2006).

4.2 Základní charakteristika ČOV Tišnov Čistírna Tišnov-Březina, 18 000 EO, je koncipována jako mechanicko-biologická čistírna. Surová odpadní voda je na čistírnu přiváděna převážně jednotnou kanalizační sítí v předpokládaném množství 2 400 m3 za den. Aktivaci o celkovém objemu 347 m3 tvoří dvě nádrže o rozměrech 4,8 m × 15 m, hloubce 3,0 m. Provzdušnění je zajišťováno 6 povrchovými mechanickými aerátory. Kalové hospodářství ČOV Tišnov zajišťuje stabilizaci a hygienizaci kalu na úroveň požadavků kategorie I. Přebytečný kal je z aktivace kontinuálně odebírán do odtokové jímky odkud se odsazená voda vrací zpět do biologické linky. Zahuštěný kal je zachytáván v akumulační jímce, odkud je střídavě čerpán s gravitačně zahuštěným primárním kalem z jímky primárního kalu do anaerobního fermentoru. Sekundární kal z dosazovacích nádrží je zahušťován na flotační jednotce na sušinu 4-5 %, případně čerpán do primární usazovací nádrže. Kal po fermentaci je následně čerpán na pasterační linku tvořenou pasteračními a teplosměnnými aparáty. Proces pasterace kalu probíhá za stálého intenzivního míchání při teplotě 70 °C po dobu 60 minut. Teplota a doba zdržení kalu v pastéru může být podle potřeby zvýšena, což je umožněno jeho technickým řešením. Po skončení pasterace následuje rekuperace tepla a vypouštění pasterovaného kalu do uskladňovací

59

nádrže. Pasterovaný kal je následně odvodněn na dekantační odstředivce a umístěn na deponii kalu.

4.3 Odběr vzorků Vzorky čistírenských kalů byly odebrány z předem určených míst do sterilních vzorkovnic, tak aby nedošlo k sekundární kontaminaci, a v chladicím boxu přepraveny do laboratoře, aby tak byla minimalizována jakákoliv změna počtu přítomných mikroorganismů dle požadavků vyplývajících z normy ČSN EN ISO 7218 definujících všeobecné požadavky a doporučení pro mikrobiologické zkoušení. Způsob odběru vzorku byl volen nejen s ohledem na možnost sekundární kontaminace, ale rovněž s ohledem na proveditelnost bezpečného odběru, minimalizaci zásahu do probíhajícího technologického kroku zpracování a na fyzikální vlastnosti odebíraného vzorku. Ve všech případech odběru vzorků bylo postupováno podle normy ČSN EN 5667-13 stanovující návod pro odběr vzorků kalů a jednalo o vzorek prostý, náhodně odebraný z proudu tekutého kalu, odvodněného kalu nebo deponie.

4.4 Stanovení veškerých látek a obsahu vody Postup stanovení veškerých látek (koncentrace sušiny) a obsahu vody v kalech vychází z modifikace českých verzí evropských norem EN 12880:2000, která stanovuje postup pro stanovení veškerých látek a obsahu vody v kalech a kalových produktech, a EN 15934:2012, která specifikuje výpočet podílu sušiny v analyzovaných kalech, pro které mají být výsledky analýz přepočteny na sušinu. Podstata zkoušky vychází z vysušení vzorku do konstantní hmotnosti v sušárně při 105 °C. Z rozdílů hmotností kalu před sušením a po sušení se vypočte koncentrace veškerých látek a obsah vody (ČSN EN 12880).

4.4.1 Postup stanovení – sušení při 105 °C Keramický kelímek, který byl předem vyžíhán při teplotě 550 °C ± 25 °C po dobu minimálně 30 minut (z důvodu následného stanovení ztráty žíháním), byl po vychladnutí v exikátoru na laboratorní teplotu zvážen s přesností na 1 mg na analytických vahách řady Adventurer Pro od společnosti Ohaus.

60

Podle očekávaného zbytku po sušení bylo do kelímku naváženo takové množství kalu tak, aby měl zbytek po sušení hmotnost nejméně 0,5 g. Kelímek byl opětovně zvážen s přesností na 1 mg a vložen sušit do laboratorní sušárny Venticell od společnosti BMT Medical Technology s.r.o. při teplotě 105 °C ± 5 °C do doby než byl zbytek suchý (12 hodin). Po zchladnutí v exikátoru na laboratorní teplotu byl kelímek zvážen a opětovně na 1 hodinu vložen do sušárny o teplotě 105 °C ± 5 °C. Tento postup byl opakován do doby, než se další zjištěná hodnota při vážení nelišila od předchozí hodnoty o více jak 0,5 %.

4.4.2 Výpočet výsledků Koncentrace veškerých látek (podíl sušiny) vyjádřený v hmotnostních procentech byla vypočtena podle vzorce:

[1]

kde:

wdr

… koncentrace veškerých látek ve vzorku kalu (zbytek po sušení) [%];

m1

… hmotnost prázdného kelímku, vyjádřeno v gramech [g];

m2

… hmotnost kelímku se vzorkem, vyjádřeno v gramech [g];

m3

… hmotnost kelímku s vysušeným vzorkem, vyjádřeno v gramech [g];

f

… přepočítávací faktor, f = 100 pro vyjádření výsledku v hmotnostních procentech [%].

Výsledné hodnoty byly dle požadavku normy zaokrouhleny na desetiny procenta.

4.5 Stanovení ztráty žíháním Postup stanovení ztráty žíháním v kalech vychází z modifikace českých verzí evropských norem EN 15169:2007, která určuje postup pro stanovení ztráty žíháním v odpadech, kalech a sedimentech, a EN 15935:2012, která specifikuje stanovení ztráty žíháním v kalech, upravených bioodpadech, půdách a odpadech. Ztráta žíháním je rovněž často využívána k odhadu obsahu netěkavých organických látek ve vzorku. Při tomto odhadu je rovněž přihlédnuto ke skutečnosti, že veškerý

61

obsah elementárního uhlíku, těkání organických materiálů nebo reakce s anorganickými sloučeninami jsou zahrnuty do ztráty žíháním (ČSN EN 15169). Podstata zkoušky vychází z vyžíhání vzorku do konstantní hmotnosti v peci při 550 °C ± 25 °C a následného stanovení ztráty žíháním z rozdílů hmotností vzorku před žíháním a po žíhání. Stanovení se obvykle provádí na vzorku, který byl předem vysušen v rámci stanovení sušiny.

4.5.1 Postup stanovení Kelímek se vzorkem kalu po stanovení podílu sušiny byl dle možnosti vycházející z norem použit ke stanovení ztráty žíháním a vložen do laboratorní muflové pece, kde byl zahříván při teplotě 550 °C ± 25 °C po dobu nejméně 3 hodin. Horký kelímek byl následně vyjmut z pece, ochlazen na kovové desce a následně ochlazen v exikátoru na laboratorní teplotu. Následně byl kelímek zvážen s přesností na 1 mg a opětovně vložen do laboratorní pece. Žíhání bylo považováno za úplné v okamžik dosažení konstantní hmotnosti po následujícím žíhání.

4.5.2 Výpočet výsledků Ztráta žíháním provedená jako následující pracovní krok se stejným kelímkem po stanovení podílu sušiny se vypočítá podle vzorce:

[2]

kde:

wloi

… ztráta žíháním vzorku v procentech podílu sušiny [%];

m1

… hmotnost prázdného kelímku, vyjádřeno v gramech [g];

m3

… hmotnost kelímku s vysušeným vzorkem, vyjádřeno v gramech [g];

m4

… hmotnost kelímku se zbytkem po žíhání, vyjádřeno v gramech [g].

Výsledné hodnoty byly dle požadavku normy zaokrouhleny na desetiny procenta.

62

4.6 Stanovení indikátorových mikroorganismů Vzorek odebraného kalu byl v laboratoři homogenizován, připravena jeho výchozí suspenze a další desetinásobná ředění za současného zajištění hygienických opatření v průběhu celého stanovení. Ze zvolených ředění výchozí suspenze byly očkovány vždy dvě Petriho misky s tuhou selektivní půdou určenou pro detekci indikátorových mikroorganismů. Stupeň ředění byl zvolen tak, aby výsledný počet kolonií na jedné misce byl 15 až 150 KTJ.

4.6.1 Stanovení termotolerantních koliformních bakterií Podstata stanovení je založena na zachycení termotolerantních koliformních bakterií z podílu zkoušeného vzorku na povrchu selektivní půdy – mFC agaru. Selektivní půda byla připravena ze standardizovaného dehydratovaného kompletního kultivačního media firmy Merck obsahujícího pepton a kvasniční extrakt jako zdroj živin a směs žlučových solí, které inhibují růst doprovodné Gram-pozitivní mikroflóry. V půdě, k jejímuž základu byl přidán alkalický roztok kyseliny rosolové, je rovněž obsažená laktóza, která může být fekálními koliformními bakteriemi zkvašována. Petriho misky s naočkovaným mFC agarem byly inkubovány v termostatu při teplotě 44,5 °C ± 0,2 °C po dobu 24 hodin. Termotolerantní koliformní bakterie se na selektivní půdě projevovaly v podobě nárůstu modrých kolonií, zatímco ostatní mikroorganismy se projevily nárůstem šedých kolonií. Tabulka č. 13: Složení kultivační půdy m-FC agar (podle ČSN 75 7835, 2009) složka tryptóza proteózový pepton č. 3 kvasničný extrakt chlorid sodný (NaCl) laktóza směs žlučových solí anilinová modř alkalický roztok kyseliny rosolové agar destilovaná voda

množství 10,0 g 5,0 g 3,0 g 5,0 g 12,5 g 1,5 g 0,1 g 10,0 ml 12,0-15,0 g 1 000 ml

63

4.6.2 Stanovení enterokoků Určený objem 0,1 ml příslušného stupně ředění výchozí suspenze vzorku byl naočkován na Petriho misky s m-enterokokovým agarem (Slanetz – Bartley), který byl připraven z dehydratovaného komerčně vyráběného selektivního kultivačního media firmy Merck. Naočkované misky byly inkubovány v termostatu při teplotě 44,5 °C ± 0,2 °C po dobu 24 hodin. Enterokoky redukovaly v půdě obsažený 2,3,5-trifenyltetrazolium chlorid (TTC) na červený formazan, který způsobil charakteristické zbarvení jejich kolonií. Růst doprovodné Gram-negativní mikroflóry byl potlačen v půdě obsaženým azidem sodným. Tabulka č. 14: Složení kultivační půdy m-enterokokový agar (podle ČSN EN ISO 78992, 2001) složka

množství 20,0 g 5,0 g 2,0 g 4,0 g 0,4 g 10,0 ml 12,0-15,0 g 1 000 ml

tryptóza kvasničný extrakt glukóza hydrogenfosforečnan draselný (K2HPO4) azid sodný (NaN3) roztok TTC agar destilovaná voda 4.6.3 Průkaz přítomnosti bakterií rodu Salmonella

Průkaz přítomnosti bakterií rodu Salmonella sp. vyžaduje čtyři po sobě následující kroky. Z důvodu možného nízkého počtu přítomných bakterií rodu Salmonella sp. je v prvním kroku nezbytné jejich selektivní pomnožení. Do tlumivé peptovové vody byl inokulován zkušební vzorek a inkubován při teplotě 36 °C ± 2 °C po dobu 18 hodin. Tabulka č. 15: Složení tlumivé peptonové vody (podle ČSN ISO 19250, 2011) složka pepton chlorid sodný (NaCl) dodekahydrát hydrogenfosforečnanu sodného (Na2HPO4·12H2O) dihydrogenfosforečnan draselný (KH2PO4) destilovaná voda

64

množství 10,0 g 5,0 g 9,0 g 1,5 g 1 000 ml

Kultura získaná pomnožením byla inokulována do dvou tekutých půd, do půdy s chloridem hořečnatým a malachitovou zelení (podle Rappaporta a Vassiliadise), která byla inkubována v termostatu při teplotě 41,5 °C ± 1 °C po dobu 2krát 24 hodin, a do půdy se seleničitanem sodným a cystinem, která byla inkubována při teplotě 36 °C ± 2 °C rovněž po dobu 2krát 24 hodin. Tabulka č. 16: Složení půdy podle Rappaporta a Vassiliadise (podle ČSN ISO 19250, 2011) složka

množství

kaseinový enzymatický hydrolyzát chlorid sodný (NaCl) dihydrogenfosforečnan draselný (KH2PO4) hydrogenfosforečnan draselný (K2HPO4) destilovaná voda hexahydrát chloridu hořečnatého (MgCl2·6H2O) destilovaná voda šťavelan malachitové zeleně destilovaná voda

5,0 g 8,0 g 1,4 g 0,2 g 1 000 ml 400 g 1 000 ml 0,4 g 100 ml

podíl pro kompletní medium

1 000 ml

100 ml 10 ml

Tabulka č. 17: Složení půdy se seleničitanem sodným a cystinem (podle ČSN ISO 19250, 2011) složka

množství 5,0 g 4,0 g 10,0 g 4,0 g 0,01 g 1 000 ml

trypton laktóza hydrogenfosforečnan sodný (Na2HPO4) hydrogenseleničitan sodný (NaHSeO3) L-cystin destilovaná voda

Každá z kultur získaných pomnožením v selektivních tekutých živných půdách byla následně vyočkována na dvě pevné selektivní půdy, kterými byl agar s fenolovou červení a briliantovou zelení (agar BGA podle Edela a Kampelmachera) a agar s xylózou, lyzinem a deoxycholanem (agar XLD), které byly inkubovány při teplotě 36 °C ± 2 °C po dobu 2krát 24 hodin.

65

Tabulka č. 18: Složení půdy podle Edela a Kampelmachera (podle ČSN ISO 19250, 2011) složka

množství

pepton hovězí extrakt kvasniční extrakt hydrogenfosforečnan sodný (Na2HPO4) dihydrogenfosforečnan sodný (NaH2PO4) agar destilovaná voda laktóza sacharóza fenolová červeň destilovaná voda briliantová zeleň destilovaná voda

podíl pro kompletní medium

10,0 g 5,0 g 3,0 g 1,0 g 0,6 g 12,0-15,0 g 1 000 ml 10,0 g 10,0 g 0,09 g 100 ml 0,5 g 100 ml

900 ml

100 ml

1 ml

Tabulka č. 19: Složení půdy XLD agar (podle ČSN ISO 19250, 2011) složka D-xylóza L-lysin deoxycholan sodný kvasniční extrakt sacharóza laktóza chlorid sodný (NaCl) thiosíran sodný (Na2S2O3) citran železitoamonný fenolová červeň agar destilovaná voda

množství 3,5 g 5,0 g 2,5 g 3,0 g 7,5 g 7,5 g 5,0 g 6,8 g 0,8 g 0,08 g 12,0-15,0 g 1 000 ml

U presumptivních bakterií rodu Salmonella byla jejich identita potvrzena nebo vyvrácena vhodnými biochemickými a sérologickými testy.

4.6.4 Výpočet a vyjádření výsledků Pro stanovení termotolerantních koliformních bakterií a enterokoků platí následující pravidla pro výpočet konečného výsledku. Po skončení inkubace stanovené specifickou normou byly spočítány všechny typické kolonie na každé plotně obsahující méně než 150 kolonií. Počet N stanovovaných indikátorových mikroorganismů na gram vzorku se vypočetl podle následující rovnice:

66

[3]

kde:

c … součet všech kolonií spočtených po identifikaci na vybraných plotnách n1 … počet ploten použitých pro výpočet z prvního ředění n2 … počet ploten použitých pro výpočet z druhého ředění d … faktor prvního pro výpočet použitého ředění V … objem inokula [ml] N … počet kolonií tvořících jednotku v 1 g vzorku

Výsledek byl vyjádřen jako počet kolonií tvořících jednotku (KTJ) mikroorganismů na gram vzorku, v případě požadavků daných právními předpisy byl výsledek přepočten na sušinu vzorku.

4.6.5 Validace účinnosti hygienizace Ověření účinnosti hygienizace čistírenských kalů má za úkol kontrolu snížení mikrobiologické kontaminace u sledované technologie úpravy a zajistit tak hygienickou nezávadnost na výstupu z technologického zařízení. Validaci účinnosti hygienizace lze provádět testem přímého hodnocení technologie za pomoci vegetativních buněk vneseného indikátorového mikroorganismu (Salmonella senftenberg W 775 (H2S negativní), Enterococcus faecalis) nebo bodovým testem stanovujícím počet vybraných endogenních mikroorganismů v substrátu před a po zpracování, který však nelze použít v případě, že je počet bakterií na vstupu nižší než 106 KTJ v 1 g a počet fágů je nižší než 105 PTJ v 1 g (BENEŠ ET AL., 2013). Proces hygienizace lze považovat za ověřený, jestliže byly dodrženy všechny předepsané technologické parametry stanovené v provozním řádu zařízení, výstup z technologického zařízení odpovídá stanoveným kritériím a počet KTJ se u vneseného indikátorového mikroorganismu snížil minimálně o 6 řádů (MATĚJŮ, ZIMOVÁ, 2009).

67

4.6.5.1 Stanovení stupně inaktivace Z výsledků hodnot stanovených počtů indikátorových mikroorganismů v 10 vzorcích na vstupu (A) a 10 vzorcích na výstupu (B) z technologického zařízení se vypočítá hodnota mediánů. Stupeň inaktivace se následně vypočítá podle rovnice:

[4] Není-li legislativou stanoveno jinak, měl by log IR pro bakteriální parametry být 5 a pro bakteriofágy 4. V případě, že redukce nevyhovuje uvedeným požadavkům, lze proces považovat za nedostatečný pro hygienizaci (MATĚJŮ, 2008).

4.7 Stanovení rizikových látek a prvků Stanovení hodnot koncentrací vybraných rizikových látek a prvků v kalech, které jsou hodnotícími ukazateli kalů pro jejich použití na zemědělské půdě a řídí se vyhláškou MŽP č. 382/2001 Sb. o podmínkách použití upravených kalů na zemědělské půdě, byla provedena Vodohospodářskou a ekologickou laboratoří provozovanou Vodárenskou akciovou společností, a.s. a poskytnuta k vyhodnocení prostřednictvím Ing. Jana Follera, hlavního technologa ČOV ve společnosti VAS, a.s. Tabulka č. 20: Metody stanovení vybraných rizikových látek a prvků (VAS, a.s.) Riziková látka As Cd Cu Hg Cr Ni Pb Zn AOX PCB

Metoda stanovení ČSN EN ISO 15586 ČSN EN ISO 15586, ČSN EN ISO 5961 ČSN ISO 8288 TNV 757440 ČSN EN 1233 ČSN ISO 8288 ČSN ISO 8288 ČSN ISO 8288 D-38414-S18 EPA-8082

68

5

VÝSLEDKY A DISKUSE

Na vybraných čistírnách odpadních vod (Tetčice a Tišnov) byl prováděn v období let 2008-2012 odběr vzorků kalů před hygienizací, po hygienizaci a hygienizovaných a stabilizovaných kalů z deponie, ve kterých byl sledován počet indikátorových mikroorganismů, sušina, ztráta žíháním a koncentrace vybraných rizikových látek a prvků. Minimální četnost prováděných chemických a mikrobiologických analýz kalů z čistíren odpadních vod využívaných na zemědělské půdě je dána v příloze č. 5 vyhlášky Ministerstva životního prostředí č. 382/2001 Sb., o podmínkách použití upravených kalů na zemědělské půdě. Tabulka č. 21: Minimální četnost chemických a mikrobiologických analýz kalů využívaných na zemědělské půdě za rok (VYHLÁŠKA Č. 382/2001 SB.)

Produkce kalů z ČOV [Mg sušiny kalů za rok] < 250 250-1000 1000-2500 > 2500 *

**

Minimální počet analýz za rok Mikrobiologie (termotoler. Agrochemické Rizikové prvky (As, Cd, Cr, Cu, koliform. bakterie, parametry* (živiny) Ng, Ni, Pb, Zn) enterokoky, Salmonella sp.) 2 2 2 4 4 4 4 4 6 12 12 12

agrochemické parametry:

Organické kontaminanty (AOX, PCB) -** -** 1 1

pH, obsah sušiny, obsah organických látek (vyjádřený jako ztráta žíháním), celkový dusík, amoniakální dusík, dusičnanový dusík, fosfor, draslík, vápník hořčík analýzy se dělají podle § 4 odst. 2 této vyhlášky před prvním použitím kalů

69

5.1 ČOV Tetčice 5.1.1 Mikrobiologické analýzy V surovém kalu vstupujícím do procesu stabilizace a hygienizace byla dlouhodobým sledováním zjištěna průměrná hodnota 1,90·105 KTJ termotolerantní koliformních bakterií a 3,06·105 KTJ enterokoků na 1 gram sušiny kalu. Nejvyšší stanovený počet pak činil 8,80·105 KTJ termotolerantní koliformních bakterií 9,29·105 KTJ na 1 gram sušiny kalu (tabulka č. 22). V rámci všech provedených stanovení nebyly v kalu vystupujícím z procesu hygienizace detekovány žádné termotolerantní koliformní bakterie, enterokoky a ani bakterie rodu Salmonella. Procesem autotermní aerobní termofilní stabilizace a hygienizace čistírenského kalu tak došlo ke 100% usmrcení sledovaných indikátorových mikroorganismů. Výpočtem byl stanoven stupeň inaktivace (IR) 5 log pro enterokoky i termotolerantní koliformní bakterie.

Graf č. 4: Výskyt termotolerantních bakterií a enterokoků v kalu z ČOV Tetčice

70

Tabulka č. 22: Mikrobiologické parametry kalů z ČOV Tetčice – statistické vyhodnocení dat

71

Počet měření % platných měření Průměr Geometrický průměr Harmonický průměr Medián Modus Četnost modu Součet Minimum Maximum Dolní kvartil Horní kvartil Rozptyl Směrodatná odchylka Variační koeficient Směrodatná chyba průměru

Surový kal termotoler. enterokoky koliform. bakterie [KTJ/g suš.] [KTJ/g suš.] 18 18 100 100 3,06·105 1,90·105 2,02·105 1,21·105 5 1,31·10 8,30·104 1,80·105 1,05·105 vícenás. 4,30·104 1 2 5 514 000 3 424 000 3,20·104 2,90·104 5 9,29·10 8,80·105 1,10·105 5,70·104 5 4,80·10 2,09·105 10 7,98·10 4,75·1010 2,82·105 2,18·105 92,22 114,59 6,66·104 5,14·104

Kal z hygienizace termotoler. enterokoky koliform. bakterie [KTJ/g suš.] [KTJ/g suš.] 18 18 100 100 0,00 0,00 0 0 0 0 18 18 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00

Skládka kalu – deponie termotoler. enterokoky koliform. bakterie [KTJ/g suš.] [KTJ/g suš.] 18 18 100 100 1,72·101 1,39·101 < 10 < 10 15 15 0 0 1,60·102 1,00·102 < 10 < 10 < 10 < 10 8,43 5,12 (Zdroj: VLASTNÍ ŠETŘENÍ)

Výsledky stanovení počtu indikátorových mikroorganismů v kalu hygienizovaného a stabilizovaného metodou AATS tak plně potvrzují závěry ZWIEFELHOFERA (1985) a BENEŠOVÉ (2004), kteří uvádějí, že tento proces zajistí dokonalou stabilizaci a hygienizaci kalu znamenající plné usmrcení bakterií rodu Salmonella a snížení počtu enterokoků a termotolerantních koliformních bakterií na hodnoty < 103 KTJ·g-1 sušiny kalu. U kalu deponovaného na skládce kalu po dobu více jak 10 dní byly dlouhodobě stanovovány hodnoty počtu termotolerantních koliformním bakterií a enterokoků nižší než 10 KTJ na 1 g sušiny kalu. Bakterie rodu Salmonella nebyly detekovány ani v jednom z odebraných vzorků kalu. Pouze u jednoho z odebraných vzorků kalu byl stanoven počet enterokoků 1,60·102 KTJ a koliformních bakterií 1,00·102 KTJ na 1 g sušiny. Uvedené hodnoty představují rekontaminaci kalu, která mohla být s velkou pravděpodobností způsobena chybou při odběru vzorku. I přes tuto skutečnost splňuje kal všechna mikrobiologická kritéria, která jej řadí mezi kaly kategorie I, které je možné obecně aplikovat na zemědělské půdy při dodržení dalších legislativních požadavků.

5.1.2 Chemické analýzy Z výsledku stanovení koncentrací vybraných rizikových látek a prvků v čistírenských kalech produkovaných ČOV Tetčice v období let 2008-2012 bylo zjištěno, že ani jeden ze sledovaných ukazatelů pro hodnocení kalů nepřekračuje mezní koncentrace stanovené platnou legislativou pro aplikaci těchto kalů na zemědělskou půdu. Tabulka č. 23: Obsah rizikových prvků a látek v kalech z ČOV Tetčice

As – arzén Cd – kadmium Cr – chrom Cu – měď Hg – rtuť Ni – nikl Pb – olovo Zn – zinek AOX PCB (suma 6 kongenerů)

Průměrná hodnota [mg/kg] 2,93 1,23 41,69 178,65 1,08 33,59 59,89 1 288,00 146,55 0,28

Maximální hodnota Mezní hodnota [mg/kg] [mg/kg] 7,4 30 2,3 5 65 200 257 500 2,2 4 53 100 92 200 1 652 2 500 293 500 0,36 0,6 (Zdroj: VLASTNÍ ŠETŘENÍ) 72

Agrochemické parametry analyzovaných kalů z ČOV Tetčice dosahovaly průměrných hodnot obsahu dusíku 4,16 % sušiny, fosforu 2,55 % sušiny, draslíku 0,54 % sušiny, vápníku 3,54 % sušiny a hořčíku 0,79 % sušiny. Svým složením jsou kaly aplikované na zemědělskou půdu bohatým zdrojem majoritních minerálních prvků potřebných pro růst rostlin a vhodnou alternativou nahrazující průmyslově vyráběná hnojiva.

Graf č. 5: Agrochemické parametry kalu z ČOV Tetčice

5.2 ČOV Tišnov 5.2.1 Mikrobiologické analýzy V surovém kalu vstupujícím do procesu stabilizace a hygienizace byla dlouhodobým sledováním zjištěna průměrná hodnota 1,77·107 KTJ termotolerantní koliformních bakterií a 8,15·105 KTJ enterokoků na 1 gram sušiny kalu. Nejvyšší stanovený počet pak činil 1,76·108 KTJ termotolerantní koliformních bakterií 1,92·106 KTJ na 1 gram sušiny kalu (tabulka č. 24).

73

Tabulka č. 24: Mikrobiologické parametry kalů z ČOV Tišnov – statistické vyhodnocení dat

74

Počet měření % platných měření Průměr Geometrický průměr Harmonický průměr Medián Modus Četnost modu Součet Minimum Maximum Dolní kvartil Horní kvartil Rozptyl Směrodatná odchylka Variační koeficient Směrodatná chyba průměru

Surový kal termotoler. enterokoky koliform. bakterie [KTJ/g suš.] [KTJ/g suš.] 18 18 100 100 8,15·105 1,77·107 5,45·105 9,94·105 5 3,71·10 3,07·105 5,49·105 4,75·105 6 1,90·10 vícenás. 2 1 14 673 000 318 101 000 1,40·105 8,70·104 6 1,92·10 1,76·108 2,37·105 1,82·105 6 1,43·10 2,51·106 11 4,67·10 2,27·1015 6,84·105 4,76·107 83,87 269,47 1,61·105 1,12·107

Kal z hygienizace termotoler. enterokoky koliform. bakterie [KTJ/g suš.] [KTJ/g suš.] 18 18 100 100 2,81·102 1,68·102 3,20·102 1,05·102 vícenás. 0 2 3 5 050 3 025 0 0 5,20·102 5,50·102 1,20·102 2,00·101 2 4,20·10 3,00·102 4 3,23·10 2,94·104 1,80·102 1,71·102 64,01 102,02 4,20·101 4,00·101

Skládka kalu – deponie termotoler. enterokoky koliform. bakterie [KTJ/g suš.] [KTJ/g suš.] 18 18 100 100 2,47·103 8,25·102 8,07·102 5,57·102 2 4,55·10 3,83·102 7,25·102 5,20·102 2 4,00·10 vícenás. 2 2 44 410 14 843 9,00·101 1,20·102 2,80·104 2,55·103 4,00·102 2,60·102 3 1,27·10 1,20·103 7 4,14·10 5,69·105 6,43·103 7,54·102 260,66 91,50 1,52·103 1,78·102 (Zdroj: VLASTNÍ ŠETŘENÍ)

V kalu vystupujícího z procesu pasterizace bylo dlouhodobým sledováním zjištěno průměrné zastoupení termotolerantních koliformních bakterií v množství 1,68·102 KTJ a enterokoků v množství 2,81·102 KTJ na 1 gram sušiny kalu. Nejvyšší stanovená hodnota počtu koliformních bakterií v hygienizovaném kalu byla 5,50·102 KTJ a 5,20·102 KTJ enterokoků na 1 gram sušiny kalu. V rámci všech provedených stanovení nebyly v kalu vystupujícím z procesu hygienizace detekovány žádné bakterie rodu

Salmonella.

Průměrné

procento

usmrcení

sledovaných

indikátorových

mikroorganismů stanovené z jednotlivých měření činilo 99,95 % u termotolerantních koliformních bakterií a 99,91 % u enterokoků.

Graf č. 6: Výskyt termotolerantních bakterií a enterokoků v kalu z ČOV Tišnov Z uvedených výsledků je patrné, že proces pasterace kalu při teplotě 70 °C po dobu 60 minut zajistil vysoký stupeň devitalizace stanovovaných patogenních mikroorganismů, což potvrzují i závěry BENEŠOVÉ (2004). Výsledky rovněž potvrzují závěry, ke kterým ve své práci dochází STRAUCH (1998), když stanovil tzv. bezpečnou zónu definující rozsahy teplot a minimální doby jejich působení, které zajistí, že dojde k usmrcení vybraných druhů patogenů. Z výsledků vlastního výzkumu však rovněž vyplývá, že míru bezpečnosti uvedené zóny do značné míry ovlivňují nejen jednotlivé druhy patogenních mikroorganismů, které mají být 75

procesem tepelné úpravy kalu usmrceny, ale také fyzikální a chemické vlastnosti kalu (sušina, obsah látek tukové povahy apod.), jež mohou významně ovlivnit účinek působení teploty na mikroorganismy. V kalu umístěném na deponii kalu byla v rámci dlouhodobého pozorování stanovena průměrná hodnota počtu termotolerantních koliformních bakterií 8,25·102 KTJ a 2,47·103 KTJ enterokoků na 1 g sušiny kalu. Bakterie rodu Salmonella nebyly detekovány ani v jednom z odebraných vzorků kalu. Uvedené hodnoty dlouhodobého průměru počtu indikátorových bakterií (enterokoků) představují rekontaminaci kalu, která jej řadí mezi kaly kategorie II, které je možné aplikovat na zemědělské půdy určené k pěstování technických plodin a na půdy, na kterých se nejméně 3 roky po aplikaci čistírenských kalů nebude pěstovat polní zelenina a intenzivně plodící ovocná výsadba. Rekontaminace kalu

na deponii

může být

způsobena rozvojem přeživších

mikroorganismů nebo způsobem jeho uskladněním na volné zpevněné ploše, kdy může dojít ke kontaminaci mikroorganismy z okolního prostředí. Zvýšení počtu indikátorových mikroorganismů nad hodnoty řadící kal do kategorie I, které splňuje při výstupu z procesu hygienizace, lze zabránit změnou uskladnění hygienizovaného

odvodněného

kalu,

případně

kal

dále

zpracovat

v procesu

kompostování, kde bude zajištěno jeho opětovná hygienizace a z hlediska obsahu živin se stane významnou složkou surovinové skladby kompostovací zakládky.

5.2.2 Chemické analýzy Z výsledku jednotlivých stanovení koncentrací vybraných rizikových látek a prvků v čistírenských kalech vyprodukovaných ČOV Tišnov v období let 2008-2012 bylo zjištěno, že všechny odebrané vzorky splňovaly vyhláškou stanovené hodnoty mezních koncentrací všech sledovaných ukazatelů pro hodnocení kalů aplikovaných na zemědělskou půdu (tabulka č. 25).

76

Tabulka č. 25: Obsah rizikových prvků a látek v kalech z ČOV Tišnov

As – arzén Cd – kadmium Cr – chrom Cu – měď Hg – rtuť Ni – nikl Pb – olovo Zn – zinek AOX PCB (suma 6 kongenerů)

Průměrná hodnota [mg/kg] 1,48 0,93 37,21 179,00 1,85 28,55 53,22 1 169,65 371,00 0,06

Maximální hodnota Mezní hodnota [mg/kg] [mg/kg] 5,0 30 1,8 5 62,0 200 257 500 3,4 4 41,0 100 72,0 200 1 443 2 500 391 500 0,20 0,6 (Zdroj: VLASTNÍ ŠETŘENÍ)

Průměrný obsah dusíku v kalech z ČOV Tišnov činil 3,81 % sušiny. Obsah další agrochemických ukazatelů činil: fosfor 2,59 % sušiny, draslík 0,40 % sušiny, vápník 3,62 % sušiny a hořčík 0,62 % sušiny.

Graf č. 7: Agrochemické parametry kalu z ČOV Tišnov

77

Stanovený obsah minerálních prvků je rovněž dokladem prospěšnosti aplikace čistírenského kalu na zemědělskou půdu nebo jeho využití při rekultivaci či výrobě kompostu z důvodu, že zlepšuje půdní podmínky a bohatým zdrojem minerálních prvků pro rostliny.

78

6

ZÁVĚR

Kaly z čistíren odpadních vod představují koncentrovanou směs minerálních a organických látek zachycených z odpadní vody v procesu čištění a vyznačují se velkou variabilitou svých fyzikálních, chemických a mikrobiálních vlastností, které jsou závislé na jejich původu, na způsobu čištění odpadní vody a úpravy čistírenského kalu. Využití kalů v zemědělství a při údržbě a obnově přírody a krajiny má vzhledem k jeho složení a vlastnostem a dalším možnostem jeho využití svůj racionální důvod. Současně to však sebou přináší nutnost stanovení a dodržování bezpečnostních kritérií, které mají za úkol minimalizovat možná rizika poškození životního prostředí a negativního dopadu na zdraví lidí a zvířat. Legislativním předpisem, který upravuje podmínky využívání kalů z čistíren odpadních vod v zemědělství je zákon č. 185/2001 Sb., o odpadech, ale především vyhláška č. 382/2001 Sb., o podmínkách použití upravených kalů na zemědělské půdě, která stanovuje hygienické požadavky a limity obsahu látek v kalech. Cílem práce bylo stanovení a vyhodnocení účinnosti hygienizace kalů (splnění hygienických požadavků) na ČOV Tetčice, kde je jako metoda hygienizace a stabilizace kalu využívána autotermní aerobní termofilní stabilizace, technologie OSS – Oxyterm sludge system®, a na ČOV Tišnov, kde je pro zajištění hygienizace kalu využívána metoda pasterace. Z naměřených dat a získaných výsledků provedených na základě sledování vybraných indikátorových mikroorganismů jednoznačně vyplývá, že kaly upravené pomocí uvedených způsobů hygienizace splňují mikrobiologická kritéria pro použití kalů na zemědělské půdě daná výše uvedeným legislativním předpisem. Kaly hygienizované a stabilizované technologií OSS vykazovaly množství sledovaných indikátorových mikroorganismů (termotolerantních koliformních bakterií a enterokoků) v hodnotách < 10 KTJ na 1 gram sušiny kalu. Rovněž sledované bakterie rodu Salmonella nebyly ani v jednom z případů v kalu detekovány. Kal hygienizovaný procesem pasterace vykazoval z hlediska dlouhodobého sledování průměrné zastoupení termotolerantních koliformních bakterií v množství 1,68·102 KTJ a enterokoků v množství 2,81·102 KTJ na 1 gram sušiny kalu. Také u tohoto kalu se ani v jediném ze vzorků neprokázala přítomnost bakterií rodu Salmonella. Přestože pasterovaný kal splňoval stanovená mikrobiologická kritéria, docházelo v ojedinělých případech u hygienizovaného kalu deponovaného na skládku před jeho 79

dalším využitím z nárůstu počtu sledovaných mikroorganismů nad množství připouštějící jeho možnost přímé aplikace na zemědělskou půdu. Tato skutečnost však může být ovlivněna řadou faktorů, které lze ve většině případů eliminovat např. změnou způsobu uskladnění, úpravou technologie nebo způsobem dalšího zpracování kalu (např. kompostováním) před následným využitím v zemědělství. U obou z uvedených způsobů hygienizace došlo v průměru k usmrcení více jak 99,5 % stanovovaných indikátorových mikroorganismů. Snížení počtu mikroorganismů o více jak pět řádů, dodržení všech technologických postupů a parametrů stanovených provozním řádem zařízení a skutečnost, že kal vystupující ze zařízení splňuje stanovená mikrobiologická kritéria, dokládá účinnost zvolených způsobů hygienizace, jejichž srovnatelnost je závislá na charakteru kalu vstupujícího do procesu hygienizace. Dalším hodnoceným parametrem ovlivňujícím využitelnost kalů v zemědělství je koncentrace vybraných rizikových látek a prvků. Všechny odebrané vzorky kalů splňovaly míru jejich mezní koncentrace a z hlediska svých agrochemických parametrů vyhovovaly podmínkám pro aplikaci na zemědělskou půdu, která může být provedena pouze se souhlasem kompetentních úřadu a za současného splnění podmínky, že nedojde k ohrožení životního prostředí překročením koncentrace vybraných rizikových prvků v půdě. Na závěr je nezbytné uvést a plně souhlasit s v literatuře se vyskytujícím konstatováním, že samotné stanovení přítomnosti patogenních mikroorganismů ve stabilizovaných a hygienizovaných kalech neznačí existenci rizika přenosu patogenních organismů na člověka z pozemku, kam byly kaly aplikovány. Avšak riziko přenosu patogenního organismu z kalu na člověka zde existuje, nejsou-li plně dodržena stanovená pravidla pro nakládání s kaly.

80

RESUMÉ Cílem disertační práce bylo stanovení a srovnání účinností hygienizace kalů z čistíren odpadních vod a to především z pohledu plnění požadavků daných platnými legislativními předpisy, které určují možnosti a podmínky použití upravených kalů na zemědělské půdě a při rekultivacích. V rámci literárního přehledu je v práci shrnuta problematika kalového hospodářství čistíren odpadních vod, která se zabývá jednotlivými typy čistírenských kalů, jejich vznikem, zpracováním a procesy stabilizace a hygienizace. Současně sebou přináší aktuální přehled nakládání s kaly z čistíren odpadních vod v České republice. Praktická část disertační práce přináší informace o provedených způsobech stanovení sledovaných indikátorových mikroorganismů a vyjádření výsledků jejich výskytu, které určuje zařazení kalů do kategorií a následné možnosti jejich využití v zemědělství. Součástí je rovněž stručná charakteristika čistíren odpadních vod, na kterých bylo prováděno sledování účinností způsobů hygienizace. Na základě naměřených dat a získaných výsledků jsou porovnány účinky zvolených způsobů hygienizace čistírenských kalů z hlediska míry usmrcení sledovaných patogenních mikroorganismů a splnění požadavků daných vyhláškou č. 382/2001 Sb., o podmínkách použití upravených kalů na zemědělské půdě. Z prezentovaných výsledků vyplývá, že sledované a porovnávané způsoby hygienizace metodou OSS a procesem pasterace splňují v práci uvedené požadavky a podmínky související s možností jejich aplikace na zemědělskou půdu.

81

SUMMARY The objective of the Dissertation thesis was to determine and compare efficiency of hygienisation of sludges from wastewater treatment plants, primarily from the point of view of meeting requirements stipulated by valid legislative regulations establishing possibilities and conditions for using treated sludges on agricultural land and during recultivations. Within the literary overview, the thesis summarizes the issue of sludge management of wastewater treatment plants that engages in individual types of wastewater treatment plant sludges, their emergence, treatment and stabilisation and hygienisation processes. At the same time, it provides an up-to-date overview related to treatment of wastewater treatment plant sludges in the Czech Republic. The practical part of the Dissertation thesis brings information concerning executed methods of the stipulation of monitored indicator microorganisms and presents results of their occurrence which determines classification of sludges into categories and subsequent possibilities of their application in agriculture. A brief characteristics of wastewater treatment plants where the monitoring of efficiency of hygienisation methods has been performed is also provided. On the basis of measured values and obtained results, the effects of selected methods of hygienisation of wastewater treatment plant sludges are compared from a point of view of a level of elimination of monitored pathogenic microorganisms and meeting requirements stipulated by the Decree No. 382/2001 Coll., on conditions for the use of treated sludges on agricultural land. From the presented results it follows that monitored and compared methods of hygienisation through the oxyterm sludge system method and the process of pasteurization fulfil in the work the mentioned requirements and conditions related to a possibility of their application on agricultural land.

82

PŘEHLED POUŽITÉ LITERATURY ACQUISTO, Bethany AnnMadge, Robert S. REIMERS, James E. SMITH a Suresh D. PILLAI. Factors Affecting Disinfection and Stabilization of Sewage Sludge. Proceedings of the Water Environment Federation. WEFTEC, 2006, vol. 2006, Session 61 through Session 70, s. 5345-5361. ISSN 1938-6478.

AITKEN, Michael D., Mark D. SOBSEY, Mina SHEHEE, Kimberly E. BLAUTH, Vincent R. HILL, Joseph B. FARRELL, Sharon P. NAPPIER, Glenn W. WALTERS, Phillip L. CRUNK a Nicole Van ABEL. Laboratory evaluation of thermophilic anaerobic digestion to produce Class A biosolids. 2. Inactivation of pathogens and indicator organisms in a continuous-flow reactor followed by batch treatment. Water Environment Research. 2005, 77 (7), s. 3028-3036.

ALDERMAN, D. J. Nuke It! A continuous-flow microwave system produces Class A biosolids. Biosolids Technical Bulletin. Water Environment Federation, 2004, 9 (5), s. 9-12. ISSN 1944-6608. BENEŠ, Bohumil et al. Odpadové hospodářství: Praktická příručka pro řešení problematiky odpadů včetně obalových. Základní dílo včetně 47. aktualizace - stav srpen 2013. Praha: Verlag Dashöfer - Odborné nakladatelství technické literatury, 2013. ISBN 80-862-2933-5. BENEŠOVÁ, Jaromíra. Technické řešení hygienizace kalů. Odpadové fórum: Odborný měsíčník o všem, co souvisí s odpady. Praha: České ekologické manažerské centrum, 2004, roč. 2004, č. 5, s. 17-18. ISSN 1212-7779.

BRIDLE, T. R. a S. SKRYPSKI-MANTELE. Experience and lessons learned from sewage sludge pyrolysis in Australia. Water Science & Technology. 2004, vol. 49, no. 10, s. 217-223. ISSN: 0273-1223.

CARRINGTON, E. G. Evaluation of Sludge Treatments for Pathogen Reduction. Luxembourg: European Commission Directorate-General Environment, 2001, 44 s.

83

CARRINGTON, E. G. Pasteurisation; effects on Ascaris eggs. In: Inactivation of microorganisms in sewage sludge by stabilisation processes. London: Elsevier Applied Science Publishers, 1985, s. 121-125. ISBN 0-85334-383-7.

CARRINGTON, E. G., E. B. PIKE, D. AUTY a R. MORRIS. Destruction of Faecal Bacteria, Enteroviruses and OVA of Parasites in Wastewater Sludge by Aerobic Thermophilic and Anaerobic Mesophilic Digestion. Water Science & Technology. IWA Publishing, 1991, vol. 24, no. 2, s. 377-380. ISSN: 0273-1223. Česká republika. Vyhláška Ministerstva životního prostředí o podmínkách použití upravených kalů na zemědělské půdě. In: Sbírka zákonů. Praha: Tiskárna Ministerstva vnitra,

17.

října

2001,

roč.

2001,

č.

382,

145.

Dostupné

z:

http://portal.gov.cz/app/zakony/download?idBiblio=51787&nr=382~2F2001~20Sb.&ft =pdf ČSN 75 7835. Jakost vod - Stanovení termotolerantních koliformních bakterií a Escherichia coli. Praha: Úřad pro technickou normalizaci, metrologii a státní zkušebnictví, 2009, 12 s. ČSN EN 12879. Charakterizace kalů - Stanovení ztráty žíháním. Praha: Český normalizační institut, 2001, 12 s. ČSN EN 12880. Charakterizace kalů - Stanovení veškerých látek a obsahu vody. Praha: Český normalizační institut, 2001, 12 s. ČSN EN 15934. Kaly, upravený bioodpad, půdy a odpady - Výpočet podílu sušiny po stanovení zbytku po sušení nebo obsahu vody. Praha: Úřad pro technickou normalizaci, metrologii a státní zkušebnictví, 2013, 20 s. ČSN EN 15935. Kaly, upravený bioodpad, půdy a odpady – Stanovení ztráty žíháním. Praha: Úřad pro technickou normalizaci, metrologii a státní zkušebnictví, 2013, 16 s.

84

ČSN EN ISO 5667-13. Jakost vod - Odběr vzorků - Část 13: Návod pro odběr vzorků kalů. Praha: Úřad pro technickou normalizaci, metrologii a státní zkušebnictví, 2011, 28 s. ČSN EN ISO 7218. Mikrobiologie potravin a krmiv - Všeobecné požadavky a doporučení pro mikrobiologické zkoušení. Praha: Český normalizační institut, 2008, 68 s. ČSN EN ISO 7899-2. Jakost vod - Stanovení intestinálních enterokoků - Část 2: Metoda membránových filtrů. Praha: Český normalizační institut, 2001, 12 s. ČSN ISO 19250. Jakost vod - Průkaz přítomnosti bakterií rodu Salmonella. Praha: Úřad pro technickou normalizaci, metrologii a státní zkušebnictví, 2011, 28 s. ČSÚ: Vodovody, kanalizace a vodní toky [online]. Praha: Český statistický úřad, 3. 5. 2011. Dostupné z: http://www.czso.cz/csu/2011edicniplan.nsf/publ/2003-11-r_2011 ČSÚ: Vodovody, kanalizace a vodní toky [online]. Praha: Český statistický úřad, 5. 5. 2014. Dostupné z: http://www.czso.cz/csu/2014edicniplan.nsf/publ/280021-14-r_2014 DOHÁNYOS, Michal. Anaerobní reaktor není černou skřínkou - teoretické základy anaerobní fermentace. Biom.cz [online]. 17.11.2008. ISSN: 1801-2655. Dostupné z: http://biom.cz/cz/odborne-clanky/anaerobni-reaktor-neni-cernou-skrinkou-teoretickezaklady-anaerobni-fermentace DOHÁNYOS, Michal. Kaly z ČOV: Strategie nakládání s čistírenskými kaly. Odpadové fórum: Odborný měsíčník o všem, co souvisí s odpady. Praha: České ekologické manažerské centrum, 2004, roč. 2004, č. 5, s. 8-11. ISSN 1212-7779. DOHÁNYOS, Michal. Porovnání energetické bilance spalování kalů a anaerobní stabilizace. In: Spalování kalů z čistíren odpadních vod: Brno - 10.-11. září 2003. Brno: Asociace čistírenských expertů ČR, 2003, s. 25-34. ISBN 80-239-1380-8.

85

DOHÁNYOS, Michal, Jana ZÁBRANSKÁ, Pavel JENÍČEK, Aleš PÍCHA, Iva HAVLÍNOVÁ a Nina STRNADOVÁ. Kritéria pro posuzování stabilizovanosti kalů. In: Hygienizace kalů: Přednášky ze semináře, Praha - 6. prosince 2001. Praha: Asociace čistírenských expertů České republiky, 2001, s. 7-26. ISBN 80-238-7964-2. FOLLER, Jan a Jiří JELÍNEK. Provozní zkušenosti se zpracováním čistírenských kalů technologií OSS - oxyterm sludge system na čistírně odpadních vod Tetčice. In: Kaly a odpady 2006: Brno - 19.-21. června 2006. Brno: Asociace čistírenských expertů České republiky, 2006, s. 95-100. ISBN 80-239-7258-8. FOLLER, Jan, Jiří JELÍNEK a Petr KLIMEŠ. OSS - Oxyterm Sludge System: Čtyři roky provozu a zkušeností. Brno, 2010. (nepublikovaný dokument)

GAUTAM, S., M. R. SHAH, S. SABHARWAL a A. SHARMA. Gamma irradiation of municipal sludge for safe disposal and agricultural use. Water Environment Research. 2005, 77 (5), s. 472-479.

GHIGLIETTI, R., C. GENCHI, L. DI MATTEO, E. CALCATERRA a A. COLOMBI. Survival of ascaris suum eggs in ammonia-treated wastewater sludges. Bioresource Technology. Elsevier, 1997, vol. 59, no. 2, s. 195-198. ISSN 0960-8524. HARTIG, Karel. Sušení kalů. Odpadové fórum: Odborný měsíčník o všem, co souvisí s odpady. Praha: České ekologické manažerské centrum, 2001, roč. 2001, č. 1, s. 11-12. ISSN 1212-7779. HARTIG, Karel. Termické metody úpravy kalů. In: Hygienizace kalů: Přednášky ze semináře, Praha - 6. prosince 2001. Praha: Asociace čistírenských expertů České republiky, 2001a, s. 77-84. ISBN 80-238-7964-2. HENZE, Mogens, Poul HARREMOËS, Jes la COUR JANSEN a Erik ARVIN. Wastewater Treatment: Biological and Chemical Processes. 3rd ed. Berlin: Springer, 2002, 430 s. Environmental Science and Engineering: Environmental Engineering. ISBN 978-3-540-42228-0.

86

HLAVÍNEK, Petr, Jan MIČÍN a Petr PRAX. Stokování a čištění odpadních vod. Brno: Akademické nakladatelství CERM, 2003, 283 s. ISBN 80-214-2535-0.

CHAO, Allen C., Sergio J. DE LUCA a Carlos N. IDLE. Quality improvement of biosolids by ferrate(VI) oxidation of offensive odour compounds. Water Science and Technology. Elsevier, 1996, vol. 33, no. 3, s. 119-130. ISSN 0273-1223. CHRISTENSEN, Kasper Kjellberg, Elisabeth KRON a Morten CARLSBÆK. Development of a Nordic system for evaluating the sanitary quality of compost. Copenhagen: Nordic Council of Ministers, 2001, 125 s. ISBN 92-893-0654-8; ISSN: 0908-6692.

LAWTON, G. W. a J. D. NORMAN. Aerobic sludge digestion studies. Journal of the Water Pollution Control Federation. 1964, vol. 36, no. 4, s. 495-504.

LEE, D. J. a J. H. TAY. Energy Recovery in Sludge Management Processes. Journal of Residuals Science & Technology. 2004, vol. 1, no. 2 - April 2004, s. 133-139. ISSN: 1544-8053. LYČKOVÁ, Barbora, Peter FEČKO a Radmila KUČEROVÁ. Zpracování kalů: Multimediální učební texty zaměřené na problematiku zpracování kalů [online]. Ostrava:

Vysoká

škola

báňská,

Technická

univerzita,

2008.

Dostupné

z:

http://homen.vsb.cz/hgf/546/Materialy/Bara/index.html LYČKOVÁ, Barbora, Peter FEČKO a Radmila KUČEROVÁ. Zpracování kalů. Ostrava: Vysoká škola báňská, Technická univerzita, 2009, 87 s. ISBN 978-80-2481921-1. MALÝ, Josef a Jitka MALÁ. Čištění odpadních vod. Brno: Tribun EU, 2009, 1 CDROM. ISBN 978-80-7399-785-4. MALÝ, Josef a Jitka MALÁ. Chemie a technologie vody. Brno: Noel 2000, 1996, 197 s. ISBN 80-860-2013-4.

87

MALÝ, Josef a Petr HLAVÍNEK. Čištění průmyslových odpadních vod. Brno: Noel 2000, 1996, ix, 255. ISBN 80-86020-05-3.

MARTENS, Wolfram. Suitability of different test organisms as parameter to evaluate the hygiene effectiveness of composting and digestion. In: ECN Workshop. Maastricht, October 2003.

MARTIN, D. I., I. MARGARITESCU, E. CIRSTEA, I. TOGOE, D. IGHIGEANU, M. R. NEMTANU, C. OPROIU a N. IACOB. Application of accelerated electron beam and microwave irradiation to biological waste treatment. Vacuum: Surface Engineering, Surface Instrumentation & Vacuum Technology. 2005, vol. 77, issue 4, s. 501-506. ISSN: 0042-207X. MATĚJŮ, Ladislava. Acta hygienica, epidemiologica et microbiologica: Metodický návod

pro

stanovení

indikátorových

organismů

v bioodpadech,

upravených

bioodpadech, kalech z čistíren odpadních vod, digestátech, substrátech, kompostech, pomocných růstových prostředcích a podobných matricích. Praha: Státní zdravotní ústav, 2008, roč. 2008, č. 1. ISSN 1804-9613. MATĚJŮ, Ladislava. Hodnocení technologií hygienizace kalů z ČOV a bioodpadů: Mikrobiologická stanovení a limity. Odpadové fórum: Odborný měsíčník o všem, co souvisí s odpady. Praha: České ekologické manažerské centrum, 2006, roč. 2006, č. 9, s. 14-16. ISSN 1212-7779. MATĚJŮ, Ladislava. Návrhy pro hodnocení indikátorů fekálního znečištění v kalech, půdách a upravených bioodpadech. In: Sborník referátů přednesených na semináři Mikrobiologie vody a prostředí 2005: Kralupy nad Vltavou, 19.-21. září 2005. Praha: Československá společnost mikrobiologická, 2005. ISBN 80-239-5896-6. MATĚJŮ, Ladislava a Magdalena ZIMOVÁ. Legislativa nakládání s čistírenskými kaly v souvislosti s hodnocením účinnosti hygienizace. In: Vodárenská biologie 2009: sborník konference, 28.-29. ledna 2009, Praha. Chrudim: Ekomonitor, 2009. ISBN 97880-86832-41-8.

88

MATĚJŮ, Ladislava, Markéta ŠOUNOVÁ a Jiří BALÍK. Mikrobiologické parametry kalů. In: Kaly z čistíren odpadních vod: Sborník semináře, 24.-25. 2. 2004, Seč Ústupky, hotel Jezerka. Chrudim: Vodní zdroje EKOMONITOR, 2004, s. 49-56. ISBN 80-86832-00-7.

MININNI, Giuseppe, Vincenzo LOTITO, Roberto PASSINO a Ludovico SPINOSA. Influence of sludge cake concentration on the operating variables in incineration by different types of furnaces. Water Science & Technology. 1998, vol. 38, issue 2, s. 71-78. ISSN: 0273-1223. MŽP. Šestá hodnotící zpráva o plnění nařízení vlády č. 197/2003 Sb., o Plánu odpadového hospodářství České republiky, za rok 2010. In: Ministerstvo životního prostředí: Plnění nařízení vlády o Plánu odpadového hospodářství ČR [online]. Praha: Ministerstvo životního prostředí, 2012. Dostupné z: http://www.mzp.cz/C1257458002F0DC7/cz/plneni_narizeni_vlady/$FILE/OODPSesta_hodnotici_zprava_POH_CR_2010-120212.pdf NÁMER, Juraj, Miroslav DRTIL, Marián LESANSKÝ a Juraj PETROVIČ. Autotermofilná aeróbna stabilizácia čistiarenských kalov. In: Hygienizace kalů: Přednášky ze semináře, Praha - 6. prosince 2001. Praha: Asociace čistírenských expertů České republiky, 2001, s. 119-124. ISBN 80-238-7964-2. ØDEGAARD, Hallvard, Bjarne PAULSRUD a Ingemar KARLSSON. Wastewater sludge as a resource: Sludge disposal strategies and corresponding treatment technologies aimed at sustainable handling of wastewater sludge. Water Science & Technology. IWA Publishing, 2002, vol. 46, no. 10, s. 295-303. ISSN: 0273-1223.

OMELCHENKO, Alexander, Alexander A. PIVOVAROV a W. Jim SWINDALL. Modern tools and methods of water treatment for improving living standards. New York: Springer, 2005, xvi, 334 s. NATO Science Series: IV. Earth and Environmental Sciences, 48. ISBN 14-020-3116-5.

89

OPEN UNIVERSITY. Potable water treatment. Jorum [online]. 2012 [cit. 2014-05-14]. Dostupné z: http://dspace.jorum.ac.uk/xmlui/bitstream/handle/10949/1015/Items/T210_1_section24. html POŠTA, Josef et al. Čistírny odpadních vod. Praha: Česká zemědělská univerzita, 2005, 208 s. ISBN 978-80-213-1366-8. PYTL, Vladimír et al. Příručka provozovatele čistírny odpadních vod. Praha: Medim, 2004, x, 209 s. ISBN 80-239-2528-8. RACLAVSKÁ, Helena. Technologie zpracování a využití kalů z ČOV. Ostrava: Vysoká škola báňská, Technická univerzita, 2007, 1 CD-ROM. ISBN 978-80-248-1600-5.

REIMERS, Robert S., Jennifer E. HOLLAND, James J. SHELTON, A. KENNETH, Warren S. BANKSTON, Jeffery C. BURNHAM a John H. MECKLING. Applications of Applied-Field in the Disinfection of Water and Waste. Disinfection 2000: Disinfection of Wastes in the New Millennium. Water Environment Federation, 2000, s. 770-778. ISSN 1938-6478.

REIMERS, Robert S., Suresh D. PILLAI, Dwight D. BOWMAN, Kari B. FITZMORRIS a Lisa S. PRATT. Stressors Influencing Disinfection in Residuals. Disinfection 2005: Sharing Disinfection Technologies: Water, Wastewater, and Biosolids. Water Environment Federation, 2005, s. 658-672. ISSN 1938-6478. SLAVÍČKOVÁ, Kateřina a Marek SLAVÍČEK. Vodní hospodářství obcí 1: Úprava a čištění vody. 2., přeprac. vyd. Praha: České vysoké učení technické v Praze, 2013, 199 s. ISBN 978-80-01-05390-4.

STRAUB, Timothy M., Ian L. PEPPER a Charles P. GERBA Hazards from pathogenic microorganisms in land-disposed sewage sludge. Reviews of Environmental Contamination and Toxicology. New York: Springer, 1993, s. 55-91. vol. 132. ISBN 978-1-4684-7067-3.

90

STRAUCH, D. a W. PHILIPP. Hygienic effects of sludge pasteurization prior to anaerobic digestion (pre-pasteurization). In: Characterization, treatment, and use of sewage sludge: Proceedings of the second European symposium, held in Vienna, October 21-23, 1980. Dordrecht: D. Reidel Publishing Company, 1981, s. 417-423. ISBN 90-277-1294-8.

STRAUCH, D. Pathogenic microorganisms in sludge: Anaerobic digestion and disinfection methods to make sludge usable as a fertilizer. European Water Management. 1998, 1 (2), s. 12-26. SVANSTRÖM, M., M. MODELL a J. TESTER. Direct energy recovery from primary and secondary sludges by supercritical water oxidation. Water Science & Technology. 2004, vol. 49, no. 10, s. 201-208. ISSN: 0273-1223.

US EPA: Environmental regulations and technology: Control of pathogens and vector attraction in sewage sludge. Ohio: U. S. Environmental Protection Agency, 2003, viii, 178. EPA/625/R-92/013. VÍTĚZ, Tomáš a Bořivoj GRODA. Čištění a čistírny odpadních vod. Brno: Mendelova zemědělská a lesnická univerzita v Brně, 2008, 126 s. ISBN 978-80-7375-180-7. VŠCHT: Kalové hospodářství čistíren odpadních vod [online]. Praha: Vysoká škola chemicko-technologická, 2007, 35 s. Dostupné z: http://web.vscht.cz/starad/COV_Skripta_Kal_hosp.doc ZÁBRANSKÁ, Jana et al. Termofilní anaerobní stabilizace kalů. In: Hygienizace kalů: Přednášky ze semináře, Praha - 6. prosince 2001. Praha: Asociace čistírenských expertů České republiky, 2001, s. 65-71. ISBN 80-238-7964-2. ZÁBRANSKÁ, Jana. Technologie stabilizace čistírenského kalu s hygienizačním účinkem. Odpadové fórum: Odborný měsíčník o všem, co souvisí s odpady. Praha: České ekologické manažerské centrum, 2004, roč. 2004, č. 5, s. 14-16. ISSN 12127779.

91

ZIMOVÁ, Magdalena a Ladislava MATĚJŮ. Nakládání s kaly z čistíren odpadních vod: Hodnocení zdravotního rizika z hlediska legislativy České republiky a EU. Odpadové fórum: Odborný měsíčník o všem, co souvisí s odpady. Praha: České ekologické manažerské centrum, 2002, roč. 2002, č. 1, s. 17-18. ISSN 1212-7779.

ZWIEFELHOFER, Hans P. Aerobic-thermophilic / anaerobic-mesophilic two-stage sewage sludge treatment: Practical experiences in Switzerland. Conservation & Recycling. Elsevier, 1985, vol. 8, issues 1-2, s. 285-301.

92

SEZNAM GRAFŮ Graf č. 1: Celková produkce kalů z čistíren odpadních vod v ČR v letech 2002-2010 .. 12 Graf č. 2: Podíl kalů z produkce čistíren odpadních vod použitých na zemědělské půdě v ČR v letech 2002-2010 ................................................................................................ 13 Graf č. 3: Způsoby nakládání s kalem v ČR v roce 2013 ............................................... 14 Graf č. 4: Výskyt termotolerantních bakterií a enterokoků v kalu z ČOV Tetčice ........ 70 Graf č. 5: Agrochemické parametry kalu z ČOV Tetčice............................................... 73 Graf č. 6: Výskyt termotolerantních bakterií a enterokoků v kalu z ČOV Tišnov ......... 75 Graf č. 7: Agrochemické parametry kalu z ČOV Tišnov ............................................... 77

93

SEZNAM OBRÁZKŮ Obrázek č. 1: Základní schéma kalového hospodářství ČOV .......................................... 9 Obrázek č. 2: Proces vzniku kalu.................................................................................... 15 Obrázek č. 3: Schéma kruhové usazovací nádrže ........................................................... 16 Obrázek č. 4: Obecné schéma zpracování čistírenského kalu ........................................ 23 Obrázek č. 5: Přehled metod úpravy a zpracování kalů ................................................. 24 Obrázek č. 6: Schéma anaerobního rozkladu organických látek .................................... 30 Obrázek č. 7: Technologické schéma hygienizace kalu oxidem vápenatým .................. 34 Obrázek č. 8: Schéma procesu sušení ............................................................................. 44 Obrázek č. 9: Bubnová sušárna....................................................................................... 45 Obrázek č. 10: Technologické schéma pasterace kalu ................................................... 48 Obrázek č. 11: Technologické schéma AATS ................................................................ 50 Obrázek č. 12: Technologické schéma metody AEROTHERM .................................... 52 Obrázek č. 13: Provozní schéma metody OSS ............................................................... 58

94

SEZNAM TABULEK Tabulka č. 1: Způsoby nakládání s kalem v ČR v letech 2010-2013 ............................. 13 Tabulka č. 2: Složení primárního a sekundárního kalu .................................................. 18 Tabulka č. 3: Výskyt mikroorganismů v kalech ............................................................. 18 Tabulka č. 4: Patogenní organismy v čistírenských kalech ............................................ 19 Tabulka č. 5: Základní fyzikální parametry kalu ............................................................ 20 Tabulka č. 6: Přehled základních technologií zpracování kalů ...................................... 22 Tabulka č. 7: Přehled dosažitelných koncentrací zahuštění dle použité metody a druhu zahušťovaného kalu ........................................................................................................ 26 Tabulka č. 8: Přehled metod pro měření stupně stabilizovanosti kalů ........................... 27 Tabulka č. 9: Technologické parametry normální a vysokozatížené fermentace ........... 29 Tabulka č. 10: Mikrobiologická kritéria pro použití kalu na zemědělské půdě ............. 35 Tabulka č. 11: Mezní hodnoty koncentrací vybraných rizikových látek a prvků v kalech pro jejich použití na zemědělské půdě (ukazatele pro hodnocení kalů) ......................... 35 Tabulka č. 12: Klíčové faktory ovlivňující stabilizaci a hygienizaci kalů ...................... 37 Tabulka č. 13: Složení kultivační půdy m-FC agar ........................................................ 63 Tabulka č. 14: Složení kultivační půdy m-enterokokový agar ....................................... 64 Tabulka č. 15: Složení tlumivé peptonové vody............................................................. 64 Tabulka č. 16: Složení půdy podle Rappaporta a Vassiliadise ....................................... 65 Tabulka č. 17: Složení půdy se seleničitanem sodným a cystinem ................................ 65 Tabulka č. 18: Složení půdy podle Edela a Kampelmachera ......................................... 66 Tabulka č. 19: Složení půdy XLD agar .......................................................................... 66 Tabulka č. 20: Metody stanovení vybraných rizikových látek a prvků .......................... 68 Tabulka č. 21: Minimální četnost chemických a mikrobiologických analýz kalů využívaných na zemědělské půdě za rok ........................................................................ 69 Tabulka č. 22: Mikrobiologické parametry kalů z ČOV Tetčice – statistické vyhodnocení dat .............................................................................................................. 71 Tabulka č. 23: Obsah rizikových prvků a látek v kalech z ČOV Tetčice ....................... 72 Tabulka č. 24: Mikrobiologické parametry kalů z ČOV Tišnov – statistické vyhodnocení dat .............................................................................................................. 74 Tabulka č. 25: Obsah rizikových prvků a látek v kalech z ČOV Tišnov ....................... 77

95

SEZNAM ZKRATEK AATS …

autotermní aerobní termofilní stabilizace

AOX …

absorbovatelné organické halogeny

BSK

…

biochemická spotřeba kyslíku

ČOV …

čistírna odpadních vod

ČR

Česká republika

…

ČSÚ …

Český statistický úřad

…

ekvivalentní obyvatel

EO

EOX …

extrahovatelné organické halogeny

EU

…

Evropská unie

Gy

…

gray - jednotka absorbované dávky ionizujícího záření

CHSK …

chemická spotřeba kyslíku

KI

…

kalový index

KTJ

…

kolonie tvořící jednotka

MŽP …

Ministerstvo životního prostředí

Ncelk. …

celkový dusík

OSS

…

oxyterm sludge system

Pcelk.

…

celkový fosfor

PAU … PCB

…

PCDD/F

polycyklické aromatické uhlovodíky polychlorované bifenyly polychlorované dibenzo-p-dioxiny a polychlorované dibenzofurany

PTJ

…

plak tvořící jednotka

rad

…

rad - jednotka absorbované dávky ionizujícího záření

TKM …

těkavé mastné kyseliny

TTC

…

2,3,5-trifenyltetrazolium chlorid

w/w

…

hmotnostní procenta

96

PŘÍLOHY

Seznam příloh Příloha č. 1 - Výsledky laboratorních rozborů Příloha č. 2 - Statistické vyhodnocení dat Příloha č. 3 - Grafické zpracování výsledků laboratorních rozborů Příloha č. 4 - Fotodokumentace

Tabulka č. 26: Mikrobiologické parametry kalů z ČOV Tetčice v letech 2008-2013

Datum

enterokoky

2. 12. 2008 19. 3. 2009 27. 5. 2009 15. 9. 2009 25. 11. 2009 10. 3. 2010 16. 6. 2010 8. 9. 2010 24. 11. 2010 20. 4. 2011 13. 7. 2011 20. 9. 2011 23. 11. 2011 21. 3. 2012 20. 6. 2012 12. 9. 2012 7. 11. 2012 13. 3. 2013

[KTJ/g] 1,10·105 9,30·104 1,50·105 1,70·105 1,25·105 2,40·105 1,40·105 8,40·105 1,90·105 3,50·105 7,60·105 9,29·105 2,51·105 4,80·105 5,21·105 9,20·104 3,20·104 4,10·104

Surový kal termotoler. koliform. bakterie [KTJ/g] 1,00·105 2,90·104 9,20·104 3,20·105 1,10·105 1,56·105 5,80·105 8,80·105 1,70·105 8,90·104 2,05·105 2,09·105 7,90·104 3,10·104 2,31·105 5,70·104 4,30·104 4,30·104

Salmonella sp. [KTJ/g] -

Kal z hygienizace termotoler. Salmonella enterokoky koliform. sp. bakterie [KTJ/g] [KTJ/g] [KTJ/g] 0 0 negativní 0 0 negativní 0 0 negativní 0 0 negativní 0 0 negativní 0 0 negativní 0 0 negativní 0 0 negativní 0 0 negativní 0 0 negativní 0 0 negativní 0 0 negativní 0 0 negativní 0 0 negativní 0 0 negativní 0 0 negativní 0 0 negativní 0 0 negativní

Skládka kalu – deponie termotoler. Salmonella enterokoky koliform. sp. bakterie [KTJ/g] [KTJ/g] [KTJ/g] < 10 < 10 negativní < 10 < 10 negativní < 10 < 10 negativní 2 2 1,6·10 1·10 negativní < 10 < 10 negativní < 10 < 10 negativní < 10 < 10 negativní < 10 < 10 negativní < 10 < 10 negativní < 10 < 10 negativní < 10 < 10 negativní < 10 < 10 negativní < 10 < 10 negativní < 10 < 10 negativní < 10 < 10 negativní < 10 < 10 negativní < 10 < 10 negativní < 10 < 10 negativní (Zdroj: VLASTNÍ ŠETŘENÍ)

Příloha č. 1

Tabulka č. 27: Mikrobiologické parametry kalů z ČOV Tišnov v letech 2008-2013

Datum

enterokoky

2. 12. 2008 19. 3. 2009 27. 5. 2009 15. 9. 2009 25. 11. 2009 10. 3. 2010 16. 6. 2010 8. 9. 2010 24. 11. 2010 20. 4. 2011 13. 7. 2011 20. 9. 2011 23. 11. 2011 21. 3. 2012 20. 6. 2012 12. 9. 2012 7. 11. 2012 13. 3. 2013

[KTJ/g] 1,90·105 2,37·105 1,83·105 1,40·105 3,04·105 1,01·106 7,93·105 3,00·105 2,78·105 8,30·105 1,12·106 2,00·105 2,48·105 1,90·106 1,43·106 1,92·106 1,69·106 1,90·106

Surový kal termotoler. koliform. bakterie [KTJ/g] 6,30·105 3,10·105 1,62·105 1,10·105 1,82·105 6,23·105 1,14·108 1,90·105 1,81·105 8,70·104 2,50·105 9,20·105 3,26·105 1,76·108 2,10·106 2,51·106 1,01·107 9,42·106

Salmonella sp. [KTJ/g] -

Kal z hygienizace termotoler. Salmonella enterokoky koliform. sp. bakterie [KTJ/g] [KTJ/g] [KTJ/g] 2 3,40·10 0 negativní 2 2 5,20·10 3,00·10 negativní 4,20·102 3,60·102 negativní 2 1 3,90·10 5,50·10 negativní 2,10·102 2,50·102 negativní 2 2 5,00·10 5,50·10 negativní 0 4,50·102 negativní 2 1,20·10 0 negativní 2 2 3,00·10 1,00·10 negativní 2,60·102 10 negativní 2 2 4,50·10 2,30·10 negativní 5,00·102 10 negativní 2 2 3,80·10 1,90·10 negativní 3,50·102 1,10·102 negativní 0 0 negativní 2 2 2,50·10 3,20·10 negativní 10 10 negativní 1 1 5,00·10 6,00·10 negativní

Skládka kalu – deponie termotoler. Salmonella enterokoky koliform. sp. bakterie [KTJ/g] [KTJ/g] [KTJ/g] 3 3 3,10·10 2,50·10 negativní 4 3 2,80·10 1,20·10 negativní 8,90·102 1,00·103 negativní 3 2 2,80·10 4,80·10 negativní 9,50·102 5,60·102 negativní 3 3 1,10·10 1,20·10 negativní 1,27·103 2,55·103 negativní 2 2 3,80·10 1,50·10 negativní 2 2 4,20·10 2,70·10 negativní 4,50·102 2,10·102 negativní 3 3 2,10·10 1,60·10 negativní 4,00·102 2,60·102 negativní 2 2 5,60·10 3,20·10 negativní 4,00·102 1,20·102 negativní 3 3 1,00·10 1,10·10 negativní 2 2 2,00·10 2,60·10 negativní 9,00·101 4,48·102 negativní 2 2 3,00·10 6,15·10 negativní (Zdroj: VLASTNÍ ŠETŘENÍ)

Příloha č. 1

Tabulka č. 28: Agrochemické parametry stabilizovaných kalů z ČOV Tetčice v letech 2008-2012 Datum 6. 2. 2008 13. 8. 2008 8. 10. 2008 2. 12. 2008 8. 4. 2009 3. 6. 2009 16. 9. 2009 25. 11. 2009 10. 3. 2010 26. 5. 2010 25. 8. 2010 3. 11. 2010 9. 3. 2011 25. 5. 2011 31. 8. 2011 23. 11. 2011 14. 3. 2012 6. 6. 2012 5. 9. 2012 28. 11. 2012

sušina [%] 25,0 30,4 28,0 29,6 26,5 24,5 31,8 23,9 28,7 27,1 30,8 24,9 27,3 26,1 24,1 31,6 27,2 22,3 25,8 24,4

ztráta žíháním [% suš] 43,9 35,5 37,7 41,3 41,5 41,9 46,4 55,2 55,1 55,8 55,1 55,8 55,4 34,7 43,7 39,3 41,3 48,2 44,4 39,6

Ncelk.

N-NH4

N-NO3

Ca

Mg

K

[%] 4,12 2,66 1,98 3,93 4,23 3,18 6,28 4,97 3,26 4,19 3,74 5,90 3,87 4,19 4,21 3,63 2,99 8,60 3,54 3,77

[mg/kg] 670 2741 2840 2014 2035 839 1724 1936 1876 2288 1687 1654 2458 2697 1987 2283 2541 894 1537 1756

[mg/kg] 8,3 20,0 71,0 0,9 20,0 14,0 36,0 23,0 43,0 21,0 12,9 17,9 13,4 9,0 19,0 25,7 20,9 37,0 28,0 19,0

[%] 3,78 2,69 4,84 3,43 3,56 3,71 3,94 4,37 3,71 3,59 3,99 3,30 3,36 3,29 3,56 2,84 3,99 3,14 2,43 3,36

[%] 0,54 0,69 0,85 0,85 0,79 0,78 0,57 0,92 1,04 0,69 0,94 0,88 0,76 0,92 0,51 0,74 0,77 0,85 0,83 0,92

[%] 0,62 0,55 0,30 0,51 0,48 0,46 0,52 0,48 0,72 0,54 0,69 0,48 0,55 0,64 0,46 0,58 0,57 0,62 0,59 0,52

Pcelk.

pH

[%] [-] 2,07 8,5 2,44 8,3 2,77 8,5 2,54 7,9 3,14 7,9 1,92 7,7 2,24 7,7 2,92 7,6 3,86 8,2 3,14 7,9 2,54 8,3 1,81 7,7 3,16 8,4 2,26 8,2 2,11 7,8 1,94 7,9 2,76 7,5 3,01 7,8 2,09 8,1 2,18 7,8 (Zdroj: VAS, A.S.)

Příloha č. 1

Tabulka č. 29: Agrochemické parametry stabilizovaných kalů z ČOV Tišnov v letech 2008-2012 Datum 26. 6. 2008 10. 9. 2008 13. 10. 2008 27. 11. 2008 13. 5. 2009 15. 7. 2009 23. 9. 2009 2. 12. 2009 24. 3. 2010 9. 6. 2010 15. 9. 2010 24. 11. 2010 16. 3. 2011 8. 6. 2011 7. 9. 2011 30. 11. 2011 28. 3. 2012 20. 6. 2012 19. 9. 2012 5. 12. 2012

sušina [%] 29,1 27,9 21,9 33,8 24,9 23,8 24,5 21,5 29,1 24,7 22,9 32,1 26,4 27,9 25,1 27,4 21,8 23,3 21,6 22,7

ztráta žíháním [% suš] 44,7 43,7 49,0 86,2 51,9 46,4 41,5 44,8 49,2 43,1 55,2 47,2 46,4 49,8 52,0 51,1 47,6 54,3 55,1 49,7

Ncelk.

N-NH4

N-NO3

Ca

Mg

K

[%] 3,26 1,33 4,15 3,99 4,79 4,98 3,36 3,12 4,05 3,24 3,47 5,06 4,92 3,20 3,78 4,48 3,35 3,96 4,13 3,54

[mg/kg] 1157 718 3404 2372 2405 1654 2458 2697 1886 1541 1347 2261 2092 2009 1794 2514 1764 1648 1945 2389

[mg/kg] 64,0 21,0 19,0 11,0 28,3 14,0 21,0 18,0 32,0 20,0 24,0 17,0 13,0 24,0 18,0 23,0 18,0 15,0 17,0 19,0

[%] 3,94 4,37 3,71 3,35 3,75 3,54 3,85 3,45 3,74 4,61 3,12 3,41 2,76 3,95 3,87 3,01 3,43 3,44 3,48 3,51

[%] 0,66 0,72 0,53 0,50 0,64 0,59 0,64 0,54 0,65 0,63 0,74 0,64 0,52 0,65 0,59 0,61 0,65 0,62 0,60 0,59

[%] 0,47 0,49 0,38 0,41 0,42 0,39 0,32 0,33 0,37 0,35 0,41 0,35 0,28 0,36 0,33 0,47 0,52 0,38 0,43 0,51

Pcelk.

pH

[%] [-] 2,14 7,6 3,55 7,5 2,24 7,5 2,18 7,7 2,36 7,6 2,92 7,9 2,45 7,7 3,03 7,9 2,78 8,0 1,99 7,9 2,57 7,7 2,24 7,8 3,17 7,7 2,39 7,9 2,71 7,8 2,56 7,6 2,84 7,8 2,12 7,8 2,54 7,9 2,98 7,7 (Zdroj: VAS, A.S.)

Příloha č. 1

Tabulka č. 30: Obsah rizikových prvků ve stabilizovaných kalech z ČOV Tetčice v letech 2008-2012 Datum 6. 2. 2008 13. 8. 2008 8. 10. 2008 2. 12. 2008 8. 4. 2009 3. 6. 2009 16. 9. 2009 25. 11. 2009 10. 3. 2010 26. 5. 2010 25. 8. 2010 3. 11. 2010 9. 3. 2011 25. 5. 2011 31. 8. 2011 23. 11. 2011 14. 3. 2012 6. 6. 2012 5. 9. 2012 28. 11. 2012

As [mg/kg] 7,4 1,7 1,5 1,2 1,7 4,3 2,9 3,1 3,0 0,7 5,0 1,2 3,3 5,0 1,8 4,1 3,8 2,2 1,9 2,8

Cd [mg/kg] 0,5 0,5 1,7 0,8 1,7 1,3 1,3 0,9 1,6 0,7 0,8 1,5 1,7 1,6 0,6 0,7 1,5 1,9 0,9 2,3

Cr [mg/kg] 57,0 49,5 20,6 39,0 36,0 32,0 36,0 65,0 25,0 54,0 35,0 25,0 56,5 42,0 39,2 20,0 47,0 51,0 39,0 65,0

Cu [mg/kg] 145 232 177 222 179 205 200 91 225 133 217 203 257 189 196 92 143 148 205 114

Hg [mg/kg] 1,8 1,7 2,2 0,4 0,9 1,4 1,8 1,2 1,0 0,8 0,4 0,4 1,8 1,3 1,1 0,7 0,5 0,4 0,8 1,0

Ni [mg/kg] 27,0 46,1 33,9 29,0 34,0 37,0 24,3 34,0 31,9 36,2 23,0 35,0 29,0 37,0 24,3 38,0 20,0 44,0 53,0 35,0

Pb [mg/kg] 92,0 63,1 89,7 71,0 65,0 68,0 76,0 61,0 33,0 64,0 59,0 66,0 79,0 30,0 42,0 38,0 57,0 41,0 56,0 47,0

Zn [mg/kg] 1652 1472 1419 1258 1150 1398 1201 1443 1044 1012 1426 1308 1285 1120 1079 1320 1212 1323 1470 1168 (Zdroj: VAS, A.S.)

Příloha č. 1

Tabulka č. 31: Obsah rizikových prvků ve stabilizovaných kalech z ČOV Tišnov v letech 2008-2012 Datum 26. 6. 2008 10. 9. 2008 13. 10. 2008 27. 11. 2008 13. 5. 2009 15. 7. 2009 23. 9. 2009 2. 12. 2009 24. 3. 2010 9. 6. 2010 15. 9. 2010 24. 11. 2010 16. 3. 2011 8. 6. 2011 7. 9. 2011 30. 11. 2011 28. 3. 2012 20. 6. 2012 19. 9. 2012 5. 12. 2012

As [mg/kg] 0,5 0,9 0,7 0,9 1,4 2,0 0,8 1,2 3,8 2,7 1,1 5,0 1,2 2,3 0,8 0,9 1,2 0,7 1,0 0,5

Cd [mg/kg] 0,5 0,5 1,4 1,8 0,8 1,1 0,9 1,3 0,5 0,9 0,6 1,3 1,1 1,0 1,1 0,8 0,6 0,7 1,2 0,5

Cr [mg/kg] 42,0 39,2 19,8 36,1 37,5 33,0 47,0 20,0 34,6 62,0 34,0 31,0 30,0 42,0 29,0 34,0 39,0 54,0 42,0 38,0

Cu [mg/kg] 203 257 189 196 199 92 145 220 114 165 103 237 178 168 203 147 224 169 179 192

Hg [mg/kg] 3,2 3,1 1,7 3,4 1,7 1,2 1,6 2,4 1,9 1,2 0,8 1,5 0,5 0,9 1,4 1,9 2,5 0,9 3,3 1,8

Ni [mg/kg] 34,0 31,9 36,2 38,9 28,1 32,0 41,0 28,0 36,0 18,0 21,0 17,0 26,0 36,0 27,5 20,9 14,5 24,0 29,0 31,0

Pb [mg/kg] 61,0 44,9 63,2 44,2 53,9 65,0 63,0 58,0 69,0 72,0 36,0 53,2 48,0 66,0 71,0 45,0 32,0 26,0 45,0 48,0

Zn [mg/kg] 953 1201 1443 1044 1136 1420 1230 992 1414 1235 920 1086 1136 1248 1011 1430 1127 957 1145 1265 (Zdroj: VAS, A.S.)

Příloha č. 1

Tabulka č. 32: Agrochemické parametry stabilizovaných kalů z ČOV Tetčice – statistické vyhodnocení dat sušina Počet měření % platných měření Průměr Geometrický průměr Harmonický průměr Medián Modus Četnost modu Součet Minimum Maximum Dolní kvartil Horní kvartil Rozptyl Směrodatná odchylka Variační koeficient Směrodatná chyba průměru

[%] 20 100 27,00 26,87 26,74 26,80 vícenás. 1 540,0 22,3 31,8 24,70 29,15 7,60 2,76 10,23 0,62

ztráta žíháním [% suš] 20 100 45,59 45,04 44,51 43,80 vícenás. 2 911,8 34,7 55,8 40,45 55,10 53,60 7,32 16,06 1,64

Ncelk.

N-NH4

N-NO3

Ca

Mg

[%] 20 100 4,16 3,96 3,79 3,90 4,19 2 83,24 1,98 8,60 3,40 4,22 2,10 1,44 34,50 0,32

[mg/kg] 20 100 1922,85 1803,26 1652,28 1961,50 vícenás. 1 38457 670 2840 1670,50 2373,00 379779,50 616,26 32,05 137,80

[mg/kg] 20 100 23,00 17,98 9,38 20,00 vícenás. 2 460,0 0,9 71,0 13,70 26,85 229,50 15,15 65,87 3,39

[%] 20 100 3,54 3,50 3,46 3,56 vícenás. 2 70,88 2,43 4,84 3,30 3,86 0,30 0,56 15,68 0,12

[%] 20 100 0,79 0,78 0,77 0,81 vícenás. 3 15,84 0,51 1,04 0,72 0,90 0,00 0,14 17,60 0,03

K

Pcelk.

pH

[%] [%] [-] 20 20 20 100 100 100 0,54 2,55 7,99 0,54 2,49 7,98 0,53 2,45 7,97 0,55 2,49 7,90 0,48 vícenás. 7,9 3 2 4 10,88 50,90 159,7 0,30 1,81 7,5 0,72 3,86 8,5 0,48 2,10 7,75 0,61 2,97 8,25 0,00 0,30 0,10 0,09 0,54 0,30 17,16 21,15 3,82 0,02 0,12 0,07 (Zdroj: VLASTNÍ ŠETŘENÍ)

Příloha č. 2

Tabulka č. 33: Agrochemické parametry stabilizovaných kalů z ČOV Tišnov – statistické vyhodnocení dat sušina Počet měření % platných měření Průměr Geometrický průměr Harmonický průměr Medián Modus Četnost modu Součet Minimum Maximum Dolní kvartil Horní kvartil Rozptyl Směrodatná odchylka Variační koeficient Směrodatná chyba průměru

[%] 20 100 25,62 25,40 25,19 24,80 vícenás. 2 512,40 21,5 33,8 22,80 27,90 12,40 3,53 13,77 0,79

ztráta žíháním [% suš] 20 100 50,45 49,82 49,33 49,10 46,4 2 1008,90 41,5 86,2 45,60 51,95 86,50 9,30 18,43 2,08

Ncelk.

N-NH4

N-NO3

Ca

Mg

[%] 20 100 3,81 3,69 3,51 3,87 vícenás. 1 76,16 1,33 5,06 3,31 4,32 0,70 0,86 22,65 0,19

[mg/kg] 20 100 2002,75 1906,12 1790,25 1977,00 vícenás. 1 40055,00 718 3404 1651,00 2397,00 358435,00 598,69 29,89 133,87

[mg/kg] 20 100 21,82 20,17 19,05 19,00 18,0 3 436,30 11,0 64,0 17,00 23,50 123,60 11,12 50,97 2,49

[%] 20 100 3,62 3,59 3,57 3,53 vícenás. 1 72,29 2,76 4,61 3,42 3,86 0,20 0,43 11,91 0,10

[%] 20 100 0,62 0,61 0,61 0,63 vícenás. 3 12,31 0,50 0,74 0,59 0,65 0,00 0,06 9,98 0,01

K

Pcelk.

pH

[%] [%] [-] 20 20 20 100 100 100 0,40 2,59 7,75 0,39 2,56 7,75 0,39 2,53 7,75 0,39 2,55 7,75 vícenás. 2,24 vícenás. 2 2 5 7,97 51,76 155,00 0,28 1,99 7,5 0,52 3,55 8,0 0,35 2,24 7,65 0,45 2,88 7,90 0,00 0,20 0,00 0,07 0,41 0,14 16,77 15,70 1,85 0,01 0,09 0,03 (Zdroj: VLASTNÍ ŠETŘENÍ)

Příloha č. 2

Tabulka č. 34: Obsah rizikových prvků ve stabilizovaných kalech z ČOV Tetčice – statistické vyhodnocení dat

Počet měření % platných měření Průměr Geometrický průměr Harmonický průměr Medián Modus Četnost modu Součet Minimum Maximum Dolní kvartil Horní kvartil Rozptyl Směrodatná odchylka Variační koeficient Směrodatná chyba průměru

As [mg/kg] 20 100 2,93 2,51 2,13 2,85 vícenás. 2 58,6 0,7 7,4 1,7 3,95 2,72 1,65 56,27 0,37

Cd [mg/kg] 20 100 1,23 1,11 1,00 1,30 1,7 3 24,5 0,5 2,3 0,75 1,65 0,28 0,53 43,10 0,12

Cr [mg/kg] 20 100 41,69 39,41 37,03 39,10 vícenás. 2 833,8 20,0 65,0 33,5 52,5 187,60 13,70 32,85 3,06

Cu [mg/kg] 20 100 178,65 171,84 164,12 192,50 205 2 3573 91 257 144 211 2217,29 47,09 26,36 10,53

Hg [mg/kg] 20 100 1,08 0,94 0,80 1,00 0,4 4 21,6 0,4 2,2 0,6 1,55 0,31 0,56 51,56 0,12

Ni [mg/kg] 20 100 33,59 32,67 31,75 34,00 vícenás. 2 671,7 20,0 53,0 28,0 37,0 65,97 8,12 24,18 1,82

Pb Zn [mg/kg] [mg/kg] 20 20 100 100 59,89 1288,00 57,29 1277,72 54,53 1267,47 62,05 1296,50 vícenás. vícenás. 1 1 1197,8 25760 30,0 1012 92,0 1652 44,5 1159 69,5 1422,5 304,66 27882,63 17,45 166,98 29,14 12,96 3,90 37,34 (Zdroj: VLASTNÍ ŠETŘENÍ)

Příloha č. 2

Tabulka č. 35: Obsah rizikových prvků ve stabilizovaných kalech z ČOV Tišnov – statistické vyhodnocení dat

Počet měření % platných měření Průměr Geometrický průměr Harmonický průměr Medián Modus Četnost modu Součet Minimum Maximum Dolní kvartil Horní kvartil Rozptyl Směrodatná odchylka Variační koeficient Směrodatná chyba průměru

As [mg/kg] 20 100 1,48 1,20 1,02 1,05 vícenás. 3 29,6 0,5 5,0 0,8 1,7 1,36 1,17 78,88 0,26

Cd [mg/kg] 20 100 0,93 0,87 0,81 0,90 0,5 4 18,6 0,5 1,8 0,6 1,15 0,13 0,36 38,71 0,08

Cr [mg/kg] 20 100 37,21 35,94 34,61 36,80 42,0 3 744,2 19,8 62,0 32,0 42,0 98,56 9,93 26,68 2,22

Cu [mg/kg] 20 100 179,00 173,37 166,97 184,00 203 2 3580 92 257 156 203 1864,84 43,18 24,13 9,66

Hg [mg/kg] 20 100 1,85 1,64 1,43 1,70 vícenás. 2 36,9 0,5 3,4 1,2 2,45 0,77 0,88 47,56 0,20

Ni [mg/kg] 20 100 28,55 27,50 26,36 28,55 36,0 2 571 14,5 41,0 22,5 35,0 56,69 7,53 26,37 1,68

Pb Zn [mg/kg] [mg/kg] 20 20 100 100 53,22 1169,65 51,46 1158,49 49,48 1147,50 53,55 1140,50 vícenás. 1136 2 2 1064,4 23393 26,0 920 72,0 1443 44,95 1027,5 64,1 1256,5 175,10 27773,61 13,23 166,65 24,86 14,25 2,96 37,27 (Zdroj: VLASTNÍ ŠETŘENÍ)

Příloha č. 2

Příloha č. 3

Graf č. 8: Množství arzénu v kalu z deponie

Graf č. 9: Množství kadmia v kalu z deponie

Příloha č. 3

Graf č. 10: Množství chromu v kalu z deponie

Graf č. 11: Množství mědi v kalu z deponie

Příloha č. 3

Graf č. 12: Množství rtuti v kalu z deponie

Graf č. 13: Množství niklu v kalu z deponie

Příloha č. 3

Graf č. 14: Množství olova v kalu z deponie

Graf č. 15: Množství zinku v kalu z deponie

Příloha č. 3

Graf č. 16: Sušina stabilizovaného a hygienizovaného kalu z deponie

Graf č. 17: Ztráta žíháním u stabilizovaného a hygienizovaného kalu z deponie

Příloha č. 3

Graf č. 18: Hodnota pH stabilizovaného a hygienizovaného kalu z deponie

Příloha č. 4

Obrázek č. 14: ČOV Tišnov – deponie kalu

Obrázek č. 15: ČOV Tetčice – deponie kalu

Příloha č. 4

Obrázek č. 16: Očkování desítkového ředění výchozí suspenze na selektivní živnou půdu

Obrázek č. 17: Kultivace Petriho misek s naočkovanými selektivními půdami

Příloha č. 4

Obrázek č. 18: Nárůst kolonií enterokoků na Petriho misce s m-enterokokovým agarem

Obrázek č. 19: Nárůst kolonií termotolerantních koliformních bakterií (modré kolonie) na povrchu selektivní půdy – mFC agaru