MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ AGRONOMICKÁ FAKULTA
BAKÁLÁŘSKÁ PRÁCE
BRNO 2010
MARTIN PENIAŠKO
Mendelova univerzita v Brně Agronomická fakulta Ústav zemědělské, potravinářské a enviromentální techniky
Sušení čistírenských kalů s cílem jejich dalšího energetického využití Bakalářská práce
Vedoucí práce:
Vypracoval:
doc. Ing. Rudolf Rybář, Csc.
Martin Peniaško
Brno 2010
PROHLÁŠENÍ Prohlašuji, že jsem bakalářskou práci na téma „Sušení čistírenských kalů s cílem jejich dalšího energetického využití“ vypracoval samostatně a použil jen pramenů, které cituji a uvádím v přiloženém seznamu literatury. Diplomová práce je školním dílem a může být použita ke komerčním účelům jen se souhlasem vedoucího diplomové práce a děkana Agronomické fakulty Mendelovy univerzity v Brně. dne ………………………………………. podpis ……………………….……………
Poděkování Na tomto místě bych rád poděkoval vedoucímu práce doc. Ing. Rudolfu Rybářovi, Csc. za odborné vedení bakalářské práce, zejména za ochotu a trpělivost, kterou projevoval po celou dobu jejího zpracování. Dále pak i svému spolupracovníkovi Ing. Olřichovi Kůrovi za cenné rady a poznatky z historie provozování ČOV Modřice, Ing. Janu Mullerovi, vedoucímu ČOV Modřice jakož i Ing. Robertu Hrichovi, hlavnímu technologovi ČOV Modřice za poskytnuté materiály, informace a důležité poznatky z provozování technologií na ČOV Modřice.
ABSTRAKT Čistírenské kaly jakožto koncový produkt procesu čištění městských odpadních vod na čistírnách byly vždy problémem z hlediska způsobu jejich odstraňování, jejich množství, konzistence (obsahu sušiny) a obsahu nebezpečných látek (zejména pak těžkých kovů). Dle platného Zákona o odpadech č. 185/2001 Sb., ve znění pozdějších předpisů, vyplývají pro čistírenské kaly povinnosti při jejich nakládání. V obecné – rešeršní části mé bakalářské práce popisuji jakým způsobem kaly vznikají a jakými různými nejběžnějšími způsoby jsou upravovány a je s nimi dále nakládáno. Praktická část mé bakalářské práce je zaměřena na konkrétní způsob řešení nakládání s čistírenskými kaly na ČOV Modřice, v důsledku intenzifikace ČOV. Srovnávám zde navrhované technologie pro konečnou úpravu čistírenských kalů a popisuji jaké byly zvoleny technologie pro jednotlivé fáze úpravy kalu, zejména pak pro jeho sušení s cílem jeho energetického využití. V závěrečné části je zhodnocení aplikované technologie se zaměřením na její využití, spolehlivost, účinnost a budoucí perspektivu.
Klíčová slova čistírna odpadních vod, úprava kalů, těžké kovy, výhřevnost
ABSTRACT The sewage sludge as an end product of the process of urban waste water treatment plants have always been the problem in terms of method of disposal, quantity, consistency (solids content) and content of hazardous substances (especially heavy metals). How to deal with sewage sludge, the related obligations, which must comply with current Waste Act No. 185/2001 Coll., as amended. In the general – research part of my work I describe how the sludge is created, most common ways of treatment, and its further handlinghandled further. The practical part of my thesis is focused on ways to address the treatment of sewage sludg in WWTP Modřice, in relation with WWTP intensification of performance. I compare here the proposed technology for finishing of sewage sludge and describe what technologies were chosen for each treatment phase, specifically the drying process, in order to utilize it for energy use. The the final part is an evaluation of applied technologies, with focus on use, reliability, efficiency and future perspective of sewage sludge.
Key words waste water treatment plant, sludge treatment, heavy metals, calorific value
Obsah 1 ÚVOD...........................................................................................................................9 2 CÍL PRÁCE................................................................................................................10 3 LITERÁRNÍ REŠERŠE K ZADANÉMU TÉMATU................................................11 3.1 Odpadní vody z pohledu legislativy...................................................................11 3.2 Technologie čištění odpadních vod ...................................................................11 3.2.1 Mechanické čištění odpadních vod ............................................................13 3.2.2 Biologické čištění odpadních vod ..............................................................13 3.2.3 Terciální dočištění odpadních vod..............................................................14 3.2.4 Odpad z čištění odpadních vod...................................................................14 3.3 Čistírenské kaly...................................................................................................15 3.3.1 Čistírenské kaly z pohledu legislativy.........................................................15 3.3.2 Popis a složení čistírenských kalů..............................................................15 3.3.2.1 Primární kal..........................................................................................15 3.3.2.2 Sekundární kal......................................................................................16 3.3.2.3 Chemický kal........................................................................................17 3.4 Zpracování čistírenského kalu............................................................................18 3.4.1 Zahušťování čistírenského kalu..................................................................18 3.4.2 Stabilizace čistírenského kalu.....................................................................19 3.4.2.1 Aerobní termofilní stabilizace..............................................................19 3.4.2.2 Anaerobní stabilizace.........................................................................19 3.4.3 Hygienizace čistírenského kalu...................................................................20 3.4.3.1 Chemická metoda hygienizace.............................................................21 3.4.3.2 Fyzická metoda hygienizace................................................................21 3.4.3.3. Biotechnologická metoda hygienizace................................................21 3.4.4 Odvodnění čistírenského kalu.....................................................................22 3.4.4.1 Přirozené odvodňování kalu................................................................22 3.4.4.2 Strojní odvodňování kalu....................................................................22 3.4.5 Zemědělské využití čistírenského kalu.......................................................24 3.4.6 Kompostování čistírenského kalu...............................................................25 3.4.7 Sušení čistírenského kalu............................................................................26 3.4.7.1 Nepřímé sušení kalu............................................................................26
3.4.7.1 Přímé sušení kalu.................................................................................27 3.5 Spalování – energetické využití čistírenských kalů...........................................29 3.5.1 Spalování kalu s kvalitnějším palivem........................................................29 3.5.2 Spalování kalu v rotační peci......................................................................30 3.5.3 Spalování kalu v rotační etážové peci.........................................................30 3.5.4 Fluidní spalování kalu.................................................................................31 3.5.5 Spalování kalu v cementářské peci.............................................................32 4 APLIKACE TECHNOLOGIE SUŠENÍ ČISTÍRENSKÝCH KALŮ NA ČOV MODŘICE...................................................................................................33 4.1 Čištění odpadních vod na ČOV Modřice............................................................33 4.1.1 Hrubé předčištění........................................................................................33 4.1.2 Mechanický stupeň......................................................................................34 4.1.3 Biologický stupeň........................................................................................35 4.2 Kalové hospodářství na ČOV Modřice..............................................................36 4.2.1 Nakládání s kaly před intenzifikací ČOV...................................................36 4.2.2 Navrhované technologie zneškodňování kalů.............................................36 4.2.3 Srovnání navrhovaných technologií na zneškodňování kalů a vyhodnocení z ekologického a ekonomického hlediska..........................37 4.2.4 Aplikovaná technologie kalového hospodářství po intenzifikaci ČOV......40 4.2.4.1 Zahuštění kalu.....................................................................................40 4.2.4.2 Vyhnívací nádrže.................................................................................41 4.2.4.3 Odvodnění a sušení kalu......................................................................41 5 HODNOCENÍ PARAMETRŮ VYSUŠENÝCH KALŮ NA ČOV MODŘICE A PŘI SPALOVÁNÍ V CEMENTÁRNĚ MOKRÁ.................................................43 5.1 Parametry kalů před vysušením a po vysušení...................................................43 5.2 Výhřevnost kalů při spalování v cementárně Mokrá..........................................44 6 ZÁVĚR........................................................................................................................45 7 SEZNAM POUŽITÉ LITERATURY.........................................................................46 8 SEZNAM OBRÁZKŮ................................................................................................47 9 SEZNAM TABULEK.................................................................................................47 10 SEZNAM PŘÍLOH...................................................................................................48
1 ÚVOD Stavba nových čistíren odpadních vod a intenzifikace stávajících způsobuje výrazný nárůst produkce čistírenských kalů. Jejich likvidace nebo případné využití patří mezi dominantní problémy měst a obcí, které ze svých regionů odvádí vodu k jejímu vyčištění před vypuštěním do recipientu. Současné zažité způsoby likvidace a využívání čistírenských kalů, ať již přímou aplikací na zemědělskou půdu nebo skládkováním můžeme považovat za překonané, protože nízké náklady nemohou vyvážit ekologická rizika způsobu takovéto nešetrné likvidace kalů. Dále je však třeba počítat s čistírenským kalem při výrobě kompostu a jeho využíváním při rekultivaci půd. V některých zemích Evropské unie byly vyzkoušeny a jsou úspěšně aplikovány způsoby společné termické likvidace odvodněných čistírenských kalů a komunálních odpadů. V ČR však tento způsob není využíván a jsou k němu stále vážné výhrady. Možnost termického zneškodňování kalů po jejich předchozí úpravě vysušením je v ČR sledována a zkoušena od devadesátých let minulého století. Ze států EU je spalování čistírenských
kalů
rutinně
využíváno
v Německu,
Francii,
Belgii
a zejména
ve Švýcarsku, přičemž nejefektivnějším termickým způsobem využívání výhřevné hodnoty čistírenských kalů je cementářská pec, kde se vždy jedná o bezezbytkové zneškodňování
všech
škodlivin
obsažených
v čistírenských
kalech
se zkomponováním produkovaných popelovin do cementářského slínku.
-9-
současně
2 CÍL PRÁCE Cílem této práce je sumarizovat možné způsoby úpravy a nakládání s koncovým produktem procesu čištění odpadních vod, tj. s čistírenským kalem. Vhodně zvolenými úpravami čistírenských kalů je tyto pak možné energeticky využít při jejich spalování. V obecné části je stručně popsán proces čištění odpadních vod, jehož koncovým produktem jsou mimo jiné odpady i čistírenské kaly. Dále jsou zde popsány možné způsoby úprav, zpracování a nakládání s čistírenskými kaly se zvláštním zaměřením na jejich spalování s možným energetickým využitím. Praktická část popisuje konkrétní případ intenzifikace ČOV Modřice, při kterém bylo jedním z jejích hlavních cílů i řešení kalové koncovky. Pro řešení kalové koncovky bylo souběžně analyzováno několik technologií z nichž jako nejvhodnější se ukázalo spoluspalování vysušených čistírenských kalů v cementářské peci, což bylo v rámci intenzifikace i realizováno. V závěrečné části práce je srovnání zhodnocení realizované technologie z hlediska jejího využití.
- 10 -
3 LITERÁRNÍ REŠERŠE K ZADANÉMU TÉMATU 3.1 Odpadní vody z pohledu legislativy Pojem „odpadní vody“ je definován v „Zákoně o vodách č. 254/2001 Sb. v § 38: Odpadní vody jsou vody použité v obytných, průmyslových, zemědělských, zdravotnických a jiných stavbách, zařízeních nebo dopravních prostředcích, pokud mají po použití změněnou jakost (složení nebo teplotu), jakož i jiné vody z nich odtékající, pokud mohou ohrozit jakost povrchových nebo podzemních vod. Odpadní vody jsou i průsakové z odkališť nebo ze skládek odpadů“. „Nařízení vlády č. 229/2007 Sb.“ definuje i následující členění odpadních vod na : 1) „městské odpadní vody: odpadní vody vypouštěné z domácností nebo služeb, vznikající převážně jako produkt lidského metabolizmu a činností v domácnostech (splašky)“, popřípadě jejich směs s dešťovými nebo průmyslovými odpadními vodami. 2) „průmyslové odpadní vody: uvedené v části B přílohy č.1 k tomuto nařízení, jakož i odpadní vody v této části neuvedené, jsou-li vypouštěny z výrobních nebo jim obdobných zařízení“. Za komunální vody jsou pak pokládány veškeré odpadní vody, které jsou různými způsoby stavebně inženýrských prvků, nejčastěji jednotnými nebo oddílnými potrubními systémy, odváděny z obcí a následně vypouštěny do vod povrchových. Povolení k vypouštění komunálních vod do vod povrchových nebo podzemních vod nám dává vodoprávní orgán, který současně i ustanovuje povinnosti a podmínky za jakých je takovéto nakládání s vodami povoleno. Vodoprávní orgán se při tom řídí „Nařízením vlády ČR 229/2007 Sb. o ukazatelích a hodnotách přípustného znečištění povrchových vod a odpadních vod, náležitostech povolení k vypouštění odpadních vod do vod povrchových a do kanalizací a o citlivých oblastech“. [12, 6]
3.2 Technologie čištění odpadních vod Odpadní vody, které jsou odváděny z městských aglomerací (obcí) samozřejmě nesplňují přípustné hodnoty dle zmiňovaného nařízení č. 229/2007 Sb., tak aby je bylo možné bez jakékoliv úpravy vypouštět do vod povrchových a případně i podzemních. Tyto odpadní vody je tedy nutné nejprve vyčistit na tzv. koncovém zařízení, tj. Čistírně - 11 -
odpadních vod , dále jen ČOV. Je zde však důležitý často opomíjený fakt : odpadní vody, které projdou procesem čištění na ČOV jsou stále odpadními vodami a platí tedy pro ně veškeré předpisy pro odpadní vody. Vyčištěné a následně vypouštěné odpadní vody se tedy dále řídí následujícími limity a standardy : Emisní limity: nejvýše přípustné hodnoty ukazatelů znečištění odpadních vod, které stanoví vodoprávní úřad v povolení vypouštění odpadních vod od vod povrchových Emisní standardy: nejvýše přípustné hodnoty ukazatelů znečištění odpadních vod uvedené v příloze č. 1 k nařízení vlády č. 229/2007 Sb. Imisní standardy: nejvýše přípustné hodnoty ukazatelů přípustného znečištění povrchových vod v jednotkách hmotnosti, radioaktivity nebo bakteriálního znečištění na jednotku objemu, uvedené v příloze č. 3 k nařízení vlády č. 229/2007 Sb. Složení odpadních vod. které přitékají na ČOV lze rozdělit dle jejich původu na odpadní vody splaškové, průmyslové, dešťové a balastní, přičemž celková kvalita přitékaných vod je pak dána kvalitou a poměrem těchto jednotlivých složek. Svoji úlohu na správné volbě koncepce ČOV hraje hlavně množství přitékajících odpadních vod, které však není rovnoměrné a kolísá vlivem počtů obyvatel, průmyslových závodů a aktuálních klimatických podmínek. ČOV se navrhují dle počtu ekvivalentních obyvatel (EO) přičemž pro výpočet EO se používá hodnota specifického znečištění BSK5=0,060 kg produkovaných jedním obyvatelem za den. Pod pojmem BSK5 rozumějme „biologickou spotřebu kyslíku za pět dní“ kterého je zapotřebí pro odbourání organických látek z odpadních vod. Orientační hodnoty produkce specifického znečištění v gramech za den na jednoho obyvatele jsou uvedeny v následující tabulce. Tabulka 1: Množství specifického znečištění odpadních vod v gramech za den na 1EO [1] Ukazatel specifického znečištění v gramech za den Látky
Látky Minerální Organické
Nerozpuštěné usaditelné Nerozpuštěné
Ostatní Veškeré
BSK5
CHSK
Ncelk
Pcelk
10
30
40
20
40
1
0,2
5
10
15
10
20
-
-
- 12 -
neusaditelné Rozpuštěné
75
50
125
30
60
10
2,3
Celkem
90
90
180
60
120
11
2,5
Účelem každé takto navržené ČOV je mechanické odstranění nerozpuštěných látek (NL) obsažených v odpadních vodách a fyzikálně-chemickými a biologickými způsoby rozložit rozpuštěné látky. Cílem je pak dosažení takového stupně vyčištění odpadních vod, který nebude přestavovat významnou zátěž při jejich vypouštění do recipientu. Současné nejrozšířenější postupy čištění odpadních vod je pak možno rozdělit do následujících bloků: 1) mechanické čištění 2) biologické čištění 3) terciální dočištění [1, 12, 6] 3.2.1 Mechanické čištění odpadních vod Nebo také primární předčištění odpadních vod je prvním stupněm, při kterém dochází k odstranění (odloučení) nerozpuštěných látek z důvodu zajištění ochrany dalších stupňů a technologií čistírny. Prvním zařízením je lapák štěrku, dále následují hrubé a jemné česle, které zachycují plovoucí předměty a za nimy pak lapák písku a případně i lapák tuku. Za lapákem písku jsou u velkých čistíren zařazeny usazovací nádrže, které již slouží k odloučení anorganických a organických látek menších jak 0,2mm. V usazovacích nádržích je již obsažen primární kal, který je vysoce reaktivní a jehož rychlé zahnívání je problémem při jeho dalším zpracování. Primární kal je i základem pro tvorbu bioplynu. [1] 3.2.2 Biologické čištění odpadních vod Je také nazýváno sekundárním čištěním odpadních vod a využívá biochemických rozkladných procesů při nichž mikroorganismy (dále jen MO) rozkládají organické látky v aktivačních nádržích, které jsou umístěny za usazovacími nádržemi. Tyto procesy probíhají nejefektivněji v aerobním prostředí, čehož je dosaženo zařazením provzdušňovacího zařízení – nejčastěji pneumatické aerace. Vlivem rozkladu
- 13 -
primárního kalu MO vzniká H2O a CO2 z čehož získávají MO energii a živiny pro svůj růst, čímž se současně i zvyšuje množství kalu. Takto vzniklý kal, který nazýváme kalem sekundárním nebo také přebytečným je nutné odebírat z důvodu zachování optimální koncentrace MO v aktivačních nádržích. Část jej tedy putuje pomocí recirkulace do dosazovacích nádrží, kde se kal shlukuje do větších celků – vloček, které jsou schopny sedimentovat a část je pak dále zpracována v kalovém hospodářství. Kal čerpaný recirkulací mezi aktivační a dosazovací nádrží nazýváme vratný kal. [1] 3.2.3 Terciální dočištění odpadních vod Je
posledním
ze tří
stupňů
čištění
odpadních
vod
a je
tedy
zařazeno
za dosazovacími nádržemi. Pro terciální dočištění se používají různé typy mikrofiltrů nebo biologického či chemického dočišťování. Účelem je odstranit poslední zbytky nerozpuštěných látek, organických látek a dusíkatých látek a fosforu. [1] 3.2.4 Odpad z čištění odpadních vod Při výše popsaném procesu čištění odpadních vod vzniká v některých jeho fázích odpad, se kterým je nutno nakládat v souladu se Zákonem o odpadech č. 185/2001 Sb., a který je tímto zákonem i klasifikován a řazen do skupin uvedených v následující tabulce. Tabulka 2: Odpad vzniklý při čištění odpadních vod dle Zákona o odpadech č. 185/2001 Sb. a dle místa jeho vzniku [11] Název odpadu
Místo vzniku
Katalogové číslo
Kategorie
Shrabky z česlí
Hrubé a jemné česle
19 08 01
O
Odpady z lapáku písku
Lapák písku
19 08 02
O
Lapák tuku
19 08 09
O
Lapák tuku
19 08 10
N
19 08 05
O
Směs tuků a olejů z OT obsahující pouze jedlé oleje a jedlé tuky Směs tuků a olejů z OT neuvedená pod číslem 19 08 09 Kal z čištění komunálních
Usazovací, aktivní a
odpadních vod
dosazovací nádrže
- 14 -
3.3 Čistírenské kaly Kalové hospodářství je dalším velmi důležitým technologickým celkem při procesu čištění odpadních vod, jehož hlavním účelem je zajistit stabilizaci a hygienizaci produkovaného kalu tak, aby jej bylo dále možné materiálově využít nebo co nejefektivněji odstraňovat. [1] 3.3.1 Čistírenské kaly z pohledu legislativy Nakládání s čistírenským kalem vyplývá z povinností, které jsou dány Zákonem o odpadech č. 185/2001 Sb., ve znění pozdějších předpisů. Dle tohoto zákona je čistírenský kal klasifikován jako: Kal z ČOV zpracovávající městské odpadní vody nebo odpadní vody z domácností a ostatních čistíren odpadních vod, které zpracovávají odpadní vody stejného složení jako městské odpadní vody z domácností. Upraveným kalem je dále pak čistírenský kal, který byl biologicky, chemicky nebo tepelně zpracován nebo podroben dlouhodobému skladování, apod., za účelem snížení obsahu patogenních mikroorganismů. [11] 3.3.2 Popis a složení čistírenských kalů Čistírenským kalem rozumíme shluky sedimentovaných látek, které projdou mechanickým procesem čištění odpadních vod nebo jsou produktem biologického procesu čištění odpadních vod. Dle místa nebo způsobu vzniku jej pak označujeme : 1) primárním kalem 2) sekundárním kalem 3) chemickým kalem [1] 3.3.2.1 Primární kal Jsou to látky zachycené v usazovací nádrží, která je součástí procesu mechanického čištění odpadních vod. Složení a množství primárního kalu je ovlivněno vlastnostmi přitékajících odpadních vod a účinností hrubého předčištění. Průměrná denní produkce primárního kalu je pak dle odborných zdrojů v rozmezí 0,035–0,054 kg na jednoho EO v případě, že účinnost sedimentace v usazovací nádrži je přibližně 70 %. - 15 -
V následující tabulce je uvedeno orientační procentuální složení primárního kalu dle zastoupení jednotlivých typů organických látek a anorganické složky. [1] Tabulka 3: Orientační složení primárního kalu dle zastoupení jednotlivých typů organických látek [1] Parametr
Obsah v %
Tuky (extrahovatelné látky - EL)
5,7-44,0
Bílkoviny
19,0-28,0
Celulosa, hemicelulosy, lignin
12,8-25,4
Huminové kyseliny
do 4,0
Ncelk,
2,0-4,5
Pcelk,
0,5-2,1
Fe
2,1-3,5
Al
1,3-2,5
Anorganická složka celkem
25,0-30,0
Mezi základní vlastnosti primárního kalu patří : - vysoká reaktivita (z důvodu vysokého obsahu MO) - anaerobní prostředí - dobré sedimentační schopnosti - septické vlastnosti – vysoký obsah patogenů Další důležitou vlastností primárního kalu je i obsah sušiny, který je ve vztahu k sekundárnímu kalu 1: 1 nebo 2: 1, podle toho je-li použito chemické předsrážení. [1] 3.3.2.2 Sekundární kal Vzniká během procesu biologického čištění odpadních vod a množství jeho produkce ovlivňuje množství odstraněného organického znečištění a dále i primární sedimentace, stáří kalu, teplota vody, zatížení kalu, chemické srážení fosforu a účinnost dosazovací nádrže, kde probíhá oddělení aktivovaného kalu od biologicky vyčištěné odpadní vody, zahuštění odděleného kalu a akumulace aktivovaného kalu pro případ zvýšeného průtoku aktivačním systémem aby nedocházelo k jeho vyplavování ze systému čištění odpadních vod. Složení sekundárního kalu není oproti primárnímu kalu významně ovlivněno kvalitou a množstvím čištěných odpadních vod. - 16 -
V následující tabulce je uvedeno přibližné složení sekundárního kalu. [1]
Tabulka 4: Přibližné složení sekundárního kalu [1] Parametr
Obsah v %
Organické látky jako ztráta žíháním
60–70
Obsah uhlíku v organické složce biomasy
47–50
Obsah kyslíku v organické složce biomasy
31–38
Obsah vodíku v organické složce biomasy
7,0–8,0
Obsah dusíku v organické složce biomasy
7,0–11,0
Obsah fosforu v organické složce biomasy
1,1–2,6
Obsah anorganických látek
30–40
Mezi základní vlastnosti sekundárního kalu patří : - menší reaktivita oproti primárnímu kalu - horší sedimentační vlastnosti [1] 3.3.2.3 Chemický kal Vzniká srážecími reakcemi, které se využívají ke snížení obsahu fosforu při terciálním dočištění odpadních vod nebo při zlepšení sedimentačních vlastností primárního a aktivovaného kalu. V případě aplikace chemického srážení na primární nebo sekundární kal je chemický kal nedílnou součástí těchto kalů, při aplikaci v terciálním dočištění vzniká jako samostatná složka, která je chemického složení dle použitých chemických látek. Množství produkovaného chemického kalu závisí na způsobu aplikace srážedel a jejich složení. Jako srážedla bývají nejčastěji používány soli Fe+3 nebo Al+3 přičemž velikost aplikované dávky se odvíjí podle požadované zbytkové koncentrace fosforu. Mezi základní vlastnosti chemického kalu patří : – špatné sedimentační vlastnosti – dále jsou jeho vlastnosti a zejména pak pH závislé na použitém kationtu [1]
- 17 -
3.4 Zpracování čistírenského kalu Účelem zpracování čistírenského kalu je kromě snížení množství jeho produkce hlavně dosažení takových jeho vlastností, aby jej bylo možné dále využít jako surovinu nebo součást hnojiv, či ho jinak odstranit v souladu s platnou legislativou. Mezi hlavní způsoby zpracování čistírenského kalu patří : 1) zahušťování 2) stabilizace 3) hygienizace 4) odvodnění 5) sušení 6) kompostování [1, 3] 3.4.1 Zahušťování čistírenského kalu Zahušťováním čistírenského kalu dochází ke snižování obsahu vody a tedy zvýšení koncentrace tuhých částic (2–3 x). Optimální stupeň zahuštění je v rozmezí 4,5–6,0 hmotnostních % obsahu sušiny, přičemž dosáhnout lze i vyšších hodnot, které však z důvodu jeho dalšího čerpání nejsou vhodné. Zahušťování se provádí gravitačně, filtrací, sedimentací, centrifugací a nebo i moderní výkonnou tlakovou flotací. [1, 13]
Tabulka 5: Dosažitelné koncentrace zahuštění dle metody a druhu zahušťovaného kalu [1] Metoda zahuštění
Druh kalu
Dosažitelná sušina %
Přebytečný a stabilizovaný kal
3,5–6,5
Řízené gravitační
Primární kal
4,0–8,0
Řízené gravitační
Sekundární – přebytečný kal
2,5–3,8
Odstřeďování
Sekundární – přebytečný kal
3,0–6,0
Odstřeďování s flokulantem Sekundární – přebytečný kal
4,0–6,5
Prostá sedimentace
Tlaková flotace
Sekundární – přebytečný kal
3,5–7,0
Tlaková flotace s flokulan. Sekundární – přebytečný kal
4,5–10,0
Síťové zahušťovače s floku. Sekundární – přebytečný kal
4,5–18,0
- 18 -
3.4.2 Stabilizace čistírenského kalu Proces, kterým dále upravujeme konečné vlastnosti kalu, aby nepodléhal samovolnému rozkladu. Stabilizovaný kal se nesmí dále spontánně rozkládat a zatěžovat okolí zápachem. Se stabilizací klesá i množství obsažených patogenních organismů. Stabilizace čistírenských kalů probíhá aerobní nebo anaerobní formou. 3.4.2.1 Aerobní termofilní stabilizace Aerobní termofilní stabilizace probíhá v termofilních podmínkách za přítomnosti kyslíku. Při tomto procesu vzniká vlivem rozkladu organické hmoty teplo, které při teplotách 55–60 oC zabíjí mikroorganismy a tím dochází k hygienizaci čistírenského kalu a současně i k jeho stabilizaci. Vše se děje v reaktoru po minimální dobu zdržení kalu cca 20 dní, přičemž mezi dávkami čerstvého dodaného kalu musí uplynout minimálně 20 hodin. [1, 13] 3.4.2.2 Anaerobní stabilizace Anaerobní stabilizace je nejrozšířenější metodou stabilizace čistírenských kalů, při které za absence nežádoucího kyslíku dochází k přeměně většiny rozložitelných organických látek na bioplyn za současné stabilizace kalu. Metody anaerobní stabilizace probíhají v reaktoru a jsou rozděleny v závislosti na teplotách, za kterých probíhají, na kryofilní, mezofilní a termofilní. Kryofilní anaerobní stabilizace probíhá za teploty okolí při 6–20
o
C a je
nejvyužívanější metodou na menších ČOV. Doba vyhnívání při této metodě je 60-90 dní. Mezofilní anaerobní stabilizace probíhá za teploty 31–42 oC a je nejpropracovanější a nejvíce využívanou ze všech uvedených tří metod anaerobních stabilizací. Doba zdržení kalu v reaktoru je 20–30 dní. Termofilní anaerobní stabilizace probíhá za teploty 45–60 oC díky níž je doba zdržení kalu v reaktoru oproti mezofilní anaerobní stabilizaci pouze 15–18 dní, při teplotě 55 oC, která zajišťuje zároveň i hygienizaci kalu. [1, 13]
- 19 -
3.4.3 Hygienizace čistírenského kalu Mezi metody hygienizace čistírenských kalů lze zařadit veškeré takové při kterých dochází
k usmrcování
mikroorganismů.
Jestliže
nejsou
hygienizované
kaly
kontaminovány nepřiměřeným obsahem těžkých kovů a neobsahují nadlimitní množství nežádoucích mikroorganismů je možné je dále využít v zemědělství jako součást hnojiv nebo přímým zapravením do půdy. V následující tabulce jsou dle směrnice Rady EU 86/287/EEC a vyhlášky MŽP č. 382/2001 Sb., ustanoveny nejvyšší přípustné koncentrace těžkých kovů v kalech určených k zemědělskému využití ve srovnání s půdou. Tabulka 6: Nejvyšší přípustné koncentrace těžkých kovů mg/kg sušiny v kalech dle směrnice Rady EU 86/287/EEC, Vyhláška MŽP č. 382/2001 Sb. [1, 7] Prvek
EU
ČR
Půda
Cd
10
5
0,4–0,5
Cu
1000
500
45–60
Hg
10
4
0,3
Pb
750
200
55–60
V následující tabulce jsou dle vyhlášky MŽP č. 382/2001 Sb., ustanoveny kritéria obsahu množství konkrétních nežádoucích mikroorganismů pro třídy I. a II. hygienizovaného kalu dle nichž se určují možnosti zemědělského využití. Tabulka 7: Kritéria pro zařazení hygienizovaného kalu do tříd dle vyhlášky MŽP č. 382/2001 Sb. [1, 5] Kritérium
Třída I. (KTJ/gram)
Třída II. (KTJ/gram)
Termotolerantní koliformní bakterie
< 10
3
10 3 – 10 6
Enterokoky
< 10 3
10 3 – 10 6
Salmonela
negativní
nestanovuje se
Základní metody hygienizace kalu je možné rozdělit do tří skupin : 1) chemické metody 2) fyzikální metody 3) biotechnologické metody [1, 10, 13]
- 20 -
3.4.3.1 Chemická metoda hygienizace V praxi se nejvíce uplatňuje hygienizace kalu vápnem. Páleným vápnem CaO dochází k hygienizaci zvýšením teploty a hodnoty pH. Hašeným vápnem Ca(OH)2 dochází k hygienizaci pouze v důsledku zvýšené hodnoty pH. Metoda hygienizace vápnem má omezený účinek, protože s poklesem hodnoty pH, která je po hygienizaci 12 a více, dojde vlivem působení vzdušného oxidu uhličitého CO2 k obnovení rozkladných procesů. [1, 13] 3.4.3.2 Fyzická metoda hygienizace Jedná se zejména o termické metody aerotherm, pasterizace a tepelného sušení. Metoda aerotherm je založena na aerotermní hygienizaci a částečné stabilizaci a pracuje s neodvodněným kalem o obsahu sušiny 5-6 %. Surový kal se nejprve ohřeje v tepelném výměníku, poté vstupuje do aerotermního reaktoru, kde probíhá rozkladná exotermní reakce zahříváním kalu na 60–65 oC. Ohřátý kal dále odchází přes tepelný výměník, kde dojde k jeho ochlazení, do vyhnívací nádrže, kde se celý proces završí stabilizací a hygienizací. Pasterizace kalu probíhá zahřátím na teplotu 70 oC po krátkou dobu 30 minut, což devitalizuje patogenní organismy natolik, že nejsou schopny v následném rozkladném procesu v anaerobních vyhnívacích nádržích soutěžit o substrát s anaerobní biomasou. Kal je během pasterizace hygienizován, ale také připraven pro další zpracování a plně vyhovuje předpisům pro nakládání s čistírenskými kaly z mikrobiologického hlediska. Tepelné sušení kalu je metoda, při které je dosažena teplota kalu nad 80 oC po dobu 10 minut a obsah vody po sušení kalu musí být pod 10 %. Více v kapitole 3.4.7 Sušení čistírenského kalu. [1, 13] 3.4.3.3. Biotechnologická metoda hygienizace Je to metoda hygienizace kalu jejíž účinek přímo souvisí s předchozím způsobem stabilizace kalu. [13]
- 21 -
3.4.4 Odvodnění čistírenského kalu Při odvodňování čistírenského kalu dochází ke zmenšení jeho objemu a tím i ke zmenšení nákladů při jeho dalším zpracování. Optimální odvodnění kalu je i základní podmínkou pro jeho spalování. Odvodněný kal by měl být rýpatelné konzistence s minimálním obsahem sušiny 18 %. [1, 13] 3.4.4.1 Přirozené odvodňování kalu Přirozený způsob odvodňování kalu je realizován na kalových polích, kalových lagunách a v usazovacích nádržích. Odvodňování na kalových polích probíhá v mělkých nádržích jejichž dno je pokryto vrstvou štěrkopísku v níž je uloženo drenážní potrubí. Stabilizovaný kal, který je vypuštěn na takovéto pole je odvodňován drenážním potrubím a z menší části se podílí na jeho odvodnění i výpar. Odvodňování na kalových polích je náročné časově, dále je závislé na klimatických podmínkách a k jeho realizaci je zapotřebí i značné množství zastavěné plochy. Kalové laguny nemají oproti kalovým nádržím dno opatřené drenážní vrstvou a obvykle se navrhují v počtu minimálně dvou lagun oddělených hrází nebo betonovou stěnou. Odsazená kalová voda se reguluje vypouštěcími přepady. Usazovací kalové nádrže se používají s těžbou usazené pevné fáze a bez těžby usazené pevné fáze. Nádrže bez těžby pevné usazené fáze jsou zasazeny většinou do přírodních proláklin a přehrazených údolí a odvodňují dlouhodobě skrze upravené dno. Po jejich zaplnění pevnou fází následuje úprava nádrže rekultivací. Nádrže s těžbou pevné fáze jsou stavebně upraveny tak, aby vyčeřená voda odtékala systémem přepadů popř. drenáží a pevná fáze mohla být v pravidelných intervalech těžena. [13] 3.4.4.2 Strojní odvodňování kalu Je rychlejší a účinnější odvodňování kalů než přirozené odvodňování. Nejčastěji se ke strojnímu odvodňování používají různé způsoby lisování a odstřeďování. Při odvodňování pomocí obou těchto způsobů je nutné z důvodu dosažení lepších odvodňovacích vlastností kalu použít flokulanty – látky, které způsobují shlukování vloček kalu do větších celků.
- 22 -
Odvodňování kalu pomocí lisů je založeno na principu filtrace a mechanického vytlačování kalové vody. Mezi nejznámější lisovací zařízení patří šnekové lisy, sítopásové lisy a kalolisy. Šnekové lisy jsou uzpůsobeny pro kontinuální provoz. Zařízení se skládá z odvodňovacího bubnu, pevných a pohyblivých lamel, které jsou umístěny uvnitř po obvodu bubnu a uprostřed je uložena šneková hřídel. Kal je posunován rotací šneku. Ke stláčení a odvodňování kalu dochází mezi postupně se zužujícími lamelami a snižujícím se stoupáním šnekového hřídele. Odloučená kalová voda odchází štěrbinami mezi lamelami a odvodněný kal vystupuje na konci šnekového hřídele s dosaženou sušinou 20–25 %. Princip odvodňování kalu na sítopásových lisech je založen na dvou proti sobě do klínu postavených nekonečných pásových sítech, kdy přiváděný kal vstupuje mezi tyto dva sítové pásy, kde je postupně stlačován a vytváří filtrační koláč s dosaženou sušinou 20–30 % v závislosti na předchozí úpravě kalu a použité modifikace technologie. Odvodňování pomocí komorových nebo membránových kalolisů je využíváno především na velkých ČOV, přičemž membránové kalolisy dosahují přibližně dvojnásobného výkonu oproti komorovým kalolisům. Princem kalolisů je svazek horizontálně na sebe navazujících desek, které jsou vybaveny plachetkami-filtrační tkaninou. Tlakovým čerpadlem je mezi plachetky přiváděn kal, přičemž kalová voda odchází skrze plachetky do drenáží a pevná fáze kalu se zachytává na plachetce
a následným
narůstáním
vrstvy
dochází
k vytěsňování
prostoru
jednotlivých komor až do vytvoření konečného kalového koláče s dosaženou sušinou v rozmezí 22–45 %. Při odvodňování kalu pomocí odstřeďování se nejvíce využívá dekantačních odstředivek, které jsou jediným strojním odvodňovacím zařízením kalu u něhož nemusí být použit před vlastním procesem odvodňování flokulant, účinnost odvodnění však poté klesá na 40–60 %. Do dekantační odstředivky, která se skládá z vnějšího statického bubnu a vnitřního 1000–4000 otáčkami za minutu rotujícího bubnu je většinou axiálním vstupem přiváděn kal, jehož pevná fáze vlivem rotace sedimentuje na stěnách bubnu a je kontinuálně dopravována šnekem do kuželovitě zúžené části bubnu na výstupní výsypnou část. V závislosti na směru pohybu kalu od vstupu k výstupu, a tedy i směru stoupání šneku může být odstředivka souproudá nebo protiproudá. Kapalina odstředěná z kalu je vytlačována dalším přiváděným neodstředěným kalem přes dekantační - 23 -
nastavitelnou hranu v čele širší části bubnu do sběrného potrubí. Dosažená sušina takto odvodněného kalu je v rozmezí 22–35 %. [1, 13]
Ilustrace 1. Odstředivka : 1. přívod suspenze, 2. vnější buben, 3. dopravní šnek, 4. převodovka, 5. výstup kapaliny, 6. výstup sedimentu, 7. motor [13] 3.4.5 Zemědělské využití čistírenského kalu Čistírenské kaly obsahující organické složky lze využít přímým zapravením do půdy nebo mísit se syntetickými a přírodními hnojivy. Je však nutné sledovat v těchto kalech nebezpečné škodliviny, aby bylo v případě překročení povolených limitů zabráněno vstupu těchto škodlivin do potravinových řetězců. Pro účely využití v zemědělství hnojením jsou vhodné zejména hygienizované a stabilizované kaly při sledování těchto parametrů: 1) sušina – z důvodu transportu a způsobu manipulace 2) organická složka – předcházení problémům se zápachem 3) nutrienty, těžké kovy, organické mikropolutanty, patogeny, pH – z důvodu efektivity aplikovaného množství Použití kalů v zemědělství je možné pouze v souladu s vyhláškou č. 381/2001 Sb., o podmínkách použití upravených kalů na zemědělské půdě. V následující tabulce jsou uvedeny mezní hodnoty koncentrací vybraných rizikových látek a prvků v kalech pro jejich využití na zemědělské půdě.
- 24 -
Tabulka 8: Mezní hodnoty koncentrací vybraných rizikových látek a prvků v kalech pro jejich využití na zemědělské půdě (ukazatele pro hodnocení kalů) dle vyhlášky MŽP č. 382/2001 Sb. [10, 13] Riziková látka
Mezní (maximální) hodnoty koncentrací v kalech (miligram/kg sušiny)
As - arzen
30
Cd - kadmium
5
Cr - chrom
200
Cu - měď
500
Hg - rtuť
4
Ni - nikl
100
Pb - olovo
200
Zn - zinek
2500
AOX
500
PCB (suma 6 kongenerů -
0,6
28+52+101+138+153+180)
Čistírenský kal je aplikován na zemědělskou půdu běžnými zařízeními pro aplikaci vody a kejdy vždy jednou nebo dvakrát ročně v závislosti na orbě a výsevu. Hlavní výhodou použití čistírenských kalů je obsažený dusík a fosfor, oproti tomu nevýhodou je omezené množství aplikace a s tím související náklady na skladování. [1, 10, 13] 3.4.6 Kompostování čistírenského kalu Je procesem využití čistírenských kalů, které se pomocí mikroorganismů a za přístupu vzduchu (aerobní proces) rozkládají na humusové složky kompostu. Dostatečný obsah organických složek čistírenského kalu je základní podmínkou ke kompostování, a to z důvodu zaručení jeho dostatečné reaktivity. Pokud je účinkem předchozí stabilizace obsah reaktivních organických složek v čistírenském kalu snížen je nutné jeho promíchání s jiným organicky reaktivním materiálem (kejda, dřevní odpad). Důležitý pro správný proces kompostování je i dostatečný obsah živin v podobě anorganických složek dusíku a fosforu. Nejméně vhodné ke kompostování jsou potom kaly s vysokým obsahem vody, protože nepříznivě ovlivňují potřebný růst mikroorganismů. Směs s obsahem čistírenských kalů určená ke kompostování by měla obsahovat zhruba 55 % vody a více než 70 % organické složky. - 25 -
Kompostování čistírenského kalu je výhodné z hlediska jeho hygienizace, která je zaručena díky vyšší teplotě při procesu rozkladné fáze (více než 55 oC po dobu delší než 3 týdny) a stability výsledného produktu. Čistírenského kalu se v ČR pro přípravu kompostovací směsi využívá nejvýše 20 % z celkového hmotnostního obsahu. [1,13] 3.4.7 Sušení čistírenského kalu Pro sušení čistírenského kalu existuje mnoho typů sušících zařízení, které rozdělujeme do hlavních skupin na přímé metody sušení a nepřímé metody sušení. Sušení bývá energeticky dosti náročné proto je vhodné kal určený k sušení již předem odvodnit na cca 25–28 % obsahu sušiny. Produktem sušení jsou v závislosti na použité metodě pelety nebo prášek. Při vlastním procesu sušení nesmí být překročena maximální teplota 105 oC aby nedošlo k samovolnému vznícení nebo i výbuchu sušeného kalu. Vysušený kal je dále používán v závislosti na obsahu těžkých kovů v zemědělství nebo jako doplňkové palivo v cementárnách. [1,13] 3.4.7.1 Nepřímé sušení kalu Při této metodě je teplo určené k sušení čistírenského kalu přenášeno nepřímo pomocí kontaktních ploch s využitím teplotního média (pára, horký olej), které není v přímém kontaktu se sušeným kalem. Jedním z nejznámějších představitelů nepřímého sušení jsou diskové sušárny jejichž základem je statorový válec s vnitřním žebrovaným vyhříváním. Vnitřní vyhřívaný rotor slouží k provzdušňování, kypření a transportu sušeného kalu. Stěrky a lopatky pak zabraňují tvorbě nápeků na vyhřívaných kontaktních plochách. Diskovými sušárnami se suší vyhnilý i nevyhnilý čistírenský kal se zárukou vysoké účinnosti sušícího procesu. [13]
- 26 -
Ilustrace 2: Disková sušárna [13]
3.4.7.1 Přímé sušení kalu V těchto sušárnách je teplo přiváděno přímo k sušenému kalu horkým plynem. Neznámější z přímých sušáren jsou fluidní, pásová a rotační bubnová sušárna.
Ilustrace 3: Princip fluidní sušárny. [13] - 27 -
Fluidní sušárna vysušuje odvodněný kal stoupajícím proudem plynů, jímž jsou vysoušené částice kalu unášeny až do dosažení sušiny cca 90 %. Bezprašné granule usušeného kalu jsou odlučovány v cyklónu. Pásová sušárna unáší odvodněný kal na prodyšném pásu, který se pomalu pohybuje v proudu vysušovacího média, jímž může být horký vzduch, spaliny a třeba i výfukové plyny. V závislosti na použitém zdroji a směru přívodu tepla/vysušovacího média je volen i materiál pásu jako textilní, z plastických hmot a kovový. Teplo může být přiváděno pod nebo nad pás a případně pásové systémy, které jsou umístěny nad sebou.
Ilustrace 4: Princip pásové sušárny. [13]
Do rotační bubnové sušárny je kal přiváděn z jedné strany a vlivem rotace bubnu je za současného styku s horkým plynem transportován na druhý konec, kde již vychází jako granulovaný kal s obsahem sušiny větším než 90 %. Aby nedošlo k ucpání bubnu je nutné před vstupem do sušárny odvodněný kal mísit s již vysušeným na hodnotu vstupní sušiny 65 %.
- 28 -
Ilustrace 5: Princip bubnové sušárny. [13]
Ve srovnání s ostatními metodami zpracovávání čistírenského kalu je jeho sušení oproti např. strojnímu odvodňování energeticky a tedy i ekonomicky náročnější. Sušením čistírenského kalu je však zaručena jeho stabilizace, hygienizace a snížení objemu. Největší výhodou je pak výtěžek produktu, který je vhodné využít jako palivo v cementárnách, elektrárnách a spalovnách. [13]
3.5 Spalování – energetické využití čistírenských kalů Zpracované čistírenské kaly lze spalovat pokud obsahují spalitelné složky, které mohou být přítomny v tuhé nebo kapalné fázi. Pro spalování kalů jsou důležité parametry : teplota, obsah sušiny, obsah organické složky, výživná hodnota. Energetická bilance spalování čistírenského kalu je závislá na jeho složení a technologii spalování a u vysušeného kalu se pohybuje v rozmezí 8–11 MJ.kg -1. Spalování čistírenského kalu se uskutečňuje buďto samostatně nebo v kombinaci s jinými palivy. Pokud je kal spalován samostatně, lze pak získat využitelnou tepelnou energii. [1, 8, 13] 3.5.1 Spalování kalu s kvalitnějším palivem Nejstarším způsobem spalování kalu je jeho spoluspalování s kvalitnějším palivem (papír, hadry, dřevo, uhelný kal, topné oleje, plynná paliva), kdy se sušina čistírenského - 29 -
kalu pohybuje v rozmezí 25–35 %. Kal je však v tomto případě spálen až po jeho vysušení, přičemž na odpaření vody je spotřebováno značné množství vznikající tepelné energie, což má za následek snížení energetického přínosu tohoto procesu spalování nebo i případně jeho znemožnění procesu spalování. [1, 8, 13] 3.5.2 Spalování kalu v rotační peci Proces spalování probíhá v pomalu se horizontálně otáčejícím žáruvzdorném válcovém bubnu, do kterého je instalován plynový nebo olejový hořák pro případ přivádění přídavného paliva. Na jedné straně je společně se vzduchem přiváděn kal, na druhé straně bubnu jsou společně odváděny spaliny a popel. Spaliny jsou ještě odváděny do dodatečné tepelné komory ke spálení zbytků spalitelných složek a těkavých páchnoucích podílů kalu, které by mohly uniknout do ovzduší. Hlavní výhodou je přehrnování, mísení a dobrý přístup vzduchu v důsledku otáčení pece, jehož rychlost je regulovatelná. [8, 13] 3.5.3 Spalování kalu v rotační etážové peci Je několik nad sebou spojených válcových topenišť, skrze které probíhá vertikálně uložená hřídel opatřená rameny, která zasahují do jednotlivých etáží. Konce ramen jsou pak opatřena lopatkami, které při otáčení hřídele posunují kal v jedné etáži od obvodu ke středu, kde propadává otvorem na další etáž a je dále posunován opět lopatkami tentokráte však od středu k obvodu. Tok spalovacího vzduchu a spalin je buďto souproudý nebo protiproudý. Kal během svého pohybu dolů přes etáže postupně prochází třemi oddělenými pásmy: 1) horní část – sušící pásmo 2) střední část – pálící pásmo (750-800 oC) 3) spodní část – chlazení popela a odtahování tepla pro ohřev spalovacího vzduchu Na výstupu za hlavním topeništěm může být opět instalována dodatečná tepelná komora. [4, 7]
- 30 -
Ilustrace 6: Schéma etážové rotační pece . [13]
3.5.4 Fluidní spalování kalu Jedná se o moderní pojetí spalování čistírenského kalu, založeném na principu fluidního pískového lože, kdy fluidní pec má obvykle tvar svislého válce. Ve spodní části pece je instalován tryskový nebo keramický rošt na němž je uložena zmiňovaná vrstva písku, která je při provozu pece přivedeným vzduchem uvedena do vznosu a vytvoří
ve spalovacím
prostoru
vířivý
mrak,
ve kterém
probíhá
spalování
rozprášeného kalu při teplotě 750–800 oC. Přivedený kal musí být dobře odvodněn nebo vysušen, aby bylo zaručeno jeho dobré rozprášení. Ve spodní části pece je instalován i plynový nebo olejový hořák pro případ přivádění přídavného paliva. Spaliny odcházejí společně s jemnozrnným popelem skrze horní část pece. [1, 4, 13]
- 31 -
Ilustrace 7: Schéma fluidního spalování. [13]
3.5.5 Spalování kalu v cementářské peci Produktem spalování kalu výše uvedenými metodami je značné množství popílku (cca 50 % hmotnosti sušiny spalovaných kalů), kdy přímo na skládku lze ukládat pouze popel, strusku, škváru – odpad kat. č. 19 01 01, a ostatní odpady které obsahují těžké kovy (Pb, Zn, Hg, Cd) je nutné před uložením na skládky smíchat s určitým poměrem cementů, čímž se solidifikují. V následující tabulce jsou uvedeny odpady vznikající při spalování kalů, které musejí být solidifikovány nebo jinak upraveny. [4, 8, 13] Tabulka 9: Odpady ze spaloven, které musí být solidifikovány. [4] Název odpadu
popílek
Prach z kotlů
Kat. č.
19 01 03
19 01 04
Filtrační koláče
Tuhé odpady z
z čištění plynů
čištění plynů
19 01 05
19 01 07
Při spalování v cementářských pecích se jedná z hlediska popílku a těžkých kovů o bezodpadovou technologii. Tato speciální metoda spalování čistírenského kalu byla vyvinuta v Japonsku. - 32 -
Při pálení čistírenských kalů v cementářských pecích se využívá navázání těžkých kovů a popela na cementářský slínek z něhož nemohou být vyluhovány a tím tedy nevzniká další odpad. Také plynné látky jako síra a chlor se naváží na vznikající slínkové materiály. Při použití této technologie tedy nejen odpadá následná likvidace popela, ale i likvidace obsahu praček plynů. Dále je díky vysokým teplotám nad 1000 o
C zaručen rozklad všech organických a toxických látek. [2, 4, 3, 8, 13]
4 APLIKACE TECHNOLOGIE SUŠENÍ ČISTÍRENSKÝCH KALŮ NA ČOV MODŘICE 4.1 Čištění odpadních vod na ČOV Modřice ČOV pro město Brno v jižně posazené městské části v Modřicích byla intenzifikována v letech 2001 až 2003. Cílem její intenzifikace bylo zvýšení kapacity na 513 000 EO60 a dosažení úrovně čištění v souladu s legislativou. Po dokončení stavby byl zahájen roční zkušební provoz a od r. 2005 je ČOV v trvalém provozu. Kromě města Brna je na ČOV Modřice napojeno město Kuřim, Modřice a řada okolních obcí – Moravské Knínice, Lipůvka, Česká u Brna, Rozdrojovice, Ostopovice, Želešice, Šlapanice, Bedřichovice, Podolí, Ponětovice a Kobylnice. Celkově je podle údajů VHR (vodohospodářského rozvoje BVK a.s.) připojeno 392 342 EO60 (bez průmyslu). Průměrné denní množství přivedených odpadních vod je v bezdeštném období 87000 m3. Vyčištěné odpadní vody jsou vypouštěny do vodního toku řeky Svratky v Modřicích. [5] Procesní schéma ČOV Modřice je uvedeno v příloze č. 1, str. 50. 4.1.1 Hrubé předčištění Odpadní vody jsou na ČOV přiváděny celkem třemi přítoky, přičemž 80% množství odpadních vod je na ČOV přiváděno stokou o profilu 2 × 2,2m (stoka E) a zbylé dva menší přítoky jsou do ČOV čerpány třemi šnekovými čerpadly s kapacitou 1180 m3 za hodinu (stoka F-východ města) a čtveřicí ponorných čerpadel FLYGT s kapacitou 2200 m3 za hodinu (stoka A-západ města). Následuje přítoková komora, která je osazena stavidlem pro regulaci průtoku a stavidlem na přepadové hraně do řeky Svratky s regulací pro odlehčení při Qmax. > 4,222 m3/s. Odlehčená voda se filtruje přes hrubé - 33 -
česle 150 mm. V přítokové komoře je dále stavidlo do dešťové zdrže, která má objem 10400 m3, pro čtyřiceti minutový přítok a ochranné česle 70 mm. Voda z dešťové zdrže je přečerpávána čerpadly dále do ČOV. Za přítokovou komorou a dešťovou zdrží jsou čtyři jímky lapáku štěrku, které jsou těženy pomocí drapáku. Vytěžený štěrk je dle potřeby zpracován na třídičce Huber, následuje česlovna s jemnými, strojně stíranými česlemi Fontana s šířkou průlin 6 mm.
Ilustrace 8: Strojně stírané česle Fontana
Shrabky z česlí jsou lisovány a poté propírány vodou. Vzduchotechnika s odtahem vzduchu do biofiltru ošetřuje vzduch z celého hrubého předčištění. Tři linky lapáku písku se separací tuku flotací, zachycují tuky které jsou sbírány do kontejnerů. Směs písku a vody je odčerpávána do dvou sedimentačních jímek a odtud do objektu pračky písku. Čerpaná směs písek/voda je dvěma třídiči dopravována do dvou praček písku typu Huber ROSF 3/2 a 4T a následně je vypraný písek vysypáván do kontejneru. Po hrubém předčištění protéká voda přes objekt měření průtoku a vzorkování na mechanický stupeň. [5] 4.1.2 Mechanický stupeň Z hrubého předčištění přitéká odpadní voda podzemním kanálem ke šnekové čerpací stanici, kde je čerpána čtyřmi šnekovými čerpadly FLYGHT o výkonu 5040 m3 za hodinu každé, tj. celkem max. 4,6 m3/s. Odtud dále pokračuje do rozdělovacího - 34 -
objektu k šesti usazovacím nádržím, kde trvale v provozu jsou pouze čtyři a dvě se připojují
za zvýšeného
přítoku
odpadních
vod
(za deště).
Těchto
šest
rekonstruovaných usazovacích nádrží má průměr 35 m s celkovým objemem 16700 m3. Doba zdržení se zde pohybuje od 1,5 do 5,0 hodin. Usazovací nádrže jsou vybaveny pojezdy se shrabovacím zařízením kalu a stíráním plovoucího kalu. Usazený kal v koncentraci 1,7 kg/m3 v množství až 3500 m3 za den je odtahován přes jímku primárního kalu do předzahuštění. Účinnost usazování je až 85 % pro NL a až 60 % pro BSK5, cca 30 % zachyceného znečištění (5–8 tun NL za den) je nutné částečně znovu vracet do vyčištěné vody pro potřeby denitrifikace a defosfatace. Dále je mechanicky vyčištěná voda vedena na dočištění v biologickém stupni. [5] 4.1.3 Biologický stupeň Biologický stupeň slouží pro odstraňování znečištění dusíkem a fosforem se souběžným využitím organického znečištění jako substrátu. Nátok mechanicky vyčištěné vody do aktivačních nádrží je zajištěn mezičerpací stanicí. Čerpací jímka je osazena 4 ks čerpadel FLYGT o výkonu 3800 m3 za hodinu s dopravní výškou 7,8 m. Aktivace je rozdělena na čtyři souběžné linky. Nádrže jsou otevřené nadzemní o půdorysném rozměru 98,8 m × 102,5 m (dvakrát) s hloubkou vody 6,15 m. Voda je přiváděna nejprve do anaerobní nádrže s funkcí defosfatace a následně do předřazené denitrifikace v oběhové anoxické nádrži. Posledním stupněm je oxická část s jemnobublinou aerací kde dochází k nitrifikaci. Vzduch je dodáván dmychadly typ HV Turbo s výkonem 16700 – 35000 m3 za hodinu. Vratný kal je pro defosfataci denitrifikován v
předřazené anoxické nádrži, avšak nedostatečně. Biologická
defosfatace má obecně nízkou účinnost a proto je nutné odbourání fosforu zajistit dávkováním síranu železitého v průměrné dávce 77 mg/l, v zimním období se kombinuje s Al2(SO4)3 v dávkách až 150 mg/l (potlačení Microthrix parvicella). Množství vzduchu se řídí automaticky dle koncentrace kyslíku většinou od 0 do 2,5 mg/l a dále operativně na základě sledování poměru koncentrace amoniakálního a dusičnanového dusíku měřeného ONLINE analyzátory na odtoku z aktivačních nádrží. Pro odloučení aktivovaného kalu slouží celkem šest dosazovacích nádrží o průměru 50 m s hloubkou 5,6 m. Usazený kal je vracen přes čerpací stanici vratného kalu do DNRS zóny aktivace. Dosazovací nádrž se skládá z vtokového středového válce, - 35 -
strojně stíraného usazovacího prostoru s odtokovým žlabem na obvodu stěn, kalového prostoru a šachty na odtoku vratného kalu. Čerpací stanice vratného kalu je osazena čtyřmi ponornými čerpadly FLYGHT o výkonu 2750 m3 za hodinu. Vyčištěná voda je přes odtokový objekt odváděna do řeky Svratky, přičemž odváděné množství je měřeno a kvalita je sledována analyzátory ONLINE a vzorkovači. Zde je také umístěna čerpací stanice pro užitkovou vodu s čerpadly FLYGT o výkonu až 3 × 100 m3 za hodinu. Užitková voda je dezinfikována na hodnotu 10 ppm volného Cl. [5]
4.2 Kalové hospodářství na ČOV Modřice 4.2.1 Nakládání s kaly před intenzifikací ČOV V období před intenzifikací ČOV byl vyprodukovaný kal stabilizován a následně odvodňován na kalových polích. Výsledným produktem zpracování kalů ČOV Modřice byl tedy stabilizovaný kal o obsahu sušiny 25-30 %. Původně se takto upravený kal používal v zemědělství jako hnojivo, avšak s postupným nárůstem obsahu těžkých kovů přestal být ze strany zemědělských organizací o kaly zájem. V důsledku omezení využívání kalů v zemědělství bylo nutné kaly dočasně ukládat na skládce městského domovního odpadu, a to až do roku 1992, kdy orgány životního prostředí provozovateli skládky tento způsob likvidace zakázaly. Následně se řešilo zneškodňování kalů z ČOV Modřice provizorním způsobem, kdy část kalů se skládkovala a část se jich aplikovala v zemědělství. Podmínkami těchto metod zneškodňování bylo dodržování přísných hygienických předpisů pro přímou aplikaci kalů do zemědělské půdy a vyšší stupeň zabezpečení skládek. Tyto způsoby zneškodňování se z hlediska vlivu na životní prostředí nejevily jako nejvýhodnější a proto bylo počátkem roku 1994 vypsáno společností BVK a.s. výběrové řízení na řešení tohoto problému. [3, 4, 7] 4.2.2 Navrhované technologie zneškodňování kalů Pro zneškodňování, resp. využití čistírenských kalů bylo navrženo několik níže uvedených
různých technologií, ke kterým byly zpracovány
i studie zahrnující
technické řešení, ekonomické požadavky a legislativní podmínky. Výčet navrhovaných technologií : 1) Druhotné využití kalu ve výrobě stavebních hmot (Cementárna Mokrá) : a) alternativní palivo pro spalování - 36 -
b) náhrada suroviny popelem z kalů 2) Využití kalu v zemědělství a při rekultivacích 3) Termické zneškodnění kalu : a) spalování ve spalovnách komunálního odpadu (SaKO) b) spalování ve spalovnách komunálního odpadu – spalovny v regionu (spalovny Prostějov, Vyškov a Zlín) c) termické zneškodnění kalu s využitím jako alternativního paliva v elektrárně Hodonín d) termické zneškodnění kalu přímo na ČOV Modřice 4) Skládkování kalu [3, 4] 4.2.3 Srovnání navrhovaných technologií na zneškodňování kalů a vyhodnocení z ekologického a ekonomického hlediska
Tabulka 10: Přehled pozitiv, negativ a rizikových faktorů navrhovaných technologií. [3] Technologie
Pozitiva
Negativa
Rizikové faktory
Druhotné využití
-bezodpadová
-nutnost úpravy
-možnost úniku
kalu ve výrobě
technologie
sušením na sušinu
těkavých kovů (Hg,
stavebních hmot
(ochrana životního
min. 80 %
Cd) do ovzduší při
-náklady na
sušení a z odprašků
-dvojí možnost
výstavbu sušárny
při následném pálení
využití kalu
-energetická
cementářského
(alternativní palivo
náročnost sušení
slínku
nebo náhrada části
-zachytávání výparu
suroviny při pálení
těkavých kovů
(cementárna Mokrá) prostředí)
cementářského slínku) -navázání těžkých kovů v tavenině slínku Využití kalu v
-bezodpadový
-při špatné volbě
zemědělství a při
způsob zneškodnění pěstovaných plodin, koncentracích
rekultivaci
-zisk makroživin (N, nevhodném způsobu mohou těžké kovy - 37 -
-ve větších
P, K, Ca, Mg) +
obdělávání, může
působit toxicky
organických látek
dojít k vymývání
(karcinogenní látky
-rekultivace půdy
půdy a vyplavování Cd, Cu, Ni, Pb, Zn,
-rekultivace skládek nežádoucích látek
Hg, Cr)
do povrchových vod Termické
-využití stávajících
-nutnost úpravy
-možnost úniku
zneškodnění kalu
spaloven
sušením na sušinu
těkavých kovů (Hg,
-spalovna SaKO je
min. 80%
Cd) do ovzduší při
do vzdálenosti 5km
-náklady na
sušení
-spalovna SaKO je
výstavbu sušárny
-zhoršení podmínek
vybavena
-energetická
pro likvidaci spalin
dvoustupňovým
náročnost sušení
(těžké kovy)
čištěním spalin
-z likvidace spalin
-možnost využití
vzniká další odpad
bioplynu
-vysoké dopravní
-elektrárna Hodonín náklady v případě omezení produkce
spaloven v regionu
CO2
-vybudování
-při pálení na ČOV
speciální spalovny v
Modřice úspora
případě pálení na
nákladů za přepravu ČOV Modřice Skládkování kalu
-ukládání kalu bez
-dohnívání kalu na
-nedokonalá
dalších úprav na
skládce
technická opatření
skládky třídy SIII a
-kal s 25% sušiny
skládky(těsnost,
SIV
zaujímá velký objem likvidace, odvádění -náklady na odvoz a vod) uložení
-náhodné znečištění
-zábor krajiny
povrchových vod
skládkou
-únik těkavých kovů a plynů do ovzduší
- 38 -
Tabulka 11: Srovnání provozních ekonomických nákladů navrhovaných technologií. [3] Termické
Druhotné využití kalu ve Technologie
výrobě stavebních hmot (cementárna
zneškodnění Využití kalu v
kalu (rozsah
zemědělství a
nákladů dle
při rekultivaci
nejlevnější a
Skládkování kalu
nejdražší
Mokrá)
varianty)
Provozní náklady
744 Kč
167 Kč
861–2113 Kč
956 Kč
(Kč/tunu) Uvedené provozní náklady zahrnují : odpisy stavebních částí a technologií, platba za odebraný kal (dle formy úpravy), dopravné, provozní chemikálie, mzdy zaměstnanců, energetické vstupy, ostatní náklady.
Tabulka 12: Umístění navrhovaných technologií z pohledu ekologie a ekonomiky. [3] Termické Druhotné využití kalu ve Technologie
výrobě stavebních hmot (cementárna
zneškodnění Využití kalu v zemědělství a při rekultivaci
Mokrá)
kalu (umístění dle varianty
Skládkování
SaKO,
kalu
elektrárna Hodonín, ČOV Modřice )
Umístění dle ekologie Umístění dle ekonomiky
1
2
3
4
2
1
3
4
Z uvedeného hodnocení navrhovaných technologií jasně vyplývá , že Druhotné využití kalu ve výrobě stavebních hmot a Využití kalu v zemědělství a při rekultivaci - 39 -
jsou
technologie
nejvhodnější
pro
likvidaci
a
využití
čistírenských
kalů
vyprodukovaných na ČOV Modřice. Pro intenzifikaci ČOV byla vybrána technologie Druhotného využití kalu ve výrobě stavebních hmot v cementárně Mokrá. V době probíhajícího výběru nejvhodnější technologie pro řešení zneškodňování vysušených kalů bylo kalkulováno s tím, že platba za odebraný materiál v případě druhotného využití kalu ve výrobě stavebních hmot v cementárně Mokrá bude 0 Kč/Mg. V současné době je však za 1 Mg účtováno 300 Kč. [3, 4, 5] 4.2.4 Aplikovaná technologie kalového hospodářství po intenzifikaci ČOV Kal produkovaný na ČOV Modřice je dle Osvědčení o vyloučení nebezpečných vlastností odpadů zařazen jako odpad kat. č. 19 08 05 – Kal z čištění komunálních odpadních vod, který nemá nebezpečné vlastnosti. Celková denní produkce kalu určeného k úpravě na kalové lince je přibližně 120 Mg. Kalová linka se skládá ze zahušťovacích nádrží primárního kalu, flotačního zahušťovače pro biologický kal, mechanických zahušťovacích sít, homogenizačních nádrží, vyhnívacích nádrží, uskladňovacích nádrží vyhnilého kalu a zařízení na odvodnění a sušení kalu. [5, 9] 4.2.4.1 Zahuštění kalu Čerpací stanice primárního kalu je osazena dvěma čerpadly FLYGHT o výkonu 180m3 za hodinu k čerpání kalu z usazovacích nádrží do zahušťování. Dále je zde další dvojice čerpadel o výkonu 85 m3 za hodinu z důvodu dávkování primárního kalu (množství cca 30 %) do procesu aktivace pro denitrifikaci. Zahušťování primárního kalu z usazovacích nádrží probíhá v kruhové gravitační nádrži o průměru 16 m s výškou hladiny 3,5 m. Doba zdržení kalu je cca 12 hodin. Zahuštěný kal je cezen a odváděn do kalové směsovací nádrže. Odsazená kalová voda se vrací do rozdělovacího objektu usazovacích nádrží. Přebytečný biologický kal z biologického stupně je přiváděný na zahušťovací flotační jednotku typu DAF – jedná se o kruhovou nádrž o průměru 21 m se sklolaminátovým stropem, do které je biologický kal přiváděn sycený v saturační nádrži stlačeným vzduchem. Zálohou pro zahušťování primárního i biologického kalu jsou tři jednotky mechanických sít typu GDD. Ke smíšení obou těchto kalů dochází v homogenizační směsovací nádrži - 40 -
s mícháním o objemu 25 m3. Výstupní koncentrace směsného kalu je okolo 50 kg/m3. Zahuštěný kal o průměrném množství 650 m3 za den je čerpán do vyhnívacích nádrží. [5] 4.2.4.2 Vyhnívací nádrže Čtyři vyhnívací nádrže o celkovém objemu 14 960 m3 a průměru 20 m jsou zastřešené plynotěsným laminátovým stropem a osazené mechanickým míchadlem, kterým je kal intenzívně promícháván. Surový kal je předehříván ve třech výměnících typu kal/kal a dvou výměnících typ kal/voda na teplotu 35 oC aby byl zajištěn růst mezofilních bakterií. Doba zdržení kalu ve vyhnívacích nádržích je cca 22–26 dní. V případě potřeby se dávkuje odpěňovač v množství 120 l na jednu nádrž jednou za 14 dní. Dvě uskladňovací nádrže o objemu cca 4 000 m3 tvoří rezervu na cca 5 dní. Kal v uskladňovacích nádržích je promícháván dvěma míchadly typu FLYGHT, z těchto nádrží je vyhnilý kal s obsahem sušiny cca 4 % čerpán k odvodnění a sušení. [5] 4.2.4.3 Odvodnění a sušení kalu V budově, která je určena k odvodnění a sušení vyhnilého kalu jsou v prvním patře dvě odstředivky typu Guinard D5LLC každá s kapacitou 37 m3 za hodinu. V provozu je vždy jedna odstředivka a druhá je záložní.
Ilustrace 9: Odstředivky Guinard
- 41 -
Flokulace kalu se dociluje dávkováním polymerů na bázi polyakrylamidu v množství 6 kg/Mg sušiny kalu. Odvodněný kal o sušině cca 25 % je dopravován prostřednictvím šnekového dopravníku do meziuskladňovací nádrže o objemu 5 m3 a odtud je kal přiváděn potrubím do sušárny, maximální plnění je 6 m 3/hod. Japonská sušárna typu NARA NPD14W (vyrobená v licenci v Holandsku) s nepřímým ohřevem sestává z vodorovného oplášťovaného žlabu, skrze který jsou vedeny dvě duté rotační hřídele s lopatkami. Pro přenos tepla je použit horký olej (180–210°C), který proudí uvnitř pláště, dutými hřídeli a lopatkami. Dlouhá doba zdržení kalu (přibližně 4 hodiny) v kombinaci s minimální teplotou kalu 100 °C umožňuje kaly pasterizovat a současně i hygienizovat.
Ilustrace 10: Sušárna NARA NPDW14W - dvojice dutých rotačních hřídelí s lopatkami
Termální olej je ohříván v kotelně, umístěné vedle budovy sušárny. Odpařená voda se strženým prachem je vedena do pračky plynů, kondenzát o teplotě 85 oC se využívá na ohřev kalu ve vyhnívacích nádržích. Vysušený kal ve formě granulí s velikostí zrna 2–5mm o sušině 88–92 % a množství cca 28 Mg/den, je ze sušárny dopravován pomocí chlazených dopravníků do dvou kontejnerů umístěných vně budovy sušárny a odtud do skladu sušeného kalu. Vyprodukovaný kal je vzorkován a po vystavení dokladu o složení je kal odvážen ke konečnému využití. V případě odstávky sušárny je odvodněný kal po přidání oxidu vápenatého (cca 120 kg/Mg sušiny) dopraven do kontejnerů. Celá produkce sušeného kalu je od roku 2007 využívána v cementárně
- 42 -
Mokrá jako alternativní palivo a odvodněné kaly jsou v případě odstávky cementárny používány jako surovina pro průmyslové komposty. [5]
5 HODNOCENÍ PARAMETRŮ VYSUŠENÝCH KALŮ NA ČOV MODŘICE A PŘI SPALOVÁNÍ V CEMENTÁRNĚ MOKRÁ 5.1 Parametry kalů před vysušením a po vysušení Jedním z největších problémů při spoluspalování vysušených čistírenských kalů v cementárně Mokrá je v kalech obsažená rtuť, která se vlivem spalování uvolňuje do ovzduší. Před odesláním vysušeného kalu z ČOV je proto vždy provedena analýza obsahu těžkých kovů, která je pak odeslána k posouzení do cementárny Mokrá. V případě překročení maximálních limitních hodnot obsahu rtuti je vysušený kal likvidován jako nebezpečný odpad uložením na vhodnou skládku. V následující tabulce je uvedeno předpokládané znečištění vyhnilého kalu těžkými kovy. Kal byl odvodněn na sušinu 28– 35%. Tabulka 13: Předpokládané znečištění odvodněného kalu těžkými kovy Těžké kovy mg/kg
As
Cr
Cu
Ni
Zn
Cd
Pb
Mo
Hg
16
145
250
75
1500
4
105
4
3,8
V následující tabulce je uveden průměrný obsah těžkých kovů ve vysušeném kalu za období roku 2009. Kal byl vysušen na sušinu 90– 92%. Tabulka 14: Znečištění vysušeného kalu těžkými kovy - období za rok 2009 Těžké kovy mg/kg
As
Cr
Cu
Ni
Zn
Cd
Pb
Mo
Hg
0,95
53,26
237,36
26,16
1093
1,04
49
2,85
2,4
Vysušený kal určený ke spalování v cementárně Mokrá musí z hlediska obsahu těžkých kovů splňovat tyto parametry :
-maximální povolený obsah Hg do 3,5 mg/kg
[3, 5, 9]
- 43 -
5.2 Výhřevnost kalů při spalování v cementárně Mokrá Vysušený kal určený ke spalování v cementárně Mokrá musí splňovat tyto parametry :
-sušina minimálně 80 % -výhřevnost minimálně 9 MJ/kg -granulometrie 0–5 mm
V následující tabulce je uveden termický rozbor vysušených kalů. Tabulka 15: Termický rozbor vysušených kalů Stanovení
jednotka
hodnota
popel
%
40,69
hořlavina
%
59,31
spalné teplo
MJ/kg
14,01
výhřevnost
MJ/kg
13,03
prchavá hořlavina
%
47,09
H
%
4,46
C
%
33,89
N
%
3,38
O
%
17,35
S prchavá
%
0,17
S v popelu
%
0,37
S celková
%
0,54
Cl
%
0,06
Použitím vysušeného kalu jako alternativního paliva lze nahradit až 4 % celkového paliva. V praxi se však společně s celkovým palivem spoluspaluje pouze 1 % z celkového objemu paliva z důvodu nekontinuálnosti dodávek vysušených kalů. Spoluspalování čistírenských kalů v takovémto mizivém objemu vůči celkovému palivu nemá žádný vliv na produkci nebo kvalitu výpalu slínku. Nekontinuálnost dodávek vysušených kalů je zapříčiněna častými poruchami sušící linky. V původním návrhu při intenzifikaci ČOV byly zamýšleny dvě sušící linky. Z důvodu úspory investic však byla realizována pouze jedna, čímž došlo ke snížení spolehlivosti a možnosti zajištění stálých dodávek vysušených kalů. [3, 4, 5]
- 44 -
6 ZÁVĚR S rozvojem měst a obcí souvisí i jejich odkanalizování a následné čištění odpadních vod, při kterém vznikají jakožto koncový produkt čistírenské kaly. Zkušenosti s přímým ukládáním kalů a využíváním jejich hnojivých účinků v procesu zemědělské výroby se ukázaly jako problematické a v častých případech i jako škodlivé, protože častá přítomnost těžkých kovů a jiných škodlivin může způsobovat
zdravotní
rizika
pro
konzumenty
potravin
vyrobených
z plodin
vypěstovaných na zemědělské půdě, kde byly čistírenské kaly aplikovány. Kompostování je šetrnější způsob využívání čistírenských kalů v zemědělství a je zapotřebí s touto technologií i nadále počítat. Skládkování čistírenských kalů určitě patří k negativně hodnoceným způsobům jejich likvidace, protože zde vyvstávají problémy s ukládaným objemem odpadů a značná rizika vzhledem k ekologickému zabezpečení stávajících skládek. Dosavadní zkušenosti s termickou likvidací případně termickým energetickým využitím jsou v Evropě ve většině případů pozitivní, protože čistírenský kal jako odpad z procesu čištění odpadních vod se stává surovinou, u které při spalování dochází k využití organické složky. K nejdokonalejšímu termickému využití výhřevnosti organické složky čistírenských kalů patří jejich spalování v procesu výroby cementu, kde vysoká teplota nad 1000 oC zaručuje likvidaci všech obsažených škodlivin a popeloviny obsahující těžké kovy jsou navázány do cementářského slínku bez ovlivnění jeho kvality. Jedná se tedy o bezodpadovou technologii. Jediným doposud zaregistrovaným vážnějším problémem jsou těkavé kovy (Hg) které v případě větších koncentrací mohou v průběhu spalování v cementářské peci unikat do ovzduší. Z tohoto důvodu
je
zapotřebí
obsah
těžkých
kovů
ve vysušených
kalech
určených
ke spoluspalování v cementářské peci sledovat. Nenaplnily se ani ekonomické předpoklady provozovatelů čistíren odpadních vod o finanční výhodnosti při předávání vysušených kalů, protože cementárny nepovažují kal vzhledem k jeho výhřevnosti 8-11 MJ/kg za plnohodnotné palivo.
- 45 -
7 SEZNAM POUŽITÉ LITERATURY [1]
Groda B., Vítěz T., 2008 : Čištění a čistírny odpadních vod, In MZLU, Brno, 126 s.
[2]
Groda B., Hrich K., Vítěz T., 2006 : Termické zpracování kalů, In Aprochem – Odpadové fórum – 2006 Sborník přednášek, PCHE-PetroChemENg, Praha, s. 3451-3455
[3]
Černý M., Chobola M., Jánová A., 1998 : ČOV Brno – Modřice, kalová koncovka, Vyhodnocení způsobu likvidace kalu – studie, Aquatis a.s., Brno, 66 s.
[4]
Hartig K., Nechvátal J., 1998 : Studie řešení likvidace kalů, Hydroprojekt a.s., Praha, 93 s.
[5]
Hrich R., 2009 : ČOV Brno – Modřice, Brněnské vodárny a kanalizace a.s., Brno, 4 s.
[6]
Nařízení vlády č. 229/2007, Sb.
[7]
Schneiderová J., 1997 : Studie - Termické zneškodňování kalů z čistírny odpadních vod jako alternativního paliva v CVM a.s., TT SERVIS Brno, spol. s r. o. , Brno, 26 s.
[8]
Stejskal B., 2004 : Materiálově – energetické využití kalů z ČOV při spalování v cementářských pecích, In Kotovicová J., Konference o odpadech biodegradabilních, MZLU, Brno, s. 118-123
[9]
Veverková M., 2005 : Dokumentační zpráva vyhodnocení nebezpečných vlastností odpadu Kaly z čištění komunálních odpadních vod, 19 08 05 po úpravě sušením, Praha, 28 s.
[10]
Vyhláška MŽP č. 382/2001, Sb.
[11]
Zákon č.185/2001, Sb. o odpadech
[12]
Zákon č.254/2001, Sb. o vodách
INTERNETOVÉ ZDROJE [13]
Lyčková, B., Fečko, P., Kučerová, R., Multimediální učební texty zaměřené na problematiku zpracování kalů [online]. 2008, [citováno 17.února.2010]. Dostupné z:
- 46 -
8 SEZNAM OBRÁZKŮ Ilustrace 1: Odstředivka [13]...........................................................................................24 Ilustrace 2: Disková sušárna [13]....................................................................................27 Ilustrace 3: Princip fluidní sušárny. [13]........................................................................27 Ilustrace 4: Princip pásové sušárny. [13]........................................................................28 Ilustrace 5: Princip bubnové sušárny. [13].....................................................................29 Ilustrace 6: Schéma etážové rotační pece . [13].............................................................31 Ilustrace 7: Schéma fluidního spalování. [13].................................................................32 Ilustrace 8: Strojně stírané česle Fontana .......................................................................34 Ilustrace 9: Odstředivky Guinard ...................................................................................41 Ilustrace 10: Sušárna NARA NPDW14W ......................................................................42
9 SEZNAM TABULEK Tabulka 1: Množství specifického znečištění odpadních vod v gramech za den na 1EO [1].......................................................................12 Tabulka 2: Odpad vzniklý při čištění odpadních vod dle Zákona o odpadech č. 185/2001 Sb. a dle místa jeho vzniku [11]..............................................14 Tabulka 3: Orientační složení primárního kalu dle zastoupení jednotlivých typů organických látek [1]......................................................16 Tabulka 4: Přibližné složení sekundárního kalu [1].......................................................17 Tabulka 5: Dosažitelné koncentrace zahuštění dle metody a druhu zahušťovaného kalu [1].................................................................................18 Tabulka 6: Nejvyšší přípustné koncentrace těžkých kovů mg/kg sušiny v kalech dle směrnice Rady EU 86/287/EEC, Vyhláška MŽP č. 382/2001 Sb. [1, 7]...........................................................20 Tabulka 7: Kritéria pro zařazení hygienizovaného kalu do tříd dle vyhlášky MŽP č. 382/2001 Sb. [1, 5]......................................................20 Tabulka 8: Mezní hodnoty koncentrací vybraných rizikových látek a prvků v kalech pro jejich využití na zemědělské půdě (ukazatele pro hodnocení kalů) dle vyhlášky MŽP č. 382/2001 Sb. [10, 13].......................25 Tabulka 9: Odpady ze spaloven, které musí být solidifikovány. [4]..............................32
- 47 -
Tabulka 10: Přehled pozitiv, negativ a rizikových faktorů navrhovaných technologií. [3]....................................................................37 Tabulka 11: Srovnání provozních ekonomických nákladů navrhovaných technologií. [3]....................................................................39 Tabulka 12: Umístění navrhovaných technologií z pohledu ekologie a ekonomiky. [3]..........................................................................39 Tabulka 13: Předpokládané znečištění odvodněného kalu těžkými kovy.......................43 Tabulka 14: Znečištění vysušeného kalu těžkými kovy - období za rok 2009................43 Tabulka 15: Termický rozbor vysušených kalů..............................................................44
10 SEZNAM PŘÍLOH Příloha č. 1 : Procesní schéma ČOV Modřice
- 48 -
PŘÍLOHY
- 49 -
Příloha č.1 Procesní schéma ČOV Modřice
- 50 -
