Mendelova zemědělská a lesnická univerzita v Brně Agronomická fakulta Ústav aplikované a krajinné ekologie
Ekonomické a environmentální aspekty při likvidaci kalů na ČOV Bakalářská práce
Vedoucí práce:
Vypracovala:
doc. RNDr. Jana Kotovicová, Ph.D. Brno 2007
Milena Černošková
PROHLÁŠENÍ
Prohlašuji, že jsem bakalářskou práci na téma Ekonomické a environmentální aspekty při likvidaci kalů na ČOV vypracovala samostatně a použila jen pramenů, které cituji a uvádím v přiloženém seznamu literatury. Bakalářská práce je školním dílem a může být použita ke komerčním účelům jen se souhlasem vedoucího bakalářské práce a děkana AF MZLU v Brně.
Dne: Podpis:
PODĚKOVÁNÍ
Chtěla bych podělovat doc. RNDr. Janě Kotovicové, Ph.D. za odborné vedení při řešení bakalářské práce. Dále chci poděkovat RNDr. Karle Altmannové za poskytnutí konzultací a za výkladnou exkurzi po ČOV Vyškov.
ANOTACE Cílem bakalářské práce je seznámení s možnostmi využití čistírenských kalů. Porovnávají se zde způsoby nakládání se stabilizovanými kaly jak z pohledu ekonomického, tak environmentálního. Popsána je technologie čištění odpadních vod způsoby mechanickými, biologickými a chemickými. Součástí práce je i výčet legislativních opatření, které s danou problematikou souvisí. Dále je popsána čistírna odpadních vod Vyškov z hlediska technologie a čištění odpadních vod a nakonec porovnání, zda čistírna kal využívá optimálním způsobem.
KLÍČOVÁ SLOVA čistírna odpadních vod, odpadní voda, čistírenský kal
ANOTATION The goal of this bachelor paper is the familiarization with possibilities of exploiting sewage sludge. Management of stabilized sewage sludge is described here from the point of view of economic and environmental aspects. Further on are described the techniques of sewage water treatment – mechanical, biological and chemical. Part of this work is a breakdown of legal proceedings that are an inseparable part of this issue. Next the technology and sewage treatment of sewage treatment plant Vyškov is described here as well as the analysis whether sewage treatment plant exploits sewage sludge optimally.
KEYWORDS sewage treatment plant, sewage water, sewage sludge
OBSAH: 1. ÚVOD ........................................................................................................................... 7 2. CÍL ................................................................................................................................ 7 3. LEGISLATIVA ............................................................................................................ 8 3.1 Související legislativa ............................................................................................. 8 3.2 Katalog odpadů ....................................................................................................... 9 4. ODPADNÍ VODY A ČISTÍRENSKÉ KALY ........................................................... 10 4.1 Typy čistírenských kalů ........................................................................................ 11 4.1.1 Primární.......................................................................................................... 11 4.1.2 Sekundární ..................................................................................................... 11 5. VZNIK KALU ............................................................................................................ 11 5.1 Mechanické čištění................................................................................................ 12 5.1.1 Česle a síta ..................................................................................................... 12 5.1.2 Rozmělňovače shrabků .................................................................................. 12 5.1.3 Lapáky písku.................................................................................................. 13 5.1.4 Lapáky tuků a olejů........................................................................................ 13 5.1.5 Flotace............................................................................................................ 14 5.1.6 Usazovací nádrže ........................................................................................... 14 5.1.7 Sítopásové lisy ............................................................................................... 14 5.1.8 Kalolisy .......................................................................................................... 15 5.1.9 Rotační síta..................................................................................................... 15 5.1.10 Mikrosíta ...................................................................................................... 15 5.1.11 Odstředivky.................................................................................................. 16 5.1.12 Přirozené způsoby odvodňování na kalových polích a lagunách ................ 16 5.2 Biologické čištění.................................................................................................. 17 5.2.1 Aktivační proces ............................................................................................ 17 5.3 Chemické čištění................................................................................................... 18 5.3.1 Neutralizace ................................................................................................... 18 5.3.2 Oxidace a redukce.......................................................................................... 19 5.3.3 Srážení............................................................................................................ 19 5.3.4 Čiření.............................................................................................................. 19 5.3.5 Extrakce ......................................................................................................... 20
5.3.6 Stripování....................................................................................................... 20 5.3.7 Adsorpce ........................................................................................................ 20 5.3.8 Rozrážení stabilizovaných emulzí ................................................................. 20 6. STABILIZACE A HYGIENIZACE KALU............................................................... 21 7. VYUŽITÍ KALŮ ........................................................................................................ 22 7.1 Anaerobní digesce................................................................................................. 23 7.1.1 Methanizace ................................................................................................... 24 7.1.2 Bioplyn........................................................................................................... 26 7.2 Sušení.................................................................................................................... 26 7.3 Použití k hnojivým účelům ................................................................................... 27 7.4 Rekultivace ........................................................................................................... 29 7.5 Kompostování kalů ............................................................................................... 29 7.6 Spalování............................................................................................................... 30 7.7 Skládkování........................................................................................................... 30 7.8 Součást stavebních materiálů................................................................................ 31 7.9 Výroba disperzních lepidel ................................................................................... 31 8. DOMÁCÍ ČOV........................................................................................................... 32 9. ČOV VYŠKOV .......................................................................................................... 33 10. EKONOMICKÉ A ENVIRONMENTÁLNÍ ASPEKTY......................................... 37 10.1 Anaerobní digesce............................................................................................... 37 10.2 Sušení.................................................................................................................. 38 10.3 Přímá aplikace na půdu....................................................................................... 38 10. 4 Rekultivace ........................................................................................................ 39 10.4 Kompostování ..................................................................................................... 39 10.5 Spalování............................................................................................................. 39 10.6 Skládkování......................................................................................................... 40 10.7 Součást stavebních materiálů.............................................................................. 41 10.8 Výroba disperzních lepidel ................................................................................. 41 11. ZÁVĚR ..................................................................................................................... 41 POUŽITÁ LITERATURA: ............................................................................................ 42 PŘÍLOHY .................................................................. Chyba! Záložka není definována.
1.
ÚVOD Voda je nejdůležitější složkou celé planety. Bez vody by neexistovaly živé
organismy, protože je základním prvkem potravy, hlavním médiem pro příjem a transport živin a také pro proces vylučování. Předpokladem pro přežití všech organismů na zemi je tedy kvalitní voda. Je možno říci, že důležitější než kvantita je její kvalita. Největším nebezpečím pro hydrosféru je voda znečištěná, a to hlavně voda odpadní. Každý z nás vyprodukuje několik desítek litrů odpadní vody denně. Jelikož je voda látka s mnohostranným využitím při průmyslové výrobě, jsou z tohoto odvětví produkována další kvanta odpadních vod. Ta jsou ještě více znečištěna. Pokud chceme vypouštět vodu zpět do přírodního prostředí, je nutno ji čistit, odstranit těžké kovy a patogeny. To se provádí různými postupy v čistírnách odpadních vod. Jenže při čištění odpadních vod vzniká kal, proto je také velice důležité jak s ním nakládat, aby nebylo narušeno životní prostředí. Také toto nakládání musí být pro čistírny odpadních vod výhodné z hlediska ekonomického.
2.
CÍL Cílem bakalářské práce je podat ucelený přehled postupů likvidace a využití kalů
vznikajících při čištění odpadních vod s ohledem na jejich environmentální a ekonomický aspekt. Dále také zhodnocení legislativního prostředí a efektivity způsobů nakládání s kaly.
7
3.
LEGISLATIVA Právní rámec nakládání s kaly je tvořen zákonem č. 185/2001 Sb., o odpadech.
Kalem se rozumí:
-
kal z městské odpadní vody nebo odpadní vody z domácností a z jiných čistíren odpadních vod, které zpracovávají odpadní vody stejného složení jako městské odpadní vody a odpadní vody z domácností
-
kal ze septiků a jiných podobných zařízení
-
kal z čistíren odpadních vod výše neuvedených
Upraveným kalem se rozumí kal, který byl podroben biologické, chemické nebo tepelné úpravě, dlouhodobému skladování nebo jakémukoliv jinému vhodnému procesu tak, že se v něm významně snížil obsah patogenních organismů, a tím zdravotní riziko spojené s jeho aplikací. [12]
3.1 Související legislativa -
zákon č. 185/2001 Sb. se změnami a doplňky provedenými zákonem č. 314/2006 Sb., o odpadech a o změně některých dalších zákonů
-
vyhláška ministerstva životního prostředí (MŽP) č. 381/2001 Sb., v pozdějším znění vyhlášky č. 503/2004 Sb., kterou se stanoví Katalog odpadů, Seznam nebezpečných odpadů a seznamy odpadů a států pro účely vývozu, dovozu a tranzitu odpadů a postup při udělování souhlasu k vývozu, dovozu a tranzitu odpadů
-
vyhláška MŽP č. 382/2001 Sb., v pozdějším znění vyhlášky č. 504/2004 Sb., o podmínkách použití upravených kalů na zemědělské půdy
-
vyhláška MŽP č. 383/2001 Sb., o podrobnostech nakládání s odpady
-
zákon č. 167/2004 Sb., v pozdějším znění zákona č. 76/2006 Sb., o vodovodech a kanalizacích pro veřejnou potřebu a o změně některých zákonů (zákon o vodovodech a kanalizacích)
8
-
vyhláška č. 428/2001 Sb., v pozdějším znění vyhlášky č. 515/2006 Sb., o vodovodech a kanalizacích pro veřejnou potřebu
-
zákon č. 254/ 2001 Sb., v pozdějším znění zákona č. 20/2004 Sb., o vodě
-
vyhláška č. 293/2002 Sb., v pozdějším znění vyhlášky č. 110/2005 Sb., o poplatcích za vypouštění odpadních vod do vod povrchových
-
nařízení vlády č. 61/2003 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]
3.2 Katalog odpadů Základem pro úvahy jak nakládat s kalem (např. kompostování, aplikace na zemědělskou půdu apod.) je jeho zařazení dle zákona o odpadech. Původce a oprávněná osoba jsou povinni odpad, v našem případě kal z čistírny, zařadit do skupiny podle Katalogu odpadů (vyhláška č. 503/2004 Sb.). Původcem odpadu je právnická nebo fyzická osoba oprávněná k podnikání, při jejíž činnosti vznikají odpady. Oprávněná osoba je každá osoba, která má s obcí uzavřenou smlouvu o nakládání s odpadem. Je oprávněna k nakládání s odpady podle zákona nebo podle zvláštních právních předpisů.
Podle Katalogu odpadů se odpady zařazují pod šestimístná katalogová čísla druhů odpadů, v nichž první dvojčíslí označuje skupinu odpadů, druhé podskupinu odpadů a třetí druh odpadu. Zařazování podle Katalogu odpadů je důležité pro jejich další manipulaci a nakládání s nimi. Kaly je tedy možné zařadit do skupiny 19 - Odpady ze zařízení na zpracováni (využívání a odstraňování) odpadu, z čistíren odpadních vod pro čištění těchto vod mimo místo jejich vzniku a z výroby vody pro spotřebu lidí a vody pro průmyslové účely: -
19 08 odpady z čistíren odpadních vod jinde neuvedené, kam patří shrabky z česlí, odpady z lapáků písku, kaly z čištění komunálních odpadních vod, kaly z biologického čištění průmyslových odpadních vod obsahující nebezpečné látky, odpady jinak blíže neurčené [15]
9
V obou případech je takto uvedené zařazení příslušné odpadům ostatním, tj. nemajícím žádnou nebezpečnou vlastnost. Vždy je nezbytné ze znalosti technologie zvážit, zda je možné nebezpečnou vlastnost vyloučit.
4.
ODPADNÍ VODY A ČISTÍRENSKÉ KALY Odpadní vody dělíme na splaškové a průmyslové. Splaškové odpadní vody
vznikají po použití vody v domácnostech,
stravovacích zařízeních, úřadech,
nemocnicích, školách, apod., často nejsou odděleny od kanalizace dešťové a mísí se tedy s dešťovou vodou. U těchto odpadních vod převažuje znečištění organickými látkami, jako jsou exkrementy, zbytky potravy, tuky, mýdla, prací a čistící prostředky. Z hlediska závadnosti mohou splaškové odpadní vody obsahovat celou řadu druhů bakterií, kvasinek, virů, hub a prvoků. Průmyslové odpadní vody vznikají při použití vody ve výrobních procesech, přiřazujeme k nim i vody vznikající v zemědělství. Jejich složení závisí na výrobním procesu, ze kterého pocházejí.[4] Vzhledem ke složení (vysoké koncentrace biologického znečištění, těžkých kovů a jiných toxických látek apod.) je ve většině případů nutné tyto vody čistit samostatně. Kal je nevyhnutelným produktem při čištění odpadních vod. Zpracování odpadních vod je navrženo tak, aby byly odstraňovány nežádoucí složky z vody a koncentrovány do kalu, který je objemově zanedbatelný. Kaly totiž představují přibližně 1-2 % objemu čištěných vod, je v nich však zkoncentrováno 50 – 80 % původního znečištění. Cílem úpravy kalů je zabránit nepříznivým dopadům na životní prostředí a lidské zdraví. Koncentrace prospěšných i znečišťujících složek v kalu a zdravotní rizika s nimi spojená, závisí na počáteční kvalitě odpadní vody a na úrovni požadované technologie, která zaručí dosažení kvalitativních požadavků na vyčištěnou odpadní vodu. Produkci kalů nelze zabránit, pouze lze výběrem technologie zmenšit jejich množství, navíc požadavky na vyšší kvalitu vypouštěné vody budou dále obecně zvyšovat množství produkovaných kalů. [8]
10
4.1 Typy čistírenských kalů 4.1.1 Primární
Jedná se o usaditelné látky v surové odpadní vodě. Primární kal vzniká sedimentací těchto látek v usazovacích nádržích. Má zpravidla zrnitou strukturu, šedočernou barvu a charakteristický fekální zápach. Je tvořen nerozpuštěnými látkami, které prošly lapákem písku a česlemi. Protože kal obsahuje i značné množství koloidních látek, má schopnost vázat vodu a udržovat ji, a proto se špatně odvodňuje (vysouší). Primární kal obsahuje 2,5 – 5 % sušiny. [16]
4.1.2 Sekundární
Jedná se o přebytečnou biomasu z biologického růstu, která se odčerpává po sedimentaci v dosazovacích nádržích. Má vločkovitou strukturu, žlutohnědou až šedohnědou barvu a je bez zápachu. Charakter kalu je ovlivněn čistícím zařízením, v němž vznikl. Kal z biologických filtrů se liší od kalu z aktivačních nádrží apod. Podstatný vliv na charakter přebytečného kalu z biologického čištění má složení a koncentrace znečištění odpadních vod. Sekundární kal obsahuje 0,5 – 1,5 % sušiny. [16]
5.
VZNIK KALU V současné době je znám a prakticky ověřen dostatek způsobů, kterými lze
dosáhnout požadované kvality čistírenských kalů. Jejich výběr závisí nejen na charakteru znečištění, požadované účinnosti, ale především na ekonomických možnostech. Proto požadujeme, aby čistící procesy byly nejen účinné, ale též investičně, provozně a energeticky nenáročné.
11
5.1 Mechanické čištění 5.1.1 Česle a síta
Pro odstranění hrubých nečistot a látek z vody jsou vhodné česle a síta. Bývají různé konstrukce a rozličné velikosti průlin, případně otvorů, které určují velikost zachycených částic. Zařízení, sloužící k hrubému a jemnému cezení vody, se používá jako první čistící článek v kanalizačních čistírnách. Jeho hlavní funkcí je odstranění podílu znečištění, následkem toho je aktivace méně energeticky náročná na míchání (vnos kyslíku), pracuje se s menším objemem a čištění je tedy rychlejší a účinnější. Další funkcí česlí a sít je ochrana čerpadel proti poškození. Hrubé česle jsou z vertikálních nebo nakloněných ocelových tyčí (česlic) umístěných ve stejných vzdálenostech (průlinách) napříč žlabem, kterým protéká odpadní voda. Velikost průlin bývá u hrubých česlí 5 až 20 cm. Slouží obvykle jako ochrana čerpadel před poškozením většími předměty, a proto se také nazývají ochranné. Vzhledem k tomu, že množství zachyceného materiálu je poměrně malé, bývají obvykle stírány ručně. Jsou-li stírány periodicky, dochází po odstranění shrabků ke zvýšenému průtoku a tím i rychlosti, čímž se snižuje množství zachycených látek. Tento nedostatek lze minimalizovat u strojně stíraných česlí. Průliny jemných česlí bývají obvykle široké 10 až 20 mm. V příčném profilu mají tvar části kruhu nebo jsou přímé se sklonem ve směru proudu vody, případně i svislé. Jsou zpravidla strojně stírané. Provedení česlí bývá z oceli. Shrabky padají do podstaveného kontejneru nebo na transportní pás. Transport shrabků může být zajišťován i šnekovým dopravníkem. [14]
5.1.2 Rozmělňovače shrabků
V mělničích se shrabky rozmělňují, drtí nebo ořezávají. Mělnící čerpadla se kombinují s česlemi a dopravním zařízením pro shrabky. Rozmělněné shrabky se vrací do přítoku surové vody před česle. Drtiče mají být umísťovány blízko zásobníku shrabků, odvodněných na odstředivce nebo lisu. Ze zásobníku padají shrabky do násypky na těžké rotující břity a odstředivou silou jsou vrhány proti tyčím, které tvoří válcové dno drtiče. Mezera mezi tyčemi a noži je nastavitelná. Nevýhoda systému
12
spočívá v častém broušení řezného elementu a prostorové náročnosti čerpadel. Mělnící česle jsou v podstatě jednodušší. Osazují se do průtočného průřezu odpadních vod. Podle uložení česlic se rozmělňovací česle dělí na vodorovné, kde jsou zachycené hmoty rozmělňovány bubnovými noži uloženými na svislé hřídeli, a svislé, po nichž pojíždějí bubnové nože rozřezávající přiváděné hmoty. Předpokladem dobré funkce rozmělňovačů je dostatečné zředění shrabků. Nevýhodou všech rozmělňovacích zařízení je to, že zvyšující množství plovoucích látek a zvyšující se obsah umělých hmot ve shrabcích ztěžuje vlastní mělnění. [14]
5.1.3 Lapáky písku
Lapáky písku jsou zařízení, které slouží k zachytávání písku a minerálních částic s takovou účinností, aby byla zajištěna ochrana dalších objektů a zařízení ČOV. Lapák písku je navržen tak, aby byly zachyceny částice do velikosti zrn 0,2 až 0,25 mm. [14] Písek je třeba odstranit z proudu odpadních vod proto, aby nesedimentoval a nehromadil se v dalších technologických částech, zejména v nádrži na anaerobní stabilizaci kalů. Lapáky písku jsou konstrukčně řešeny jako horizontální nebo vertikální. Vyklízení písku z lapáků je u větších čistíren strojní. Podstatou oddělení písku od ostatních suspendovaných částic organické povahy, které se zachycují až v usazovací nádrži, je zajištění konstantní průtočné rychlosti 0,3 m/s. Této rychlosti se dosahuje použitím vestavěné clony do žlabu lapáku. [3]
5.1.4 Lapáky tuků a olejů K látkám s hustotou menší než je hustota vody (tj. 1 kg/m3) patří především tuky a oleje. Pokud je koncentrace těchto látek v odpadní vodě taková, že k jejich zachycení nepostačuje usazovací nádrž, je nutno zařadit lapáky tuků a olejů. Tyto látky snižují účinnost biologického čištění i dočištění v tocích, zejména zhoršením přestupu kyslíku do vody. Princip odlučovačů tuků a olejů je opačný k sedimentačním nádržím. Odpadní voda se přivádí ke dnu separační nádrže, po zmenšení průtočné rychlosti dojde k oddělení tuků a olejů z vody. Hromadí se u hladiny, kde jsou stírány. [3]
13
5.1.5 Flotace
Proces odlučování lehkých částic, tedy tuků a olejů, lze urychlit zavedením tlakového vzduchu. Flotace je separační proces, používaný pro oddělení dispergovaných částic z kapaliny. Při tomto procesu se tukové částice nabalují na mikrobubliny plynu, jejichž optimální velikost je 10 až 100 µm, za vzniku flotačních komplexů lehčích než voda. Jsou tedy vynášených k hladině v podobě pěny. Pokud jsou tuky a oleje v emulgované formě, je nutno nejprve emulze chemicky rozrazit. [3] [14]
5.1.6 Usazovací nádrže Usazování patří k nejrozšířenějším separačním procesům. Usazovací nádrže slouží k odstraňování suspendovaných částic z vody prostou sedimentací. Separace tuhých částic je dána gravitací závisející na velikosti a tvaru částic a hustotě kapaliny. Při uklidnění proudu vody v nádrži dochází i k oddělení plovoucích nečistot. Usazovací nádrže jsou vybaveny zařízením pro stírání hladiny a dna. V praxi jsou nejrozšířenější podélné usazovací nádrže s horizontálním průtokem a nádrže kruhové s radiálním průtokem. Používají se i nádrže s průtokem vertikálním.[3]
5.1.7 Sítopásové lisy
Sítopásové lisy jsou účinné pro zahušťování kalů o koncentraci do 2 %. Do kalu je přidáván organický flokulant, jehož účinkem dochází k flokulaci částic a k oddělení vody. Ta je prolisována přes filtrační přepážku. Na dva nekonečné, pohybující se sítové pásy působí tlak a mezi nimi je kalová suspenze. Sítopásové lisy jsou použitelné k zahušťování surového i stabilizovaného kalu městských ČOV. Přídavek organických flokulantů je u tohoto způsobu nezbytný k dosažení přijatelné kvality filtrátu. [3] Účinnost a výkon pásového lisu závisí na řadě faktorů, mezi něž patří vedle typu lisu i jeho vybavení, provozní parametry, jako je rychlost pohybu pásu, zejména však charakter kalu a druh i množství flokulantu. Byly vyvinuty vysokotlaké lisy, které konkurují dosaženou sušinou kalolisům. [5]
14
5.1.8 Kalolisy
Kalolisy jsou filtračním zařízením pracujícím na tlakovém principu. Kal předupravený dávkováním anorganického nebo organického flokulantu je čerpán do komor lisu, v nichž je podroben tlaku. Jeho působením je voda filtrována přes filtrační plachetku, až je docíleno požadovaného odvodnění. Typický pracovní cyklus kalolisu sestává z těchto postupů: uzavření lisu, plnění lisu, filtrování pod tlakem, otevření lisu, odstranění kalového koláče a čištění filtru. Důkladné praní filtračních plachetek mimo lis se provádí po několika měsících v provozním cyklu. Někdy bývá provozním problémem přilnavost kalového koláče k tkanině lisu. Dosažitelná koncentrace sušiny je u kalů z městských ČOV 35 – 45 %. Při odvodňování koagulačních kalů, příp. hydroxidů kovů z neutralizačních stanic se provádí odvodnění bez přídavku koagulantů a dosažitelná sušina je spíše na spodní hranici výše uvedeného rozsahu. [5]
5.1.9 Rotační síta
Rotační síta jsou používána pro zahuštění přebytečného aktivovaného kalu. Rotační síto je v podstatě otáčející se buben se stěnami tvořenými sítem propustným pro vodu. Dovnitř bubnu je přiváděn kal s organickým flokulantem, smíšeným s ním ve zvláštním rotačním válci, ve kterém dochází k flokulaci. V sítovém bubnu dochází k zahuštění suspenze procezením vody sítem. Dosažená koncentrace zahuštěného kalu je 3 – 4 %. Přídavek flokulantu je nezbytný. Výhodou zařízení je jeho nenáročná obsluha, údržba a malé požadavky na plochu. V poslední době se kombinují rotační síta s pásovým lisem v jednom konstrukčním celku pro docílení vyššího stupně odvodnění.[5]
5.1.10 Mikrosíta
Proces, při kterém jsou zachycovány částice na přepážce nebo ve vrstvě materiálu, se nazývá filtrace. Nutnou podmínkou je průchodnost disperzního prostředí (např.vody) přes filtr. Při filtraci nedochází zpravidla k chemické reakci mezi filtračním materiálem a látkami disperzního prostředí. Filtrací lze z vodné (kapalné) disperze odstranit částice suspendované, příp. 15
emulgované, tedy větší než cca 1 µm. Filtrací ve vrstvě na pískových rychlofiltrech lze odstranit částice větší než cca 10 µm, náplavnou filtrací částice nad cca 1 µm. Pro separaci částic velikosti nad desítky µm, v krajním případě od cca 10 µm se užívají mikrosíta. Z velké části bývají využity v průmyslu, někdy nacházejí použití i pro zachycení mikrovloček aktivovaného kalu ve vodě za dosazovacími nádržemi. Filtrační přepážku tvoří u mikrosít filtrační pletivo z ušlechtilé oceli nebo jiného kovu, příp. z umělé hmoty, např. polypropylenu. Velikost ok bývá větší než 10 µm. Štěrbinové síto je vyrobeno z drátů z ušlechtilé oceli v profilu trojúhelníkového tvaru s velikostí průlin více jak 50 µm. [14]
5.1.11 Odstředivky
Při odvodnění dekantačními odstředivkami se využívá k zahuštění kalu rozdílu hustoty mezi vodou a částečkami kalu. V odstředivce působí odstředivá síla cca 2000 krát větší než je zemská gravitace. Hlavní její výhodou je účinná separace dosažitelná bez velkých prostorových nároků. Při jejich provozu nedochází k úniku vlhkosti a zápachu do ovzduší. Náklady na energii a údržbu jsou však značné, a proto bývají využívány především na velkých ČOV. [5]
5.1.12 Přirozené způsoby odvodňování na kalových polích a lagunách
Kalová pole tvořená vrstvou písku, uloženém na betonovém drénovaném dnu, jsou jednoduchým, ale investičně a plošně náročným zařízením, užívaným jen pro menší produkce kalu. Napouští se ve vrstvě 20 – 40 cm. Účinnost kalového pole závisí na klimatu. Kalové laguny se používají jako náhrada kalových polí. Nejsou, stejně jako kalová pole, použitelné pro odvodnění nestabilizovaných kalů. Nevýhodou je značný požadavek na plochu, možnost kontaminace podzemních vod a závislost na klimatu. Nápustná vrstva bývá 0,7 – 1,5 m. Odvodnění se urychlí odváděním kalové vody z hladiny laguny. Časový cyklus bývá asi jeden rok, závisí však i na počasí. Po odvodnění se kal těží pomocí bagru nebo nakladače. [5] Tento způsob odvodňování se používá pouze na malých ČOV. U velkých čistíren se od tohoto způsobu upouští, protože je produkováno velké množství kalu, a proto by kalová pole a laguny musely být velice rozsáhlé. 16
5.2 Biologické čištění Při biologickém čištění se využívá činnosti heterotrofních aerobních i fakultativně aerobních bakterií, autotrofních bakterií, přítomny jsou i plísně, kvasinky, prvoci, vířníci a červy. Organické látky v odpadní vodě jsou mikroorganismy využívané jako substrát, který je z části oxidován na oxid uhličitý a vodu a částečně je převeden na novou
biomasu.
Produkce
0,3 – 0,8 kg/kg sušiny.
nové
biomasy
se
běžně
pohybuje
v rozmezí
[3]
Cílem je koagulovat a odbourat neusaditelné koloidní látky a stabilizovat organické látky. U komunálních odpadních vod je to redukce organických látek a nutrietů (dusík a fosfor). Téměř všechny odpadní vody mohou být čištěny biologicky. Při procesu vznikají různé plyny, voda a buněčná hmota se specifickou hmotností o něco vyšší než má voda. Může být tedy oddělena gravitačně sedimentací. Tato hmota je organická, musí být tedy oddělena od čištěné vody. [14]
5.2.1 Aktivační proces
Dusík ve formě amoniaku přiteče do čistírny odpadních vod. Tam je nitrifikací převáděn na dusičnany a ty dále denitrifikací na plynný dusík a oxidy dusíku, které následně odchází do ovzduší. Kvalitativní a kvantitativní složení aktivovaného kalu závisí hlavně na složení substrátu, na němž byl kal vypěstován, a na hodnotách technologických parametrů během kultivace, jako je doba zdržení, zatížení a stáří kalu. Aktivovaný kal se liší od většiny čistých kultur mikroorganismů také tím, že je schopen prosté sedimentace. Dobrá flokulace a sedimentace vloček je jednou z nejcennějších vlastností směsné kultury. Organismy musí mít zdroj energie a uhlíku pro syntézu nového buněčného materiálu. Anorganické prvky jako dusík, fosfor, síra, draslík, vápník a hořčík jsou rovněž nutné, avšak v menším množství. Enzymy sehrávají mimořádnou roli v růstu a příjmu energie. Enzymy jsou organické katalyzátory produkované živými buňkami. Jsou to proteiny nebo proteiny
17
kombinované s anorganickými molekulami a malou molekulární hmotností. Urychlují chemické reakce. Metabolismus buněk sestává ze dvou reakcí – energetické a syntetické. První uvolňuje energii, takže může probíhat druhá. Obě reakce jsou výsledkem mnoha systémů uvnitř buňky, každý systém sestává z mnoha enzymatických reakcí. Nutrienty mohou být limitující pro buněčnou syntézu a růst. Např. u průmyslových vod mohou chybět, potom se musí úměrně dávkovat, aby byl zajištěn růst bakterií a odpovídající odbourání znečištění. Mikroorganismy mají tři fáze růstu. V první fázi je v odpadní vodě nadbytek substrátu, rychlost metabolismu a růstu mikroorganismů je tedy závislá na jejich schopnosti substrát zpracovávat. Druhá fáze je fáze omezeného růstu, rychlost růstu se snižuje v důsledku omezení substrátu. Ve třetí, endogenní fázi jsou mikroorganismy nuceny využívat svou vlastní protoplasmu, protože koncentrace substrátu je minimální. Živiny z mrtvých buněk jsou uvolňovány a využity zbývajícími buňkami. [14]
5.3 Chemické čištění Chemické čištění se používá hlavně pro čištění průmyslových odpadních vod. Různorodost průmyslové výroby je příčinou značné rozmanitosti složení těchto vod. Obsahují v prvé řadě látky, které nacházíme i ve vodách splaškových, často jsou však přítomny ve výrazně odlišných koncentracích. Vedle nich však bývají přítomny látky, které byly připraveny synteticky a v nekontaminované přírodě se nevyskytují. [5] Znečištění, rozpuštěné ve vodě, které nelze odstranit prostou sedimentací, se odstraňuje přidáním vhodných chemikálií.
5.3.1 Neutralizace
Odpadní vody z některých průmyslových výrob mají kyselý nebo zásaditý charakter, obsahují kyseliny nebo zásady. Cílem neutralizace je upravit pH vody na stanovenou hodnotu v rozmezí 6,0 – 8,5. Neutralizace se provádí smícháním kyselých a zásaditých vod, vznikajících ve výrobním procesu. Kyselé vody se mohou neutralizovat
18
vápencem a dolomitem. Neutralizační stanice jsou běžnou součástí i v potravinářském průmyslu, kde se vyskytují vody s velkým obsahem organických kyselin. [4] [5]
5.3.2 Oxidace a redukce
Pokud odpadní voda obsahuje znečišťující látky, které například rychle oxidují a odebírají kyslík, používají se chemická činidla pro zastavení těchto procesů. Nejčastěji se používá chlor ve formě chlorového vápna nebo chlornanů. Oxidační nebo redukční reakce se využívají také při odstraňování zápachu nebo zabarvení vody. Oxidace a redukce nemohou probíhat odděleně, ale vždy v závislosti na sobě. Jestliže jedna látka elektrony přijímá, musí současně existovat jiná, která je odevzdává. Při tom první látka je redukována a druhá oxidována. [4] [5]
5.3.3 Srážení
I poté, co odpadní voda prošla procesem fyzikálního čištění, bývá znečištěna dalšími příměsemi, které nejsou tato zařízení schopna zachytit. Srážecími reakcemi lze převést některé látky z rozpuštěné formy do formy nerozpustné a pak je separovat od kapalného prostředí sedimentací, filtrací apod. K vysrážení látky z vodného roztoku dochází z různých příčin. Např. bílkoviny při zvýšené teplotě koagulují a vyloučí se z roztoku. K obdobnému jevu dochází také změnou pH nebo přídavkem dehydratačních činidel, jako je ethanol, neutrální sůl aj. [4] [5]
5.3.4 Čiření
Koloidní disperze jsou tvořeny částicemi o velikosti od cca 5 nm do 1 µm. Čiření je postup, který odstraňuje z vody zákal ve formě jemně suspendovaných částic. Používají se různá chemická činidla, nazývaná flokulanty nebo koagulanty. Suspendované částice se pomocí těchto činidel shlukují do větších částic – vloček, které dobře sedimentují. [4]
19
5.3.5 Extrakce
Extrakce je postup, kterým se z jedné kapaliny převádí látka do jiné kapaliny na základě rozdílné rozpustnosti této látky v obou kapalinách. Jednou kapalinou je v tomto případě voda, resp. vodný roztok, druhou jiné rozpouštědlo, zpravidla organické, které se s vodou nemísí, což je podmínkou úspěšné extrakce. Čím je rozpustnost látky v tomto rozpouštědle větší než ve vodě, tím je extrakce účinnější. [5]
5.3.6 Stripování
Stripováním jsou z kapaliny odháněny proudem procházejícího plynu těkavé látky. Pro tento účel lze použít vzduch, kouřové plyny, obsahující cca 10 % oxidu uhličitého a vodní páru. [5]
5.3.7 Adsorpce
Adsorpce je jev, ke kterému dochází na styku kapalné nebo plynné fáze s fází tuhou. Některé látky z výše uvedeného prostředí jsou přitahovány k povrchu tuhé fáze, při čemž se na jeho povrchu hromadí. Adsorbované látky se nazývají adsorbát a adsorbující látka adsorbent. Koncentrace adsorbátu na povrchu adsorbentu je po proběhnutí adsorpce mnohonásobně větší
než v prostředí, z něhož je látka
adsorbována.[5]
5.3.8 Rozrážení stabilizovaných emulzí
Někdy bývají minerální oleje ve vodní disperzi záměrně stabilizovány přídavkem povrchově aktivních látek zvaných emulgátory. Jedná se zejména o vrtné, řezné a brusné emulze i speciální chladící olejové kapaliny. Svým charakterem a složením se ke stabilizovaným emulzím řadí i odpadní vody z odmašťovacích lázní, z mytí motorů a podvozků motorových vozidel. Rozdíl je však ve stabilitě olejové emulze, která je v případě odpadních vod z odmašťovacích lázní podstatně menší, neboť velká část oleje je přítomna ve volné formě. Základní opatření, omezující množství těchto odpadů spočívá v prodloužení upotřebitelnosti emulzních kapalin odstraněním suspendonavých látek. K tomu se 20
používá filtrace, hydrocyklony a k zachycení kovových úlomků magnetická separace. Přídavkem bakteriálních látek se zamezuje mikrobiálnímu rozkladu některých součástí emulze, zvláště za anaerobních podmínek. [5]
6.
STABILIZACE A HYGIENIZACE KALU Surový kal obsahuje okolo 70 % organických látek v sušině a vzhledem k možné
přítomnosti patogenních mikroorganismů je podle zákona o odpadech klasifikován jako nebezpečný odpad se všemi důsledky z toho plynoucími. Z tohoto důvodu je ve většině případů již přímo v čistírně odpadních vod v lince zpracování kalu aplikovaná taková technologie úpravy a zpracování kalu, která promění surový neboli primární kal z nebezpečného odpadu v stabilizovaný materiál, který je díky svým vlastnostem přímo předurčen k využití v zemědělství, buď přímo k hnojení a kondicionaci půdy, nebo po předchozím kompostování. Z uvedeného vyplývá, že stabilizace kalu je způsobem úpravy kalu. Stupeň stabilizace kalu je pojímán jako míra určitých vlastností kalu, vyjadřující vhodnost kalu pro určitý způsob jeho využití. Obecně se pokládá za stabilizovaný kal takový, který nezpůsobuje žádné škody na životním prostředí a nevyvolává obtíže při zacházení s ním. Pojem „škoda“ může být v tomto případě definován jako nežádoucí účinek na stav ekologie. Tento účinek může být buď toxický nebo se jedná o akumulaci nežádoucího množství inertního materiálu. Pojem „obtíže“ může být posuzován jako negativní působení na smysly člověka zejména na čich (zápach) a zrak (neestetický vzhled). Z hlediska technologického se za stabilizovaný kal pokládá kal upravený tak, aby nedocházelo k jeho dalšímu biologickému rozkladu. Toho se dociluje především snížením množství lehce rozložitelných organických látek v kalu nejčastěji aerobní nebo anaerobní fermentací na minimální mez a zastavením nebo utlumením dalšího biologického rozkladu. Avšak hlavním požadavkem pro další zpracování a využívání kalů je ve většině případů jejich hygienické zabezpečení, tedy odstranění patogenních mikroorganismů. Toto se často vydává za hlavní cíl stabilizace. Přitom hygienizace kalu nemusí
21
znamenat jeho stabilizaci z hlediska technologického a naopak stabilizovaný kal ještě nemusí být hygienizovaný. Za hygienizovaný se pokládá kal, který prošel takovou úpravou, že počty indikátorů patogenních mikroorganismů byly sníženy na požadovanou hodnotu. Stabilizace a hygienizace může, ale nemusí probíhat současně tou samou technologií. Předpokladem pro využívání čistírenských kalů v zemědělství je jejich nezávadnost a to z hlediska vnosu cizorodých látek do půdy (těžké kovy, perzistentní organické látky apod.) a z hlediska hygienického (možnosti mikrobiologické kontaminace půdy vnosem zárodků patogenních mikroorganismů). Vzhledem k tomu, že přítomnosti toxických látek v kalech lze do značné míry zabránit zásahem již u producenta tohoto znečištění, stává se nejdůležitějším kritériem pro aplikaci kalů v zemědělství jejich hygienické zabezpečení. Hygienizace může být zařazena jako samostatná metoda a to před nebo po stupni stabilizace kalu anebo hygienizačně působí již zvolená technologie zpracování kalu (např. termofilní aerobní nebo anaerobní stabilizace, všechny termické metody). [10]
7.
VYUŽITÍ KALŮ Způsoby zpracování kalů musí splňovat následující podmínky: -
maximálně využívat energii a cenné látky z kalů za současné minimalizace nákladů a celkové potřeby energie
-
vyhovovat platné domácí (i mezinárodní) legislativě v oblasti ochrany životního prostředí
-
musí být přijatelné z hlediska ochrany životního prostředí (emise, využití energie, potenciální riziko kalových reziduí pro lidské zdraví apod.)
-
musí být akceptovány veřejností
-
musí být po technické stránce spolehlivé a ekonomicky dostupné [8]
Způsoby zpracování kalů závisí na místních podmínkách dané lokality, na fyzikálních, chemických a biologických vlastnostech kalů a na možnosti konečného řešení kam s nimi. Technologická linka na zpracování kalu pak má být uspořádaná s ohledem na metodu konečného řešení. Při výběru technologie zpracování kalů je
22
potřeba mít na zřeteli, že minimalizace bezpečnostního rizika a akceptovatelnost veřejností jsou důležitější než cena navrhované technologie. Požadavkem je takové využití nebo zpracování kalů, které je přijatelné pro životní prostředí, udržitelné a ekonomicky únosné. Zpracování kalů obvykle stojí přibližně více než polovinu celkových nákladů na čištění odpadních vod. Řízení zpracování kalů je stále komplexnější, jak se zpřísňují standardy pro životní prostředí, a výstupy pro kal jsou omezovány legislativou a stanoviskem veřejnosti. Existuje řada možností zpracování zlepšujících kvalitu kalů. Obecně jsou zaměřeny na snižování obsahu vody, patogenů a zápachu. Objevují se technologie schopné odstranit i takové znečišťující látky jako těžké kovy, ale jsou drahé a tím v současnosti nejsou proveditelné. Pro budoucí zabezpečení výstupů pro kaly budou stále více potřeba vyspělé technologie schopné např. zajistit odstranění patogenů nebo produkovat kal s vysokou sušinou, což rozšíří možnosti využití kalu jako paliva nebo přídavku do půdy. 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. Je to ale pouze za předpokladu, že legislativa a kontrola takový vývoj dovolí. [10] V posledních letech se s kaly nakládalo následujícími způsoby: -
ukládání na skládky
21 – 26 %
-
rekultivace
14 – 17 %
-
kompostování
22 – 24 %
-
přímé využití v zemědělství
33 – 34 %
-
palivo k výrobě energie (spalování)
1%
-
ostatní
2 % [1]
7.1 Anaerobní digesce Při biologickém čištění odpadních vod se jedná především o odstranění organických látek v nich obsažených, z nichž však je biologicky rozložitelná jen jejich určitá část. Nositelem procesu jsou mikroorganismy, především bakterie, pro něž je organická hmota substrátem, jehož rozkladem metabolickými procesy za účasti enzymů získávají energii a látky potřebné k syntéze své biomasy, tedy růstu. Část biogenních
23
prvků (tj. prvky potřebné ke stavbě buněčné hmoty) získávají i z látek anorganických. V biologických čistírenských systémech se jedná vždy o směsnou mikrobiální kulturu s větší či menší pestrostí druhů soutěžících o potravní zdroje nebo naopak svým metabolismem na sebe navazujících. Vedle rozkladu organické hmoty charakteristické pro metabolismus chemoorganotrofních organismů se v biologických systémech uplatňují i procesy spojené s přeměnou anorganických sloučenin charakteristické pro autotrofní organismy. Jedná se o mikrobiální rozklad organické hmoty za anaerobních podmínek. V přírodě probíhá samovolně (na dně rybníků, v močálech, apod.). Konečným produktem je methan a oxid uhličitý. Technologicky je anaerobní digesce využívána k likvidaci organického znečištění, tedy zpracování organických kalů a koncentrovaných odpadních vod. U kalů z ČOV je anaerobní digesce součástí čistící linky.
7.1.1 Methanizace
Soubor procesů, při kterých se směsná kultura mikroorganismů postupně rozkládá biologicky rozložitelnou organickou hmotou bez přístupu vzduchu, se nazývá methanizace. Je to anaerobní stabilizace kalů a anaerobní čištění odpadních vod. Konečným produktem je vzniklá biomasa, plyny (methan, oxid uhličitý, vodík, dusík, sulfan) a stabilizovaný nerozložený zbytek organické hmoty. Faktory, které ovlivňují methanizaci, jsou teplota, reakce prostředí, koncentrace mastných kyselin, složení substrátu a přítomnost inhibujících látek. Pro čisté kultury methanogenních bakterií je optimum teploty odvozené od rychlosti produkce methanu závislé na bakteriálním druhu. Termofilní bakterie mají optimální teplotu při 65 – 72°C. Většina methanogenů je však typicky mezofilní. U směsné kultury z anaerobního reaktoru bylo pozorováno zvyšování rychlosti růstu s rostoucí teplotou od cca 4°C a po dosažení maxima její zmenšování. Při cca 60°C byla nulová a maxima růstu bylo dosaženo při 45°C. Se změnou teploty se mění i druhové zastoupení methanogenů, které je ovlivněno i kvalitou substrátu a provozními podmínkami, zejména dobou zdržení biomasy v reaktoru. Pro průběh procesu jsou zvláště nepříznivé prudké teplotní změny, a to tím více, čím je doba zdržení biomasy kratší. Optimální pH mikroorganismů předmethanizační fáze se většinou pohybuje nad hodnotu 5. Acidogenní mikroorganismy jsou vůči nízkému pH méně citliví než 24
methanogenní, jejichž optimum je v oblasti 6,5 – 7,5 a při pH pod 6,0 a nad 8,0 je jejich činnost silně inhibována. Z těkavých mastných kyselin jsou při mechanizaci přítomny hlavně octová, propionová a máselná, v menších koncentracích i mravenčí a valerová. Zjištěna byla i kyselina mléčná. Tyto kyseliny jsou průběžně rozkládány bakteriální činností a jejich zvýšené koncentrace indikují přetížení procesu, příp. jiné jeho závady. Prakticky všechny látky potlačují biologickou aktivitu, jsou-li přítomny ve vysokých koncentracích. Z tohoto hlediska je lépe hovořit o toxických koncentracích než o toxických látkách. Látky nebo prvky, které jsou součástí biologických buněk a jejich enzymů nebo mohou být na ně přeměněny, působí v nízkých koncentracích stimulačně ve vysokých inhibičně. [5] Anaerobní rozklad je soubor několika dílčích na sebe navazujících procesů, na kterých se podílí několik základních skupin anaerobních mikroorganismů. Rozklad vyžaduje jejich koordinovanou metabolickou součinnost, tzn. produkt jedné skupiny mikroorganismů je substrátem skupiny druhé. První fází anaerobního vyhnívání je hydrolýza, která rozkládá makromolekulární organické látky (lipidy, polysacharidy, proteiny) na nízkomolekulární látky rozpustné ve vodě (ty jsou schopny transportu dovnitř buňky). Druhou fází je acidogeneze. Předchozí nízkomolekulární látky jsou rozkládány na jednodušší organické látky (kyseliny, alkoholy, oxid uhličitý, vodík). Při acetogenezi se tyto látky oxidují na vodík, oxid uhličitý a kyselinu octovou. Poslední fází je methanogeneze, kdy pomocí methanogenních mikroorganismů dochází k rozkladu jejich substrátů, hlavní je tvorba methanu. V rámci čtyř hlavních souborů biochemických reakcí je možné rozlišit další různé metabolické fáze procesu s odpovídajícími skupinami bakterií, jsou totiž vzájemně propojené svými specifickými substráty a produkty. Výhodou anaerobní digesce je, že akumulace biomasy a extrémně dlouhé doby zdržení pomáhají pomnožení mikroorganismů. Anaerobní mikroorganismy mají některé metabolické dráhy, které nemohou probíhat za aerobních podmínek, proto mohou rozkládat některé látky aerobně těžko rozložitelné. Z technologického hlediska představují anaerobní procesy energeticky málo náročné metody anaerobní stabilizace kalů a anaerobního čištění odpadních vod. Odstranění jednotkového množství znečištění anaerobním způsobem je vždy ekonomicky výhodnější než aerobním způsobem. 25
7.1.2 Bioplyn
Bioplyn je tvořen z velké části z methanu a oxidu uhličitého v poměru cca 6 : 4. Dále je obsažen hlavně sulfan, vodík, dusík a oxid siřičitý. V malé míře je obsažen i kyslík, avšak jeho koncentrace by neměla přesáhnout 2 %. Při vyšších koncentracích kyslíku (nad 10 %) hrozí vznik třaskavé směsi a možnost výbuchu. Proměnlivou složkou je vodní pára. Hlavním problémem je sulfan, protože je oxidován na kyselinu sírovou, která koroduje zařízení. Sulfan se odstraňuje při vyšší koncentraci chemickou reakcí s oxidem železnatým a železitým, kdy se bioplyn prohání přes kolonu naplněnou železnými pilinami, a také biologicky pomocí sirných bakterií. V současnosti nejrozšířenějším způsobem využití bioplynu je kogenerace. Kogenerační jednotky využívají bioplyn na kombinovanou výrobu elektrické energie, což je cca 35 % celkové energie, a tepla s vysokou účinností až 90%. Spalovací motor na bioplyn pohání generátor elektrické energie a zároveň se využívá teplo z chladícího média motoru, popř. tepla ze spalin. Část tepla se využívá k vytápění bioreaktoru. Perspektivním způsoben využití bioplynu je trigenerace. Kogenerační jednotka je zde doplněna absorpčním tepelným konvertorem pro výrobu chladu. Pro pohon mobilních energetických prostředků musí být bioplyn odsířen, zbaven mechanických nečistot a energeticky zhodnocen nad úroveň odpovídající 90% methanu.
7.2 Sušení Jednou z vynikajících metod hygienizace kalů je jeho sušení. Částečné sušení na sušinu kalu 50 – 70 % obvykle stačí pro skládkování, spalování, popřípadě přidávání do kompostů. Snižování vlhkosti v kalu zvyšuje jeho výhřevnost, čímž se mohou dosáhnout podmínky pro jeho samostatné spalování s produkcí tepelné energie. Pomocí předsušení kalu se také snižuje množství kouřových plynů a tím i náklady na čištění spalin. V případě potřeby produkce stabilního, dlouhodobě skladovatelného kalu se používá úplné sušení. V tomto případě je kal vysušen na sušinu 90 – 95 %. Při úplném sušení se dosáhne hygienizace kalu. Existují různé typy sušáren, které jsou založeny na principu přenosu tepla do sušeného kalu. Tento přenos je buď kontaktní nebo konvenční. Při kontaktním sušení
26
dochází k přenosu tepla kontaktem kalu s horkými stěnami. Při konvenčním sušení je teplo přenášeno na kal pomocí horkých plynů. Na výkon sušárny má mimo dříve vyjmenovaných parametrů vliv především vysoký koeficient prostupu tepla, velký specifický povrch částic a dostatečně vysoká turbulence sušícího plynu. Některé typy sušáren mohou používat oba druhy mechanizmu sušení. Proces sušení kalu a manipulace s odvodněným a usušeným kalem je nezbytné dobře zabezpečit z hygienického hlediska. Manipulace s odvodněným kalem vyžaduje zabezpečení, které se běžně používají v čistírnách (ochranné pomůcky, odsávání par a prachu apod.). Větší problémy jsou s usušeným kalem. Kal usušený na sušinu cca 65 – 70 % je z hygienického hlediska problematický, protože v průběhu několika dní často nastávají na povrchu kalu biologické procesy (např. růst hub), které mohou společně s prachovými podíly usušeného kalu působit zdravotní potíže, především alergie. Při usušení kalu na sušinu 92 – 95 % se produkuje hygienicky zabezpečený kal, je však zvýšené nebezpečí tvorby prachových podílů. Proto je nezbytné navrhovat sušení kalu s peletizací (lisování briket), která minimalizuje obsah prachových podílů v peletizovaném kalu.
7.3 Použití k hnojivým účelům Z půdy se vymývá spousta živin a minerálních látek, mluví se také o celkovém nedostatku organické hmoty. Pro zlepšení kvality půdy, její úrodnosti a ovlivnění výnosu jsou potřebné látky dodávány v různé formě průmyslovými hnojivy, statkovými hnojivy, pomocnými rostlinnými přípravky a substráty. [11] Přítomnost hnojivých látek, jako je organická hmota, dusík a fosfor, v čistírenských kalech dává podnět také k tomuto využití. Negativním faktorem je přítomnost škodlivých látek, jejichž limitní koncentrace nesmí být překročeny. Kaly kontaminované v surovém stavu patogenními organismy musí být při této aplikaci stabilizovány. Použití kalu na zemědělskou půdu je tedy jen za předpokladu důsledné kontroly (mikrobiální kritéria, těžké kovy, organické kontaminanty apod.). Podle vyhlášky MŽP č. 382/2001 Sb., v pozdějším znění vyhlášky č. 504/2004 Sb., o podmínkách použití upravených kalů na zemědělské půdě, jsou původci takto
27
využitých kalů povinni dodržovat jisté zásady, mezi které patří zpracování evidenčního listu o použití kalu. Účelem evidenčního listu je kromě dalšího dokumentace a archivace požadovaných údajů o jednotlivých dávkách kalu na pozemky pro potřeby evidování případného znečišťování a zatěžování zemědělské půdy škodlivinami. Tento evidenční list je součástí programu o využití kalu na zemědělské půdě a je třeba v případě potřeby a kontroly se jím prokázat.
[11]
Obecně je zakázáno používat
nehygienizované kaly.
Použití kalů je zakázáno: -
v oblasti chráněných území
-
na lesní půdy využívaných k lesní pěstební činnosti
-
v pásmu ochrany vodních zdrojů
-
v ovocných sadech
-
na trvalých travních porostech v průběhu vegetace do poslední seče
-
na pozemcích k pěstování polní zeleniny v roce pěstování a předcházejícím
-
v průběhu vegetace u pícnin (kukuřice, cukrovka) s využitím chrástu ke krmení
-
na půdy s obsahem vybraných rizikových látek překračujících limit
-
na půdy s výměnnou půdní reakcí menší než 5,6
-
na plochy určené k rekreaci, sportu a veřejná prostranství
Použití kalů je povoleno: -
pouze pro upravené kaly
-
pokud jsou nejpozději do 48 hodin po aplikaci zapraveny do půdy
-
pouze při potřebě dodání živin do půdy, musí ale být doloženy výsledky agrochemického zkoušení půd, na které se kal aplikuje
-
povoleno maximálně 5 tun sušiny kalů na hektar v průběhu 3 po sobě následujících let
28
7.4 Rekultivace Kal se může využívat v podzemních prostorách a na povrchu terénu za účelem rekultivace. Odpady využívané na povrchu terénu musí splňovat určité podmínky, a to především nesmí patřit mezi odpady nebezpečné, komunální a odpady, které nelze ukládat na skládky všech skupin. Dále musí být splněny podmínky na hygienu, ochranu zdraví a životní prostředí ve vztahu k předpokládanému způsobu budoucího využití místa. Volný výluh ukládaných odpadů nesmí v žádném případě překročit limitní hodnoty. Ani obsah organických škodlivin v sušině odpadu nesmí překročit limitní hodnoty. Základním předpokladem pro tento způsob využití kalů z ČOV je prokázání, zda technologie ČOV nebo následná úprava kalu zaručuje, že kal nemá nebezpečné vlastnosti, především nebezpečnou vlastnost infekčnost. [1]
7.5 Kompostování kalů Kompostování je řízená biologická aerobní technologie pro zpracování biologicky rozložitelných rostlinných surovin a odpadů. Kompostování čistírenského kalu ve srovnání s přímou aplikací kalu na zemědělskou půdu zabezpečuje vyšší hygienizaci, omezení zápachu při aplikaci a umožňuje lepší kontrolu obsahu rizikových prvků vnášených do půdy. Aplikace vyzrálého kompostu dlouhodobě zvyšuje půdní úrodnost. Úspěšnost kompostování čistírenských kalů závisí na optimálním sestavení surovinové skladby tak, aby čerstvý kompost byl dokonale porézní, optimálně vlhký a poměr uhlíku a dusíku (C : N) byl v rozmezí 1 : 30 – 35. Poměr C : N slouží ke zjištění rozložitelnosti organické hmoty daného materiálu, čím nižší, tím lépe rozložitelnější. Při kompostování čistírenských kalů jsou zajišťovány po celou dobu aerobní podmínky. V průběhu tohoto procesu musí být dosaženo teplot vyšších než 55°C po dobu delší než 21 dnů, čímž je zajištěna hygienizace. Kompostování anaerobně stabilizovaného kalu je však problematické, protože tento kal má již odstraněny lehce odbouratelné látky (byly přeměněny na bioplyn), které
29
v mikroaerobním prostředí způsobují při své mikrobiální oxidaci samoohřev kalu. Odvodněný, anaerobně stabilizovaný kal je obvykle značně hutný a kompaktní, což znesnadňuje
jeho
homogenizaci
s ostatními
kompostovanými
materiály.
Pro
kompostování nelze použít kal hygienicky zabezpečený vápnem, protože pro tento proces je potřeba kyselé pH. Pokud by byl vmíchán kal hygienizovaný vápnem, pH by se zvýšilo a kompostování by neprobíhalo správně.
7.6 Spalování Spalování je vhodné pro likvidaci kalů s vysokým podílem organické hmoty, která shoří. Používá se zvláště pro likvidaci kalů obsahujících oleje nebo toxické látky. Obvykle je spalováním kalu dosaženo výrazného snížení jeho množství, redukovaného na zbylý popel, který lze skládkovat. Netřeba zdůrazňovat, že spalováním jsou patogenní organismy zcela zničeny. Rozloženy jsou i toxické organické sloučeniny. Závažným problémem při spalování jsou exhaláty, které musí být odpovídajícím způsobem čištěny. Spalování předchází obvykle sušení kalu nebo alespoň jeho odvodnění. Obvykle je spalován kal s jinými odpady, např. městskými smetky. Jiným příkladem je spalování kalu z městských ČOV v cementářské peci, které je s úspěchem na několika lokalitách realizováno. K cementářské směsi se přidává sušený kal, jehož organická hmota je při vysokých teplotách pece spolehlivě spálena na anorganický zbytek a v omezeném poměru k cementářské hmotě výrobek nepříznivě neovlivní. [5]
7.7 Skládkování Jedná se o uložení materiálu na zabezpečenou skládku, jen pokud se nenalezne snadnější metoda využití nebo likvidace. Skládkování by se především mělo používat pro inertní materiály. Jedná se o nejméně ekologicky vhodné řešení, protože přesouvá problém pouze na pozdější dobu. [10]
30
Podmínkou pro skládkování kalu na řízené skládce je jeho stabilizace a odvodnění. Vhodné je skládkování s domovním odpadem. [5] Je všeobecně známo, že skladování kalů se uplatňuje především tam, kde je vliv skládkařské lobby velice silný. Legislativa Evropské Unie přímo zakazuje skladování neupravených kalů a zároveň striktně omezuje podíl biodegradabilních odpadů na skládkách. Protože skládkování kalů je považováno za nejhorší způsob likvidace, předpokládá se, že objem takto likvidovaných kalů se bude prudce snižovat. Skládky musí být stabilní a jejich stabilita musí být napřed prokázaná. To se netýká jen stability svahů, ale i sedání skládky. Sedání skládky je významný jev, který ovlivňuje stavební prvky (drenáž, fólie, minerální těsnění, povrchové těsnění). Hmotnostní zátěž a změny, které nastávají v důsledku procesů, které probíhají v odpadu, namáhají základový systém skládky a její podloží. Podloží si sedá a sedá si i těleso skládky. Aby tedy bylo možné zabezpečit požadované konečné převýšení tělesa skládky, musí být míra sedání známá dopředu. [1]
7.8 Součást stavebních materiálů Tento způsob likvidace kalu vychází z možnosti přídavku kalu do stavebních materiálů, které tím nesmí ztratit svoje základní vlastnosti a současně nesmí být ohroženo životní prostředí. Často je to dosažitelné omezeným přídavkem kalu, jímž se zásadně nezmění složení stavebního materiálu. Příkladem může být přídavek kalů, svým složením hydroxidů těžkých kovů, do materiálu pro výrobu cihel. [5]
7.9 Výroba disperzních lepidel Při výrobě dispersních lepidel je možné částečně nahradit jednu ze surovin odpadním kalem. Touto surovinou je jemně mletý vápenec, který byl v lepidle nahrazen 10 % kalu. Lepidlo je ředitelné vodou a nehořlavé. Pevnost lepeného spoje ve smyku při použití standardně vyráběného lepidla a lepidla vyrobeného z kalu je téměř shodná, rozdíl je zanedbatelný.
31
Výroba disperzních lepidel ale není obvyklý způsob využití kalů. V České republice se využívá jen ve firmě Teluria, která patří mezi výrobce nátěrových hmot.
8.
DOMÁCÍ ČOV Domácí ČOV slouží k čištění odpadních vod z jednotlivých objektů, jako jsou
rodinné domky, chaty, ale také malé provozovny. Princip komplexního čištění odpadních vod je založen na biologickém čištění za vzniku heterogenního kalu udržovaného ve vznosu. Denitrifikace je předřazená. Zdrojem uhlíku pro procesy denitrifikace je samotné organické znečištění odpadní vody, která vzniká za přítomnosti vzdušného kyslíku s dvojitou aktivací - nitrifikací. V dosazovací nádrži dochází k sedimentaci aktivovaného kalu, jeho oddělení od vyčištěné vody a k přečerpávání přebytečného aktivovaného kalu mamutovým čerpadlem do denitrifikační části čistírny. Splaškové odpadní vody přetékají gravitační kanalizací do čistírny, do vyjímatelného pneumatického dezintegrátoru hrubých mechanických nečistot. K degradaci odpadů pomáhá kalové mamutové čerpadlo. Denitrifikační část tvoří prostor oddělený přepážkou od prostoru aktivace a je míchán pomocí hydropneumatického čerpadla bez přítomnosti kyslíku. Aktivovaný kal z prostoru denitrifikace odtéká spodním otvorem v dělící stěně do první aktivační nitrifikační části a vrchním otvorem do druhé aktivační - nitrifikační části. Zde dochází za intenzivního okysličování provzdušňovacími válci k biologickým procesům čištění. Aktivační směs poté natéká do dosazovací nádrže, kde se kalová voda uklidní a dojde k sedimentaci aktivovaného kalu a oddělení od vyčištěné vody. Ve spodní části dosazovací nádrže je umístěno sání mamutového čerpadla, které zajistí recirkulaci aktivovaného kalu do prostoru denitrifikační části reaktoru. Přebytečný kal se odstraňuje cca 2x za rok odčerpáním z denitrifikační nebo aktivační části pomocí fekálního vozu, kalového čerpadla apod. [13] Tento kal se odváží do komunálních čistíren odpadních vod, kde se zpracovává s tamním kalem. Přidává se do vyhnívacích nádrží nebo do uskladňovací nádrže. Protože už je stabilizovaný, nemusí tedy procházet celým procesem čištění znovu.
32
Před prvním odvozem odpadních vod nebo kalů na ČOV je nutné posoudit možnost jejich zpracování. Posouzení se provádí na základě písemné objednávky zákazníka, kde bude uveden původ, množství a kvalita dovážených odpadů. Technolog nebo vedoucí provozu přezkoumá objednávku z hlediska možného ohrožení stability čistícího efektu čistírny, ohrožení provozu strojních zařízení, zhoršení kvality výstupních produktů čištění atd. Odpadní vody a kaly splaškového původu, např. z mobilních toalet, z domácích septiků a žump jsou přijímány bez kvalitativního omezení. Totéž platí pro odpady charakteru přebytečného kalu z čištění komunálních odpadních vod na biologickém principu (domovní ČOV, malé obecní ČOV).
9.
ČOV VYŠKOV Čistírna odpadních vod Vyškov se nachází na pravém břehu řeky Hané při
jihovýchodním okraji města Vyškova. Terén je v nadmořské výšce 236,10 m n.m. Recipientem vyústění vyčištěných odpadních vod je řeka Haná. Mechanicko biologická čistírna odpadních vod Vyškov se svými nynějšími cca 32 200 ekvivalentními obyvateli patří mezi středně velké čistírny. Zneškodňuje odpadní vody z města Vyškova a přilehlých obcí Drnovice a Hamiltony. Odpadní voda je na čistírnu přiváděna jednotnou kanalizační sítí s převážně gravitačním průtokem. Přečerpávání odpadních vod na síti zajišťují dvě čerpací stanice. Průměrný denní přítok splaškových vod na čistírnu je kolem 6500 – 7000 m3. Na přítoku protékají odpadní vody přes hrubé česle, které zachytí velké předměty - kusy dřeva, hadry a jiné. Ty se periodicky ručně odstraňují a vyvážejí na skládku. Za hrubými česlemi se nachází lapák štěrku, který tvoří rozšířený žlab před šnekovými čerpadly, kde se štěrk usazuje. Jednou za den se štěrk vybagruje a ukládá se do kontejnerů, které jsou vyváženy na skládku. Šneková čerpadla vyzdvihují odpadní vodu na dvoje jemné strojně stírané česle, odpad z nich se opět vyváží na skládku. Za jemnými česlemi se nachází dva odstředivé vírové lapáky písku. Jsou to kruhové nádrže se šikmým dnem a jímkou uprostřed. Přitékající odpadní voda je nucena obíhat dokola, přičemž dochází k usazování větších suspendovaných částic. Ty se shromažďují ve
33
středové jímce. Pomocí mamutového čerpadla se do usazeného písku vžene vzduch, kterým je písek nadlehčen a odsán. Písek odchází přes dvojstupňovou pračku písku, kde jsou z něj částečně odděleny organické a anorganické látky. Vypraný písek se odváží na skládku a prací voda obsahující organické látky se vrací zpět do čistírny. Odpadní voda se dále dostává do kruhové usazovací nádrže se stíráním hladiny a dna. Voda zde proudí od středu ke krajům, díky tomu se rychleji usazují hrubší i jemnější částice, které jsou odčerpávány jako surový kal. Plovoucí nečistoty se stírají do jímky plovoucích nečistot. Jedná se o poslední stupeň mechanického čištění. Dešťový přítok nad 220 l/s je po mechanickém čištění odlehčován přes měrný objekt do recipientu. Maximální množství odpadních vod přivedených do biologického stupně při dešťových přívalech převyšuje hodnotu maximálního množství suchých splašků a zaručuje tak, že jsou odlehčovány pouze přívalové vody, u kterých dochází ke značnému naředění hodnot koncentrací ukazatelů znečištění. Mechanicky předčištěná voda se mísí v předřazeném anaerobním reaktoru s vratným kalem. Zde je zahájeno biologické odbourávání znečištění, zejména fosforu. Aktivovaná směs je udržována ve vznosu pomocí ponorných diskových míchadel, které zaručují úplnou homogenizaci objemu nádrže. Aktivovaná směs se dále přečerpává do oběhových aktivací přes rozdělovací objekt. Biologický stupeň byl navržen jako nízkozatěžovaný (určuje se podle stáří kalu, zatížení kalu a obvyklé doby zdržení) jemnobublinný aktivační proces na bázi dvou paralelních linek oběhové aktivace. Nátokový koridor každé z oběhových aktivací je vybaven pomaluběžným ponorným míchadlem zaručujícím jednak dokonalou homogenizaci aktivační směsi a zároveň proudění směsi nádržemi. Součástí biologického stupně je i dmychárna, osazená rotačními dmychadly s regulací množství dodávaného vzduchu kyslíkovými sondami umístěnými v aktivačních nádržích, která dodává do aktivované směsi vzduch přes aerační elementy. Na konci provzdušňované zóny obou oběhových aktivačních nádrží jsou umístěny sondy pro měření koncentrace rozpuštěného kyslíku. Údaje o aktuální koncentraci rozpuštěného kyslíku jsou využívány k řízení chodu dmychadel a tím k optimalizaci dodávky vzduchu do obou nádrží. Sestava strojně technologického zařízení umožňuje v kombinaci s řídícím systémem provozovat oběhovou aktivaci dvěma způsoby: se simultánní nitrifikací a denitrifikací nebo s přerušovanou nitrifikací. Na odtoku z aktivace se do vody přidává flokulant síran železitý, pomocí něhož dochází k odstranění zbytkové koncentrace fosforu z vody. 34
Aktivační směs z aerobních sekcí aktivačních nádrží odtéká přes rozdělovací objekty do tří kruhových dosazovacích nádrží. Každá z dosazovacích nádrží je vybavena zařízením pro stírání dna i hladiny a rozdělovacím a flokulačním válcem. Z dosazovacích nádrží je aktivovaný kal odtahován do čerpací stanice vratného kalu a rozdělován čerpadly vratného kalu zpět přes anaerobní reaktor do obou aktivačních linek. Přebytečný kal je zahuštěn na rotačním zahušťovači a odveden do vyhnívací nádrže jako kal sekundární. Vyčištěná voda odtéká přes měrný žlab do recipientu. Pro snížení množství vypouštěného znečištění, zejména koncentrace nerozpuštěných látek, byl na odtoku z biologického stupně zařazen terciární stupeň čištění v podobě mikrosítového bubnového filtru. Na ČOV Vyškov jsou dvě vyhnívací nádrže, které mohou být provozovány paralelně (obě vyhřívané) nebo jako dvoustupňové, z nichž první je vyhřívaná a druhá studená. Vyhnívací nádrž je kalem naplněna jen zčásti, nahoře je prostor pro jímání bioplynu. Doba zdržení v každé vyhnívací nádrži je cca 18 dní. Stabilizovaný kal je čerpán do uskladňovací nádrže, kde se jedenkrát za den promíchá, odsazená voda je odčerpána. Odtud se kal dostává k sítopásovému lisu, kde je odvodněn. Bioplyn je vyvíjen ve vyhnívacích nádržích, uskladňován v suchém plynojemu s plovoucím stropem a využíván v kotelně pro ohřev topné a teplé vody. V zimním období při nedostatku bioplynu je v kotelně spalován také zemní plyn. Topná voda vyhřívá zpětně vyhnívací nádrže pomocí směsného kalu přes výměník tepla a dále zásobuje teplem objekty ČOV. V letním období, kdy je přebytek bioplynu, je likvidován spalováním v hořáku zbytkového plynu. V ČOV se vzorkuje odpadní voda na přítoku, za usazovací nádrží a na odtoku. Vyčištěná voda musí splňovat podmínky dané povolením k vypouštění vod což je dáno legislativou – povolení vypouštění odpadních vod, které se řídí NV 61/03. Stabilizovaný kal je odvážen firmou Spreso na výrobu kompostu. Dříve se kal také vyvážel na pole, v dnešní době se ale od tohoto způsobu likvidace upustilo, kvůli restriktivním podmínkám používání daných zákonem o odpadech. Finančně ale vyvážení kalu na pole a jeho kompostování vycházejí pro ČOV Vyškov srovnatelné. Sušení je v případě ČOV Vyškov nerealizovatelné, protože je produkováno málo kalu a finančně se to tedy nevyplatí.
35
VK O
P
UN
AN
DN
DN RO
PK
VK
Sekundární kal DN
ČS
ANOX RO
PAK
OX OX
Primární kal
ANOX
Schéma č. 1
P – přítok odpadních vod po hrubém předčištění UN – usazovací nádrž AN – anaerobní stupeň aktivační linky ANOX – anoxický stupeň aktivace OX – oxický stupeň aktivace RO – rozdělovací objekt DN – dosazovací nádrž ČS – čerpací stanice aktivovaného kalu VK – vratný aktivovaný kal PAK – přebytečný aktivovaný kal PK – primární kal O – odtok vyčištěných odpadních vod z ČOV
36
10. EKONOMICKÉ A ENVIRONMENTÁLNÍ ASPEKTY
10.1 Anaerobní digesce Anaerobní digesce může být součástí čistící linky na ČOV, což je důležité, protože se tímto způsobem kal stabilizuje a hygienizuje, ale také využívá. Methan není jedovatým plynem a ani oxid uhličitý jím de facto není, takže v majoritním složení je bioplyn vlastně nejedovatý. Ale ani methan ani oxid uhličitý nejsou dýchatelné plyny a způsobují dušení a methan je navíc ještě výbušný. Na jedovatosti bioplynů se podílí jedna jediná sloučenina a tou je sulfan. Vlivy oxidu uhličitého jsou sice někdy významné, avšak vedle účinků sulfanu jsou jasně druhořadé. Sulfan působí škodlivě na většinu živočichů, má i dráždivé účinky. Silně reaguje s kovy v životně důležitých enzymech a projevuje se jako nervový jed. Oxid uhličitý má silně dráždivé účinky na dýchací ústrojí. Předností anaerobní digesce je nízká spotřeba energie. Na rozdíl od aerobních procesů se nevynakládá energie na aeraci, navíc je anaerobní proces za optimálních podmínek energeticky aktivní, protože se vytváří bioplyn, který je dále využíván. Produkce anaerobní biomasy je asi desetkrát nižší ve srovnání s produkcí aerobní biomasy. Anaerobní kal nemusí být již dále stabilizován. Anaerobní digesce má nízké požadavky na živiny, možnost udržet vysokou koncentraci biomasy v reaktoru a nízkou reakční rychlost. Nevýhodou procesu je relativně vysoká koncentrace organických látek na odtoku. Ve většině případů je nutno odtok z anaerobních reaktorů aerobně dočistit před vypouštěním. Methanogenní bakterie jsou citlivé na změny životních podmínek, které způsobují nízké růstové rychlosti.
37
10.2 Sušení Sušení odvodněného kalu je výhodnou metodou konečné úpravy odvodněného vyhnilého kalu. Usušený kal je dlouhodobě skladovatelný a má zachován všechen organicky vázaný dusík. Je považován za dlouhodobě působící hnojivo. Problémem ale je, že během průchodu kalu sušícím zařízením dochází k úniku těkavých látek, které je nutné zachytit a odstranit z odpadního vzduchu nebo páry ze sušícího zařízení. Tam, kde se jedná o uzavřený systém, může tento jev způsobit koncentrování složek v oběhovém médiu. Z hlediska agrotechnického využití sušených kalů je úbytek amoniakálního dusíku nevýhodný. Z toho vyplývá, že nejvýhodnějším zařízením by mohla být fluidní sušárna pracující při nízkých teplotách i pod 100°C. [16] Protože je výhodné zajistit více cest pro konečné využití kalu je možné sušit kaly na obsah 65 – 92 % sušiny, přiměřeně k použité technologii konečného užití. Sušením se sníží celkový objem produkovaných kalů na třetinu. Zásadně se tím zlepší podmínky pro manipulaci, transport a vlastní konečnou likvidaci kalu. Sušený kal je možné dobře spalovat v každé spalovně nebo elektrárně, vybavené čistěním spalin, skládkovat, použít v zemědělství (v případě odpovídajícího obsahu škodlivin) nebo spalovat v cementárně.[10] Sušení je ale nejdražší metoda nakládání s kaly, protože je zde vysoká spotřeba tepelné energie a plynu. Sice se zmenší náklady na dopravu, ale celkově se tato metoda nejeví jako výhodná.
10.3 Přímá aplikace na půdu Nejlevnějším způsobem nakládáním s kalem je jeho přímá aplikace na zemědělskou půdu. Problém je ale v tom, že stabilizovaný kal se může vyvážet pouze v určitých částech roku. ČOV nemají skladovací prostory, proto je velký problém, co s kaly v mezidobí. Protože kaly aplikované na pole musí obsahovat maximálně 5 % sušiny, není výhodné je převážet na větší vzdálenosti. Kaly také musí splnit kritéria daná vyhláškou č. 382/2001 Sb. v novelizované formě vyhlášky č. 504/2004 Sb., o vyvážení kalu na pole. ČOV nevlastní zaorávací zařízení, proto musí vydat náklady na
38
zapůjčení. Vyvážení je také náročné na pracovní sílu (např. sítopásový lis obsluhuje pouze jeden člověk, zatímco při aplikaci je nutné lidí více).
10. 4 Rekultivace Pro rekultivace platí stejné zásady jako u přímé aplikace na zemědělskou půdu, alespoň ohledně obsahu škodlivin. Využití stabilizovaného kalu na rekultivace je velice výhodné. Odvodněné kaly obsahují jen malé procento vody, je tedy výhodnější jejich doprava i na větší vzdálenosti. Nevýhodou je jeho nárazové použití, není tedy stálý odbyt a z toho vyplývající nároky na prostor, protože dochází k hromadění kalu na meziskládce v areálu čistírny.
10.4 Kompostování Kompostování je ekonomicky velice výhodné. Transportuje se koncentrovanější kal (protože se používá kal odvodněný), nevozí se tolik vody jako v případě aplikace na zemědělskou půdu a doprava není tak častá, mohou pracovat pro zákazníky, např. vyvážet septiky, čímž se částečně vrací výdaje. Kompostování je velice příznivé pro životní prostředí. Díky procesům, kdy dochází k mikrobiální přeměně na humózní hmotu, dochází také k usmrcování patogenů. Kompost se může bez problémů aplikovat na zemědělskou půdu.
10.5 Spalování Při spalování se kal musí odvodnit na 100%, na což musí mít ČOV zařízení. Potom se lisuje na brikety.
39
Jedná se o finančně nejnákladnější metodu, navíc tento způsob není konečným řešením, neboť při spalování kalů vzniká další odpad, a to popel, který se vzhledem k vysoké koncentraci těžkých kovů musí považovat za odpad toxický. Při spalování kalů v cementárnách dochází podobně jako u tepláren a elektráren k úspoře hlavního paliva, nejčastěji černého uhlí. Další pozitivní stránkou zpracování kalů při výrobě cementu je ekologický přínos. Vezme-li se v úvahu údaje o současném množství kalů použitelných pro zemědělství, zjistíme, že dosti kalů obsahuje nadlimitní koncentrace některých znečišťujících látek. V rotační peci cementárny jsou však kaly zpracovány bezodpadovou technologií, kdy dochází ke zpracování nebezpečného odpadu způsobem výhodným pro cementárnu i životní prostředí. Díky vysokým teplotám dochází nejen k rozkladu toxických sloučenin, které se pevně a trvale zapracovávají do slínkové struktury, ale také ke zničení v kalech obsažených mikroorganismů, které mohou být silně patogenní. Nevýhodou této technologie může být systém čištění spalin, který je jednodušší než u spaloven odpadů, elektráren či tepláren, takže může dojít k odpaření toxických látek a jejich následnému úniku se spalinami do ovzduší. [16]
10.6 Skládkování Tato metoda byla u nás v minulosti dost využívaná. Je to ale metoda dosti finančně nákladná, poplatky za uložení jsou vysoké a navíc neustále rostou. Nejdůležitější je ale to, že se nejedná o konečné řešení. Na skládkách unikají skládkové plyny. Poškození rostlin v těsné blízkosti skládek je kladeno za vinu plynům oxidu uhličitému a methanu, které jsou prokázány jako hlavní viníci škod působených na rostlinstvu skládkovým plynem. Poškození rostlin se většinou projevuje chlorózou, ztrátou listů a usycháním větví. Toto nejsou symptomy pouze dušení rostlin přebytkem oxidu uhličitého a methanu, ale také se zde může podílet nedostatek vláhy, nadměrná salinita a deficit živin. Typickým pro vliv skládkového plynu je trpasličí růst, povrchově a těsně podpovrchově rostoucí kořeny a někdy až totální odumření rostliny.
40
10.7 Součást stavebních materiálů Využití kalu jako součást stavebních materiálů je ekonomičtější způsob než uložit ho na skládku, protože se vrátí část výdajů. V obou případech se kal musí nejprve spálit, s čímž jsou spojena další rizika výše popsaná, a teprve potom se s ním může dále nakládat. Přidávaný kal ale musí splňovat určité parametry, jako např. koncentrace těžkých kovů.
10.8 Výroba disperzních lepidel Výroba disperzních lepidel je pro firmu určitě ekonomický přínos. Je schopna ušetřit, protože místo přírodního vápence se používá čistírenský kal. Také při zpracování kalu pro tuto výrobu se ušetří náklady na jejich likvidaci, což je určitě ekologicky přínosné.
11.
ZÁVĚR Nelze jednoznačně určit, který ze způsobů likvidace kalu je nevýhodnější. Při
projektování kalové koncovky na ČOV musí projektant vzít v potaz mnoho faktorů, jako např. velikost čistírny, region, kde se nachází, množství a kvalitu produkovaného kalu, obsah patogenů a těžkých kovů. Způsob likvidace kalů kompostováním externí firmou, který byl zvolen pro ČOV Vyškov je opravdu nejoptimálnější z ekonomického hlediska, ale také z hlediska další použitelnosti. Ostatní způsoby použití kalu na ČOV Vyškov nejsou tak ekonomicky a environmentálně výhodné.
41
POUŽITÁ LITERATURA: 1. Dohányos Michal, Sedláček Miroslav: Kaly a odpady ´02, Asociace čistírenských expertů ČR, CICERO Ostrava, 2002, ISBN 80-238-9476-5 2. Filip Jiří: Odpadové hospodářství, MZLU, Brno 2002, ISBN 80-7157-608-5 3. Groda Bořivoj: Technika zpracování odpadů, MZLU, Brno 1995, ISBN 807157-164-4 4. Kotovicová Jana: Ochrana životního prostředí, MZLU, Brno 2004, ISBN 80-7157-749-9 5. Malý Josef, Hlavínek Petr: Čištění průmyslových odpadních vod, NOEL 2000, Brno 1996, ISBN 80-86020-05-3 6. Malý Josef, Malá Jitka: Chemie a technologie vody, NOEL 2000, Brno 1996, ISBN 80-86020-13-4 7. Mareček Jan: Legislativa odpadového hospodářství, MZLU, Brno 2003, ISBN 80-7157-656-5 8. Sovak 11/2006, Sdružení oboru vodovodů a kanalizací ČR, Praha 2006, ISSN 1210-3039 9. Straka František: Bioplyn, GAS s.r.o., Říčany 2003, ISBN 80-7328-029-9 10. www.biom.cz 11. www.ceho.vuv.cz 12. www.env.cz 13. www.gool.cz 14. www.nt-uvho.fce.vutbr.cz 15. www.odpady.ihned.cz 16. www.waste.cz
42
