Mendelova zemědělská a lesnická univerzita v Brně Agronomická fakulta Ústav aplikované a krajinné ekologie

Mendelova zemědělská a lesnická univerzita v Brně Agronomická fakulta Ústav aplikované a krajinné ekologie

Výzkum možností odstraňování kalů z čistírny odpadních vod Vyškov Diplomová práce

Vedoucí práce:

Vypracovala:

doc. RNDr. Jana Kotovicová, Ph.D. Brno 2009

Milena Černošková

PROHLÁŠENÍ

Prohlašuji, že jsem diplomovou práci na téma Výzkum možností odstraňování kalů z čistírny odpadních vod Vyškov vypracovala samostatně a použila 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 bakalářské práce a děkana AF MZLU v Brně.

Dne: Podpis:

PODĚKOVÁNÍ

Chtěla bych poděkovat doc. RNDr. Janě Kotovicové, Ph.D. za vedení při řešení diplomové práce. Dále chci poděkovat RNDr. Karle Altmannové za exkurzi po ČOV Vyškov, Bučovice a Ruprechtov.

ANOTACE Cílem diplomové práce je zjistit, zda stávající způsob nakládání s kaly v okrese Vyškov je vyhovující z hlediska environmentálního, ekonomického i technického. Dále je cílem navrhnout využití nových trendů nakládání s kaly a ověření a vyhodnocení, zda by tyto způsoby nebyly výhodnější. V diplomové práci je také popsán vznik kalu od vtoku na čistírnu odpadních vod po výtok do recipientu, se zaměřením na druhý stupeň mechanického čištění. Také jsou zde popsány konkrétní technologie na malé, střední a velké čistírně odpadních vod a porovnání složení kalů z určitých čistíren. V neposlední řadě je zde shrnuto legislativní prostředí nakládání s kaly.

KLÍČOVÁ SLOVA čistírna odpadních vod, odpadní voda, čistírenský kal, využití kalů

ANNOTATION The goal of this diploma paper is to assess whether the current manner of sludge management in Vyškov complies with environmental, economical and technical aspects. Another goal is to suggest the implementation of new sludge management trends and to verify and analyze whether these methods have been ideal. My thesis also describes the creation of sludge from its inflow into a sewage cleaning plant and its outflow into a water body, including a focused description of mechanical sludge dewatering. My work also describes specific technologies of small, medium and large sewage cleaning plants as well as the comparison of the composition of sludge from certain sewage cleaning plants. Finally yet importantly, a summary of the legislation effecting sludge management is included.

KEY WORDS sewage cleaning plant, sewage water, cleaning plant sludge, sludge usage

OBSAH: 1. ÚVOD..................................................................................................... 7 2. CÍL.......................................................................................................... 7 3. PRÁVNÍ PROSTŘEDÍ .......................................................................... 8 3.1 Související právní prostředí ................................................................. 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 ..................................................................................... 12 5.1 Mechanický stupeň čištění................................................................. 12 5.2 Biologický stupeň čištění................................................................... 13 5.3 Chemické čištění................................................................................ 13 6. ZPRACOVÁNÍ KALU ........................................................................ 14 6.1 Rotační síta ........................................................................................ 14 6.2 Sítopásové lisy ................................................................................... 15 6.3 Kalolisy.............................................................................................. 15 6.4 Odstředivky........................................................................................ 15 6.5 Přirozené způsoby odvodňování na kalových polích a lagunách...... 16 7. STABILIZACE A HYGIENIZACE KALU........................................ 16 8. VYUŽITÍ KALŮ.................................................................................. 18 9. HODNOCENÍ VYBRANÝCH ČOV NA VYŠKOVSKU.................. 19 9.1 Popis provozu .................................................................................... 19 9.1.1 ČOV Vyškov.................................................................................................. 19 9.1.2 ČOV Bučovice ............................................................................................... 23 9.1.3 ČOV Ruprechtov ........................................................................................... 25

9.2 Složení a vlastnosti kalu .................................................................... 26 10. SUMARIZACE STÁVAJÍCÍCH ZPŮSOBŮ NAKLÁDÁNÍ S KALY 31 10.1 Anaerobní digesce............................................................................ 31 10.1.1 Methanizace ................................................................................................. 32 10.1.2 Bioplyn......................................................................................................... 33

10.2 Kompostování kalů.......................................................................... 34 11. NÁVRH NA VYUŽITÍ NOVÝCH TRENDŮ NAKLÁDÁNÍ S KALY....................................................................................................... 35 11.1 Použití k hnojivým účelům.............................................................. 35 11.2 Rekultivace ...................................................................................... 36 11.3 Skládkování ..................................................................................... 36 11.4 Součást stavebních materiálů........................................................... 37 11.5 Sušení............................................................................................... 37 11.6 Spalování ......................................................................................... 38

12. HODNOCENÍ EFEKTIVITY STÁVAJÍCÍCH ZPŮSOBŮ NAKLÁDÁNÍ S KALY ............................................................................. 39 12.1 Anaerobní digesce............................................................................ 39 12.2 Kompostování.................................................................................. 40 13. OVĚŘENÍ A VYHODNOCENÍ ÚČINNOSTI NAVRŽENÝCH OPATŘENÍ ................................................................................................. 42 13.1 Přímá aplikace na půdu.................................................................... 42 13.2 Rekultivace ...................................................................................... 43 13.3 Skládkování ..................................................................................... 43 13.4 Součást stavebních materiálů........................................................... 44 13.5 Sušení............................................................................................... 45 13.6 Spalování ......................................................................................... 45 14. DISKUZE.............................................................................................. 46 15. ZÁVĚR.................................................................................................. 48 POUŽITÁ LITERATURA: ........................................................................ 49 TABULKY.................................................................................................. 51 PŘÍLOHY Grafy .................................... Chyba! Záložka není definována. PŘÍLOHY Fotodokumentace................. 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 (ČOV). 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 diplomové práce je zhodnocení legislativního prostředí nakládání s kaly,

obecný popis procesu vzniku kalu a procesy na konkrétní malé, střední a velké čistírně odpadních vod. Dále je cílem sumarizovat stávající způsoby nakládání s kaly v čistírně odpadních vod Vyškov a zhodnocení jejich efektivity. Důležitý je také návrh na využití nových trendů v nakládání s kaly a ověření a vyhodnocení jejich účinnosti.

7

3.

PRÁVNÍ PROSTŘEDÍ Nakládání s kaly, především jejich aplikace do životního prostředí se musí řídit

legislativními nástroji. Stávající předpisy obsahují obecné povinnosti původců odpadů na snížení zdravotního rizika a to jak z hlediska ochrany veřejného zdraví, tak i z hlediska ochrany zdraví při práci a ochrany životního prostředí. Rizikové faktory při nakládání s kaly z ČOV lze rámcově rozdělit do dvou základních skupin a to na patogenní mikroorganismy a toxické chemické látky. Možné riziko vzniká pro celou oblast nakládání s tímto odpadem od jeho vzniku až po jeho odstranění nebo využití.[23] Právní rámec nakládání s kaly je tvořen zákonem č. 185/2001 Sb., v platném znění 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 právní prostředí -

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

8

-

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)

-

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., v pozdějším znění nařízení vlády č. 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]

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

9

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] 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 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 nebo také technologické 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

10

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]

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]

11

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.

5.1 Mechanický stupeň čištění Mechanického předčištění se využívá již u vtoku odpadní vody do čistírny. Nachází se zde česle a síta pro odstranění hrubých i jemných nečistot. Je to proto, aby se odstranil podíl znečištění a následkem toho byla aktivace méně energeticky náročná na míchání a aeraci. Pracuje se také s menším objemem a čištění je rychlejší a účinnější. Dále se využívá rozmělňovačů shrabků k rozmělňování, drcení nebo ořezávání shrabků, čímž se redukuje jejich objem. Ty se potom vracejí do přítoku surové vody před česle.[14] Lapáky písku jsou zařízení, které slouží k zachytávání písku a minerálních částic.[14] Písek je třeba odstranit z proudu odpadních vod proto, aby nesedimentoval a nehromadil se v dalších technologických částech. [3] V odpadní vodě se nacházejí také látky s hustotou menší než je hustota vody, patří sem 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. [3] Usazovací nádrže slouží k odstraňování suspendovaných částic ze surové 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]

12

5.2 Biologický stupeň čištění Při biologickém čištění odpadních vod v aerobních podmínkách se uplatňují biochemické procesy, podmíněné činností heterorofních aerobních, autotrofních i fakultativně aerobních bakterií. 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.[3] Cílem biologického čištění je koagulovat a odbourat neusaditelné koloidní látky a stabilizovat organické látky. U komunálních odpadních vod je to redukce organických látek a nutrientů (dusík a fosfor). Při procesu vznikají různé plyny, voda a buněčná hmota se specifickou hmotností o něco vyšší než má voda. Může být tedy oddělena gravitačně sedimentací.[14] Nejrozšířenějším způsobem čištění odpadních vod v aerobních podmínkách je aktivační

proces,

jehož

princip

spočívá

ve

vytvoření

aktivovaného

kalu

v provzdušňované aktivační nádrži. [24] 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.[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]

13

Pro čištění průmyslových odpadních vod se v souladu s jejich rozmanitostí používají různé způsoby, jejichž vhodnost je závislá na látce, kterou je třeba odstranit i na celkovém složení vody a v neposlední řadě i na ekonomii provozu. Znečištění rozpuštěné ve vodě, které nelze odstranit prostou sedimentací, se odstraňuje přidáním vhodných chemikálií, podle typu procesu, který je využíván, např. neutralizace, oxidace a redukce, srážení, čiření, extrakce, stripování, adsorpce nebo rozrážení stabilizovaných emulzí.

6.

ZPRACOVÁNÍ KALU Pro lepší manipulaci a snížení nákladů na přepravu je důležité, aby byl kal co

nejvíce odvodněn. Rotační síta se používají na zahuštění přebytečného aktivovaného kalu. Pro odvodnění kalu stabilizovaného se využívají sítopásové lisy, kalolisy, odstředivky a přirozené odvodňování na kalových polích a lagunách.

6.1 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 flokulačním 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]

14

6.2 Sítopásové lisy Sítopásové lisy jsou účinné pro zahušťování kalů o koncentraci do 2-4 %. 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 protéká kalová suspenze. [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]

6.3 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]

6.4 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. Náklady na energii a údržbu jsou však značné, a proto bývají využívány především na velkých ČOV. [5] 15

6.5 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, navíc tento způsob odvodňování kalu je z ekologického hlediska překonaný.

7.

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

16

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 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 stabilizace kalu (např. termofilní aerobní nebo anaerobní stabilizace, všechny termické metody, vápnění, pasterizace, kompostování). [10]

17

8.

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 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:

18

9.

-

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]

HODNOCENÍ VYBRANÝCH ČOV NA VYŠKOVSKU Pro srovnání jsem vybrala velkou ČOV ve Vyškově, střední v Bučovicích a

malou v Ruprechtově. Rozdělení velikosti je v rámci okresu Vyškov. Srovnávám technickou stránku jednotlivých čistíren a také roční produkci a kvalitu kalu.

9.1 Popis provozu 9.1.1 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 pro vyčištěné odpadní vody je řeka Haná. Mechanicko biologická čistírna odpadních vod Vyškov se svými projektovanými cca 38 330 ekvivalentními obyvateli (EO) patří mezi středně velké čistírny v rámci republiky. 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 – 7500 m3. Odpadní vody přiváděné kanalizací protékají přes hrubé česle, které zachytí velké předměty - kusy dřeva, hadry a jiné. Ty se periodicky ručně odstraňují a vyvážejí spolu se shrabky 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

19

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 s těžením usazeného písku mamutovým čerpadlem. 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 s horizontálním průtokem se stíráním hladiny a dna. Voda zde proudí od středu ke krajům, díky tomu se usazují hrubší i jemnější částice, které jsou odčerpávány jako surový kal. Voda zbavená částic přepadá žlabem u obvodu nádrže. 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. Vzduch je do aktivované směsi dodáván přes aerační elementy. 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. 20

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 sítu 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 kalová voda je vracena zpět do čistícího procesu. Odtud se kal dostává k sítopásovému lisu, kde je odvodněn. Bioplyn vyvíjený ve vyhnívacích nádržích je 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. Na ČOV se vzorkuje odpadní voda na přítoku, za mechanickým stupněm a na odtoku. Vyčištěná voda musí splňovat podmínky dané povolením k vypouštění odpadních vod, které se řídí legislativou – NV 61/03 Sb. v platném znění. 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.

21

Tab. č.1 Produkce kalu na ČOV Vyškov v letech 2006 – 2008 Rok Produkce kalu (t suš./rok)

2006

2007

2008

470,48

610,48

616,59

Viz přílohy: graf č. 1 Produkce kalu na ČOV Vyškov v letech 2006 - 2008

VK O

P

UN

AN

DN

DN RO

PK

VK

ČS

Sekundární kal DN

ANOX RO

PAK

OX OX

Primární kal

ANOX

Schéma. č. 1 Technologické schéma ČOV Vyškov

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

22

PAK – přebytečný aktivovaný kal PK – primární kal O – odtok vyčištěných odpadních vod z ČOV

9.1.2 ČOV Bučovice

Město Bučovice se svými osmi tisíci obyvateli leží východně od moravské metropole Brno v povodí říčky Litavy. Město je napojeno na skupinový vodovod Vyškov v majetku VaK Vyškov, a.s. Tato organizace spravuje i kanalizaci a čistírnu odpadních vod. Výstavba ČOV Bučovice (8861 EO) byla zahájena v dubnu 1994, uvedena do trvalého provozu byla v roce 1996. V roce 2008 proběhla její rekonstrukce a intenzifikace posílením biologického stupně o předřazenou denitrifikaci, nyní je ČOV ve zkušebním provozu. Mechanicko-biologická čistírna je určena pro čištění splaškových vod z města Bučovice, včetně obce Vícemilice a odpadních vod z průmyslové aglomerace města a občanské a technické vybavenosti. Odpadní vody jsou přiváděny do ČOV přes strojně stírané hrubé česle. Dále voda proudí přes vírový separátor dešťových vod, odkud oddělená dešťová voda odtéká do dešťové zdrže. Splašková voda se dostává dále do mechanického předčištění. Použití tohoto systému umožňuje spojení funkce předčištění dešťových vod a jejich oddělení do jednoho objektu. Vstupní čerpací stanice je navržena na celkový přítok mezního deště 385 l.s-1(60 l.s-1 na čistírenskou linku, 325 l.-1 do dešťové zdrže) slouží pro čerpání splaškových vod do biologického stupně a dešťových vod do dešťové zdrže. Po ukončení dešťového průtoku je obsah zdrže gravitačně přepuštěn do čerpací jímky a čerpán na ČOV. Odpadní vody jsou čerpány ponornými kalovými čerpadly kompaktního zařízení HUBER Ro5. Přitékající odpadní voda protéká nejprve rotačním šnekem se sítem a je zbavena plovoucích nečistot. Shrabky jsou vynášeny z nádoby integrovaným lisem na shrabky, přičemž jsou odvodněny až na 40 % sušiny. Takto odvodněné a zhutnělé shrabky odpadávají do kontejneru. Vylisovaná voda je vedena zpátky do proudu odpadní vody. Shrabky jsou pomocí integrovaného lisu redukovány asi o 60 %, co se týká objemu a asi o 50 %, co se týká váhy. V případě poruchy zařízení HUBER Ro5 slouží jako náhradní zařízení pro krátkodobý havarijní provoz ruční jemné česle. 23

Dále je připojen lapák písku. Sediment z lapáku se dopravuje proti směru proudění a přitom dojde k vypírání organických látek. Na konci horizontálního šneku pro dopravu písku padají tyto látky do postranně uspořádaného sběrného místa. Z tohoto sběrného místa jsou vynášeny šnekem pro vynášení písku, přitom je písek odvodněn a vypadává do připraveného kontejneru. Biologický stupeň sestává z objektů předřazené denitrifikace, dvou linek oběhové aktivace, dvou dosazovacích nádrží a dmýchárny. Předřazená denitrifikace je nově postavena, z důvodu nedostatečné účinnosti oběhových aktivací pro odstraňování dusíkatého znečištění. Denitrifikační nádrž je osazena hyperboloidním míchadlem, kterým je promíchávána přitékající voda z mechanického stupně předčištění, vratný kal a také interní recykl (aktivovaná směs vracená z aktivačních nádrží). Kombinovaný způsob aerace v oběhové aktivační nádrži spojuje procesy odstraňování uhlíkatého znečištění s procesy biologické eliminace nutrientů. V nádrži jsou vytvořeny oxické a anoxické zóny, kterými při oběhu nádrží prochází aktivační směs. Oxická zóna je zčásti vybavena dnovými prvky jednobublinné aerace. Anoxická zóna je vybavena horizontálními míchadly. Z aktivačních nádrží odtéká odpadní voda přes rozdělovací objekt do dosazovacích nádrží, které slouží pro odsazení aktivovaného kalu od biologicky vyčištěné odpadní vody. Vyčištěná odpadní voda odtéká přes měrný žlab do recipientu. Přebytečný a plovoucí kal je z biologické části čerpán do dvou uskladňovacích nádrží o objemu 2 x 400 m3. Kal v nádržích je možno promíchat pomocí míchadel. V prostoru mezi nádržemi jsou umístěny potrubní rozvody, veškeré armatury, které slouží k odčerpávání přiváděného kalu a čerpadlo, které slouží k odčerpávání usazeného kalu do homogenizační nádrže o objemu 36 m3. Homogenizační nádrž s kónickým betonovým dnem slouží k přípravě kalu před odvodněním na odvodňovacím zařízení. Odvodňování kalu bylo dosud prováděno na zařízení v mobilním provedení – pásovým lisem Eco-presse, které je nyní na konci své životnosti a v rámci intenzifikace ČOV bude nahrazeno šnekovým lisem firmy Huber.

[12]

Odvodněný kal je předáván firmě SPRESO, která z něj vyrábí kompost.

24

Tab. č. 2 Produkce kalu na ČOV Bučovice v letech 2006 – 2008 Rok Produkce kalu (t/suš. rok)

2006

2007

2008

242,49

178,85

173,42

Viz přílohy: graf č. 2 Produkce kalu na ČOV Bučovice v letech 2006 - 2008

9.1.3 ČOV Ruprechtov

Obec Ruprechtov leží na rozhraní Drahanské vrchoviny a Moravského krasu, na spojnici okresních měst Blanska a Vyškova. Čistírna odpadních vod v Ruprechtově byla postavena v roce 1975, její projektovaná kapacita je 1000 EO. V provozu je jednotná kanalizace s odlehčovací komorou před areálem ČOV. Voda odtékající přes přepadovou hranu odlehčovací komory je odváděna potrubím, do kterého je sveden i místní tok. Na kanalizaci je napojeno cca 490 obyvatel. Čistírna v Ruprechtově je řešena jako mechanicko-biologická s odstraňováním uhlíkatého znečištění bez kalového hospodářství. Hrubé předčištění se skládá z česlí a horizontálního lapáku písku. Česle jsou ručně stírané a jsou osazeny v otevřeném nátokovém žlabu lapáku písku. Za lapákem písku následuje biologická část čištění sestávající z aktivační nádrže a dosazovacích nádrží. Aktivační nádrž je provzdušňována a promíchávána provzdušňovací turbínou. Z aktivační nádrže potrubím natéká odpadní voda do dosazovacích nádrží. Z aktivační nádrže vede též havarijní přepad do zatrubněného potoka, který má odvádět větší přívalové deště, aby nedocházelo k vyplavování aktivačních nádrží a následně také nádrží dosazovacích. Dosazovací nádrže jsou dvě a lze uzavřít přítok do jedné či druhé nádrže. V každé dosazovací nádrži je umístěno kalové čerpadlo, které čerpá vratný kal do aktivační nádrže. Z obou potrubí vratného kalu je vedena odbočka do kalové jímky, nacházející se mezi dosazovacími nádržemi, kterou je odváděn přebytečný kal. Potrubí vratného i přebytečného kalu jsou opatřena šoupátky. Přebytečný kal nashromážděný v kalové jímce ležící mezi dosazovacími nádržemi je vyvážen fekálním vozem na ČOV Vyškov k odvodnění. V kalové jímce je umístěno také jedno čerpadlo, které podle potřeby čerpá kalovou vodu do aktivační nádrže. 25

Vyčištěná voda odtéká z dosazovacích nádrží do sběrného žlabu, který je ukončen měrnou šachtou. Ta je rozdělena mezistěnou v níž je osazen Thomsonův měrný přepad. Z šachty pak již voda odtéká do recipientu. Areál čistírny je oplocen a nachází se v něm provozní budova se sociálním zařízením, strojovnou, místností pro obsluhu a se skladištěm. Užitková voda pro provoz je získávána ze studny umístěné v areálu. Pro případ nutnosti vypuštění nádrží z důvodů oprav a čištění je v jejich blízkosti umístěna kontrolní studna pro snižování hladiny podzemní vody. ČOV Ruprechtov je konstruována jako bezobslužná, protože je dlouhodobá stabilizace kalu přímo v aktivaci.[20]

Tab. č. 3 Produkce kalu na ČOV Ruprechtov v letech 2006 – 2008 Roky Produkce kalu (t suš./rok)

2006

2007

2008

1,60

0,00

0,52

Viz přílohy: graf č. 3 Produkce kalu na ČOV Ruprechtov v letech 2006 – 2008

Dle tab.č.3 je vidět, že v roce 2007 nebyl vyvezen žádný kal. Je to proto, že byl vyvezen 2x v roce 2006 a potom až v roce 2008.

9.2 Složení a vlastnosti kalu Čistírenské kaly jsou výstupem z procesu čištění odpadních vod v čistírnách odpadních vod. Kaly jsou různorodou suspenzí anorganických a organických látek, tedy zdrojem jak organické hmoty, základních živin a stopových prvků, tak i rizikových prvků, nebezpečných organických sloučenin a mikroorganismů.[10] U kalů se sledují jeho agrochemické vlastnosti (celkový, amoniakální a dusičnanový dusík, vápník, hořčík, draslík, fosfor, pH, organická sušina), rizikové prvky (arsen, kadmium, chrom, měď, rtuť, nikl, olovo, zinek, AOX, PCB) a mikrobiologické parametry (termotolerantní koliformní bakterie, enterokoky a Salmonella sp.). Agrochemické

prvky vypovídají

o

hnojivé

kvalitě

kalu.

Používáním

čistírenských kalů vede k vnášení základních živin i stopových prvků do půdy a mohou

26

zlepšovat fyzikálně chemické i biologické vlastnosti půd. Obsah přístupných živin v čistírenských kalech je významný, ale značně variabilní mezi čistírnami, zatímco u jednotlivých čistíren je poměrně stabilní.[25] AOX (halogenové organické sloučeniny) nemají jako takové žádné konkrétní využití. Parametr AOX je skupinové analytické stanovení organicky vázaných halogenů pro sledování a regulování obsahu znečišťujících látek ve vodách. Jedná se o velmi rozmanitou a širokou skupinu látek. Patří sem jak látky málo škodlivé, tak látky se silně toxickými účinky. Proto nelze souhrnné dopady látek této skupiny na životní prostředí konkrétně specifikovat. Lze ale s jistotou říci, že v případě, kdy se tyto látky obsahující chlor, brom nebo jod dostanou do životního prostředí, mohou ohrozit zdraví a život některých druhů, a tím potažmo celé ekosystémy. Některé z techto látek náležejících do AOX jsou vysoce toxické pro ryby a ostatní vodní organismy. Mnohdy se jedná o látky bioakumulativní. Tím rozumíme fakt, že jsou nesnadno odbouratelné a šíří se potravním řetězcem směrem k jeho vrcholu, tzn. od nižších živočichů k velkým predátorům. Přestože jsou emise limitovány do vod a půd, patří do této skupiny i látky poškozující ozónovou vrstvu Země a dále i látky, které mohou podporovat vznik fotochemického smogu. [17] Některé sloučeniny chromu jsou vysoce toxické a karcinogenní. Emise chromu do prostředí, kde se může akumulovat například v zeminách či sedimentech, jsou proto velmi nežádoucí, protože z takových rezervoárů může být chrom například změnou vnějších podmínek i za mnoho let uvolněn a způsobit závažné škody a zdravotní rizika. [17]

Kadmium se v malém množství vyskytuje v půdě a horninovém prostředí. Na zemi se kadmium naváže na částice jílu nebo prachu. V této podobě se může dešťovou vodou vymýt do vodního prostředí nebo může být akumulováno organismy. Akumulace organismy je velmi vysoká, proto dochází ke hromadění kadmia v potravních řetězcích.[17] Kadmium se vyznačuje progresivní akumulací v životním prostředí. K jeho kumulaci dochází mimo jiné také v čistírenských kalech a hnojení těmito kaly může nezanedbatelným způsobem přispívat ke kontaminaci potravního řetězce. [18] Měď je v půdách silně vázána na organické látky a jílové částice. Proto zůstává většina mědi v povrchových částech půdy a nedochází k transportu hlouběji. Měď je esenciálním prvkem pro živočichy a vyšší rostliny, ve větším množství je však značně toxická pro vodní organismy.[17]

27

Nikl se váže na částice osahující železo a mangan, které se často vyskytují v půdě a sedimentech. Proto se zde vyskytuje většina niklu v prostředí. Toxicita niklu pro některé vodní organismy je poměrně vysoká, proto je jeho přípustná koncentrace ve vodárenských tocích limitována přísněji než v pitné vodě. Rostliny přijímají nikl z půdy převážně kořeny, jsou schopné ho akumulovat. Snížením pH se zvyšuje mobilita niklu a tím i příjem rostlinami.[17] Olovem je půda kontaminována hlavně ze vzduchu, z domovních odpadů (ze špatně zabezpečených skládek) a hnojivy, která obsahují odpadní kaly. Monitoring ukazuje, že u zemědělských půd ale dochází ke snižování zátěže. V půdě se olovo váže na půdní částice v povrchové vrstvě (2-5 cm), orbou se může dostat hlouběji. [21] Mezi nejvíce problematické prvky v čistírenských kalech patří zinek. Jedná se o esenciální element pro rostliny i živočichy. Ve vyšších koncentracích však působí negativně na životní pochody v rostlinách, což může vést ke snížení produkce biomasy u rostlin nebo k nevratným degenerativním změnám. Zinek patří mezi nejpohyblivější těžké kovy.[19] Zinek proniká do vzduchu, vody a půdy v důsledku přírodních procesů i lidské činnosti. Ve vodě -

v řekách a jezerech - se zinek většinou usazuje na dně, ale

malé množství může zůstat rozpuštěné ve vodě a zvyšuje tak její kyselost. Zinek se může hromadit v tělech některých ryb, pokud v takových vodách žijí. Většina zinku v půdě se váže na půdu a nerozpouští se ve vodě, ale v závislosti na charakteristice půdy může částečně také proniknout do podzemních vod. Taková kontaminace podzemní vody pod místy s nebezpečnými odpady již byla zaznamenána. Zinek se může dostat do organismu živočichů, pojídajících zeminu nebo pijících takto kontaminovanou vodu. Pokud jsou tato zvířata pozřena dalšími živočichy, také v jejich organismu se zvýší hodnoty zinku. [17] Ke vstupu rtuti do životního prostředí přispívá mimo jiné použití rtuti v průmyslu a zemědělství a manipulace s odpady. Vzhledem k malé mobilitě rtuti v půdě přechází rtuť z půdy do rostlin jen málo. Obsah rtuti v rostlinách se pohybuje v desetinách až desítkách µg/kg. [18] Polychlorované bifenyly (PCB) je skupina látek, které zahrnují teoreticky 209 jednotlivých sloučenin (tzv. kongenerů), které se liší fyzikálními a chemickými vlastnostmi i toxicitou. Rozdíl spočívá ve stupni chlorace a umístění atomů chloru na aromatických jádrech. Všechny kongenery mají hustotu vyšší než voda. Jejich společnou vlastností je jejich nízká rozpustnost ve vodě a velmi nízká tenze par. Jsou

28

rozpustné v většině organických rozpouštědlech a v tucích. Jsou také chemicky i fyzikálně stálé.[17] Enterokoky jsou používány jako indikátor fekálního znečištění. Jsou citlivé vůči změnám vnějšího prostředí, proto se ve vodě pomnožují vzácně a přežívají zde krátkou dobu. Jsou odolné vůči dezinfekčním prostředkům, např. chloru, proto dále indikují nedostatečnou dávku dezinfekčního prostředku. Naproti tomu koliformní bakterie se chovají jinak, chlor je usmrcuje. Koliformní bakterie mají schopnost fermentovat laktózu při teplotě cca 36°C se současnou produkcí kyseliny, plynu a aldehydu během 24-48 hodin. Zjišťují se také zárodky salmonely, ale ty musí být negativní.[22] Měří se v jednotkách KTJ/g sušiny, což jsou kolonie tvořící jednotky v gramu sušiny.

29

Tab.č.4 srovnání vlastností a složení kalů ve velké (Vyškov), střední (Bučovice) a malé (Ruprechtov) čistírně odpadních vod v letech 2006 – 2008 ČOV Vyškov parametr pH organická sušina celková sušina dusitany amoniak AOX fosfor hořčík draslík vápník dusík chrom kadmium měď nikl olovo zinek arsen rtuť PCB enterokoky koliformní bakterie

jednotka

2006

2007

ČOV Bučovice 2008

2006

2007

ČOV Ruprechtov 2008

7,00 6,80 7,00 7,00 7,00 6,70 % suš. 48,00 50,70 54,83 40,70 46,60 46,65 % 3,14 3,02 2,68 6,93 4,94 4,88 % suš. 1,545 0,180 1,250 0,842 0,025 0,177 % suš. 0,006 0,002 0,003 0,003 0,002 0,022 mg/kg suš. 295,2 307,0 282,0 248,9 273,0 199,0 mg/kg suš. 24 591,67 18 822,00 24 875,00 10 561,55 15 043,33 9 598,00 mg/kg suš. 6 531 7 081 8 375 5 004 7 137 8 585 mg/kg suš. 9 080 8 023 8 825 5 558 5 197 6 525 mg/kg suš. 38 596,7 38 775,0 43 050,0 13 534,5 27 100,0 32 300,0 % suš. 4,72 3,36 3,07 3,19 3,78 3,59 mg/kg suš. 110,70 86,45 95,85 38,10 39,57 40,20 mg/kg suš. 1,257 1,455 1,060 1,095 0,695 0,697 mg/kg suš. 181,85 192,25 180,25 119,06 118 125,5 mg/kg suš. 228,55 190,25 135,20 32,15 31,23 27,80 mg/kg suš. 43,88 36,27 24,88 31,10 29,76 25,05 mg/kg suš. 1 985,18 1 627,50 1 685,00 829,58 789,67 832,00 mg/kg suš. 5,82 4,24 5,99 7,50 8,83 8,14 mg/kg suš. 1,93 4,34 2,34 0,58 0,46 0,62 mg/kg suš. 0,20 0,20 0,25 4,50 0,20 0,15 KTJ/g suš. 289 366 28 900 21 000 9 550 807 1 505 KTJ/g suš. 2 707 200 64 333 47 000 31 000 8 203 57 450

Viz příloha: graf č. 4 – 25 Porovnání konkrétních prvků a vlastností v letech 2006 - 2008

30

2006

2007

2008

7,20 6,70 6,00 52,50 69,90 49,50 0,67 2,93 5,53 0,617 0,002 0,151 0,031 0,002 0,016 197,1 160,0 151,0 5 710,00 12 500,00 10 900,00 4 430 5 900 6 810 6 290 9 810 9 540 17 860,0 21 500,0 15 700,0 1,43 4,27 4,14 37,00 32,30 54,20 1,110 0,756 0,954 97,51 79 102 24,30 16,70 27,50 44,80 18,30 45,30 1 014,38 701,00 960,00 4,40 1,98 12,60 0,53 0,29 0,30 0,20 0,15 0,15 110 000 79 000 30 000 240 000 230 000 19 000

10.

SUMARIZACE

STÁVAJÍCÍCH

ZPŮSOBŮ

NAKLÁDÁNÍ

S KALY Pro splnění cílů práce nadále hodnotím ČOV Vyškov. Zde se ke stabilizaci a hygienizaci kalů využívá anaerobní digesce a dále je kal předáván pověřené osobě, firmě Spreso, k dalšímu zpracování v kompostárně v Biskupisích u Prostějova.

10.1 Anaerobní digesce Termín anaerobní digesce má několik synonym, která se zcela nebo zčásti překrývají: anaerobní fermentace, anaerobní stabilizace, anaerobní vyhnívání. Anaerobní digesce označuje kontrolovanou mikrobiální přeměnu organických látek bez přístupu vzduchu za vzniku bioplynu a digestátu. Při hygienizaci a stabilizaci kalu 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 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. Kalová koncovka s anaerobní digescí je součástí čistící technologie vyškovské čistírny. V přírodě probíhá vyhnívání samovolně (na dně rybníků, v močálech, apod.). Konečným produktem je methan a oxid uhličitý.

31

10.1.1 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, pH 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 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 32

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.

10.1.2 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. 33

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.

10.2 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 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.

34

11.

NÁVRH NA VYUŽITÍ NOVÝCH TRENDŮ NAKLÁDÁNÍ

S KALY

11.1 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 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

35

-

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

11.2 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]

11.3 Skládkování Jedná se o uložení materiálu na zabezpečenou skládku, jen pokud se nenalezne snadnější metoda využití nebo likvidace. Skládkování by se především mělo používat

36

pro inertní materiály. Jedná se o nejméně ekologicky vhodné řešení, protože přesouvá problém pouze na pozdější dobu. [10] 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]

11.4 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]

11.5 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

37

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 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.

11.6 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

38

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]

12.

HODNOCENÍ

EFEKTIVITY

STÁVAJÍCÍCH

ZPŮSOBŮ

NAKLÁDÁNÍ S KALY

12.1 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.

39

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. Tab. č. 5 Množství vyprodukovaného bioplynu (m3) 2006

Rok Množství vyrobeného bioplynu (m3)

2007

2008

176 693 163 723178 902

Viz přílohy: graf č. 26 Množství vyrobeného bioplynu

Náklady na anaerobní digesci nelze vyčíslit, jelikož jsou součástí čistící linky. Lze ale vypočítat, jakou sumu může ČOV Vyškov ušetřit využíváním bioplynu.

Spotřeba bioplynu za rok 2008

176 693 m3

Výhřevnost bioplynu

21 MJ/m3

Výhřevnost zemního plynu

36 MJ/m3

Předpokládaná spotřeba zemního plynu

117 015 m3, tj. 1 228 658 kWh

Cena zemního plynu

0,16226 Kč/kWh [26]

Ušetřená suma

199 362 Kč/rok, tj. 16 614 Kč/měsíc

12.2 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.

40

Tab. č. 6 Porovnání mezních hodnot koncentrací v kalech používaných ke kompostování se skutečným stavem na ČOV Vyškov

As

Mezní (maximální) hodnoty koncentrací v kalech (mg/kg sušiny) 50

Cd

13

1,06

Cr

1000

95,85

Cu

1200

180,25

Hg

10

2,34

Ni

200

135,20

Pb

500

24,88

Zn

3000

1 685,00

Riziková látka

Hodnota na ČOV Vyškov za rok 2008 5,99

Na kompostování se vyváží kal odvodněný, s čímž jsou spojeny další činnosti a vstupy, které se musí započítat do nákladů.

Produkce neodvodněného kalu (3,5 % suš.) za rok 2008

17 616,86 t/rok

Produkce odvodněného kalu (20 % suš.) za rok 2008

3 523,37 t/rok

Flokulant Cena - 90 Kč/kg

spotřeba - 1 200,5 kg

celkem - 108 045 Kč

spotřeba – 15 624 kWh

celkem – 62 496 Kč

Elektřina Cena – 4 Kč/kWh

Náklady za odvoz a likvidaci Cena - 375 Kč/t

množství kalu – 3 523,37 t

celkem – 1 321 264 Kč

Náklady na obsluhu, údržbu, maziva Cena – 10 000 Kč/měsíc

období – rok 2008

celkem – 120 000 Kč

období – rok 2008

celkem – 396 000 Kč

Odpisy Cena – 33 000 Kč/měsíc Cena celkem

2 007 805 Kč/rok, tj. 167 317 Kč/měsíc

41

13. OVĚŘENÍ A VYHODNOCENÍ ÚČINNOSTI NAVRŽENÝCH OPATŘENÍ

13.1 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 (půda nesmí být zmrzlá a nesmí na ní být žádná vegetace). 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 zapůjčení. Vyvážení je také náročné na pracovní sílu (např. sítopásový lis obsluhuje pouze jeden člověk, zatímco při aplikaci je nutné lidí více). Velkou nevýhodou je, že se musí vědět předem celý osevní postup, k některým rostlinám není vhodné kal přidávat. Také se musí udělat přesný rozbor půdy a kalu, což je finančně náročné.

Tab. č. 7 Porovnání maximálních a skutečných hodnot rizikových látek Riziková látka As

Mezní (maximální) Hodnoty na ČOV Vyškov hodnoty koncentrací v za rok 2008 kalech (mg/kg sušiny) (mg/kg sušiny) 30 5,99

Cd

5

1,06

Cr

200

95,85

Cu

500

180,25

Hg

4

2,34

Ni

100

135,20

Pb

200

24,88

Zn

2500

1 685,00

AOX

500

282,00

PCB

0,6

0,25

42

Ve Vyškově vyváželi pracovníci ČOV kal na pole soukromníků, ale už se od toho upustilo, protože je to náročné. Záleží na vzdálenosti hnojeného pole a ostatním výše popsaným podmínkám. Do jednotkové ceny za kg sušiny se započítává náklady za odvoz jedné fůry 10 m3 (760 Kč), ujetá vzdálenost cca 10 km (32 Kč/km). ZD si za vyvážení kalu neúčtuje žádné poplatky.

Cena přímé aplikace na půdu

3,60 Kč/kg sušiny

Produkce sušiny kalu za rok 2008

616,59 t, tj. 616 590 kg

Cena celkem

2 219 724 Kč/rok, tj. 184 977 Kč/měsíc

13.2 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. Dříve se rekultivovala stará skládka v Marchanicích u spalovny nebezpečného odpadu Ekotermex. Náklady na tuto akci nebyly zjištěny.

13.3 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

43

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. Rozhovorem s panem Ing. Pavlem Horáčkem (technicko-provozní náměstek) z firmy Respono, která se stará o odpad na Vyškovsku, jsem zjistila, že kal se na skládku vyvážel v minulosti, ale nyní již není na skládce žádoucí. Z výše uvedených důvodů není k dispozici konkrétní cena za skládkování kalu, z internetového zdroje se průměrná cena pohybuje od 700 do 900 Kč/t.

Produkce odvodněného kalu (20 % suš.) za rok 2008

3 523,37 t/rok

Cena za skládkování kalu

700 – 900 Kč/t [28]

Celková cena

2 466 359 – 3 171 033 Kč/rok, tj. 205 530 - 264 253 Kč/měsíc

13.4 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 vysušit, s čímž jsou spojena další rizika níže popsaná, a teprve potom se s ním může dále nakládat. Přidávaný kal ale musí splňovat určité parametry, jako např. koncentrace těžkých kovů. Na Vyškovsku se tento způsob nevyužívá. Do této oblasti lze zařadit i výrobu cementu. S dotazem jsem se obrátila na pana Ing. Petra Schoříka (technický poradce) z firmy Českomoravský cement, a.s., který mi sdělil následující, cituji: „Dostal se ke mně Váš dotaz ohledně užívání kalů. Mohu Vám sdělit, že mně není známo, že by se u nás používaly vysušené kaly do betonů, tak jak uvádíte. Kaly není možné použít ani jako hlavní nebo vedlejší složku do cementu, protože kal není uveden v ČSN EN 19 - 1. Je možné ale použít např. kaly z čistíren odpadních vod jako částečnou náhradu paliva na hořáku.“

44

13.5 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. Sušení kalu se využívá v ČOV Modřice, cena ale není dostupná, protože je součástí technologické linky kalového hospodářství.

13.6 Spalování Při spalování se kal musí odvodnit na 100%, na což musí mít ČOV zařízení. Potom se lisuje na brikety. 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.

45

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] Ve Vyškově se spalováním kalů (a jiných nebezpečných odpadů) zabývá firma Ekotermex. Paní Ing. Šárka Florčinská (ekolog) mi sdělila, že ČOV musí za spálení kalu zaplatit 7,50 – 8 Kč.

Náklady

7,50 – 8 Kč/kg

Produkce kalu za rok 2008

616 590 kg

Cena celkem

4 624 425 - 4 932 720 Kč/rok, 385 369 - 411 060 Kč/měsíc

Dále jsem ale zjistila, že firma do budoucna počítá s linkou na výrobu paliva, k čemuž by se kaly využívaly a pro ČOV by byla navrhnuta i zajímavá cena.

14. DISKUZE Dříve se kaly z ČOV Vyškov využívaly pro přímou aplikaci na půdu. Náročné ale bylo, že se musely dělat přesné rozbory půdy i kalu a znát předem osevní postup. Kal se také mohl vyvážet pouze v určitých částech roku a v určitých podmínkách (nesmí se vyvážet na zmrzlou půdu, nesmí pršet, půda musí být bez vegetace…), a proto by ČOV musela mít skladovací prostory. Ty by se musely samozřejmě vybudovat a řádně zabezpečit, což by bylo také finančně náročné. Za přímou aplikaci na pole by ČOV za

46

rok 2008 zaplatila 2 219 724 Kč. Velkým argumentem pro nevyužívání kalu pro přímou aplikaci na půdu, je zvýšená koncentrace niklu v porovnání s maximální hodnotou koncentrace v kalu a to o 35,2 mg/kg sušiny. V letech 2006 to bylo dokonce o 128,55 a v roce 2007 o 90,25 mg/kg sušiny. Pro rekultivaci platí stejné maximální hodnoty koncentrace kalu jako u přímé aplikace na půdu. Kal proto není vhodné takto využívat. Odbyt kalu pro rekultivaci je pouze nárazový, a proto by taktéž musela mít ČOV vybudované skladovací prostory. Skládkování kalu je vysoce finančně náročné (2 446 359 – 3 171 033 Kč/rok), ale hlavně není ekologicky výhodné. Ze skládky unikají plyny, které škodí životnímu prostředí. Obrovskou nevýhodou je, že se nevyužijí hnojivé účinky kalu. Využívání kalu jako součást stavebních materiálů je ekologicky výhodné. Problémem je, že kal se musí nejprve vysušit, což je velice ekonomicky náročné. Musí se také sledovat koncentrace těžkých kovů, ty se ale zředí přidáním kalu např. do hmoty na výrobu cihel. Sušení

a

spalování

není

výhodné

jak

z hlediska

ekologického,

tak

ekonomického. Při této likvidaci kalu dochází k úniku těkavých látek a hlavně se nevyužije kvalitní hnojivé hodnoty kalu. Sušení a spalování je nejdražší způsob likvidace kalů. Za spalování ČOV musí zaplatit od 4 624 425 do 4 932 720 Kč. Stávající způsob ČOV Vyškov nakládání s kaly, tedy kompostování je výhodné z ekonomického hlediska, jedná se o nejlevnější variantu (2 007 805 Kč/rok). Z ekologického hlediska je také výhodné, protože se zmenší koncentrace těžkých kovů přidáním odpadů z městské zeleně a dalších biologických materiálů. ČOV Vyškov využívá kal již při jeho stabilizaci a hygienizaci ve vyhnívacích nádržích pro výrobu bioplynu. Tím ušetří peníze (199 362 Kč) za vytápění objektů.

Tab. č. 8 Porovnání způsobů nakládání s kaly způsob nakládání s kaly

cena Kč/rok

kompostování

2 007 805

přímá aplikace na půdu 2 219 724 skládkování

2 818 696

spalování

4 778 573

Viz přílohy: graf č. 27 Porovnání způsobů nakládání s kaly

47

15. ZÁVĚR Při porovnání všech dostupných způsobů odstraňování kalu bylo zjištěno, že kompostování je pro ČOV Vyškov nejvýhodnější jak z ekonomického i ekologického hlediska. Tato metoda vyšla ze všech porovnávaných jako nejlevnější, úspory oproti ostatním porovnávaným metodám jsou výrazné (viz graf č. 27 Porovnání způsobů nakládání s kaly). Cenově srovnatelná je pouze přímá aplikace kalu na pole, tu však nelze využít vzhledem k nevyhovující kvalitě kalu (zvýšené koncentraci niklu). Ekologický přínos kompostování spočívá v možnosti kontroly koncentrace těžkých kovů v konečné surovině a tím i snížení vnosu těchto prvků do půdy. Nezanedbatelný je též obsah živin a jejich hnojivý účinek, který u jiných způsobů odstranění kalů zůstává nevyužitý. Díky vlastnostem surového kalu a kvalitě vyhnívacího procesu není na ČOV Vyškov nutné využívat žádnou další metodu hygienizace. Při vyhnívání je vyvíjen bioplyn, který je využíván k ohřevu vyhnívacích nádrží a provozních budov, čímž se výrazně sníží náklady na celkový provoz čistírny.

48

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 a kol.: 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 17. www.irz.cz 18. http://hygiena.gastronews.cz 19. www.agris.cz 20. Provozní řád ČOV Ruprechtov, AQUA PROCON s.r.o. (projektová a inženýrská společnost) 10/2005 21. www.bezjedu.arnika.org 22. Říhová Ambrožová J.: Encyklopedie hydrobiologie: výkladový slovník, VŠCHT Praha, 2007

49

23. www.e-voda.cz 24. Pytl Vladimír a kol., Příručka provozovatele čistírny odpadních vod, Praha, Medim, spol. s r.o. 2004, ISBN 80-239-2528-8 25. http://homen.vsb.cz 26. www.zemniplyn.cz 27. Sokolář

Radomír,

Petrů

Aleš,

Uplatnění

pokročilých

materiálů

v integrovaném návrhu konstrukcí, VUT Brno, 2008 28. www.duis.cz 29. Problematika zpracování a využití kalů z ČOV, Ostrava 1999, VŠB-TU, ISBN 80-7078-652-3

50

TABULKY: Tab. č.1 Produkce kalu na ČOV Vyškov v letech 2006 – 2008....................................... 22 Tab. č. 2 Produkce kalu na ČOV Bučovice v letech 2006 – 2008 .................................. 25 Tab. č. 3 Produkce kalu na ČOV Ruprechtov v letech 2006 – 2008............................... 26 Tab.č.4 srovnání vlastností a složení kalů ve velké (Vyškov), střední (Bučovice) a malé (Ruprechtov) čistírně odpadních vod v letech 2006 – 2008 ........................................... 30 Tab. č. 5 Množství vyprodukovaného bioplynu (m3)....................................................... 40 Tab. č. 6 Porovnání mezních hodnot koncentrací v kalech používaných ke kompostování se skutečným stavem na ČOV Vyškov ............................................................................. 41 Tab. č. 7 Porovnání maximálních a skutečných hodnot rizikových látek ....................... 42 Tab. č. 8 Porovnání způsobů nakládání s kaly ............................................................... 47