Mendelova zemědělská a lesnická univerzita v Brně Agronomická fakulta Ústav zemědělské, potravinářské a environmentální techniky
Bakalářská práce
BRNO 2006
Jan Krištofík
2
Mendelova zemědělská a lesnická univerzita v Brně Agronomická fakulta Ústav zemědělské, potravinářské a environmentální techniky
Hygienizace kalů z čistíren odpadních vod Bakalářská práce
Vedoucí bakalářské práce:
Vypracoval:
Ing. Tomáš Vítěz
Jan Krištofík
Brno 2006
3
Prohlášení
Prohlašuji, že jsem diplomovou práci na téma Hygienizace kalů z čistíren odpadních vod vypracoval samostatně a použil jen pramenů, které cituji a uvádím v přiloženém soupisu literatury. Souhlasím, aby práce byla uložena v knihovně Mendelovy zemědělské a lesnické univerzity v Brně a zpřístupněna ke studijním účelům.
V Brně,dne 25.03.2006
………………………… Podpis studenta
4
Anotace
Krištofík Jan. Hygienizace kalů z čistíren odpadních vod. Bakalářská práce. Brno, 2006.
Tato bakalářská práce se zabývá hygienizací kalů jako součástí kalové koncovky ČOV. Skládá se z nastínění současného stavu hygienizace kalů, seznámení z různými, používanými technologiemi a způsoby hygienizace kalů. Dále popisuje a hodnotí řešení možné hygienizace kalů v daném podniku, a pokusí se vyvodit doporučení pro budoucí praxi.
Anotation
Krištofík Jan, The hygienisation of sludge from sewage plants ./ The Bachelor work /, Brno 2006.
This Bachelor work deals with the hygienisation of sludge as a part of sludge final component of sewage plants. This work consists of a description of current level of this process and a description of used technologies and ways of hygienisation of sludge. It also describes and evaluates the solutions of sludge hygienisation in a given plant and will try to deduce suggestions for future practice.
5
Obsah
OBSAH ............................................................................................. 5 1 ÚVOD PRÁCE A CÍL PRÁCE ........................................................... 6 1.1 Úvod....................................................................................... 6 1.2 Cíl práce ................................................................................ 7 2 ZÁKLADNÍ POJMY A LEGISLATIVA KALOVÉ PROBLEMATIKY ...... 8 2.1 Základní pojmy stabilizace a hygienizace kalů z ČOV ......... 8 2.2 Kategorie kalů ..................................................................... 10 2.3 Základní pojmy ve znění právních předpisů ....................... 11 2.4 Legislativa ........................................................................... 11 3 SOUČASNÝ PŘEHLED HYGIENIZACE ČISTÍRENSKÝCH KALŮ ...... 13 4 METODY HYGIENIZACE KALŮ .................................................... 14 4.1 Základní dělení hygienizačních metod ................................ 14 4.2 Technologické procesy spojené s hygienizací kalu – kal kategorie I.................................................................................. 14 4.3 Technologické procesy spojené s hygienizací kalů–kal kategorie II. ............................................................................... 15 4.4 Konkrétní systémy (metody) hygienizace (stabilizace) kalů 15 4.4.1 Anaerobní stabilizace ....................................................... 15 4.4.2 Alkalizace vápnem............................................................ 17 4.4.3 Metoda Aerotherm............................................................ 21 4.4.4 Metoda Pasterizace .......................................................... 24 4.4.5 Hygienizace čistírenských kalů čistým kyslíkem .............. 27 4.4.6 Metoda ATS - Aerobní termofilní stabalizace kalů.......... 33 5 HODNOCENÍ ZPŮSOBU HYGIENIZACE KALŮ NA ČOV KRNOV ... 36 5.1 Stávající kalové hospodářství ČOV Krnov.......................... 36 5.1.1 Základní výkonové parametry linky odvodnění ............... 36 5.1.2 Doporučení pro praxi....................................................... 37 6. ZÁVĚR ....................................................................................... 38 7 LITERATURA............................................................................... 40
6
1 Úvod práce a cíl práce
1.1 Úvod Úroveň odvádění splaškových vod od obyvatelstva a kapalných odpadů vznikajících při průmyslové a zemědělské činnosti a následné nakládání s nimi vypovídá mnohdy více o kulturním, sociálním, technickém a ekonomickém stupni rozvoje dané společnosti více než počet vystavěných chrámů, tuny produkce určité komodity na obyvatele či počet prosperujících bankovních domů. Stokování a čištění odpadních vod a všechny procesy s tím spjaté jsou odrazem péče dané společnosti o to, co dnes nazýváme módním termínem trvale udržitelný rozvoj. Velké metropole starověkého světa, byly z hlediska stokování vybaveny mnohem dokonaleji než hlavní města ranně středověkých křesťanských států. Z historie antiky jsou známy i pokusy čistit centrálně odvedené splaškové vody metodami, které jsou dnes znovu zaváděny pod hlavičkou „přírodní metody čištění odpadních vod“. V Evropě jsou stokové sítě systematičtěji budovány od přelomu 18. a 19. století.. Nejvíce se problémy se znečištěním toků projevily v Anglii, která byla v té době průmyslovou velmocí s největší koncentrací obyvatelstva.. To vedlo k nutnosti zabývat se kvalitou vody v řekách.. Vývoj čištění odpadních vod v Anglii vedl až k vynálezu aktivačního procesu v r. 1914. V roce 1893 byl rada Lindley pověřen vypracováním generálního plánu pražské stokové sítě i projektu „kanalizační“ čistírny. V letech 1965-1967 je na Císařském ostrově v Praze uvedena do provozu největší aktivační čistírna odpadních vod ve střední Evropě. Z rozboru historického vývoje čistírenství u nás ve srovnání s vodohospodářsky vyspělými evropskými státy vyplývá, že bychom se v našem čistírenství měli setkávat s obdobnými
technickými
a
technologickými
problémy
jako
v těchto
státech.
K významným problémovým okruhům patří především: 1.
Vyrovnání se s postupně se zpřísňujícími nároky legislativy na ochranu vod před
znečištěním, zejména s ohledem na nutnost snížení zátěže recipientů nutriety- tím by se měla eutrofizace recipientů, která je v podmínkách Evropy značná, omezit.
7
2. S tímto požadavkem je nutno se vyrovnat bez ohledu na to, jedná-li se o starou či novou čistírenskou kapacitu. To ve svém důsledku vyvolá značný tlak na modernizaci existujících ČOV. 3.
Se stále rostoucími cenami všech vstupů do procesu odpadních vod (z hlediska jak
nákladů provozních, tak investičních) se zvýrazňuje nutnost úspor při odvádění a čištění odp. vod, aby se ceny za tyto úkony udržely v mezích, které jsou ekonomicky ještě únosné 4. Čistírny odpadních vod jsou významnými producenty kalů a dnes hraje technologie jejich zpracování i možnosti konečné likvidace dominantní roli v celé Evropě. V této otázce jsou čistírny odpadních vod velmi závislé na legislativě týkající se zpracování odpadů. 5
V celé Evropě je velmi akceptována problematika čištění odpadních vod z malých
zdrojů i z rozptýlené zástavby. Pokud nebude tato kategorie zdrojů solidně ošetřena, nelze hovořit o komplexní ochraně recipientů před znečištěním.
1.2 Cíl práce Cílem práce je poskytnout informace o současném stavu a metodách hygienizace kalů v České republice, seznámit čtenáře se základní terminologií a legislativou a stručně objasnit další náležitosti řešené tématiky. - práce má vysvětlit základní technologické principy metod hygienizace kalů.(nastínit procesy s hygienizací kalů spojené). Dále pak podrobněji informovat o vybraných a dosud již popsaných procesech hygienizace kalů z ČOV (termické, chemické a biologické metody), z nichž některé jsou v praxi zavedeny a některé jsou do praxe zaváděny. V poslední třetině práce zhodnotím možnosti hygienizaci kalů v konkrétním podniku a nastíním možnosti pro další praxi.
8
2 Základní pojmy a legislativa kalové problematiky Co je to čistírenský kal? Čistírenské kaly představují suspenzi pevných látek a agregovaných koloidních částic, původně přítomných v odpadních vodách nebo vzniklých v průběhu jejich čištění. Složení a obsah sušiny záleží na charakteru znečištění odpadních vod a na čistírenských procesech kterými byla daná odpadní voda podrobena. Z legislativního hlediska spadají kaly z čistíren odpadních vod (dále jen kaly z ČOV), pod účinnost zákona č. 185/2001 Sb., o odpadech ve znění pozdějších předpisů (zákon. č. 188/2004 Sb.). Důvody proč se hygienizace kalů z ČOV stává vysoce aktuálním tématem jsou zejména legislativní (přednostní využití kalů v zemědělství atd.) navíc do roku 2010 musí mít všechny obce nad 2 000 obyvatel čistírnu odpadních vod (směrnice Rady 91/271/EEC o čištění městských odpadních vod), což implikuje nárůst produkce kalů. Požadavky na kvalitu kalů vyplývají z právních norem Evropského společenství a České Republiky. U čistírenských kalů je všeobecně požadováno, aby byla snižována jeho produkce, aby byl kal přednostně využíván a aby byly omezeny jeho nebezpečné vlastnosti – především z hlediska hygienického. Pro využívání kalů v zemědělství je předpokladem jejich nezávadnost z hlediska vnosu cizorodých látek do půdy a z hlediska možné mikrobiální kontaminace půdy vnosem zárodků patogenních mikroorganismů. Nezanedbatelnou okolností zdůrazňující závažnost optimálního řešení kalové koncovky ČOV je dána i výší nákladů na zpracování kalů, které činí cca 30% celkových provozních nákladů ČOV.
2.1 Základní pojmy stabilizace a hygienizace kalů z ČOV
V zákoně o odpadech č. 185/2001 Sb. je definice kalu a stabilizovaného kalu velmi podobná. Surový kal obsahuje okolo 70 % organických látek v sušině a vzhledem k možné přítomnosti patogenních organismů je podle zákona o odpadech klasifikován jako nebezpečný odpad se všemi důsledky z toho vyplývajícími – z tohoto důvodu musí být na ČOV aplikována taková technologie úpravy kalů, jež promění „surový“ kal z nebezpečného odpadu ve stabilizovaný materiál, který je díky svým vlastnostem předurčen k využití v zemědělství nebo v kompostárenství.
9
Stupeň stabilizace je pojímán jako míra určitých vlastností kalu, vyjadřující vhodnost kalu pro určitý způsob jeho využití – neexistuje universální kritérium pro posouzení stability kalu.
Obecně se pokládá za stabilizovaný kal takový, který nezpůsobuje žádné škody na životním prostředí a nevyvolává obtíže (nepříjemnosti) při zacházení s ním. Pojem „škoda“ může být chápán jako nežádoucí účinek na stav ekologie. Vlastnost způsobující tento účinek může být buď toxicita, nebo může spočívat v akumulaci hromadění nežádoucího inertního materiálu. Pojem „obtíže“ může být posuzován jako negativní působení na smysly člověka (zápach, neestetický vzhled). Z hlediska technologického se za stabilizovaný kal pokládá kal upravený tak, aby nedocházelo k jeho dalšímu biologickému rozkladu.
Hlavním požadavkem pro možnost dalšího zpracování a využívání kalů je ve většině případů jejich hygienické zabezpečení (odstranění patogenních organismů), při tom hygienizace kalů nemusí znamenat jeho stabilizaci z hlediska technologického a naopak. Po oddělení obou pojmů lze definovat stabilizovaný kal jako kal, který prošel takovou úpravou, že procentické množství rozložitelných organických látek v celkovém objemu kalu a biologická aktivita kalu je snížena na takovou hodnotu, že již nepodléhá spontánnímu biologickému rozkladu. Za hygienizovaný kal se pokládá kal, který prošel takovou úpravou, že počty indikátorů patogenních organismů byly sníženy na požadovanou hodnotu. Stabilizace a hygienizace může, ale nemusí probíhat současně tou samou technologií.
10
2.2 Kategorie kalů
Kategorie I. – kaly, které je možno obecně aplikovat na půdy využívané v zemědělství při udržení ostatních ustanovení vyhlášky (Vyhl. MŽP č. 382/2001 – podmínky pro využití upravených kalů v zemědělství)
Kategorie II. – kaly, které je možno aplikovat na zemědělské půdy určené k pěstování technických plodin, na půdy na kterých se nebude minimálně 3 roky po aplikaci kalů pěstovat zelenina a intenzivně plodící ovocná výsadba při dodržování zásad ochrany zdraví při práci a ostatních ustanoveních vyhlášky (pokud kaly nesplní limity pro kal II. kategorie, je i pro malé ČOV nezbytná jejich dodatečná hygienizace například alkalizací vápnem. Mikrobiologická kriteria pro kategorie kalů uvádí následující tabulka.
Tab. 1 Mikrobiologická kritéria
Přípustné množství mikroorganismů (KTJ)* v gramu sušiny aplikovaných kalů Kategorie kalů
Termotolerantní koliformní
enterokoky
Salmonella sp.
bakterie I.
méně než 103
méně než 103
negativní nález
II.
103 – 105
103 - 105
negativní nález
* (kolonie tvořící jednotky)
Poznámka: Z mikrobiologického hlediska jsou v surovém, smíšeném a částečně i ve stabilizovaném kalu přítomny tyto skupiny organismů a viry
-
bakterie (psychrofilní, mezofilní i termofilní)
-
viry (enteroviry)
-
nižší houby (plísně, kvasinky) a jejich spory a toxiny
-
nižší živočichové (roztoči, červi) a jejich vajíčka
11
Jako potenciální patogeny se sledují především skupiny mikroorganismů: termotolerantní koliformní, enterokoky, a salmonella sp., vajíčka helmitů, a enteroviry. Podle celkového obsahu potenciálně patogenních organismů se pak kaly rozdělují do výše uvedených kategorií (viz. Tab1)
2.3 Základní pojmy ve znění právních předpisů
Kal dle druhu:
-
primární – obsahuje usaditelný podíl nerozpuštěných látek v odpadní vodě
-
biologický – přebytečný kal z aktivačního systému, nebo kal z biologické filtrace (směs inertních nerozpuštěných látek a vyprodukované biomasy)
-
chemický – kal z chemického srážení fosforu
2.4 Legislativa Přehled právních předpisů týkajících se kalové problematiky Vyhlášky/nařízení vlády K zákonu o odpadech č. 185/2001 Sb. -
-
Vyhl. č. 381/2001 Sb., Katalog odpadů – MŽP (19 08 Odpady z čistíren odpadních vod jinde neuvedené, 19 08 05 Kaly z čistíren komunálních vod – je třeba prokázat, že nejsou NO) Vyhl. č. 382/2001 Sb., o podmínkách použití upravených kalů na zemědělské půdě Vyhl. č. 383/2001 Sb., o podrobnostech nakládání s odpady – MŽP Vyhl. č. 376/2001 Sb., o hodnocení nebezpečných vlastností odpadů Nař. vlády č. 197/2003 – MŽP Vyhl. č. 294/2005 Sb., o podmínkách ukládání odpadů na skládky a jejich využívání na povrchu terénu a změně vyhlášky č. 383/2001 Sb., o podrobnostech nakládání s odpady
K zákonu o hnojivech -
Vyhl. č. 474/2000 Sb., o stanovení požadavků na hnojiva Vyhl. č. 477/2000Sb., o agrochemickém zkoušení zemědělských půd
12
Pozn.: Problematikou čistírenských kalů se zabývá pracovní dokument EU o kalech (ENV.E3/LM,Draft 3, Brusel, 27. 4. 2000, který doporučuje v co největší míře využití čistírenských kalů v zemědělství a navrhuje podmínky pro aplikaci kalů do půdy).
13
3 Současný přehled hygienizace čistírenských kalů V roce 2004 bylo vybráno celkem(Českou inspekcí životního prostředí) 100 čistíren odpadních vod různých velikostí (do 10 tis. EO, 10 až 50 tis. EO a nad 50 tis. EO). Prověrka hygienizace a nakládání s kaly z ČOV byla provedena na základě vícesložkového úkolu zařazeného do Plánu činnosti ČIŽP pro rok 2004. Cílem kontrol bylo zjistit, zda provozovatelé čistíren odpadních vod plní povinnosti stanovené zákonem č. 185/2001 Sb. o odpadech. Při kontrolách bylo zjištěno, že hygienizace kalů z ČOV je prováděna jen v málo případech (nejčastěji chlorovým vápnem nebo mletým dolomitickým vápencem. V současné době přibývá ČOV, jenž jsou rekonstruovány (včetně řešení kalových koncovek i jinými metodami než jen vápněním). Další skupinou jsou ČOV s výrobou bioplynu u nichž je nejčastější způsob stabilizace mezofilní anaerobní digesce ve vyhnívacích věžích při teplotě 35-45 ˚C.Následují čistírny s pasteračními linkami(v dnešní době zaváděné u některých rekonstruovaných ČOV) a další s jinými systémy hygienizace. Mezi ně můžeme zařadit čistírnu odpadních vod v Brně-Modřicích, kde je nově zrekonstruovaná sušárna kalů Část kalů je předávána na zařízení provádějící kompostování (kompostárny), v menší míře do zařízení provádějících silicifikaci odpadů nebo na biodegradační plochy. V některých regionech (střední, jižní a severní Čechy) byl zaznamenám pokles využívání kalů na zemědělské půdě- ve zvýšené míře zde producenti kalů deponují kaly na skládky. Dělo se tak v rozporu s vyhláškou č. 383/2001 Sb., ve znění vyhlášky č. 41/2005 Sb., o podrobnostech nakládání s odpady, příloha č. 8, podle níž je zakázáno kaly ukládat na skládky všech skupin.
14
4 Metody hygienizace kalů Obecně lze k hygienizaci kalu použít všech metod při kterých dochází k usmrcování mikroorganismů. Hygienizace kalů může probíhat přímo v technologické lince úpravy a zpracování kalů (kdy současně probíhá stabilizace a hygienizace) a nebo před stabilizací kalů, tzv. předúprava (např. úplná dezintegrace kalu fyzikálními nebo chemickými metodami). Taková to předúprava kromě hygienizačního efektu také velmi příznivě působí na proces biologické stabilizace kalu. Po stabilizaci, následná úprava (kal se podrobí vhodné hygienizační metodě).
4.1 Základní dělení hygienizačních metod
Hygienizační metody lze rozdělit do dvou hlavních skupin:
-
biologické - aerobním nebo anaerobním způsobem
-
chemické – použití silných oxidačních činidel (Cl2, CaO)
-
termické – zvýšená teplota( pasterizace, sušení atd.
4.2 Technologické procesy spojené s hygienizací kalu – kal kategorie I.
a) sušení při teplotě vyšší než 80 ˚C b) duální systém – první autotermní aerobní stabilizace při teplotě nad 55 ˚C, druhý stupeň - mezofilní anaerobní stabilizace c) autotermní aerobní stabilizace při teplotě nad 55 ˚C, doba od nadávkování kalu po jeho odběr z reaktoru musí být minimálně 20 hod.
d) termofilní anaerobní stabilizace při teplotě nad 55 ˚C, doba od nadávkování kalu po jeho odběr z reaktoru musí být minimálně 20 hod.
15
e) termická předúprava surového kalu při teplotách min. 70 ˚C po dobu 30 min. a následná mezofilní nebo termofilní stabilizace f) alkalizace vápnem na hodnotu pH 12 při dosažení teploty na 55 ˚C a udržení těchto hodnot po dobu minimálně 2 hodin g) alkalizace vápnem na hodnotu pH 12 při teplotě okolí po dobu minimálně 3 měsíců, po tuto dobu nesmí pH poklesnout pod 12
4.3 Technologické procesy spojené s hygienizací kalů–kal kategorie II.
a) autotermní aerobní stabilizace při teplotě nad 55 ˚C následovaná anaerobní termofilní, nebo mezofilní stabilizací s průměrnou dobou zdržení 20 dní, nezávisle na způsobu dávkování a odběru kalu b) kondicionace vápnem nad pH 12 a udržení pH na této hodnotě po dobu nejméně 24 hodin c) mezofilní anaerobní stabilizace při teplotě 35 ˚C s průměrnou dobou zdržení 15 dní d) prodloužená aerobní stabilizace při teplotě prostředí bez přidávání a odběru kalu po dobu stabilizačního cyklu (doba se stanovuje dle klimatických podmínek)
4.4 Konkrétní systémy (metody) hygienizace (stabilizace) kalů
Ze známých metod hygienizace jsou vyzdviženy tyto: Z metod biologických anaerobní stabilizace ve vyhnívacích nádržích Z metod chemických: alkalizace vápnem Z metod fyzikálních (termických): pasterizace, systém Aerotherm, AATS, ATS
4.4.1 Anaerobní stabilizace
Na ČOV je anaerobní způsob stabilizace kalu realizován ve vyhnívacích (methanizačních) nádržích, pracujících na semikontinuálním principu. Průběžně je část kalu z nádrže vypuštěna a nahrazena čerstvým surovým kalem, který je třeba dobře rozmíchat s vyhnilým kalem, aby došlo ke styku anaerobních bakterií s organickou hmotou surového
16
kalu. Děje se tak nucenou cirkulací čerpadly, při čemž se nikdy nemísí vyhnilý kal s kalem surovým před jeho vstupem do vyhnívací nádrže. U vyhnívacích nádrží (VN) se cirkuluje kal přes výměník tepla.Účinným způsobem míchání obsahu VN je cirkulace bioplynem pomocí speciálních kompresorů. Mícháním obsahu VN se také brání vzniku kalového stropu, který se jinak tvoří na hladině kalu z flokujících částic(vlákna, tukové látky aj.) a není-li průběžně rozrušován, vytvoří kompaktní hmotu, snižující účinný objem nádrže, která pak musí být po určité době provozu pracně čištěna.
Základní technologické provozní parametry methanizace jsou:
1) doba zdržení (výpočtová) tz (dny) : tz = Q sk/V 2) objemové látkové zatížení organickou hmotou :B v…….(kg.m3.d-1) definované vztahem:
Bv =( 1000. Q sk. fs. fo)/ V kde V je objem VN (m3), Q sk je množství surového kalu přiváděné denně do VN (m3.d-1)
rozhodujícím provozním parametrem při methanizaci čistírenského kalu je průměrná doba zdržení kalu, to je doba, po kterou proces probíhá a teplota, při níž je methanizace realizována. Tyto určují především stupeň rozkladu organické hmoty. Látkové zatížení je parametrem odvozeným, závislým na době zdržení kalu a koncentraci jeho sušiny. V průběhu methanizace dochází k částečnému rozkladu organické hmoty za tvorby bioplynu. Změny anorganické hmoty kalu, přesněji řečeno zbytku po žíhání jsou přitom nepodstatné. Stupeň rozkladu organické hmoty – P(%) lze vyjádřit vztahem :
P= (100. ( fos – fov ))/ (fos.( 1-fov )) kde fos, resp. fov je podíl organické hmoty v sušině surového resp. vyhnilého kalu.
17
Stupeň odbourání organické hmoty závisí na jejím složení. Bylo prokázáno, že je přímo úměrný obsahu organické hmoty v surovém kalu. Cílem methanizace však není úplný rozklad biologicky odbouratelné organické hmoty, ale jen dosažení takového stupně rozkladu, při němž je kal dostatečně stabilizován, což se nazývá stupněm technického vyhnití. Podle provozní teploty se rozlišují VN na vyhřívané a nevyhřívané. Podle počtu za sebou řazených fermentorů se rozlišuje jednostupňový nebo dvoustupňový proces. Dvoustupňový je používán často v kombinaci vyhřívaného 1. stupně s nevyhřívaným 2. stupněm, v němž kal dohnívá, je zahušťován a oddělován od kalové vody, vracené do čistícího procesu.
U vyhnívacích nádrží se obvykle volí provozní teploty v oblastech mezofilního(40-45˚C), zřídka pak v oblastech termofilního vyhnívaní(50-60˚C). Při teplotě okolo 40˚C je průměrná výpočtová doba zdržení 20- 30 dnů, objemové látkové zatížení organickou hmotou je 0,5 až 1,5 kg.m3.d-1.
Míra hygienizace je závislá na době zdržení kalu ve fermentoru a na teplotě(mezofilní, termofilní).(Malý, Malá, Chemie a technologie vody 2002)
4.4.2 Alkalizace vápnem
Je to jedna z nejjednodušších a nejlépe prakticky vyzkoušených tzv. dodatečných či následných metod hygienizace, kde stávající linka na zpracování kalu je doplněna speciálním hygienzačním stupněm. Výhodou této metody jsou především nízké investiční náklady, zlepšení struktury kalu, vysoká účinnost eliminace salmonel, vhodnost použití kalu pro půdy s nízkým pH, zvýšení sušiny odvodněného kalu.
Hygienizace vápnem spočívá v přidání vápenné kaše, nebo práškového vápna v takovém množství aby bylo dosaženo buď :
a) hodnoty pH 12, teploty přes 55˚C a doby zdržení 2 hod. b) nebo pH 12a zdržení bez poklesu pH po dobu 3 měsíců.
18
Obecně je možné dávkovat vápno do tekutého kalu (používá se u kalolisu ), nebo přímo do odvodněného kalu. Alkalizací je možno provádět pomocí surového nehašeného vápna, nebo vápenného hydrátu. Při dávkování CaO dochází k silné exotermní reakci s vodou vázanou v kalu za vzniku hydroxidu vápenatého : CaO + H2O → Ca(OH) 2. Je to nejčastěji používaná metoda. V závislosti na jakosti kalu i vápna se dávka CaO pohybuje v rozmezí 10 – 30% v přepočtu na sušinu kalu. Kromě redukce počtu mikroorganismů a dusíku dochází ke zvýšení celkové sušiny kalu. Při směšování CaO s kalem se vyvíjí amoniak , který je nutno z provozních místností odvětrat. Již v roce 1985-86 probíhal výzkum vlivu CaO na mikroflóru vyhnitých kalů , optimální dávka vápna byla určena v rozmezí 15 – 20%. Při následném skladování byl zaznamenán nejlepší účinek při dávce 20%. Stabilita počtu mikroorganismů byla vyšší při skladování do 8 týdnů. Při delším čase skladování docházelo k nárůstu počtu mikroorganismů (skladování na hromadě).
Obvyklá skladba hygienizační linky :
-
zásobní silo na kal(40 t)
-
suchý dávkovač vápna a dopravník vápna
-
dopravník (nejčastěji šnekový) odvodněného kalu
-
mísič kalu a vápna
-
dopravní systém upraveného kalu
-
dezodorizační jednotka včetně vzduchotechniky pro eliminaci výparů amoniaku
-
skládka kalu – nejlépe kalová sila
Pozn.: někdy se z úsporných důvodů nepoužívá k homogenizaci kalu s vápnem samostatný mísič, ale šnekový dopravník za cenu nižší homogenizace. Pro dopravu hygienizovaného kalu lze použít i vřetenových vysokotlakých čerpadel.
19
Obr. 1 Schéma linky firmy ZVVZ
Firma ZVVZ a.s. dodává tuto technologii, také vyvinula zkušební zařízení pro ověřování kvality hygienizace touto technologií v praxi. Toto zařízení se skládá z:
-
integrované míchací jednotky, která zajišťuje míchání odvodněného kalu s práškovým vápnem a současně dopravuje zamíchanou směs do kontejneru , kterým je kal odvážen
-
z dávkovací jednotky, která zajišťuje dávkování práškového vápna ze zásobníku do integrované míchací jednotky.
20
Obr. 1 Prototypové zařízení firmy ZVVZ a.s.
Na zařízení pro chemickou hygienizaci vápnem firmy ZVVZ a.s. bylo při zkušebním provozu na ČOV Milevsko dosaženo těchto výsledků viz tabulka (výsledky podává firma ZVVZ a.s.)
Tab. 2 Mikrobiologická kvalita kalu
ukazatel
před
po
povolená
hygienizací
hygienizaci
hodnota*
KTJ*g -1 suš.
8 × 104
4 × 101
< 103
enterokoky
KTJ*g -1 suš.
7,8 × 104
1,2 × 104
< 103
Salmonella sp.
v 50g
pozitivní
negativní
negativní
termotolerantní
jednotky
bakterie
* Podle vyhlášky č. 382/2001 pro I. kategorii kalů.
Investiční náklady na linku pro ČOV cca 100 tis. EO se pohybují v rozmezí 6 – 8 mil. Kč.
21
Provozní náklady výrazně ovlivňují náklady na dopravu vápna, pro dovozovou vzdálenost kolem 100 km tvoří náklady na dopravu vápna cca 50% provozních nákladů(KONEKO s.r.o Terciární stupeň čištění a hygienizace kalů ČOV Krnov). Orientační hodnota provozních nákladů na hygienizaci vápnem je cca 150 Kč/t.(KONEKO s.r.o Terciární stupeň čištění a hygienizace kalů ČOV Krnov)
Nevýhody hyginezace vápnem: -
Dochází ke ztrátám dusíku v sušině kalu
-
Při dávkování CaO nutnost intenzivního větrání
-
Zvýšené náklady na temperovaní stanice v zimě
-
Nevhodnost aplikace kalu na jiné než kyselé půdy
Nutnost míšení kalu se zeminou, popřípadě kompostem (pro aplikaci do půd) (KONEKO s.r.o Terciární stupeň čištění a hygienizace kalů ČOV Krnov, Malý J., Malá J., Chemie a technologie vody, NOEL 2000 s.r.o., Brno 1996) -
4.4.3 Metoda Aerotherm Metoda Aerotherm patří mezi metody termické. Metody termické využívají zvýšenou teplotu . Tyto procesy pracují s neodvodněným kalem s obsahem sušiny okolo 5 – 8% a používají se častěji u větších čistíren odpadních vod.
Při aplikaci metody aerotermní stabilizace a hygienizace je tepelná energie pro ohřev získávána exotermní reakcí surového kalu v aerobním reaktoru(zahřátí kalu na teplotu 60˚C), kde se odbourá 5 – 10% organické hmoty kalu, a následně je kal čerpán do vyhnívací nádrže, kde je v anaerobním stupni dokončena jeho stabilizace(zbývající organická hmota přemění v bioplyn). Dalším zdrojem energie pro krytí tepelných ztrát reaktoru je horká voda cca. 80˚C dodávána do topného pláště reaktoru z plynové či jiné kotelny, popřípadě z kogenerační jednotky (je-li nainstalována).
22
Předností této duální technologie jsou výrazně menší nároky na kapacitu mezofilních vyhnívacích nádrží, které také není nutno již vytápět a nízký obsah sulfanu v bioplynu, který již není běžně potřeba před spalováním odsiřovat(http://zvvz.cz/hygienizace/index./).
V případech kde není uvažována produkce bioplynu, odpadá instalace mezofilních vyhnívacích nádrží. Celý proces stabilizace odbouráním organické složky kalu i proces hygienizace proběhne pouze jednostupňově v aerotermním reaktoru při prodloužené době zdržení. Přednosti metody Aerotherm: -zařízení je schopné pružně reagovat na změny množství vstupujícího kalu (provozně ověřeno) -upravovaný kal je během procesu v reaktoru hygienizován a zároveň příznivě fyzikálně a -enzymaticky připravován pro další zpracování (zahušťování, produkce bioplynu) -pro menší ČOV může Aerotherm plnit funkci stabilizace a hygienizace kalu i bez produkce bioplynu. -při produkci bioplynu je celková energetická bilance přebytková. -redukce obsahu sušiny v kalu snižuje požadavky na skladovací prostory i náklady na dopravu kalů z ČOV. -odpadní vzduch z procesu je před vypouštěním zbaven zápachu v pachovém filtru. -proces je řízen elektronicky a nevyžaduje trvalou obsluhu (http://www.zvvz.cz/hygienizace/index.html)
23
Obr. 2 Provozní schéma metody Aerotherm
Metoda Aerotherm je provozována na více než 100 ČOV v západní Evropě. V ČR byla první referenční stavba uvedena do provozu v roce 1996 na ČOV Bystřice pod Hostýnem. Další aplikace je provozována na ČOV Třebíč(s vystavěnými VN) od počátku roku 2003 (mikrobiologické rozbory viz tabulka č. 3). Tab. 3 Mikrobiologická kvalita kalu z ČOV Třebíč před a po zpracování
ukazatel
jednotky
před hygienizací
po hygienizaci
povolená hodnota*
termotolerantní
KTJ*g -1 suš.
5,9 × 108
< 1 × 101
< 103
enterokoky
KTJ*g -1 suš.
7,8 × 104
< 1 × 101
< 103
Salmonella sp.
v 50g (při 37˚C)
negativní
negativní
negativní
bakterie
* Podle vyhlášky č. 382/2001 pro I. kategorii kalů.
24
Nevýhody metody Aerotherm: V praxi se ne vždy dosahuje dostatečné teploty (jen okolo 55˚C namísto 60˚C) k devitalizaci některých sledovaných patogenů.
Seznam vybraných aplikací: ČOV Bystřice pod Hostýnem, ČR ČOV Schwab München, Německo ČOV Mittleres Emmental, Švýcarsko
4.4.4 Metoda Pasterizace Pasterizace kalů je řazena mezi vyspělé metody úpravy čistírenských kalů. Kaly upravené touto metodou jsou doporučovány k aplikacím v zemědělství s minimálními omezeními. Pasterizace je proces, při kterém je surový kal(pre-pasterizace) zahřát na pasterační teplotu ( okolo 70˚C ) a při této teplotě je zdržen po dobu alespoň 30 minut. Optimální teplota pasterizace je v rozmezí 65 - 70˚C, což zaručuje vysoký stupeň devitalizace patogenních mikroorganismů.* Pasterizace je kombinována s následnou stabilizací kalu , nejčastěji anaerobní ve vyhnívací nádrži. Důvodem je, že již oslabené patogeny v redukovaném počtu nejsou schopny soutěžit o substrát s anaerobní biomasou ve vyhnívacích nádržích.
Pasterizační linka
Pasterizační proces probíhá ve třech zařízeních: rekuperační výměník kal/kal, pasterizační výměník voda/kal a pasterizační nádrž.
(* Dojde ke zničení Salmonel, většina virů a spor přežívají.)
25
Obr. 3 Aparáty pasterizační linky firmy ZVVZ a.s.
Popis pasterizační linky:
Pasterizační linka je tvořena pasterizačními a teplosměnnými aparáty. Spolu s čerpadlem kalu, potrubním propojením a armaturami tvoří jeden celek. Zdrojem tepla je teplovodní kotel s teplotou topné vody 90˚C.
K akumulaci pasterizovaného surového kalu, před jeho odvodněním na dekantační odstředivce, dochází v akumulační nádrži.
26
Hlavní aparáty
Pasterizační aparát - pastér
Pastér je aparát na zpracování vyhnilého kalu(post-pasterizace), kde dochází k mortalitě patogenů, což vede k hygienizaci kalů. K usmrcení patogenů dochází dokonalou homogenizací kalů v nádobě, rychlým ohřevem na teplotu pasterizace, to je v našem případě 70˚C, a setrváním na této teplotě po stanovenou dobu tj. dobu pasterizace. Jde tedy o tři veličiny, které mají zásadní vliv na proces pasterizace. Homogenita vsádky pastéru, druhou veličinou je teplota v lázni pastéru- teplota byla potvrzena experimentálně a má hodnotu 70˚C. Pro úspěšnou pasterizaci je nutné rychlé ohřátí kalu na tuto teplotu. Celý proces probíhá za stálého intenzivního mícháníhomogenizace. Poslední podmínkou je vlastní doba pasterizace. Z dostupné literatury má být tato doba delší než 30 minut. Provedené pokusy prokázaly, že již při této době a teplotě 70˚C dochází k devitalizaci patogenů. Devitalizaci bacilů (patogenů) je ukončen proces hygienizace kalů. Vzhledem k tomu, že může dojít při provozu ke změnám v povaze patogenů, je pasterizační aparát navržen tak, že může být prodloužena doba, případně zvýšena teplota pasterizace. Po ukončení pasterizace následuje rekuperace tepla a vypouštění pasterizovaného kalu.
Rekuperace tepla v teplosměnném aparátu
Zpětně využitelné teplo je dáno objemem (V) pasterizovaného kalu s teplotou 70˚C. Toto teplo je rekuperováno ve výměníku (např. spirálovém). V něm probíhá výměna tepla mezi pasterizovaným kalem a kalem z vyhnívací nádrže (dále jen VN) a dále se surovým kalem. Spirálový výměník je tvořen teplosměnným hadem t.j. stočenou trubkou ve tvaru spirály. Do trubky je kal nejdříve přiváděn z VN s provozní teplotou cca 35˚C, přičemž množství kalů není limitováno. Přenos tepla je limitován pouze časem a výkonem čerpadla. Pro druhý stupeň ochlazování lázně bude použito surového kalu, který má teplotu kolem 12 - 15˚C. Množství tohoto média je dané velikostí pasterizační nádoby a je
27
omezené na hodnotu objemu pasterizovaného kalu pro jedno plnění. Tato hodnota je stanovena provozními podmínkami, kdy objem surového kalu, který přitéká, je stejný jako objem odváděného pasterizovaného kalu. Po vyprázdnění pastéru nastává nové plnění a celý proces se opakuje. Vychlazený pasterizovaný kal je čerpán do zásobní nádrže a následně odvodněn na odstředivce. Zanášení v teplosměnném aparátu s ohledem na zvolenou rychlost se nepředpokládá. Pastér je vyroben tak, aby bylo možné v případě potřeby čistit teplosměnné plochy (odnímatelné víko, míchadlo a pod.). Teplosměnný aparát je součástí pasterizační nádoby a nemá další nároky na prostor.
Seznam vybraných aplikací: ČOV Maur, Švýcarsko ČOV Nesslau, Švýcarsko ČOV Wüeri, Švýcarsko
Nevýhody
Vysoké investiční náklady
4.4.5 Hygienizace čistírenských kalů čistým kyslíkem 1. Technický popis funkce experimentálního reaktoru pro AATS
Princip metody AATS pro hygienizaci a stabilizaci přebytečného kalu z ČOV
Metoda autotermní aerobní termofilní stabilizace kalu je založena na využití tepla vzniklého aerobním biologickým procesem za použití čistého kyslíku. Teplo uvolněné biologicky zprostředkovanou oxidací organické hmoty v reaktoru, zahřívá jeho obsah až na požadovanou pracovní teplotu 55 – 60 ˚C, na které je potom proces udržován předepsanou dobu. Reakce tedy nepotřebuje k termické hygienizaci kalu externí zdroj tepelné energie, jako například pasterizace nebo systém Aerotherm, ale potřebuje pouze dodávku čistého kyslíku
28
Popis zkušební jednotky Zkušební jednotka se skládá z tepelně izolovaného pracovního reaktoru, pomocných periferií pro měření objemu kalu, chlazení stabilizovaného kalu a z řídícího systému s příslušenstvím. Sledované procesy probíhají ve vlastním reaktoru o pracovním objemu asi 14 m3.
Procesní reaktor
Vlastní procesní reaktor firmy FORTEX – AGS, Šumperk, a.s. je tepelně izolovaná nádrž, která je vybavena vrtulovým míchadlem, deflektory, měřícím recirkulačním okruhem s malým vřetenovým čerpadlem pro recirkulaci zpracovaného média přes měřící a vzorkovací celu. Dále je pak vybaven měřící a vzorkovací celou, přístupnou shora, z důvodu možnosti čištění měřících čidel, vybavenou čidly INSA, pro měření koncentrace rozpuštěného kyslíku, pH, teploty a ORP. Měřící cela má zároveň sloužit k odběru zkušebních vzorků. V horní části reaktoru je také manipulační otvor. V boční stěně reaktoru je kontrolní teploměr pro kontrolu a srovnávací měření funkce čidel v měřící cele. Přívod kalu z odměřovací nádrže je přes dávkovací čerpadlo, horním přepadem trubky do reaktoru. Čistý kyslík je po provedené úpravě a doplnění nového sytícího okruhu, dodáván tryskou za přidané, výkonné oběhové čerpadlo, s vyústěním potrubí do smyčky u dna reaktoru. Kyslík je dodáván ze zásobníku kapalného kyslíku s odpařovací jednotkou přes měřící a regulační jednotku, umístěnou na rozvaděči před reaktorem.
Měřící nádrž Tato nádrž má objem asi 1 m3 a slouží k přípravě denní dávky surového kalu z flotační jednotky a měření jeho objemu před vlastní vsádkou. Nádrž je vybavena ocejchovaným plovákovým stavoznakem a vrtulovým míchadlem. Surový, zahuštěný kal se do této nádrže čerpá automaticky, přímo od zahušťovací, flotační jednotky nebo odstředivky.
Zásobní chladící nádrž
29
Tato nádrž slouží ke chlazení stabilizovaného a hygienizovaného kalu, před jeho odvodněním na odstředivce. Nádrž má objem asi 6 m3 a je vybavena vrtulovým míchadlem a plovákovým stavoznakem. Stabilizovaný kal se do této nádrže vypouští gravitačně přímo z reaktoru nebo vřetenovým čerpadlem. Z této nádrže se ochlazený kal čerpá vřetenovým čerpadlem s regulací otáček frekvenčním měničem přímo k odvodnění na dekantační odstředivku DO 250.
Zásobník kapalného kyslíku
Zásobník kapalného kyslíku je tvořen mobilní nádrží o objemu asi 640 litrů kapalného kyslíku a odpařovací a regulační jednotkou tlaku. Z této jednotky je plynný kyslík o určeném tlaku, redukovaném v rozmezí 0,05 – 0,07 MPa, veden přes řídící a měřící systém do sytícího systému, vyústěného u dna hlavního reaktoru. Při nedostatečném odběru kyslíku je nadbytečný tlak odpařeného plynu korigován přes pojistný ventil do atmosféry.
Řídící systém
Řídící systém, který je založen na speciálním průtokoměru, spojeném s řídící jednotkou, zajišťuje kontinuální regulaci průtoku kyslíku a registraci všech sledovaných hodnot. V určených intervalech jsou s časovou značkou sledovány následující hodnoty: •
Množství kyslíku
kg/den
•
Tlak kyslíku
kPa
•
Teplota kyslíku
˚C
•
pH v reaktoru
•
ORP v reaktoru
mV
•
Koncentrace kyslíku v reaktoru
mg/l
•
Teplota v reaktoru
˚C
•
Čas
Řídící systém umožňuje nastavení průtoku kyslíku v Nm3/h a registraci spotřebovaného plynu, z teploty a tlaku vypočteného množství v kg O2 za den. Orientačně byla sledována hodnota pH, teploty a dodržení nastaveného průtoku kyslíku. Registrována byla teplota stabilizovaného kalu v reaktoru také ze samostatného kontrolního čidla.
30
Stručný, obecný popis provozu
Zapracování reaktoru
Reaktor se zaplní nejméně z poloviny surovým a přebytečným kalem, zahuštěným na strojním zahušťovacím zařízení – flotační jednotce nebo jinak, na nejméně na 3,5% sušiny. Od tohoto okamžiku se pustí míchání na nižší otáčky, recirkulace přes sytící okruh a začne se dávkovat čistý kyslík. Sleduje se teplota a po celý den, dle možností se přidává rovnoměrně určený surový kal, zahuštěný na maximální možnou koncentraci, nejlépe kolem 5% sušiny, až do naplnění reaktoru. Potom se reaktor pouze míchá a dávkuje se čistý kyslík v určeném množství až do okamžiku dosažení určené pracovní teploty.
Obecný postup při provozu reaktoru
Do zásobní a měřící nádrže se načerpá a odměří určená denní dávka zahuštěného surového, kalu a spustí se míchání. Z reaktoru se vypustí do chladící nádrže stejné množství stabilizovaného kalu, kde se za stálého míchání ochladí k dalšímu zpracování. Zpustí se míchadlo reaktoru na vyšší otáčky a do reaktoru se načerpá z odměřovací nádrže určené, denní množství zahuštěného surového, přebytečného kalu v jedné dávce. Dávkování kalu nesmí trvat déle než tři hodiny. Teplota v reaktoru se udržuje v předepsaném rozmezí nad 55 ˚C. Po trvání ustáleného procesu asi 20 dní, kdy dochází k adaptaci biologického systému, se zahájí odběr kontrolních vzorků na stanovení hygienických a chemických vlastností kalu a kalové vody a tím je zahájen běžný provoz. Stejné množství kalu, které se přidává, je nutno před dávkováním odpustit do chladící nádrže.
31
Laboratorní kontrola
Podle pokynů technologa je prováděna kontrola procesu formou chemických, fyzikálněchemických a biologických rozborů. Trvale je sledována sušina kalu v reaktoru na odtoku a sušina dávkovaného zahuštěného surového, přebytečného kalu, společně s obsahem organických látek stanoveným, jako ztráta žíháním. Dále jsou sledovány další vlastnosti stabilizovaného kalu, jako je odvoditelnost a sedimentační schopnost, orientačně jednoduchým smísením s flokulantem. Musí být sledována také kvalita kalové vody.( Fortex Šumperk a.s., AATS- Ing. Foller)
2. Popis provozu experimentálního reaktoru v období 20.5.2004 – 20.10.2004 V období 05 – 10/2004, byly v reaktoru realizovány celkem čtyři pracovní cykly, sestávající ze zapracování reaktoru na pracovní teplotu, vlastní stabilizace kalu při teplotě nad 55 ˚C a vypuštění reaktoru, s provedením zkoušky odvodnitelnosti na odstředivce s doporučeným,
orientačně
určeným
flokulantem.
Pro
získaný
stabilizovaný
a
hygienizovaný kal byl vybrán, jako nejvhodnější typ práškový flokulant SOKOFLOK 109(Fortex Šumperk a.s., AATS- Ing. Foller ).Provedené zkušební cykly se lišily především určeným postupem zapracování, který měl simulovat různé provozní stavy a výkyvy ve vlastnostech dávkovaného kalu. Dávkování kyslíku, ověřené při prvním cyklu bylo z důvodu zachování srovnatelných procesních podmínek dodržováno na stejné, nastavené hodnotě. V následující tabulce je příklad standardních hodnot z procesu
Tab. 4
Parametr
Hodnota
Vstupní sušina kalu
2,4 – 3,5 %
Ztráta žíháním
59,0 – 61,0 %
Výstupní sušina
2,1 – 2,9 %
Ztráta žíháním
53,6 – 54,9 %
Teplotní gradient při zapracování
4,33 ˚C /d
Průměrná provozní teplota během cyklu
61,4 ˚C
32
Při tomto cyklu bylo dosaženo bez problémů hygienických vlastností stabilizovaného kalu, které jsou požadovány legislativou pro kategorii 1. Po ukončení každého cyklu a provedení některých orientačních rozborů byl reaktor celý vypuštěn. Během zkoušek byl do reaktoru také napuštěn gravitačně zahuštěný, surový přebytečný kal z čistírny odpadních vod Ořechov, který byl v množství 11 m3 dovezen. Do celkového objemu, 14 m3 byl reaktor doplněn, flotací zahuštěným kalem z čistírny odpadních vod Bílovice nad Svitavou. Po napuštění přivezeného objemu asi 11 m3, zahuštěného kalu o sušině asi 4,1 % bylo zahájeno dávkování kyslíku a zapracování reaktoru. Další kal o sušině asi 3,4 % byl doplněn během 5. – 7. dne zapracování reaktoru. Sledované hodnoty teploty a pH byly podobně, jako v předchozích cyklech, odečítány a zaznamenány každý den ve stejnou hodinu. Teplota v reaktoru dosahovala po celou dobu provozní části cyklu, s drobnými výkyvy hodnot kolem 58,6 ˚C. Proces byl udržován po zapracování po dobu 30 dní. Základní informativní parametry zatížení jsou uvedeny v následující tabulce.
Tab. 5
Parametr
Hodnota
Vstupní sušina kalu
3,4 – 4,1 %
Ztráta žíháním
29,0 – 55,8 %
Výstupní sušina
asi 3,5 %
Ztráta žíháním
35,0 %
Teplotní gradient při zapracování
3,68 ˚C /d
Průměrná provozní teplota během cyklu
58,6 ˚C
Po ukončení cyklu a provedení některých orientačních rozborů byl reaktor z části vypuštěn. Pro posouzení efektu hygienizace byl, kromě jiného odebrán vzorek na kontrolu hygienických vlastností upraveného kalu. Část kalu byla ponechána pro zahájení dalšího cyklu.
Hodnocení
Byly provedeny celkem čtyři cykly zahrnující následující fáze: zapracování (7 – 10 dní), adaptace (20 dní) a provoz reaktoru za ustálených podmínek (5 – 12 dní). Všechny uskutečněné cykly jasně prokázaly, že lze s využitím čistého kyslíku u zahuštěného
33
přebytečného kalu z běžných komunálních čistíren odpadních vod dosáhnout autotermním procesem, s využitím čistého kyslíku hygienizační teploty nad 55 ˚C a udržet, po nezbytnou dobu, nad 20 dní stabilní aerobní termofilní proces. Za těchto podmínek dochází k částečné degradaci organického materiálu v kalu a k hygienizaci kalu, který pak vyhoví i přísnějším podmínkám kategorie 1, dle vyhlášky 382/2001. Výsledný produkt si zachovává dostatečné množství organické hmoty, při prokazatelném poklesu zbytkové produkce sušiny kalu. Produkovaný kal je dobře odvodnitelný na odstředivce s dosahovaným stupněm odvodnění na 28 – 29 % sušiny, při spotřebách flokulantu zhruba 7 – 10 kg/t sušiny i když laboratorní testy nevyznívají někdy příliš optimisticky. Produkovaná kalová voda je velmi podobná, jak ukazuje přiložená tabulka, obsahem rozpustné CHSK a nutrietů, kalové vodě z mezofilního anaerobního vyhnívání kalu.
4.4.6 Metoda ATS - Aerobní termofilní stabalizace kalů Další použitelnou metodou pro dosažení předepsané hygienické kvality kalu na menších čistírnách odpadních vod je autotermní aerobní stabilizace kalu při teplotách 50˚C a více. Proces je založen na tom, že při biologické oxidaci uhlíku se uvolňuje tepelná energie. Data o produkci energie se však podstatně liší , neboť je nutno uvažovat se ztrátami a odparem, které jsou v jednotlivých provozních realizacích rozdílné. Orientačně se uvádí(Pytl V., Příručka provozovatele čistírny odpadních vod, SOVAK ČR 2004),že oxidací jednoho gramu organických látek vyjádřených jako odstraněná CHSK se teoreticky uvolní cca 14,6 kJ tepelné energie. Při započtení 30% ztrát je možno pro zjednodušenou tepelnou bilanci použít následující rovnici
∆T = 2,4 ∆ CHSK5 kde ∆T je nárůst teploty v jednom litru kalu v jednom litru kalu ve ˚C a ∆ CHSK5 je odstraněná CHSK5 v gramech.
K oxidaci kalu je používán převážně vzduch a při aeraci vzduchem se uplatňují především ejektorové systémy. Pro úspěšný průběh procesu se volí doba zdržení v reraktoru 5-8 dní. Doby zdržení pod 4 dny se považují za rizikové, delší pak zvyšují energetickou náročnost procesu.
34
Aerobní termofilní stabilizace (ATS) je v našich podmínkách novinkou. I když první výsledky pocházejí z roku 1968 a od té doby se použití tohoto procesu dále rozšiřuje. Nejprve byl použit při zpracování prasečích exkrementů, pak postupně k stabilizaci kalů na ČOV a to opět nejprve v USA a pak se jeho použití rozšířilo i do Evropy. V současnosti využívá tohoto systému více než 30 čistíren v Německu a Rakousku a to pro lokality od 5.000 do 40.000 EO, nejčastěji pak pro lokality kolem 20.000 EO.
Obr. 4 Příklad typického průběhu teplot v reaktorech
Samotná technologie se pak skládá obvykle nejméně ze dvou provzdušňovaných zateplených nádrží, dále vhodného provzdušňovacího a míchacího systému, čerpací techniky a zařízení na předčištění vzduchu. Důležitá je i regulace výšky pěny na hladině.
Obr. 5 Uspořádání reaktorů ATS
35
Strojní vybavení nádrží ATS 1 - Boční provzdušňovač, zároveň pomáhá i míchání nádrže 2 - Řezací zařízení určené k regulaci výšky pěny na hladině 3 - Centrální provzdušňovací a míchací zařízení 4 - Uzavřená zateplená nádrž
Obr. 6 Schéma uspořádání ATS reaktoru
Přednosti
Vysoká účinnost hygienizace, výrazné odstranění zápachu a relativně malé potřebné reakční objemy. Nevýhody Vysoké investiční náklady, vysoké provozní náklady a zvýšené nároky na řízení provozu.
36
5 Hodnocení způsobu možné hygienizace kalů na ČOV Krnov 5.1 Stávající kalové hospodářství ČOV Krnov Směs primárního kalu a přebytečného kalu je podrobena mezofilnímu anaerobnímu vyhnívání ve vyhnívací nádrži. Vyhnilý kal přepouštěný z vyhnívací nádrže do uskladňovací nádrže kalů může být odvodňován jednak na lince mechanické, strojního odvodnění s dekantační odstředivkou, jednak je možné k odvodnění využívat naplavovaná kalová pole na kterých dochází při vhodných klimatických podmínkách přirozenému vysušení kalů do rypného stavu. Vysušený kal je z kalových polí vybírán kolovým nakladačem. Ke strojnímu odvodnění kalů je používána odstředivka Alfa Laval ALDEC 460. Technologické zařízení stanice odvodnění se stává z vlastní odstředivky a ze zařízení pro přípravu a dávkování flokulantu. Odvodněný kal je dopravován šnekovým dopravníkem na vlečku umístěnou ve venkovním prostoru. Tekutý kal z uskladňovací nádrže je čerpán na odstředivku i na kalová pole vřetenovým čerpadlem. Odstředivka s příslušenstvím je umístěna v hale odvodnění kalů na místě původního pásového lisu. Montovaná typová hala HARD Jeseník (ocelová nosná konstrukce s plechovým pláštěm a tepelnou izolací stěn) není již, vzhledem k působení korosivního prostředí uvnitř haly za dlouhodobého předchozího provozu pásového lisu v nejlepším stavu.
5.1.1 Základní výkonové parametry linky odvodnění Návrhové parametry dekantační odstředivky: - max. hltnost odstředivky
15m3/hod
- vstupní sušina kalu
2 – 4%
- výstupní sušina
min. 25%
- hlavní pohon
37 kW
37
Provozní hodnoty
- hltnost odstředivky
8 – 10 m3/hod.
- vstupní sušina kalu
průměr 2,2%
- výstupní sušina
max. 21%
Množství kalu na výstupu: -vstup 10 m3/h, 2,2 % KS – výstup 21% - 1,05 m3/h -vstup 10 m3/h, 2,2 % KS – výstup 18% - 1,22 m3/h
5.1.2 Doporučení pro praxi V Krnově je ochota k větším investicím na modernizaci kalové koncovky čistírny odpadních vod. V Krnově se naskýtá několik možností. Vzhledem k vybavenosti krnovské čistírny odpadních vod anaerobní stabilizací (mezofilní) připadá úvahu použití buď některé z termických metod, nebo alkalizace vápnem (za předpokladu snahy o získání kalu kategorie I). Z dostupných údajů o výsledcích mikrobiologického sledování kalů ČOV vyplývá, že správně dimenzovaná anaerobní stabilizace kalů (termofilní) obvykle poskytuje vyhovující hodnoty mikrobiálního znečištění pro kaly kategorie II.. Na ČOV Krnov, by pro získání kalu kategorie II. stačilo přejít na termofilní vyhnívání (po předchozí tepelné bilanci a po posouzení vlivu zvýšené teploty na konstrukci VN). Pomineme-li optimální metodu sušení kalu, která dává výborné výsledky hygienizace a má celou řadu výhod, ale vyžaduje značně vysoké investiční náklady a v ČR je realizována pouze na ČOV Brno- Modřice, připadá v úvahu metoda duální( viz 4.2 metody spojené s hygienizací kalů).
38
6. Závěr Celá práce byla orientována na kalovou koncovku čistíren odpadních vod, konkrétně na hygienizaci kalů z těchto čistíren. V této práci jsme nahlédli trochu do historie, ať už přes počátky vývoje stokování antického Řecka či Říma, nebo první náznaky budování kanalizací v Evropských velkoměstech.. Další členění práce nás zavedlo k pojmům a legislativě spojené s hygienizací kalů. Objasnili jsme si, pojmy jako jsou surový kal , hygienizovaný kal nebo kal stabilizovaný. Rovněž jsme si objasnili jednotlivé kategorie kalů , které nám určují možnosti dalšího využití čistírenských kalů v zemědělství. V legislativní části jsme nazřeli do vyhlášek a nařízení vlády, spojených s nakládáním a použitím kalů. V následující části, současný stav řešené problematiky, jsme si nastínili dnešní praxi kalových koncovek čistíren odpadních vod. Seznámili jsme se z částí Zprávy České inspekce životního prostředí o kontrole hygienizace kalů na ČOV a s dnes používanými metodami hygienizace kalů. V hlavní časti práce jsme si rozdělili metody hygienizace na fyzikální, a chemické. Seznámili se z procesy s hygienizací spojenými. Z metod chemických byla v této práci použita alkalizace vápnem. Objasnili jsme si princip metody, její výhody a nedostatky a shrnuli investičními a provozními náklady. Z metod fyzikálních jsme se seznámili s pasterizací, metodou Aerotherm, metodou ATS( aerobní termofilní stabilizace ) a AATS( autotermní aerobní termofilní stabilizace). U těchto metod jsme si rovněž objasnili technologické principy na nichž tyto metody stojí. Byly uvedeny, u některých metod, výsledky mikrobiologických rozborů kalů před a po hygienizaci. Rovněž byly nastíněny přednosti těchto metod pro zavedení do praxe. U metod Pasterizace a Aerotherm byly uvedeny čistírny odpadních vod na nichž jsou tyto metody aplikovány. V poslední části jsme zhodnotili způsob a možnosti hygienizace a stabilizaci kalů na konkrétní čistírně odpadních vod. Z tohoto zhodnocení byly učiněny návrhy kam by hygienizace kalů na této čistírně mohla v budoucnu směřovat. Závěrem se zamýšlím nad vhodným řešením hygienizace v rámci kalové koncovky ČOV. Je jasné, že kaly je a bude nutno v našich podmínkách hygienizovat a stabilizovat. V budoucnu se zřejmě upustí od alkalizace vápnem a zvýší se počet ČOV, na kterých budou aplikovány dražší, ale modernější a hlavně ekologicky vhodnější metody, jako jsou pasterizace, ATS a jiné.
39
Rovněž budou řešeny možnosti spalován či hojnější možnosti kompostování čistírenských kalů, jako například v sousedním Rakousku, kde je kompostování jedním z preferovaných způsobů hygienizace.
40
7 Literatura L1 Fortex Šumperk a.s., AATS- Ing. Foller L2 KONEKO s.r.o Terciární stupeň čištění a hygienizace kalů ČOV Krnov L3 Malý J., Malá J., Chemie a technologie vody, NOEL 2000 s.r.o., Brno 1996 L4 Pytl V., Příručka provozovatele čistírny odpadních vod, SOVAK ČR 2004 L5 Tenza a.s., Návrh pasterizační linky pro ČOV Tišnov L6 http://www.zvvz.cz/hygienizace/index.html [online]. [cit. 2006-04-18]. L7 Výroční zpráva ČIŽP za rok 2004,. ČIŽP [online]. 2004 [cit. 2006-04-18]. Dostupné z WWW: < http://www.cizp.cz/(0igk0baltqp0zoimg2fvb0ei)/default.aspx?ido=347&sh=1752579653>.
