Kalové hospodářství Libereckého kraje

Transkript

1 Kalové hospodářství Libereckého kraje Realizační program Plánu odpadového hospodářství Libereckého kraje říjen 2005 Zpracovatel: spol. s r.o. / G.m.b.H

2 Objednatel Název : Liberecký kraj Adresa: : U Jezu 642/2a, Liberec Statutární zástupce : Petr Skokan, hejtman Sídlo : U Jezu 642/2a, Liberec IČ : DIČ : Garant : Ing. Jaroslava Janečková, vedoucí Odboru rozvoje venkova, zemědělství a životního prostředí Krajského úřadu Libereckého kraje Zhotovitel Název firmy : Adresa : Modřínová 10/1770, Praha 8 Statutární zástupce : Prof. Ing. Jaroslav Hyžík IČ : DIČ : CZ Osoby oprávněné jednat za zhotovitele ve věcech technických: Ing. Rudolf Tomani, jednatel Spolupráce: Envifinance s.r.o. Strana 2

3 OBSAH 0. SOUHRN 6 1. ANALÝZA SWOT PŘÍLEŽITOSTI A RIZIKA TABULKA HODNOCENÍ PŘÍLEŽITOSTÍ A RIZIK SILNÉ A SLABÉ STRÁNKY SOULAD S PLÁNEM ODPADOVÉHO HOSPODÁŘSTVÍ KRAJE NÁVAZNOST NA PLÁN ROZVOJE VODOVODŮ A KANALIZACÍ SOUČASNÝ STAV KALOVÉHO HOSPODÁŘSTVÍ V LIBERECKÉM KRAJI ČISTÍRNY ODPADNÍCH VOD VÝCHODISKA PRO STANOVENÍ MNOŽSTVÍ KALŮ VZNIKAJÍCÍCH NA ÚZEMÍ LIBERECKÉHO KRAJE Analýza dotazníkového šetření MNOŽSTVÍ KALŮ Z ČISTÍREN ODPADNÍCH VOD PRODUKCE KALŮ DLE JEDNOTLIVÝCH OBLASTÍ LIBERECKÉHO KRAJE STÁVAJÍCÍ ZPŮSOB NAKLÁDÁNÍ S KALY Z ČIŠTĚNÍ KOMUNÁLNÍCH ODPADNÍCH VOD Vybrané ČOV a způsob nakládání s kaly Evidence Krajského úřadu Libereckého kraje Používání kalů v zemědělství, resp. k rekultivaci ÚDAJE O KVALITĚ KALŮ Z ČIŠTĚNÍ ODPADNÍCH VOD NA ÚZEMÍ LIBERECKÉHO KRAJE TRENDY ŘEŠENÍ KALOVÉHO HOSPODÁŘSTVÍ V EVROPĚ LEGISLATIVNÍ STAV V EVROPĚ Srovnání národní legislativy s legislativou EU LEGISLATIVNÍ STAV V ČESKÉ REPUBLICE PRAXE V JEDNOTLIVÝCH ZEMÍCH EVROPY MNOŽSTVÍ A VÝVOJ PRODUKCE KALŮ V EVROPĚ PŘEHLED TRENDŮ NAKLÁDÁNÍ S KALY V EVROPĚ SHRNUTÍ A PŘEDPOKLÁDANÝ VÝVOJ ČESKÁ REPUBLIKA STÁVAJÍCÍ TECHNOLOGIE KALOVÉHO HOSPODÁŘSTVÍ LIBERECKÉHO KRAJE ČIŠTĚNÍ ODPADNÍCH VOD V KOMUNÁLNÍCH ČOV Čistírna odpadních vod Liberec Čistírny odpadních vod v oblasti Českolipska SKLÁDKOVÁNÍ VYUŽÍVÁNÍ KALŮ V ZEMĚDĚLSTVÍ Přímá aplikace 89 Zemědělská půda Kompostování kalů Shrnutí k problematice používání kalů v zemědělství VYMEZENÍ ÚZEMÍ PRO ŘEŠENÍ KALOVÉHO HOSPODÁŘSTVÍ SPOLUPRÁCE SE SOUSEDNÍMI KRAJI VYBRANÉ TECHNOLOGIE KE ZPRACOVÁNÍ ČISTÍRENSKÝCH KALŮ SUŠENÍ 100 Princip a popis technologie 100 Bubnové sušárny 103 Pásové sušárny 104 Šnekové sušárny 106 Strana 3

4 Fluidní sušárny 108 Tenkovrstvé sušárny 109 Diskové sušárny 109 Solární sušárny 111 Solární sušárna s vytápěním 113 Energetická náročnost 114 Produkty procesu a zbytkové látky 114 Nároky na zavedení technologie 114 Referenční zařízení 115 Závěr SPOLUSPALOVÁNÍ V ELEKTRÁRNÁCH 117 Princip a popis technologie 117 Energetická náročnost 118 Produkty procesu a zbytkové látky 118 Nároky na zavedení technologie 120 Referenční zařízení 121 Závěr SPOLUSPALOVÁNÍ V CEMENTÁŘSKÝCH PECÍCH 124 Princip a popis technologie 124 Energetická náročnost 125 Produkty procesu a zbytkové látky 125 Nároky na zavedení technologie 127 Referenční zařízení 127 Závěr SPOLUSPALOVÁNÍ VE SPALOVNÁCH ODPADŮ 129 Princip a popis technologie 129 Energetická náročnost 130 Produkty procesu a zbytkové látky 131 Nároky na zavedení technologie 131 Referenční zařízení 132 Závěr SPALOVÁNÍ VE FLUIDNÍ VRSTVĚ 135 Princip a popis technologie 135 Energetická náročnost 136 Produkty procesu a zbytkové látky 136 Nároky na zavedení technologie 136 Referenční zařízení 137 Závěr SPALOVÁNÍ V ETÁŽOVÝCH PECÍCH 139 Princip a popis technologie 139 Energetická náročnost 139 Produkty procesu a zbytkové látky 139 Nároky na zavedení technologie 140 Referenční zařízení 140 Závěr SPALOVÁNÍ V KOMBINOVANÉM ZAŘÍZENÍ 144 Princip a popis technologie 144 Energetická náročnost 144 Produkty procesu a zbytkové látky 144 Nároky na zavedení technologie 145 Referenční zařízení 145 Závěr ZPLYŇOVÁNÍ VE FLUIDNÍ VRSTVĚ 147 Princip a popis technologie 147 Energetická náročnost 148 Produkty procesu a zbytkové látky 148 Nároky na zavedení technologie 148 Referenční zařízení 149 Strana 4

5 Závěr VÝVOJOVÉ TECHNOLOGIE Výroba biopaliva na bázi čistírenského kalu Mokrá oxidace Kombinovaný systém CISCO NÁVRH ŘEŠENÍ KALOVÉHO HOSPODÁŘSTVÍ VYMEZENÉHO ÚZEMÍ VÝCHODISKA MNOŽSTVÍ KALŮ POTŘEBNÝ VÝVOJ KAPACIT NA ZPRACOVÁNÍ KALŮ VARIANTNÍ TECHNICKÁ ŘEŠENÍ Lokální - varianta č Kombinace - varianta č Cementářská pec - varianta č Spalovna kalů - varianta č Zplyňování kalů- varianta č NÁROKY NA SOUVISEJÍCÍ INFRASTRUKTURU, DOPRAVA VÝBĚR OPTIMÁLNÍ VARIANTY 182 Posouzení technologií OČEKÁVANÉ VLIVY NA ŽIVOTNÍ PROSTŘEDÍ 187 Ovzduší 189 Pachová zátěž ovzduší 190 Odpadní vody 191 Pevné zbytky 192 Hluk ÚDAJE EKONOMICKÉHO CHARAKTERU LOKÁLNÍ - VARIANTA Č KOMBINACE - VARIANTA Č CEMENTÁŘSKÁ PEC - VARIANTA Č SPALOVNA KALŮ - VARIANTA Č ZPLYŇOVÁNÍ - VARIANTA Č SOUHRN EKONOMICKÝCH ÚDAJŮ VYBRANÉ PARAMETRY MOŽNOSTI FINANCOVÁNÍ NAVRŽENÝCH INVESTIC APROXIMATIVNÍ HARMONOGRAM REALIZAČNÍHO PROGRAMU DOPORUČENÍ DALŠÍHO POSTUPU, DOPORUČENÉ NÁSTROJE, HLAVNÍ RIZIKA SEZNAM OBRÁZKŮ SEZNAM TABULEK SEZNAM VYBRANÝCH POUŽITÝCH ZKRATEK A POJMŮ ZDROJE KARTODIAGRAMY PŘÍLOHY 235 Strana 5

6 0. Souhrn Analýza SWOT (Kapitola 1) Jednotlivé varianty jsou založeny na rozdílné aplikaci technologií nakládání s kaly (výroba substrátu, spoluspalování, monospalování, zplyňování). Hodnocení je provedeno podle následujících faktorů: Politické. Legislativní. Ekonomické. Technologické. Ekologické. Organizační. Jiné. Další kritéria výběru navržených variant jsou pak: Příležitosti a rizika. Silné a slabé stránky. Z hodnocení vyplývá nejvyšší hodnocení varianty č. 4 Spalovna a varianty č. 5 Zplyňování. S ohledem na stupeň obecnosti, resp. míru chyby v těchto hodnoceních, je nutno považovat obě tyto varianty za prakticky rovnocenné. K tomu, aby obě tato řešení mohla být dále rozlišena, je nutné zpracovat podrobnější analýzy. Soulad s Plánem odpadového hospodářství (Kapitola 2) Realizační program kalového hospodářství Libereckého kraje podrobněji rozpracovává problematiku kalů z ČOV, která je v plánu odpadového hospodářství zmíněna v rámci obecné Strana 6

7 problematiky biologicky rozložitelných odpadů. S ohledem na současné evropské trendy se však předkládaný realizační program na rozdíl od POH Libereckého kraje a POH ČR více zaměřuje na energetické využívání kalů a možnosti tepelných procesů při nakládání s kaly. Tento postup je podrobně zdůvodněn v kapitole č. 5 Trendy řešení kalového hospodářství v Evropě. Předkládaný realizační program kalového hospodářství bezprostředně naplňuje opatření č D návrhové části POH Libereckého kraje Stanovit program energetického využívání kalů. Návaznost na Plán rozvoje vodovodů a kanalizací (Kapitola 3) Realizační program kalového hospodářství vychází bezprostředně z údajů Plánu rozvoje vodovodů a kanalizací Libereckého kraje, (zpracovatel Hydroprojekt CZ a.s., 2004), a to zejména při stanovení množství kalů nutných ke zpracování. Jsou zohledněny údaje o rozšiřování kanalizační sítě, o vývoji počtu obyvatel napojených na ČOV v jednotlivých částech Libereckého kraje v horizontu roku 2015 a o disponibilní infrastruktuře. V souladu s požadavky EU se předpokládá postupný útlum v množství skládkovaných kalů. Po zamezení skládkování kalů zůstanou k dispozici v podstatě pouze 2 možnosti: Aplikace kalů na půdu recyklace (přímé hnojení kalem, výroba průmyslových kompostů, rekultivace). Tepelná destrukce kalů (spalování, spoluspalování, zplyňování, sušení kalů a spalování v cementárně apod.). V závislosti na legislativě, znečištění kalů, poměru produkce kalů a zemědělsky využívané půdy v dané oblasti se bude pohybovat podíl recyklovaného kalu okolo % z celkové produkce kalů. V některých zemích se zcela zakazuje aplikace kalů do půdy se zdůvodněním nutnosti přerušit potravní řetězec. V zemích EU jsou zřejmé 2 hlavní směry, a to recyklace kalů a tepelná destrukce kalů v závislosti na velikosti produkce a znečištění kalů. Realizační program kalového hospodářství Libereckého kraje bezprostředně navazuje na Plán rozvoje vodovodů a kanalizací, je v souladu s kapitolou č a dále rozpracovává problematiku kalů z ČOV. Současný stav kalového hospodářství na území Libereckého kraje (Kapitola 4) Tato problematika nebyla dosud v žádném dokumentu na úrovni Libereckého kraje podrobněji zpracována, přestože svým charakterem spadá do problematiky odpadů a tvoří logickou Strana 7

8 součást Plánu odpadového hospodářství kraje. Dosud neexistovaly podrobněji zpracované, zhodnocené a ověřené údaje o produkci kalů, zejména pak nejsou k dispozici směrodatné informace o způsobu nakládání s nimi, tj. o způsobu jejich využití nebo odstranění. Produkce kalů z čištění komunálních vod v Libereckém kraji se pohybuje kolem tun sušiny surového kalu ročně. Hlavní druhy odpadů vznikající v komunálních ČOV: Kat.č Shrabky z česlí. Kat.č Odpady z lapáků písku. Kat.č Kaly z čištění komunálních odpadních vod. Při zjišťování konkrétního množství kalů v Libereckém kraji bylo konstatováno, že disponibilní údaje jsou v mnoha případech nekonzistentní, že jsou v některých případech společně zahrnuty údaje o množství neodvodněného kalu, jindy odvodněného s různým obsahem sušiny, což zkresluje výsledný údaj o celkovém množství kalů. Z tohoto důvodu byl proveden kontrolní propočet množství sušiny surového kalu na základě počtu obyvatel. Vychází se ze statistického předpokladu, že průměrný člověk (průměr: váha, věk, funkce metabolizmu) produkuje 30 kg sušiny kalu ročně. Tento údaj je velmi spolehlivý a je ověřen zahraniční praxí. Důležitou skutečností je i fakt, že nepodléhá žádnému mylnému tvrzení o množství produkovaného kalu původci. Produkce kalů v jednotlivých oblastech Libereckého kraje je závislá na hustotě obyvatelstva a velikosti spádové oblasti jednotlivých ČOV. V Libereckém kraji má jednoznačně dominantní postavení ČOV Liberec s produkcí přes 4000 tun sušiny za rok, tj. 44 % z celokrajové produkce. Spádová oblast ČOV Liberec je největší a kromě jiného zahrnuje město Jablonec nad Nisou. Druhým největším producentem je ČOV Česká Lípa s množstvím ca 1300 tun sušiny, tj. 13 % z celokrajové produkce. Blízko hranice 500 tun ročně se nacházejí ČOV Turnov a Nový Bor s podílem 5 % na celkové produkci kraje. V současné době je 70 % kalů používáno v zemědělství, 30 % je ukládáno do skládky. Současný stav nakládání s kaly z ČOV v Libereckém kraji, podobně jako v ČR, je možno charakterizovat jako stav víceméně nekoncepčního nakládání s kaly povolenými způsoby, bez znatelného zájmu producentů nebo veřejnosti o to, jak je s kaly konečným způsobem nakládáno a jakou mají kvalitu. Kaly jsou předávány tzv. oprávněným osobám především podle ekonomické výhodnosti nabídky. Částečně se objevuje náznak hledání vhodných způsobů, které by mohly postupně nahradit skládkování, včetně snahy o využívání kalů. Většinou jde o návrhy nebo pokusy. Aplikace kalů na zemědělskou půdu na území Libereckého kraje není souhrnně sledována. Určujícím faktorem pro způsob nakládání s kaly jsou s tím spojené celkové náklady. Jsou uplatňovány tyto způsoby: Strana 8

9 Stabilizované odvodněné kaly z ČOV jsou dále zpracovány a používány v zemědělství nebo na rekultivace. Stabilizované odvodněné kaly z ČOV jsou odváženy na skládku S-OO. Upravené kaly ze septiků a jímek nebo malých ČOV jsou vyváženy na pozemky nebo jsou odváženy k dalšímu zpracování na ústřední ČOV. Energetické využívání ani spalování kalů není praktikováno. Ze spádové oblasti ČOV Liberec bylo v roce 2004 z celkové produkce 2376,7 tun (údaje v sušině odvodněného kalu) předáno k využití v zemědělství 1930 tun, tj. 81 %. Zpracovatelem kalů je firma Bio-Ferm s.r.o. Březina ve Středočeském kraji. 1 Z oblasti České Lípy se podle údajů SČVK jedná o 100 % produkce kalů tj tun v roce Zpracovatelem je firma P-EKO s.r.o. Ústí nad Labem. Trendy řešení kalového hospodářství v Evropě (Kapitola 5) Implementací Směrnice Rady 91/271/EEC o nakládání s komunálními odpadními vodami ve všech členských státech Evropské unie dochází ke zvyšování množství kalů z čistíren odpadních vod, které je nutno odstranit. Oproti roku 1992, kdy byla produkce 5,5 mil. tun sušiny, se předpokládá nárůst v roce 2005 na téměř 9 mil. tun. Tento nárůst je způsoben uplatňováním Směrnice v praxi, tj. vzrůstajícím počtem domácností napojených na čistírny odpadních vod a zvyšováním úrovně nakládání s kaly. Směrnice 1999/31/EEC o skládkách odpadů významně omezuje ukládání biologicky rozložitelných odpadů, tedy i kalů z čistíren odpadních vod, do skládek. Cílem je úplný zákaz skládkování biologicky rozložitelných odpadů v EU jako celku v navrhovaném termínu V řadě členských států dosud více nebo méně rozšířený způsob odstranění kalů skládkováním je rychle omezován a jsou uplatňovány jiné postupy. V průměru se v 15 původních státech Evropské unie dosud skládkuje 51 % kalů, 23 % se používá na zemědělské půdě a 21 % se spaluje. Ve Švýcarsku se v současné době používá v zemědělství ca 20 % kalů s tím, že od roku 2006 je platný zákaz používání kalů jako hnojiva a veškeré kaly budou spalovány. Hlavními způsoby zpracování kalů z čistíren odpadních vod jsou: Používání v zemědělství (tekuté, polosuché, suché, kompostované kaly). Spalování (přímé spalování nebo spoluspalování). Skládkování (na jednodruhových skládkách nebo s jinými odpady). 1 Propojená společnost s Integra Liberec a.s. Strana 9

10 Ostatní (použití na lesní půdu a porosty, rekultivace a zúrodňování). Ve všech západoevropských státech přibližně v posledních letech proběhla nebo ještě v současné době probíhá diskuse k problematice kalů z čistíren odpadních vod. Hlavními účastníky diskuse jsou zemědělci, vlastníci půdy, potravinářský průmysl a navazující obchodní řetězce, státní správa, regionální a místní samosprávné orgány, provozovatelé čistíren odpadních vod, zpracovatelé odpadů, obyvatelstvo, případně další subjekty, jako např. spotřebitelské svazy a ekologické organizace. Klíčovou otázkou je, zda používat kaly v zemědělství, případně za jakých podmínek, nebo používání kalů v zemědělství zcela zakázat a upřednostnit jejich spalování. Otázka používání kalů z čistíren odpadních vod v zemědělství byla vyvolána obavou o kvalitu potravin vyráběných z plodin pěstovaných na půdách ošetřených kaly, obavou z možnosti působení geneticky modifikovaných organismů, dioxinů a šířením BSE (nemoci šílených krav). Praxe ukázala, že pochybnosti o dodržování kvality kalů aplikovaných v zemědělství jsou oprávněné. V Holandsku, Belgii a Švýcarsku byla diskuse o používání kalů v zemědělství uzavřena. V Holandsku byla od roku 1991 stanovena taková omezení, která prakticky vylučují veškeré používání kalů v zemědělství, v Belgii od roku Ve Švýcarsku je zákaz používání veškerých kalů jako hnojiva platný od roku Ve Švédsku byla uzavřena dohoda mezi zemědělci, provozovateli čistíren a agenturou pro životní prostředí o používání kalů v zemědělství, avšak následně zemědělci vyzvali k zákazu používání kalů z důvodu nedodržování jejich kvality. V Německu je diskuse aktuální, některé spolkové země usilují o zákaz používání kalů v zemědělství. Ve Finsku a Lucembursku jsou zemědělci proti používání kalů v zemědělství. Finská unie výrobců v zemědělství požadovala zákaz používání kalů již v roce 1990 a toto stanovisko znovu aktualizovala v roce V Rakousku a Francii diskuse probíhá, je projednávána dohoda mezi jednotlivými sektory. Původně příznivý postoj zemědělců ve Francii se v poslední době změnil. Svaz francouzských zemědělců požaduje úplný zákaz používání kalů v zemědělství, neboť současné metody nejsou dostatečné, aby eliminovaly možná související rizika. Ve státech jižní Evropy zvláštní veřejná diskuse k tomuto problému neprobíhá, národní legislativa většinou kopíruje legislativu EU. Na základě vývoje v jednotlivých zemích, zejména v severských zemích Evropy, dále Francii, Německu, Rakousku, je nutné konstatovat, že legislativní stanovení přísnějších limitů pro používání kalů v zemědělství, případně uzavření dobrovolných dohod mezi zemědělci a provozovateli čistíren odpadních vod, nemusí znamenat ukončení diskuse o používání kalů v zemědělství a přijetí tohoto způsobu nakládání jako dostatečného a definitivního řešení ka- Strana 10

11 lového hospodářství země nebo regionu. Je předpoklad, že používání kalů v zemědělství z hlediska kvality kompostu v České republice znevýhodní české zemědělce oproti ostatním zemím EU. Postupný odklon od používání kalů v zemědělství k energetickému využívání je zřejmý eliminovat rizika vznikající vnášením kalů do půdy (zemědělské i lesní) a tedy následně vyloučit škodliviny z potravinového řetězce. Lze očekávat, že produkce a nakládání s kaly z ČOV v České republice budou víceméně kopírovat vývoj v Evropě: Bude narůstat množství kalů. Bude nastolena širší veřejná diskuse ke způsobu nakládání s kaly. Budou zpřísňovány limity pro použití kalů v zemědělství. Vzroste význam energetického využívání kalů. Bude uplatněn zákaz skládkování kalů. Strana 11

12 Stávající technologie kalového hospodářství Libereckého kraje (Kapitola 6) Problematika nakládání s kaly z ČOV je na obecné úrovni podrobně zpracována v Realizačním programu ČR pro kaly z čistíren odpadních vod, zpracovatel M. Dohányos. Kapitola č.6. - Charakteristika kalové problematiky se zabývá kromě jiného vlastnostmi kalů a jejich úpravou. V kapitole č. 8. jsou rozpracovány doporučené způsoby a technologie nakládání s kaly. Kromě toho existuje řada odborných prací a je možno konstatovat, že postupně dochází k veřejné odborné diskusi o možnostech různých způsobů konečného nakládání s kaly v ČR. Návrh Plánu rozvoje vodovodů a kanalizací Libereckého kraje uvádí varianty řešení systému čištění odpadních vod v návaznosti na řešení kanalizačních systémů. Varianta centrálního řešení návrh Plánu rozvoje vodovodů a kanalizací Čištění odpadních vod z více měst a obcí na jediné centrální čistírně je způsobem, který je využíván zejména v ekologicky i ekonomicky vyspělých zemích. V tomto případě je centrální ČOV vybavena moderními, vysoce účinnými technologiemi, které zajistí vysokou účinnost čištění. Součástí systému kalového hospodářství je strojní odvodňování kalů, které umožňuje následné nakládání s kaly všemi zákonnými způsoby (aplikace v zemědělství, kompostování, energetické využívání). V nejmenších velikostních kategoriích ČOV jsou navrhovány mechanicko-biologické čistírny odpadních vod aktivační čistírny, čistírny s biokontaktory či biodisky, zemní filtry, vegetační čistírny aj. V obcích s produkcí odpadních vod přesahující populační ekvivalent 2000 EO jsou navrhovány technologie čištění odpadních vod charakterizovatelné jako nízko zatěžovaný aktivační proces s aerobní stabilizací kalu (v dokumentaci popisovaný jako aktivační s nitrifikací eventuálně doplněnou o denitrifikaci). Ve větších městech s počtem obyvatel přesahujícím obyvatel je tento systém doplněn o eliminaci nutrientů s použitím jednoduchého D - N systému s možným simultánním srážením fosforu. Z evidence SČVK vyplývá, že je ročně používáno v zemědělství nebo k rekultivaci cca 70 % kalů produkovaných v ČOV společnosti SČVK. Pro oba způsoby platí, že jsou kaly kompostovány a ve své podstatě jsou používány obdobným způsobem, tj. jsou používány na půdě. Konkrétní použití se řídí tržními podmínkami. 2 Způsob nakládání s kaly se zpravidla řídí prioritně ekonomickou výhodností nabídek 2 V evropských státech (např. Německo, Švýcarsko), bylo do roku 2000 používáno v zemědělství max. 40 % roční produkce kalů. Tento podíl rapidně klesá. V České republice bylo v zemědělství a při rekultivacích použito v roce 2001 celkem 66,7 % vznikajících kalů. Strana 12

13 jednotlivých oprávněných firem, nikoliv konkrétní kvalitou kalů a obsahem znečišťujících látek. Jak je uvedeno v kapitole , je většina kalů, které byly dle evidence použity v zemědělství, předávána k dalšímu zpracování mimo Liberecký kraj. Částečně se však následně vrací ve formě půdního substrátu používaného rovněž na pozemcích v Libereckém kraji. Toto používání kalů jako součásti kompostů není sledováno a řídí se možnostmi odbytu a podmínkami na trhu s komposty. V Libereckém kraji nebyla dosud veřejně vyslovena obava z možnosti poškozování životního prostředí a zdraví člověka rozsáhlým používáním kalů v zemědělství. Realizační program pro kalové hospodářství Libereckého kraje neuvádí obecně známé informace, ale zaměřuje se na konkrétní podmínky Libereckého kraje a na informace, které nejsou v Realizačním programu ČR pro kaly z ČOV obsaženy. Dokument pro Liberecký kraj se svým obsahem snaží přímo navázat na současnou praxi ekologicky nejvyspělejších zemí Evropy, jakými jsou např. Švýcarsko, Německo a severské státy Evropy. Jednotlivé technologie jsou z pohledu praxe západoevropských hospodářsky rozvinutých zemí blíže zmíněny v kapitole č. 8 tohoto dokumentu v rámci zdůvodnění navrhovaných variant řešení. Vymezení území pro řešení kalového hospodářství (Kapitola 7) Zpracovaný dokument řeší oblast vymezenou správním územím Libereckého kraje, tj. okresy Liberec, Česká Lípa, Jablonec nad Nisou, Semily. Kaly z ČOV umístěných mimo Liberecký kraj nejsou řešeny. Strana 13

14 (Zdroj: vlastní) Obr. č. 1 Vymezení území pro řešení kalového hospodářství Vybrané technologie ke zpracování čistírenských kalů (Kapitola 8) V této kapitole jsou popsány vybrané způsoby zpracování kalů z čistíren odpadních vod, které umožňují jejich konečné zpracování tzv. kalovou koncovku. Tyto postupy jsou veskrze založeny na termických procesech. Společným, základním technologickým krokem při zpracování kalů je proces jejich sušení. Výjimkami jsou spoluspalování čistírenských kalů v podmínkách elektrárenských provozů, kdy je obsah vody v kalu v porovnání s výkonem energetické jednotky nevýznamný, a spalování dostatečně odvodněného surového kalu ve fluidních ohništích. Fluidní ohniště umožňují za určitých podmínek autarkní průběh termicko oxidačního procesu (spalování). Popisy jednotlivých technologií jsou uvedeny v následujícím pořadí: Sušení kalů. (Základní krok dalšího zpracování). Strana 14

15 Spoluspalování v elektrárnách. Spoluspalování v cementářských pecích. Spoluspalování ve spalovnách odpadů. Spalování ve fluidní vrstvě. Spalování v etážových pecích. Spalování v kombinovaném zařízení. Zplyňování ve fluidní vrstvě. Vývojové technologie (Kromě ověřených technologií jsou v současné době vyvíjeny další postupy pro zpracování kalů (např. výroba biopaliva, mokrá oxidace, CISCO - modifikovaný paroplynový cyklus). Sušení kalů Proces sušení představuje základní technologický krok při zpracování kalů z ČOV a umožňuje variantní použití získaného granulátu pro následné procesní postupy (spoluspalování, spalování, zplyňování). Běžně používanými odvodňovacími procesy (odstřeďování, filtrace na sítopásových lisech, na kalolisech a vakuová filtrace) lze snížit obsah vody v čistírenském kalu na cca 70 až 75 % (30 25 % TS). Dalšího snížení obsahu vody lze dosáhnout pouze zařazením vhodné technologie sušení čistírenských kalů. Potřeba energie na odpaření jedné tuny vody je uvedena v následující tabulce. Tabulka č. 1 Specifická spotřeba energie pro odpaření 1 tuny vody (Zdroj: Fischli O.: Messkampagne für eine solare Klärschlammtrocknungsanlage in Bilten GL, Studie im Rahmen des Forschungsprogramms Energie und Umwelt des Bundesamts für Energie (BFE), Näfels, 2004) Proces Množství energie (kwh/t H 2 O odpařené) Výparné teplo 627 Ohřátí vody (z 20 na 100 C) 93 Ohřátí pevných látek 14 Ztráty při sušení a přeměně energie 100 Celkem 834 Z uvedené tabulky je patrné, že sušení (odpaření vody) je energeticky náročné a tedy ekonomicky únosné pouze tehdy, jsou-li k dispozici zdroje levného tepla (např. odpadní teplo nebo lze výhodně využít přírodních dosud nedostatečně využitých zdrojů sluneční energie, suchý vzduch). Strana 15

16 V praxi nacházejí uplatnění tři základní fyzikální principy sušení, a to: Konvekční sušení (přímé sušení). Kontaktní sušení (nepřímé sušení). Sálavé sušení. Při konvekčním sušení se vysoušecí médium (vzduch, inertní plyn, spaliny, výfukové plyny nebo přehřátá vodní pára) přivádějí přímo do kontaktu s čistírenským kalem určeným k sušení. Konvekční způsob sušení je založen na schopnosti topného média odnímat vodu (silná závislost na teplotě). Vodní pára (brýdy) opouští společně s topným médiem sušící zařízení. Odtahové plyny nasycené vodní párou obsahují nečistoty, musí být proto čištěny ve speciálním zařízení a voda musí zkondenzovat. Brýdový kondenzát je znečištěn organickými látkami a vykazuje relativně vysoký obsah čpavku; musí být tudíž přiveden k dalšímu zpracování (případně zpracování ve vyhnívací nádrži). Na principu konvekčního sušení čistírenských kalů pracují následující zařízení: Bubnové sušárny. Pásové sušárny. Šnekové sušárny. Fluidní sušárny. Solární sušárny (konvekční a sálavý princip). Při kontaktním sušení se přenáší teplo do vysoušeného kalu přes vyhřívané plochy. Tepelné médium tudíž nepřichází do styku s vyhřívacím médiem, nýbrž je vedeno zvláštním uzavřeným okruhem topného systému. Brýdy zpravidla kondenzují v patřičně dimenzovaném výměníku, čímž se získává zpět část tepla. Protože brýdy nejsou smíchány s topným médiem, může být jejich kondenzace jednodušší než u konvekčních způsobů sušení. Na principu kontaktního sušení čistírenských kalů pracují následující zařízení: Tenkovrstvé sušárny. Diskové sušárny. Solární sušárny (částečně kontaktní princip při použití přídavného topení). U sálavého sušení je část emitované solární energie (elektromagnetické záření) absorbována ve vlhkém materiálu. Absorbovaná energie slouží k ohřátí vlhkého materiálu a k odpaření vlhkosti. Výsledkem sušení kalů je zpravidla biologicky stabilní, skladovatelný a pachově neutrální suchý granulát s různou zrnitostí. Granulát je vhodný zejména pro přímé spalování ve všech druzích spalovacích zařízeních (mono i spoluspalování), omezené je jeho spalování v cementárnách (obsah Hg). Může být rovněž použit v zemědělství nebo při rekultivacích. Spoluspalování v elektrárnách. Tato metoda spoluspalování kalů je legislativně upravena Nařízením vlády č. 354/2002 Sb., kterým se stanoví emisní limity a další podmínky pro spalování odpadu. Zde jsou rovněž Strana 16

17 specifikovány podmínky pro spoluspalování odpadů v zařízeních na spalování paliv. Součástí těchto podmínek jsou i limitní hodnoty koncentrací znečišťujících látek pro vody vypouštěné ze zařízení na čištění odpadních plynů. Skutečnost, že výroba elektrické energie a tepla je v České republice zajišťována převážně v elektrárnách a teplárnách spalujících uhlí, nabízí teoreticky možnost spoluspalování kalů z ČOV v těchto zařízeních. Tuhá paliva tvoří 52 % primárních energetických zdrojů v ČR. Spoluspalování kalů z čistíren odpadních vod v elektrárnách spalujících hnědé nebo černé uhlí lze celkem jednoduše technicky realizovat vzhledem k tomu, že hnědé uhlí o obsahu až 50 % vody a čistírenský kal s obsahem 70 až 80 % vody mohou využívat stejná nebo podobná zařízení pro sušení a úpravu paliva (uhlí, kal). Pro spoluspalování čistírenských kalů v elektrárnách či teplárnách není rozhodující konstrukce spalovacího zařízení (spalování na roštu, granulační kotel, fluidní kotel), protože množství přidávaných kalů bývá mezi 3 % až 4 % z váhového množství dávkovaného uhlí. Technicky se tedy jedná o doplnění stávajícího technologického řetězce kotelní jednotky spalující uhlí o zásobník kalů, dopravní a dávkovací cesty, zařízení pro eliminaci pachů, bezpečnostní zařízení a doplnění stávajícího provozního souboru měření a regulace. Jedná se o proces, kdy těžké kovy v tuhé fázi obsažené v kalech z čistíren odpadních vod přecházejí vlivem teploty ohniště v plynný stav a po vypuštění do ovzduší se opět v přírodě do tohoto tuhého stavu rozptýleny vracejí. Je zřejmé, že bez komplexního ekologického zajištění by se z ovzduší postupně stala skládka" škodlivin časově a prostorově neomezená. Spoluspalování v cementářských pecích. V zásadě jsou v cementářském průmyslu používány dva typy pecí, a to rotační pece s cyklónovým předehřevem (několika variant) a dále tzv. Lepolovy pece. Jako primární zdroj energie pro technologický řetězec výroby cementu jsou využívána fosilní paliva (plyn, topné oleje, černé uhlí, hnědé uhlí). Tato mohou být částečně nahrazena odpadem definovaného složení. Cementářský průmysl deklaruje snahu nahradit část fosilních paliv vhodnými spalitelnými odpady definovaných kvalitativních znaků. Takovými odpady mohou být i odvodněné a vysušené vyhnilé kaly z čistíren odpadních vod, jejichž výhřevnost se po vysušení na cca 90 % TS pohybuje v rozmezí kj/kg. Cementářský průmysl vyžaduje pro spoluspalování čistírenských kalů min. 90 %TS. Cementářská pec je systém, který má mimo jiné vždy následně uvedené vlastnosti: Hlavní hořák má teplotu plamene cca C. Teplota spalin dosahuje po dobu 5-7 sec C. Schopnost rozsáhlé neutralizace kyselých spalin protiproudem vstupní basické suroviny. Sintraci procházejících pevných látek při teplotě C. Strana 17

18 Ochlazení spalin na teplotu C, tedy kondenzaci a zachycení velkého podílu těžkých kovů obsažených ve spalinách (s výjimkou rtuti). Chemickou vazbu anorganických látek. Při výrobě cementu jsou základní suroviny - vápenec, jíl, slín a korekční přísady nutné pro správnou recepturu smíchány a tvoří kmenový vstup pro vypálení cementu - moučku. Připravená směs se kontinuálně přivádí přes předehřívací stupeň do rotační pece, kde dochází po dobu přibližně minut k přímému styku vsázky se spalinami a teplota vsázky se pohybuje v rozmezí C. Při tomto procesu je z vápence vypuzen CO 2 a dochází ke slinování sintraci. Sloučeniny kalcia, hliníku, železa obsažené ve vsázkovém materiálu pak po vypálení a zchlazení vytvoří cementářský slínek. Po vychlazení je slínek spolu se sádrovcem a mlecími přísadami namlet do výsledného produktu cementu, v České republice obvykle Portlandského typu. Při spoluspalování čistírenských kalů v cementářských pecích dochází po exotermní oxidaci organických substancí k přímému přechodu minerálních složek kalů do slínku. Uvolněná energie slouží k udržení procesní teploty. Spoluspalování ve spalovnách odpadů. Ve spalovnách odpadů se čistírenské kaly mohou spalovat spolu s odpadem. V zásadě jsou aplikovány dvě metody, které se odlišují fyzikálním stavem kalu a jeho dopravou do spalovenského kotle. Metoda spalování odvodněného kalu (do cca 25 %TS). Metoda spalování vysušeného kalu (na cca 75 % TS). Komunální odpad je skladován v bunkrech hrubého a drobného odpadu. Hrubý odpad se před vlastním vkladem do ohniště drtí. Manipulace s odpadem se provádí pomocí mostových jeřábů s drapáky, které odpad do roštového ohniště nejen dávkují, ale také homogenizují. Míchání (homogenizace) zajišťuje optimální průběh spalovacího procesu. Spalovací prostor tvoří vlastní ohniště a dohořívací komora, ve které je teplota vyšší než 850 C (po dobu 2 s po přívodu sekundárního vzduchu). Jsou zde rovněž zapalovací a podpůrné hořáky na zemní plyn. V prvém případě bude kal do spalovny přivážen nákladními auty, kde bude skladován ve speciálním zařízení - v silu odvodněného kalu. Odtud bude kal dopravován k dávkovacímu zařízení umístěnému ve stěně spalovenského kotle (pohazovač). Dávkovací zařízení pohazuje kal rovnoměrně přes šířku roštu, kde nastane jeho vysušení zplynění a spálení. Dávkovací zařízení může být umístěno rovněž tak, že je vyhnilý odvodněný kal přidáván ke komunálnímu odpadu nacházejícímu se v násypce spalovenského kotle. V druhém případě může být předsušený kal (cca 75 % TS) vysypán do bunkru odpadu, kde Strana 18

19 bude pomocí jeřábu spolu s odpadem dávkován do násypky spalovenského kotle. Pro spoluspalování vyhnilých čistírenských kalů z Libereckého kraje ve spalovnách odpadu přichází v úvahu pouze spalovna Termizo Liberec. Před odvodem do atmosféry jsou spaliny podrobeny komplexnímu procesu jejich čištění. Spalování ve fluidní vrstvě Systémy fluidního spalování jsou jedním z typů vhodných technologií spalování. Základem je dávkování paliva (kalu) do předehřáté, ve vznosu udržované fluidní vrstvy fluidního lože. Fluidní vrstva je tvořena vrstvou křemičitého písku, která je primárním spalovacím vzduchem fluidizována. Kontrolovaným přísunem paliva či směsi materiálů, jeho bezprostředním a rovnoměrným rozptýlením ve žhavém prostoru fluidního lože dochází k vypaření vody a k zážehu sušiny. Díky intenzivnímu promíchání vsázky ve zvířeném fluidním loži spalovacího prostoru dochází k dokonalému výpalu vsázkového paliva. Nízká teplota hoření (zpravidla do 925 C) - ve srovnání s teplotami klasických spalovacích systémů - významně snižuje tvorbu oxidů dusíku a také redukuje spékání a zanášení ohniště struskou. Ventilátorem nasávaný okolní vzduch je tepelným výměníkem spaliny/vzduch předehříván na teplotu cca 350 C. Tento vzduch je dále veden do prostoru pod fluidní lože a přes tryskové dno vháněn do vlastní fluidní vrstvy jako primární spalovací vzduch. Do horního prostoru fluidního lože je dále vháněn tzv. sekundární vzduch, který slouží k dokončení procesu termicko-oxidační reakce. Sekundární vzduch sestává ze směsi různých výduchů a odvětrání technologických agregátů, jakož i okolního vzduchu z prostoru kotelny. V systému je dle platných předpisů, instalován tzv. najížděcí a podpůrný hořák. Tento hořák je uzpůsoben ke spalování topného oleje, zemního plynu nebo alternativně i bioplynu. Hořák zajišťuje funkci kontrolovaného najíždění a odstavení jednotky. Pro případy neočekávaného poklesu předepsané spalovací teploty pod hodnotu 850 C slouží tento hořák jako automatický podpůrný zdroj spalování. Při odstavování spalovací jednotky zůstává hořák tak dlouho v provozu, dokud není veškeré vsázkové palivo spáleno. Po opuštění prostoru fluidního ohniště procházejí spaliny parním kotlem, ve kterém může být instalován tepelný výměník pro ohřev primárního spalovacího vzduchu. Před odvodem do atmosféry jsou spaliny podrobeny komplexnímu procesu jejich čištění. Spalování v etážových pecích Pec má tvar válce, který je po výšce rozdělený na etáže. Osou válce probíhá masivní hřídel v každé etáži opatřený rameny, na němž jsou umístěny lopatky ze žáruvzdorné slitiny. V etáži jsou střídavě otvory na obvodu a ve středu. Lopatky jsou nasměrovány tak, že při otáčení hří- Strana 19

20 dele postupují odpady ke středu, kde propadnou na níže ležící etáž, na níž jsou opět hrnuty od středu k obvodu. Postupují ve spirálách, takže doba průchodu pecí je dostatečně dlouhá. Proti směru postupu kalů jde v protiproudu část spalin. Spalovací teplota se pohybuje nad hodnotou 850 C. Do prostoru etážového stupně spalování je zaústěno dávkování přídavného paliva pro uvedení zařízení do provozu, odstavování zařízení a případnou stabilizaci procesu spalování (vyrovnání energetické bilance). Z horního prostoru pece (ohniště) je směs spalin a brýd z procesu sušení dopravována recirkulačním ventilátorem zpět do ohniště. Po opuštění prostoru etážového ohniště procházejí spaliny parním kotlem. Před odvodem do atmosféry jsou spaliny podrobeny komplexnímu procesu čištění spalin. Spalování v kombinovaném zařízení Výše popsané fluidní a etážové ohniště pro spalování kalů se s výhodou kombinuje a vzniká tak kombinované zařízení nazývané etážový fluid (Etagenwirbler). Odvodněný, nepředsušený kal je dávkován do horní části zařízení, kde je umístěno několik etážových stupňů, kterými kal postupně prochází a je tak předsušen na např. 50 % TS a gravitačně dopravován do fluidní vrstvy fluidního ohniště umístěného ve spodní části zařízení. Jako sušící médium je použita část spalin z fluidního spalování, která je po průchodu etážovými stupni dopravována recirkulačním ventilátorem zpět do fluidního ohniště. Energetická bilance procesu je v případě potřeby doplňována přídavným palivem, které je dávkováno přímo do fluidní vrstvy. V případě potřeby může být automaticky zprovozněn najížděcí hořák, který je součástí tzv. najížděcího zařízení umístěného v dolní části zařízení. Jako přídavné palivo lze použít topné oleje, zemní plyn nebo bioplyn. Ohřev vlastního spalovacího vzduch je zpravidla realizován tepelným výměníkem spaliny/spalovací vzduch. Před odvodem do atmosféry jsou spaliny rovněž podrobeny komplexnímu procesu jejich čištění. Zplyňování ve fluidní vrstvě Základním principem tohoto energetického způsobu využití kalů je zplyňování ve fluidní vrstvě. K zajištění procesu je přiváděn do fluidní vrstvy předehřátý vzduch v množství, jež odpovídá zhruba jedné třetině množství vzduchu potřebné pro spalovací proces. Při podstechiometrických poměrech nedochází přednostně k oxidaci hořlavých prvků sušiny kalů, nýbrž k tvorbě hořlavé směsi plynů, především oxidu uhelnatého a vodíku (surový plyn). Strana 20