MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ AGRONOMICKÁ FAKULTA BAKALÁŘSKÁ PRÁCE

Transkript

1 MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ AGRONOMICKÁ FAKULTA BAKALÁŘSKÁ PRÁCE BRNO 2012 MARCELA ROZMAHELOVÁ

2 Mendelova univerzita v Brně Agronomická fakulta Ústav zemědělské, potravinářské a environmentální techniky Zpracování čistírenských kalů Bakalářská práce Vedoucí práce: doc. Ing. Rudolf Rybář, CSc. Vypracoval: Marcela Rozmahelová Brno 2012

3 Prohlašuji, že jsem bakalářskou práci na téma Zpracování čistírenských kalů vypracovala samostatně a použil(a) jen pramenů, které cituji a uvádím v přiloženém seznamu literatury. Bakalářská práce je školním dílem a může být použita ke komerčním účelům jen se souhlasem vedoucího bakalářské práce a děkana Agronomické fakulty Mendelovy univerzity v Brně. dne. podpis diplomanta.

4 Poděkování Na této straně bych ráda poděkovala hlavně svému vedoucímu práce doc. Ing. Rudolfu Rybářovi, CSc. za trpělivost a rady při psaní bakalářské práce. Dále bych ráda poděkovala panu řediteli vodárenské a.s. Ing. Hedvábnému, technologovi Bc. Tůnovi a mnohým dalším za ochotu předávání informací.

5 ABSTRAKT V této práci se zaměřuji na čistírenské kaly a jejich využití, které je díky dnešní legislativě velmi složité. Kaly se mohou využít a zpracovávat různými způsoby, u kterých se hodnotí zejména množství patogenních organismů a obsah těžkých kovů. Nakládání s kaly z čistíren odpadních vod musí být dle platného Zákona o odpadech č. 185/2001 Sb. V obecné části se zabývám způsoby čištění odpadních vod a jednotlivými kroky při čištění. Dále se v obecné části nachází způsoby nakládání a využívání kalů, které jsou hlavním tématem této práce. V praktické části se zabývám hlavně nakládáním a využitím kalů na čistírně odpadních vod v Třebíči. Zamýšlím se nad možností použití kalů v zemědělství a také výhodností tohoto využití. V závěru hodnotím použité technologie pro využití čistírenských kalů. Zaměřuji se zejména na finanční zatížení technologie a ekologickou šetrnost k životnímu prostředí. Klíčová slova čistírna odpadních vod, patogenní organismy, těžkých kovů

6 ABSTRAKT I focus on the sewage sludge in this work and the utilization, which is, thanks to the legislation, very difficult. The sewage sludge can be utilized and processed in different ways, which are assessed mainly by amount of pathogenic organisms and heavy metals. The dealing with the sludge from the waste water treatment plant must comply with current Waste Act No. 185/2001 Coll. In the general part I occupy with the ways of waste water treating and individual steps during the treating. Next, I write about the ways of utilization of sludge, which is the main topic of this work. In the practical part I occupy mainly with treatment and utilization of sludge of the sludge in the waste water treatment plant in Trebic. I think about the possibility of utilization the sludge and agriculture and advantages of utilization. In the final part I evaluate used technologies for utilization of sewage sludge. I focus on the financial load of technology and technological frugality to environment. Key words Waste water treatment plant, pathogenic organisms, heavy metals

7 Obsah 1 ÚVOD CÍL PRÁCE LITERÁRNÍ REŠERŽE K ZADANÉMU TÉMATU Legislativa a čistírny odpadních vod Legislativa pro odpadní vody Legislativa a čistírenské kaly Voda natékající do ČOV podle druhu Látkové zatížení na ČOV Technologické zařízení ČOV Mechanické čištění odpadních vod Biologické čištění odpadních vod Biologická rozložitelnost organických látek Růst a množení mikroorganismů Kinetické principy ve směsných kulturách Aktivační proces Aerobní biologické čištění Nejdůležitější technologické parametry aktivace Technologické varianty Vliv různých faktorů na čistící účinek aktivace Odstraňování dusíku z odpadních vod Odstraňování fosforu z odpadních vod Biofilmové reaktory Anaerobní čištění odpadních vod Faktory ovlivňující tvorbu metanu Výhody a nevýhody anaerobního čištění odpadních vod Reaktory pro anaerobní čištění odpadních vod Bioplyn Kalové hospodářství na čistírnách odpadních vod Kal z čistíren odpadních vod...27

8 Primární kal z čistíren odpadních vod Sekundární (přebytečný) kal z čistírny odpadních vod Chemický kal z čistírny odpadních vod Zpracování kalu z čistírny odpadních vod Bioplyn (kalový plyn) produkovaný na čistírnách odpadních vod a jeho využití Předúprava kalu na čistírnách odpadních vod Chemické a další metody stabilizace kalu z čistíren odpadních vod Hygienizace kalu z čistíren odpadních vod Odvodnění kalu z čistíren odpadních vod Další způsoby nakládání s kalem TECHNOLOGIE ZPRACOVÁNÍ KALŮ NA ČOV TŘEBÍČ Historie čistírny odpadních vod Třebíč Základní údaje čistírny odpadních vod Třebíč Čistění odpadních vod na čistírně odpadních vod Třebíč Popis kanalizace Mechanické předčištění Biologické čištění Kalové a plynové hospodářství Protipovodňová ochrana Kalové hospodářství na čistírně odpadních vod Třebíč Vzniklý kal na čistírně odpadních vod Třebíč Zahušťování a odvodňování kalu Zahušťování přebytečného kalu Odvodňování vyhnilého kalu Hygienizace kalu Možnosti využití odvodněného kalu 53

9 5 HODNOCENÍ PARAMERŮ KALŮ VE VZTAHU K JEJICH DALŠÍMU VYUŽITÍ Podmínky použití kalů na zemědělské půdě Parametry kalu z čistírny odpadních vod Třebíč 57 6 VÝSLEDKY.59 7 ZÁVĚR.59 8 SEZNAM POUŽITÉ LITERATURY SEZNAM OBRAZKŮ SEZNAM TABULEK SEZNAM PŘÍLOH

10 1 ÚVOD Stále více se pokládá otázka kam s narůstajícím množstvím kalů. Podle nařízení evropské unie by se měli budovat nové čistírny odpadních vod a to v malých obcích. Velmi problematické je zneškodnění nebo využití kalů tak, aby to bylo ekologicky a ekonomicky zvládnutelné. Řešení tohoto problému přechází na města a obce s čistírnami odpadních vod. Nejméně šetrné skládkování odpadů je v dnešní době již překonaná metoda zneškodnění kalu. Kal je brán jako ostatní odpad, i když může mít nebezpečné vlastnosti. V dnešní době je nejlepší metodou kompostování a rekultivace, u kterého je pořád trend inovovat technologii. Další metodou je termické využití kalů, což musí být kaly vysušené. Vysušit kaly je velmi energeticky náročné a u odvodněných kalů se spalování neukázalo jako dobré řešení. Nejlepší z termických metod je spalování kalu v cementářských pecích, kde není nežádoucí obsah těžkých kovů. 10

11 2 CÍL PRÁCE Cílem práce je shrnout možné využívání a nakládán s čistírenskými kaly a zhodnotit technologie využívání odvodněných čistírenských kalů a to z ekologického a ekonomického hlediska. V obecné části je popsán proces čištění odpadních vod, kde vznikají jako odpad čistírenské kaly. Dále je zde popsáno zpracování kalu na čistírnách odpadních voda s jejich možnými způsoby využití. Praktická část stručně popisuje proces čištění na čistírně odpadních vod v Třebíči a podrobněji se zabývá kalovým hospodářstvím na této čistírně. Dále je zde srovnání technologií využití čistírenských kalů na čistírně odpadních vod v Třebíči. 11

12 3 LITERÁRNÍ REŠERŽE K ZADANÉMU TÉMATU 3.1. Legislativa a čistírny odpadních vod Legislativa pro odpadní vody V Evropské unii je základní směrnicí řešící odpadní vody směrnice Rady 91/271/EEC o čištění městských odpadních vod. Směrnice by měla chránit povrchové vody před znečištěním vodami odpadními a biologicky odbouratelnými průmyslovými odpadními vodami. Pro vypouštěné odpadní vody stanovuje emisní limity a systém vzorkování, rozborů a kontroly. Dále stanovuje lhůty pro připojení i menších obcí na kanalizaci přídně na čistírnu odpadních vod. Přísnější podmínky pro vybudování kanalizace a čištění odpadních vod je v tzv. citlivých oblastech tj. vodní útvary zasažené, nebo ohrožené eutrofizací a vodní útvary pro odběr pitné vody. Celá Česká republika patří mezi citlivou oblast. K vypouštění odpadních vod potřebujeme povolení. Kvalita vody na výpustích a v recipientu musí být kontrolována. [1] V České republice je základní pro ochranu vod Zákon č. 254/2001 Sb. O Vodách ve znění pozdějších předpisů. Je zde definován pojem odpadní vody v 38:,,Odpadní vody jsou vody použité v obytných, průmyslových, zemědělských, zdravotnických a jiných stavbách, zařízeních nebo dopravních prostředcích, pokud mají po použití změněnou jakost (složení nebo teplotu), jakož i jiné vody z těchto staveb, zařízení nebo dopravních prostředků odtékající, pokud mohou ohrozit jakost povrchových nebo podzemních vod. Odpadní vody jsou i průsakové vody z odkališť, s výjimkou vod, které jsou zpětně využívány pro vlastní potřebu organizace, a vod, které odtékají do vod důlních, a dále jsou odpadními vodami průsakové vody ze skládek odpadu.,, [16] K vypouštění odpadních vod do vod povrchových nebo podzemních je potřeba povolení pro nakládání s vodami, které nám vystaví vodoprávní úřad na základě jejich zneškodnění v souladu s podmínkami stanovenými pro jejich vypouštění. Vodoprávní úřad stanový podmínky pro vypouštění, dále stanový přípustné hodnoty jejich množství a znečištění. Vodoprávní úřad se musí řídit kvalitou vodního toku a nařízením vlády ČR 229/2007 Sb. O ukazatelích a hodnotách přípustného znečištění povrchových vod a odpadních vod, náležitostech povolení k vypouštění odpadních vod do vod povrchových a do kanalizací a o citlivých oblastech. [1, 16] 12

13 ,,Základní pojmy v nařízení vlády ČR č. 229/2007 Sb.: Městské odpadní vody: Odpadní vody vypuštěné z domácností nebo služeb, vznikající převážně jako produkt lidského metabolizmu a činnostech v domácnostech (splašky), popřípadě jejich směs s průmyslovými odpadními vodami nebo dešťovými vodami. Průmyslové odpadní vody: Odpadní vody uvedené v části B přílohy č. 1 k tomuto nařízení, jakož i odpadní vody v této části neuvedené, jsou-li vypouštěny z výrobních nebo jim obdobných zařízení. Zdroj znečištění: Území obce, popřípadě její územně oddělená a samostatně odkanalizovaná část, území vojenského újezdu nebo areál průmyslového podniku či jiného objektu, pokud se z nich vypouštějí samostatně odpadní vody do vod povrchových. Za odpadní vody se v tomto případě nepovažují vody z dešťových oddělovačů, pokud funkce oddělovače splňuje podmínky stanovené vodoprávním úřadem. Emisní standard: Nejvýše přípustné hodnoty ukazatelů znečištění odpadních vod uvedené v příloze č. 1 k tomuto nařízení. Emisní limity: Nejvýše přípustné hodnoty ukazatelů znečištění odpadních vod, které stanoví vodoprávní úřad v povolení k vypouštění odpadních vod do vod povrchových. Imisní standardy: Nejvýše přípustné hodnoty ukazatelů přípustného znečištění povrchových vod v jednotkách hmotnosti, radioaktivity nebo bakteriálního znečištění na jednotku objemu, které jsou stanoveny v příloze č. 3 k nařízení.,, [1] Legislativa a čistírenské kaly Pro čistírenské kaly platí zákon č. 185/2001 Sb. O odpadech, ve znění pozdějších předpisů. Kal: Budeme brát kal podle tohoto zákona jako kal z čistíren odpadních vod zpracovávajících městské odpadní vody, nebo odpadní vody z domácností a z jiných čistíren odpadních vod, které zpracovávají odpadní vody stejného složení jako městské odpadní vody z domácností. Upravený kal: Kal, který byl upraven biologicky, chemicky nebo tepelně, byl dlouhodobě skladován nebo byl jakkoliv jinak upraven tak, že se výrazně snížil obsah patogenních mikroorganismů v kalech a tím zdravotní riziko spojené s jeho aplikací. Kal z komunálních čistíren odpadních vod má katalogové číslo a patří do kategorie ostatní. Ale mohl by mít některé nebezpečné vlastnosti např. infekčnost. [1] 13

14 ,,Použití kalů je zakázáno: a) na zemědělské půdě, která je součástí chráněných území přírody a krajiny podle zvláštního právního předpisu, 31) b) na lesních porostních půdách běžně využívaných klasickou lesní pěstební činností, c) v pásmu ochrany vodních zdrojů, na zamokřených a zaplavovaných půdách, d) na trvalých trávních porostech a trávních porostech na orné půdě v průběhu vegetačního období až do poslední seče, e) v intenzivních plodících ovocných výsadbách, f) na pozemcích využívaných k pěstování polních zelenin v roce jejich pěstování a v roce předcházejícím, g) v průběhu vegetace při pěstování pícnin, kukuřice a při pěstování cukrové řepy s využitím chrástu ke krmení, h) jestliže z půdních rozborů vyplyne, že obsah vybraných rizikových látek v průměrném vzorku překračuje jednu z hodnot stanovených v prováděcím právním předpisu, i) na půdách s hodnotou výměnné půdní reakce nižší než ph 5,6, j) na plochách, které jsou využívané k rekreaci a sportu, a veřejně přístupných prostranstvích, nebo k) jestliže kaly nesplňují mikrobiologická kritéria daná prováděcím právním předpisem. Použití mikrobiálně kontaminovaných kalů může být provedeno pouze po prokázané hygienizaci kalů.,,[15] 3.2. Voda natékající do ČOV podle druhu Odpadní vody splaškové: Jsou to odpadní vody vypouštění obyvatelstvem z jejich obydlí. Patří sem i vody z tzv. městské vybavenosti, které jsou složením podobný vodám z domácností. Odpadní vody průmyslové: Vody vypouštěné do kanalizace z průmyslových podniků. Vody před vypouštěním do veřejné kanalizace musí vyhovovat provoznímu řádu kanalizace nebo musí být ještě přečištěny. Nejlepší je, když jsou průmyslové odpadní vody čištěny na samostatné čistírně. 14

15 Odpadní vody dešťové: Jedná se o vody odváděné z intravilánu obce kanalizací. Kanalizace mohou být oddílné, jednotné nebo kombinované. Vody balastní: Jedná se o vody, které se dostávají do kanalizace jejími netěsnostmi nebo dřívější vústění toků. Balastní vody odpadní vody zřeďují a ochlazují ji. Tyto vody představují velké procento odpadní vody přitékající do kanalizace. Kvalita odpadních vod záleží na poměrech těchto vod a jejích kvalitou. Průtok kolísá během různých časových intervalů. Kolísání záleží na počtu obyvatel, životním stylu atd. Kolísání je významné hlavně u menších čistíren odpadních vod. [1,16] 3.3 Látkové zatížení na ČOV Splaškové vody jsou šedě až šedohnědě zbarvené a silně zakalené s teplotou od 7 do 25 C a s ph od 6,8 do 7,5. Odpadní vody obsahují látky z pitné vody, metabolizmu a z lidské činnosti. Látky dělíme na: Nerozpuštěné usaditelné minerální, organické Nerozpuštěné neladitelné minerální, organické Rozpuštěné minerální, organické V laboratorních testech se stanovuje: BSK 5 což je biologická spotřeba kyslíku za 5 dní (v ČR se stanovuje nejčastěji, i když přesnější je laboratorní test na více dní) a slouží k posuzování kvality odpadních vod CHSK což je chemická spotřeba kyslíku Poměr CHSK Cr : BSK 5 by měl být asi 2:1. Pro jednoho ekvivalentního obyvatele se počítá BSK 5 = 60g produkovaných jedním obyvatelem za den. [1] 3.4 Technologické zařízení ČOV Technologie zařízení čistírny odpadních vod je určená podle požadavků na kvalitu odtékajících vod. Čistírna odpadních vod také musí brát v ohled na specifika lokality, kanalizační systém, množství vody a další. [1, 7] 15

16 3.4.1 Mechanické čištění odpadních vod První primární stupeň, který má za úkol chránit další zařízení čistírny. Cezení: Slouží k odstranění hrubých plovoucích a unášených nečistot z odpadní vody. Cezení je první článek u kanalizačních čistíren odpadních vod a hlavním úkolem je chránit následující stupně před poškozením, zejména čerpadla. Česle mohou mít mezery mezi tyčemi (česlemi): a) mm hrubé česle pro ochranu čistírny a zabezpečení průtoku b) mm střední česle, které zabraňují blokování průtoku a mohou být jako 1. alternativa lapáků štěrku c) 2-10 mm jemné česle, které zabraňují hromadění suspenzí Hrubé česle se navrhují jako ochrana za lapák štěrku, které můžou být u větších čistíren odpadních vod strojně stírané. Jemné česle jsou již standardní na všech čistírnách odpadních vod, které bývají strojně stírané. Rychlost průtoku musí být mezi 0,6 1 m/s, při maximálním průtoku může být až 1,4 m/s. Česle bývají kvůli bezpečnosti zdvojovány. Produktem cezení jsou shrabky, jejich množství je závislé na velikosti průlin česlí. Lisováním v lisech se shrabky zbavují přebytečné vody a promývají se čistou vodou, aby se zbavili organického podílu, a tím se stabilizují. Shrabky se většinou spalují nebo skládkují. [1] Lapáky písku: Zbavují vodu těžkého nereaktivního materiálu, jako jsou popílky, škváry, skořápky, úlomky kostí a velké množství písku. Lapáky písku slouží hlavně k tomu, aby chránili další objekty a zařízení čistírny odpadních vod. Lapáky zachycují částice o velikosti 0,2 0,25 mm s měrnou hmotností asi 1400 kg/m 3. Typy lapáků písku: a) Horizontální lapáky písku Lze sem zařadit komorový a štěrbinový lapák písku. Dnes se již horizontálních lapáku skoro nepoužívá. 1) Komorový lapák písku Je to podélný usazovací žlab s akumulačním prostorem na zachycování písku. Kvůli kolísavému průtoku musí být navrženo několik žlabu vedle sebe. 2) Štěrbinový lapák písku je složen ze žlabu obdélníkového nebo trojúhelníkového průřezu, jehož dno má takový sklon, aby se i při jakémkoliv průtoku usazoval písek. Ve dně žlabu jsou štěrbiny, kterými propadá písek do bočních šachet, kde dochází k jeho odstranění. 16

17 b) Vertikální lapák písku Voda přitéká na dno lapáku a odtud stoupá rychlostí, která nesmí být větší než rychlost, která vynáší písková zrna. Zachycené částice se odstraňují strojně. Půdorys bývá většinou kruhový, někde čtvercový. Používají se na menších čistírnách odpadních vod. 1) Virový lapák písku Je zde využita odstředivá síla, pomocí níž lze oddělit látky o různé hustotě. Voda je přiváděna tangenciálně a písek je vynášen po obvodu. Písek se usazuje na dno kuželovité nádrže, odkud se čerpá. 2) Provzdušňovaný lapák písku V podélném žlabu dochází k provzdušňování podél jedné strany, což zabezpečuje cirkulaci. Nevýhodou je, že díky provzdušnění dochází k rozkládání organických látek, a to může narušit denitrifikaci. Vyklízení virových a vertikálních lapáků probíhá v cyklech mamutkou, nebo ponorným čerpadlem. Dále je písek přiváděn do pračky písku, kde je zbaven plovoucích nečistot. Vypraný písek je přiváděn šnekovým dopravníkem, kde je i odvodněn. [1, 7] Usazování: Pokud se částice navzájem neovlivňují, jedná se o nerušenou sedimentaci, tak sedimentuje málo koncentrovaný zrnitý kal. U více koncentrovaných suspenzí se částice navzájem ovlivňují a pohyb se zpomaluje, potom se jedná o rušené usazování. Usazovací nádrže Tyto nádrže slouží k odstranění usaditelných nerozpuštěných částic menších než 0,2 mm. Usazovací nádrže se navrhují podle hydraulického zatížení a doby zdržení. Ve splaškových vodách bývají ve značném množství přítomny oleje a tuky, když není přítomen lapák tuků vyflotují se v usazovacích nádržích a jsou stírány z povrchu do speciální jímky. Dělení usazovacích nádrží: - Kruhové s horizontálním průtokem - Pravoúhlé s horizontálním průtokem - Nádrže s vertikálním průtokem - Nádrže štěrbinové (dnes výjimečně) Dosazovací nádrže Tato nádrž slouží k oddělení aktivovaného kalu za biologickou linkou, někdy k zachycení kalu z biofiltrů. Špatné navržení dosazovací nádrže může znamenat znehodnocení cele čistírny odpadních vod. Tři požadavky na dosazovací nádrže: - Oddělení aktivovaného kalu od vyčištěné odpadní vody s minimálním zbytkem - Zahuštění aktivovaného kalu na požadovanou koncentraci - Shromáždění kalu pro případ většího průtoku [1, 7] 17

18 3.4.2 Biologické čištění odpadních vod Biologické čištění odpadních vod je napodobení a zintenzivnění pochodů, které probíhají v přírodních vodách. Proces biologického čištění odpadních vod je na principu oxidačně redukčních reakcí, které mohou být podle konečného akceptoru elektronu aerobní nebo anaerobní. Dělení na tři oblasti: Oxická Je přítomen rozpuštění kyslík, který je i konečným akceptorem. Zde probíhá oxidace organických látek a nitrifikace. Anoxická Jsou zde přítomny omické sloučeniny, a to dusičnany a dusitany. Akceptorem je dusitanový a dusičnanový dusík. Zde dochází k denitrifikaci. Anaerobní Konečným Akceptorem je organická látka. Část organické látky je oxidována a část je redukována. Probíhají zde anaerobní reakce, jako jsou acidogeneze, acetogeneze, melanogeneze, desulfatace. Při odstranění fosforu zde běží ještě jedna reakce, a tou je depolymerace polyfosfátů. [1, 9] Biologická rozložitelnost organických látek Usuzujeme jí podle BSK, CHSK atd. posuzovat organické látky můžeme také podle jejich struktury. Podle struktury určujeme rozložitelnost: Snadno rozložitelné látky jsou jednoduché (cukry, aminokyseliny, aldehydy, kyseliny, atd.). Intenzitu rozložitelnosti snižují substituenty, větvení alifatického řetězce, u alifatických řetězců se snižuje s počtem násobných vazeb a s větším počtem dusíkatých atomů v molekule. U heterocyklů se snižuje intenzita s počtem násobných vazeb a heteroatomů. Podle biologické rozložitelnosti dělíme: Snadno rozložitelné organické látky Většinou nízkomolekulární látky snadno využitelné pro organismy. Jsou to např. jednoduché cukry, aminokyseliny, alkoholy atd. Pomalu rozložitelné organické látky Většinou to jsou vysokomolekulární látky, které mohou být rozpuštěné, koloidní i nerozpuštěné. Jsou to např. tuky, bílkoviny, peptidy, složitější cukry atd. Nerozložitelné organické látky Vyskytují se ve vodách v podobě rozpuštěné i nerozpuštěné. Zůstávají ve vodách jako zbytkové znečištění. [1] 18

19 Růst a množení mikroorganismů Při biologickém čištění je část organických látek zoxidovaná na CO 2 a vodu a část je využita na syntézu zásobních látek a nových buněk (nejčastěji polysacharidy a lipidy), syntéza se projeví nárůstem biomasy. Růst mikroorganismů je možno zachytit tzv. růstovou křivkou, které má celkově 6 fází (lagová fáze, fáze zrychleného růstu, fáze exponenciálního růstu, fáze zpomaleného růstu, fáze stacionární, fáze poklesu), pro nás jsou důležité první tři fáze, pak dojde k nechtěnému množení. [1] Kinetické principy ve směsných kulturách Vyskytuje se zde velké množství různých mikroorganismů. Přítomnost mikroorganismů je určena 3 faktory: a) Složení substrátu b) Stáří substrátu c) Aktuální koncentrací substrátu v reaktoru Pro jednosložkový substrát platí, že měrný výtěžek biomasy je úměrný spotřebovanému substrátu. Odpadní vody obsahují směs rozpuštěných organických látek. Rychlost odstraňování směsného substrátu je dán součtem odstranění jednotlivých složek. Ve většině odpadních vod jsou přítomny i vysokomolekulární rozpuštěné látky a látky nerozpuštěné. Látky v jemných a koloidních disperzích jsou zachyceny na shluky mikroorganismů a pak podle povahy buď enzymaticky štěpeny nebo jsou součástí vloček. [1] Aktivační proces Je to nejstarší kontinuální kultivace při nesterilních podmínkách. Schéma aktivačního procesu: PŘÍTOK AN DN ODTOK VK PK Obrázek 1: AN aktivační nádrž, DN dosazovací nádrž, PK přebytečný kal, VK vratný kal [1] 19

20 Aerobní biologické čištění Mikroorganismy rozkládají organické látky za pomocí oxidace a k oxidaci používá molekulární kyslík. Produktem tohoto exogenního metabolismu je oxid uhličitý, voda a amoniak při získání energie. [1, 9] Aktivovaný kal: Směsná kultura, která obsahuje především bakterie ve formě zoogleí. Mimo bakterie obsahuje ještě kvasinky plísně a houby, z větších organismů to jsou vířníci, prvoci atd. složení kalu závisí na složení substrátu a technologických parametrech kultivace. Při optimálních podmínkách je kal ve formě dobře flokulujících a sedimentujících vloček. Bioflokulace je zapříčiněna snížením elektrického náboje na kritickou hodnotu, což je způsobeno obalením buňky polysacharidickým materiálem. Tato skutečnost při bioflokulaci způsobuje, že se buňky spojují do agregátů a vloček, které jsou schopny sedimentovat. Disperzní růst kalu Za určitých podmínek se v kalu přestanou tvořit vločky a jsou ve formě jednotlivých buněk, to pak způsobuje zakalený odtok z odsazovací nádrže. Příčiny disperzí: a) Nevhodné technologické parametry (vysoké zatížení kalu, nízké stáří kalu atd.) b) složení a vlastnosti odpadní vody - přechodná deflokulace (nárazové změny v teplotě, solnosti, ph atd.) - trvalá deflokulace (nedostatek dusíku, fosforu a kovů, přítomnost toxických látek) Dvě skupiny bytnění: a) Nevláknité (zoogleární) - Způsobeno silnou hydratací extracelulárních poměrů, obvykle je to jev přechodný. b) Vláknité Je vyvolaný velkým nárůstem vláknitých mikroorganismů, které se vyskytují v každém kalu a způsobují velké problémy, pokud přerostou vločkotvorné. Ovlivňující parametry narůstání vláknitých mikroorganismů: a) Složení odpadní vody: Vláknité bakterie podporuje vyšší obsah sacharidů glukózového typu, vyšší obsah sulfidů, nedostatek nutrietů, nízké ph atd. b) Aktuální koncentrací rozpuštěného kyslíku: Při nízkých koncentracích jsou vlákna lépe zásobována kyslíkem než vločky. c) Aktuální koncentrací rozpuštěného substrátu: Při nízkých koncentracích spotřebovávají substrát lépe pomalu rostoucí (vláknité) mikroorganismy. 20

21 d) Technologickými parametry procesu: Patří sem zatížení kalu a stáří kalu. [1, 9] Nejdůležitější technologické parametry aktivace Doba zdržení Vypočítá se jako podíl objemu nádrže k přítoku odpadní vody. Doba kontaktu Vypočteme podílem objemu nádrže k přítoku odpadní vody a recirkulaci aktivovaného kalu. Objemové zatížení Hmotnostní množství organických látek přiváděných na 1m 3 objemu nádrže na den. Zatížení kalu Hmotnostní množství organických látek přivedených na 1kg celkové (organické) sušiny kalu na den. Stáří kalu Vypočteme jako poměr hmotnostní sušiny kalu a aktivační nádrži a hmotnosti sušiny kalu odebírané jako přebytečný kal a nerozpuštěné látky na odtoku za den. Kalový index Objem, který zaujímá 1kg sušiny kalu za stanovenou dobu sedimentace Technologické varianty Dělíme na dvě varianty: Aktivační systém Vytváří se aktivovaný kal a provzdušňované nádrži, které jsou uspořádány jako skupina reaktorů, kde se čistí voda a produkuje aktivovaný kal. Následuje dosazovací nádrž, kde se sedimentuje aktivovaný kal. Biofilmové reaktory Dochází kde ke kultivaci biomasy nárůstem. [1] Vliv různých faktorů na čistící účinek aktivace Vliv zatížení a stáří kalu: U městské odpadní vody může být zatížení kalu až 0,3 kg/kg.den, kde je účinnost čištění konstantní a při vyšším zatížení kalu účinnost čištění klesá. Nad hodnotu zatížení kalu 0,15 kg/kg.den je nitrifikace neřízená, pod touto hranicí záleží nitrifikace na dalších jiných faktorech. Při malém stáří kalu může docházet k selekci organismů a některé mohou být i vyplavovány. Vliv doby zdržení: Při nízkých dobách zdržení musíme provozovat systém při nízkém stáří kalu. 21

22 Vliv ph: Optimum je většinou 6,0-7,5 kvasinky a plísně mají optimální podmínky v nižších ph. Pro čistírny odpadních vod je pak optimum 7,0 7,5, při hodnotách pod 6,0 rostou vláknité nežádoucí houby. Vliv teploty: Je odolná vůči změnám teploty C pokud to nejsou změny skokové. Nejcitlivější jsou nitrifikační bakterie. Vliv nutrientů: Zde je hlavní dostatek prvků dusíku a fosforu. Množství je přibližně BSK 5 : N:P = 100:4:1. Vliv koncentrace rozpuštěného kyslíku: kyslík se do vločky dostává difuzí, koncentrace kyslíku by měla být 0,6 2,5 mg/l v závislosti na aktivitě a velikosti vločky. Aerační pochody probíhají při větší dodávce kyslíku než je spotřeba. Kyslík se vhání pneumaticky, hydropneumaticky, mechanicky nebo kombinovaně. Vliv solnosti těžkých kovů: Solnost nad 10g/l NaCl může ohrozit biologickou část čistírny odpadních vod. Těžké kovy mohou mít toxický účinek, obvykle to má za následek deflokulace aktivovaného kalu a inhibici nitrifikace. [1, 9] Odstraňování dusíku z odpadních vod Dusík je nežádoucí ve vodách. Odstranění spočívá c biochemické oxidaci amoniaku na dusičnany a dusitany (nitrifikace) a následné redukci na plynný dusík (denitrifikace). Důvody nežádoucí přítomnosti dusíku: - amoniakální dusík má velkou spotřebu kyslíku - dusík se podílí na eutrofizaci vod - v pitné vodě jsou dusičnany nebezpečné, zejména pro malé děti [1] Nitrifikace: 1. fáze - Oxidace amoniakálního dusíku na dusitany bakteriemi rodu Nitrosomonas, Nitrosococcus, Nitrospira atd. 2. fáze dusitany jsou oxidovány na dusitany pomocí bakterií rodu Nitrobacter, Nitrocistis atd. Tyto organismy jsou litotrofní a uhlík získávají z CO 2. Reakce je velmi pomalá a potřebuje CO 2 a hodně O 2. Klesá zde ph díky kyselinám HNO 2 a HNO 3. Kyseliny snižují tlumivou kapacitu vody, to má za následek potřebu přidávat neutralizační činidlo (hydroxid vápenatý). Nitrifikační bakterie jsou střídavě aerobní, mohou přežít několik hodin v anoxických podmínkách. Faktory ovlivňující nitrifikaci: 22

23 Koncentrace rozpuštěného kyslíku, ph, teplota, stáří a zatížení kalu, složení odpadních vod. [1, 9] Denitrifikace: Odbourání organické hmoty za součastné oxidace dusitanů a dusičnanů a plynný dusík. Oxidované formy dusíku jsou organotfofní mikroorganismy. Asimilace je redukce na amoniak, disimilace je využití dusičnanového dusíku jako akceptoru kyslíku. Uvolňuje se OH -, což zapříčiňuje rychlý růst ph a inhibici organismů. Kinetika je monodovského typu, rychlost reakce je 5 20 mg/d za hodinu. Faktory ovlivňující denitrifikaci: Koncentrace rozpuštěného kyslíku, ph, teplota, stáří a zatížení kalu, složení odpadních vod. [1, 9] Aktivace a nitrifikací a denitrifikací: Nejběžnější je jednokalový systém s nitrifikací i denitrifikací, může být však i zvlášť. Využívají se systémy s postdenitrifikací, předřazenou denitrifikací, kaskádovou nitrifikací a denitrifikací atd. systémy mohou být provozovány průtočně nebo časově. Denitrifikace D+C Nitrifikace C+N DN Obrázek 2 : Aktivace s predenitrifikací Methanol Nitrifikace Denitrifikace DN C N D+C 23

24 Obrázek 3: Aktivace s postdenitrifikací využívající: endogenní substrát, část odpadních vod, metanol [1, 9] Odstraňování fosforu z odpadních vod Fosfor způsobuje stejně jako dusík eutrofizaci vod, ale zároveň je limitujícím prvkem. [9] Fyzikálně chemické metody odstranění fosforu z odpadních vod: Tyto metody jsou založeny na tvorbě nerozpustných fosforečnanů kovů (vápník, hliník, železo). Při fyzikálně chemických metodách vzniká chemický kal. Podle místa dávkování srážení dělíme: 1) Předřazené srážení Činidlo dávkujeme před usazovací nádrž a sraženiny jsou odstraněny společně se sedimentovaným primárním kalem. Zbytková koncentrace může být 1,5 2,5 mg/l. 2) Simultánní srážení Činidlo se dávkuje do aktivační směsi a odstraňuje se v dosazovací nádrži ve formě sraženiny. Zlepšují se sedimentační vlastnosti kalu díky způsobu dávkování, dále není ovlivněna biomasa. 3) Zařazené srážení Způsob, který vyžaduje reaktory na míchání a separaci s dávkováním za dosazovací nádrží. Největší nevýhodou jsou vysoké investice, ale s velkou účinností až na 1mg/l fosforu. [1, 9] Biologické metody odstraňování fosforu z odpadních vod: Tyto metody jsou založeny na schopnosti mikroorganismů (PP bakterie) akumulovat fosfor ve formě polyfosfátů. Mikroorganismy k tomu potřebují určité uhlíkaté látky, zejména kyselinu octovou, popřípadě nějakou náhradní.. Princip metody je ve smíchání aktivačního kalu s odpadní vodou v aerobních podmínkách, v těchto podmínkách vznikají mastné kyseliny pomocí fermentačních bakterií. Kal obsahuje po odstranění v omických podmínkách asi 4 5 % fosforu. Podmínky pro aktivační systémy se zvýšeným biologickým odstraněním fosforu: - vhodně dimenzovaná anaerobní zóna - za anaerobní zónou musí být aerobní zóna - fosfor s přebytečným kalem musí být odváděn z omické části - je li zde simultánní odstranění dusíku je třeba: - oxická zóna musí být dimenzována s ohledem na nitrifikaci 24

25 - systém uspořádat tak, aby dusičnany nerušili uvolňování fosforu v anaerobní zóně [1, 9] Biofilmové reaktory Kultivuje se zde biomasa nárůsty (biofilmu) na vhodném nosiči. Mikroorganismy jsou na biofilmovém reaktoru ve formě matice, která je produktem vlastních buněk reaktoru. Nosič je inertní, která aktivně znečištění neodbourává, ale probíhají zde biochemické procesy (oxidační, anoxické, anaerobní, atd.). Skupiny bioreaktorů: 1) Zkrápěné biologické kolony Nosičem biofilmu je náplň kolony zkrápěná odpadní vodou s mezerami, kde proudí vzduch. 2) Ponořené biologické kolony - Nosičem biofilmu je náplň kolony, ale kolona je celá naplněna vodou. 3) Rotační biofilmové reaktory Nosič rotuje v odpadní vodě a je střídavě ponořen do vody a střídavě je na vzduchu. 3) Reaktory s kombinovanou kultivací biomasy Kombinace biofilmu a aktivačního procesu s biomasou ve vznosu. [9] Anaerobní čištění odpadních vod Při fermentaci je konečným akceptorem kyslíku organická látka, pokud je to aniont (dusík, síra, ) jedná se o anaerobní respiraci. Stádia anaerobního rozkladu: 1) Hydrolýza Rozkládají se rozpuštěné i nerozpuštěné makromolekulární organické látky na nízkomolekulární látky rozpustné ve vodě. 2) Acidogeneze Nízkomolekulární látky produkované při hydrolýze jsou v této fázi přítomny v buňce a rozkládány na jednodušší organické látky (alkoholy, kyseliny, CO 2, atd.) 3) Acetogeneze Probíhá oxidace jednodušších organických látek na CO 2, H 2 a kyselinu octovou. 4) Mehanogeneze Mehanogenní mikroorganismy rozkládají specifické substráty na jednoduché uhlíkaté látky (metanol, kyselina mravenčí, atd.) a produktem je metan a oxid uhličitý. [1] 25

26 Faktory ovlivňující tvorbu metanu Vliv ph: Optimum je 6,5 7,5, pod 6 a nad 8 je činnost mikrobiálních bakterií inhibována. Předmetanizační fáze má optimum nad 5. Vliv teploty: Teploty se pohybují od 4 do 97 C a čím větší je teplota, tím je proces rychlejší. Interakce mezi druhy anaerobních organismů jsou také ovlivněny teplotou. Vliv koncentrace těkavých mastných kyselin: Jsou zde přítomny hlavně kyseliny octová, propionová, máselná, mléčná, valerová a kapronová, neprokazují inhibiční účinek do koncentrace 10 g/l. Vliv složení substrátu: Musí být vyvážený pomět uhlíku a nutrientů (CHSK:N:P = :6,7:1). Jsou zde ještě důležité nutrienty Na, K, Ca, FE, S, W, atd. nepříznivě působí těžké kovy, jako jsou např. Pb, Cu, Zn, Cr. [9] Výhody a nevýhody anaerobního čištění odpadních vod 1) Dlouhá doba zapracování reaktoru. 2) Malé požadavky na živiny s nízkými náklady na likvidaci. 3) Nižší produkce biomasy (asi 10x méně než u aerobního čištění odpadních vod), přebytečný kal je většinou stabilizován. 4) Možnost vysoké koncentrace biomasy v reaktoru, která je limitována jen reologickými vlastnostmi kalu. 5) Vysoká koncentrace organických látek na odtoku. 6) Malá reakční rychlost, vyžadují se delší doby zdržení nebo větší obsah biomasy. 7) Přílišná citlivost metanogenních bakterií. 8) Nízká spotřeba energie, většinou se tvoří bioplyn. [1, 9] Reaktory pro anaerobní čištění odpadních vod Z hlediska kultivace dělíme: 1) Reaktory s agregátovou (granulovanou) biomasou 2) kultivace biomasy v suspenzi anaerobní aktivace 3) kultivace imobilizovaní biomasy 4) biofilm na povrchu inertního materiálu s pevnou nebo pohyblivou náplní [1, 9] 26

27 Bioplyn Skládá se převážně z metanu a CO2 a v menší míře vodík, dusík, sulfan. Při výstupu obsahuje bioplyn ještě malé množství vody asi 3 4% a stopové množství amoniaku a mastných kyselin. Dobrý bioplyn obsahuje 65 75% metanu a 25 35% oxidu uhličitého. [1] Kalové hospodářství na čistírnách odpadních vod Úkolem kalového hospodářství čistíren odpadních vod je kal stabilizovat, tak aby ho bylo možné později využít nebo ekonomicky únosně zlikvidovat. Díky novým technologiím čištění odpadních vod (např. nízko zátěžové aktivace), které produkují kal s určitými vlastnostmi si vynucují inovace a intenzifikace technologií kalového hospodářství. [11] Kal z čistíren odpadních vod Veškeré suspendované látky, které projdou přes hrubé předčištění v mechanické části čistírny odpadních vod nebo vzniknou při procesu čištění odpadních vod. Kal označujeme podle místa vzniku, místa separace, podle procesu, kterým kal prošel nebo vznikl. [1] Primární kal z čistíren odpadních vod Jsou to suspendované látky zachycené v usazovací nádrži. Vlastnosti tohoto kalu jsou velmi ovlivněny stokovou sítí, účinností hrubého předčištění a technologickým řešením celé čistírny odpadních vod. [7] Produkce primárního kalu: Množství na ekvivalentního obyvatele během roku kolísá, uvádí se asi g na den při účinnosti sedimentace usazovací nádrže asi 70%. Produkce primárního kalu je větší je li na čistírně odpadních vod aplikováno předrážení, dávkování železitých (hlinitých) solí, nebo je technologie založena na kombinaci fyzikálně chemického čištění s biofiltry. Množství je větší, i když je primární usazovací nádrž použitá ke společnému zahuštění primárního a přebytečného kalu, toto je tzv. celkový produkovaný kal a je v rozmezí g za den na ekvivalentního obyvatele. [1] 27

28 Složení primárního kalu: Obsah organických látek stanovený ztrátou žíháním je asi 70 75%. Tuků je 5,7 44%, bílkovin je 19 28%, celulózy, hemicelulózy a ligninu je 12,8 25,4%, humínových kyselin je do 4%, atd. Důležitý je také obsah sušiny, který závisí na způsobu provozu, konstrukčním řešením, způsobu odtahování z primární (usazovací) nádrže. [ 1, 7] Vlastnosti primárního kalu: - vysoká reaktivita - anaerobní prostředí - dobré sedimentační vlastnosti - vysoký obsah patogenů Obsahuje mnoho mikroorganismů, proto musíme počítat s tím, že při jeho zpracování budou probíhat biochemické procesy. Z kalu se snadno vyvíjí metan už při zahuštění. Dobrá sedimentace kalu bývá důvodem vynechání primární sedimentace. [7] Sekundární (přebytečný) kal z čistírny odpadních vod Je to přebytečná biomasa odstraňována z dosazovacích nádrží v sekundární sedimentaci. [7] Produkce přebytečného (sekundárního) kalu: Je závislá na technické konfiguraci celé čistírny odpadních vod, jejím stavebním provedení, technologické koncepci, provozu a mnohých fyzikálně chemických faktorech. Základní faktory ovlivňující produkci: - přítomnost primární sedimentace - technologická koncepce biologického stupně - stáří kalu - teplota vody - zatížení kalu -chemické srážení fosforu - účinnost dosazovací nádrže V případě předřazené primární sedimentace je kal přebytečný ku kalu primárnímu v poměru asi 1 : 1-2 a podle toho je li vřazeno chemické srážení je produkce asi g sušiny za den na ekvivalentního obyvatele. [1] 28

29 Složení sekundárního (přebytečného) kalu: - organických látek stanovených žíháním 60 70% - uhlík v organické složce biomasy 47 52% - kyslík v organické složce biomasy 31 38% - vodík v organické složce biomasy 7 8% - dusík v organické složce biomasy 7 11% - fosfor v organické složce biomasy 1,1 2,6% - anorganické látky 30 40% Chemické složení je závislé na skutečném stáří kalu, obsah všech organických látek stanovených žíháním a muže ho také ovlivňovat způsob provozu čistírny odpadních vod. Koncentrace sušiny v čerpaném sekundárním kalu je ovlivněna typem dosazovací nádrže a jejích skutečným látkovým zatížením povrchu, dále sedimentačními vlastnostmi, stavem biologické linky, atd. koncentrace sušiny jsou také ovlivněny pracovní koncentrací aktivovaného kalu v aktivační nádrži. [1, 7] Vlastnosti sekundárního (přebytečného) kalu: Je méně reaktivní než kal primární a má horší sedimentační vlastnosti, které jsou popsané kalovým (objemovým) indexem. Lze ho vypočítat z podílu objemu kalu v ml po 30 minutové sedimentaci v Imhoffově kuželu a koncentrace měřeného kalu v kg/m 3. Když má přebytečný kal po dobu uskladnění dostatek kyslíku zůstává nadále reaktivní i přes pokles organických látek a může sloužit i k očkování aktivačních nádrží. [7] Chemický kal z čistírny odpadních vod Tento kal je produktem chemického srážení především k odstranění fosforu z vod nebo ke zlepšení sedimentačních schopností aktivovaného nebo primárního kalu. Většinou je tento kal součástí primárního a přebytečného kalu a liší se podle použitých chemických látek. V případě odděleného srážení vzniká kal samostatně ve třetím stupni čistírny odpadních vod. [7] Produkce chemického kalu: Je dána způsobem srážení a chemickým složením srážedla. Pro srážení fosforu je vždy potřeba nadbytek solí Fe +3 a Al +3. Srážedlo, které je nadbytečné tvoří další sloučeniny, jako jsou např. hydroxidy (zvyšují produkci chemického kalu). Při použití hlinitých solí nevzniká chemický kal, protože hydroxidy lze rozpustit ve vodě o ph 8. [7] 29

30 Složení chemického kalu: Je závislé na sloučeninách, a to především na ortofosforečnanů železa (hliníku) a hydroxidů daných kovů o nestechiometrickém složení. Dále je tu závislost na fyzikálně chemických podmínkách při srážení. Při odděleném srážení musíme počítat s tím, že i v tomto srážení je ve vločkách chemického kalu organický podíl. [1, 7] Vlastnosti chemického kalu: vlastnosti chemického kalu při odděleném srážení jsou dány dobou zrání sraženiny, množstvím organického podílu a chemickými vlastnostmi použitého kationtu. Hlinité kaly mají amfoterní charakter a sraženiny jsou stále při ph 5,5 8, železité kaly v rozmezí ph 4 9,5. Sedimentační vlastnosti tohoto kalu jsou špatné a jsou závislé na organickém podílu. [7] Zpracování kalu z čistírny odpadních vod Sled technologických operací, který musí podle legislativy zajistit takovou úpravu kalu, aby mohl být použit např. na půdu nebo ho ekonomicky únosně zneškodnit. Zahušťování kalu: Tento proces má za úkol snížení obsahu vody před dalším zpracováním. Zahuštění kalu je významné jak ekonomicky tak i technologicky. Zahušťujeme pomocí sedimentace nebo strojních zařízení. Optimální výsledek zahuštění je 4,5 6 hmotnostních % sušiny. Vyšší koncentrace sušiny jsou možné, ale s pozdějšími obtížemi čerpání kalů. Způsoby zahuštění kalů: Prostá sedimentace, spojená s uskladněním kalu - Bývá konečným řešením kalového hospodářství nebo jako mezistupeň po anaerobní stabilizaci před odvodněním. Tento proces je založen na stahování kalové vody z povrchu v uskladňovací nádrži s dobou zdržení nejméně 150 dní. Nádrž může být vybavena míchadly na homogenizaci kalu. Tento způsob je extenzivní a produktem je stabilizovaný kal. Řízené gravitační zahušťování kalu - Využívá se k zahuštění primárního kalu v samostatných nádržích míchaných gravitačních zahušťovacích nebo v zahušťovacích s usměrněným prouděním (hydrocyklónech). Může být i více sériové propojení uskladňovacích nádrží s řízeným režimem. Odstřeďování Tato metoda patří mezi gravitační a využívá se hlavně na velkých čistírnách odpadních vod. Zahuštění je závislé na vlastnostech zahuštěného kalu, u přebytečného kalu záleží na kalovém indexu. Pro zvýšení účinnosti zahuštění na odstředivce lze zvýšit přidáním fakulantů. 30

31 Tlaková flotace Tato metoda je moderní a velmi výkonná a vhodná k zahuštění přebytečného, smíšeného a chemického kalu. Účinnost se dá zvýšit přidáním flokulantů. Flokační jednotka se doporučuje dimenzovat na základě látkového zatížení pracovního objemu flotační jednotky za jednotku času. Podle technického řešení flotační jednotky se doporučuje zatížení objemu kalem 0,5 3,5 kg sušiny na m 3 a hodinu. Síťové zahušťovače Tato metoda se provádí s pomocí filtrace flokulovaního kalu na sítech. Tato metoda je ekonomicky a výkonově nejvýkonnější z uvedených metod. Používají se většinou nerezová síta, nejčastěji to jsou stokové pásové zahušťovače, zahušťovače s rotačním šikmým, bubnovým nebo šnekovým sítem. [1, 5, 7] Stabilizace kalu: Tímto procesem upravujeme konečné vlastnosti kalu, tak aby dále nepodléhal spontánnímu rozkladu. Většinou je to biologický proces snižování obsahu snadno rozložitelných organických látek, a tím se snižuje i celkový obsah veškerých organických látek v kalu. U nových nízko zatížených aktivací musíme mít ještě jeden faktor a to dobu, po kterou nebyl kal v kontaktu s čerstvým surovým kalem. Doba pro stabilizaci je určená použitou metodou a je určena na základě empirických zkušeností. Stabilizovaný kal nesmí zapáchat a spontánně se rozkládat. Tato metoda může být zároveň brána jako hygienizace. Stabilizaci kalu dělíme: Aerobní stabilizace kalu Přebytečný kal je udržován v omických podmínkách, tato metoda je nákladná kvůli potřebné aeraci, ale je velmi jednoduchá. Kal se zpracovává v oddělených aeračních nádržích, kde musí bát koncentrace kyslíku asi 0,5 1,5 mg/l po dobu nejméně 35 dnů. Pro tyto podmínky stačí středobublinná aerace, která kal promíchává. Větší efekt má rozdělení na dvě nádrže, a při sériovém propojení můžeme dosáhnout i většího zahuštění. Autotermní aerobní termofilní stabilizace kalu Dochází ke snížení organického podílu v biologickém kalu produkovaném na čistírně odpadních vod při biologickými procesy probíhajícími v termofilních podmínkách za přítomnosti kyslíku. Tato metoda je založena na využití tepla vzniklého exotermním aerobním biologickým procesem za přítomnosti vzduchu (čistý kyslík nebo směs čistého kyslíku a vzduchu). Uvolněné teplo z procesu zahřívá obsah reaktoru až na pracovní teplotu, což je C, tato teplota je udržen po celou dobu stabilizace popřípadě hygienizace. Tento proces probíhá v tepelně izolované nádrži, která může být zásobena kyslíkem. Proces je kontinuální a tepelně soběstačný. Díky tomu, že tento proces se dá využít i k hygienizace kalu 31

32 probíhá proces semikontinuálně, tedy dávkování surového kalu v určitých intervalech. Lze zajistit i hygienizace kalu I. stupně za dodržení doby zdržení 20dní, minimální teplota v reaktoru 55 C a prodleva mezi denními dávkami čerstvého kalu minimálně 20 hodin. Anaerobní kryofilní stabilizace kalu Metoda za nepřístupu vzduchu při teplotě okolí. Dochází k biochemickému rozkladu organických látek za tvorby metanu, tato metoda bývala často využívána pro stabilizaci kalu na menších čistírnách odpadních vod ve štěrbinových nádržích, které sloužili i jako usazovací a stabilizační nádrže. Protože se bioplyn nejímal a unikal do atmosféry se od této metody již upustilo. Doba stabilizace je asi dní, procesy jsou závislé na teplotě a proto je produkován kal o různé kvalitě v závislosti na ročním období. Tato metoda se nepoužívá na čistírnách odpadních vod s nízkozátižným aktivním systémem. Tato metoda se dá nahradit i skladováním kalu po dobu vyšší než 150 dní, ale za těchto podmínek je zanedbatelná produkce metanu. Jde většinou o zastaralé řešení nevyhovující platné legislativě. Anaerobní mezofilní stabilizace kalu Je to nejrozšířenější a technologicky nejpropracovanější anaerobní metoda stabilizace kalu a probíhá při teplotě C. Na městských čistírnách odpadních vod se využívají především nízko zatížené vyhnívací nádrže s provozním zařízením 0,5 1,5 kg/m3.d organické sušiny s dobou zdržení dní při teplotách C. U větších čistíren odpadních vod se využívají dvoustupňové systémy a u menších se využívají jednostupňové systémy kombinovaný s otevřenou uskladňovací nádrží. U dvoustupňového systému je první systém zahříván a ve druhém stupni proces dobíhá a bioplyn je jímán z obou stupňů. Metalizace Tento proces probíhá v několika stupních a je závislý na teplotě, složení surového kalu a na řízení provozních podmínek. 1. Fáze Biomasa produkuje enzymy, pomocí kterých dochází k hydrolýze rozpuštěných i nerozpuštěných makromolekulárních látek (lipidy, proteiny, atd.) na nízkomolekulární látky rozpustné ve vodě a schopné transportu do buněk fermentačních bakterií. 2. Fáze (acidogeneze) Produkty hydrolýzy jsou zde rozkládány na jednoduché organické sloučeniny (alkoholy, CO 2, H 2 O, atd.) 3. Fáze (acetogeneze) Oxidují se produkty druhé fáze na kyselinu octovou, CO 2, H 2 O a částečně vzniká metan. 32

33 4. Fáze (melanogeneze) Nejnižší organické látky kromě kyseliny octové a sloučenin s jedním uhlíkem v molekule se rozkládají pomocí metanogenních mikroorganismů na metan a oxid uhličitý. Na produkci bioplynu je potřeba dynamická vyváženost všech čtyř procesů, proto jsou důležité stabilní provozní podmínky. Způsoby vyhřívání komory: 1) Míchání mechanickými míchadly Tento způsob se v dnešní době využívá při rekonstrukci vyhnívacích komor, protože snižuje pěnění vyhnívacích komor a kvalitně homogenizuje. Dobře provedené (hlavně vertikální) míchadlo zabraňuje usazování písku a zanášení vyhnívacích komor. 2) Míchání kalovým plynem Míchání tímto způsobem podporuje tvorbu metanu na úkor tvorby oxidu uhličitého, ale může podporovat pěnění, způsobené přetížením, porušením technologické kázně nebo zpracováním vláknitých bakterií. 3) Hydraulické míchání recirkulačními čerpadly Tento způsob zůstává i po rekonstrukcích vyhnívacích komor, protože slouží i na ohřev kalu. Riziko zanášení vyhnívací komory pískem je vyšší. Při intenzivní stabilizaci kalu bez přístupu kyslíku, zvýšení ekonomického efektu procesu daného větší tvorbou bioplynu je důležitý stupeň zahuštění kalu a zároveň omezí neřízený rozklad před vstupem do vyhnívací komory. Anaerobní termofilní stabilizace kalu Tento proces se pohybuje v teplotách C. Zde je potřeba střední doba hydraulického zdržení v reaktoru kratší, obvykle dní při teplotě 55 C. chceme li kal zároveň i hygienizovat musíme udržovat teplotu C, ale při těchto podmínkách je proces velice náchylný k poruchám a je méně stabilní oproti mezofilní anaerobní stabilizaci kalu. Musíme udržovat reakční podmínky a rovnoměrnost zatížení, je obtížné dávkování surového kalu i zapracování reaktoru. Při této stabilizaci dochází k většímu rozkladu organické hmoty. Vyšší koncentrace amoniaku v závislosti na ph inhibují proces. Anaerobní termofilní stabilizace kalu bývá často zařazena jako první stupeň stabilizace a druhý stupeň pracuje za mezofilních podmínek. [1, 5, 7] 33

34 Bioplyn (kalový plyn) produkovaný na čistírnách odpadních vod a jeho využití Kalový plyn je významný vedlejší produkt anaerobní stabilizace kalu, který obsahuje jako hlavně složku metan. Mimo metanu osahuje ještě oxid uhličitý, dusík, vodík, sulfan, vodu a stopové množství mastných kyselin a merkaptanu. Chemické složení bioplynu je ovlivněno technologií reaktoru, stupněm rozkladu a složením surového kalu. Základní využití je spalování bioplynu na ohřev vyhnívacích komor. Mezofilní stabilizace kalu může být energeticky soběstačná i v zimě, pokud je obsah sušiny nad 5% a teplota je udržována na 37 C, ale v létě je bioplynu nadbytek. Nadbytečný bioplyn lze spalovat na hořácích nebo ho použít jako pohon pro kogenerační jednotku, potom je produktem i elektrická energie. Termofilní stabilizace je závislá na dodávání energie. [1, 7] Předúprava kalu na čistírnách odpadních vod Kal se předupravuje před stabilizací a to hlavně před anaerobní stabilizací. Předpravou se zvyšuje rozložitelnost organických látek, produkce kalového plynu, stupeň stabilizace a snižuje se produkce stabilizovaného kalu. Vybrané způsoby předúpravy: 1) Mechanická destrukce Tato metody jsou nákladné, proto se používá jen u velkých čistíren odpadních vod. Patří sem metody jako mletí, desintegrace ultrazvukem a použití lyzačních odstředivek k zahuštění kalu. 2) Termická přeprava kalu Při této metodě je nejdříve kal zahuštěn, potom zahříván asi 1 30 minut při teplotě C a tlaku 0,5 1,6 MPa, přitom se uvolňuje buněčný lyzát, který stimuluje procesy stabilizace, to má za následek zvýšenou produkci bioplynu a snížení produkce sušiny stabilizovaného kalu a jeho lepší odvodnitelnosti. [1, 5, 7] Chemické a další metody stabilizace kalu z čistíren odpadních vod Chemická stabilizace je jedna z možností zabránění rozkladu kalu v krátkém čase, nejčastěji je to pálené vápno (CaO). Tato metoda má však omezení, protože díky poklesu ph a působení oxidu uhličitého ze vzduchu dojde k obnovení rozkladu. Další metoda je působení kyseliny sírové při teplotě asi 160 C a zvýšeného tlaku až na rozklad na minerální látky. Poslední metoda je rozklad kalu čistým kyslíkem při teplotě 34

35 150 C a tlaku 1,5 MPa, kde je produktem voda, uhličitany a volný oxid uhličitý. Za stabilizaci lze považovat i sušení bez předběžného rozkladu.[1, 5, 7] Hygienizace kalu z čistíren odpadních vod Je to proces, který umožňuje kal použít na zemědělské účely, pokud není kal zatížený těžkými kovy, přičemž nejdůležitějším faktorem jsou jeho hygienická kritéria. Kal z čistíren odpadních vod je směs pevných látek a agregátových koloidních látek. Přítomné mikroorganismy v kalu z čistíren odpadních vod: - kvasinky, nižší houby plus jejích spory a toxiny, viry, různé bakterie, červy, roztoči plus jejich vajíčka, atd. Jako potenciální patogeny se sledují dnes tyto mikroorganismy: - salmonella, vajíčka helmintů, enteroviry, enterokoky, termofilní koliformní bakterie V praxi se sledují: - enterokoky, termofilní koliformní bakterie, salmonella Kal se dělí podle vyhlášky na třídy I. a II., zařazení do těchto dvou tříd pak určuje možnosti zemědělského využití. [1] Technologické procesy spojené s hygienizací kalu (třída I.): Zařazení kalu do třídy I. není technologicky snadné a požadavky stále zpřísňují, proto je potřeba si udělat rozvahu už ve fázi přípravy. Tento provoz je technicky i finančně náročný. Volíme z těchto technologických postupů: - sušení kalu pří více jak 80 C na sušiny vyšší než 90% - pasterizace (teplota nad 70 C a dobou zdržení nejméně 30 minut) - alkalizace vápnem při ph nad 12 a teploty nad 55 C po dobu nejméně dvou hodin - alkalizace vápnem při ph nad 12 po dobu nejméně 3 měsíců - termofilní aerobní stabilizace s přerušovaným dávkováním s odstupem nejméně 20 hodin při teplotách nad 55 C - atd.[1, 7] Sušení kalu - Metody rozdělujeme do hlavních skupin na přímé metody sušení a nepřímé metody sušení. Kal je nutné předem odvodnit asi na obsah sušiny % kvůli energetické náročnosti sušení. Produktem sušení jsou pelety nebo prášek. Při procesu nesmíme překročit teplotu 105 C, aby nedošlo k samovznícení. Dále je kal podle obsahu těžkých kovů používán buďto v cementárnách nebo v zemědělství.[1] 35

36 Nepřímé sušení kalu Teplo je přiváděno pomocí kontaktních ploch s využitím topného média, které není v kontaktu s kalem (pára, olej). Způsoby nepřímého sušení: Disketová sušárna Základem je statorový válec s vnitřním vyhříváním. Vyhřívaný rotor slouží i k provzdušnění, kypření a transportu kalu. Štěrky a lopatky zabraňují nálepu kalu na kontaktních plochách. Suší se zde vyhnilý a nevyhnilý kal s vysokou účinností. [5,7] Obrázek 4: Disková sušárna [5] Přímé sušení kalu Teplo je přiváděno přímo ke kalu horkým vzduchem. Způsoby přímého sušení: Fluidní sušárna Vysušuje kal stoupajícím plynem, kde se dosahuje sušiny až 90 %. Granule jsou odlučovány v cyklónech. Obrázek 5: Princip fluidní sušárny.[5] 36

37 Pásová sušárna Odvodněný kal je unášen na prodyšném pásu, který se pohybuje v proudu vysoušecího média. Teplo může být přiváděno pod i nad pás.. Obrázek 6:Princip pásové sušárny[5] Rotační bubnové sušárny Kal je přiváděn z jedné strany a vlivem otáčení a stykem s plamenem na konci vypadává kal s obsahem sušiny až 90 %. Kal je nutno míchá s vysušeným kalem na hodnotu obsahu sušiny 65 %, aby se buben neucpával. [5, 7] 37

38 Obrázek 7: Princip bubnové sušárny.[5] Autotermní aerobní termofilní stabilizace kalů Metoda je založena na využití tepla z exotermního rozkladu za přítomnosti čistého kyslíku nebo kyslíku se vzduchem. Uvolněné teplo zahřívá obsah v reaktoru na pracovní teplotu C, která je udržována při hygienizaci. Tento proces je kontinuální a energeticky soběstačný. Kal dávkujeme semikontinuálně s odstupem mezi dávkováním a odběrem nejméně 20 hodin. Produkovaný kal je stabilizovaný a dobře odvodnitelný a jeho možno použít v zemědělství nebo na kompostování. [1, 5, 7] Termofilní anaerobní stabilizace kalu při teplotě nad 55 C Kal je zahuštěný na 4,5 6 % sušiny. Tato technologie bývá často kombinována s některou přeúpravou kalu, protože jsou lepší hygienické vlastnosti a výhodnější energetická bilance. Využívají se lyzační zahušťovací odstředivky, desintegrace ultrazvukem nebo termické a vysokoteplotní metody. Tato metoda je vhodná pro velké čistírny odpadních vod s kalovou koncovkou. Produkovaný kal je možné využít v zemědělství, má vlastnosti stabilizovaného kalu, je dobře odvodnitelný a může být přímo zapracován do půdy v tenké vrstvě nebo v odvodněném stavu, nebo může být součástí kompostu. [1, 5] Pasterace (termická předúprava kalu při teplotách nad 70 C a s dobou zdržení nad 30 minut Metoda je založena na způsobení tepelného šoku mikroorganismům. Zahřívání kalu musí probíhat skokem, proto v první fáze se kal po dobu minut zahřeje asi na C a ve druhé fázi se asi za minut zahřeje na teplotu asi 38

39 70 80 C, kde se digestuje aspoň 30 minut. Tuto metodu lze využít jako předstupeň mezofilního anaerobního vyhnívání (předpasterace) nebo může být na konci řetězce (postpasterace). Rychloohřev je možný v trubkovém výměníku tepla, který nesmí překročit 85 C, nebo v intenzivně míchaných duplikátorech. Produkovaný kal může být využit v zemědělství nebo v kompostu a podle použité technologie si zachovává vlastnosti stabilizovaného kalu. U speciálních čistíren odpadních vod malé velikosti (infekční zdravotnická zařízení) je možno provádět pasteraci při teplotě až 135 C.[1] Hygienizace kalu vápnem Používá se oxid vápenatý (CaO) nebo vápenný hydrát. Při této metodě působí teplota nad 55 C vysoké ph a alkalické prostředí, kal s vápnem by neměl mít granule větší než 10 mm, po dobu tepelného šoku musí být zachován v izolovaném silu a homogenizace s vápnem by měla být intenzivní. Zajištění těchto podmínek není problém, pokud má kal sušinu více než 20 %, na které záleží dávkování práškového vápna. Vápno reaguje s vodou při teplotě alespoň 55 C a ph 12, které se vytvoří za daných podmínek ještě s rezervou. Alkalickou hydrolýzu umožňují vysoké koncentrace hydroxidu vápenatého, voda v kalu a teplota, pak se uvolňuje amoniak do ovzduší, který se musí odstranit. Amoniak se vzduchem může také tvořit výbušné směsi. Uvolněný amoniak lze odstranit: 1) na velkých čistírnách odpadních vod chemickým praním (třívěžový systém H 2 SO 4, NaOH, H 2 O 2 ) 2) biofiltrace 3) biologická denitrifikace odsáním aeračními systémy do aktivace [1, 7] Technologické procesy spojené s hygienizací kalu (třída II.): Postupy bývají označovány jako konvenční s částečnou hygienizace kalu. Technologické postupy: - autotermní aerobní termofilní stabilizace při teplotě vyšší než 55 C s následující anaerobní mezofilní nebo termofilní stabilizací s dobou zdržení asi 20 dní - kondicionace vápnem s ph nad 12 a dobou nad 24 hodin - mezofilní anaerobní stabilizace nad 35 C s dobou zdržení nad 15 dní - oddělená, řízená aerobní stabilizace v přirozené teplotě po dobu dní - dlouhodobé kryofilní skladování v otevřených nádržích po dobu nejméně 150 dní Mají - li být tyto procesy hygienizační je nutno pracovat nejméně se dvěma aparáty a vyřešit možné zkratové proudy. [1] 39

40 Odvodnění kalu z čistíren odpadních vod Rozumíme tím odstranění z kalu vodu, tak aby dosáhl pevného stavu, to znamená obsah sušiny nad 18%. Takový kal se již může použít v zemědělství. Odvodňuje se strojně, nebo přirozeně. Přirozené odvodnění v lagunách nebo na kalových polích je dnes prakticky nepoužitelné. Strojní odvodnění se využívá na čistírnách až od 2500 ekvivalentních obyvatel. V Technologii odvodněn kalu se využívá: - filtrace - gravitační pole - sušení kalu Při zavádění technologie odvodnění kalů je nutno dbát na to, aby kalová voda neovlivnila negativně funkci čistírny. Je nutno upravovat odvodnitelnost kalu pro strojní vybavení. [1, 11] Odvodnitelnost kalu: Pro odvodnitelnost je důležité dodržení postupu při stabilizaci. Nestabilizovaný nebo i nahnilí kal se prakticky nedá odvodnit, je to způsobeno nábojem, který lze u stabilizace upravit pomocí flokulantů nebo kombinací organických a anorganických fakulantů při úpravě ph. Pro posouzení odvodnitelnosti se používá stanovení času kapilárního sání (CST) nebo specifického času kapilárního sáni (CSTs), kde je CST vztaženo na jednotku hmotnosti. [1, 11] Flokulanty: Látky způsobující shlukování vloček do větších podle povrchového náboje je dělíme na kationaktivní, anionaktivní a neionogenní. Jsou to málo rozpustné, hydroskopické látky. [1 11] Odvodnění kalu na principu filtrace: Základní metody jsou odvodnění na sítopásových lisech, komorových filtrech (kalolisy), rotační síta, odvodňovací kontejnery, odvodňovací válce a kalová pole. Kromě kalových polí se všechny metody využívají. [1] Sítopásové lisy Metoda je založena na filtraci mezi dvěma nekonečnými síty. Kal musí být upraven flokulanty před lisováním pak je přiveden do předodvodňovací zóny a zde je zbaven podstatné části vody. Potom je kal převeden mezi dva sítové pásy, kde vytváří filtrační koláč. Pak je kal dále veden přes kladky, kde je dolisován působením tlaku a střihových sil. Výhodou této metody je nižší spotřeba flokulantů a nevýhoda je hlavně vyšší obsah pevných částic ve filtrátu. [1] 40

41 Komorové filtry (kalolisy) princip je jednoduchý, mezi rámy a desky stavebnicové konstrukce je natažena plachta, která tvoří filtrační přepážku. Mezi rám a plachtu je přiveden kal, který je upraven flokulanty. Kalová vody odchází přes přepážku potrubím a filtrační koláč je odklizen otevřením komor a vydutím plachet. Proces filtrace probíhá asi 1 3 hodiny a většinou se využívají více než 2 10 zařízení. Jsou většinou využívány desky s pružnou membránou. Kalová voda by měla mít při dobrém provozu obsaženo jen malé množství nerozpuštěných látek. Touto metodou dosahujeme obsahu sušiny %. Je možné dosáhnou obsahu sušiny až 60 % při termické úpravě vyhnilého kalu při C a při použití pružné membrány. Výhodami jsou čistota substrátu, vysoký obsah sušiny a malá poruchovost. [1] Odstřeďování kalu: Jedná se o celoplášťové, horizontálně uložené, šnekové odstředivky s otáčkami v rozmezí otáček za minutu. Kal se přivádí do rozdělovací komůrky, do kterých se může dávkovat i flokulant. Díky silovému poli se kal usazuje na stěnách bubnu. S bubnem odstředivky rotuje se zpožděním i vynášecí šnek, který kal posouvá do kuželovité části, kde se kal odvodňuje a potom vypadne kal ven a kalová vody přepadá přes nastavitelnou hranu v čele válcovité plochy bubnu. Touto metodou můžeme dosáhnout sušiny %, ale je zde vyšší spotřeba flokulantů. Odstředivky mohou být i v mobilním provedení. [1, 7] Obrázek 8: Odstředivka: 1. přívod suspenze, 2. vnější buben, 3. dopravní šnek, 4. převodovka, 5. výstup kapaliny, 6. výstup sedimentu, 7. motor [7] Kalová voda: Vypouštění kalové vody na čistírnu by mělo být rozloženo do co největšího časového úseku za den a okamžitý průtok by neměl být větší než % 24 hodinového projektovaného přítoku na čistírnu, kvůli obsahu nutrientů ve formě amoniakálního dusíku a fosforečnanů. [1] 41

42 Další způsoby nakládání s kalem Nejsou li v kalu přítomny těžké kovy, může se použít v zemědělství buď přímou aplikací na půdu, nebo do kompostu. Je ale nutné sledovat v kalech škodliviny, aby bylo v případě překročení povolených limitů zabráněno vstupu těchto škodlivin do potravinových řetězců. Pokud kal obsahuje těžké kovy nebo je jeho produkce příliš vysoká může se spalovat v cementárnách, komunálních spalovnách nebo energetických zařízeních. [1, 2] Kompostování kalů: Současní průmyslové komposty se tvoří tak, že je odvodněný nebo stabilizovaný kal mícha s reaktivním organickým materiálem (kejda, dřevní zbytky) ve vhodném poměru s optimální vlhkostí. Směs je v aeračních bubnech provzdušňována a ponechána asi dní, při sledování teploty, která musí být C. takto předupravený kompost dále zraje na hromadách asi 3 12 měsíců a teprve pak může být aplikován na půdu. Kompostování zaručuje také hygienizaci kalu. Kompostování je extenzivní metoda s potřebou velké plochy. Výhodou je, že můžeme kompostovat přímo kal, ale před kompostováním si musíme zajistit trvalý odbyt. [1, 2] Spalování kalu: Představuje definitivní řešení a podstatné zjednodušení kalového hospodářství, kde výsledným produktem je upravený popel, který se ukládá na skládku nebo se přidává do cementů. Existuje i spalování kalů, kde se mohou přidávat shrabky a písek z lapáků písku. [1, 2, 7] Metody spalování: Spalování kalů s kvalitnějším palivem Sušina pro tento způsob spalování se uvádí asi %. Kal je zde spálen až po jeho vysušení, ale je zde velká spotřeba tepla na odpaření vody z kalu, což může proces spalování až znehodnotit. Fluidní spalování kalů Spalování je na principu fluidního pískového lože. Zde je potřeba pomocné palivo a to zemní nebo bioplyn. Nejprve je písek vyhřátý na 530 C, pak se přivede dezintegrovaný odvodněný kal. Teplota je řízena buď dávkováním kalu nebo pomocného topného plynu. Spaliny odcházejí na dohoření při 850 C a pak se spaliny zbaví škodlivin. Se stoupající sušinou v kalu a obsahem organických látek se snižuje energetická náročnost systému. Díky spalování se odpadové hospodářství zjednoduší na: - Zahuštění surového kalu na 4 6 % sušiny - Akumulace kalu ve vyrovnávací nádrži a jeho aeraci po dobu hodin - spalování 42

43 - úprava popela Spalováni kalů v rotační peci Spalování probíhá v horizontálně se otáčející žáruvzdorné peci, kde je instalován hořák pro přídavné palivo. Z jedné strany je přiváděn kal s přídavným palivem na druhé straně vychází spaliny a popel. Spaliny se dále nechají dohořet a přečistit. [2, 7] 4 TECHNOLOGIE ZPRACOVÁNÍ KALŮ NA ČOV TŘEBÍČ 4.1 Historie čistírny odpadních vod Třebíč Čistírna byla uvedena do provozu roku 1977 a je umístěna na východním okraji města na levém břehu řeky Jihlavy. Stoková síť, která je napojena má 112 km. V letech byla provedena celková rekonstrukce a rozšíření čistírny na 1200m 3 /d. zkušební provoz byl zahájen v lednu roku Celkové investiční náklady byly 198 miliónů korun, částkou 61 miliónů korun přispěl Státní fond životního prostředí ČR a částkou 112 miliónů korun přispěl program Phare CBC. [4] 4.2 Základní údaje čistírny odpadních vod Třebíč Majitelem čistírny je svazek obcí Vodovody a kanalizace se sídlem v Třebíči a provozovatelem je Vodárenská a.s., divize Třebíč. Počet ekvivalentních obyvatel je Provoz čistírny je automatizován. Řídicí systém umožňuje kontrolu, sledování a řízení všech technologických zařízení z velína v provozní budově čistírny. [4, 8] Tabulka 1: Projektová účinnost čistírny [8] Parametr znečištění Před ČOV V t/rok Za ČOV V t/rok Rozdíl v t/rok Rozdíl V % BSK5 1529,35 65, ,65 95,70 CHSKCr 2372,50 394, ,30 83,38 NL 1392,84 65, ,14 95,28 Ncelk. 175,00 87,60 109,30 49,94 NH4 140,16 30,70 109,46 78,10 Pc 31,60 10,20 21,40 67,72 43

44 4.2 Čistění odpadních vod na čistírně odpadních vod Třebíč Čistírna je navržena jako mechanicko biologická a s aerobní stabilizací kalu, s technologií biologického odbourávání dusíku a chemickým odbouráváním fosforu. Čistírnu tvoří: - mechanická část - biologická část - kalové a plynové hospodářství - protipovodňová ochrana areálu [4, 8] Popis kanalizace Na čistírnu odpadních vod je odpadní voda přiváděna z jedné stokové sítě v Třebíči, která je gravitační a jednotná. Páteří stokové sítě je stoka (A), která vede podél levého břehu řeky Jihlavy, součástí jsou odlehčovací komory dimenzovány na odlehčování podle ředícího poměru. Stoková síť odvádí veškeré splaškové vody z celého odkanalizovaného území. Kapacitní a technické závady na stokové síti jsou průběžně odstraňovány. Rozvoj stokové sítě se řídí územním plánem. Na stokovou síť jsou napojeny splašky od obyvatelstva, z vybavenosti a z průmyslu. [8] Mechanické předčištění Prvním objektem na čistírně je odlehčovací komora, která odlehčuje dešťový průtok nad 480 l/s do virového separátoru dešťových vod. Po předčištění je dešťová voda přečerpána dešťovou čerpací stanicí přes měření množství dešťových vod do řeky Jihlavy. Pak následují hrubé česle k zachycení plovoucích a hrubých nečistot (PET lahve, velké kusy odpadu, které jsou strojně stírané. Splaškové a dešťové vody do průtoku 480 l/s je přiváděna z odlehčovací komory do lapáku štěrku typu Fontána o objemu drapáku 0,1 m 3. [4] Za lapákem štěrku je čerpací stanice, která je vybavena čtyřmi odstředivými kalovými čerpadly typu Flyng NP LT s celkovým výkonem 480 l/s. Následují dvoje samočisticí strojní česle Fontána SČČ V (M)1200x1250/900x6/70º s šířkou průlin 6 mm. Zachycená shrabky jsou vylisovány na lisu typu Fontána LSP 250 x 2500/4000 a uloženy do plastových pytlů. Za strojními česlemi jsou dva virové lapáky písku o průměru 4800 mm s typem čerpadla mamutka DN 100, nerez. Od písku je 44

45 oddělena organická hmota v separátoru písku typu Fontána SP s maximálním výkonem 10 l/s a písek je ukládán do kontejneru v objektu hrubého předčištění.[8] Poslední jsou dvě podélné usazovací nádrže s rozměry 6x30 metrů a objemem 706 m 3 a plochou 353 m 2 a délkou přepadové hrany 12 metrů. Kal je shrabován z usazovacích nádrží mostovým shrabovákem do jímek kalu a pak je čerpán čerpadlem typu EMU FA W + T 172 4/12 BA s parametry Q = 11 l/s, H = 10 m, 4,5 kw do jímek primárního kalu. Plovoucí nečistoty jsou stírány a pak čerpány čerpadlem typu EMU FA W+T 12H-2/11 BA s parametry Q = 7,5 l/s, H = 10 m, 1,5 kw do jímky plovoucích nečistot. [8] Biologické čištění Biologické čištění je druhý stupeň čištění, kde je mechanicky vyčištěná voda přiváděna rozvodným žlabem do denitrifikační sekce, která má objem 2196 m 3. V denitrifikační nádrži je voda míchaná čtyřmi míchadly typu EMU typ TR /12 s parametry vrtule = 500 mm, otáčky = 452 ot -1, 4,5 kw a provzdušňovaná 120 pneumatickými aerátory, které jsou jemnobublinkové. Vytvořená aktivovaná směs natéká do nitrifikační sekce, která má objem 5643 m 3. Nitrifikace je také provzdušňována a to 480 pneumatickými aerátory. Nitrifikační a denitrifikační sekce se odehrává ve 2 aktivačních nádržích. [4, 8] Dále je voda odváděna a rozdělována do 4 kruhových dosazovacích nádrží, které mají objem 3220 m 3 a celkovou plochu 940 m 2 a rozměry 2 ks 17,5 m, 2 ks 18 m. Usazený kal je stahován do čerpací stanice přebytečného a vratného kalu. Vratný kal je čerpán do regenerace kalu třemi čerpadly typu EMU typ FA D -218 D + T 201-4/22 s parametry Q = 78,3 l/s, H = 9 m, 12 kw. Kal je čerpán do čtyř nádrží o objemu 1417 m 3, které jsou přerušovaně provzdušňována 168 jemnobublinkovými pneumatickými aerátory. Přebytečný kal je odváděn ke strojnímu zahuštění. [4, 8] Voda je dále může dočišťovat na třech bubnových mikrofilmech typu typ 10 BMF-0-B. Zdrojem vzduchu pro aktivační nádrže a regeneraci kalu jsou rotační dmychadla typu LUTOS DITL 2R 70 T umístěná v objektu dmýchárny. Součástí biologického čištění je i chemické srážení fosforu, to tvoří dvouplášťová nádrž, která má objem 25 m 3 a rozváděcí potrubí, které umožňuje dávkování chemikálií před usazovací, aktivační nebo dosazovací nádrže. Chemikálie 45

46 se čerpá dvěma čerpadly typu ALLDOS, Primus s parametry Q = 50 l/h, H = 10 bar, 90 W. Z biologického stupně voda pokračuje do recipientu řeky Jihlavy. [4, 8] Kalové a plynové hospodářství Biologický kal z mechanického předčištění a biologického čištění je zpracován v lince kalového a plynového hospodářství. Primární kal z usazovací nádrže je čerpán přes jímku primárního kalu do jímky směsného kalu s dveřmi míchadly typu EMU TR /11 s parametry vrtule=220 mm, otáčky = 1450 ot -1, 1,3 kw, kde je míchán s přebytečným kalem z jímky přebytečného kalu, která má objem 30 m 3 s míchadly typu EMU TR /11 s parametry vrtule=280 mm, otáčky = 1450 ot -1, 1,3 kw. Přebytečný kal z dosazovacích nádrží je čerpák ke strojnímu zahuštění na odstředivce typu FLOTTWEG DECANTER Z4E-4/454 OSE s výkonem m 3 /h, kg suš. /h a odtud čerpán do jímky směsného kalu. [4, 8] Z jímky směsného kalu je kal čerpán do aerobní hygienizace kalu, kde se kal zahřívá na teplotu asi 60 C. Tím dochází ke zničení choroboplodných zárodků obsažených v kalu. Hygienizace je typu AEROTHERM s výkonem 72 m 3 /den a objemem reaktoru 50 m 3, objem výměníku je 2 x 4,5 m 3. Potom je kal odváděn do vyhnívací nádrže o objemu 950 m 3 dvěma čerpadly typu EMU FA FK / 12 s parametry jednoho čerpadla Q = 18,5 l/s, H = 16 m, 7,8 kw, která je vyhřívaná a míchaná pomaluběžným míchadlem typu ABS Scaba 80FVPT Lbb s parametry vrtule1=3000 mm, vrtule2=3000 mm, vrtule3=2300 mm, 0,55 kw. [4, 8] Bioplyn, který vzniká při procesu vyhnívání, je akumulován v membránovém nízkotlakém plynojemu typu BGR 510 m 3, nízkotlaký, membránový s průměrem 10 m s objemem 510 m3 a provozním přetlakem bioplynu 2,3 kpa. Bioplyn je energeticky využíván na výrobu tepla a elektrické energie spalováním v plynových kotlích a dvou kogeneračních jednotkách Cento 75 SPE s regulací výkonu s maximálním elektrickým výkonem 75 kw a s maximálním tepelným výkonem 125 kw, který může být použit na zemní nebo bioplyn. Dva plynové kotle jsou litinové typu VIADRUS G 500 s automatickými plynovými hořáky APH-M 04 PZN a APH-M 04 PKN s výkonem kw, jeden kotel je na zemní plyn a druhý kotel je na bioplyn. Vyhnilý aktivovaný kal je akumulován v uskladňovací nádrži o objemu o objemu 1000 m3. Míchání 46

47 uskladňovací nádrže je prováděno stlačeným vzduchem z automatické kompresorové stanice typu ORL 15 BE s parametry 105 m 3 /hod, 10 barů, 15 kw. Recirkulace kalu v uskladňovací nádrži je zabezpečeno čerpadly typu EMU FA FK / 17 s skladovou rezervou s parametry Q = 17,7 l/s, H = 18 m, 11,5 kw. [8, 6] Z uskladňovací nádrže je kal přepouštěn přes homogenizační nádrž o objemu 110 m3 s míchadlem typu EMU typ TR /9 s parametry vrtule=220 mm, otáčky = 1450 ot -1, 3,5 kw ke strojnímu odvodnění na dekantační jednotce, odstředivka je typu FLOTTWEG DECANTER Z4E-3/454 HTS o výkonu 12-8 m 3 /h, kg suš. /h. kalová vody je jímána do jímky kalové vody o objemu 20 m3 čerpadlem typu FA T 12 H - 4/6 s parametry Q = 4,4 l/s, H = 2,5 m, 0,5 kw. Odvodněný kal je shromažďován v kontejnerech nebo na skládce a využíván v zemědělství. Využití v zemědělství je možné díky nízkému obsahu těžkých kovů a hygienickému zabezpečení je na základě schváleného Programu využití kalu. [4, 8] Protipovodňová ochrana Ochrana na čistírně je realizována na povodňový průtok Q 100, kde je základem protipovodňová betonová stěna a povodňová čerpací stanice. Převedením dešťových vod přiváděných na čistírnu zajišťuje dešťová čerpací stanice o výkonu 500 l/s. Přečerpávání vyčištěných odpadních vod z čistírny do recipientu zajišťuje povodňová čerpací stanice se třemi čerpadly typu EMU KPR T 244 4/21 s parametry Q = l/s, H = 3,4 4,7 m, 17,5 kw umístěná na odtokovém žlabu o výkonu 500 l/s. [4, 8] 4.3 Kalové hospodářství na čistírně odpadních vod Třebíč Vzniklý kal na čistírně odpadních vod Třebíč - Primární kal z usazovacích nádrží, který je odtahován odtahován v časové automatice a čerpán do směsné jímky a jehož koncentrace je sledována pomocí zákaloměru. - Přebytečný biologický kal z biologické linky, který zároveň obsahuje i chemický kal vznikající při srážení fosforu. Je zahuštěn na odstředivce a odváděn do směsné jímky.[8] 47

48 Oba uvedené druhy čistírenských kalů jsou hygienicky zabezpečovány aerothermní hygienizací s následným mezofilním vyhníváním. Takto upravený kal je odvodněn na odstředivce a následně deponován mimo areál čistírny. Upravený kal bude v souladu s platnou legislativou využíván především v zemědělství.[8] Základní údaje kalového hospodářství ČOV Třebíč jsou patrny z bilance kalového hospodářství, která je zpracována formou blokového schématu a tabelárně.[8] 48

49 Obrázek 9: Bilance kalu [8] Zahušťování a odvodňování kalu Zahušťování přebytečného kalu a odvodňování vyhnilého kalu je umístěno v původním objektu. Je zde umístěno: 49

50 - odvodňovací a zahušťovací odstředivky - skladování, dávkování a rozpouštění POF - elektrická rozvodna - automatická tlaková stanice provozní vody Mimo hlavní objekt zahrnují venkovní objekty: - jímku přebytečného kalu k zahušťování - jímku pro fugát z odvodňování - homogenizační nádrž [8] Zahušťování přebytečného kalu Přebytečný kal se čerpá z čerpací stanice kalu potrubím DN 125 do nádrže přebytečného kalu, v této nádrži je míchán ponorným míchadlem EMU TR /11. Míchadlo je uchyceno na zvedacím zařízení, jeřábku JRPS-P-350-N. Dále je kal čerpán vřetenovým horizontálním čerpadlem SEEPEX BN 30-6LT/A1-C1-C6-F0-A o výkonu 5 25 m 3 /h a nerezovým potrubím DN125 do zahušťovacího agregátu FLOTTWEG DECANTER Z4E-4/454-OSE. Na výtlaku nerezového potrubí DN80 vřetenového čerpadla je osazena přetlaková ochrana a zpětná klapka DN80. Pro měření kalu je ve svislém potrubí osazen indukční průtokoměr DN65. Přebytečný zahuštěný kal je čerpán z nerezové akumulační výsypky zahuštěného kalu vřetenovým horizontálním čerpadlem SEEPEX BN 35-6LT/A1-C1-C6-F0-A do jímky směsného kalu. Sání čerpadla je nerezové potrubí DN125, výtlak je nerezové potrubí DN100. Na výtlaku nerezového potrubí DN100 vřetenového čerpadla je osazena přetlaková ochrana a zpětná klapka DN100. Kalová voda ze zahuštění je odváděna nerezovým potrubím DN125 do kanalizace. Zahušťovací agregát FLOTTWEG DECANTER Z4E-4/454-OSE je umístěn na opěrném rámu. [8] Odvodňování vyhnilého kalu Vyhnilý kal z uskladňovací nádrže se přepouští potrubím DN 150 do kruhové homogenizační nádrže. Kal v této nádrži je míchán ponorným míchadlem EMU TR /9. Míchadlo je uchyceno na zvedacím zařízení, jeřábku JRPS-P-350-N. Vyhnilý homogenizovaný kal je čerpán vřetenovým horizontálním čerpadlem SEEPEX 50

51 BN 15-6LT/A1-C1-C6-F0-A o výkonu 3 15 m 3 /h do odvodňovacího agregátu FLOTTWEG DECANTER Z4E-3/454-HTS. Sání čerpadla je nerezové potrubí DN80, výtlak je nerezové potrubí DN65. Na výtlaku nerezového potrubí DN65 vřetenového čerpadla je osazena přetlaková ochrana a zpětná klapka DN65. Odvodňovací agregát FLOTTWEG DECANTER Z4E-3/454-HTS je umístěn na opěrném rámu. Odvodněný kal je čerpán z nerezové výsypky vřetenovým horizontálním čerpadlem SEEPEX BTE 10-12/B2-B3-C6-F0-A o výkonu 0,5 2,5 m 3 /h do kontejnerů. Výsypka je opatřena deskovým šoupátkem pro oddělení tekuté fáze při startu odstřeďování. Tekutý neodvodněný kal odtéká při zavřeném šoupátku do potrubí kalové vody nerez DN150 a tímto potrubím odtéká rovněž fugát z odvodňovací odstředivky do nádrže kalové vody. Na výtlaku nerezového potrubí DN150 vřetenového čerpadla je osazena přetlaková ochrana a nožové šoupátko DN150 pro uzavření výtlaku při čištění a proplachu zařízení. Výtlačné potrubí odvodněného kalu DN150 je vně budovy zkonstruováno na otočném ložisku pro možnost směrování výtlaku do třech kontejnerů pro odvodněný kal. Kontejnery mají objem 7 m 3 /kus a jsou typu vanový oboustranný symetrický kontejner. Pro odvoz kontejnerů je dodán nákladní automobil ramenový nakladač s výsuvnými teleskopickými rameny CTS 140 T na podvozku RENAULT MIDLUM /D 4x2. [8] Dávkování polymerního flokulantu: Dávkování flokulantu do zahušťovacího agregátu zajišťuje stanice pro přípravu flokulantu KUNST SPPF-500/ K o objemu zásobní nádrže 1000 l. Dávkování flokulantu do odvodňovacího agregátu zajišťuje stanice pro přípravu flokulantu KUNST SPPF-1000/ K o objemu zásobní nádrže 2000 l. Pro možnost odstavení čerpání odvodněného kalu jsou pásové dopraníky. Lehký pásový dopravník typ Chelio ND1-450 a vynášecí pásový dopravník typ ND Těmito dopravníky je kal vynášen na volnou skladovou plochu u budovy odvodnění a zahuštění kalu. Pro manipulaci se strojním zařízením v budově zahuštění a odvodnění je umístěna ocelová konstrukce, pojezdová dráha kladkostroje. Na tuto konstrukci jsou namontovány 2 kusy ručních pojízdných kladkostrojů typ Z200 o nosnosti 3,2 t a zdvihu 4 m. 51

52 Jímka kalové vody slouží pro akumulaci kalové vody z odvodňovacího agregátu, odtud je čerpána ponorným kalovým čerpadlem EMU FA T12H-4/6. Obsah sušiny v kalové vodě je max. 1,5 kg sušiny. Čerpadlo je uchyceno na zvedacím zařízení, jeřábku JRPS-P-350-N. Výtlak čerpadla je nerezové potrubí DN65.[8] Hygienizace kalu Úprava čistírenských kalů je základní požadavek ochrany životního prostředí. Kal z čistíren odpadních vod nesplňuje převážně nebezpečnou vlastnost odpadu a to infekčnost. Použití mikrobiálně kontaminovaných kalů provedeno může být pouze po jejich prokázané hygienizaci, tedy po odstranění infekčnosti. Ze známých metod hygienizace kalu byl pro úpravu kalu zvolen postup spočívající v ohřevu kalu na teplotu přes C po dobu cca 1 až 2 hodin na zařízení AEROTHERM, tak se zabezpečí jednak požadavek na infekčnost a dále dojde i k narušení stěn mikroorganismů, což v konečném důsledku vede k většímu stupni vyhnití kalu ve vyhnívací nádrži. [10] Vyhníván kalu zahrnuje: vyhnívací nádrž s technologickou vestavbou uskladňovací nádrže vyhnilého kalu s technologickou vestavbou strojovnu vyhnívání s výměníkem, s plnicími a cirkulačními čerpadly armaturní kanál, výstupní věž provozní potrubí vyhnívací nádrže provozní porubí uskladňovací nádrže, včetně míchání tlakovým vzduchem propojovací potrubí mezi vyhnívací nádrží, uskladňovací nádrží a strojovnou vyhnívání plynové potrubí [8, 10] Vyhnívací nádrž:veškeré vnitřní rozvody vyhnívací nádrže jsou provedeny z nerezových trubek a tvarovek příslušných světlostí, nerezový je i upevňovací materiál. Rekonstruovaná vyhnívací nádrž je uzavřena novým ocelovým víkem, na němž je osazeno pomaluběžné míchadlo Scaba a příslušenství vyhnívací nádrže (kapalinová pojistka, jímač bioplynu, průlez a čidlo měření výšky hladiny). Nadzemní část 52

53 vyhnívací nádrže je opatřena izolací (skelnou vatou). Kuželová část je nově opláštěna pozinkovaným a natřeným plechem. U válcové části bylo ponecháno původní opláštění, které bylo opraveno a opatřeno nátěrem. [8, 10] Uskladňovací nádrž vyhnilého kalu: Veškeré vnitřní rozvody jsou provedeny z nerezových trubek a tvarovek příslušných světlostí. Upevňovací materiál a objímky pro potrubí jsou rovněž nerezové. Otevřenou horní částí vstupují do uskladňovací nádrže čtyři nerezová potrubí DN 40, kterými je přiváděn tlakový vzduch, kterým je míchán obsah nádrže. V nádrži se dále nacházejí sací a výtlačné potrubí čerpadla cirkulace a čerpání kalu obě nerezová, DN 150. Sací potrubí je vedeno směrem ke dnu uskladňovací nádrže a končí vtokovým kusem asi 300 mm nade dnem nádrže. Výtlačné potrubí je vedeno vzhůru a ukončeno výtokovým kusem.[8, 10] Strojovna vyhnívání: Strojovna vyhnívání je vybavena technologickým zařízením, které slouží pro zajištění všech funkcí pro provoz vyhnívací nádrže: Plnění vyhnívací nádrže směsným kalem pomocí dvou čerpadel směsného kalu po jeho hygienizaci v PS Možná je i varianta přímého čerpání směsného kalu do vyhnívací nádrže. Množství kalu, čerpaného do vyhnívací nádrže (hygienizace) je měřeno indukčním průtokoměrem. Míchání obsahu vyhnívací nádrže pomocí cirkulačních čerpadel. Ohřev části cirkulovaného kalu ve výměníku voda kal. Doprava kalu na výměník je zajištěna čerpadlem. Kal k ohřevu je odebírán z výtlaku cirkulačních čerpadel, ohřátý kal je vracen do sacího potrubí těchto čerpadel. Je možná i opačná varianta provozu (kal k ohřevu je odebírán ze sacího potrubí cirkulačních čerpadel, ohřátý kal je vracen do jejich výtlačného potrubí).[10] Možnosti využití odvodněného kalu Na čistírně mohou být uvažovány jen dvě možnosti a to, zemědělské využití anebo skládkování na vlastní skládce. Zemědělské využití závisí na hygienizaci kalu a na obsahu těžkých kovů. [8] 53

54 Tabulka 2: Využití odvodněného kalu [7] Proces využití Výhody Nevýhody Rizika Zemědělské využití - nevznikají odpady - může dojít - těžké kovy ve - vznik makroživin a organických látek - rekultivace půdy k vymývání půdy a vyplavování nebezpečných látek do povrchových vyšších koncentracích můžou být toxické vod Skládkování - ukládání na skládky bez dalších úprav - hnití kalu na skládkách - odvodněný kal zaujímá velký objem - velké náklady na odvoz a uložení - zaujímání povrchu krajina skládkou - možnost proniknutí nebezpečných látek do životního prostředí - únik těkavých ltek do ovzduší - možné znečištění povrchových vod Čistírna odpadních vod v Třebíči využívá kal převážně přímou aplikací na půdu a menší část využívá ke kompostování. Odvodněný kal předávají zemědělcům do Velkého Meziříčí. Čistírna odpadních vod v Třebíči má vlastní skládku, kam ukládá shrabky, štěrk atd. I přesto že má čistírna vlastní skládku nevyplatilo by se kal ukládat ani finančně ani z hlediska ekologického. Skládkování odvodněného kalu je z hlediska finančního i ekologického nejméně výhodné, proto tuto možnost čistírny často nevyužívají. 5 HODNOCENÍ PARAMERŮ KALŮ VE VZTAHU K JEJICH DALŠÍMU VYUŽITÍ 5.1 Podmínky použití kalů na zemědělské půdě,,použití kalů je zakázáno: a) na zemědělské půdě, která je součástí chráněných území přírody a krajiny podle zvláštního právního předpisu, 31) 54

55 b) na lesních porostních půdách běžně využívaných klasickou lesní pěstební činností, c) v pásmu ochrany vodních zdrojů, na zamokřených a zaplavovaných půdách, d) na trvalých trávních porostech a trávních porostech na orné půdě v průběhu vegetačního období až do poslední seče, e) v intenzivních plodících ovocných výsadbách, f) na pozemcích využívaných k pěstování polních zelenin v roce jejich pěstování a v roce předcházejícím, g) v průběhu vegetace při pěstování pícnin, kukuřice a při pěstování cukrové řepy s využitím chrástu ke krmení, h) jestliže z půdních rozborů vyplyne, že obsah vybraných rizikových látek v průměrném vzorku překračuje jednu z hodnot stanovených v prováděcím právním předpisu, i) na půdách s hodnotou výměnné půdní reakce nižší než ph 5,6, j) na plochách, které jsou využívané k rekreaci a sportu, a veřejně přístupných prostranstvích, nebo k) jestliže kaly nesplňují mikrobiologická kritéria daná prováděcím právním předpisem. Použití mikrobiálně kontaminovaných kalů může být provedeno pouze po prokázané hygienizaci kalů.,, Upravené kaly 1) lze na zemědělské půdě používat za následujících podmínek: a) nejpozději do 48 hodin od umístění kalů na zemědělskou půdu musí být kaly zapraveny do půdy; b) potřeba dodání živin do půdy na pozemku určeném k umístění kalů musí být doložena výsledky rozborů agrochemických vlastností půd uvedenými v evidenčním listu využití kalů v zemědělství podle přílohy č. 1; c) nesmí se použít více než 5 tun sušiny kalů na jeden hektar v průběhu 3 po sobě následujících let. Toto množství může být zvýšeno až na 10 tun sušiny kalů v průběhu 5 po sobě následujících let, pokud použité kaly obsahují méně než polovinu limitního množství každé ze sledovaných rizikových látek a prvků. Přesné stanovení dávky sušiny se vypočte ze zjištěného obsahu dusíku. Dávka dusíku dodaného v kalech nesmí překročit 70 % celkového potřebného množství dusíku pro hnojenou plodinu. Dávka kalů (množství a doba užití) se řídí i požadavkem rostlin na živiny s přihlédnutím k přístupným živinám a organické složce v půdě, jakož i ke stanovištním podmínkám; 55

56 d) dávka kalu stanovená podle podmínek uvedených v odstavci c) je na pozemek aplikována v jedné agrotechnické operaci a v jednom souvislém časovém období za příznivých fyzikálních a vlhkostních podmínek; e) minimální obsah sušiny kalu pro tlakové zapravení do půdy radlicovými aplikátory je 5 %, minimální obsah sušiny kalu pro aplikaci mechanickými rozmetadly organických hnojiv je 18 %. [15] Tabulka 3: Mezní hodnoty koncentrací vybraných rizikových prvků v půdě: Mezní hodnoty koncentrací prvků v extraktu lučavkou královskou v mg.kg -1 sušiny v půdě As Cd Cr Cu Hg Ni Pb Zn Běžné půdy ,3* Písky, hlinité písky, štěrkopísky ,3* ,,[12],,Tabulka 4: Přípustné množství mikroorganismů Kategorie kalů Přípustné množství mikroorganismů (KTJ*) v 1 gramu sušiny aplikovaných kalů termotolerantní enterokoky koliformní bakterie Salmonella sp. I. < 10 3 < 10 3 negativní nález II nestanovuje se * KTJ- kolonie tvořící jednotku Kategorie I - kaly, které je možno obecně aplikovat na půdy využívané v zemědělství při dodržení ostatních ustanovení této vyhlášky. Kategorie II kaly, které je možno aplikovat na zemědělské půdy určené k pěstování technických plodin, a na půdy, na kterých se nejméně 3 roky po použití čistírenských 56

57 kalů nebude pěstovat polní zelenina a intenzivně plodící ovocná výsadba, a při dodržení zásad ochrany zdraví při práci a ostatních ustanovení vyhlášky.,, [14],,Tabulka 5: Mezní hodnoty koncentrací v kalech Riziková látka Mezní (maximální) hodnoty koncentrací v kalech (mg.kg -1 sušiny) As arzén 30 Cd - kadmium 5 Cr - chrom 200 Cu - měď 500 Hg - rtuť 4 Ni - nikl 100 Pb - olovo 200 Zn - zinek 2500 AOX 500 PCB (suma 6 kongenerů ) 0,6,,[13] 5.2 Parametry kalu z čistírny odpadních vod Třebíč Hodnoty jsou naměřeny v roce 2011 v certifikované laboratoři. 57

58 ,,Tabulka 6: Naměřené hodnoty na čistírně odpadních vod v Třebíči Termotolerantní Číslo vzorku Dat.odběru Místo odběru Enterokoky koliformní bakterie Třebíč - ČOV - za odvodňovací odstředivkou Třebíč - ČOV - za odvodňovací odstředivkou Třebíč - ČOV - za odvodňovací odstředivkou Třebíč - ČOV - za odvodňovací odstředivkou Třebíč - ČOV - za odvodňovací odstředivkou průměr Arsen v mg/kg sušiny Chrom v mg/kg sušiny Kadmium v mg/kg sušiny Měď v mg/kg sušiny Nikl v mg/kg sušiny Olovo v mg/kg sušiny Rtuť v mg/kg sušiny Zinek v mg/kg sušiny Hořčík v mg/kg sušiny Vápník v mg/kg sušiny 2,5 53,3 1, ,8 65,8 3, ,48 2,08 2,6 54,8 1, ,6 71,4 2, ,57 2,32 2,4 51,5 1, ,7 66,3 3, ,58 2,95 3,0 44,3 0, ,1 65,5 2, ,55 2,40 2,4 36,6 1, ,1 68,4 2, ,58 2,55 2,580 48,100 1, ,000 35,860 67,480 2, ,400 0,552 2,460 PCB v mg/kg sušiny AOX (Cl) v mg/kg sušiny Dusík amoniakální v mg/kg sušiny Dusík dusičnanový v mg/kg sušiny Dusík celkový v mg/kg sušiny Fosfor celkový v mg/kg sušiny ph 0, , <2,0 4,27 3,32 0, , ,06 3,27 0, , ,0 6,13 3,35 0, , ,77 3,19 0, , ,39 3,71 0, ,800 7, ,000 10,750 5,724 3,368 Ztráta žíhánímorganické látky Sušina v % 61,0 23,36 60,3 22,2 60,6 24,29 59,3 21,48 62,8 17,16 60,800 21,698,, [3] 58

59 6 VÝSLEDKY Podle výsledků enterokoků a termotolerantních koliformních bakterií je tento kal kategorie II. Arsen je v normě s velkou rezervou více než 25 mg/kg sušiny. Chrom má také vekou rezervu z požadovaných 200 mg/kg sušiny je obsah v kalu pouze 48,1mg/kg sušiny. Obsah kadmia je podle zákona také dostačující. Obsah mědi je asi 5 krát nižší než je v zákonném limitu. Rtuť je o více než 1 mg/kg sušiny obsažena méně než je maximum. Množství niklu v odvodněném kalu je v normě a jeho obsah je 3 krát nižší než maximum podle zákona to samé bychom mohli říci i o olovu. Obsah zinku je také v normě a to ještě s dostatečnou rezervou. Obsah PCB je 3 krát nižží než je maximum v zákoně. A nakonec AOX je 2 krát nižší než je požadováno Můžeme říci, že podle obsahu nebezpečných látek je kal velmi vyhovující pro zemědělské použití a to z hlediska obsahu kovů i z hlediska obsahu patogenních organismů. Ale podle obsahu patogenních organismů by se kal řadil do II. kategorie, což znamená omezenější použití na zemědělské půdě. 7 ZÁVĚR I když množství spotřebované vody na obyvatele v České Republice klesá, množství odpadních vod narůstá a to také z důvodů připojovaní i malých měst a vesnic na kanalizaci a čistírny odpadních vod. Z tohoto důvodu je i větší množství vznikajících kalů a větší problémy s jejich využitím nebo likvidací, proto bychom se měli zaměřit na ekologičtější možnosti využívání kalů. Ekologicky nejšetrnější varianta se ukazuje kompostování, ve světě se začíná využívat i kompostování čistírenských kalů pomocí žížal (vermikompostování) a to s dobrými výsledky. Při vermikompostování je velký úbytek patogenních organismů v kompostu, ale musí se udržovat stálé prostředí pro žížaly. Ekologicky méně šetrné, ale finančně výhodnější je zemědělské využití přímou aplikací na půdu. Musíme ale počítat s riziky spojenými s obsahem těžkých kovů a množstvím parazitů v čistírenských kalech. Hnojivé účinky kalu jsou ve většině případů příznivé, ale hrozí zde kontaminace potravin. Takové potraviny mohou znamenat 59

60 zdravotní rizika pro konzumenty. Toto jsou hlavní důvody toho, že je šetrnější kompostování, kde se kal zbaví většiny patogenních organismů. Další možnost využití kalů je jejich spalování, kde se oceňuje hlavně jeho výhřevnost. Ale pro dosažení vysoké výhřevnosti je dobré kal předtím vysušit, což je energeticky náročné. Nejvýhodnější z termických metod je asi použít kal v cementárnách, kde je kal považován za plnohodnotné palivo. Těžké kovy v něm obsažené jsou navázány do cementářského slínku bez ovlivnění jeho kvality. Na čistírnách odpadních vod, pokud to jde, bych doporučila v první řadě kompostování kalu, a pokud to například nejde, například kvůli menší finanční základně doporučila bych přímou aplikaci na půdu. Jako nejhorší variantu jak ekologicky, tak finančně bych nedoporučovala skládkování. 8 Seznam použité literatury [1] Groda, B., Vítěz, T. Čištění a čistírny odpadních vod. Brno:In MZLU, s. [2] Hýblerová, K., Lošák, T. Čistírenské kaly - jen odpad?. Topoľčianky: In medzinárodná vedecká konferencia Veda mladých, [3] Laboratorní výsledky z ČOV Třebíč, Třebíč: ČOV Třebíč, s [4] Letáček ČOV Třebíč, Třebíč: ČOV Třebíč [5] Lyčková, B., Fečko, P., Kučerová, R. Zpracování kalů. Ostrava: VŠB - Technická univerzita Ostrava, s. [6] Místní provozní řád pro plynové hospodářství na ČOV Třebíč, Třebíč: ČOV Třebíč, s [7] Peniěško, M., Sušení čistírenských kalů s možností jejich dalšího energetického využití. Brno: MZLU, s [8] Provozní řád čistírny odpadních vod, Třebíč: ČOV Třebíč, s [9] Pytl, V., Příručka provozovatele čistírny odpadních vod, Praha: s 60

61 [10] Seifertová, D., Provozní řád pro trvalý provoz, Třebíč: ČOV Třebíč, s [11] Šálek, J., Tlapák, V. Přírodní způsoby odvodnění a využití stabilizovaných čistírenských kalů. Brno: MZLU, s Internetové zdroje: [12] Příloha č. 2 k vyhlášce 382/2001 Sb. Dostupné: [13] Příloha č. 3 k vyhlášce 382/2001 Sb. Dostupné: [14] Příloha č. 4 k vyhlášce 382/2001 Sb. Dostupné: [15] Zákon č.185/2001, Sb. o odpadech Dostupné: [16] Zákon č. 254/2001 Sb. O Vodách Dostupné: 9 Seznam obrázků Obrázek 1: AN aktivační nádrž, DN dosazovací nádrž, PK přebytečný kal, VK vratný kal Obrázek 2 : Aktivace s predenitrifikací Obrázek 3: Aktivace s postdenitrifikací využívající: endogenní substrát, část odpadních vod, metanol Obrázek 4: Disková sušárna Obrázek 5: Princip fluidní sušárny Obrázek 6:Princip pásové sušárny Obrázek 7: Princip bubnové sušárny 61

62 Obrázek 8: Odstředivka: 1. přívod suspenze, 2. vnější buben, 3. dopravní šnek, 4. převodovka, 5. výstup kapaliny, 6. výstup sedimentu, 7. motor Obrázek 9: Bilance kalu 10 Seznam tabulek Tabulka 1: Projektová účinnost čistírny Tabulka 2: Využití odvodněného kalu Tabulka 3: Mezní hodnoty koncentrací vybraných rizikových prvků v půdě Tabulka 4: Přípustné množství mikroorganismů Tabulka 5: Mezní hodnoty koncentrací v kalech Tabulka 6: Naměřené hodnoty na čistírně odpadních vod v Třebíči 11 Seznam Příloh Příloha č. 1: Lapák štěrku na čistírně odpadních vod v Třebíči Příloha č. 2: Stírané hrubé česle Příloha č. 3:Strojně stírané jemné česle Příloha č. 4: Lapáky písku Příloha č. 5:Pračka písku Příloha č. 6: Usazovací nádrž Příloha č. 7: Aktivační nádrž Příloha č. 8: Dosazovací nádrže Příloha č. 9: Regenerace kalu Příloha č. 10: Homogenizační nádrž 62

63 Příloha č. 11: Kalové hospodářství Příloha č. 12: Hygienizace kalu Příloha č. 13: Příprava flokulantu na odvodnění Příloha č. 14: Odvodnění kalu Příloha č. 15: Sklad odvodněného kalu Příloha č. 16: Uspořádání objektů na ČOV Třebíč Příloha č. 1 Lapák štěrku na čistírně odpadních vod v Třebíči 63

64 Příloha č. 2 Stírané hrubé česle Příloha č. 3 Strojně stírané jemné česle 64

65 Příloha č. 4 Lapáky písku Příloha č. 5 Pračka písku 65

66 Příloha č. 6 Usazovací nádrž Příloha č. 7 Aktivační nádrž 66

67 Příloha č. 8 Dosazovací nádrže Příloha č. 9 Regenerace kalu 67

68 Příloha č. 10 Homogenizační nádrž Příloha č. 11 Kalové hospodářství 68

69 Příloha č. 12 Hygienizace kalu Příloha č. 13 Příprava flokulantu na odvodnění 69

70 Příloha č. 14 Odvodnění kalu Příloha č. 15 Sklad odvodněného kalu 70

71 Příloha č. 16 Uspořádání objektů na ČOV Třebíč 71