Mendelova zemědělská a lesnická univerzita v Brně Agronomická fakulta Ústav zemědělské, potravinářské a environmentální techniky

1 Mendelova zemědělská a lesnická univerzita v Brně Agronomická fakulta Ústav zemědělské, potravinářské a environmentální techniky ZPŮSOBY NAKLÁDÁNÍ S KALY Z ČISTÍREN ODPADNÍCH VOD Bakalářská práce Vedoucí diplomové práce: Ing. Tomáš Vítěz Vypracovala: Michala Staňková Brno 2006

2 Prohlášení Prohlašuji, že jsem bakalářskou práci na téma Způsoby nakládání s kaly z čistíren odpadních vod vypracoval(a) samostatně a použil(a) jen pramenů, které cituji a uvádím v přiloženém soupisu literatury. Souhlasím, aby práce byla uložena v knihovně Agronomické fakulty Mendelovy zemědělské a lesnické univerzity v Brně a zpřístupněna ke studijním účelům. V Brně,dne. Podpis diplomanta

3 Annotation: My bachelor s work will analyze the way of disposal of sediment from sewage works. Aim of this work is to evaluate the present status and existing ways of sediment disposal. Furthermore, this work will be concerned with optimalization and efficient use, it lays stress on evaluation of risk of present heavy metals and its impact on the environment. An integral part of this work is a posibility of interconnection of present methods of manipulation with waste sediments in connection with technological posibility.

4 Obsah 1 Úvod...6 2 Cíl práce...7 3 Základní vlastnosti kalu...7 3.1 Typy čistírenských kalů...10 3.2 Zahušťování kalu...11 3.2.1 Sedimentace v gravitačních nádržích...12 3.2.2 Flotace...14 3.2.3 Zahušťovací odstředivky...15 3.2.4 Sítopásové lisy...16 3.2.5 Rotační zahušťovače (Rotační síta)...16 3.2.6 Pásové zahušťovače...16 3.2.7 Šnekové zahušťovače...17 3.2.8 Štěrbinové zahušťovače...17 3.3 Předúprava kalu...17 3.4 Stabilizace kalu...18 3.4.1 Anaerobní stabilizace kalu...18 3.4.2 Aerobní stabilizace kalů...23 3.4.3 Chemická stabilizace...25 3.5 Odvodňování kalu...26 3.5.1 Přirozené způsoby odvodňování na kalových polích a lagunách...26 3.5.2 Sítopásové lisy...27 3.5.3 Kalolisy...27 3.5.4 Dekantační odstředivky...28 3.6 Hygienizace kalu...28 3.7 Současné možnosti likvidace kalů z ČOV...29 3.7.1 Přímá aplikace na zemědělské pozemky...29 3.7.2 Kompostování kalů...30 3.7.3 Zakomponování do stavebních materiálů...31 3.7.4 Sušení...31 3.7.5 Spalování...32 3.7.6 Skládkování...32 4 Stav nakládání s čistírenskými kaly v ČR...33 4.1 Produkce kalů v České republice v roce 2003...33 5 Závěr:...37 6 Literatura...42

5 Seznam tabulek Tab.č. 1 Složení kalu...11 Tab.č. 2...39 Tab.č. 3...39 Seznam grafů Graf 1...34 Graf 2...34 Graf 3...36 Graf 4...36 Seznam obrázků Obr. 1...12 Obr. 2 Řez odstředivkou, 1- přívod suspenze, 2 - odvod pevného sedimentu, 3 - odvod kapaliny...15 Obr. 3Aerobní stabilizace...24 Obr. 4 Kalolis...28

6 1 Úvod Příroda bez vnějších zásahů byla schopna odpady absorbovat a recyklovat bez významných zásahů do přírodních cyklů. S rozvojem civilizace se začíná produkovat zvýšené množství odpadů z lidské činnosti. Čím větší koncentrace a intenzivnější rozvoj lidské populace, tím se zvyšuje produkce odpadů a je větší nápor na přirozenou obnovu přírody. Negativní zásahy lidí do přírody se odrážejí ve změnách klimatu Země a projevují se vymíráním rostlinných a živočišných druhů. Tyto negativní jevy se staly důrazným varováním pro lidskou populaci. S vědomím ekologické katastrofy se lidstvo začíná intenzivně zabývat řešením civilizačních odpadů a zmírněním jejich odrazu na přírodu. Kontaminace půd a vodních zdrojů je jedním z nejvážnějších problémů. Proto se ve vyspělých státech přistoupilo k čištění a úpravě vod a to především v aglomeracích lidské populace. Čištění odpadních vod vede k vypouštění čisté vody zpět do přírody. Vzniká však další problém, kterým je kal. Je samozřejmé, že čím intenzivnější lidská činnost, tím vyšší produkce kalů. Aby příroda byla schopna tento odpad lidské činnosti bez výrazných důsledků absorbovat, je nutno využívat prospěšných složek a rizikové části separovat a likvidovat. Velmi důležitým a zároveň limitujícím ukazatelem je ekonomika. Proto se zpracováním kalů z čistíren odpadních vod intenzivně zabývá čím dál větší počet vědců. Stále však převažuje ekonomické hledisko nad jednou z nejdůležitějších priorit tj. ekologií. V reálném pohledu je tedy nutno nezávadnou a využitelnou část kalů vrátit a využít v přírodním cyklu a část odpadů nebezpečných přírodě likvidovat či ukládat bez negativních důsledků na přírodu. Cílem úpravy a zpracování kalů by mělo být využít prospěšných složek a energie z nich. Současně je nutné zabránit negativním dopadům na životní prostředí a lidské zdraví. I vysoká koncentrace biologicky nezávadných látek se může stát problémem v potravním řetězci. Je tedy velmi důležité propracovat metody využití kalů v zemědělství. Koncentrace a centralizace lidské činnosti se stává jedním z největších nebezpečí pro přírodu a její přirozenou obnovu. Důležité je snižování produkce kalů a způsob jeho využití. Je zřejmé, že čím kvalitnější technologie, tím nižší produkce kalů. Velký důraz je kladen na využití odpadů bez dopadu na životní prostředí.

7 Problém separování rizikových látek, a to především těžkých kovů, je limitujícím problémem dalšího využití kalů. Pokud si představíme, že kaly zaujímají 1-2 % objemu čištěných vod, je důležité regulovat množství produkce odpadních vod. Důležitým prvkem je také typ kanalizační sítě a použitá technologie čištění. Nezanedbatelný je také ekonomický efekt pokud uvážíme, že náklady na zpracování kalu představují 40 50 % celkových nákladů na provoz ČOV. 2 Cíl práce Cílem práce je zhodnocení současného stavu řešené problematiky, dále popsat všechny existující způsoby nakládání s kaly z čistíren odpadních vod. Na základě popisu různých způsobů nakládání s kalem navrhnout ten nejoptimálnější. 3 Základní vlastnosti kalu Základní charakteristikou kalu je obsah vody určující jeho objemové množství. Látky obsažené v kalu, stanovené jeho sušením při 105 C tvoří sušinu jako hmotnostní podíl p s, v níž nejsou obsaženy látky při uvedené teplotě těkavé, jejich množství je však zanedbatelné. Určitou část sušiny tvoří látky původně ve vodě rozpuštěné, včetně koloidních, které při zahušťování a odvodňování kalu zůstávají v kalové vodě, příp. filtrátu apod. Jejich podíl v sušině je však malý, pohybuje se v rozmezí od 0,5 do 1,0 g.l -1. Hmotnostní podíl vody v kalu je p v a je to doplněk k sušině kalu. Platí rovnost p s + p v = 1. Obsah sušiny i vody v kalu se obvykle vyjadřuje v procentech jako: ps + p v = 100% Vazba vody k pevné fázi nemá v celém jejím objemu stejný charakter. Vedle tzv. prostorové vody, kterou lze odseparovat sedimentací existuje voda více či méně pevně vázaná na částice kalu. Lze ji separovat až s vynaložením větší energie, např. zvýšením gravitační síly v odstředivce, nebo ještě více přívodem tepelné energie. Postupy

8 nízkoenergetickými se docílí zahuštění kalu, při němž zůstává kal v tekuté konsistenci. Většinou nepřekročí sušina 10 %, závisí však značně na charakteru kalových částic. Proto dva různé kaly o stejné sušině (což platí o zahuštěném i odvodněném kalu) mohou mít zcela odlišnou konsistenci. Další separací vody, nazývanou odvodněním, se dosáhne obvykle obsahu sušiny 20 až 50 %. Tento materiál lze snadno nakládat a transportovat nákladními auty. Termické způsoby odvodnění, při kterých klesá obsah vody v kalu někdy až k jednotkám procent, se nazývají sušením. Při vysokých teplotách za přístupu vzduchu dochází ke spalování organického podílu kalové sušiny. Pro zpracování kalu je důležitá kvalita suspendovaných částic, především jejich přitažlivost k vodě - afinita, která je obklopuje. Z tohoto hlediska se rozlišují částice hydrofilní nebo hydrofobní. Povrch hydrofilních částic vytváří poměrně pevné vazby s molekulami vody a částice hydrofobní částice takové vazby netvoří. Je pochopitelné, že uvedená charakteristika kalu bude rozhodující pro jeho zahušťování a odvodňování. V sušině kalu jsou zastoupeny dvě složky organická a anorganická. Pro první charakteristiku je významný organický podíl v sušině p so, resp. zbývající podíl anorganický p sa (platí: p so +p sa = 100%). Organický podíl se stanoví přibližně jako ztráta žíháním sušiny při 550 C. Při této teplotě jsou spáleny organické látky, kdežto látky anorganické (minerální) zůstávají většinou nerozloženy. Za těchto podmínek nepodléhá rozkladu ani termicky poměrně nestálý MgCO 3, v kalech často také přítomný. Zbytek po žíhání tvoří látky anorganické. Organické látky kalové suspenze lze dále dělit na látky biologicky rozložitelné (působením mikroorganizmů) a látky vůči tomuto rozkladu resistentní. Přesná hranice zde ovšem neexistuje, neboť některé látky jsou rozkládány velice pomalu. Existují také bakteriální druhy schopné rozkládat některé specifické organické látky, považované dříve za biologicky resistentní (např. ropné uhlovodíky). Kultury těchto bakterií lze získat v technicky využitelném množství. Mikrobiální rozklad organického podílu kalu, příp. některé fáze tohoto rozkladu probíhají často za tvorby zapáchajících látek. Takové kaly je nutno před jeho dalším zpracováním stabilizovat.

9 Významné jsou i hygienické vlastnosti kalu, zejména obsah patogenních zárodků - bakterií, virů, protozoí, červů a jejich vajíček aj. - obvyklých např. u kalů městských ČOV, příp. kalů majících původ v chovu zvířat a zpracování jejich těl (kafilerie, jatka). Při stabilizaci kalu je kladen důraz i na usmrcení těchto patogenů nebo alespoň na výrazné snížení jejich počtů. Hygienické hledisko postihuje i přítomnost toxických látek v kalu, zejména těch, které nejsou při jeho zpracování rozloženy a mohou ve finální etapě jeho využití nebo zneškodnění ohrožovat životní prostředí (těžké kovy aj.). Složení kalu, produkovaného při čištění odpadní vody závisí v prvé řadě na jejím složení, na způsobu čištění a parametrech provozu. Při vícestupňovém čištění odpadní vody jsou z každého stupně produkovány kaly odlišného složení, někdy se i významně lišící. Vliv provozních parametrů na vlastnosti produkovaného kalu lze ukázat na příkladu přebytečného aktivovaného kalu. U systémů vysoko zatížených, s krátkou dobou zdržení biomasy, obsahuje kal více organické hmoty v sušině než kal z nízkozatíženého systému aktivace s podstatně vyšším stářím kalu. Jeho biomasa podléhá endogenní respiraci, čímž se mění i vlastnosti buněčné blány mikroorganizmů (obsah extracelulárních polymerů) a s tím i fyzikální vlastnosti kalové suspenze. Významný je také hygienický aspekt, související s odumíráním patogenů při rostoucí době zdržení kalových částic v systému, na něž jsou v převážné míře vázány. Při zpracování kalů z vícestupňového čištění je někdy vhodné zpracovat kaly společně, v řadě případů je ale vzhledem ke zcela odlišným jejich vlastnostem účelné zpracovat je odděleně, což je užitečné zvláště při možnosti využití jen kalu alespoň z jednoho stupně čištění. [5]

10 3.1 Typy čistírenských kalů Odpadní voda přitékající na čistírnu odpadních vod je během procesu čištěna a na odtoku z ČOV je obsah znečisťujících látek ve vodě podstatně snížen. Na mechanickém stupni dojde k odstranění hrubých nečistot. Hrubé plovoucí nečistoty jsou separované jako shrabky, usaditelné nerozpuštěné látky jsou zachycené v lapáku písku. Na biologickém stupni dochází k další redukci zejména biologicky odbouratelných látek. Tyto látky, které se z vody během procesu odstranily, jsou kumulovány v tzv. čistírenských kalech. Kal je směs vody a pevných látek, oddělený z odpadní vody různými způsoby. Kaly tvoří cca 1 2 % objemu čištěných odpadních vod, obsahují však 50 80 % původního znečištění. Kal, který ještě nebyl stabilizován, se nazývá surový kal. Podle toho, odkud je ze systému odebírán, rozlišujeme kal primární, sekundární a terciální, přičemž terciální kal je z chemického srážení.[1] Primární kal Primární kal se odděluje ze surové odpadní vody v usazovacích nádržích nebo jiných separačních zařízeních. Složení kalu závisí na použité technologii čištění odpadních vod a účinnosti jednotlivých aparátů. Může být však ovlivněn i chemickým hospodářstvím v případě, že se před usazovací nádrží dávkuje koagulant (chemické srážení fosforu, snížení látkového zatížení apod.). Sekundární kal (přebytečný aktivovaný kal) Vzniká během procesu biologického čištění odpadních vod v dosazovacích nádržích. V procesu dochází k produkci biomasy, která je v přímé souvislosti s množstvím odstraněného organického znečištění. Produkovaná, přebytečná biomasa bývá odstraňována většinou v dosazovacích nádržích při sekundární sedimentaci, a proto bývá označována jako sekundární nebo přebytečný kal.

11 Tab.č. 1 Složení kalu % složek Složka Primární Aktivovaný Vyhnilý Organická hmota 60-80 60-75 45-60 Inertní látky 20-40 25-70 40-45 3.2 Zahušťování kalu Zahušťování kalů je první etapou zpracování kalu v kalovém hospodářství ČOV, proto jeho provedení ovlivňuje veškeré další nakládání s kaly. V zásadě určuje investiční i provozní náklady kalového hospodářství (rozměry nádrží,energie na čerpání). V případě, že kal je následně zpracováván aerobní stabilizací,zahušťování kalu má rozhodující vliv také na: - tepelnou a energetickou bilanci tohoto procesu i celé ČOV, - hydraulické zařízení vyhnívacích nádrží, - produkci bioplynu, - produkci kalové vody, - hygienizaci stabilizovaného kalu Při zahušťování dochází ke snížení objemového množství kalu tím, že se z něj odstraní část volné vody.optimální obsah sušiny kalu po zahuštění se pohybuje mezi 5-6%, kdy kal má ještě tekutou konzistenci, aby se dal čerpat k dalšímu zpracování. Zahušťování lze provádět gravitačně nebo strojně. Mezi gravitační metody patří zahušťování sedimentací v gravitačních nádržích a flotace, strojní zahušťování probíhá v zahušťovacích odstředivkách nebo rotačních, pásových, šnekových zahušťovačích. [1]

12 Obr. 1 3.2.1 Sedimentace v gravitačních nádržích Jak bylo řečeno výše, primární a přebytečný aktivovaný kal lze odebírat z hlavní technologické linky ČOV buď odděleně, a nebo společně jako směsný surový kal. V současné době je preferován oddělený odtah kalů, zejména díky rozdílným množství jejich zahušťování. Primární kal vykazuje dobré sedimentační schopnosti, proto je možno v mnoha případech dosáhnout dostatečného zahuštění již v usazovací nádrži. Běžný obsah sušiny primárního kalu je kolem 2,5 %. Tuto hodnotu lze však poměrně snadno zvýšit instalací automatického systému, který řídí odtah kalu z usazovací nádrže na základě měření jeho koncentrace v potrubí pomocí optických nebo ultrazvukových metod. Systém je schopen ovládat uzávěry na potrubí z kalových prostorů všech napojených usazovacích nádrží a podle naměřených hodnot je otevírat nebo uzavírat. Vyššího obsahu sušiny kalu je možno dosáhnout také vhodným časovým režimem odkalování, který je třeba stanovit na základě delšího pozorování chování usazovací nádrže. Obsah sušiny primárního kalu se těmito opatřeními zvýší na 3,5 4,5 %, hodnoty nad 4,5 % jsou už považovány za velmi uspokojující. Pokud jsou tyto hodnoty dosaženy již při odtahu z usazovací nádrže, není třeba dalšího zahušťování kalu.

13 Na rozdíl od primárního kalu jsou sedimentační vlastnosti přebytečného aktivovaného kalu velmi špatné. Je to dáno velkým objemem kalových částic přebytečného kalu, které jsou při vyšších koncentracích v dosazovací nádrži v těsné blízkosti u sebe. Síly působící mezi kalovými částicemi pak převládají nad gravitačními silami, sedimentace probíhá jen velmi zvolna a obsah sušiny odebíraného přebytečného kalu je jen 0,5 1,0 %. Proto se pro samostatné zahušťování přebytečného kalu doporučuje flotace nebo strojní způsoby. Na většině stávajících ČOV je přebytečný kal čerpán před usazovací nádrž, kde sedimentuje společně s primárním kalem a oba jsou odtud odebírány jako směsný surový kal. Hodnoty obsahu sušiny odtahovaného kalu jsou kolísavé, v průměru kolem 3 %. Lze dosáhnout i hodnot mezi 4 5 %, ovšem zvyšuje se nebezpečí flotace kalu a následně únik kalu z usazovacích nádržích do aktivačních. Při tomto systému zahušťování je výsledný efekt ovlivněn zejména těmito faktory: - sedimentační schopnosti obou kalů, - okamžitý poměr množství obou kalů, - časový režim odkalování, - hydrostatický přetlak při odkalování, - hydraulické podmínky, - teplota apod. Pokud kal odebíraný z usazovací, případně dosazovací nádrže obsahuje stále ještě dostatek vody, kterou lze oddělit sedimentací, je do technologické linky kalového hospodářství zařazena samostatná zahušťovací nádrž. Zpravidla se navrhuje s přerušovaným provozem, kdy nejdříve se nádrž plní kalovou suspenzí, která dále sedimentuje (někdy za pomalého míchání) a následně je zahuštěný kal odtažen k dalšímu zpracování. Kalová voda je vracena před primární usazovací nádrž. Tato technologie se běžně navrhovala pro zahuštění směsného surového kalu, při provozu se však příliš neosvědčila. V zahušťovacích nádržích dochází k prakticky nekontrolovatelným aerobním i anaerobním pochodům, jejichž produkty způsobují zápach a vytváří na hladině plovoucí vrstvy.

14 Zhoršují se sedimentační vlastnosti kalu a vracená kalová voda s částečkami kalu přetěžuje hlavní linku ČOV. V čistírnách zaměřených i na odstraňování fosforu může v zahušťovací nádrži dochází k jeho zpětnému uvolňování do kalové vody. Díky těmto nevýhodám společného zahušťování se na nově budovaných a intenzifikovaných ČOV preferuje oddělené zahuštění primárního a přebytečného kalu. Gravitační zahušťovací nádrže zařazené před anaerobní stabilizaci kalu slouží současně jako zásobník surového kalu pro metanizaci. Sedimentace v gravitačních nádržích se doporučuje zejména pro primární kal, kal z chemického čištění a kal ze systémů s přisedlou biomasou. [1] 3.2.2 Flotace Flotace je proces jak využít gravitační sílu k zahuštění kalu. Flotací oddělujeme suspendovaný částice z vody za působení plynu. (Do kalové suspenze je dodáván plyn, nejčastěji vzduch, který tvoří mikrobublinky. Mikrobublinky se nabalují na kalové částice vynášejí je k hladině, kde tak vzniká zahuštěná plovoucí vrstva vznos (float). Vyflotovaný zahuštěný kal má charakter husté kalové pěny, která se z hladiny odebírá stíráním nebo nasáváním a je poměrně dobře čerpatelná. V praxi se používá tlaková nebo volná flotace. Tlaková flotace je v poslední době stále více používána, zejména pro zahušťování přebytečného aktivovaného kalu. Koncentrace sušiny zahuštěné suspenze, dosažitelná flotací, závisí na poměru množství vzduchu a pevných částic, charakteristice kalu (kalovém indexu), látkovém zatížení flotace a použití organických flokulantů. Hmotový poměr vzduch/kalové částice, při kterém je dosaženo největší zahuštění se pohybuje mezi 2 až 4 %. Na flokulační proces mají vliv i sedimentační vlastnosti kalu. Pokud je kalový index vyšší než 200 ml.g-1 účinnost výrazně klesá a je nutno přidávat flokulanty, případně zvýšit jejich dávky. Vláknitý aktivovaný kal lze zahustit jen na cca 2 % sušiny, u dobře sedimentovatelného kalu je běžně dosažitelných 4-5 %.

15 Tyto okolnosti je třeba vzít v úvahu při navrhování flotace. Látkové zatížení flokulační nádrže by nemělo překročit 20 kg.m -2 za den.v některých případech bylo docíleno zvýšení koncentrace kalu zahuštěného flotací snížením koncentrace kalu na vstupu jeho ředěním. [5] 3.2.3 Zahušťovací odstředivky Stejně jako u gravitačního zahušťování se i při odvodnění dekantačními odstředivkami využívá k zahuštění rozdílu hustoty mezi vodou a částečkami kalu. Hlavní její výhodou je účinná separace dosažitelná zařízením bez velkých prostorových nároků. Odstředivek se využívá k zahuštění primárního kalu, kalu z chemického čištění a zejména přebytečného aktivovaného kalu, u něhož lze dosáhnout sušinu 4 až 6 % bez dávkování organických flokulantů. Při jejich provozu nedochází k úniku vlhkosti a zápachu do ovzduší. Náklady na energii a údržbu (opotřebení šneku) jsou však značné, a proto bývají využívány především na velkých ČOV viz.obrázek 2. Obr. 2 Řez odstředivkou, 1- přívod suspenze, 2 - odvod pevného sedimentu, 3 - odvod kapaliny

16 3.2.4 Sítopásové lisy Sítopásové lisy representují poměrně novou možnost zahušťování. Jsou účinné i pro zahušťování kalů o koncentraci pod 2%. Do kalu je přidáván organický flokulant, jehož účinkem dochází k flokulaci částic a k oddělení vody, která je prolisována přes filtrační přepážku tvořenou sítem, působením tlaku válců na dva nekonečné, pohybující se sítové pásy.(mezi nimiž je kalová suspenze). Sítopásové lisy jsou použitelné k zahušťování surového i vyhnilého kalu městských ČOV. Průměrné hydraulické zatížení na 1 m šířky pásu bývá 600 l.min -1, špičkové zatížení je až 1200 l.min -1. Přídavek organických flokulantů je u tohoto způsobu nezbytné k dosažení přijatelné kvality filtrátu. [5] 3.2.5 Rotační zahušťovače (Rotační síta) Rotační síta jsou používána pro zahuštění aktivovaného kalu. Rotační síto je v podstatě otáčející se buben se stěnami tvořenými sítem propustným pro vodu. Dovnitř bubnu je přiváděn kal s organickým flokulantem, smíšeným s ním ve zvláštním rotačním válci, ve kterém dochází k flokulaci. V sítovém bubnu dochází k zahuštění suspenze procezením vody sítem. Dosažitelná koncentrace zahuštěného kalu je 3-4%. Přídavek flokulantu je nezbytný. Výhodou zařízení je jeho nenáročná obsluha, údržba a malé požadavky na plochu. V poslední době se kombinují rotační síta s pásovým lisem v jednom konstrukčním celku pro docílení vyššího stupně odvodnění. [5] 3.2.6 Pásové zahušťovače Principem pásových zahušťovačů je pohyb kalu na nekonečném sítu, které je vedeno přes nosné válce. Na sítu zůstávají vločky kalu aglomerované díky flokulaci, zatímco voda je prolisovaná přes síto a odváděna. Zahuštěný kal bývá na pásu překlápěn radličkami a na konci procesu odpadává, mechanické namáhání je menší než u rotačních sít. Koagulační reaktor nebývá součástí dodávky a je nutno ho předřadit samostatně. Obestavěný prostor je značný. [1]

17 3.2.7 Šnekové zahušťovače Pracují na principu vynášení upraveného kalu šnekem přes statické síto, které tvoří plášť šikmo umístěného bubnu. V ČR nejsou příliš rozšířené. [1] 3.2.8 Štěrbinové zahušťovače Ve štěrbinových zahušťovačích je kal unášen lopatkami plastového řetězového dopravníku přes štěrbinové síto, na kterém dochází k zahušťování. Ve stroji je umístěn koagulační reaktor, zahušťovač, sběrná jímka zahuštěného kalu i prací vody, což do jisté míry snižuje investiční náklady zařízení. [1] 3.3 Předúprava kalu Předprava kalu se provádí před stabilizací kalů za účelem snížení množství stabilizovaných kalů a zvýšení stupně hygienizace. Tato operace má význam při anaerobních způsobech stabilizace a jejím úkolem je zvýšení stupně rozkladu kalu, zvýšení produkce kalového plynu, zvýšení stupně stabilizace kalu, snížení produkce stabilizovaného kalu. Mezi metody předpravy se řadí: - mechanická desintegrace suspendovaných látek přítomných v substrátu pomocí kulových mlýnů nebo vysokotlakých homogenizátorů, - desintegrace ultrazvukem, - chemická hydrolýza pomocí minerálních kyselin nebo zásad, - termická hydrolýza dočasným zvýšení teplota a tlaku, - biologická hydrolýza pomocí specifických mikroorganismů. [1]

18 3.4 Stabilizace kalu Proces, kterým se upravují konečné vlastnosti kalu, aby nepodléhaly spontánnímu samovolnému rozkladu. Stupeň stabilizace kalu je míra jeho určitých vlastností a určuje vhodnost kalu pro daný způsob jeho využití. Ve stabilizovaném kalu neprobíhají intenzivní biologické pochody, které způsobují senzorické a hygienické problémy. Takto upravený kal je nepáchnoucí, hygienicky nezávadný a lze snadno odvodnit. Z toho vyplývá, že stabilizace kalu může být zároveň hygienizace kalu. 3.4.1 Anaerobní stabilizace kalu Anaerobní stabilizace kalu, někdy taky označován jako metalizace nebo vyhnívání, probíhá v anaerobních podmínkách prostřednictvím mikroorganismů, které rozkládají biologicky rozložitelné organické látky obsažené v surovém kalu. Při těchto procesech je uvolňován bioplyn a odtahována kalová voda. Používá se zejména na středních velkých ČOV pro společnou stabilizaci primárního a přebytečného kalu, které jsou však často zahušťovány odděleně. Anaerobní rozklad organických látek je několikastupňový proces, na kterém se podílí mnoho skupin anaerobních mikroorganismů vzájemně se ovlivňujících. Produkty jedné skupiny se stávají substrátem pro jiné, biochemické reakce na sebe navazují a nedostatečná funkce jednoho článku řetězu může narušit průběh celého procesu. Anaerobní rozklad organických látek se skládá z této posloupnosti reakcí: - hydrolýza- rozklad makromolekulárních organických látek na nízkomolekulární, - acidogeneze rozklad produktů hydrolýzy na alkoholy, vyšší kyseliny (máselná, propionová) a také již na jednodušší produkty (kyselina octová, H 2, CO 2 ), které jsou vhodným substrátem pro metanogeny, - acetogeneze oxidace vyšších produktů acidogeneze na kyselinu octovou, H 2, CO 2, - metanogeneze rozklad jednouhlíkatých látek a kyseliny octové, CH 4, CO 2,

19 Obsah sušiny přiváděného kalu je cca 5 %, v procesu metanizace a po oddělení kalové vody se obsah sušiny zvýší na 7 10 %. V surovém kalu je obsah organických látek zhruba dvojnásobný než anorganických, po anaerobní stabilizaci se tento poměr vyrovná. Zatímco anorganický podíl zůstává stejný, obsah organické sušiny kalu se sníží o 45 65 %. Dobré kvality stabilizovaného kalu je dosáhnout při 50% snížení obsahu organických látek, což je však v praxi často nedosažitelná hodnota. Vhodnějším kritériem je požadavek na 75 % odstranění biologicky rozložitelné organické hmoty, což odpovídá snížení obsahu organických látek o 32 48 %. Anaerobní stabilizace kalu probíhá ve vodotěsných a plynotěsných reaktorech metanizačních (vyhnívacích) nádržích. Surový kal je přiváděn kontinuálně nebo v pravidelných intervalech, současně je odebírán zpracovaný kal a kalová voda. Doba zdržení biomasy je tedy stejná jako doba zdržení zpracovávaného kalu. Prvním typem těchto reaktorů byly dvouúčelové štěrbinové nádrže, kde současně v různých částech reaktoru probíhala sedimentace i anaerobní stabilizace kalu. V současnosti se navrhují velkoobjemové jednoúčelové reaktory, jejichž výhodou je relativně malý povrch a tím i menší tepelné ztráty. Většinou se buduje více nádrží pracujících paralelně. Metanizační nádrže se obvykle navrhují ve tvaru válce s pevnou kuželovou střechou i dnem, nebo jsou vejčité, z oceli nebo železobetonu. Z hlediska hydrauliky míchání jsou výhodnější nádrže vyšší než širší. Protože reaktory pracují převážně při teplotách 30 40 C, navrhují se nádrže téměř vždy jako vyhřívané. Vytápění reaktorů na požadovanou teplotu se provádí topnými tělesy uvnitř nebo vně nádrže (ohřev surového kalu), přímým vstřikováním páry do nádrže apod. Metanizace může být dvojího typu nízkozatížená a vysokozatížená. Nízkozatížená metalizace, označovaná také jako normální nebo standardní, se provozuje s menším zatížením a delší dobou zdržení, míchání bývá přerušované a do technologické linky je zařazen jeden nebo dva stupně. Vysokozatížená metanizace rychlovyhnívání je zatížena více, má kratší dobu zdržení, kontinuální míchání a vždy dva stupně. První stupněm je vlastní anaerobní reaktor, zpravidla vyhřívaný a míchaný, ve kterém probíhá metanizace.

20 Druhým stupněm je uskladňovací nádrž, ve které ještě probíhají některé metanizační pochody a dochází zde k oddělení kalové vody, která je vracena do hlavní linky před aktivací. Stabilizovaný kal je následně odvodňován a finálně zpracován. Mezi hlavní návrhové parametry patří doba zdržení, obsah sušiny kalu, teplota a míchání. Doba zdržení by měla být alespoň dvojnásobek generační doby mikroorganismů závisí také na zatížení. Průměrná doba zdržení se vypočte jako podíl objemu reaktoru a denní produkce surového kalu. Obsah sušiny surového kalu určuje potřebný objem nádrže - čím vyšší obsah sušiny (tj.lepší zahuštění), tím méně prostoru pro stabilizaci. Proces anaerobní stabilizace je velmi citlivý na změnu teploty v reaktoru. Rozmezí tepot, ve kterém je daný druh mikroorganismů schopen růstu, se nazývá teplotní rozmezí. Mezi minimem a maximem rychlosti růstu. Obecně lze podle tohoto teplotního kritéria rozdělit mikroorganismy na psychrofilní, mezofilní, termofilní: Širší teplotní rozmezí Užší teplotní rozmezí optimální teplota psychrofilní (0, 30) C (0, 27) C méně než 15 C mezofilní (5, 50) C (27, 45) C méně než 45 C (42 C) termofilní (25, 70) C (45, 60) C více než 45 C (60 C) Mezi jednotlivými skupinami není jednoznačně dané rozhraní, často se vzájemně prolínají. Různí autoři uvádějí rozdílná teplotní rozhraní. Pro stabilizaci kalů se využívá většinou mezofilních a termofilních procesů, jako hraniční teplota mezi těmito procesy se obvykle uvádí 43 45 C. Při mezofilním i termofilním rozkladu probíhají stejné procesy (hydrolýza, acidogeneze, acetogeneze, metanogeneze), liší se ale teplotou a reakčními rychlostmi. Termofilní anaerobní stabilizace kalů vykazuje vyšší stupeň stabilizace je zneškodněno vyšší procento patogenních mikroorganismů než při mezofilní stabilizaci. Je také odstraněn větší podíl organických látek a díky větším rychlostem rozkladu se snižuje doba zdržení. Zlepšují se odvodňovací vlastnosti kalu.

21 Nevýhodou je náročné řízení procesu a horší kvalita kalové vody. Rostou také náklady na izolaci reaktoru a zejména na ohřev, což často již nebývá plně kompenzováno produkcí bioplynu. Přestože míchání zvyšuje provozní náklady na stabilizaci kalu, míchané reaktory se často navrhují, neboť zajistí homogenní prostředí v celém objemu reaktoru, tedy dobrý kontakt biomasy s přiváděným kalem a stejnou teplotou v celém objemu nádrže. Míchání také zabraňuje tvorbě plovoucí kalové vrstvy na hladině a sedimentaci nerozpustných látek na dně reaktoru. Na druhé straně se zhoršují možnosti oddělení kalové vody od stabilizovaného kalu. Proto je buď míchání na určitou dobu přerušeno, nechá se probíhat sedimentace a následně se kalová voda i zpracovaný kal odtáhne, nebo je do technologické linky zařazen druhý, nemíchaný reaktor. Míchání může být zajištěno pomocí mechanických míchadel a vrtulových čerpadel, nebo recirkulací kalu či bioplynu. Při kvalitním mícháním by se koncentrace nerozpuštěných látek v reaktoru neměla lišit o více než 10 % od průměrné hodnoty. Problém při anaerobní stabilizaci kalu bývá často pěnění v nádrži. Může být způsobeno přítomností: - průmyslově vyráběných tenzorů, - povrchově aktivních látek produkovaných mikroorganismy biotenzidů. Nebezpečí pěnění se zvyšuje přítomností vláknitých bakterií, při míchání nádrže bioplynem a snižování ph. V důsledku pěnění dochází v metalizační nádrži k vykypění napěněného kalu a jeho úniku stropem nádrže, zanesení plynového potrubí apod., takže dojde k celkovému snížení účinnosti anaerobního rozkladu. Prevencí pěnění je vhodný tvar nádrže (vejčitý), typ míchání, velký plynový prostor pod střechou, likvidace vláknitých mikroorganismů, častější dávkování surového kalu v menších objemech apod. Při anaerobní stabilizaci lze docílit i dezinfekce kalu za těchto podmínek: - odstranění minimálně 38 % původně přítomných organických látek, - při teplotě 20 C je doporučená doba zdržení více než 60 dní, - při teplotě 35 55 C je doporučená doba zrání do 15 dní.

22 Produktem metanizace je kromě stabilizovaného kalu také kalová voda a bioplyn. Množství a kvalita kalové vody závisí na složení surového kalu, dobré funkci metanizačních nádrží, reakční době, teplotě a míchání. Uváděné množství kalové vody je 0,1 0,4 % množství čištěné odpadní vody. Kalová voda obsahuje zejména suspendované látky, vysoké koncentrace dusíku i fosforu a má vysokou BSK 5. Nejčastěji se vede zpátky před aktivační nádrží, kam se řízeně dávkuje, zejména v nočních hodinách, kdy zatížení čistírny bývá nejmenší. Díky složení kalové vody však toto vracení do hlavní technologické linky může způsobit problémy. Při vhodném složení kalové vody ji lze použít např. k zavlažování. Produkce bioplynu závisí především na složení přiváděného kalu, při jehož stabilizaci je bioplyn uvolňován. Obsahuje 60 70 % metanu CH4, 30 35 % oxidu uhličitého CO2 a dále malá množství vody, sulfanu H2S (cca 0,1 %), N2, H2, amoniaku, mastných kyselin atd. Hlavními složkami bioplynu je tedy metan a oxid uhličitý. Oba tyto plyny se od sebe oddělují jen těžce a oba jsou bez zápachu, zápach bioplynu způsobuje sulfan. Produkce bioplynu závisí také na době zdržení a teplotě, tedy faktorech určujících rychlost rozkladu, neboť v reaktoru neproběhne úplná metalizace, protože část kalu je průběžně odváděna. Vysoké výhřevnosti produkovaného bioplynu se využívá při jeho dalším zpracování. Podle množství získané energie se používá k vyhřívání stabilizační nádrž, vytápění provozních budov, výrobě teplé vody, elektrické energie v kogeneračních jednotkách, sušení apod. Případné přebytky bioplynu se spalují. Stručné porovnání výhod a nevýhod anaerobní stabilizace kalu: Výhody: - produkce bioplynu, - velké snížení organické sušiny kalu, - odstranění zápachu kalu, - částečná hygienizace kalu, - možnost dalšího využití kalu.

23 Nevýhody: - vysoké investiční náklady, - dlouhá doba zdržení, - horší kvalita kalové vody. [1] 3.4.2 Aerobní stabilizace kalů Aerobní stabilizace kalu probíhá v aerobních podmínkách prostřednictvím mikroorganismů, které rozkládají biologicky rozložitelné organické látky obsažené v surovém kalu. Organická hmota je oxidována na CO 2 a H 2 O. Biomasa podílející se na aerobní stabilizaci je v podstatě shodná s biomasou aktivačního procesu. Aerobní stabilizace se používá zejména na malých čistírnách, kde jsou provozovány nízkozatížené systémy aplikace. Může probíhat ve stejné nádrži jako aktivační proces, nebo se provádí v samostatných nádržích. Pokud aerobní stabilizace probíhá přímo v aktivační nádrži, nebývá do technologické linky ČOV zařazena primární usazovací nádrž a doba zdržení se podstatně zvýší (i na více než 25 dní). Nerozpuštěné látky se zachytávají až v aktivační nádrži. Oddělená aerobní stabilizace se provádí na větších ČOV pro stabilizaci přebytečného aktivačního kalu nebo směsného kalu. Požadavky na dodávku kyslíku do systému závisí na množství rozložené organické hmoty. Uvádí se hodnota 1,42 kg O 2 pro odbourání 1 kg organické hmoty a v přítomnosti amoniaku, který je také oxidován, se tato potřeba ještě zvyšuje. Výhodou aerobní stabilizace jsou dosažené nízké hodnoty BSK 5 v kalové vodě, jednoduchý provoz a nízké investiční náklady. Díky dlouhým dobám zdržení a nutnosti aerace nádrže je aerobní stabilizace poměrně energicky náročná, což zvyšuje provozní náklady. Nevýhodou je také zvýšený obsah nerozpuštěných látek na odtoku z ČOV. Aerobně stabilizovaný kal vykazuje horší odvodňovací vlastnosti než anaerobně stabilizovaný.

24 Hygienizace tímto způsobem není příliš efektivní, neboť vyžaduje ještě delší dobu zdržení v nádrži: - odstranění minimálně 38 % původně přítomných organických látek, - při teplotě 15 C je doporučená doba zdržení více než 60 dní, - při teplotě nad 20 C je doporučená doba zdržení více než 40 dní. Tento problém eliminuje tzv. termofilní aerobní stabilizace, při které se využívá reakčního tepla uvolněného při biochemických reakcích rozkladu organických látek k udržení teploty kalu v termofilní oblasti. Nádrže jsou většinou válcového tvaru, tepelně izolované, aby nedocházelo k únikům tepla a také míchané, což zajišťuje homogenizaci kalu. Nádrž je provzdušňována kyslíkem nebo vzduchem. Je-li nádrž provzdušňována vzduchem, lze dosáhnout teploty kalu 40 60 C, při dodávce kyslíku 60 80 C. Přenos kyslíku je při těchto teplotách velmi intenzivní, proto se většinou volí aerace vzduchem. Tyto teploty také zaručují dobrou hygienizaci kalu. Doba zdržení v nádrži je snížena na 5 7 dní. Přiváděný kal by měl být zahuštěn na 3 6 %, maximálně na 12 % sušiny, aby byla zajištěna dobrá funkce míchacího zařízení a přívodu vzduchu. Popsaný systém je označován jako ATAD autotermní termofilní aerobní stabilizace. Modifikací tohoto procesu je duální systém stabilizace kalu AEROTHERM, který využívá ATAD jako předstupeň před anaerobní mezofilní stabilizaci. Tyto technologie se používají kromě stabilizace také pro hygienizaci kalu a snížení zatížení stávajících i nově budovaných metanizačních nádržích. [1] Obr. 3Aerobní stabilizace

25 3.4.3 Chemická stabilizace Chemická stabilizace spočívá ve zvýšení ph kalu na hodnotu alespoň 11,5, kdy dochází k ničení patogenních organismů (bakterií i virů), zatímco organické látky zůstanou nerozloženy. Destrukce virů je způsobena jednak přímým efektem ph, jednak uvolňováním volného amoniaku při ph větším než 12. Zvýšení ph lze provést přídavek zásady, nejčastěji oxidu vápenatého CaO nebo hydroxidu vápenatého Ca(OH) 2. Nádrže pro chemickou stabilizaci kalu bývají míchané. Podle toho, v jaké fázi zpracování se chemická stabilizace provádí, se rozlišuje chemická prestabilizace a poststabilizace. Při prestabilizaci je vápno dodáváno před odvodněním kalu. Dávka vápna by měla zaručit podmínky pro usmrcení patogenů, tedy hodnotu ph minimálně 12 po dobu alespoň 2 hodiny a následně, aby tato hodnota neklesla pod ph 11 po dobu několika dní. Dávka hydroxidu vápenatého pro chemickou stabilizaci primárního kalu je průměrně cca 0,1 kg Ca(OH) 2 na 1 kg sušiny tohoto kalu, pro přebytečný aktivovaný kal je cca 270 g.kg -1 sušiny kalu. Při požadavku vyššího stupně hygienizace pomocí delší doby zvýšeného ph je třeba tyto dávky úměrně zvýšit. Odvodnění a finální zpracování kalu probíhá většinou za zvýšeného ph. Při poststabilizaci se do již odvodněného kalu dávkujeme nehašené vápno CaO, které reaguje s vodou a vzniká Ca(OH) 2, přičemž se uvolňuje teplo. Díky tomu se teplota kalu zvýší až na 50 80 C a dochází k ničení patogenních mikroorganismů, často lze docílit jejich úplné destrukce. Současně se snižuje obsah vody v kalu. Při vhodném složení takto stabilizovaného kalu je možno jej finálně použít jako hnojivo přímou aplikací na zemědělskou půdu. Chemickou stabilizaci je možno díky vysokému stupni zneškodnění patogenů považovat za účinnou metodu hygienizace kalů. Je-li však kal po stabilizaci delší dobou skladován, dochází ke snižování ph zejména díky přeměně hydroxidů na uhličitany a může znovu docházet k mikrobiálnímu rozkladu organické hmoty, kal se stává opět hygienicky závadným. Tomu je nutno preventivně zabránit udržením dostatečné hodnoty ph (nad 10) vhodně volenou dávkou vápna. [1]

26 3.5 Odvodňování kalu Odvodnění kalu bývá zařazeno za jeho stabilizaci a slouží k dalšímu podstatnému snížení obsahu vody v kalu až do pevného stavu. Odvodněný kal obsahuje 20 50 % sušiny, lze s ním manipulovat, nakládat ho a transportovat ve volně loženém stavu. Vzhledem k tomu, že finální zpracování kalu bývá často finančně náročné, je vhodné provádět redukci objemu stabilizovaného kalu pomocí odvodnění, čímž se sníží náklady na likvidaci kalu. Před vstupem do odvodňovacího zařízení by měl být kal dobře homogenizován, např. v uskladňovací nádrži. Odvodněný kal je většinou před jeho finálním zpracováním akumulován v kontejnerech. Odvodnění kalu může probíhat strojně nebo přirozeně. Přirozené odvodňování kalu se provádí na kalových polích nebo kalových lagunách. Strojní pomocí pásových lisů, kalolisů a dekantačních odstředivek. 3.5.1 Přirozené způsoby odvodňování na kalových polích a lagunách Kalová pole tvořená vrstvou písku, uloženém na betonovém drenovaném dnu, jsou jednoduchým, ale investičně a plošně náročným zařízením, užívaným jen pro menší produkce kalu. Napouští se ve vrstvě 20-40 cm. Účinnost kalového pole závisí na klimatu. Kalové laguny se používají jako náhrada kalových polí. Nejsou, stejně jako kalová pole, použitelné pro odvodnění nestabilizovaných kalů. Nevýhodou je značný požadavek na plochu, možnost kontaminace podzemních vod a závislost na klimatu. Nápustná vrstva bývá 0,7-1,5 m. Odvodnění se urychlí odváděním kalové vody z hladiny laguny. Časový cyklus bývá cca 1rok, závisí však i na počasí. Po odvodnění se kal těží pomocí bagru nebo nakladače. V dnešní době se už nepoužívá. [5]

27 3.5.2 Sítopásové lisy Sítopásové lisy nebo jen pásové lisy se používají pro zahušťování i odvodňování kalu, ale pro každý z těchto procesů se požívají zařízení jiných technologických parametrů typ lisu, rychlost pásu, druh a množství použitého flokulantu apod. Princip odvodnění je založen na filtraci mezi dvěma nekonečnými pásovými síty. Odvodňovaný kal, který musí být upraven dávkou flokulantu. 3.5.3 Kalolisy Kalolisy, zvané také tlakové komorové lisy jsou filtračním zařízením pracujícím na tlakovém principu. Kal předupravený dávkováním anorganického nebo organického flokulantu je čerpán do komor lisu, v nichž je podroben tlaku 1 až 2 MPa, jehož působením je voda filtrována přes filtrační plachetku až je docíleno požadovaného odvodnění. Typický pracovní cyklus kalolisu sestává z těchto postupů: uzavření lisu, plnění lisu po dobu cca 5-20 minut, filtrování pod tlakem, trvající několik hodin, otevření lisu a odstranění kalového koláče, čištění filtru. Důkladné praní filtračních plachetek mimo lis se provádí po několika měsíčním provozním cyklu. Někdy bývá provozním problémem přilnavost kalového koláče k tkanině lisu. Dosažitelná koncentrace sušiny je u kalů z městských ČOV 35-45 %. Při odvodňování koagulačních kalů, příp. hydroxidů kovů z neutralizačních stanic se provádí odvodnění bez přídavku koagulantů a dosažitelná sušina je spíše na spodní hranici výše uvedeného rozsahu. Nevýhodou kalolisů je přerušovaný provoz, náročná obsluha a vysoké investiční náklady viz obrázek 4.

28 Obr. 4 Kalolis 3.5.4 Dekantační odstředivky Odstředivky jsou používány nejen pro zahuštění, ale především pro odvodnění kalů za poněkud odlišných provozních parametrů. Stupeň odvodnění bývá nižší než u sítopásových lisů a obvykle dosahuje při odvodnění kalů z městských ČOV 20-25 %. Použití organických flokulantů do kalu je nezbytné. Princip odstředivky byl popsán v kapitole 3.2.3. [5] 3.6 Hygienizace kalu Před konečnou likvidací kalů je nutné zničit nebo snížit množství patogenních mikroorganismů na přijatelnou hodnotu podle jejich zamýšleného využití. Hygienizace kalů je technologie umožňující využití kalů k zemědělským účelům jako součást hnojiv nebo přímou aplikací na zemědělské půdy. Během čištění odpadních vod a zpracování kalu je většina choroboplodných zárodků zničena, avšak určité množství patogenů přežívá (Salmonella, koliformní bakterie, enterokoky, enteroviry apod.) Při hygienizaci kalů je nutno redukovat v maximální míře mikroorganismy. Míra hygienického zabezpečení se odvozuje od účelu, pro který bude kal následně použit.

29 Přirozená hygienizace probíhá ve vhodných podmínkách při různých procesech na ČOV, ačkoli tyto nejsou přímo zaměřeny na hygienizaci. Tyto procesy využívají většinou vysoké teploty nebo vysoké ph. Patří sem: - aerobní stabilizace, - anaerobní stabilizace, - aerobní termofilní stabilizace, - chemická stabilizace, - odvodňování na kalových polích, - termické sušení, - kompostování, - spalování. Metody hygienizace zaměřené pouze na zneškodňování patogenů jsou fyzikální nebo chemické. Fyzikální metody využívají: - teplotu, - radiaci, - ultrazvuk, - mechanickou destrukci buněk mikroorganismů. [1] Proces pasterizace kalu, při kterém je kal zahříván při vysokých teplotách ( 70 C) po krátkou dobu alespoň 30 min. Minimální teplota pro pasterizaci je 60 o C, lépe však 65-7 0 C. 3.7 Současné možnosti likvidace kalů z ČOV 3.7.1 Přímá aplikace na zemědělské pozemky Tento nejrozšířenější způsob likvidace kalů byl upraven vyhláškou č. 382/2001 Sb. k zákonu o odpadech. Vyhláška ukládá producentům kalů řadu povinností s aplikací spojených. Kromě zajištění monitoringu kalů a půd, na které kaly mají být aplikovány, jde o zpracování rozvozového plánu kalů. Musí tam být zohledněny obsahy některých nežádoucích složek jako jsou těžké kovy (Cd, Cu, Pb, Zn, atd.), některé organické látky a

30 patogenní mikroorganismy (Salmonella, Escherichia coli), protože přítomnost těchto složek možnost využití kalu snižují. Podmínky pro realizaci: Podmínky pro použití čistírenských kalů v zemědělství řídí vyhláška Ministerstva životního prostředí č. 382/2001 o použití upravených kalů na zemědělské půdě, v platném znění. Pro aplikaci čistírenského kalu na zemědělskou půdu je směrodatné výrazné snížení obsahu patogenních organismů tak, aby kal použitý v zemědělských půdách vyhovoval mikrobiologickým kritériím. 3.7.2 Kompostování kalů Kaly z ČOV lze díky vysokému obsahu organických látek s výhodou kompostovat. Kompostování je proces biochemického odbourávání organické hmoty termofilními aerobními mikroorganismy. Proces kompostování probíhá při obsahu vody v kompostovaném materiálu kolem 60%, jejíž množství se v průběhu procesu poněkud zmenšuje. Při mikrobiálních procesech se uvolňuje teplo a teplota materiálu dosahuje 60 C i více. Při tom dochází k usmrcení patogenů, a to již za 3 dny po dosažení teploty nad 35 C. Doba kompostování se pohybuje v rozsahu mezi 15 až 45 dny. V podstatě dochází k další stabilizaci kalu a jeho hygienizaci. Kaly ovšem není možné kompostovat samostatně, ale musí být smíšeny s jinými substráty (hnůj, sláma, kůra stromů, piliny apod.) za účelem: - zvýšení objemu póru kalu pro podporu aeraci směsi, - snížení obsahu vody (vlhkosti), - zlepšení poměru obsahu uhlíku a dusíku. Maximální poměr kalu v kompostované směsi činí okolo 30%. Podmínky pro realizaci: Kompostování podléhá zákonu 185/2001 Sb. o odpadech. Subjekt, který kal kompostuje, by měl mít i souhlas k nakládání s nebezpečnými odpady, neboť kompostovat

31 lze i kal, který je řazen do kategorie nebezpečný odpad z důvodu infekčnosti. Výsledný produkt musí mít registraci podle zákona č. 156/1998 Sb. o hnojivech, v platném znění. 3.7.3 Zakomponování do stavebních materiálů Některé kaly je možno v omezeném množství přidat do různých stavebních materiálů, zejména cihel a cementu. Tento způsob likvidace kalu vychází z možnosti přídavku kalu do stavebních materiálů, které tím nesmí ztratit svoje základní vlastnosti a současně nesmí být ohroženo životní prostředí. Často je to dosažitelné omezeným přídavkem kalu, jímž se nezmění složení stavebního materiálu. Příkladem může být přídavek kalů, které obsahují hydroxidy těžkých kovů, do materiálu pro výrobu cihel. Jiným příkladem je spalování kalu z městských ČOV v cementářské peci, které je s úspěchem na několika lokalitách realizováno. K cementářské směsi se přidává sušený kal, jehož organická hmota je při vysokých teplotách pece spolehlivě spálena a anorganický zbytek v omezeném poměru k cementářské hmotě výrobek nepříznivě neovlivní. Spalováním nesmí však být ohrožena kvalita exhalátů. Podmínky pro realizaci: Podléhá zákonu č. 185/2001 o odpadech, v platném znění, zákonu č. 22/1997 Sb. o technických požadavcích na výrobky, v platném znění a nařízení vlády č. 163/2002 Sb., kterým se stanoví technické požadavky na vybrané stavební výrobky. 3.7.4 Sušení Výhodné energeticky i ekologicky je sušení ve fluidní podtlakové nízkoteplotní sušárně. Sušárna pracuje s teplotou 85 C (voda se odpařuje v podtlaku, což brání úniku škodlivin z cirkulačního plynu) a tato teplota je rovněž vzdálená od teploty, která je u sušení nebezpečná pro samovznícení, tj. 130-150 C. Tato teplota pak nevyžaduje mnoho chladící energie pro zchlazení kalu a kondenzaci brýd. Při sušení se dosahuje 95-98% sušiny. Protože je výhodné zajistit více cest pro konečné využití kalu je možné sušit kaly

32 na obsah 65-92% sušiny, přiměřeně k použité technologii konečného užití. Sušením se sníží celkový objem produkovaného kalu na třetinu. Zásadně se tím zlepší podmínky pro manipulaci, transport a vlastní konečnou likvidaci kalu. Sušený kal je možné dobře spalovat v každé spalovně nebo elektrárně, vybavené čistěním spalin, skládkovat, použít v zemědělství (v případě odpovídajícího obsahu škodlivin), podrobit pyrolýze nebo spalovat v cementárně.[3] 3.7.5 Spalování Před spalováním je kal odvodňován nejčastěji sušením. Spalování je efektivní metodou finální likvidace kalu zejména pro kaly obsahující vysoký podíl organických látek. Organická hmota je oxidována na CO 2 a H 2 O, voda je vypařena, patogeny jsou při vysokých teplotách zničeny. Spalování probíhá v různých zařízeních, např. spalovny tuhého komunálního odpadu, spalovny kalů, teplárny, elektrárny a cementárny. Objem kalu se výrazně zmenší a popel bývá skládkován. Problémem při spalování kalu je tvorba exhalátů, které musí být kvalitně čištěny. Podmínky pro realizaci: Spalováním se zabývá zákon č. 185/2001 sb. o odpadech, v platném znění a zákon č. 86/2002 sb. o ochraně ovzduší, v platném znění. Odpady můžeme spalovat tehdy, jsou-li splněny všechny podmínky stanovené právními předpisy o ochraně ovzduší. 3.7.6 Skládkování Pro skládkování lze použít pouze kal stabilizovaný a odvodněný, aby jeho objem byl minimalizován. Někdy se kal před skládkováním spaluje. Problém spalování kalu je tvorba exhalátů, které musí být kvalitně čištěny. Pro skládkování odpadu existuje několik typů skládek. Odpady kategorie O lze ukládat na skládky skupiny ostatní odpad S-OO, pro odpady kategorie N je třeba použít skládku nebezpečného odpadu, případně vhodnou

33 úpravou odpadu lze docílit změnu parametru odpadu, který může být uložene na skládce jedné ze skupin S-OO. Skupinu skládky, na kterou může být kal uložen, se stanoví pomocí vodného výluhu z kalu. Snížení vyluhovatelnosti lze dosáhnout tzv. silicifikací zpevněním kalu. Původně tekutý nebo plastický kal je převeden na pevné skupenství pomocí matrice, což je organická nebo anorganická hydraulicky vazebná látka (např. elektrárenský popílek). Matrice reaguje s vodou v kalu, nežádoucí látky jsou v něm pevně vázány v důsledku srážení a fixace a roste ph, což má za následek ničení patogenů. Konzistence kalu je drobivá, homogenní a obsaženou vodu pevně váže. Prakticky neuvolňuje zapáchající látky. Solidifikaci se díky přidání matrice sice mírně zvýší objem kalu, ale získané vlastnosti umožňují uložení kalu na skládku s nižšími požadavky na vyluhovatelnost než před solidifikací. Podmínky pro realizaci: Skládkování podléhá zákonu č. 185/2001 Sb. o odpadech, v platném znění, který stanovuje povinnost přednostně odpady materiálově nebo energeticky využít. Kal je možno uložit na skládku pokud nejde jinak využít nebo obsahuje značné množství nebezpečných látek. 4 Stav nakládání s čistírenskými kaly v ČR 4.1 Produkce kalů v České republice v roce 2003 V ČR bylo podle výkazu ČSÚ Vodovody a kanalizace v roce 2003 7,928 mil. obyvatel napojeno na kanalizaci, tj. 77,7% celkového počtu obyvatelstva, z toho na ČOV 7,033 mil. obyvatel, tj. 68,9%, a z toho 6,86 mil. obyvatel bylo napojeno kanalizací na biologickou čistírnu. Celkem se v uvedených ČOV vyčistilo v roce 2003 820 mil. m 3 odpadní vody za rok, čemuž odpovídá i vykazovaná produkce kalů. Oproti roku 2002 množství čištěných odpadních vod kleslo stejně jako produkce kalu. Podle stejného výkazu ČSÚ Vodovody a kanalizace v roce 2003 se vyprodukovalo 186 tis. tun sušiny kalu, což je oproti roku 2002 poměrně značné snížení ve vykazovaných hodnotách, přesto podle našeho odhadu je tento údaj v odpovídajících mezích.