Mendelova zemdlská a lesnická univerzita v Brn Agronomická fakulta Ústav zemdlské, potravináské a environmentální techniky Hygienizace kalu z istíren odpadních vod Diplomová práce Brno 2007 Vedoucí diplomové práce: Ing. Tomáš Vítz, PhD. Vypracovala: Jana Gregorová
Prohlášení Prohlašuji, že jsem diplomovou práci na téma Hygienizace kalu z istíren odpadních vod vypracovala samostatn a použila jen pramen, které cituji a uvádím v piloženém soupisu literatury. Souhlasím, aby práce byla uložena v knihovn Mendelovy zemdlské a lesnické univerzity v Brn a zpístupnna ke studijním úelm. V Brn, dne 15. 5. 2007 Podpis diplomanta
Abstrakt Diplomová práce se vnuje problematice hygienizace kalu z istíren odpadních vod. Téma práce vychází v vyhlášky. 382/2001 Sb., o podmínkách použití upravených kal na zemdlské pd. Úvodní ást je zamena na základní pojmy související s kalovou problematikou, je zde rovnž popsán celý proces kalové koncovky na istírnách odpadních vod. Cílem práce je objasnit veškeré možné metody hygienizace kalu a na vybrané istírn odpadních vod zhodnotit zpsob jejího zpracování kalu, který vede k jeho hygienizaci. Klíová slova: kal, hygienizace kalu, stabilizace kalu, OV, pasterizace Abstract Diploma thesis deals with hygienisation of sludge that comes from sewage treatment plant. The topic of thesis is based on Decree of the Ministry of the Environment of the Czech Republic No. 382/2001 Code, on conditions of the usage of treated sludge on agricultural land. Introduction part is focused on fundamental terms associated with problems of sludge. There is also described whole process of sludge final component of sewage treatment plant. The main goal of the thesis is to explain all possible methods of sludge hygienisation and evaluate the way of sludge processing on selected sewage treatment plant. Key words: sludge, hygienization of sludge, sludge stabilization, sewage treatment plant, pasteurization
Obsah Úvod... 7 Cíl práce... 8 Literární ást... 9 1. Základní pojmy... 9 1.1 Charakteristika kalu... 9 1.2. Produkce kalu... 10 1.2.1 Primární kal... 10 1.2.2 Pebytený kal... 12 1.2.3 Chemický kal... 15 2. Technologie zpracování kalu... 18 2.1 Odebírání kalu ze systému... 19 2.2 Zahušování kalu... 21 2.2.1 Sedimentace v gravitaních nádržích... 21 2.2.2 Flotace... 22 2.2.3 Zahušovací odstedivky... 23 2.2.4 Rotaní, pásové, šnekové a štrbinové zahušovae... 23 2.3 Pedúprava kalu... 25 2.4 Odvodování kalu... 27 2.4.1 Pirozené zpsoby odvodování na kalových polích a lagunách... 27 2.4.2 Sítopásové lisy... 28 2.4.3 Kalolisy... 28 2.4.4 Odvodovací odstedivky... 29 2.4.5 Termické sušení... 29 2.5 Následné nakládání s kalem z OV... 30 2.5.1 Využití kalu v zemdlství jako hnojiva... 30 2.5.2 Využití kalu v zemdlství pro kompostování... 33 2.5.3 Zakomponování kalu do stavebních materiál... 34 2.5.4 Spalování kalu... 34 2.5.5 Skládkování kalu... 35
3. Hygienizace a stabilizace kalu... 36 3.1 Rozdlení metod hygienizace a stabilizace kalu... 38 3.2 Sušení kalu... 39 3.3 Autotermní aerobní termofilní stabilizace kalu ATAD... 40 3.4 Autotermní aerobní termofilní stabilizace kalu - AEROTHERM... 41 3.5 Pasterizace... 43 3.6 Chemická stabilizace kalu... 44 3.6.1 Chemická prestabilizace... 45 3.6.2 Chemická poststabilizace... 45 3.7 Anaerobní mezofilní a termofilní stabilizace kalu... 46 3.7.1 Kalová voda... 51 3.7.2 Bioplyn... 51 3.8 Aerobní stabilizace kalu... 53 3.9 Autotermní aerobní termofilní stabilizace kalu... 54 3.10 Termická kondicionace biomasy... 54 3.11 Kondicionace kalu vápnem... 56 3.12 Anaerobní kryofilní stabilizace kalu... 56 Metodika... 57 4. Zhodnocení zpsobu hygienizace kalu na istírnodpadních vod pro osídlení 18 000 ekvivalentními obyvateli... 57 4.1 Popis stávajícího stavu OV s kalovou koncovkou... 57 4.2 Studium úinku pasterizace v prbhu hygienizace kalu z istíren odpadních vod... 59 4.3 Sledování obsahu sušiny dávkovaného smsného kalu a kalu na odtoku z pastéru... 60 4.4 Sledování obsahu organických látek v dávkovaném smsném kalu a kalu na odtoku z pastéru... 61 4.5 Produkce metanu na vybrané istírn odpadních vod za období 2004 2006... 61 Výsledky... 62 5. Výsledky hodnocení hygienizaního úinku na vybrané OV... 62 5.1 Vyhodnocení úinku pasterizace... 62 5.2 Výsledek sledování obsahu sušiny ve smsném a kalu a kalu pasterizovaném... 65 5.3 Výsledek sledování obsahu organických látek ve smsném a kalu a kalu pasterizovaném... 68
5.4 Výsledek produkce metanu na vybrané istírn odpadních vod za období 2004 2006... 71 Diskuse... 72 Závr... 75 Legislativa kalové problematiky... 76 Použitá literatura... 78 Seznam tabulek... 80 Seznam obrázk... 81 Seznam graf... 81
ÚVOD Kal je nevyhnutelným odpadem pi úprav vody a pi ištní odpadních vod. Zpracování tchto vod je navrženo tak, aby se odstraovaly nežádoucí složky z vody a koncentrovaly se do objemov nevýznamného vedlejšího produktu kalu. Kal obsahuje také pebytenou biomasu z biologického ištní. Cílem úpravy a zpracování kal je využití prospšných složek a energie z nich a souasn zabránit nepíznivým dopadm na životní prostedí a lidské zdraví. Koncentrace prospšných složek i zneisujících složek v kalu závisí na poátení kvalit surové nebo odpadní vody a na úrovni použité technologie, která zaruí dosažení kvalitativních požadavk na vyištnou odpadní vodu. Vyprodukované kaly se zpracovávají v kalové koncovce, která je nedílnou souástí každé technologické linky ištní odpadních vod. Z hlediska provozu, obecných ekologických požadavk i souasné legislativy se jedná o velmi dležitý provozní soubor. Závažnost kalové problematiky OV zdrazuje skutenost, že náklady na zpracování kalu iní 40 % celkových investiních i provozních náklad OV a že technologické problémy na ad istírenských provoz zpsobuje práv nedoešená nebo nevyhovující kalová koncovka. Problematiku zpracování a zneškodování kalu z istírny odpadních vod v souasné dob ovlivuje zejména, nárst produkce istírenských kal, obtíže spojené se zmnami vlastností kal produkovaných novými technologickými postupy pi ištní odpadních vod, nové legislativní pedpisy pro nakládání s odpady, vyhláška. 382/2001 Sb. o podmínkách použití upravených kal na zemdlské pd, pro zemdlské využití kalu nov zavádjící hygienická kritéria, omezené možnosti použití netradiních, investin a provozn nároných technologií zpracování a zneškodování kalu.
CÍL PRÁCE Cílem práce je podrobný pehled metod pro hygienizaci kalu z istíren odpadních vod a zhodnocení zpsobu zpracování kalu na vybrané istírn odpadních vod, který vede k jeho hygienizaci.
LITERÁRNÍ ÁST 1. ZÁKLADNÍ POJMY 1.1 Charakteristika kalu Kal je disperzní systém, který obsahuje látky rozpuštné, koloidní i suspendované, ale vtšinou pevažují látky suspendované. Zpravidla v nm obsah vody pevyšuje obsah pevných látek. (Hlavínek a kol,2003) Voda mže být v kalu vázána nkolika zpsoby: a) pedevším je to volná voda mezi jednotlivými ásticemi kalu, kterou lze odseparovat sedimentací, b) vodu vázanou koloidn vážou koloidní ástice svými povrchovými silami a k jejímu odstranní je nutno zrušit elektrický náboj tchto ástic, c) v kalu je také voda vázána kapilárn, což je voda zadržována kapilárními silami, které vznikají sluováním malých ástic kalu do vtších celk. K uvolnní této vody musíme na kal vyvinout sílu vtší než je síla kapilární, d) vodu vázanou v bunné hmot lze odstranit rozrušením této bunné hmoty nebo termickými pochody. Suspendované látky obsažené v kalu mohou být hydrofilní nebo hydrofobní, podle jejich pitažlivosti k okolní vod afinit. Povrch hydrofilních ástic tvoí s molekulami vody pomrn pevné vazby, zatímco hydrofobní ástice takovéto vazby netvoí. Tyto vlastnosti se promítají do zpracování kalu a závisí na nich schopnost kalu uvolovat vodu. ím více hydrofilních ástic kal obsahuje, tím horší bude proces zahušování a odvodování. (Hlavínek a kol,2003)
Obsah sušiny kalu je základní charakteristikou kalu. Stanoví se odpaením vody pi teplot 105 C jako hmotnostní podíl s. Odpaením se s vodou odstraní i látky pi této teplot tkavé, avšak jejich množství je zanedbatelné. Naopak do sušiny budou zapoítány i látky pvodn rozpuštné, které se neodpaily a zstaly v sušin. Jejich podíl v sušin je malý, pohybuje se v rozmezí od 0,5 do 1,0 g na 1000 ml. Hmotnostní podíl vody v kalu je v a je to doplnk sušin kalu. Platí rovnost s + v = 1. Obsah sušiny i vody se obvykle vyjaduje v procentech jako: 100 s + 100 v = 100% 1.2. Produkce kalu Obecn lze istírenské kaly rozdlit dle charakteru a zpsobu vzniku na kaly: Primární Pebytený Chemické 1.2.1 Primární kal Primární kal vzniká v objektech primární sedimentace, tj. v usazovacích nádržích (píloha 1), na menších OV ve štrbinových nádržích, usazením usaditelného podílu nerozpuštných látek v odpadní vod. (Pytl a kol,2004) 1.2.1.1 Produkce primárního kalu Množství primárního kalu tedy závisí pedevším na množství nerozpuštných látek pitékajících na OV a na úinnosti primární sedimentace. Jeho produkci je možno orientan stanovit z hodnot uvedených v následující tabulce 1 SN 75 6401. (Pytl a kol,2004) Tab. 1 Specifické zneištní v g na 1 obyvatele a den za usazovacími nádržemi
Po sedimentaci 0,5-1,0 hod Po sedimentaci 1,0 1,5 hod Po sedimentaci 1,5 hod NL 30 27 23 BSK 5 50 45 40 Uvádné hodnoty velmi dobe odpovídají hodnotám zjišovaným v praktickém provozu istíren odpadních vod. Pivádné zneištní je ve shod s SN 75 6401, 60 mg BSK 5 na obyvatele a den a 55 mg NL na obyvatele a den. Dle normy SN 75 6401 se má dodržovat stední doba zdržení v usazovacím prostoru aktivaních istíren 1 3 hodiny. Z toho lze odvodit, že úinnost na NL v primární sedimentaci se pohybuje pibližn v rozmezí 50 58 %. Z tchto hodnot se dále vychází pi stanovení hmotové a objemové bilance kalu pro provozní úely. 1.2.1.2 Složení primárního kalu Jak již bylo uvedeno, je složení primárního kalu závislé na použité technologii ištní odpadních vod (tabulka 2). Tab. 2 Orientaní složení primárního kalu podle zastoupení jednotlivých typ org. látek Parametr Obsah ve hmot% Tuky 5,7 44,0 Bílkoviny 19,0 28,0 Celulosa, hemicelulosy, lignin 12,8 25,4 Huminové kyseliny do 4,0 N celk. 2,0 4,5 P celk. 0,5 2,1 Fe 2,1 3,5 Al 1,3 2,5 Anorganická složka celkem 25,0 30,0
1.2.1.3 Vlastnosti primárního kalu Vzhledem k tomu, že primární kal obsahuje velké množství mikroorganism obsažených v jeho hlavní složce splaškové vod, je nutno poítat s tím, že budou i po jeho separaci nebo pi jeho zpracování probíhat biochemické rozkladné procesy zapoaté již bhem transportu odpadní vody na istírnu. Základní vlastností primárního kalu je tedy jeho vysoká reaktivita. V dsledku již zmínných zaínajících nebo probíhajících rozkladných proces a nedostatku kyslíku, je primární kal dále charakterizován anaerobním prostedím. (Krávek a kol.,2006) Další vlastností primárního kalu je schopnost snadné sedimentace. Základní vlastnosti primárního kalu jsou: Vysoká reaktivita Anaerobní prostedí Dobré sedimentaní vlastnosti Vysoký obsah patogen 1.2.2 Pebytený kal Pebytený kal (píloha 2) mže vzniknout bu jako pebytený kal z aktivaního systému (píloha 3) nebo kal z biologické filtrace. Pevážná vtšina biologických istíren se v souasnosti provozuje s aktivaním systémem. Pebytený aktivovaný kal je možno definovat jako sms pivádných inertních nerozpuštných látek v odpadní vod do aktivace a vyprodukované biomasy. Množství produkované biomasy v aktivaních nádržích je závislé na pomru NL : BSK 5 pivádném do systému, teplot a stáí kalu. 1.2.2.1 Produkce pebyteného kalu Produkce pebyteného kalu je zásadním zpsobem závislá na technologické konfiguraci istírenské linky, jejím stavebním provedení, zvolené technologické koncepci, zpsobu provozování a ad biochemických a fyzikálních faktor.
Základní faktory, které ovlivují produkci pebyteného kalu: Pítomnost primární sedimentace Technologická koncepce biologického stupn Stáí kalu Teplota vody Zatížení kalu Chemické srážení fosforu Úinnost dosazovací nádrže (Krávek a kol.,2006) Pro pesné vyjádení produkce kalu se využívá této rovnice, Y obs = 0,6 ( NL / BSK 5 + 1 ) ( 0,00432. F ) / x + 0,08F kde: F = 1,072 (T-15) T. teplota odpadní vody [ C] x stáí kalu [s] která vyjaduje specifickou produkci pebyteného aktivovaného kalu, vztaženou na pivedené zneištní vyjádené v BSK 5 na pítoku do aktivace (tabulka 3). (Pytl a kol,2004)
Tab. 3 Specifická produkce pebyteného kalu (pi 10 C) kg.kg -1 BSK 5-1 Stáí kalu (d) NL/BSK 5 4 6 8 10 15 25 0,4 0,74 0,70 0,67 0,64 0,59 03,52 0,6 0,86 0,82 0,79 0,76 0,71 0,64 0,8 0,98 0,94 0,91 0,88 0,83 0,76 1,0 1,10 1,06 1,03 1,00 0,95 0,88 1,2 1,22 1,18 1,15 1,12 1,07 1,00 1.2.2.2 Složení pebyteného kalu Na rozdíl od primárního kalu, kdy je, jak bylo uvedeno výše složení znan ovlivnno kvalitou pivádné odpadní vody, u složení pebyteného kalu takové rozdíly nepozorujeme (tabulka 4). Je to dáno tím, že podíl pivádných suspendovaných látek je v pomru k vyprodukované biomase biologickým procesem ištní, mén významný. (Krávek a kol.,2006) Tab. 4 Pibližné složení pebyteného kalu Parametr Obsah ve hmot% Organické látky, jako ztráta žíháním 60 70 Obsah uhlíku v organické složce biomasy 47 52 Obsah kyslíku v organické složce biomasy 31 38 Obsah vodíku v organické složce biomasy 7 8 Obsah dusíku v organické složce biomasy 7 11 Obsah fosforu v organické složce biomasy 1,1 2,6 Obsah anorganických látek 30-40 1.2.2.3 Vlastnosti pebyteného kalu Pebytený kal je v závislosti na technologické koncepci biologického stupn mén reaktivní a na rozdíl od primárního kalu má podstatn horší sedimentaní vlastnosti. Sedimentaní vlastnosti pebyteného kalu jsou v podstat kontrolovatelné a popsané tzv. kalovým indexem KI (tabulka 5). Tato hodnota se získá jednoduchým výpotem z podílu objemu kalu v ml, po 30 minutové sedimentaci, v Imhoffov kuželu (obrázek 1) a koncentrace meného kalu v g na ml. Tato hodnota je asto využívána k ízení koncentrace
kalu v aktivaních nádržích a odkalování, pedevším malých nebo balených istíren odpadních vod. (Krávek a kol.,2006) Obr. 1 Imhoffv kužel Tab. 5 Pehled možných vlastností kalu popsané kalovým indexem (KI) Vlastnost kalu po 30 min. sedimentaci KI (g na ml ) Normální < 100 Lehký 100 200 Zbytnlý > 200 1.2.3 Chemický kal Chemický kal je produktem srážecích reakcí, využívaných vtšinou ke snížení obsahu fosforu ve vyištné vod nebo v oddlené upravované kalové vod nebo ke zlepšení sedimentaních vlastností aktivovaného nebo primárního kalu. Vtšinou je chemický kal nedílnou souástí primárního nebo pebyteného kalu, podle toho kde se srážení aplikuje. V pípad oddleného srážení tetí stupe istíren odpadních vod vzniká samostatný chemický kal. (Krávek a kol.,2006)
1.2.3.1 Produkce chemického kalu Množství vznikajícího chemického kalu je dáno pedevším zpsobem aplikace srážedel a jejich chemickým složením. Fosfor je nutno srážet vždy nadbytek solí Fe 3+ nebo Al 3+. Tento nadbytek je uren na základ technologické koncepce istírny odpadních vod, úinností biologického odstraování fosforu vázáním v biomase a hlavn chemickým složením ištné odpadní vody. Nadbytené srážedlo poskytuje vlivem vedlejších hydrolytických reakcí také nerozpustné sloueniny hydroxidy, které zvyšují produkci chemického kalu. (Krávek a kol.,2006). Pro urení dávky srážedla je cílová požadovaná, zbytková koncentrace fosforu. V uvedené tabulce 6 je pro tento úel použita garantovatelná hodnota P celk na odtoku 1,0 mg na 1000 ml. Tab. 6 Pibližné produkce chemického kalu v závislosti na zpsobu srážení a použitých sloueninách Produkce chemického kalu v g na den na EO Použitá chemická látka Simultánní srážení Oddlené srážení Soli Fe 3+ 12,1 17,1 9,6 14,6 Soli Al 3+ 9,4 16,8 9,4 13,1 1.2.3.2 Složení chemického kalu Složení chemického kalu je závislé na použitých sloueninách. Pevážn se jedná o sms ortofosforenan železa nebo hliníku a hydroxid píslušných kov o nestechiometrickém složení. Složení chemického kalu je znan závislé na fyzikálnchemických podmínkách srážení a není jednoduché a z technologického hlediska ani píliš dležité. V pípad, že chemický kal vzniká pi oddleném srážení, musí se i v tomto pípad poítat s tím, že je na povrchu vloek vázána i malá ást biomasy. (Krávek a kol.,2006)
1.2.3.3 Vlastnosti chemického kalu O vlastnostech chemického kalu má smysl uvažovat pouze v pípad, že se jedná o kal vzniklý oddleným srážením. Obecn jsou vlastnosti chemického kalu dány dobou zrání vzniklé sraženiny, množstvím zachyceného organického materiálu a pedevším chemickými vlastnostmi použitého kationu. Hlinité kaly mají amfoterní vlastnosti a vzniklé sraženiny jsou chemicky stálé pouze v rozmezí ph 5,5 8,0. Pro železité kaly je toto rozmezí v intervalu ph 4,0 9,5. Sedimentaní vlastnosti chemického kalu jsou vtšinou špatné a do znané míry jsou závislé také na množství zachycené organické hmoty. (Krávek a kol.,2006)
2. TECHNOLOGIE ZPRACOVÁNÍ KALU Požadavkem je takové využití nebo zpracování kal, které je pijatelné pro životní prostedí, udržitelné a ekonomicky únosné, nebo zpracování kal obvykle stojí pibližn více než polovinu celkových náklad na ištní odpadních vod. (Dohányos,2006) Odpadová politika EU potlauje ukládání odpad a podporuje zabránní vzniku odpad, jejich minimalizaci a recyklaci. Produkci kal nelze zabránit (pouze lze zmenšit jeho množství), navíc požadavky na vyšší kvalitu vypouštné vody budou dále obecn zvyšovat množství produkovaných kal. Jediné zbývající možnosti jsou recyklace a destrukní metody. (Kaly z OV,2004) Možnosti recyklace zahrnují použití na pdu jako organické hnojivo nebo pro vylepšení kvality pdy v zemdlství a pro rekultivace. Destrukní metody zahrnují spalování bez nebo s využitím energie, zplyování a použití kalu jako paliva. Podle zákona o odpadech. 185/2001 Sb. ve znní pozdjších pedpis a v souladu se Smrnicí Rady 86/278/EEC patí kaly z komunálních istíren a jim podobných OV mezi vybrané jmenovit uvádné druhy odpadu, pro které jsou pro jejich využití v zemdlství stanoveny podmínky samostatným pedpisem - souasn s novým zákonem nabývá úinnosti i vyhláška MŽP. 382/2001 Sb., o podmínkách použití upravených kal na zemdlské pd. I když je kal z OV podle zákona o odpadech klasifikován jako ostatní, tak obsahuje vysoký podíl organických látek v surovém kalu a zárove jsou v nm pítomny patogenní mikroorganismy. Z tohoto dvodu je ve vtšin pípad, již pímo na OV v lince zpracování kalu, aplikovaná taková technologie úpravy a zpracování kalu, která promní "surový kal" ve stabilizovaný materiál, který je díky svým vlastnostem pímo peduren k využití v zemdlství.
Zpracování kalu zahrnuje je ho zahušování, pedúpravu, stabilizaci, hygienizaci, odvodování a finální odstranní kalu (obrázek 2). ODEBÍRÁNÍ KALU ZE SYSTÉMU ZAHUŠOVÁNÍ KALU PEDÚPRAVA KALU STABILIZACE HYGIENIZACE ODVOD OVÁNÍ KALU NÁSLEDNÉ NAKLÁDÁNÍ S KALEM Obr. 2 Obecný postup zpracování kal 2.1 Odebírání kalu ze systému Optimální režim odkalování by ml být vždy stanoven za úasti provozn zkušeného technologa a vyžaduje alespo nejjednodušší experimentální ovení. Další podmínkou je, aby kal v sedimentaních prostorách nádrží anaerobn nezahníval. etnost odkalení se volí v prmru 3-4x za 24 hodin (obrázek 3). (Pytl a kol,2004)
pítok esle lapák písku primární usazování aktivace sekundární usazování odtok vratný kal primární kal sekundární kal Obr. 3 Schéma oddleného odebírání kalu ze systému Pebytený aktivovaný kal se vtšinou odebírá z externí recirkulace kalu z dosazování do aktivace. Jeho množství by mlo odpovídat denní produkci kalu. Odkalovat lze kontinuáln a zejména u menších istíren diskontinuáln. U OV do 2 000 EO obvykle postaí odkalovat 2x týdn (obrázek 4). (Pytl a kol,2004) pítok esle lapák písku primární usazování aktivace sekundární usazování odtok pebytený kal vratný kal smíšený surový kal sekundární kal Obr. 4 Schéma spoleného odebírání kalu ze systému
2.2 Zahušování kalu Zahušování kalu je první etapou zpracování kalu v kalovém hospodáství OV, proto jeho provedení ovlivuje veškeré další nakládání s kaly. V zásad uruje investiní i provozní náklady kalového hospodáství. V pípad, že kal je následn zpracováván anaerobní stabilizací, zahušování kalu má rozhodující vliv také na: Tepelnou a energetickou bilanci tohoto procesu i celé OV Hydraulické zatížení vyhnívacích nádrží Produkci bioplynu Produkci kalové vody Hygienizaci stabilizovaného kalu Pi zahušování dochází ke snížení objemového množství kalu tím, že se z nj odstraní ást volné vody. Optimální obsah sušiny kalu po zahuštní se pohybuje mezi 5 6 hmot %. Kal má ješt tekutou konzistenci, aby se dal erpat k dalšímu zpracování. Zahušování kalu lze provádt gravitan nebo strojn. (Hlavínek a kol,2003) 2.2.1 Sedimentace v gravitaních nádržích Sedimentace v gravitaních nádržích (píloha 4) se doporuuje zejména pro primární kal, kal z chemického ištní a kal ze systém s pisedlou biomasou. V souasné dob je preferován oddlený odtah kal, zejména díky rozdílným možnostem jejich zahušování. Primární kal vykazuje dobré sedimentaní schopnosti, proto je možno v mnoha pípadech dosáhnout dostateného zahuštní již v usazovacích nádržích. Bžný obsah sušiny primárního kalu je kolem 2,5 hmot%. Tuto hodnotu lze však pomrn snadno zvýšit instalací automatického systému, který ídí odtah kalu z usazovací nádrže na základ mení jeho koncentrace v potrubí pomocí optických nebo ultrazvukových metod. Systém je schopen ovládat uzávry na potrubí z kalových prostor všech napojených usazovacích nádrží a podle namených hodnot je otevírat nebo uzavírat. Vyššího obsahu
sušiny kalu je možno dosáhnout také vhodným asovým režimem odkalování, který je teba stanovit na základ delšího pozorování chování usazovací nádrže. Obsah sušiny primárního kalu se tmito opateními zvýší na 3,5 4,5 hmot%, hodnoty nad 4,5 hmot% jsou považovány za velmi uspokojující. Pokud jsou tyto hodnoty dosaženy již pi odtahu z usazovací nádrže, není teba dalšího zahušování kalu. Na rozdíl od primárního kalu jsou sedimentaní schopnosti pebyteného kalu velmi špatné. Je to dáno velkým objemem kalových ástic pebyteného kalu, které jsou pi vyšších koncentracích v dosazovací nádrži v tsné blízkosti u sebe. Síly psobící mezi kalovými ásticemi pak pevládají nad gravitaními silami, sedimentace probíhá jen velmi zvolna a obsah sušiny odebíraného kalu je jen 0,5 1,0 hmot %. Proto se pro samostatné zahušování pebyteného kalu doporuuje flotace nebo strojní zpsoby. (Hlavínek a kol,2003) 2.2.2 Flotace Je to proces oddlování suspendovaných ástic z vody za psobení plynu. (píloha 5) Do kalové suspenze je dodáván plyn, nejastji vzduch, který tvoí mikrobublinky. Ty se nabalují na kalové ástice a vynáší je k hladin, kde tak vzniká zahuštná plovoucí vrstva vznos (float). Vyflotovaný zahuštný kal má charakter husté kalové pny, která se z hladiny odebírá stíráním nebo nasáváním a je pomrn dobe erpatelná. V praxi se používá tlaková nebo volná flotace. K tlakové flotaci je teba instalovat tlakovou nádrž, kde se kal sytí vzduchem pod tlakem. Následn dochází ve flotaní nádrži za normálního tlaku k vylouení rozpuštného vzduchu ve form bublinek, které se spojují s ásticemi kalu a vynáší je vzhru. V tlakové nádrži je udržován tlak 0,3 0,5 MPa, doba zdržení 3 5 minut. Ve flotaní nádrži je doba zdržení delší, cca 15 30 minut. Nkdy se také provádí flotace s recirkulací, kdy ást vyištného kalu je odebírána z flotaní nádrže a vedena zpt do tlakové nádrže, kde edí pitékající kal. Pi recirkulaci bylo pozorováno pozitivní zvýšení koncentrace zahuštného kalu. Tlaková flotace je nejpoužívanjší. Pi volné flotaci (disperzní vzdušné flotaci) je do flotaní nádrže za normálního tlaku vhánn vzduch, a to ve form jemnobublinné nebo mechanické aerace. Provozní nevýhodou bývá asté ucpávání pór pneumatické aerace pi perušovaném provozu. (Hlavínek a kol,2003)
2.2.3 Zahušovací odstedivky Výhodou odstedivek jsou malé nároky na prostor, malá poteba provozní vody na proplach a vysoká hygiena prostedí. Další výhodou je, že toto zaízení vykazuje dobré zahušovací parametry i bez použití flokulantu, nebo s jeho malou dávkou. Pokud není použit žádný organický flokulant, mže dojít ke zhoršení separaní úinnosti na nerozpuštné látky, proto se doporuuje dávkovat alespo 1 g flokulantu na 1000 g sušiny. (Hlavínek a kol,2003) Tato technologie se využívá pedevším u velkých istíren odpadních vod. Hlavní ástí odstedivky je kónický válcový buben a šnek, uložený na ložiskách. Buben i šnek mají stejný smysl otáení, ale vzájemnou diferenci otáek. Buben tvoící rotor odstedivky je uložen v ložiskách. Pohon je proveden elektromotorem. Médium je vpuštno do odstedivky pívodním potrubím do tlesa šneku, odkud je odstedivou silou usmrnna k plášti bubnu. Tžší ástice se usazují na povrchu bubnu a šnekem jsou kontinuáln posunovány do kuželové ásti, na kterou navazuje na výsyp. Odstedná kapalina je vytlaována z bubnu vstupujícím médiem a odvádí se z prostoru výstupu potrubím (píloha 6). [5] 2.2.4 Rotaní, pásové, šnekové a štrbinové zahušovae Jejich principem je filtrace pivádného kalu pes síto, piemž dávkování flokulantu je nezbytnou podmínkou. Poteba flokulantu bývá v rozmezí 4 6 g na 1000 g sušiny. Dávka flokulantu závisí na druhu kalu, typu flokulantu i zahušovae a zejména na prbhu koagulace ped vlastní filtrací. K zajištní dobré koagulace je nutno ped vlastní zahušova zaadit tzv. koagulaní reaktor. Zaízení pracuje v cyklech, kdy filtrace je perušena praním ištním síta. Výhodou tchto zaízení jsou pomrn nízké provozní náklady, nenároný servis a malá spoteba energie. 2.2.4.1 Rotaní zahušova Principem rotaních zahušova je pohyb kalu uvnit pomalu se otáejícího naklonného bubnu, jeho ž stny jsou tvoeny sítem. Kal se co nejdíve smíchá s flokulantem v koagulaním reaktoru. Takto upravený kal je pivádn dovnit bubnu, kde dochází k cezení vody pes bubnové síto. Uvnit bubnu je instalováno zaízení pro tlakové praní síta. (Hlavínek a kol,2003)
2.2.4.2 Štrbinové zahušovae Ve štrbinových zahušovaích je kal unášen lopatkami plastového etzového dopravníku pes štrbinové síto, na kterém dochází k zahušování. Ve stroji je umístn koagulaní reaktor, zahušova, sbrná jímka zahuštného kalu i prací vody. (Hlavínek a kol,2003) 2.2.4.3 Pásové zahušovae Principem pásových zahušova je pohyb kalu na nekoneném sítu, které je vedeno pes nosné válce. Na sítu zstávají vloky kalu aglomerované díky flokulaci, zatímco voda je prolisována pes síto a odvádna. Zahuštný kal bývá na pásu peklápn radlikami a na konci procesu odpadává. Koagulaní reaktor nebývá souástí dodávky a je nutno ho pedadit samostatn (píloha 7). (Hlavínek a kol,2003) 2.2.4.4 Šnekový zahušova Pracují na principu vynášení upraveného kalu šnekem pes statické síto, které tvoí pláš šikmo umístného bubnu (píloha 8 a 9).
2.3 Pedúprava kalu Pedúprava kalu se provádí ped vlastní stabilizací kal s cílem snížení množství stabilizovaných kal a zvýšení stupn jejich hygienizace. Je to jedna z pípadných intenzifikací kalového hospodáství, která je založena na stimulaci biologického rozkladu pi stabilizaci kal zvýšením dostupnosti substrátu jeho desintegrací na menší ásteky. Dochází také k rozbití bunk mikroorganism, ímž je do roztoku uvolován bunný obsah lyzát, který stimuluje anaerobní mikroorganismy podílející se na stabilizaci (obrázek 5). Nejastjšími zpsoby pedúpravy kalu jsou: Mechanická destrukce Mletí kalu se sklennými kulikami Odste ování s integrovanou desintegrací Koloidní mlýn Tíštní ve vodním paprsku Roztírání v tecí misce Fyzikální metody Termická pedúprava Vysokotlaká kavitace Ultrazvuková kavitace Chemické metody Hydrolýza kyselinami nebo zásadami Psobení detergent Psobení rozpouštdel, antibiotik, EDTA Biologické metody Lyzace pomocí enzym Autolyzace Inhibice tvorby bunných stn
Nativní preparát vzorku kalu pebytený kal ped desintegrací pebytený kal po desintegraci Gramovo zbarvení vzorku kalu pebytený kal ped desintegrací pebytený kal po desintegraci Neisserovo zbarvení vzorku kalu pebytený kal ped desintegrací pebytený kal po desintegraci Obr. 5 Mikroskopický pohled na desintegraci kalu
2.4 Odvodování kalu Odvodování kalu bývá zaazeno za jeho stabilizaci a slouží k dalšímu podstatnému snížení obsahu vody v kalu a teda i celkového objemu. Výsledkem odvodnní je kal s obsahem sušiny 20 50 hmot%, pevné konzistence, se kterým je možno zacházet jako se zeminou. Vzhledem k tomu, že finální zpracování kalu bývá asto finann nároné, je vhodné provádt redukci objemu stabilizovaného kalu pomocí odvodnní, ímž se sníží náklady na likvidaci kalu. Ped vstupem do odvodovacího zaízení by ml být kal dobe homogenizován. Odvodnný kal je vtšinou ped jeho závreným zpracováním akumulován v kontejnerech. Odvodování mže být pirozené nebo strojní. Pirozené odvodování kalu se provádí na kalových polích a lagunách, strojní pomocí pásových lis, kalolis a dekantaních odstedivek. Pi strojním odvodování je nutno kaly upravit tak, aby se mikroástice kalu agregovaly do makrovloek, aby filtrace i sedimentace byly dostaten úinné. Provádí se úprava termická zvýšení teploty nad 100 C za vysokého tlaku, chemická pídavek anorganického nebo organického flokulantu, nejlépe v tekutém stavu. 2.4.1 Pirozené zpsoby odvodování na kalových polích a lagunách Kalové pole (píloha 10 a 11) je otevená mlká nádrž s betonovým dnem pokrytým vrstvou štrkopísku. V této vrstv je zabudovaná drenáž, odvádjící odseparovanou vodu z kalu. Do nádrže se vypouští stabilizovaný kal ve vrstv 20 40 cm, který je odvodnn jednak vsakováním vody do drenážní vrstvy a jednak výparem. Po dosažení požadovaného odvodnní je kal nakladai odebrán a transportován k finálnímu zpracování. Proces odvodnní tímto zpsobem je asov nároný, závisí na klimatických initelích i poasí. Nevýhodou kalových polí jsou vysoké investiní náklady, velké nároky na zastavnou plochu a dlouhá doba procesu odvodnní. Na kalových polích mže také dojít k ástené hygienizaci kalu pi tloušce vrstvy max. 23 cm, po dobu 3 msíc pi teplot nad 0 C. (Hlavínek a kol,2003)
Kalové laguny jsou otevené hlubší zemní nádrže, do nichž se napouští stabilizovaný kal o hloubce asi 0,7 1,5 m. Odvodnní probíhá pedevším díky odpaování vody z hladiny, v menší míe se uplatuje vsakování. Tento proces je ješt více asov nároný než u kalových polí, cyklus mže trvat i jeden rok. Urychlení procesu lze provést oderpáním kalové vody, která se po urité dob odseparuje u hladiny nádrže od hustšího kalu pi dn. Odvodnný kal má obsah sušiny 25 30 hmot%. Krom závislosti na poasí, velkých nárok na plochu a dlouhé doby procesu je nevýhodou i ohrožení kvality podzemní vody. (Hlavínek a kol,2003) 2.4.2 Sítopásové lisy Sítopásové lisy nebo jen pásové lisy (píloha 12 a 13) se používají pro zahušování i odvodování kalu, ale pro každý z tchto proces se používají zaízení jiných technických parametr typ lisu, rychlost pásu, druh a množství použitého flokulantu apod. Jedná se o tlakovou filtraci s kontinuálním provozem. Pro dobrou funkci pásových lis je nutno zajistit dokonalé vyprání pás. Jeho výhodou je široké použití a jednoduchá obsluha, nevýhodou vznik zápachu a vlhkosti v provozní místnosti a pomrn nízký obsah sušiny získaného kalu. (Hlavínek a kol,2003) 2.4.3 Kalolisy Kalolisy (píloha 14) nebo také tlakové komorové lisy pracují na principu tlakové filtrace s perušovaným provozem. Zaízení sestává z uritého potu filtraních desek, které jsou obaleny filtraními plachetkami. Pi plnní kalolisu se filtraní desky od sebe oddálí a vytvoí tak komory, do kterých je pivádn stabilizovaný kal smíchaný s flokulantem. Pi zapnutí tlakového režimu jsou tyto komory stlaovány, voda je filtrována pes plachetky jako tzv. filtrát a odvádna. Vyvinutý tlak bývá 1 1,6 MPa. V komorách zstává odvodnný kal, který po uvolnní tlaku a optovném oddálení filtraních desek odpadá gravitaní silou jako tzv. kalový kolá. Provozním problémem bývá asto pilnutí kalového koláe k plachetce. Po každém cyklu se kalolis oistí a po oištní je pipraven k napuštní další dávky kalu. Po nkolika msících provozu je nutno provést pelivé praní plachetek mimo lis. Odvodnný kal má pomrn vysoký obsah sušiny kalu 35 45 hmot%. Kalolisy nejsou píliš nároné na prostor, ale mají vysoké investiní náklady a velké požadavky na obsluhu. (Hlavínek a kol,2003)
2.4.4 Odvodovací odstedivky Principem odvodovacích neboli dekantaních odstedivek (píloha 15) je separace pevných ástic kalu odstedivou silou v rotujícím bubnu, piemž se využívá rozdílu hustoty vody a ástic kalu. Suspenze je pivádna potrubím do otáejícího se vnitního bubnu, kde je usmrnna k plášti vnjšího bubnu. Protože na kal psobí odstedivá síla otáejícího se vnitního bubnu (na který je naven šnek), tžší ástice jsou usazovány na povrchu vnjšího bubnu, odkud je zahuštný kal šnekem posunován do kuželové ásti bubnu a ven z odstedivky. Vnitní buben se šnekem se otáí stejným smrem jako vnjší buben, má ale jiné otáky. Odstedná kapalina (fugát) je vytlaována kontinuáln pivádnou suspenzí pes otvory v ele bubnu do sbrae a potrubím ven z odstedivky. Získaný odvodnný kal mívá obsah sušiny 20 25 hmot%. Jejich provoz je nepetržitý, mají malé nároky na prostor a jsou vhodné i z hlediska hygieny prostedí. (Hlavínek a kol,2003) 2.4.5 Termické sušení Sušením pi teplotách vyšších než 100 C lze z kalu odstranit pevážnou ást vody. Pi sušení v rotaních bubnových sušikách se využívá pímého kontaktu sušeného kalu s horkým vzduchem. Tímto postupem lze dosáhnout sušiny kalu až 95 hmot%. Ped vlastním sušením je vhodné kal maximáln odvodnit. Termické sušení je však velmi energeticky nároné, proto se používá jen zídka. Dobré hygienizace je dosaženo pi koneném obsahu sušiny více než 90 hmot%, piemž teplota kalu pi sušení pesahovala 80 C. Existuje také ada modifikací uvedených možností odvodování kalu. Jednou z nich je kombinace mechanického a termického odvodnní po smíchání s flokulaním inidlem je prvním stupnm odvodovací odstedivka, na kterou navazuje odstedivá sušika, kde se kal vysuší na obsah sušiny 50 70 hmot%. Další možností jsou mobilní zaízení pro odvodování kal, nap. mobilní pásové lisy nebo mobilní kalolisy. Jsou využívány na menších a stedních OV, kde produkce kalu není tak velká, aby se ekonomicky vyplatilo pro každou z tchto istíren budovat samostatné zaízení pro odvodnní. Mobilní stroje lze pesouvat na jednotlivé istírny dle poteby, na píslušných OV je však nutno vybudovat potebné uskladovací nádrže. (Hlavínek a kol,2003)
2.5 Následné nakládání s kalem z OV Odvodnný a stabilizovaný kal je teba njakým zpsobem z istírny odstranit. Nejlepším ešením z hlediska OV je jeho další využití, nejastji v zemdlství. To se provádí bu použitím kalu jako hnojiva bez dalších úprav, nebo zpracováním v prmyslových kompostech. Jinou variantou využití kalu je jeho zakomponování do stavebních materiál. Finální likvidací rozumíme jeho spalování nebo skládkování. 2.5.1 Využití kalu v zemdlství jako hnojiva Nejrozšíenjším zpsobem následného využití kal z istíren odpadních vod je jeho ízená aplikace na zemdlské pozemky. (Pytl a kol,2004) Podmínky pro využití upravených kal na zemdlské pd uruje zákon o odpadech a o zmn nkterých dalších pedpis.185/2001 Sb., a vyhláška MŽP.382/2001 Sb., o podmínkách využití upravených kal z istíren odpadních vod na zemdlské pd. Stanoví však již písná kriteria (tabulka 7) pro aplikaci kal. Jsou to pedevším: mezní hodnoty koncentrací vybraných rizikových látek v pd (tžké kovy, AOX, PCB), mezní hodnoty koncentrací vybraných rizikových látek v kalu (tabulka 8), mezní hodnoty dávky tžkých kov, které mohou být pidány do zemdlské pdy za 10 let, mikrobiologická kritéria pro použití kal, povinnost producenta kalu zpracovat program použití kalu, podmínky minimálního obsahu sušiny v tekutém i odvodnném kal.
Kategorie I - kaly, které je možno obecn aplikovat na pdy využívané v zemdlství pi dodržení ostatních ustanovení této vyhlášky. Kategorie II kaly, které je možno aplikovat na zemdlské pdy urené k pstování technických plodin, a na pdy, na kterých se nejmén 3 roky po použití istírenských kal nebude pstovat polní zelenina a intenzivn plodící ovocná výsadba, a pi dodržení zásad ochrany zdraví pi práci a ostatních ustanovení vyhlášky Tab. 7 Mikrobiologická kritéria pro použití kal na zemdlské pd Kategorie kal Pípustné množství mikroorganism (KTJ*) v 1 gramu sušiny aplikovaných kal termotolerantní koliformní bakterie enterokoky Salmonella sp. I. < 10 3 < 10 3 negativní nález II. 10 3-10 6 10 3-10 6 nestanovuje se * KTJ- kolonie tvoící jednotku Tab. 8 Mezní hodnoty koncentrací vybraných rizikových látek a prvk v kalech pro jejich použití na zemdlské pd Mezní (maximální) hodnoty Riziková látka koncentrací v kalech (mg na 1000 g sušiny) As arzén 30 Cd kadmium 5 Cr chrom 200 Cu m 500 Hg rtu 4 Ni nikl 100 Pb olovo 200 Zn zinek 2500 AOX 500 PCB (suma 6 kongener: 28+52+101+138+153+180 ) 0,6
Stabilizované istírenské kaly využíváme k hnojení bu v tekutém stavu až mírn zahuštném stavu, nebo odvodnné, odvodnné a vysušené, vždy je však nezbytná v tomto pípad jejich hygienizace. U malých istíren komunálních odpadních vod je ekonomicky nároné budování nákladných zaízení na odvodování, vysoušení a zpracování kalu. V píznivých podmínkách je využití stabilizovaných istírenských kal pro hnojení zemdlských pd a rekultivace vhodným ekonomickým ešením. (Pytl a kol,2004) Technické podmínky použití upravených kal na zemdlské pd: nejpozdji do 48 hodin od umístní kal na zemdlskou pdu musí být kaly zapraveny do pdy, poteba dodání živin do pdy na pozemku ureném k umístní kal musí být doložena výsledky rozbor agrochemických vlastností pd uvedenými v evidenním listu využití kal v zemdlství podle pílohy.1 vyhlášky 382/2001 Sb. nesmí se použít více než 5000 g sušiny kal na jeden m 2 v prbhu 3 po sob následujících let. Toto množství mže být zvýšeno až na 10000 g sušiny kal v prbhu 5 po sob následujících let, pokud použité kaly obsahují mén než polovinu limitního množství každé ze sledovaných rizikových látek a prvk. Pesné stanovení dávky sušiny se vypote ze zjištného obsahu dusíku. Dávka dusíku dodaného v kalech nesmí pekroit 70 % celkového potebného množství dusíku pro hnojenou plodinu. Dávka kal (množství a doba užití) se ídí i požadavkem rostlin na živiny s pihlédnutím k pístupným živinám a organické složce v pd, jakož i ke stanovištním podmínkám; dávka kalu stanovená podle podmínek uvedených v odstavci c) je na pozemek aplikována v jedné agrotechnické operaci a v jednom souvislém asovém období za píznivých fyzikálních a vlhkostních podmínek; minimální obsah sušiny kalu pro tlakové zapravení do pdy radlicovými aplikátory je 5 %, minimální obsah sušiny kalu pro aplikaci mechanickými rozmetadly organických hnojiv je 18 hmot%.
Výhodaou využití kalu jako hnojiva jsou tyto aspekty: recyklace odpadního produktu OV, zvyšování obsahu živin v pd, zlepšení textury a sorpních schopností pdy díky zvýšenému obsahu org. látek, podpora rstu rostlin. Nevýhody využití kalu jako hnojiva jsou tyto: možnost zvýšení koncentrace nežádoucích látek v pd, riziko penosu patogen na zvíata a lovka, zápach aplikovaných kal díky rozkladu organických látek. (Hlavínek a kol,2003) 2.5.2 Využití kalu v zemdlství pro kompostování Kompostování je proces biochemického odbourávání organické hmoty termofilními aerobními mikroorganismy. V podstat dochází k další stabilizaci kalu a jeho hygienizaci. Kompostování se provádí v prmyslových kompostárnách. Kal je nejdíve smíchán s plnivem (sláma, kra strom, piliny, plasty apod.) za úelem: zvýšení objemu pór kalu pro podporu aerace smsi, snížení obsahu vody (vlhkosti), zlepšení pomru obsahu uhlíku a dusíku. (Hlavínek a kol,2003)
Sušina takto vyrobené smsi se pohybuje kolem 40 hmot%, bhem procesu se zvýší na 50 60 hmot%. Sms se ukládá na haldy ve tvaru komolého jehlanu. Pi odbourávání organických látek dochází k uvolování tepla, díky nmuž je materiál ohíván na 60 80 C. Tato teplota se udržuje minimáln po dobu 21 dn, bhem této doby se provede trojí pevrstvení, aby byla zajištna homogenizace materiálu, pístup kyslíku a stejná teplota v celém jeho objemu. Díky vysoké teplot dochází také k usmrcení patogen. Nkteí autoi uvádí jako kritérium pro bezpenou hygienizaci kalu udržení teploty 60 C po dobu jednoho dne, astji se však doporuuje udržení min. teploty 35 C po dobu tí dn. Písnjší kritérium stanovuje teplotu nad 55 C po dobu minimáln tí dn. Pístup kyslíku mže být také zajištn pes perforované trubky pod haldou. Doporuuje se výsledný produkt skladovat ješt jeden msíc pi bžné teplot pro dokonení stabilizace kal. Dležitou souástí kompostování je provádní chemických, fyzikálních i mikrobiologických analýz. Dalším zpsobem kompostování je kompostování v tzv. bioreaktorech. (Hlavínek a kol,2003) 2.5.3 Zakomponování kalu do stavebních materiál Nkteré kaly je možno v omezeném množství pidat do rzných stavebních materiál, zejména cihel a cementu. Vhodn upravený kal s vysokým obsahem hydroxid tžkých kov je možno pidávat do materiálu pro výrobu cihel. Provádí se také spalování kalu v cementáských pecích. Pi vysokých teplotách zpracování tchto materiál jsou organické látky spáleny, zatímco anorganický podíl zstává ve stavebním materiálu, jeho vlastnosti však neovlivuje nijak podstatn. Pi tomto zpsobu využití kalu je nutno dbát na vhodnou volbu množství kalu a kvalitu produkovaných exhalát, které by mohly poškodit životní prostedí. (Hlavínek a kol,2003) 2.5.4 Spalování kalu Ped spalováním je kal odvodován, asto sušením. Spalování je úinnou 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 vypaena, patogeny jsou pi vysokých teplotách znieny. Spalování probíhá v rzných zaízeních, nap. spalovny tuhého komunálního odpadu, spalovny kal, teplárny, elektrárny, cementárny. Objem kalu se výrazn zmenší a popel bývá ukládán na skládku. Problémem pi spalování kalu je tvorba exhalát, které musí být kvalitn ištny.
2.5.5 Skládkování kalu Pro skládkování lze použít pouze kal stabilizovaný a odvodnný, aby jeho objem byl minimalizován. Nkdy se kal ped skládkováním spaluje. Skládkování se provádí nap. na skládkách komunálního odpadu, musí však vyhovovat všem legislativním požadavkm. Typ skládky, na který mže být daný kal uložen, se stanoví pomocí vodného výluhu z kalu. Snížení vyluhovatelnosti lze dosáhnout tzv. silicifikací zpevnním kalu. Pvodn tekutý nebo plastický kal je peveden na pevné skupenství pomocí matrice, což je organická nebo anorganická hydraulicky vazebná látka (nap. elektrárenský popílek). Matrice reaguje s vodou v kalu, nežádoucí látky jsou v nm pevn vázány v dsledku srážení a fixace a roste ph, což má za následek niení patogen. Konzistence kalu je drobivá, homogenní a obsaženou vodu pevn váže. Prakticky neuvoluje zapáchající látky. Silicifikací se díky pidání matrice sice mírn zvýší objem kalu, ale získané vlastnosti umožují uložení kalu na skládku s nižšími požadavky na vyluhovatelnost než ped silicifikací. (Hlavínek a kol,2003)
3. HYGIENIZACE A STABILIZACE KALU Hygienizace istírenských kal je proces, kdy jsou vytvoeny takové podmínky v prostedí, pi nichž nejsou mikroorganismy schopny pežívat. K získání biologicky neaktivního kalu. To znamená kalu, kde již neprobíhá další rozklad a který neobsahuje nadlimitní obsah patogenních mikroorganism (obrázek 6 a 7) a nezapáchá. Je nutné, aby krom procesu hygienizace probhl také proces stabilizace. Mezi základní technologické postupy, které spojují stabilizaci a hygienizaci do jednoho procesu tzv. biotechnologický proces, patí autotermní aerobní termofilní stabilizace kalu (ATAD) a termofilní aerobní hygienizace a anaerobní stabilizace (AEROTHERM). Významnou hygienizaní termickou metodou istírenských kal je pasterizace. Dalšími používanými metodami založenými na tepelné úprav kal jsou kompostování, sušení, spalování a pyrolýza. Dále lze mezi využívané metody zaadit chemickou hygienizaci kal vápnem a v poslední dob se rozvíjející radianí metody. Hygienizovaný kal - stabilizovaný kal s obsahem mikroorganism pod stanovenou hodnotu [16] Stabilizací kalu nazýváme proces, kterým upravujeme konené vlastnosti kalu, aby dále nepodléhal spontánnímu samovolnému rozkladu. Ve vtšin pípad se jedná o biochemický postup snižování obsahu zbytku snadno rozložitelných organických látek a tím i celkové koncentrace organické složky v kalu. Urení kritéria stability kalu není jednoduché. V bžné provozní praxi býval za hranici stability kalu považován 50 %ní podíl organické složky, stanovený jako ztráta žíháním. S postupným zavádním nízkozatížených aktivací i u velkých istíren odpadních vod nemže toto kritérium stait, protože erstvý pebytený kal oderpávaný z takové aktivace nemívá nkdy obsah organické sušiny významn vyšší, a pesto podléhá snadno anaerobnímu rozkladu. Z tohoto dvodu máme-li posoudit zda je kal stabilizován, musíme vzít do úvahy také dobu, po kterou již nebyl v pímém kontaktu s erstvým substrátem. (Krávek a kol.,2006) Stabilizovaný kal - kal podrobený biologické, chemické nebo tepelné úprav nebo jinému vhodnému procesu tak, že se významn snížila zdravotní rizika spojená s jeho využitím a nepodléhá intenzivnímu rozkladu [16]
Obr. 6 Hygienizovaný stabilizovaný kal I Obr. 7 Hygienizovaný stabilizovaný kal II
3.1 Rozdlení metod hygienizace a stabilizace kalu Podmínky v prbhu procesu ištní odpadních vod a zpracování kalu jsou obecn nepíznivé pro pežívání patogenních mikroorganism, a proto v každém stupni procesu ištní dochází ke snížení jejich potu. Obecn lze k hygienizaci kalu použít všech metod, pi kterých dochází k usmrcování mikroorganism. Technologické procesy je možno rozdlit do následujících skupin: Vysplé procesy hygienizace kalu: Sušení kalu pi teplot nad 80 C Autotermní aerobní termofilní stabilizace kalu ATAD Autotermní aerobní termofilní stabilizace kalu AEROTHERM Pasterizace Chemické metody Spalování (viz.kapitola: 2.5.4 Spalování kalu) Konvenní procesy hygienizace kalu: Anaerobní mezofilní a termofilní stabilizace Aerobní stabilizace kalu Autotermní aerobní stabilizace kalu Termická kondicionace kalu Kondicionace kalu vápnem Anaerobní kryofilní stabilizace kalu Odvodování kalu na kalových polích a lagunách (viz.kapitola: 2.4.1 Pirozené zpsoby odvodování na kalových polích a lagunách) Kompostování (viz.kapitola: 2.5.2 Využití kalu v zemdlství pro kompostování)
3.2 Sušení kalu Sušení kalu je známým a technicky dobe propracovaným postupem, který poskytuje uspokojivé výsledky. V závislosti na použité technologii je produktem sušení poletizovaný nebo jemn práškový kal. Obecn je pi sušení kalu nutné dodržení maximální teploty 105 C. Pi vyšší teplot mže dojít bhem sušení k samovznícení nebo i k výbuchu kalu. Pro sušení kalu se nejastji používají rzné typy bubnových sušáren (obrázek 8) a v poslední dob se rozšiuje používání fluidních sušáren. Vzhledem k tomu, že je sušení kalu energeticky nároné, bývá v drtivé vtšin pípad využíváno pouze na istírnách s kalovou koncovkou založenou na anaerobním vyhnívání kalu, kdy se z ekonomických dvod využívá, jako topné médium kalový plyn. V pípad nkterých technologických postup se k získání tepelné energie využívá i spalování ásti vysušeného kalu. Výhevnost suchého kalu je 14 20 MJ na 1000 g sušiny. Samotný proces sušení kalu je komplikován tím, že se sušený kal v pípad použití bubnových sušáren snadno napéká na stny sušárny nebo sušících šnek. Tomuto se brání tím, že se vstupní zahuštný, stabilizovaný kal o sušin 4 6 hmot% pidává k necirkulovanému vysušenému kalu v takovém množství, aby vypotená sušina byla nejmén 75 hmot% a tato sms se dále dosušuje na požadovanou sušinu 90 92 hmot%. V pípad, že je sušení kalu pouze mezistupnm ped spalováním není konená sušina rozhodující. Pi použití fluidních sušáren tento problém odpadá. Vysušený kal je možné použít v zemdlství nebo v pípad kontaminace tžkými kovy mže být použit jako doplkové palivo nebo spalován v cementárnách. (Krávek a kol.,2006) Obr. 8 Sušárna kalu
3.3 Autotermní aerobní termofilní stabilizace kalu ATAD Autotermní aerobní termofilní stabilizace kalu je proces, pi kterém dochází k žádoucímu snížení organického podílu v biologickém kalu, produkovaném na OV biochemickými pochody probíhajícími v termofilních podmínkách za pítomnosti kyslíku. Nádrže jsou vtšinou válcového tvaru, tepeln izolované, aby nedocházelo k únikm tepla a také jsou míchané, což zajišuje homogenizaci kalu. Metoda autotermní aerobní termofilní stabilizace je založena na využití tepla vzniklého exotermním aerobním biologickým procesem za použití istého kyslíku, vzduchu nebo smsi vzduchu a istého kyslíku. Teplo uvolnné biologicky zprostedkovanou oxidací organické hmoty v reaktoru, zahívá jeho obsah až na pracovní teplotu 55 60 C, na které je potom proces ízen udržován potebnou dobu hygienizace. Proces je kontinuální a je energeticky nezávislý, tedy nepotebuje externí zdroj tepelné energie. Pro splnní výše uvedené podmínky zajištní potebných hygienických vlastností produkovaného kalu je nutné dávkovat kal semikontinuáln s odstupem mezi dávkováním surového kalu a odbrem hygienizovaného produktu nejmén 20 hodin. Tato metoda je pomrn nová. Využitelnost této technologie je velmi široká. Z praktického hlediska je použitelná na všech typech technologie biologického ištní odpadních vod a z ekonomického hlediska je vhodná již pro istírny odpadních vod s projektovanou kapacitou od 3 000 EO až do 35 000 EO. Horní hranice kapacity je limitována v podstat pouze efektivitou dovážení tekutého kyslíku. Vstupní kal mže být stabilizovaný nebo pímo zahuštný surový, o sušin minimáln 2,5 hmot%. Produkovaný kal si zachovává vlastnosti stabilizovaného kalu, je dobe odvoditelný a k dalšímu uplatnní v zemdlství je ho možné použít k pímému zapravení do pdy v tekutém nebo odvodnném stavu nebo mže být použit jako souást kompostu. (Krávek a kol.,2006) Popsaný systém je oznaován jako ATAD Autothermal Thermophilic Aerobic Digestion (píloha 16). Modifikací tohoto procesu je duální systém stabilizace kalu AEROTHERM (píloha 17), který využívá ATAD jako pedstupe anaerobní mezofilní stabilizaci. Tyto technologie se používají krom stabilizace také pro hygienizaci kalu a snížení zatížení stávajících i nov budovaných metalizaních nádrží. (Hlavínek a kol,2003)
3.4 Autotermní aerobní termofilní stabilizace kalu - AEROTHERM Princip funkce AEROTHERMU spoívá v aerobn termofilním zpracování kalu, kdy pi teplot 65 C dochází souastn ke zniení patogenních mikroorganism. Pro ohev je využívána energie získaná odbouráním ástic uhlíku obsaženého v biomase kalu jako samoohev, systémem rekuperace tepla a také vnjším ohevem (obrázek 9). Smsný surový a homogenizovaný kal zahuštný na 5 hmot% je erpán erpadly z jímky zahuštného kalu do vnitní komory dvoukomorového výmníku tepla typu kal-kal, kde je pedehíván hygienizovaným kalem z reaktoru na teplotu 33 40 C. Pro lepší výmnu tepla je kal ve vnitní komoe míchán míchadlem. Tento provoz je ízen provozním poítaem. Po dosažení požadované teploty je kal dopraven obhovým erpadlem do reaktoru, kde se naplní po max. hladinu a následn je promíchávám míchadlem, ímž dochází k homogenizaci erstv pidaného a stávajícího kalu v reaktoru. Obsah reaktoru je po naplnní provzdušován pomocí injektoru pi cirkulaci kalu pes erpadlo. Proces je ukonen po dosažení vnosu erstvého vzduchu do kalu. Uvedené operace vedou k požadované exotermní reakci a tím k samoohívání kalu. Pi poklesu teploty v reaktoru pod stanovenou hodnotu je automaticky uveden do provozu ohívací systém reaktoru. Po dosažení hygienizaní teploty kalu tj. 65 C je tato teplota udržována minimáln po dobu jedné hodiny (doba hygienizace). Potom se ást obsahu (šarže) reaktoru peerpá do vnjší komory výmníku. Zde pi cirkulaci kalu pomocí erpadla dochází k pedání tepla kalu surovému, vstupujícímu do vnitní komory výmníku, který byl do této komory peerpán z jímky zahuštného kalu. Po pedání tepla a ochlazení hygienizovaného kalu na teplotu 42 C se kal erpá do vyhnívací nádrže. Celý proces hygienizace kalu je ovládán pomocí runích a pneumatických ventil. Vzduch z prostoru výmník a reaktoru je odsáván pomocí ventilátoru do biofiltru, kde na základ mikrobiologických proces dojde k odstranní zápachu ze vzdušniny, která je následn vypouštna do volného prostoru mimo budovu AEROTHERMU. [1] Uvedená technologie zlepšuje bilanci energetického využití bioplynu a má pozitivní vliv na prbh následného anaerobního vyhnívání ve vyhnívací nádrži, zahušování a odvodování kalu.