Každodenně každý z nás vyprodukuje několik desítek litrů odpadní vody. Vedle toho jsou další kvanta odpadních vod, zpravidla daleko více znečištěných, neustále produkována řadou průmyslových výrob. Odhaduje se, že úhrnné množství vznikajících odpadních vod na našem území dosahuje asi 1-2 % z objemu vody spadlé v podobě srážek, což bezesporu svědčí o závažnosti problému.
Z tohoto úhlu pohledu je zřejmé, že čištění odpadních vod patří mezi ty přední lidské vynálezy, které nejvíce napomáhají zachování samotné podstaty současné civilizace. Bohužel i technologie biologického čištění odpadních vod (BČOV) stejně jako jakákoliv jiná technologie, plodí své odpady - v tomto případě odpadní kaly, které v současnosti představují jednu z nejobjemnějších odpadových komodit. Přitom tradiční rozlišování kalů z čistíren městských odpadních vod a z čistíren průmyslových odpadních vod je dnes již spíše jen učebnicovým příkladem, protože ve většině čistíren se čistí společně jak odpadní vody městské, tak i průmyslové. Navíc narůstající chemizace našeho běžného života (saponáty, prací prostředky atd.) postupně stírá rozdíly v míře znečištění obou zmiňovaných kategorií odpadních vod, takže i kal z případné ryze městské čistírny může být stejně nebezpečný, nebo možná i horší, než kal z leckteré čistírny odpadních vod průmyslových.
Způsoby
Za již relativně dlouhou dobu existence BČOV byla vyvinuta řada způsobů zneškodňování kalů, popřípadě jejich využívání. Ve velké míře bylo v minulosti rozšířeno využívání kalů v zemědělství a v přímořských oblastech rovněž vypouštění kalů do moře. Již přes dva roky je však v Evropě vypouštění jakýchkoliv kalů do moře zakázáno (přesněji od 31. 12. 1998, a to směrnicí 91/271/EEC). Stejně tak se, vzhledem ke zvyšujícím se hygienickým nárokům, stále více omezuje zemědělské využívání kalů. Navíc je aplikace kalů v zemědělství značně sezonního charakteru, zatímco kaly jsou produkovány celoročně. Přitom se produkce čistírenských kalů neustále zvyšuje.
Odhaduje se, že náklady spojené se zneškodňováním kalů činí v současné době asi 60 % veškerých provozních nákladů čistíren odpadních vod. Vzhledem k novým evropským směrnicím, které vyžadují čistírnu odpadních vod pro každou městskou aglomeraci, se očekává, že produkované množství kalů v Evropě se do roku 2005 zvýší asi o 50 % oproti stavu z roku 1997. Toto jsou hlavní důvody, proč se v posledních letech dostávají do popředí zájmu alternativní způsoby konečného zneškodňování kalů - především spalování a skládkování.
Obě tyto metody však mají daleko k ideálnímu řešení, to jest takovému, které by bylo současně technicky zvládnutelné, ekonomicky efektivní, šetrné k životnímu prostředí, veřejně přijatelné, trvale udržitelné a samozřejmě legální. O aktuálnosti potřeby nalezení nových možností zneškodňování čistírenských kalů i u nás svědčí také fakt, že připravovaný nový zákon o odpadech, který by již měl být v souladu se směrnicemi Evropské Unie, se hned na několika místech zabývá jmenovitě kaly z čistíren odpadních vod, a řadí je spolu s odpady z výroby oxidu titaničitého, odpady azbestu, odpadními oleji, polychlorovanými bifenyly, autovraky, bateriemi a akumulátory mezi tzv. "vybrané výrobky, vybrané odpady a vybraná zařízení", na které se vztahují zvláštní předpisy.
Jak známo, rozlišuje se několik typů kalů z čistíren odpadních vod. Jsou to především tzv. surové primární kaly, tj. ty, které se usadí z odpadní vody ještě před započetím biochemických procesů čištění, a kaly biologické, tj. přebytečný aktivovaný kal. Společným rysem všech kalů je zejména vysoký obsah vody, který u aktivovaného kalu typicky dosahuje 80 až 90 hmotnostních procent, a to navzdory použití strojních způsobů odvodňování a aplikaci vysoce účinných flokulantů. Právě zmiňovaný vysoký obsah vody v kalech je okolností nejvíce komplikující jejich zneškodňování.
Vedle toho kaly, především ty z čištění průmyslových odpadních vod, mohou být nebezpečné obsahem celé řady polutantů, který je podmíněn složením čištěné odpadní vody a v praxi je téměř nepředvídatelný. Vysoce rizikovým faktorem u kalů je také značný obsah živých mikroorganismů, tedy jeho potenciální infekčnost, a nezanedbatelný je rovněž nepříjemný zápach, který komplikuje případnou dopravu kalu, manipulaci a skladování.
Možnosti
Zjednodušený přehled dnešních možností zneškodňování kalů je spolu jejich s hlavními nedostatky uveden v tabulce.
[*] Spalování
V současné době je patrně nejdokonalejším způsobem zneškodňování aktivovaného kalu jeho spalování, ale ani toto řešení není ideální. Jak už bylo řečeno, tyto kaly běžně dosahují obsahu vody 80-90 %, takže musejí být před spálením vysušeny, což je operace energeticky, a tedy i ekonomicky velmi nákladná.
Uvážíme-li např. kal o sušině 15 %, je potřeba na odpaření vody z 1 tuny tohoto kalu dodat při sušení (nebo během spalování) asi 2 GJ tepelné energie. Množství tepla získaného spálením sušiny kalu závisí samozřejmě na obsahu organických látek v kalu, ale obvykle je menší. Pokud by v uvedeném příkladu měla sušina kalu výhřevnost 10 MJ/kg (pro srovnání, dřevěné piliny mají asi 19 MJ/kg), získalo by se "zpět" přibližně 1,5 GJ, což představuje celkovou energetickou bilanci -0,5 GJ na tunu kalu.
Existují v podstatě dvě technická řešení spalování kalu: spalování vysušeného kalu a spalování nevysušeného kalu spolu s jiným palivem. Z čistě termodynamického hlediska jsou oba tyto způsoby rovnocenné, tj. volba jednoho nebo druhého nikterak neovlivní výslednou energetickou bilanci, přesto mají v praxi oba tyto postupy své přednosti i nedostatky. Spalování sušeného kalu je např. podmíněno bezporuchovým provozem sušicí linky.
Dále při sušení kalu vyvstává problém úniku těkavých látek do ovzduší. Naproti tomu při spalování nevysušeného kalu jsou podstatně větší nároky na kapacitu a pravděpodobně i na technickou úroveň spalovny. Je však třeba podotknout, že při spalování nesušeného kalu by bylo možné jako přídavné palivo k překonání záporné energetické bilance použít nějaký jiný odpad z dostatečně velkou výhřevností, například uhelný prach.
V každém případě se však spalováním uvolňuje do ovzduší oxid uhličitý a rovněž řada nebezpečných polutantů, jako např. PAH nebo PCDD/F. Bohužel, spálením kalu proces jeho zneškodňování nekončí - je ještě nutno zneškodnit popel, popílek a sůl ze spalovny.
Na druhou stranu, hmotnost i objem těchto pevných produktů spalování je výrazně nižší oproti původnímu kalu. Další výhodou spalování je prakticky dokonalé odstranění případné potenciální infekčnosti kalu. Bez ohledu na uvedené přednosti a nedostatky je však spalování kalu prakticky realizovatelné pouze v případě, že se spalovna nachází v bezprostřední blízkosti místa vzniku kalu. Opomeneme-li podstatné prodražení již tak dost nákladného procesu, převážení kalu by s sebou neslo pochopitelně vážné hygienické problémy (infekčnost, zápach atd.).
[*] Přímé skládkování
Jedním z nejlevnějších a v současnosti asi i nejpoužívanějších způsobů zneškodňování odpadů, alespoň v ČR, je jejich skládkování. Přímé skládkování nijak neupraveného aktivovaného kalu, pokud vůbec připustíme takovou možnost, však naráží na stejné problémy jako jeho spalování. Prvním z nich je opět vysoký obsah vody. Pokud bychom uložili na skládku 1 tunu kalu o sušině 15 %, znamená to, že jsme na skládku uložili (a zaplatili za uložení) 850 litrů silně znečištěné odpadní vody.
K tomu přistupují již zmiňované technické a hygienické potíže s manipulací a dopravou, a navíc speciální nároky na konstrukci skládky. Na rozdíl od spalování přetrvává potenciální infekčnost kalu ještě dlouhou dobu po jeho uložení na skládce, čímž se skládka stává ložiskem patogenních mikroorganismů. Dále by pak na skládce docházelo k vyhnívání kalu, které by bylo doprovázeno emisemi methanu, jehož negativní klimatický vliv je řádově větší než v případě oxidu uhličitého.
Některé zmíněné faktory částečně, ale zdaleka ne úplně, odstraňuje tzv. anaerobní fermentace kalu, tedy biotechnologické přepracování, často též označované jako anaerobní stabilizace. V souvislosti s technologiemi stabilizace/solidifikace (S/S) odpadů je však tento termín poněkud zavádějící, protože biotechnologicky přepracovaný kal je sice formálně stabilizován, ale řada jeho nebezpečných vlastností přetrvává.
Skládkování čistírenských kalů, byť třeba zpracovaných fermentací, je environmentálně přijatelné pouze po provedení účinné S/S. Ovšem pak je sporné, zda vůbec provádět biotechnologické zpracování a následně S/S, když by bylo možné kal stabilizovat/solidifikovat přímo, tj. jednu technologickou operaci vynechat.
Sušení kalu s následným ukládáním vysušeného kalu na skládku se také nejeví jako příliš vhodné řešení, a to především z hlediska vysokých nákladů na sušení. Kromě toho může vysušený kal při intenzivním dešti snadno "rozbřednout", a naopak za sucha se může stát značně prašným, případně se může vznítit. Pak je ovšem nasnadě otázka, zda by nebylo lepší takto draze vysušený kal spálit bezpečně ve spalovně odpadů.
[*] Stabilizace/solidifikace
Ani S/S kalu však není zcela bezproblémová. Čistírenské kaly předně obsahují ze své podstaty značné množství organických látek, které provedení S/S komplikují, zejména v případě použití klasických stavebních pojiv (např. cementu). Dalšími nevýhodami S/S kalů jsou citelný nárůst hmotnosti a objemu kalu o přidané pojivo, spolu s nutností toto zvýšené množství materiálu dopravit na skládku, a ve vzdálenějším časovém horizontu pak nejistota dlouhodobé stability solidifikovaného kalu v prostředí.
Otázka, co s čistírenským kalem, zůstává, jak se zdá, i nadále nezodpovězená. Většina dnes používaných způsobů zneškodňování kalů je víceméně provizorní, neboť již dnes jsou známy nebo se přinejmenším tuší jejich negativní environmentální dopady, které jsou však natolik odlišné povahy, že je velmi nesnadné, neřku-li nemožné předvídat, který z nich představuje v globálu menší zlo. Proto se asi ještě dlouho bude rozhodnutí, jakým způsobem zneškodňovat konkrétní kal, řídit spíše technicko-ekonomickými podmínkami dané konkrétní čistírny odpadních vod. V tomto světle je pak hledání nových, dokonalejších způsobů zneškodňování kalů nezbytné.
Ústav technologie životního prostředí a chemie Fakulty technologické, Zlín
FOTO ARCHÍV
(Výzkum stabilizace/solidifikace čistírenských kalů je součástí projektu "Fixace nebezpečných průmyslových odpadů" podporovaného Grantovou agenturou České republiky, 104/99/1565).
Současné potenciální možnosti zneškodňování aktivovaného čistírenského kalu a jejich hlavní negativa
Způsob zneškodňování kalu Negativní okolnosti
Stabilizace/solidifikace nutnost výzkumu vhodného technologického postupu
zvýšení hmotnosti a objemu
nejistota dlouhodobé stability
Spalování velké investiční i provozní náklady
produkce CO2
emise řady polutantů (PCDD/F, PAH atd.)
produkce popela, popílku a soli
Přímé skládkování potenciální infekčnost
potenciální toxicita
emise methanu
celkově environmentálně nepřijatelné
Biotechnologické zpracování vyšší investiční náklady
relativně dlouhá doba zpracování
co s velkým objemem anaerobního kalu
