„Z důvodu pomalého rozkladu celulózy v konvenčním procesu čištění a zároveň kvůli jejímu vysokému podílu na celkovém obsahu organických látek v komunálních odpadních vodách, představuje její odstranění na samém začátku primárního čištění atraktivní výzvu,“ popisuje Denisa Djordjevićová s tím, že separace celulózy má řadu výhod.
Podle autorky metoda cílí mimo jiné i na nižší potřebu intenzifikace čistírny odpadních vod. Stávající projektovaná kapacita bude díky odtěžení celulózy dostatečná i pro vyšší zatížení (nátok) a tedy více připojených EO. Celulóza z toaletního papíru, která končí v odpadních vodách, představuje ročně množství až okolo 15 kilogramů na obyvatele. Separace celulózního kalu na začátku primárního čištění snižuje následné zatížení ČOV nerozpustnou organickou frakcí, což příznivě ovlivní spotřebu energie během biologického stupně čištění odpadních vod. Dále to přináší také úspory aplikovaných chemikálií v sekundárním stupni čištění.
„Technologie není náročná na instalaci a nevyžaduje velké zásahy na stávajících čistírnách ani moc prostoru. Využívá se už desítiletí v jiných zemích, nejvíce v západní Evropě, zejména v Nizozemsku a Americe,“ upřesňuje projektantka, která metodu vyzkoušela v České republice na ČOV Brno-Modřice. Zařízení pro oddělování celulózního kalu nainstalovali na ČOV v rámci primárního čištění za lapák písku, tuků a česlovnu.
Separace probíhá jemným dynamickým proséváním pomocí mikrosít s velikostí oka 0,25 až 0,35 mm s odvodňovací jednotkou. Celulózový kal zůstává na síti, gravitačně se odvodňuje a sbírá do nádrže. Odpadní voda, která prochází sítem, se vrací do procesu čištění. Odvodněný kal se poté musí prosušit na optimální vlhkost pro následnou peletizaci.
„Technologický proces zahrnuje následující kroky: Vstup odpadních vod, formování filtrační hmoty, filtraci, odvodňování filtrované odpadní vody, přepravu zahuštěného kalu, sběr kalu do nádrže, čištění filtračního síta a odvodňování separovaného celulózového kalu. Celulóza ve formě buničiny se dále vysušuje a stlačuje. Tak vznikají celulózové pelety, které jsou vhodné pro dlouhodobé skladování, přepravu a použití,“ vysvětluje autorka projektu.
Celulóza získaná z primárního celulózního kalu z ČOV opětovně slouží k výrobě zelené energie, jako bioenergetický zdroj pro výrobu pelet z biomasy, bioetanolu a bioplynu v anaerobním reaktoru nebo jako surovina pro výrobu biomateriálů (celulózy, bioplastů, fosfátů). Vyrábí se z ní vysoce kvalitní produkty z čistých celulózových vláken. Získaný PCK se používá na plasty, izolace, výrobu papíru, stavební materiály a pro další průmyslová odvětví. Konverzí celulózy se získá polylaktická kyselina, což je bioplast, který může nahradit plasty na bázi ropy.
„Podíl celulózy v komunálních odpadních vodách přitékajících na ČOV je významný. Jedná se tedy o vhodný zdroj pro materiálové, nebo energetické využití. Rozšíření v praxi je však závislé především na optimální separaci celulózy z odpadní vody,“ konstatuje Jan Ševčík, obchodně technický ředitel společnosti ZEMSKÝ Rohatec, která se zabývá instalacemi nových i rekonstrukcemi stávajících technologií ve vodárenských objektech.
„Nepochybně je v této oblasti velký potenciál, řešení však nebude vhodné pro každou čistírnu z několika důvodů. Za prvé je optimální separace celulózy stále technologickou a procesní výzvou. Standardní komunální čistírny odpadních vod totiž technologii separace celulózy normálně nevyužívají. Za druhé je třeba zvážit také ostatní materiálové bilance,“ vysvětluje Jan Ševčík.
Celulóza tvoří významný podíl natékajícího biologického látkového zatížení ČOV, které představuje žádoucí „krmivo“ pro anaerobní kalové hospodářství čistíren. U větších ČOV anaerobní kalové koncovky produkují bioplyn, který je cenným zdrojem energie. „Nabízí se tedy otázka, zda je vhodné separovat celulózu především na menších ČOV, které nejsou vybaveny anaerobním vyhníváním kalu, a proto zde nedojde k případnému omezení produkce hodnotného bioplynu. Samozřejmě před hodnocením uvedené otázky musí být zvážena také míra případného ovlivnění produkce bioplynu,“ uvádí ředitel.
Materiálová transformace celulózového kalu byla provedena metodou konvenční středněteplotní pyrolýzy (konvenční ohřev) ve výzkumném centru AdMaS VUT v Brně. „Inovace mé disertace spočívala ve skutečnosti, že se vyčištěný celulózový kal zpracoval termickou pyrolýzou,“ říká Denisa Djordjevićová a dodává: „Pyrolýza čistírenského kalu je nová technologie pro zpracování čistírenského kalu, ale pro zpracování celulózového kalu se nepoužívá, hlavně ne v průmyslovém technologickém měřítku.“
Pyrolýza představuje termochemický redukční proces, který přeměňuje čistírenský kal na tři produkty: pevný uhlíkatý produkt (biochar), materiál s vysokým obsahem C, pyrolýzní olej, což je směs vody a oleje, a pyrolýzní plyn. „Technologická náročnost závisí na velikosti pyrolýzní jednotky. Existují hotové menší jednotky pro pyrolýzu, které nejsou technologicky náročné na zabudování a provozování, ale také velké projektové pyrolýzní procesy. Ty jsou, podle mého názoru, nevhodné pro tento účel, s výjimkou možnosti využívání již existujících průmyslových zařízení, kde je možné smíchat PCK a ostatní suroviny,“ přibližuje situaci autorka.
„Celulóza je pro pyrolýzní proces vhodným vstupním materiálem. Při tomto termickém rozkladu složitějších uhlovodíků na jednodušší totiž získáme poměrně čisté výstupní složky – pyrolýzní plyn, pyrolýzní olej a tzv. biochar,“ upozorňuje Jan Ševčík s tím, že všechny zmíněné složky najdou uplatnění při jejich energetickém (plyn, olej), nebo materiálovém (biochar) využití.
„Pyrolýza čistírenských kalů produkovaných biologickým stupněm ČOV je o něco komplikovanějším procesem. Plynné a kapalné výstupní složky nejsou tak čisté jako v případě zpracování čisté celulózy. Proto je vhodné a výhodnější spalovat pyrolýzní výpary ještě před jejich ochlazením/kondenzací – tj. jejich separací na olej a plyn,“ vysvětluje obchodně technický ředitel.
Tento systém již využívají některé plnohodnotné aplikace pyrolýzních jednotek na čistírnách odpadních vod v ČR a zahraničí. „Tuto technologii je již možné pořídit ’na klíč’. Z ekonomického hlediska je vhodné posoudit každou individuální aplikaci zvlášť, a to hlavně z důvodu rozdílných vlastností kalů z jednotlivých ČOV a možností odstranění kalů v dané lokalitě,“ říká Jan Ševčík a dodává: „Podle zjištění výzkumného centra AdMaS je vhodné pro individuální případy zvážit také pyrolyzování směsi čistírenských kalů s lignocelulózní biomasou.“ V mnohých případech by podle něj mělo být možné produkovaný výstupní pevný uhlíkatý zbytek (český biouhel) registrovat, či certifikovat jako minerální hnojivo a využívat jako pomocnou půdní látku.
Primární celulózní kal nabízí možnosti energetického využití ve formě pyrolýzního oleje a pyrolýzního plynu. U biouhlu připadá v úvahu materiálové využití v zemědělství, do budoucna v energetice nebo v modro-zelené infrastruktuře měst jako součást substrátu zelených střech, fasád, či zelených parkovacích stání.
Hana Tomášková*
