Čistírenské kaly -prokleté nebo životodárné?

Již pátým rokem probíhá v Karlových Varech pilotní projekt biologické rekultivace jedné bývalé divoké skládky, a to s využitím čistírenských kalů jako prostředku pro biologické oživení jalové zeminy. Cílem bylo odstranění esteticky i ekologicky závadného stavu pozemku, získání pěstební plochy pro intenzivní produkci energetické fytomasy (biomasa rostlinného původu) a zároveň zjištění hranice maximálně možného zlevnění rekultivačních prací.

Rekultivace

Plocha skládky zčásti původně sloužila jako kalová laguna a poté se na několik let stala odkladištěm hlušiny z nejrůznějších výkopů a stavební suti z okolních staveb. Výsledek této směsice byl zřetelný i na povrchu skládky, kde se nepravidelně střídaly lokality tvořené různými druhy uložených materiálů. To také bylo příčinou pozdějších odlišných provozně-technických vlastností jednotlivých částí rekultivované plochy.

Vlastní rekultivace začala urovnáním velmi nerovného povrchu skládky a sebráním povrchově se vyskytujících kamenů a betonových zlomků. Hned poté bylo započato s biologickou rekultivací. Ta spočívala zejména v rozprostírání kalů a jejich zapravování do horní vrstvy zeminy, tvořené převážně jílovitohlinitou, místy ale také až štěrkopískovou hlušinou. To se ovšem neobešlo bez problémů.

Povrch některých částí rekultivovaného pozemku totiž neumožňoval bezproblémové rozprostření kalů, a zejména pak jejich zapravení do horní vrstvy hlušiny. Průběžně také bylo nutné z povrchu odstraňovat neustále se objevující kameny a betonové zlomky, které dělaly problémy zejména mechanizaci, používané při homogenizaci vrchní vrstvy postupně se tvořící ornice.

V průběhu rekultivačních prací byly vyzkoušeny snad všechny existující klasické mechanizační prostředky použitelné na rozprostírání kalů, jejich zapravování do půdy a následnou homogenizaci. Žádný ze systémů však nenaplnil zcela požadavky. Pro docílení optimální výkonnosti, ekonomiky i kultury práce při rozprostírání kalů byl nakonec navržen a odzkoušen vlastní, zcela nový mechanizační prostředek, který si kaly sám naloží na složišti, převeze na patřičné místo pěstební plochy a poté rozprostře v požadovaném množství na jednotku plochy. A to vše při obsluze pouze jedním jediným pracovníkem.

Zkušební zasetí

Přes všechny problémy a potíže se podařilo vytvořit na ploše skládky dostatečně mocnou vrstvu biologicky aktivní zeminy, mající všechny znaky kvalitní ornice. O kvalitě výsledku svědčí například dosažená výška vzrůstu ověřovaných plodin, které zde byly v loňském roce zkušebně zasety. Byly to dvě odrůdy kukuřice a slunečnice, dále pak konopí seté, laskavec, sléz kadeřavý a šťovík krmný.

Například porost konopí setého po dosažení výšky kolem 2,3 m už kdosi považoval asi za dostatečný, a rozhodl se ho sklidit za nás. A stejně tak i kukuřici, slunečnici a laskavec. Jedná se o plodiny vhodné zejména jako energetická fytomasa pro následné využití k výrobě ekologicky čisté energie.

Zároveň některé z těchto rostlin mohou velmi efektivně přispět k dekontaminaci půdy znečistěné některými těžkými kovy. O to větší je v tomto případě ztráta vzniklá v důsledku již zmíněného polního pychu, protože zcizené rostliny zaseté a sledované Ing. Ivanou Kališovou z VŠCHT v Praze sloužily nejen k ověření možného objemu produkce fytomasy na rekultivovaném pozemku, ale současně na nich probíhal test jejich fytoremediačních schopností (dekontaminace půdy prováděná pomocí rostlin).

Jako vedlejší se v této souvislosti jeví fakt, že odcizené rostliny obsahovaly určité množství těžkých kovů, takže jejich jakékoliv použití bylo dost problematické (včetně kouření "mariánky" z konopí setého, které neobsahuje prakticky žádnou drogu).

Nicméně navzdory všem problémům byly získány velice zajímavé a cenné zkušenosti a informace o tom, za jakých předpokladů, podmínek a taky nákladů lze využít kaly pro biologickou rekultivaci antropogenně poškozených ploch a získat tak pěstební plochy pro následnou produkci fytomasy pro energetické, případně jiné technické účely.

Systém Ekotriáda

Popsaný postup zapadá do alternativního způsobu využívání čistírenských kalů, který lze charakterizovat postupnými technologickými kroky: kaly -fytomasa -bioplyn -energie. Na jeho počátku je čistírenský kal, a na konci by měla být ekologicky čistá elektrická energie a teplo z kogenerační jednotky. Pracovně byl systém nazván Ekotriáda: Využití stabilizovaných čistírenských kalů pro intenzivní pěstování fytomasy k produkci bioplynu a následné kogenerační výrobě energie, a to zejména na nezemědělských plochách.

Podstata tohoto poněkud složitě definovaného systému je vcelku jednoduchá. Na nezemědělských pozemcích se produkuje fytomasa s využitím stabilizovaných čistírenských kalů jako hnojiva. Sklizená fytomasa se skladuje, případně zakonzervuje nebo jinak upraví, a ve vhodnou dobu se přidává do stabilizační nádrže ČOV (což je prakticky bioplynová stanice) ke zvýšení produkce bioplynu. Ten se pak v kogeneračních jednotkách přemění na elektrickou energii a teplo ve formě teplé vody.

Jedná se o zcela uzavřený bezodpadový systém, v němž je oběh problémových hmot (kaly i fytomasa) uzavřený, a tudíž snadno a přesně monitorovatelný a kontrolovatelný v kterémkoliv okamžiku. Kaly proto mohou obsahovat vyšší množství těžkých kovů, než je přípustné pro jejich využívání v zemědělství. Schematický obrázek objasňuje celý systém a ukazuje toky hmot a energií.

Zlepšení podmínek stabilizace

Z hlediska ekologického je podstatné, že vyprodukovaná fytomasa, včetně části těžkých kovů, původně obsažených v kalech, se vrací zpět do stabilizační nádrže v čistírně odpadních vod, která slouží jako plnohodnotná bioplynová stanice. Nejenže se tím ušetří značné investice, jinak nutné na výstavbu bioplynové stanice včetně kompletního plynového hospodářství, ale zároveň se zlepší podmínky pro anaerobní stabilizaci přebytečného kalu, a to díky možnosti regulovaně zvyšovat přídavkem fytomasy obsah sušiny stabilizovaného kalu na optimální úroveň.

Z ekonomického hlediska je pro tento systém další podstatnou výhodou celoroční potřeba odpadního tepla z kogenerace pro vytápění stabilizační nádrže a dalších provozů ČOV. Vyrobenou elektřinu lze prodávat do veřejné sítě nebo spotřebovávat v provozu ČOV. Alternativně lze vyprodukovaný bioplyn po vyčištění stlačovat a využívat jako palivo pro spalovací motory, případně jiné spotřebiče.

Přínosy systému

Přidávání fytomasy, konkrétně posečené trávy do anaerobní stabilizační nádrže komunální čistírny odpadních vod, bylo dlouhodobě realizováno v SRN. Po dobu patnácti let nedošlo k žádným technologickým problémům, ani k nutnosti čistit vyhnívací nádrž. Přitom použitý způsob byl velmi primitivní a tráva byla přidávána v čerstvém stavu, nárazově, podle jejího okamžitého výskytu. Jediným problémem technického charakteru byl občasný výskyt nežádoucích příměsí v travní hmotě.

Ověřovací pokus provedený v laboratorních podmínkách VŠCHT v Praze rovněž neprokázal žádné negativní důsledky společného anaerobního zpracovávání přebytečného kalu s přídavkem fytomasy.

Od systému lze očekávat:

Ekologicky přijatelné a ekonomicky výhodné dlouhodobé využití stabilizovaných kalů z čistíren odpadních vod, případně dalších vhodných biodegradabilních organických odpadů, pro produkci energetické fytomasy.

Optimální využití antropogenně zdevastovaných ploch jako jsou ukončené skládky, výsypky a odkaliště, dále všech nadlimitně znečištěných zemědělských půd a přebytečné méně bonitní zemědělské půdy včetně ploch povrchově znečištěných těžkými kovy, ropnými látkami a některými dalšími škodlivinami, a to opět pro pěstování energetické fytomasy.

Zvýšenou produkci ekologicky čisté energie z plně obnovitelného zdroje bez závislosti na zahraničním dovozu, s možností jejího variabilního využití podle místních a časových podmínek nebo potřeb.

Sanaci povrchově znečištěných ploch od některých druhů škodlivin, zejména těžkých kovů nebo ropných látek.

Systém představuje ekologicko-energeticko-ekonomické řešení několika závažných problémů současně. Systém ekotriáda je chráněn patentovou přihláškou autora tohoto článku, který rád poskytne další informace.

Doporučení

Řešení problematiky čistírenských kalů by za určitých okolností mohlo trochu paradoxně přispět k rozvoji produkce a využívání biomasy. V kontextu s uvedenými skutečnostmi by bylo vhodné:

-zavést technickou produkční půdu jako novou podkategorii pozemků. Do ní převést nadlimitně znečištěnou zemědělskou půdu, méněhodnotnou dlouhodobě přebytečnou zemědělskou půdu a ostatní plochy pro pěstování energetické nebo technické fytomasy, a stanovit pro ně odpovídající limity těžkých kovů s ohledem na zabránění možného rozšiřování těchto škodlivin do okolí,

-zrušit kontraproduktivní dotace MZe a jejich objem využít na podporu rozvoje produkce a využití fytomasy pro energetické účely,

-porovnat skutečnou nebezpečnost kalů a hnoje z titulu jejich infekčnosti a uvést v soulad podmínky v nakládání s nimi a zabránit tak možnému neopodstatněnému plýtvání finančními prostředky,

-podpořit širší projekt mapující fungování fytoextrakce v praxi a prověřit možnosti využití fytoremediace pro čištění půdy v širším měřítku.

V USA i ve Švédsku se problematikou rozvoje využívání biomasy pro výrobu energie zabývají ministerstva energetiky a životního prostředí. Dotace jsou poskytovány (prakticky pouze) podnikatelským subjektům. Obávám se, že právě toto jsou hlavní důvody, proč jsou tak rozdílné výsledky v produkci a využívání biomasy v uvedených zemích a u nás.

Zdeněk Valečko,

ACRO -vývojový a realizační ateliér