U každé biologické čistírny odpadních vod nepochybně vzniká kal. I když představují kaly pouze 1-2 % objemu čištěných vod, je v tomto objemu zkoncentrováno 50 až 80 % celkového znečištění. Provozní náklady kalového hospodářství mohou zabírat až polovinu z celkových provozních nákladů čistírny.
Výše provozních nákladů je ve velké míře ovlivněna tím, jak je v konečném důsledku s kalem naloženo, tj. na celkové koncepci odpadového hospodářství obce. Ekonomická řešení likvidace kalu jsou založena na uchopení tohoto problému jako příležitosti. Sice ne každý kal se dá využít, ale obecně se dá říci, že i Evropská unie směřuje většinu kalů do zemědělství, pro použití jako hnojivo nebo do spaloven, kde se využívá jeho energetický potenciál. V případě recyklace čistírenských kalů v zemědělství je nutné kal nejen stabilizovat, ale i hygienizovat (viz tab. 1) a najít vhodné odběratele. Technologie umožňující přeměnu kalu na hnojivo je do značné míry závislá na množství a složení zpracovávaného kalu, přičemž jen některé možné metody nám připadají ekonomické. Pro tyto účely je však nutné dodržovat příslušné směrnice týkající se nakládání s kalem, zejména vyhlášku Ministerstva životního prostředí ČR č. 382/2001 Sb.
VELKÉ ČISTÍRNY
U čistíren, které zpracovávají odpadní vody od 50 000 a více obyvatel, se vesměs využívá anaerobní stabilizace kalu. Jeho velkou předností je to, že přeměňuje biologicky rozložitelné organické látky na čistou energii - bioplyn (65-70 % CH4, 30-35 % CO2). Mimo to anaerobní stabilizace může zpracovávat substráty s vysokým obsahem vody, kdy spalování je neekonomické. Bioplyn patří mezi obnovitelné zdroje energie se širokými možnostmi využití. Po úpravě může být použit i v rozvodech pro zemní plyn, dále ho lze využít k pohonu vozidel, ke kogenerační výrobě elektrické energie a tepla nebo v palivových článcích k přímé výrobě elektrické energie.
Anaerobní stabilizací dochází ke snížení celkového množství sušiny kalu oproti surovému kalu o 35 až 40 %. Anaerobně stabilizovaný kal je využitelný v zemědělství buď přímo jako hnojivo nebo po přepracování kompostováním. Může být úspěšně spalován jako přídavné palivo v teplárně, resp. elektrárně nebo po vysušení v cementárně (tab.).
ČISTÍRNY STŘEDNÍ VELIKOSTI
Podle teploty, ve kterých stabilizace probíhá, dělíme technologie na klasické mezofilní a termofilní. Pro kalové koncovky čistíren o velikosti od 5000 do 50 000 EO je možno s výhodou použít technologii založenou na aerobní termofilní stabilizaci kalu (ATS). ATS je v našich podmínkách novinkou. Za mořem a v Německu i Rakousku jsou tyto systémy používány u více než 150 čistíren, nejčastěji pro lokality kolem 20 000 EO. Principem metody ATS je provzdušňování a míchání kalové nádrže, kde vlivem exotermní reakce se dosahuje ohřátí kalu na více než 55 °C. Při dosažení této teploty minimálně po dobu 23 hodin je pak zabezpečena nejen stabilizace, ale i dostatečná hygienizace kalu, která je potřebná pro jeho masovější využití v zemědělství.
Přesné porovnání investičních a provozních nákladů na hygienizaci kalů pro variantní řešení nelze zobecnit. Vždy záleží na konkrétních podmínkách dané situace. Přesto se nám jeví použití ATS jako jedna z výhodnějších možností. Z hlediska investičních nákladů se vyšší investice do technologie, která je schopna kal nejen stabilizovat, ale i hygienizovat, pokryje úsporou ve stavební části. Potřebné zdržení kalové směsi je u ATS v průměru jen 7 až 9 dní, u jiných systémů je navrhováno 20 až 35 dnů. U ATS to znamená snížení potřebného objemu nádrží přibližně o 70 %. Z hlediska ekonomického zhodnocení provozních nákladů lze dokázat, že použití pouze vzdušného kyslíku je ekonomičtější než přidávání vápna nebo používání čistého průmyslového kyslíku. Při stabilizaci vzduchem u ATS se provozní náklady pohybují přibližně kolem 4200 Kč/tunu sušiny.
MALÉ ČISTÍRNY
U čistíren odpadních vod pro 1000 až 5000 EO se již musí zvažovat samotná existence kalového hospodářství. Značnou roli hrají možnosti, kterými daná lokalita disponuje. Je-li k dispozici trvalý zdroj organických zbytků (např. dřevozpracující průmysl), je třeba možné kal mísit a pak kompostovat. Pokud je nablízku bioplynová stanice, je možné kal likvidovat tam. Ať už se jedná o jakoukoli alternativu, vždy je nutno kal řádně odvodnit.
V praxi se u těchto velikostí ČOV odstraňování vody z kalové směsi provádí převážně gravitačně v sedimentačních nebo zahušťovacích nádržích (obvykle na 2-5 % sušiny). Většího snížení obsahu vody lze dosáhnout strojním zahušťováním, a to až na obsah sušiny kolem 8 %. Maximální odvodnění se dosahuje při použití flokulantů a odvodňovacího zařízení (dehydrátory, odstředivky, kalolisy, sítopásové lisy apod.). Takto můžeme dosáhnout odvodnění okolo 35 % sušiny u surového kalu a 45 % u kalu anaerobně stabilizovaného. Větší odstranění vody z kalového koláče lze dosáhnout pouze tepelně, tj. sušením, které může probíhat buď jako samostatný proces například za využití sluneční energie, nebo ve spalovací peci před vlastním spálením.
ČOV POD 1000 EO
Kalové hospodářství u těchto velikostí ČOV se u nás většinou řeší jako provzdušňované (aerobní) či pouze míchané (anaerobní) kalové nádrže. Odvodnění kalu je ponecháno pouze na odtahu kalové vody a gravitační síle. Takto stabilizovaný kal se následně fekálním vozem odváží na větší ČOV nebo alternativní likvidaci. Ekonomicky zajímavá je možnost stabilizace a sušení kalu pomocí sluneční energie, je zde však otázka spolehlivosti. V případě dobrého návrhu a odpovědné obsluhy se dá říci, že pomocí sluneční energie lze levně a přitom efektivně sušit odvodněné nebo i kapalné čistírenské kaly.
DOMOVNÍ ČISTÍRNY
Také u domovních čistíren odpadních vod se musí řešit otázka zpracování či zneškodnění vyprodukovaných čistírenských kalů. Možností je celá řada. Odvoz tekutých kalů fekálním vozem do nejbližší čistírny komunálních odpadních vod s kalovým hospodářstvím je způsob nákladný, zejména při větších vzdálenostech. Proto je výhodné kal napřed odvodnit například v mechanických či solárních odvodňovacích zařízeních (fóliovnících) a následně ho zpracovat v kompostu. Málo využívaná, ale možná je i varianta odvodňování kalu pomocí mokřadních rostlin a jejich kompostování společně s odumřelou mokřadní biomasou po uzavření provozního cyklu.
Doufáme, že takto stručný přehled pomůže aspoň k předběžnému zorientování se v této problematice, která v současné době nabývá na významu, ať již z pohledu ekonomické návratnosti rekonstrukce čistírny, tak z pohledu dopadu na blízké životní prostředí.
Ing. Milan Uher
ASIO, spol. s r.o.
Podle evropské legislativy je kal stabilizován v případě, že:
- minimálně po dobu 23 hodin je skládkován při teplotě 55 °C
- obsahuje méně než 103 KTJ/g termotolerantních koliformních bakterii
- obsahuje méně než 103 KTJ/g enterokoků
- neobsahuje žádné bakterie salmonelly
