Kal z úpraven vody (vodárenský kal) lze považovat za polydisperzní směs hydratovaných oxidů činidel, použitých k destabilizaci koloidních disperzí a zachycených organických i anorganických znečištěnin. Vlastnosti vodárenského kalu jsou určovány především kvalitou upravované vody a vlastní technologií úpravy.
Vodárenský kal je považován za jeden z nejobtížnějších odpadů, produkovaných běžně při chemické úpravě vody. Způsoby nakládání s vodárenským kalem v naší republice ve srovnání se SRN jsou uvedeny na obrázku.
Je však otázkou, nakolik jsou tyto údaje pro ČR věrohodné. Evidence produkce vznikajících kalů je nedostatečná (v některých případech se pouze odhaduje) a poplatky za vypouštění kalů do toků se stanovují na základě přibližných odhadů hodnot BSK5. Sousední Německo zpracovává poměrně velkou část vodárenských kalů v zemědělství. Podobná praxe platí i jiných státech (Dánsko, Norsko, USA).
Chemické složení kalů
Chemické složení vodárenských kalů bylo sledováno v celé řadě států. V České republice byly analýzy prováděny v letech 1972-1980 a 1990-1992. Hlavními složkami vodárenských kalů jsou:
[*] hydratované oxidy použitého koagulantu ( solí Al, Fe) a dalších kovů. Kov použitého koagulantu tvoří často naprostou většinu kovů, obsažených v kalu. Z ostatních kovů jde především o těžké kovy, které se vyskytují v malých koncentracích a v porovnání s hlavními - koagulačními kovy nejsou tak podstatné.
[*] Uhličitan vápenatý, ev. hořečnatý z dávkování vápna během úpravy vody. Oba uhličitany se ve vodě obtížně rozpouštějí. Rozpustnost CaCO3 při 25 řC je 0,014 g/l, ale s nadbytečnou kyselinou uhličitou se slučuje na poměrně dobře rozpustný Ca(HCO3)2. Rozpustnost MgCO3 je 0,1 g/l a se zvyšujícím se obsahem CO2 se podstatně zvyšuje.
[*] NL - nerozpuštěné látky, téměř veškeré pocházejí ze surové vody. Jedná se o částečky jílu, hlíny, řasy a ostatní biomasu.
[*] Barvotvorné koloidy a převážná část rozpuštěných anorganických a organických látek z upravované vody, které se vysráží a naadsorbují na hydratované oxidy hliníku a železa. Patří sem látky bílkovinné povahy, huminové látky apod.
[*] Drobná zrna filtračního písku a aktivního uhlí, která se do kalu dostanou při regeneraci filtrů
[*] Voda, která tvoří více než 95 % objemu surového kalu a svým složením odpovídá upravené vodě.
Působení iontů
Hliník se vyskytuje běžně v podobě silikátů a hydrátů a je většinou silně chemicky poután. V půdě je významnou součástí jílovitých částeček. Průměrné celkové množství v půdě se uvádí v rozmezí 9,0-20,0 % Al2O3 (4,7-10,6 % Al).
Rozpustnost a pohyblivost hlinitého iontu je silně závislá na pH prostředí. Slabě kyselá, neutrální a slabě alkalická reakce je podmínkou pro minimální rozpustnost. V kyselém prostředí (za hraniční bývá považováno pH 5,6) se rozpustnost prudce zvyšuje a volný iont hliníku je toxický pro rostliny.
Nadbytek hlinitých iontů může způsobovat nedostatek fosforu i v těch půdách, kde je ho v normálních podmínkách dostatek. Je známo, že volný hliník ruší výměnu fosforečných látek. Toxický obsah hliníku v půdách je otázkou pH, obsahu P a do jisté míry i pěstovaných plodin.
Rostliny přijímají hliník v malém množství. Jeho normální obsah v rostlině se uvádí v rozmezí 20-200 ppm. Hranice toxicity hliníku pro různě citlivé rostliny se pohybuje od 1,0 ppm (citlivé - ječmen, salát, petržel, tabák) po málo citlivé rostliny, jako je kukuřice, tuřín, čajovník s mezí 3.0 ppm.
Vliv pH na rozpustnost hlinitých iontů byl zkoumán na procesu regenerace hlinitého kalu. K regeneraci byl použit kal z ÚV Želivka. Bylo zjištěno, že se snižujícím se pH výrazně stoupá obsah Al3+ v roztoku.
Při hodnotách pH vyšších než 5,6 (pro daný typ kalu) se volný hlinitý kationt prakticky neuvolňuje do roztoku. Rozptyl hodnot pH, považovaného za kritické pro uvolňování Al3+, se pohybuje mezi 5, 4 až 5,8.
Železo se vyskytuje v půdě ve formě oxidů železa a jejich hydrátů a ve formě žezitých alumosilikátů. Průměrné množství železa v půdě se uvádí v rozmezí 1,0-10,0 % Fe2O3 (0,7 až 6,9 % Fe). Rostliny přijímají železo ve formě trojmocného kationtu z rozpustných sloučenin železa.
I když samotné železo není součástí chlorofylu, nemohou ho rostliny bez železa tvořit. Nedostatek železa se projevuje tzv. chlorosou mladých listů. Rostliny přijímají železo jen v malých koncentracích a půda jím bývá dostatečně zásobena.
Aplikace kalů do půdy
Laboratorní pokusy byly prováděny následujícím způsobem. Do malých umělohmotných květináčků bylo odměřeno standardní množství křemičitého písku. Pokusy byly rozděleny do 4 skupin po 4 opakováních. Do tří skupin květináčů byl dávkován hlinitý vodárenský kal (pH kalu bylo upravováno zředěnou HCl), čtvrtá skupina sloužila jako kontrola. Jako modelové rostliny bylo použito pšenice obecné.
Rostliny byly pěstovány po dobu tří týdnů a potom sklizeny. Nadzemní části rostlin byly vysušeny, rozdrceny a mineralizovány. Ve vzniklém roztoku byly stanoveny kovy (Al, Fe, Mn, Zn, Cd a Cu) metodou AAS. (Výsledky v tab. 1 a tab. 2).
Porovnáním získaných hodnot obsahu kovů v rostlinné hmotě nebylo zjištěno překročení nejvyššího přípustného množství sledovaných prvků v krmivech a poživatinách. V průběhu pokusu byl zaznamenán velký rozdíl v obsahu stanovovaných prvků v nadzemních částech rostlin a v kořenech.
Pro nádobové pokusy bylo použito malých Mitscherlichových nádob, plněných asi 6 l zeminy (cca 7,8 kg) s dvěma alternativami půdy - orniční vrstvou půdy lehké (lokalita Vlkov) a orniční vrstva půdy těžké (lokalita Borkovice).
Jako modelové rostliny bylo použito rostliny velmi citlivé na obsah hliníku v půdě - ječmene jarního (odrůda Rapid). Pokusy byly vedeny tak, že každá ze dvou alternativ půdy měla 4 varianty (aplikace kalu v množství 40 t/ha, 60 t/ha, 90 t/ha a bez aplikace kalu).
Polní pokus byl proveden na zahradě na Albertově (pozemky PřF UK). Pokusná plocha byla rozdělena na 4 parcelky, na kterých byly použity stejné dávky kalu, jako v nádobových pokusech. Jako pokusná plodina byl opět použit ječmen jarní a dále rostlina velmi citlivá na obsah hliníku v půdě - špenát (odrůda Matador). Po sklizni byly stejným způsobem jako u nádobových pokusů zpracovány vzorky půd a rostlinné hmoty.
Z rozboru půdy a vývoje rostlin je patrno, že i po aplikaci vodárenského kalu je půda dobře zásobena přístupnými živinami a obsah hliníku a železa se pohybuje v jednotkách běžně uváděných v literatuře. Rostliny, pěstované na půdách obohacených kalem byly po celou dobu sledování ve velmi dobrém stavu, a výnosy se ve všech případech zvýšily oproti výnosu na parcelce bez aplikace kalu. Obsahy železa a hliníku jsou sice oproti kontrole mírně zvýšené, ale nepřesahují hodnoty běžně uváděné pro pěstované plodiny.
Z výsledků uvedených v tomto stručném přehledu je možno vyvodit následující závěry:
[*] zemědělský způsob ukládání hlinitých vodárenských kalů se jeví jako vhodný pro lehké půdy, na kterých se neprojevil žádný negativní vliv, kterému by nebylo možno zabránit příslušným argotechnickým opatřením,
[*] vegetace byla v dobrém stavu, výnosy se po aplikaci kalu nesnížily, pokud byla půdní reakce udržována nad hodnotou pH 6,0,
[*] u lehkých půd se obsah fosforu snížil, ale jeho obsah zůstal dostatečný,
[*] obsah draslíku u lehkých půd kolísal v rozmezí 8,75-9,5 mg/100g půdy, což je nezměněné množství,
[*] obsah Mg se u lehkých půd snížil ze 2,6 mg na 1,3 mg na 100 g půdy, a jeho obsah je charakterizován jako velmi malý,
[*] u těžkých půd se obsah fosforu postupně snižuje až na velmi malý,
[*] obsah draslíku a hořčíku má u těžkých půd obdobný trend jako u půd lehkých,
[*] aplikace kalu přináší zvýšení obsahu částeček prachu (II. kat. průměr zrn 0,01-0,05 mm), které mají pozitivní vliv na fyzikální vlastnosti především u lehkých půd.
[*] pozitivním zjištěním je rovněž zvýšení množství humusu s příznivým poměrem Cox:Nt kolem 10.
Pro návrh aplikace kalu do půd je nezbytné zajistit:
1) úplné chemické a fyzikální rozbory půd, soustředěné zejména na stanovení pH, přístupného P, K a Mg, obsahu těžkých kovů, včetně Al a Fe,
2) stanovovat obsah volných forem Al3+,
3) postup hnojení zenědělských plodin organickými hnojivy,
4) složení aplikovaného vodárenského kalu, včetně stanovení přístupného N, P, K a obsahu těžkých kovů,
5) způsob aplikace a množství kalu (podle kvality půdy, druhu pěstované rostliny apod.),
6) udržování půdní pH na hodnotách 6,0, vhodným vápněním.
Lze konstatovat, že aplikace vodárenského kalu do půd není cestou jejich využití, neboť vzhledem k nízkému obsahu živin nejsou hnojivem. Je to cesta zneškodnění kalu.
Libuše Benešová, Luboš Matějíček,
Ústav pro životní prostředí
Přírodovědecké fakulty UK v Praze
(Materiál byl zpracován s podporou grantu GAČR č. 103/99/1432 a výzkumného záměru VZ-CEZ J13/98:113100007).
Tab. 1 Srovnání nejvyššího přípustného množství cizorodých látek v krmivech (podle zákona č. 117/87 Sb., částka 25) a obsahu stanovovaných kovů ve vzorcích pšenice obecné při pH 6,03
Prvek Nejvyšší přípustné množství(mg/kg) Obsah ve vzorcích pšenice
mg/kg), při pH 6,03
v celkové v čerstvém v sušeném v nadzemních v kořenech
krmné dávce krmivu krmivu částech rostlin rostlin
Cd 0,3 0,3 1,02 0,083 0,015
Zn 250,0 250,0 500,0 0,58 0,370
Cu 12-250* 50,0 100,0 0,117 0,037
Fe 1250,0 1250,0 2500,0 0,22 0,350
Mn 100,0 100,0 300,0 1,00 0,440
Al 100,0 100,0 300,0 0,42 0,230
* podle druhu krmeného zvířete
Tab. 2 Srovnání přípustného množství cizorodých látek v poživatinách (podle směrnic hlavního hygienika č. 63/1984 a podle obsahu stanovovaných kovů ve vzorcích kovů pšenice obecné při pH 6,03
Prvek Nejvyšší přípustné množství(mg/kg) Obsah ve vzorcích pšenice
mg/kg), při pH 6,03
v mouce v obilovinách v ostatních v nadzemních v kořenech
poživatinách částech rostlin rostlin
Cd 0,05 - 0,05
Zn 25,0 - 50,0
Cu 5 - 25,0
Al 100,0 200,0 100,0
Fe bez omezení
Nejvyšší přípustné množství manganu není ve směrnici stanoveno
