Čištění komunálních i průmyslových odpadních vod je doprovázeno produkcí celé řady druhů odpadů, se kterými musí každý provozovatel čistírny odpadních vod (ČOV) řádně nakládat podle platné legislativy.
Samotný proces čištění odpadních vod lze rozdělit na několik na sebe navazujících procesů, během nichž vznikají jednotlivé druhy odpadů. První stupeň čištění odpadních vod spočívá v mechanickém předčištění, jehož úkolem je z odpadních vod odstranit co nejvíce dobře separovatelných znečišťujících materiálů a látek jako je štěrk, shrabky, písek, tuky, či primární kal vzniklý prostou sedimentací v usazovacích nádržích.
V dalším stupni dochází k odstraňování organických látek, dusíku či fosforu procesem biologického čištění odpadních vod. Tento proces je založen na schopnosti vybraných mikroorganismů využívat znečišťující látky přítomné v odpadních vodách jako zdroj energie, či tyto znečišťující látky akumulovat. Pro toto společenstvo mikroorganismů se v čistírenské praxi ustálil název aktivovaný kal, který odkazuje na první pokusy s čištěním odpadních vod, které proběhly v Anglii na začátku 20. století.
Během experimentů s odpadní vodou Edward Ardern and W. T. Lockett zjistili, že provzdušňováním odpadních vod se vytváří sediment, po jehož odstranění je odpadní voda výrazně čistší [1]. Tento sediment pak pojmenovali jako aktivovaný kal. Základní princip biologického čištění odpadních vod je tak prakticky shodný s procesem samočištění, které probíhá v povrchových vodách. Hlavní rozdíl lze spatřovat v rychlosti odstraňování znečištění dané koncentrací mikroorganismů neboli aktivovaného kalu, které je v případě biologického čištění odpadních vod na ČOV daleko vyšší. Procesem biologického čištění odpadních vod tak vzniká přebytečný biologický kal, který lze definovat jako směs přiváděných inertních nerozpuštěných látek v odpadní vodě do biologického stupně a vyprodukované biomasy.
Na ČOV, které jsou vybaveny chemickým srážením fosforu za pomoci dávkování srážedla nejčastěji na bázi síranu železitého či síranu hlinitého pak vzniká i kal chemický. Primární, biologický i chemický kal se zpracovává v kalové koncovce, která je nedílnou součástí každé technologické linky čištění odpadních vod. Jedná se o velice důležitou součást ČOV, neboť náklady na zpracování takto vzniklých čistírenských kalů představují vysoký podíl z celkových investičních i provozních nákladů. Po odebrání přebytečných kalů z biologické linky je kal nejdříve zahušťován buď gravitačně či strojně a posléze stabilizován buď aerobně, čehož se využívá především na menších ČOV, či anaerobně za produkce metanu na větších ČOV. Takto stabilizovaný kal následně projde procesem odvodnění na cca 15-25 % sušiny kalu a poté se odváží z ČOV na další zpracování.
V České republice se problematice nakládání s čistírenskými kaly věnují následující právní předpisy:
- Zákon č. 185/2001 Sb. o odpadech
- Zákon č. 156/1998 Sb. o hnojivech, pomocných půdních látkách, pomocných rostlinných přípravcích a substrátech a o agrochemickém zkoušení zemědělských půd
- Vyhláška č. 237/2017 Sb. kterou se mění vyhláška Ministerstva zemědělství č. 474/2000 Sb., o stanovení požadavků na hnojiva, ve znění pozdějších předpisů
- Vyhláška č. 377/2013 Sb. o skladování a způsobu používání hnojiv
- Vyhláška č. 437/2016 Sb. o podmínkách použití upravených kalů na zemědělské půdě a změně vyhlášky č. 383/2001 Sb., o podrobnostech nakládání s odpady a změně vyhlášky č. 341/2008 Sb., o podrobnostech nakládání s biologicky rozložitelnými odpady a o změně vyhlášky č. 294/2005 Sb., o podmínkách ukládání odpadů na skládky a jejich využívání na povrchu terénu a změně vyhlášky č. 383/2001 Sb., o podrobnostech nakládání s odpady (vyhláška o podrobnostech nakládání s biologicky rozložitelnými odpady)
Na základě výše zmíněných právních předpisů rozlišujeme celkem 5 základních kategorií nakládání s čistírenskými kaly:
- Přímá aplikace a rekultivace
- Kompostování
- Skládkování
- Spalování
- Jinak
Kategorie označovaná Jinak obvykle představuje uložení kalů na skládku ve formě takzvané technické vrstvy, kdy je uložena směs s čistírenským kalem. Na obrázku 1 je uvedena produkce a způsob nakládání s čistírenskými kaly v České republice v letech 2009-2016. Z obrázku 1 je patrné, že přestože v jednotlivých letech dochází k variaci celkové produkce čistírenských kalů, rozložení mezi jednotlivé způsoby nakládání s čistírenskými kaly je v průběhu let až na výjimky prakticky neměnné.
Obrázek 1. – Produkce a nakládání s čistírenskými kaly v ČR v letech 2009-2016
Zdroj: ČSU [2]
Toto období relativního klidu a stálosti v oblasti nakládání s čistírenskými kaly se však blíží ke konci a jak provozovatelé, tak i vlastníci ČOV stojí či v nejbližším období budou stát před zásadní otázkou, jakou cestou se v případě produkovaných čistírenských kalů a nakládání s nimi vydat. V následující části příspěvku jsou uvedeny hlavní změny ať již realizované či plánované oproti dosavadní praxi, které mají či budou mít výrazný dopad na nakládání s čistírenskými kaly v České republice.
Skládkování, Jinak
Současná odpadová politika EU se orientuje proti ukládání odpadů a podporuje zabránění vzniku odpadů, jejich minimalizaci a recyklaci. Skládkování veškerého recyklovatelného odpadu se má zcela eliminovat do roku 2025, do roku 2030 by pak jednotlivé členské státy měly skládkování zcela opustit [3]. Taktéž v České republice se uplynulých měsících velice intenzivně řešil nový zákon o odpadech, který jednoznačně představoval odklon od skládkování směrem k recyklaci a znovuvyužívání nejrůznějších materiálů v odpadech obsažených. Časopis Odpadové fórum se velice obšírně věnoval procesu novelizace tohoto zákona, který sice v uplynulém volebním období nebyl úspěšně dokončen, nicméně již dnes předkladatel novely zákona Ministerstvo životního prostředí deklaruje, že jeho cílem je tento zákon prosadit v novém volebním období. Pro provozovatele ČOV tento vývoj bude znamenat postupné omezení možnosti nakládání s čistírenskými kaly v jejich ukládání na skládku ať už přímo, či jako technická vrstva či rekultivace.
Přímá aplikace
Na konci roku 2016 vydalo Ministerstvo životního prostředí novou vyhlášku č. 437/2016 Sb., o použití čistírenských kalů na zemědělské půdě. Vyhláška oproti zrušené vyhlášce č. 382/2001 Sb. zpřísňuje podmínky úpravy kalů před jejich použitím v zemědělství i podmínky skladování a aplikace upravených kalů. Nově jsou stanoveny požadavky na provozovatele zařízení pro úpravu kalů (ať se jedná o úpravu kalů na vlastní čistírně odpadních vod či mimo ČOV například anaerobním vyhníváním, hygienizací vápnem, sušením) tak, aby bylo prokazatelné, že technologie úpravy je schopna účinně kaly hygienizovat na požadované snížení počtu patogenních mikroorganismů.
Provozovatel zařízení na úpravu kalů je povinen ověřovat technologii na úpravu kalů na základě odebrání vzorků na vstupu a výstupu technologie a následného porovnání kontaminace, která nesmí překročit stanovený počet KTJ. Nově jsou upraveny i podmínky pro uložení upravených kalů na ČOV včetně maximálního termínu 12 měsíců od okamžiku výstupu z technologie úpravy kalů v rámci jejich shromažďování. Zpřísněny jsou také mikrobiologická kritéria pro použití upravených kalů na zemědělskou půdu, kdy od 1. ledna 2020 bude možné aplikovat na zemědělské půdy pouze kal kategorie I uvedený v tabulce č. 1 přílohy č. 4. Všechna tato opatření představují pro provozovatele ČOV, obzvláště pro provozovatele menších obecních ČOV, jednoznačně změnu stávajícího způsobu ukládání čistírenských kalů na zemědělskou půdu.
Kompostování
V srpnu tohoto roku Ministerstvo zemědělství vydalo vyhlášku č. 237/2017 kterou se mění vyhláška Ministerstva zemědělství č. 474/2000 Sb., o stanovení požadavků na hnojiva, ve znění pozdějších předpisů. Tato vyhláška přináší zpřísnění mikrobiologických požadavků na organická hnojiva a substráty, při jejichž výrobě byly použity odpady z čistíren odpadních vod ve shodě s vyhláškou č. 437/2017 Sb. o využití čistírenských kalů na zemědělské půdě, ovšem na rozdíl od přímé aplikace na zemědělskou půdu bez přechodného období! Taktéž v tomto případě je toto zpřísnění požadavků zásahem do stávající praxe nakládání s čistírenskými kaly a již dnes někteří provozovatele ČOV zaznamenávají ztrátu zájmu provozovatelů kompostáren o čistírenský kal.
Jak dále s čistírenskými kaly?
Zpřísnění legislativních požadavků pro provozovatele a vlastníky ČOV jednoznačně znamená a bude znamenat nutné investice s následnými vyššími provozními náklady minimálně pro zajištění mikrobiologické nezávadnosti produkovaných čistírenských kalů. Mezi technologie hygienizace kalů lze zařadit vápnění, pasterizaci, termofilní anaerobní stabilizaci, mezofilní anaerobní stabilizaci kalů s následnou post-pasterizací, či aerobní stabilizaci kalů čistým kyslíkem. Mezi progresivní technologie úpravy stabilizovaných čistírenských kalů lze jednoznačně zařadit i sušení, které nejenže zajistí úplnou hygienizaci kalů, ale dokáže při sušině ve výši 90 % snížit celkovou produkci čistírenských kalů až na čtvrtinu [4].
První sušárna čistírenských kalů byla uvedena do provozu v roce 2016 na ČOV Karlovy Vary, nicméně už teď je téměř jasné, že do budoucna se sušárna kalů stane nedílnou součástí kalové koncovky každé větší ČOV. Čistírenský kal s takto vysokým podílem sušiny je pak vhodný i k následnému termickému zpracování, které je v České republice v současné době využíváno jen minimálně. Termické zpracování může spočívat v spalování buď jako příměs ostatních odpadů či daleko preferovanější monospalování čistírenských kalů. Kromě výroby tepla a elektrické energie je v případě monospalování produktem i jiným odpadem neznehodnocený popel se zajímavým obsahem nutrientů, například až 18 % P2O5. Běžně těžený fosfor obsahuje sice dvojnásobnou koncentraci P2O5, ale i tak to je zajímavá alternativa zdroje fosforu už jen s ohledem na velmi omezené zásoby fosforu na světě.
Druhou možností termického zpracování vysušených čistírenských kalů je pyrolýza. Při tomto procesu dochází rovněž k termochemickému rozkladu organických látek, na rozdíl od spalování ale v anaerobních podmínkách. Výsledným produktem není popel, ale produkt obecně nazývaný Biouhel či Biochar [5]. Obě technologie termického zpracování čistírenských kalů mají své přednosti, vždy bude záležet na konkrétních podmínkách, energetické náročnosti či naopak výtěžnosti a možnosti aplikovat výsledný produkt termického zpracování kalů.
Přestože stávající či v nejbližší době chystaná legislativa nebude vyžadovat přímo termické zpracování kalů, je nutné se tímto způsobem nakládání s čistírenskými kaly nadále intenzivně zabývat a připravovat se na možné zavedení do čistírenské praxe. V současné době totiž čistírenské kaly obsahují sice na jedné straně cenné látky, především uhlík a fosfor ale na druhé straně i řadu problematických látek souhrnně označovaných jako farmaka a látky osobní potřeby a dalších specifických polutantů, byť ve velmi nízkých koncentracích. Nelze tak zcela vyloučit, že další směr v oblasti nakládání s čistírenskými kaly v EU povede směrem k recyklaci cenných látek obsažených v kalech a zároveň k řešení výše popsaných polutantů. V takovém případě bude termické zpracování kalů prakticky jediným možným řešením.
Je zřejmé, že v oblasti nakládání s čistírenskými kaly stojíme před řadou zásadních rozhodnutí a změn. Na jedné straně pro provozovatele a vlastníky ČOV tyto změny budou znamenat dodatečné investiční a provozní náklady, které v konečném důsledku může pocítit i koncový spotřebitel v platbách za stočné. Na druhé straně tyto změny jsou příležitostí pro zvýšení energetické soběstačnosti ČOV a snížení objemu produkovaných kalů při zachování obsahu nutrientů potřebných pro zemědělství.
Literatura:
[1] D. Jenkins, J. Wanner (Eds.), (2014): Activated Sludge – 100 Years and Counting, IWA Publishing, ISBN 9781780404936
[2] Český statistický úřad, Vodovody, kanalizace a vodní toky v letech 2009-2016
[3] Towards a circular economy: A zero waste programme for Europe, Dostupné online ZDE
[4] Z. Frček, J. Drechsler (2017): Sušení kalů na ČOV Karlovy Vary, Drahovice, Sovak 1/2017, 7-10.
[5] M. Kos (2015): Termochemická zpracování čistírenských kalů, Sovak 12/2015, 20-23.
Čtěte také v Odpadovém fórum č.11/2017:
Autor: Ing. Filip Wanner, Ph.D., SOVAK ČR
Zdroj: Odpadové fórum 11/2017
