NOVÁ STRATÉGIA V OBLASTI ODPADOV Júlia Šumná, Beáta

Transkript

Konferencia KALY A ODPADY 2008
Bratislava, 12.-13. marec 2008
NOVÁ STRATÉGIA V OBLASTI ODPADOV
Júlia Šumná, Beáta Michniaková
Výskumný ústav vodného hospodárstva, Nábr. Gen. Svobodu 5, 812 49 Bratislava
Abstrakt
Už viac ako 30 rokov je proces nakladania s odpadmi predmetom cieľavedomých environmentálnych snáh
zakotvených v právnej úprave EÚ. Získané skúsenosti, dosiahnuté úspechy, ale aj pretrvávajúce problémy
vyvolali potrebu analyzovať a zhodnotiť politiku EÚ týkajúcu sa odpadu s cieľom vytvoriť strategický rámec
pre budúcnosť. Táto stratégia sa formovala v intenciách šiesteho Environmentálneho akčného programu (6.
EAP) a podľa neho stanovuje ciele a naznačuje prostriedky, ktoré môžu EÚ priviesť k lepšiemu odpadovému
hospodárstvu. Využíva existujúce právne predpisy a rozsiahle konzultácie so zúčastnenými stranami a úplnú a
efektívnu realizáciu v členských štátoch pokladá za podmienku napredovania. Stratégia predchádzania vzniku
odpadu a jeho recyklovania smeruje cez dôsledné zhodnocovanie úžitkových vlastností odpadu k presadzovaniu
trvalo udržateľného využívania prírodných zdrojov.
Kľúčové slová: odpad, nakladanie s odpadmi, recyklácia odpadov, zhodnocovanie odpadov, zneškodňovanie
odpadov, odpadová politika, stratégia nakladania s odpadmi
Napriek tomu, že sa za posledných 30 rokov v oblasti nakladania s odpadmi, presadzovaním politiky založenej
na hierarchii princípov, stanovenej rámcovou smernicou (predchádzanie vzniku odpadov, recyklácia,
zhodnocovanie a zneškodňovanie) dosiahol významný pokrok pozorovateľný ako:
- sanácia silno znečisťujúcich skládok a spaľovní
- aplikácia nových technológií úpravy nebezpečného odpadu
- odstraňovanie nebezpečných látok z vozidiel, elektrických a elektronických zariadení
- znižovanie hladiny dioxínov a iných emisií v procesoch spaľovania
- odpad sa stal hodnotným zdrojom pre priemysel, regulovaný odpad – obaly, vozidlá po skončení
životnosti, odpad z elektrických a elektronických zariadení, biologicky rozložiteľný odpad a pneumatiky –
opakované využitie odpadu ako druhotnej suroviny, recyklácia a energetické využitie,
odpad zostáva naďalej problémom, jeho objemy stále rastú. Rast produkcie odpadu, ktorý s ohľadom na to, že
môže byť symptómom ekologicky neefektívneho využívania zdrojov, vyvoláva vážne obavy. Tvorba odpadu v
EÚ sa odhaduje na viac ako 1,3 miliardy ton ročne a jeho množstvo sa zväčšuje tempom porovnateľným s
hospodárskym rastom. Hoci sa podiel recyklácie (dnes sa v EÚ minimálne 50 % papiera a ocele, 43 % skla a 40
% neželezných kovov vyrába z recyklovaných materiálov) a spaľovania zvyšuje, absolútne množstvo odpadu,
ktorý sa ukladá na skládky, neklesá. Zhodnocovanie a recyklácia sa stále týkajú len obmedzenej, už uvedenej
časti vznikajúceho odpadu. Rovnako snaha o predchádzanie vzniku odpadu zostáva, bez konkrétnych,
k naplneniu smerujúcich opatrení, len dlhodobou víziou. Okrem toho samotné odpadové hospodárstvo – proces
spracovania a nakladania s odpadmi je spojený s vypúšťaním emisií do ovzdušia, vody a pôdy, spôsobuje hluk a
iné formy obťažovania, ktoré prispievajú k ekologickým problémom a vyvolávajú zvyšovanie nákladov.
Kvantitatívnu stránku nakladania s odpadmi v EÚ možno dokumentovať na príklade komunálneho odpadu. Jeho
množstvo sa za obdobie rokov 1995-2003 zvýšilo o 19 %. V súčasnosti sa v EÚ zneškodňuje skládkovaním (49
%), spaľovaním (18 %), recyklovaním a kompostovaním (33 %). Medzi členskými štátmi sú veľké rozdiely – od
tých, ktoré recyklujú najmenej (90 % skládka, 10 % recyklácia a energetické zhodnocovanie), až po tie, ktoré
dôsledne realizujú hierarchiu princípov (10 % skládka, 25 % energetické zhodnocovanie a 65 % recyklácia). V
nových členských štátoch sa situácia, pod tlakom povinnosti implementácie práva EÚ, síce rýchlo mení, ale
zatiaľ je prevládajúcim spôsobom nakladania s odpadmi ukladanie na skládku odpadov.
Medzi významné príčiny neuspokojivého vývoja vzniku a nakladania s odpadmi možno zaradiť nasledovné
skutočnosti:
- právna úprava pre recykláciu sa týka len určitých skupín odpadov,
- nízku mieru uplatnenia a presadzovania právnych predpisov,
- právne predpisy sú často nejasné a ich interpretácia býva predmetom sporu,
- významné rozdiely medzi prístupmi jednotlivých štátov,
-7-
- nedostatočné využívanie potenciálu predchádzania vzniku a recyklovania odpadu,
- slabé zohľadnenie ekologického vplyvu využívania zdrojov v odpadovej politike.
Cieľom analýzy hodnotiacej proces vzniku a nakladania s odpadmi v EÚ, ktorá sa urobila za obdobie, odkedy
je odpad predmetom environmentálnej politiky EÚ (1970), bola požiadavka vytvoriť strategický rámec pre
budúcnosť. Tak vznikla tematická stratégia predchádzania vzniku odpadu a jeho recyklovania s cieľmi
zosúladenými s 6. EAP v kontexte presadzovania trvalo udržateľného využívania zdrojov - modernizovať
prístup k nakladaniu s odpadmi pri zachovaní platnosti odpadovej hierarchie a propagovať zvýšenie
a skvalitnenie recyklácie.
Základné ciele odpadovej politiky EÚ – predchádzať vzniku odpadu a podporiť jeho opätovné využitie,
recyklovanie a zhodnotenie tak, aby sa znížil jeho negatívny vplyv na životné prostredie, zostávajú platné. Je
však potrebná modernizácia a rozšírenie politiky odpadov EÚ vzhľadom na nové poznatky - osvojiť si prístup
založený na celoživotnom cykle a komplexný – holistický prístup, ktorý sa nezameriava iba na znečistenie
spôsobené odpadmi. Musí zohľadňovať aj potrebu účinného zníženia negatívnych vplyvov na životné prostredie
súvisiacich s používaním surovín prostredníctvom zamedzovania vzniku, recyklácie a zhodnotenia odpadov.
Ukladanie odpadov na skládku zostáva poslednou možnosťou nakladania s odpadmi, lebo znamená stratu
zdrojov a môže sa zmeniť na budúcu záťaž pre životné prostredie.
Takto vnímaná politika má potenciál prispieť k zníženiu celkového negatívneho vplyvu využívania zdrojov na
životné prostredie. Predchádzanie vzniku odpadu a presadzovanie recyklovania a zhodnocovania odpadu zvýši
efektívnosť zdrojov európskeho hospodárstva a zníži negatívny vplyv využívania prírodných zdrojov na životné
prostredie. Tým prispeje k zachovaniu základne zdrojov, ktorá je neodmysliteľná pre trvalo udržateľný
hospodársky rast. Na dosiahnutie týchto cieľov Komisia navrhla dve dlhodobé stratégie (okrem piatich ďalších).
Stratégia nakladania s odpadom - stratégia predchádzania vzniku odpadu a jeho recyklovania - vytvorenie
vnútroštátnych programov predchádzania vzniku odpadu a stabilného trhu recyklačných činností, sa dopĺňa
stratégiou využívania zdrojov, ktorá sa bude zameriavať na zlepšovanie vedomostí, vývoj nástrojov na
monitorovanie a podporu strategických postupov v konkrétnych odvetviach hospodárstva na vnútroštátnej aj
medzinárodnej úrovni.
Obe stratégie sú úzko prepojené: zo zdrojov sa stáva odpad, takže odpad „obsahuje“ suroviny a energiu, ktoré
možno recyklovať, aby sa z nich znova stali zdroje. Vznik odpadu je v podstate príznačný pre neefektívne
využívanie zdrojov, a preto politiky odpadu zohrávajú dôležitú úlohu pri znižovaní dopadu využívania zdrojov
na životné prostredie.
Dlhodobým cieľom EÚ je stať sa spoločnosťou, ktorá sa snaží predchádzať vytváraniu odpadu, ktorá odpad
recykluje alebo používa odpad ako surovinový zdroj. Na vykročenie smerom k tomuto cieľu sa musí v právnych
predpisoch EÚ týkajúcich sa odpadov vytvoriť regulačný rámec potrebný na rozvoj recyklačných činností
a následne spoľahlivý trh recyklácie - kombinácia opatrení podporujúcich predchádzanie vzniku, recyklovanie a
opätovné využívanie odpadu takým spôsobom, ktorý optimálne znižuje kumulovaný vplyv na životný cyklus
zdrojov vrátane:
obnoveného dôrazu na úplné plnenie existujúcich právnych predpisov: odstránenie nedorozumení,
vyriešenie sporných interpretácií a zmena a doplnenie právnych predpisov, ktoré nepriniesli očakávané
ekologické výhody. Zabezpečenie rovnakého uplatňovania acquis vo všetkých členských štátoch;

zjednodušenia a modernizácie súčasných právnych predpisov
- zmena a doplnenie rámcovej smernice o odpade, spojenie so smernicami o nebezpečnom odpade,
- jednoznačné zameranie na kľúčové environmentálne dopady,
- vyjasnenie, kedy odpad prestáva byť odpadom,
- definície zhodnocovania a zneškodňovania odpadu,
- zavedenie definície recyklácie a vyriešenie presahov;

zavedenia posudzovania životného cyklu produktov do politiky týkajúcej sa odpadu. Stratégia navrhuje,
aby sa na produkty pozeralo z hľadiska miery produkcie odpadu. Treba brať do úvahy všetky fázy
životného cyklu produktu - potenciálny vplyv na celkovú udržateľnosť životného prostredia a prírodných
zdrojov. Odpadová politika musí prispievať k minimalizovaniu vplyvu na životné prostredie počas celého
životného cyklu využívaných zdrojov;

Presadzovania ambicióznejších politík predchádzania vzniku odpadu - povinnosť členských štátov
vypracovať verejne dostupné programy na predchádzanie vzniku odpadu, uplatňovanie smernice IPPC,
IPP a iných nástrojov na podporu šírenia najlepších postupov, podpora vývoja politiky predchádzania
vzniku odpadu;

lepších znalostí a informácií - budovanie pevnej základne vedeckých a ekonomických informácií pre
politiku, definovanie základných usmernení na jednoduché používanie nástrojov životného cyklu;
-8-

vývoja spoločných referenčných noriem pre recykláciu. Samotná recyklácia musí byť ekologicky správna
a vyžaduje si zavedenie minimálnych noriem pre recyklačné činnosti a recyklované materiály v celom
Spoločenstve, ktoré zabezpečia vysokú úroveň ochrany životného prostredia a zabránia hrozbe „ekodampingu”;

ďalšieho rozpracovania politiky EÚ o recyklovaní - nové spôsoby podporovania recyklácie. Sektor
recyklácie potrebuje regulačné prostredie, ktoré podporuje recyklačné činnosti. V niektorých prípadoch
trhové sily podporujú vývoj recyklácie, vo všeobecnosti však rezultujú skôr signály na zneškodňovanie
odpadu. Ak sa presadzovanie recyklácie ponechá na trhu, nie je možné dosiahnuť ekologické prínosy,
ktoré môže recyklácia poskytnúť. Pre budúcnosť je potrebný komplementárny prístup zohľadňujúci
reálnu funkciu trhu v riadení vývoja recyklácie, potrebu opatrení na prekonanie prekážok recyklácie a
potrebu stimulov na recykláciu a zhodnocovanie odpadu. V tomto zmysle majú vysoký potenciál
hospodárske nástroje a vnútroštátne poplatky za skládky a k dosiahnutiu ekologického úžitku recyklácie
za najnižšie možné náklady prispeje aj posudzovanie životného cyklu.
Očakávaný efekt týchto opatrení by sa mal prejaviť predovšetkým:
– zvýšením podielu recyklácie a kvality recyklovaných produktov,
– znížením množstva odpadu ukladaného na skládku,
– zvýšením podielu kompostovania a energetického zhodnocovania odpadu,
– prostredníctvom kľúčových výhod a pozitívnych vplyvov
- odpadová politika sa viac zameria na vplyv na životné prostredie, čím sa stane užitočnejšou a
nákladovo efektívnejšou,
- zlepšenie regulačného prostredia činností odpadového hospodárstva - znižovanie nákladov a
zmenšovanie bariér pre recykláciu a zhodnocovanie odpadu,
- politiky predchádzania vzniku odpadu sa budú uplatňovať na vnútroštátnej úrovni a zabezpečovať
najvyššiu ekologickú a hospodársku efektívnosť a presadzovať opatrenie najbližšie k miestu vzniku
odpadu.
Takto koncipovaná stratégia vymedzená v závere roka 2005 sa pomaly realizuje a premietla sa do návrhu
revízie rámcovej smernice. V súčasnosti je jedinou právne záväznou verziou kodifikované znenie - smernica
Európskeho parlamentu a Rady 2006/12/ES a zostane ňou až dovtedy, kým sa neprijme návrh novely, ktorého
druhé čítanie sa očakáva vo februári 2008.
Pripomíname, že článok 2, ods. 2 tejto smernice umožňuje prostredníctvom osobitných smerníc ustanoviť
osobitné pravidlá pre zvláštne prípady alebo osobitné pravidlá pre nakladanie s určitými kategóriami odpadov,
ktoré doplňujú túto smernicu.
Revízia rámcovej smernice 75/442/EHS, o odpade bola, ako to vyplýva z kontextu prezentovanej odpadovej
stratégie vyvolaná najmä:
potrebou jasnejšieho vymedzenia kľúčových pojmov - najmä vymedzenie pojmu odpad, recyklácia a
rozlíšenie medzi zhodnocovaním a zneškodňovaním odpadu,
zavedením nového prístupu k politike v oblasti odpadov, prostredníctvom environmentálneho cieľa,
ktorý zameriava smernicu na zníženie environmentálnych dopadov vzniku a nakladania s odpadmi pri
zohľadnení životného cyklu,
zavedením prístupu založenom na uplatňovaní minimálnych noriem pre vnútorný trh s odpadom.
V súlade s tým návrh smernice stanovuje opatrenia na zníženie celkových environmentálnych dopadov
súvisiacich s používaním zdrojov, vznikom odpadu a nakladaním s ním, ako aj povinnosť prioritne prijať
opatrenia na predchádzanie vzniku alebo zníženie tvorby odpadov a ich škodlivosti, a tiež opatrenia pre
zhodnocovanie odpadu prostredníctvom druhotného používania, recyklovania a iných operácií zhodnocovania.
Návrh preberá aj ustanovenia smernice o nebezpečnom odpade.
Pre svoje účely návrh smernice definuje pojmy. Ponecháva pôvodné znenie pojmu odpad ale dopĺňa
mechanizmus, ktorý umožňuje objasnenie, kedy určitý odpad prestáva byť odpadom, prostredníctvom
komitologického postupu pre tie odpadové toky, ktoré spĺňajú skúšku založenú na splnení podmienok (kritériá
ich splnenia budú doplnené), že zmena klasifikácie odpadu nebude mať za následok celkovo nepriaznivý dopad
na životné prostredie a pre takýto druhotný produkt, surovinu alebo látku existuje trh.
S ohľadom na to, že definícia odpadu nestanovuje jasné hranice, kedy je odpad adekvátne spracovaný a mohol
by sa už pokladať za produkt, bolo vydané výkladové oznámenie o odpade a vedľajších výrobkoch
KOM(2007) 59. Cieľom tohto oznámenia je vysvetliť definíciu odpadu, ako je ustanovená v rámcovej smernici
o odpade, v zmysle výkladu Európskeho súdneho dvora (ESD), aby sa zabezpečila správna implementácia tejto
smernice. V práve EÚ pre oblasť odpadového hospodárstva nemajú pojmy ako vedľajší výrobok alebo druhotná
-9-
surovina žiaden právny zmysel – jednotlivé materiálové toky jednoducho odpady sú, alebo odpady nie sú.
Okrem pojmu „odpad“, ktorý je vymedzený v smernici, sa len na účely oznámenia zaviedli tieto názorné pojmy:
– výrobok – každý materiál, ktorý sa vo výrobnom procese zámerne vytvára. V mnohých prípadoch je
možné identifikovať jeden „primárny“ výrobok (alebo viac), ktorý predstavuje hlavný vyrobený
materiál,
– zvyšok z výroby – materiál, ktorý sa vo výrobnom procese nevytvára zámerne a ktorý môže, ale nemusí
byť odpad,
– vedľajší výrobok – zvyšok z výroby, ktorý nie je odpad.
Účinnosť usmernení, ktoré sa v tomto oznámení navrhujú, sa bude posudzovať v roku 2010 v súvislosti s
posudzovaním stratégie.
Predmetom tohto oznámenia je rozlíšenie, čo je a čo nie je v kontexte výrobného procesu odpad. Nevzťahuje sa
na iné druhy odpadu, ako je napr. komunálny odpad alebo iné podobné odpady, ani zvyšky po spotrebe. Nerieši
také otázky, ako a kedy sa výrobok môže stať odpadom alebo kedy odpad prestáva byť odpadom. Nezaoberá sa
odpadom, ktorý je vyňatý z rozsahu pôsobnosti rámcovej smernice o odpadoch. Pre tieto účely Komisia
uprednostnila usmernenia pred definíciou, pretože sa domnieva, že usmernenia sú na poskytnutie právnej
jasnosti vhodnejšie ako definovanie vedľajších výrobkov v rámcovej smernici o odpadoch. Rozlíšenie medzi
odpadom a vedľajším výrobkom na základe toho, či je materiál určený na opakované použitie alebo likvidáciu,
alebo podľa toho, či materiál má alebo nemá kladnú hospodársku hodnotu, by zrejme neponúklo potrebné záruky
na ochranu životného prostredia. V rámci právne záväzných kritérií, ktoré stanovil ESD, usmernenia predstavujú
pružný nástroj s možnosťou ich prispôsobovania novým dôkazom a technológiám. ESD zdôraznil, že to, či
nejaký materiál je, alebo nie je odpad, závisí od konkrétnych reálnych okolností, a preto musí vydávať
zodpovedný orgán na každý prípad rozhodnutie jednotlivo. Nakoniec je dôležité poznamenať, že aj keď určitý
materiál vyhovie testom, ktoré stanovil ESD a teda sa môže považovať za materiál, ktorý nie je odpad, ak sa
tento materiál v praxi zneškodňuje, musí sa jednoznačne považovať za odpad a musí sa s ním nakladať ako s
odpadom.
ESD rozhodol, že zvyšok z výroby je niečo, čo nie je konečným výrobkom, jeho vytvorenie nebolo cieľom
výrobného procesu, resp. uviedol, že keď výroba predmetného materiálu je „výsledkom technického
rozhodnutia“ (zámerne vyrobiť takýto materiál), nemôže ísť o zvyšok z výroby.
Prvá otázka v procese rozhodovania o tom, či daný materiál je alebo nie je odpad, je otázka, či výrobca chcel
predmetný materiál zámerne vyrobiť. Ak výrobca mohol vyrobiť základný výrobok bez jeho výroby, ale
rozhodol sa predmetný materiál vyrobiť, je to dôkaz, že predmetný materiál nie je zvyšok z výroby. Iný dôkaz
toho, že výroba daného materiálu bola technickým rozhodnutím, by mohol spočívať v tom, že výrobný proces
bol upravený tak, aby príslušný materiál v ňom získal špecifické technické charakteristiky.
I keď sa materiál považuje za zvyšok z výroby, ESD upozornil, že nemusí ísť o odpad. Vlastnosti materiálu,
vďaka ktorým sa dá ďalej použiť v hospodárstve, môžu znamenať, že by sa nemal považovať za odpad.
V novej judikatúre ESD ustanovil test skladajúci sa z troch častí, ktorý musí “zvyšok z výroby“ splniť, aby sa
mohol považovať za vedľajší výrobok. ESD rozhodol, že keď ďalšie použitie materiálu je nielen možné, ale je
isté bez ďalšieho spracovania pred opakovaným použitím a ako súčasť súvislého výrobného procesu, vtedy
materiál nie je odpad. Tento test je kumulatívny – všetky tri časti musia byť splnené. Okrem tohto testu ESD
poznamenal, že použitie, na ktoré je vedľajší výrobok určený, musí byť aj zákonné – t. z., že vedľajší výrobok
nie je niečo, čo je výrobca povinný odstrániť alebo materiál, ktorého použitie je zakázané podľa práva EÚ alebo
vnútroštátneho práva.
Okrem toho ESD zostavil zoznam celej škály faktorov, ktoré môžu znamenať, že materiál je odpad. Ani jeden z
týchto prvkov nemusí byť rozhodujúci, ale niektoré môžu byť za určitých okolností – sporné prípady- užitočné,
napr.:
daný materiál nemá žiadne možné použitie, a preto sa musí zneškodniť - takýto materiál sa považuje za
odpad od okamihu jeho vzniku,
použitie má významný vplyv na životné prostredie alebo vyžaduje osobitné ochranné opatrenia,
ďalšie použitie materiálu je zakázané alebo sa materiál musí zneškodniť ako odpad, alebo prepracovať
podľa záväzného postupu (z dôvodov ohrozenia zdravia ľudí, životného prostredia alebo bezpečnosti),
producent sa snaží obmedziť množstvo vzniknutého materiálu,
spôsob nakladania s predmetným materiálom je štandardný spôsob nakladania s odpadom.
Skutočnosť, že daný materiál nevyvoláva tieto riziká, nie je dôkaz, že sa nejedná o odpad. Definícia odpadu
existuje preto, aby sa zabezpečilo, že s odpadmi sa bude skutočne nakladať environmentálne zodpovedným
spôsobom.
Ďalej sa v návrhu smernice definuje:
- 10 -
„druhotné použitie“- znamená akúkoľvek operáciu zhodnocovania, ktorou výrobky alebo súčasti, ktoré sa už
stali odpadmi (nevzťahuje sa na druhotné používanie výrobkov, ktoré sa nestali odpadom) sa znova použijú na
ten istý účel, pre ktorý boli vytvorené;
„recyklovanie“- znamená zhodnocovanie odpadu vo forme produktov, materiálov alebo látok na pôvodný alebo
na iný účel. Nezahŕňa zhodnocovanie energie.
Základom pre vymedzenie pojmov zhodnocovanie a zneškodňovanie bola snaha o jasné rozlíšenie medzi týmito
dvomi pojmami, v priamej väzbe na to, či operácia vedie k náhrade prírodných zdrojov v hospodárstve. Oba
pojmy sú okrem toho doplnené zoznamom taxatívne vymenovaných operácií. Návrh počíta s možnosťou
stanovenia kritérií účinnosti a použitím postupov, ktoré umožňujú objasnenie klasifikácie určitých odpadových
operácií, napríklad prostredníctvom komitologického postupu.
Medzi operácie zhodnocovania bolo zaradené aj použitie odpadu ako paliva alebo jeho použitie na získanie
energie iným spôsobom.
Členské štáty majú prijať potrebné opatrenia, aby zabezpečili, že všetky odpady sa spracujú tak, aby sa dosiahol
prospešný cieľ náhrady iných zdrojov, ktoré by sa použili na splnenie tejto funkcie alebo k príprave na takéto
použitie v danom závode alebo širšom hospodárstve. Ak nie je možné zhodnocovanie touto formou, potom sa
všetky odpady podrobia operáciám zneškodňovania. Ustanovenie o vytvorení siete zariadení na zneškodňovanie
odpadu zostáva v podstate nezmenené. Zriadenie zariadenia na zhodnocovanie a zneškodňovanie odpadov
naďalej podlieha povoľovaciemu konaniu. Táto požiadavka sa neuplatňuje v prípade zariadenia alebo podniku,
ktorý už získal povolenie podľa smernice 96/61/ES. Podmienkou vydania akéhokoľvek povolenia týkajúceho sa
získavania energie je, aby sa pri tom dosiahla vysoká energetická účinnosť. Súčasne je potrebné zabezpečiť,
aby sa náklady spôsobené zhodnocovaním alebo zneškodňovaním odpadu rozdelili primerane medzi držiteľom
odpadu, predchádzajúcimi držiteľmi a pôvodcom odpadu.
Komisia môže prijať minimálne normy pre povolenia určené tak, aby zabezpečili, že sa s odpadom bude
zaobchádzať environmentálne vhodným spôsobom.
Návrh smernice posilňuje ustanovenia týkajúce sa predchádzania vzniku odpadov a zavádza požiadavku, aby
členské štáty rozpracovali buď ako súčasť plánov odpadového hospodárstva alebo samostatne programy
predchádzania vzniku odpadov so zameraním na kľúčové environmentálne dopady pri zohľadnení celého
životného cyklu.
Záver
Nová stratégia v oblasti odpadov - stratégia predchádzania vzniku odpadu a jeho recyklovania nielen uchováva
doteraz osvedčené základné princípy odpadovej politiky EÚ v platnosti, ale v spojení s hodnotením dopadov
vyvolaných antropogénnou činnosťou sprevádzanou vznikom odpadov a následnou nevyhnutnosťou nakladania
s nimi, priam zhmotňuje možné prínosy pre životné prostredie, ale aj pre hospodársku činnosť spoločenstva
priemetom cez zohľadňovanie dopadov využívania zdrojov na životné prostredie .
Je potrebné načrtnutý rámec novej odpadovej politiky presadzovaný návrhom novely rámcovej smernice
dotvoriť, doplniť konkrétnymi postupmi a ohraničiť zmysluplnými normami tak, aby bez ohrozovania zdravia
ľudí, používania postupov alebo metód, ktoré by mohli poškodiť životné prostredie, bez rizika pre vodu,
ovzdušie, pôdu a rastliny a živočíchy, bez obťažovania hlukom alebo zápachom, bez nepriaznivého
ovplyvňovania krajiny alebo miest zvláštneho záujmu umožnili premenu EÚ v spoločnosť, ktorá sa snaží
predchádzať vytváraniu odpadu, ktorá odpad recykluje alebo používa odpad ako surovinový zdroj .
- 11 -
NAKLÁDÁNÍ S BIOLOGICKY ROZLOŽITELNÝMI ODPADY (BRO) VČETNĚ
KALŮ Z ČOV – ZMĚNY V LEGISLATIVĚ ODPADŮ V ČR
Dagmar Sirotková
VÚV T.G.M v.v.i. - Centrum pro hospodaření s odpady, Podbabská 30, 162 00 Praha 6
Úvod
Právní předpisy pro nakládání s biologicky rozložitelnými odpady (BRO) prochází, tak jako jiné oblasti
vývojem. V poslední době je úsilí o zavedení dalších pravidel intenzivnější a zejména vychází ze snahy o co
nejvyšší možný stupeň využití této komodity. K této snaze přispívá i fakt, že skládkování BRO je vlastně již
v současné době zakázáno a skládkování BRKO (biodegradabilní složka komunálního odpadu), tak jak ukládá
platný právní předpis, musí být postupně snižováno. K uvedenému připívá i současný trend využití BRO jako
obnovitelného zdroje.
Při vytváření pravidel pro nakládání s kaly z čistíren odpadních vod (ČOV) je nutné brát v úvahu fakt, že kaly
jsou podmnožinou objemné odpadové komodity BRO. Základní požadavky jsou tedy vytvářeny pro celou
skupinu
Dle zákona č. 314/2006 Sb., kterým se mění zákon č. 185/2001 Sb., o odpadech a o změně některých dalších
zákonů, ve znění pozdějších předpisů pojmem biodpad (biologicky rozložitelný odpad) - BRO se rozumí:
jakýkoli odpad, který podléhá aerobnímu nebo anaerobnímu rozkladu.
Dle § 32, zákona č.185/2001 Sb.se kalem rozumí: kal z čistíren odpadních vod zpracovávajících městské
odpadní vody nebo odpadní vody z domácností a z jiných čistíren odpadních vod, které zpracovávají odpadní
vody stejného složení jako městské odpadní vody a odpadní vody z domácností.
V České republice je produkce odpadů, včetně BRO sledována a vyhodnocována na základě ohlašovacích
povinností vyplývajících z § 39 zákona o odpadech. Za rok 2006 bylo vyprodukováno cca 28 mil. tun odpadu,
z toho cca 6,6 mil. tun BRO (včetně BRKO) a z toho cca 220 tis.tun kalů z ČOV. Meziročně má celková
produkce odpadů trvale mírně klesající trend. Toto konstatování se týká i produkce BRO, dochází ovšem ke
zvýšení podílu, který je ukládán na skládky viz graf č. 1. Je tedy nutné najít cesty pro snížení produkce tj. v první
řadě prevencí, dále pak najít možnosti pro využití vzniklého odpadu.
Graf č. 1: Poměr mezi produkcí a skládkováním BRO v roce 2006
6 615 092
7 000 000
6 000 000
množství [t]
5 000 000
3 238 894
4 000 000
3 000 000
2 000 000
1 000 000
0
Produkce BRO
Skládkováno
V grafech č. 2 a 3 je názorně uvedena produkce a způsoby nakládání (dle zákona ).
- 12 -
Graf č. 2: Evidovaná produkce BRO v letech 2002 až 2006
14 000 000
12 000 000
produkce [t]
10 000 000
8 000 000
6 000 000
4 000 000
2 000 000
0
2002
2003
2004
2005
2006
[roky]
Graf č. 3: Evidované způsoby nakládání s BRO nad 50 000 tun v roce 2006 (bez skládkování – D1)
800 000
700 000
množství [t]
600 000
500 000
400 000
300 000
200 000
100 000
0
D2
D8
N1
N5
N7
N10
N13
R1
R3
R10
R11
R12
způsob nakládání
D2
D8
N1
N5
N7
N10
N13
R1
R3
R10
R11
R12
Úprava půdními procesy (např. biologický rozklad kapalných odpadů či kalů v půdě apod.)
Biologická úprava jinde v této příloze nespecifikovaná, jejímž konečným produktem jsou sloučeniny
nebo směsi, které se odstraňují některým z postupů uvedených pod označením D1 až D12
Využití odpadů na terénní úpravy apod.
Zůstatek na skladu k 31. 12. vykazovaného roku
Vývoz odpadu do členského státu EU
Prodej odpadu jako suroviny („druhotné suroviny“)
Kompostování
Využití odpadu způsobem obdobným jako paliva nebo jiným způsobem k výrobě energie
Získání/regenerace organických látek, které se nepoužívají jako rozpouštědla (včetně biologických
procesů mimo kompostování)
Aplikace do půdy, která je přínosem pro zemědělství nebo zlepšuje ekologii
Využití odpadů, které vznikly aplikací některého z postupů uvedených pod označením R1 až R10
Předúprava odpadů k aplikaci některého z postupů uvedených pod označením R1 až R11
- 13 -
Situace v EU
Vydaných předpisů a dokumentů vztahujících se k BRO byla vydána celá řada. Vazbu na diskutované téma mají
zejména směrnice Rady 1999/31/ES o skládkách odpadů [1], směrnice Rady 86/278/EHS o ochraně životního
prostředí a zejména půdy při používání kalů z čistíren odpadních vod v zemědělství [2]. Obě směrnice byly
implementovány do českých předpisů. Dále jsou vydávány předpisy, které členský stát musí respektovat přímo,
tj. nařízení. Jedním z platných a velmi problematických je nařízení Evropského parlamentu a Rady (ES)
č. 1774/2002, kterým se stanoví hygienická pravidla týkající se vedlejších živočišných produktů, které nejsou
určeny k lidské spotřebě [3]. K tomuto nařízení je postupně vydávána řada dodatků opět formou nařízení.
Bohužel všechna nařízení, která jsou vydávána pro upřesnění, doplňky či úpravu základního dokumentu
1774/2002 uvádějí v rozporu se směrnicí Rady 1999/31/ES o skládkách jako jednu z možností odstranění
materiálu skládkováním. Směrnice o skládkách ukládá členským státům omezit množství BRO ukládaného na
skládky a pro komunální biodegradabilní odpad (BRKO) stanovuje pro dané časové intervaly procentuelní
snížení množství tohoto odpadu ukládaného na skládky. BRKO tvoří, jak bylo stanoveno analýzami, kolem 30
až 40 % komunálního odpadu v celé Evropě. Jeho sběr, zpracování a odstraňování je velkým problémem. Tento
materiál je fermentabilní, a proto není vhodné jej skládkovat, vyšší obsah vody navíc zhoršuje energetické
využití. Z těchto důvodů se nakládání s BRO a BRKO stalo významnou otázkou politiky EU, zejména, pro
splnění cíle snížení množství tohoto odpadu ukládaného na skládky. Skládková směrnice považuje omezení
množství BRKO ukládaného na skládky za klíčovou strategii pro omezování emisí metanu a omezení produkce
škodlivých průsaků. ze skládek odpadů.
Situace v České republice
Základní český právní předpis, který obsahuje povinnosti pro nakládání s odpady, včetně biologicky
rozložitelných odpadů, je zákon o odpadech [4] a jeho prováděcí právní předpisy. Zákon proklamativně dává
přednost využití odpadů před jejich odstraňováním a upřednostňuje materiálové využití před využitím
energetickým
Požadavky na nakládání s kaly z čistíren odpadních vod (ČOV) jsou od roku 2001 uvedeny v hlavě II zákona
o odpadech a rozvedeny ve vyhlášce Ministerstva životního prostředí č. 382/2001 Sb. [5], o podmínkách použití
upravených kalů na zemědělskou půdu. Pojem biologicky rozložitelný odpad zavádí do zákona novela vydaná
pod č.314/2006 Sb. Prováděcí předpis o podrobnostech nakládání s BRO je připraven k vydání.
V paragrafu 32 a 33 zákona jsou uvedeny pojmy a povinnosti při používání kalu, které jsou dále rozvedeny ve
vyhlášce. Vyhláška a zmocnění v zákoně implementuje uvedenou směrnici o kalech a v některých částech je
dokonce ve svých požadavcích přísnější. Specifikovány jsou technické požadavky na zapracování kalů do půdy,
mezní hodnoty vybraných rizikových látek v půdě a v kalech včetně mikrobiologických kritérií. Hodnoty
a kriteria požadovaných ukazatelů jsou uvedena v „Evidenčním listu využití kalů v zemědělství“, dle přílohy
č. 1, vyhlášky č. 382/2001 Sb. Zpracovaná evidence je zasílána cestou příslušných ORP (obce s rozšířenou
působností) k celostátnímu zpracování. Kromě uvedeného evidenčního listu je původce kalů povinen zpracovat
Program využití kalů na zemědělskou půdu.
Vyhláška ministerstva životního prostředí č. 294/2005 Sb., o podmínkách ukládání odpadů na skládky a jejich
využívání na povrchu terénu a o změně vyhlášky č. 383/2001 Sb., o podrobnostech nakládání s odpady [6], která
rozpracovala rozhodnutí Rady z prosince 2002 [7], kterým se stanoví kritéria a postupy pro přijímání odpadů na
skládkách podle článku 16 směrnice 1999/31/ES a její přílohy II, přinesla velmi silný nástroj pro snížení
skládkování biologicky rozložitelných odpadů.
Příloha č. 4 této vyhlášky v bodě 8, odst. (d) uvádí:
Biologicky rozložitelný podíl komunálního odpadu ukládaný na skládky musí být postupně omezován v souladu
s harmonogramem stanoveným v Plánu odpadového hospodářství ČR a krajů (tj. snížit tento podíl do roku 2010
na 75 %, do roku 2013 na 50 % a do roku 2020 na 35 % celkového množství hmotnosti biologicky rozložitelného
komunálního odpadu vzniklého v roce 1995).
Příloha č. 5 vyhlášky, část B odpady, které lze ukládat jen za určitých podmínek, odst. (4):
Kompostovatelné odpady pouze, jedná-li se o kompostovatelné odpady v komunálním odpadu (skupiny 20 00 00
dle Katalogu odpadů), pro něž je harmonogram postupného omezování jejich ukládání na skládky stanoven
v bodě 8 přílohy č. 4.
- 14 -
Kromě omezovacích požadavků, v souladu se „skládkovou směrnicí“, nabízí hlava V vyhlášky „Technické
požadavky a podmínky pro využívání odpadů na povrchu terénu“. Jedná se pochopitelně i o biodegradabilní
odpady. Upřesňující požadavky pro toto využití ukládá příloha č. 10 a příloha č. 11 vyhlášky. Příloha č. 10
specifikuje kvalitativní požadavky na odpady tj. nejvýše přípustné koncentrace škodlivin v sušině odpadů
a požadavky na výsledky ekotoxikologických testů. V příloze č. 11 jsou uvedeny podmínky pro jednotlivé
způsoby využití odpadů na povrch terénu - uzavírání skládek, rekultivace vytěžených povrchových důlních děl,
využití na povrchu terénu k terénním úpravám nebo rekultivacím. Při využití kalů z ČOV musí být prokázáno
odstranění nebezpečné vlastnosti infekčnost.
Uvedená novela zákona o odpadech č. 314/2006 Sb. kromě pojmu BRO uvádí také další nové pojmy vztahující
se k nakládání s touto komoditou, např. malé kompostárny, komunitní kompostování
•
Komunitní kompostování – systém sběru a shromažďování rostlinných zbytků z údržby zeleně a zahrad
na území obce, jejich úprava a následné zpracování na zelený kompost.
•
Malé zařízení - zařízení, které zpracovává využitelné biologicky rozložitelné odpady pro jednu zakládku
v množství nepřekračujícím 10 tun těchto odpadů za rok (dále jen „malé zařízení“); roční množství
biologicky rozložitelného odpadu zpracované malým zařízením nesmí přesáhnout 150 tun.
Zákon v § 33b uvádí:
Povinnosti pro biologické zpracování biologicky rozložitelných odpadů
(1) Provozovatel zařízení ke sběru, výkupu nebo využívání biologicky rozložitelných odpadů je povinen
a) provozovat toto zařízení se souhlasem k provozování zařízení a s jeho provozním řádem podle § 14
odst. 1, s výjimkou zařízení, které zpracovává využitelné biologicky rozložitelné odpady pro jednu
zakládku v množství nepřekračujícím 10 tun těchto odpadů za rok (dále jen „malé zařízení“); roční
množství biologicky rozložitelného odpadu zpracované malým zařízením nesmí přesáhnout 150 tun,
b) provozovat malé zařízení na základě kladného vyjádření obecního úřadu obce s rozšířenou působností
podle § 79 odst. 4 písm. e) a v souladu se zvláštními právními předpisy na ochranu zdraví lidí
a životního prostředí, v souladu s nimiž je zařízení zřízeno a provozováno,
c)
upravené biologicky rozložitelné odpady hodnotit a zařazovat postupy a metodami stanovenými
prováděcím právním předpisem a v souladu s ním je označit a vybavit návodem k použití,
d) upravené biologicky rozložitelné odpady, které nelze zařadit do žádné ze skupin stanovených
prováděcím právním předpisem a zbytkový odpad po úpravě biologicky rozložitelného odpadu, který již
není odpadem podléhajícím biologickému rozkladu, předat k využití nebo odstranění oprávněné osobě
podle § 12 odst. 3.
(2) Zařazení biologicky rozložitelného odpadu podle jeho skutečných vlastností, složení a způsobu materiálového
využití do některé ze skupin stanovených prováděcím právním předpisem, jeho označení a vybavení návodem
k použití je jeho konečným materiálovým využitím podle § 4 písm. m).
Ministerstvo ve spolupráci s Ministerstvem zemědělství a Ministerstvem zdravotnictví stanoví prováděcím
právním předpisem
a) seznam biologicky rozložitelných odpadů,
b) způsoby biologického zpracování biologicky rozložitelných odpadů,
c)
technické požadavky na vybavení a provoz zařízení biologického zpracování biologicky rozložitelných
odpadů v závislosti na množství a druhu v něm upravovaných biologicky rozložitelných odpadů,
d) technologické požadavky na úpravu biologicky rozložitelných odpadů,
e)
obsah provozního řádu zařízení,
f)
požadavky na kvalitu odpadů vstupujících do technologie
rozložitelných odpadů,
materiálového využívání biologicky
g) způsob a kriteria hodnocení a zařazování upravených biologicky rozložitelných odpadů do skupin
podle způsobů jejich materiálového využití,
- 15 -
h) limitní hodnoty koncentrací cizorodých látek a indikátorových organismů ve výstupech ze zařízení pro
biologické zpracování odpadů, metody stanovení koncentrací cizorodých látek,
i)
četnost a metody vzorkování, označování skupin podle způsobu jejich biologického zpracování
a kriteria hodnocení upraveného biologicky rozložitelného odpadu jako dále již biologicky
nerozložitelného odpadu..
Ustanovení týkající se §§ 33a, 33b nabylo platnosti 1. dubna 2007. Tímto dnem měl platit nový prováděcí
předpis ve formě vyhlášky, který měl upřesnit ustanovení zákona. Tento prováděcí předpis je v současné době
před konečným schválením. Jednou z důležitých definic vyhlášky je pojem „výstup ze zařízení k využívání
bioodpadů“, který se zabývá výstupem jako výrobkem. Tento přístup je plně v souladu s výše uvedeným
přístupem Evropské komise.
Hlavním důvodem pro vypracování nové vyhlášky bylo vytvořit pravidla pro využití zpracovaných bioodpadů
na nezemědělskou půdu.
Konstrukce vyhlášky byla budována tak, aby byl paragrafový text, odpovídající zmocnění pokud to bylo možné,
stručný a veškeré podrobnosti se uvádějí v přílohách. Kromě toho bude k vyhlášce vydán metodický pokyn,
který rozvede řadu podrobností, které nebylo možné pro velký rozsah ve vyhlášce uvést.
Jednou z důležitých částí nového právního předpisu o podrobnostech nakládání s biologicky rozložitelnými
odpady jsou pojmy. Pro to, aby nedocházelo k různým výkladům v praxi, byly po velkých diskusích mezi
odborníky zpřesněny. Nejvíce diskutované části vyhlášky se týkají požadavků na způsoby zpracování
bioodpadů, hodnocení a zařazování podle způsobů využití. Uvedeny jsou rovněž nové trendy v oblasti
vzorkování.
Bioodpady využívané v zemědělství jako hnojivo se řídí zákonem o hnojivech [8] a jeho prováděcími předpisy
[9], [10]. Pokud vyhovují uvedeným předpisům jsou uváděny na trh jako - hnojivo, pomocná půdní látka,
pomocný rostlinný přípravek, substrát.
Jedním ze způsobů nakládání s BRO je jeho energetické využití. Zákon č. 180/2005 Sb. o podpoře využívání
obnovitelných zdrojů) [11] a zejména jeho prováděcí předpis vyhláška č. 482/2005 Sb., v platném znění (novela
č. 5/2006 Sb.) o stanovení druhů, způsobů využití a parametrů stanovení biomasy při podpoře výroby elektřiny
z biomasy [12] upravují požadavky na podporu využití a trvalého zajištění zvyšování podílu obnovitelných
zdrojů na spotřebě primárních energetických zdrojů a tím přispívají i k šetrnému využívání přírodních zdrojů
a k trvale udržitelnému rozvoji společnosti.Ve vztahu na výše uvedené řešení nařízení ES č. 1774/2002 je
vhodné uvést přílohu č. 1, vyhlášky č. 482/2005 Sb. v platném znění (novela č. 5/2006 Sb.), která uvádí druhy
biomasy, které jsou předmětem podpory. Skupina č. 5 zahrnuje zpracované produkty pocházející z živočišných
materiálů kategorie 2 a 3, masokostní moučka pouze kategorie 2 a 3 podle právního předpisu evropských
společenství [3], zemědělské meziprodukty z živočišné výroby vznikající při chovu hospodářských zvířat, včetně
tuhých a kapalných exkrementů s původem z živočišné výroby a včetně znečištěné slámy, biologicky
rozložitelné zbytky z kuchyní a stravoven a biopaliva z nich vyrobená včetně vedlejších a zbytkových produktů
jejich zpracování, biologicky rozložitelná část vytříděného průmyslového a komunálního odpadu pocházející
z odděleného sběru nebo z procesu mechanicko-biologické úpravy. Veškeré podrobnosti uvádí příslušný právní
předpis
Kromě uvedených právních předpisů se v současnosti v ČR stále pro hodnocení biologicky rozložitelných
odpadů, resp. kompostů a to i těch, které míří na rekultivace či ke hnojení nepotravinářských plodin využívá
norma průmyslové komposty ČSN 46 5735, která je ovšem již dnes překonaná. Nesleduje např. organické
polutanty a mikrobiologické ukazatele. Zde je nutné v případech, kde je možné výskyt těchto látek předpokládat
(např. tzv. kalové komposty), zavést přísnější požadavky v souladu s novými poznatky.
Závěr
Produkce biodegradabilních odpadů s pohybuje v řádech miliónů tun. Ne vždy jejich zpracování a využití
odpovídá požadavkům na ochranu životního prostředí. Současná situace by se měla postupně zlepšovat se
vznikem dalších provozů pro úpravu a přepracování a s vydáním právního předpisu, který upravuje podrobnosti
nakládání s důležitým materiálovým tokem a to celou komoditou BRO.
- 16 -
Použitá literatura
[1] Směrnice Rady 1999/31/ES z 26. dubna 1999 o skládkách odpadů
[2] Směrnice Rady 86/278/EHS o ochraně životního prostředí a zejména půdy při používání kalů z čistíren
odpadních vod v zemědělství
[3] Nařízení Evropského parlamentu a Rady (ES) č. 1774/2002 ze dne 3. října 2002 o veterinárních
a hygienických pravidlech pro vedlejší výrobky živočišného původu, které nejsou určeny k lidské spotřebě
[4] Zákon č. 185/2001 Sb. o odpadech a o změně některých dalších zákonů, ve znění pozdějších předpisů.
[5] Vyhláška č. 382/2001 Sb., podmínkách použití upravených kalů na zemědělské půdě
[6] Vyhláška č.294/2005 Sb., o podmínkách ukládání odpadů na skládky a jejich využívání na povrchu terénu
a změně vyhlášky č.383/20001 Sb., o podrobnostech nakládání s odpady
[7] Rozhodnutí Rady ze dne 19.12.2002, kterým se stanoví kriteria a postupy pro přijímání odpadů na skládkách
podle článku 16 směrnice 1999/31/ES a její přílohy II
[8] Zákon č. 308/2000 Sb., kterým se mění zákon č. 156/1998 Sb., o hnojivech, pomocných půdních látkách,
pomocných rostlinných přípravcích a substrátech a o agrochemickém zkoušení zemědělských půd (zákon
o hnojivech), a zákon č. 69/1991 Sb., o Pozemkovém fondu České republiky, ve znění pozdějších předpisů
[9] Vyhláška MZe č. 474/2000 Sb., o stanovení požadavků na hnojiva, ve znění pozdějších předpisů
[10] Vyhláška č. 400/2004 Sb., kterou se mění vyhláška Ministerstva zemědělství č. 275/1998 Sb.,
o agrochemickém zkoušení zemědělských půd a zjišťování půdních vlastností lesních pozemků, ve znění
vyhlášky č. 477/2000 Sb.
[11] Zákon č. 180/2005 Sb. o podpoře výroby elektřiny z obnovitelných zdrojů energie a o změně některých
zákonů (zákon o podpoře využívání obnovitelných zdrojů)
[12] Vyhláška č. 482/2005 Sb. v platném znění (novela č. 5/2006 Sb.) o stanovení druhů, způsobů využití
a parametrů stanovení biomasy při podpoře výroby elektřiny z biomasy
- 17 -
GLOBÁLNÍ STAV A PERSPEKTIVY KALOVÉHO HOSPODÁŘSTVÍ ČISTÍREN
ODPADNÍCH VOD
Pavel Jeníček
Ústav technologie vody a prostředí, VŠCHT Praha, Technická 5, 166 28 Praha 6
Abstrakt
Příspěvek přináší informace o způsobech zpracování kalů z čistíren odpadních vod v různých geografických
regionech a zahrnuje jak vyspělé tak rozvojové země. Vychází z přehledné publikace nazvané „Čistírenské kaly:
globální přehled současného stavu a perspektivy“, kterou připravila International Water Association (IWA) a její
odborná skupina specializovaná na kalové hospodářství. Prezentované poznatky o globálním stavu technologií
používaných pro zpracování čistírenských kalů dokládají, že se jedná o dynamicky se vyvíjející oblast a o
komplexní problematiku, která je silně vázána na specifické lokální podmínky. Používané metody s různou
mírou akcentují dva základní požadavky, za prvé ochranu životního prostředí a zdraví obyvatel a za druhé
racionální využívání kalů jako surovinového zdroje.
Klíčová slova: Čistírenské kaly, geografické regiony, lokální specifika, recyklace surovin, zdravotní rizika.
Úvod
Již delší dobu je zřejmé, že racionální zpracování čistírenských kalů se stává jedním z mnoha kontroverzních
ekologických problémů, protože na jedné straně se zdůrazňuje, že kaly obsahují řadu polutantů, které mohou být
pro člověka nebezpečné: patogenní mikroorganismy, těžké kovy, perzistentní organické látky, endokrinní
disruptory, rezidua léčiv a kosmetických prostředků, aby byly zmíněny alespoň ty nejčastěji diskutované. Na
druhé straně se stále častěji připomíná, že kaly jsou cennou surovinou, jejíž energetická a hnojivá hodnota je
nesporná a v rámci racionálního hospodaření se surovinovými zdroji je nezbytné je co nejvíce využívávat.
Obecné cíle moderního kalového hospodářství musí zahrnovat především minimalizaci množství produkovaných
kalů, produkci stabilního a bezpečného materiálu a preferenci využití a valorizaci kalů před jejich pouhou
likvidací.
International Water Association (IWA) a její odborná skupina specializovaná na kalové hospodářství v roce
2007 připravily vydání publikace nazvané „Čistírenské kaly: globální přehled současného stavu a perspektivy“.
Cílem této publikace je přinést aktuální informace z této oblasti všem lidem zainteresovaným v tomto oboru a
porovnat strategii řešení kalových problémů v jednotlivých částech světa a v neposlední řadě předat odborníkům
z regionů, kde se biologické čištění odpadních vod a produkce kalů teprve v posledních letech prudce rozvíjí
náměty a zkušenosti, které mohou využít pro profesionální rozhodování.
Struktura publikace je taková, že charakterizuje stav kalového hospodářství v jednotlivých regionech
představením typických čistírenských a kalových technologií, představením základních rysů legislativy,
představením současného a předpokládaného vývoje managementu kalového hospodářství a výzkumu v této
oblasti.
Publikaci jako editor připravil L.Spinosa – editor, s kolektivem: J.A. Miller - Západní Evropa, P. Jeníček –
Východní a Střední Evropa, J.S.C. Gunter - Rusko, A. Filibeli - Turecko, S. Dentel - Severní Amerika, J.A.
Barrios - Jižní a Střední Amerika, N. Okuno - Východní Asie, D.J. Lee - Jižní Asie a Čína, H.G. Snyman –
Afrika, D. Dixon a T. Anderson – Austrálie a Oceánie.
- 18 -
Západní Evropa
Hlavním aspektem kalového hospodářství v tomto regionu je přísná legislativní kontrola v rámci zemí EU, ale na
druhé straně současně značná různost v míře využívání různých metod konečného využívání kalů. Dobrým
příkladem může být využívání kalu v zemědělství, kde se relativní množství takto využívaného kalu pohybuje od
10 % ve Švédsku až po 70 % ve Španělsku.
Velká pozornost je nyní věnována recyklování všech biologicky rozložitelných odpadů v kontextu trvale
udržitelné péče o půdu. Z toho důvodu probíhají diskuse o revizi Direktivy 86/278/EEC týkající se využívání
kalu v zemědělství a příprava nové direktivy EU o bioodpadech. Do současné doby však tento proces nebyl
dokončen, protože musí navazovat na základní legislativu o ochraně půdy.
Obecný dojem je takový, že západoevropští environmentální odborníci i politici prosazují recyklování
biodegradabilních odpadů, ale jejich snaha je limitována neopodstatněnými restrikcemi, které aplikace těchto
metod činí příliš obtížnými a nákladnými.
Aplikace kalů na pole s největší pravděpodobností zůstane v tomto regionu hlavní variantou i pro příští léta, i
když nízká úroveň společenského akceptování této metody ji v některých zemích silně limituje. Nezbytná je však
stále přísnější kvalitativní kontrola takto aplikovaných kalů.
Skládkování kalu má klesající tendenci, která bude i nadále pokračovat, především, kvůli emisím methanu, které
přispívají ke skleníkovému efektu. V mnoha zemích je minulá orientace na skládkování silná, takže změny
budou velmi citelné. Například Direktiva 99/31 zavádí cíle pro snižování skládkování biologicky rozložitelných
komunálních odpadů takto:
-
do roku 2006 maximálně 75 % celkového množství biologicky rozložitelných komunálních odpadů
produkovaných v roce 1995
- do roku 2009 maximálně 50 %
- do roku 2016 maximálně 35 %
Způsob jakým budou jednotlivé země postupovat se bude lišit podle jejich tradic a vývoje, některé budou
přecházet od skládkování k aplikaci na pole, některé ke spalování.
Ve všech zemích kalové předpisy obsahují mnoho požadavků a limitních hodnot, ale často nejsou popsány
metody pro jejich stanovení. Jasná standardizace postupů a metod se stává nezbytnou podmínkou pro splnění
těchto právních požadavků. Z těchto důvodů Evropský výbor pro standardizace (CEN) ustavil Technický výbor
č.308 (TC 308), jehož posláním je standardizace postupů a metod používaných pro charakterizaci kalů a příprava
směrnice pro správné používání těchto metod.
Střední a Východní Evropa
V tomto regionu je charakteristickým rysem prudce rostoucí produkce čistírenských kalů spojená s rostoucím
počtem a rostoucí kapacitou čistíren odpadních vod a také s rostoucím podílem biologických metod čištění.
170%
160%
150%
140%
130%
120%
relativní produkce kalu
110%
100%
1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004
Obrázek 1: Relativní nárůst produkce sušiny kalů v ČR (podle Michalová a kol. 2006)
- 19 -
Vývoj produkce kalů v ČR za jednu dekádu obrázek 1. Podobnou situaci můžeme pozorovat i v dalších zemích
například v Polsku kde byla na přelomu tisíciletí roční produkce kalu okolo 500 000 tun (v sušině) se očekává
její zdvojnásobení do roku 2015.
Vzhledem k tomu, že stále více zemí tohoto regionu je členem EU nebo o toto členství usiluje dá se
předpokládat, že situace v západní, střední a východní Evropa se budou postupně sbližovat, i když
pravděpodobně rozdílným tempem.
Rozdílnost tempa je dána především různou výchozí pozicí, kterou dobře ilustrují data o počtu obyvatel
připojených na kanalizační systémy s centrální čistírnou odpadních vod. Zatímco v ČR je tento údaj cca 80 % a
v SR cca 55 %, ve většině dalších zemí je to méně, jak ukazuje tabulka 1.
Tabulka 1: Porovnání stavu čistírenství ve vybraných zemích regionu Střední a Východní Evropa
Země
Populace nepřipojená
na kanalizaci (%)
Populace připojená na kanalizaci, podle typu ČOV(%)
bez čištění
s mechanickým
čištěním
s biologickým
čištěním
Estonsko
28
1
1
70
Maďarsko
38
5
22
46
Lotyšsko
27
11
32
28
Slovinsko
37
30
10
23
Metody zpracování kalů jsou silně ovlivněny ekonomikou, a proto mají v tomto regionu vyšší zastoupení méně
nákladné postupy jako je využití v zemědělství a skládkování – viz srovnání obrázku 2 a 3.
jiné; 16%
spalování;
1%
zemědělství;
38%
skládkování;
39%
kompost;
6%
Obrázek 2: Zastoupení metod finálního zpracování čistírenských kalů v „nových“ zemích EU (ČR, SR,
Polsko, Maďarsko, Slovinsko)
Naproti tomu pro Německo je v oblasti finálního zpracování kalů charakteristické zanedbatelné skládkování
(3%). Přestože je Německo považováno za zemi s vysokým podílem spalování a přísně kontrolovaným a
utlumovaným zemědělským využitím kalů stále podíl kalů zemědělsky využívaných (zemědělství + rekultivace)
- 20 -
výrazně převyšuje podíl spalovaných (a spoluspalovaných kalů – 56% versus 34 %, jak dokumentuje obrázek 2.
Hlavní důvody tohoto rozdělení je třeba hledat v aktuální legislativě a nákladech na jednotlivé metody.
Obrázek 3: Zastoupení metod finálního zpracování čistírenských kalů v Německu (podle populačních
ekvivalentů), (Meda et al., 2006)
Pokud jde o konečnou likvidaci kalů metody jsou ovlivněny tradicemi a ekonomickou silou země, takže levné
metody jako skládkování a aplikace na pole převládají a patrně i nadále budou. I zde však podíl skládkovaného
kalu klesá zejména v menších zemích s vysokou hustotou obyvatelstva.
Je zde zřejmá snaha o důslednou kontrolu kvalita kalů aplikovaných na pole a z toho důvodu bude tato metoda
využití kalu hrát stále důležitou roli.
V řadě zemí střední Evropy a je dobré, že zde můžeme jmenovat Českou a Slovenskou republiku na prvním
místě, probíhá díky místním výzkumným aktivitám progresivní vývoj srovnatelný s tendencemi v západní
Evropě např. silný důraz na minimalizaci produkce a hygienizaci kalů, intenzifikace anaerobní stabilizace kalů
zejména dezintegračními metodami, termofilní anaerobní i aerobní stabilizace apod.
Rusko a Turecko
Specifická situace je v dalších zčásti evropských zemích v Rusku a Turecku. Otázky týkající se racionálního
kalového hospodářství jsou v těchto zemích teprve postupně nastolovány. V současné době je přijímána
legislativa často vycházející ze zkušeností zemí EU, ale zatím není zcela jasné, zejména v Rusku, kdy tento
legislativní rámec výrazně ovlivní kalovou realitu.
V Turecku je vliv EU silnější a program budování čistíren je zde hodně rozsáhlý, kal je většinou skládkován,
kompostován nebo přímo využíván v zemědělství.
Vzhledem k velké rozloze obou zemí zde nejsou restrikce skládkování příliš razantní.
Severní Amerika
V celé Severní Americe je hospodaření s čistírenskými kaly silně ovlivněno veřejným a politickým vnímáním
této oblasti. Toto vnímání bude i do budoucna determinovat kalovou politiku i praxi v této části světa.
- 21 -
Charakteristickým příkladem může být důsledná snaha opustit termín „sludge“ tedy kal a nahradit ho novým
měně odpuzujícím pojmem „biosolids“, pro který zatím těžko hledáme český ekvivalent.
Společenské vnímání musí být založeno na vědeckém popisu toho, co o kalech víme a na odhadu rizika, které
zhodnotí faktory, které zatím nemůžeme znát.
Tyto priority jsou v současnosti reflektovány řadou iniciativ usilujících o důvěru společnosti k aktuální kalové
politice např.:
-
2002: zpráva NRC (National Research Council) vyzývající k dalšímu výzkumu chemikálií a patogenů
v kalech v souvislosti s potenciálními zdravotními riziky
-
2003. „Biosolids Research Summit“
-
Založení „National Biosolids Partnership“, které rozvinulo systém dobrovolného environmentálního
managementu založeného na manuálu správné praxe v kalovém hospodářství
Kromě jiného USA a Kanada pokračují v rozsáhlém výzkumu zaměřeném na aktuální problémy kalového
hospodářství např.: výzkum rizik spojených s výskytem dioxinů a furanů, akumulace antimikrobiálních
prostředků, reaktivace a nový nárůst patogenů v hygienizovaných kalech nebo zdroje a mechanismus vzniku
zápachu kalů apod.
Střední a Jižní Amerika
V zemích tohoto regionu je hlavni úsilí koncentrováno na čištění odpadních vod a jen malá pozornost je
věnována problematice kalů. Většina omezených finančních prostředků je investována především v oblasti:
-
zabezpečení vody pro obyvatele (15 % nemá přístup k bezpečné pitné vodě)
-
výstavby stokových sítí a čistíren (20 % populace nemá adekvátní sanitaci)
Kalové hospodářství zůstává na okraji zájmu, což se odráží i v tom, že je často přejímána legislativa vyspělých
zemí, aniž by byla jakkoli přizpůsobena místním podmínkám, což způsobuje řadu problémů.
Hlavním požadavkem se zde tedy stává:¨
-
vývoj vhodných ekonomicky přijatelných metod stabilizace kalů, které zabezpečí bezpečné nakládání
s kaly a možnost jejich bezpečného využívání v zemědělství,
-
vývoj legislativy reflektující lokální specifika a zvýšení institucionálních kapacit, které zabezpečí
dodržování této legislativy.
Pro tuto oblast je klíčově důležité zemědělství, kontrola eroze půdy a z toho důvodu se jeví zemědělské využití
kalů jako optimální řešení.
Východní Asie
Nejvyspělejší země této oblasti Japonsko a Jižní Korea vykazují velký kontrast ve stavu kalového hospodářství.
Zatímco Japonsko zavádí nejmodernější technologie zpracování kalů, což přináší specifické problémy jako je
např. vysoká energetická náročnost. Jižní Korea na druhé straně zůstává u nejjednodušších řešení jako je
vypouštění většiny kalů do oceánu, které bylo zakázáno až od letošního roku 2008.
Přímé využívání kalů v zemědělství je v Japonsku relativně nízké a ještě klesá. Za lepší alternativu se považuje
kompostování, a proto lze očekávat jeho rozvoj na úkor některých metod termického zpracování, které začíná
být problematické kvůli své energetické náročnosti. Využití kompostů je limitováno přísnou kontrolou polutantů
jako jsou například těžké kovy a omezená je také ochota farmářů komposty využívat, poněvadž stále preferují
kejdu, hnůj a další organická hnojiva.
V Japonsku je již běžnou technologií spalování kalů v cementářských pecích nebo využití popela po spálení kalů
k výrobě stavebních materiálů (štěrku, tvárnic), a dalších speciálních materiálů, ale i zde jako u všech technologií
založených na spalování se projevují výhrady k relativně vysokým nákladům takového zpracování kalů.
Jižní Korea po zákazu vypouštění kalů do moře stojí před nutností zmírnit národní legislativu o hnojivech, která
nedovoluje využití čistírenských kalů k tomuto účelu. Byly zde prováděny také pro Evropana trochu exotické,
- 22 -
ale úspěšné pokusy s využitím kalů pro výživu žížal, nebo zkoušení kalů ve směsi s koagulanty a semeny rostlin
proti erozi půdy na příkrých svazích.
Jižní Asie a Čína
Situace v zemích tohoto regionu je silně diferencovaná. Kromě specifické situace v Číně zde můžeme nalézt
velké extrémy. Například Vietnam, ve kterém žije cca 78 milionů obyvatel má v provozu jednu velkou čistírnu
odpadních vod a dalších 6 se teprve projektuje, kal je zde vypouštěn do kalových lagun. Na druhé straně v
Singapuru (4,3 milionu obyvatel) jsou čištěny veškeré odpadní vody a kal je skládkován na blízkém ostrově.
Malajsie plánuje do roku 2022 napojení 85 % obyvatel na kanalizační systém s čistírnou odpadních vod a
v důsledku nárůstu produkce kalů chce nahradit současné využívání kalových polí a lagun jinými postupy s
mechanickým odvodněním a skládkováním nebo využíváním kalů pro kultivace nových zemědělských ploch.
Taiwan zvolil od roku 2010 politiku „totálního“ využívání kalů, tedy přechod od skládkování ke kompostování a
spalování kalů a komunálních odpadů s využitím popela.
Pokud jde o Čínu je velmi obtížné získat jakákoli statistická data o produkci a zpracování kalů, ale dokonce i o
tamní legislativě. Je pravděpodobné, že v Číně prakticky neexistují předpisy věnované zpracování a likvidaci
kalů. V každém případě výstavba čistíren odpadních vod byla zahájena a postupuje rychlým tempem.
V důsledku toho se odhaduje, že produkce kalů zde v roce 2020 dosáhne 8 milionů t/rok (v sušině) a většina
bude využívána v zemědělství.
Afrika
V afrických zemích je naprostý nedostatek informací o stavu čištění odpadních vod a produkci kalů. Výjimkou je
pouze Jihoafrická republika, kde je v provozu více než 900 čistíren odpadních vod. Kaly z nich se zpracovávají
tradičními „evropskými“ způsoby a rovněž kalová legislativa je již zde k dispozici, i když v současné době
prochází mnohými revizemi. V ostatních zemích je situace obdobná jako v chudších zemích Jižní Ameriky:
pozornost je koncentrována na zabezpečení čištění odpadních vod a kalové hospodářství nepatří mezi prioritní
problémy. Výsledkem je, že se často přejímá kalová legislativa vyspělých zemí, bez toho, aby byla adaptována
na místní podmínky.
Ve venkovských oblastech sanitace prakticky neexistuje a téměř 180 milionů obyvatel žije ve městech
s nedostatečnou sanitací, kterou reprezentují většinou latríny a septiky. Pokud někde funguje čistírna odpadních
vod většinou se neodkaluje a problémy s kalem se tedy neřeší. Přesto je třeba říci, že v řadě zemí se rozbíhají
různé mezinárodní projekty, které začínají zlepšovat tuto situaci. Například zpracování fekálních kalů ve
stabilizačních rybnících (Ghana, Benin, Mali), využití umělých mokřadů (Mali), společné čištění vod a
zpracování kalů ve stabilizačních rybnících (Burkina Faso, Botswana, Tanzanie).
Austrálie a Oceánie
Regulační rámec vodního a kalového hospodářství zde byl tradičně změřen zejména na zajištění toho, aby byl
vliv odtoků z čistíren na prostředí co nejmenší. V důsledku toho se kaly dostaly na „vedlejší kolej“ a většinou
byly pouze skladovány na deponiích s cílem mít co nejnižší náklady na jejich likvidaci. V současné době je již
tento přístup neudržitelný, a tak dochází ke změnám a jedním z řešení začíná být energetické využití kalů, avšak
o správnosti této volby je třeba přesvědčit obyvatelstvo, což se ne vždy daří a svou roli hraje i to, že náklady jsou
vyšší. V Austrálii a na Novém Zéland je ve střednědobé perspektivě za přijatelné řešení považováno využití kalů
v zemědělství.
V Austrálii již v tomto trendu pokročili tak daleko, že veškerý kal z velkých měst, kde žije zhruba polovina
obyvatel, je již recyklován do zemědělství. Na Novém Zélandu je trend obdobný, ale stále ještě silně spoléhají
také na skládkování.
Je třeba zmínit také intenzivní výzkum kalové problematiky v tomto regionu. K nejvýznamnějším patří National
Biosolilids Research Programme zaměřený na vliv kovů, nutrientů, patogenních organismů a stopových
organických látek na využití kalů.
- 23 -
ZÁVĚRY
Prezentované poznatky o globálním stavu technologií používaných pro zpracování čistírenských kalů dokládají,
že se jedná o dynamicky se vyvíjející oblast a o komplexní problematiku, která je silně vázána na specifické
lokální podmínky.
Používané metody s různou mírou akcentují dva základní požadavky, za prvé ochranu životního prostředí a
zdraví obyvatel a za druhé racionální využívání kalů jako surovinového zdroje.
Z uvedeného globálního přehledu je zřejmé, že výběr správných postupů pro zpracování kalů vyžaduje:
-
zabezpečení manažerské podpory pro maximalizaci přínosu recyklace a využívání cenných látek z kalů
-
vývoj provozních systémů vhodných pro místní podmínky včetně ekonomických, klimatických,
sociálních atd.
-
stanovení realistických a vymahatelných pravidel pro zacházení s kaly, včetně určení standardních
postupů pro charakterizaci kalů a účinnost metod
-
zajištění dlouhodobé životnosti a provozovatelnosti technologií
Tento obecný rámec je možné doplnit typickými příklady, které dokládají, že
-
nejvyspělejší země stanovili jako důležitý směr recyklování cenných látek z kalů, v současnosti
primárně jejich vracením do půdy, v budoucnu půjde stále více také o včasné a důsledné
vyhodnocování jakýchkoli potenciálně nepříznivých důsledků pro její kvalitu
-
některé země jako např. Japonsko jdou svojí průkopnickou cestou a jsou již v takovém stadiu vývoje, že
intenzivně využívají vysokoteplotní termické procesy zpracování kalů, které jsou z mnoha důvodů
slibné, ale naráží na bariéru vysokých energetických nákladů a přísných emisních limitů
-
na druhém pólu jsou desítky až stovky milionů lidí v různých regionech pro něž je nedostižnou
perspektivou jakékoli základní zpracování odpadních vod a kalů, které nebude ohrožovat jejich zdraví.
Seznam literatury
Jeníček P., Zábranská J., Dohányos (2006) Informace z konference „IWA Specialized Conference on Sustainable
Sludge Management“,. Sborník konference Kaly a odpady 2006, 9-12, Brno 19-21.6.2006,
Meda A., Schaum C., Wagner M., Cornel P., Durth A. (2006) Treatment and quality of sewage sludge in
Germany – results of a survey. Proc. of the IWA Spec. Conf. – Sustainable sludge management: state of
the art, challenges and perspectives, 771-779, Moscow, 29-31 May 2006.
Michalová M., Sedláček M., Sýkora K. (2006) Koncepce a strategie nakládání skaly z komunálních ČOV v ČR,
Sborník konference Kaly a odpady 2006, 13-21, Brno 19-21.6.2006
Spinosa L. editor. (2007) Wastewater sludge: a global overview of the current status and future prospects, IWA
Publishing London.
Vypracováno v rámci řešení výzkumného záměru MSM 6046137308.
- 24 -
K STRATÉGII NAKLADANIA S KALMI Z ČISTENIA KOMUNÁLNYCH
ODPADOVÝCH VÔD
Júlia Šumná, Dagmar Drahovská, Katarína Kozáková
Výskumný ústav vodného hospodárstva, Nábr. gen. Svobodu 5, 812 49 Bratislava
Abstrakt
Príspevok sa zameriava na niektoré aspekty nakladania s kalmi z čistenia komunálnych odpadových vôd na
území SR s ohľadom na spôsob realizovaného výberu finálneho spôsobu nakladania s nimi ale aj na možnosti,
spojené s revíziou rámcovej smernice o odpadoch, presadzujúcej novú stratégiu v oblasti odpadov - stratégiu
predchádzania vzniku odpadu a jeho recyklovania. V týchto intenciách sa zameriava na možnosti manažmentu
kalov nakladať s kalom v súlade s odpadovou hierarchiou v priestore vymedzenom právnou úpravou, popisuje
reálne podmienky nakladania s kalmi, ako aj možnosti zabezpečiť požiadavky podmieňujúce realizáciu
vybraného spôsobu nakladania s kalmi. Rozoberá prístup k formovaniu stratégie nakladania s kalmi, hľadanie
vhodných výstupov pre kal, ktoré sú predovšetkým bezpečné a udržateľné z pohľadu ochrany zdravia ľudí a
životného prostredia, ale tiež spoľahlivé a efektívne z hľadiska nákladov.
Kľúčové slová
kaly z čistenia komunálnych odpadových vôd, nakladanie s kalmi, zhodnocovanie kalov, zneškodňovanie kalov,
kontaminácia kalov, ťažké kovy,
V prvom rade sa pokúsime názorne prezentovať stav v nakladaní s kalmi z čistenia komunálnych odpadových
vôd na území SR pomocou hodnôt získaných spracovaním údajov získaných od jednotlivých pôvodcov tohto
druhu odpadu, predovšetkým VS, za roky 2005-6.
V roku 2005 predstavovala celková produkcia kalu v SR 56 360 t sušiny. Z toho sa v pôdnych procesoch využilo
39 120 t (69,4 %), dočasne sa uskladnilo 8 710 ton (15,5 %) a na skládky sa uložilo 8 530 t (15,1 %). V roku
2005 sa priamo do poľnohospodárskej pôdy aplikovalo 5 870 t sušiny kalu. Na výrobu kompostu bolo použité
28 910 t sušiny kalu, iným spôsobom bolo v pôdnych procesoch využité (rekultivácia skládok a pod.) 4 340 t
kalu.
V roku 2006 predstavovala celková produkcia kalu v SR 54 780 t sušiny. Z toho sa v pôdnych procesoch využilo
39 405 t (71,9 %), dočasne sa uskladnilo 6 130 ton (11,2 %) a na skládky sa uložilo 9 245 t (16,9 %). V roku
2006 sa kal priamo do poľnohospodárskej pôdy neaplikoval. Na výrobu kompostu bolo použité 33 630 t sušiny
kalu, iným spôsobom bolo v pôdnych procesoch využité (rekultivácia skládok, plôch a pod.) 5 775 t kalu.
Z porovnania spracovaných výsledkov je zrejmá relatívne vysoká zhoda, zjavný rozdiel sa vynára predovšetkým
v množstve kalu aplikovanom do pôdy. Získal sa až po overovaní a oprave údajov nahlásených za rok 2006,
z ktorých pôvodne vyplývalo, že porovnateľný podiel kalov ako v roku 2005, bol prostredníctvom organizácií
oprávnených na nakladanie s odpadmi aplikovaný do pôdy aj v roku 2006. A opätovne, aj v tomto roku, nebol
na schválenie predložený ani jeden projekt aplikácie kalu do pôdy. Preto sme kontaktovali dané organizácie
a tieto upresnili, že prevzatý kal neaplikovali do pôdy ale využili pri výrobe kompostu ( bez ohľadu na cenové
relácie ).
Mohlo by sa zdať, že situácia v nakladaní s kalmi je v SR jednoduchá a jasná – stav v nakladaní s kalmi je
stabilizovaný. Postup pôvodcu odpadu je v súlade so zákonom - odovzdáva kal organizácii oprávnenej na
nakladanie s odpadmi. Významný pohyb by nemal nastať, ak je v súlade so zákonom aj fáza nakladania s kalom
nasledujúca po odovzdaní kalu oprávnenej organizácii. V tejto oblasti už systém evidencie odpadov nie vždy
poskytuje informáciu o spôsobe nakladania a ak áno obyčajne nie je verifikovaná.
Potom kontrolné mechanizmy zlyhávajú, resp. ani nie je dôvod pre ich spustenie. Po zaplnení právneho vákua
pohyb nastane. Podporí ho aj nová odpadová stratégia v oblasti odpadov – zameraná na predchádzanie vzniku
odpadu a jeho recyklovanie, presadzovaná dotvárajúcou sa právnou úpravou s obnoveným dôrazom na
implementačné a kontrolné mechanizmy.
Aká je teda skutočnosť, aké podmienky sú k dispozícii pre reálne nakladanie s kalmi?
- 25 -
Pred cca 10 rokmi boli odvodené základné princípy koncepcie nakladania s kalmi z komunálnych ČOV a ako
nosný spôsob nakladania s kalmi z komunálnych ČOV sa stanovila riadená aplikácia kalov do pôdy.
Tento proces bol vybraný nielen ako relatívne najlacnejší spôsob konečného nakladania s kalom, ale pre
podmienky SR, aj ako environmentálne najprijateľnejšia voľba, adekvátna požiadavkám trvalo udržateľného
rozvoja, ktorá podlieha stanoveným pravidlám, s cieľavedomou prípravou a plánovaním, sledovaním a
kontrolou zloženia, vlastností pôdy a kalu (nielen agronomické ale aj environmentálne údaje), stanovenej dávky
a rastlinnej produkcie. Táto skutočnosť bola aj právne zohľadnená.
V zásade sa používajú dva spôsoby riadenej aplikácie do pôdy:
1. priama aplikácia samotného kalu do pôdy podľa zákona o aplikácii čistiarenského kalu do pôdy, ktorý
ustanovuje podmienky aplikácie čistiarenského kalu do poľnohospodárskej pôdy a do lesnej pôdy tak,
aby sa vylúčil ich škodlivý vplyv na vlastnosti pôdy, rastliny, vodu a na zdravie ľudí a zvierat.
2. aplikácia podľa zákona o hnojivách, napr. ako kompost, pôdna pomocná látka alebo pestovateľský
substrát. V tomto prípade produkt vyrobený na báze kalu podlieha certifikácii, posúdeniu zhody či
vlastnosti takéhoto hnojiva a jeho technická dokumentácia sú v súlade s príslušnými technickými
normami a so všeobecne záväznými právnymi predpismi.
Prvý spôsob, ako to prezentuje prehľad o nakladaní s kalmi, sa vzhľadom na náročnosť procesu schvaľovania a
nejasnosti a problémy so získavaním súhlasu užívateľa pôdy s aplikáciou kalov (nesúlad zákona s vykonávacou
vyhláškou) ako aj v kontexte s jednou zo spoločných podmienok pridelenia agroenvironmentálnej podpory
(zrieknutie sa používania kalov z čistiarní odpadových vôd, dnových sedimentov a v určitých prípadoch aj
kompostov vyrobených na ich báze na celej výmere podniku, ktorý by túto podporu mohol získať), stal
v podstate nerealizovateľný, resp. ťažko realizovateľný.
Druhý spôsob, dominujúci na trhu kalov je zas veľmi málo transparentný a ťažko kontrolovateľný.
Možnosť využívať kaly ako zdroj energie, ak nie je možné alebo účelné ich materiálové zhodnocovanie sa
v súčasnosti na území SR tiež nerealizuje. Pre samostatné spaľovanie kalov nemáme vybudované vhodné
spaľovacie kapacity. Významnú súčasť infraštruktúry odpadového hospodárstva SR síce tvorí kapacita na
spoluspaľovanie odpadov v 2 cementárniach (ostatné nespĺňajú podmienky zákona o ochrane ovzdušia), ale v
súčasnosti je rezervovaná pre nakladanie s priemyselným spáliteľným odpadom a na spoluspaľovanie
živočíšneho odpadu. S ohľadom na klesajúcu produkciu živočíšneho odpadu možno pre budúcnosť v týchto
zariadeniach principiálne uvažovať s energetickým zhodnocovaním kalov.
Nevyhovujúca situácia v oblasti energetického zhodnocovania odpadov je predmetom riešenia. Program
odpadového hospodárstva SR (POH SR) na roky 2005-2010 má pre túto oblasť stanovené ciele:
- zvýšiť energetické zhodnocovanie odpadov na úroveň 15 % z celkového množstva odpadu vzniknutého
v SR v roku 2010
- v roku 2010 spaľovať odpad výlučne s energetickým zhodnocovaním,
a opatrenia na ich splnenie:
– spáliteľné odpady, ktoré nie je ekonomicky akceptovateľné materiálovo zhodnocovať, spracúvať na
alternatívne palivo určené pre spoluspaľovanie,
– optimalizovať kapacitu spaľovacích zariadení na úroveň potrieb SR v súlade s množstvom odpadu, pre
ktoré je spaľovanie optimálny spôsob zhodnotenia.
Ukladanie kalu na skládku odpadu je poslednou voľbou manažmentu nakladania s kalmi. V SR je s ohľadom na
nedostatok spaľovacích zariadení aj jedinou možnosťou zneškodňovania kalov.
V súčasnosti sa neprejavuje nedostatok kapacít pre tento spôsob zneškodňovania odpadov a plánované zámery
budovania skládok sa vo veľkej miere podľa POH do roku 2005 splnili.
Napriek tomu sa môžu vyskytnúť lokálne problémy s nedostatkom kapacít pre skládkovanie.
Cieľom POH SR pre túto oblasť je znížiť množstvo skládkovaného odpadu na 13 % z celkového množstva
odpadu vzniknutého v SR v roku 2010 a medzi opatrenia na jeho dosiahnutie patrí aj požiadavka minimalizovať
množstvo kalov z ČOV ukladaných na skládky a zvýšenie poplatkov za ukladanie odpadov na skládky.
Očakáva sa, že hodnota organického podielu pre odpady zneškodňované na skládkach odpadu bude limitovaná a
nasmerovaná k podpore procesov využívania alebo získavania energie. Tento dlho odkladaný krok sa zrejme
urýchli implementáciou novej stratégie EÚ. Rovnako možno očakávať obnovený dôraz na evidenčné
a nahlasovacie povinnosti a kontrole ich plnenia, ale predovšetkým kontrole dodržiavania postupov nakladania
s kalmi v organizáciách oprávnených na nakladanie s odpadmi, na ktoré im bolo vydané oprávnenie. Prioritne
využívaný proces nakladania s kalmi – výroba kompostu prostredníctvom oprávnenej osoby sa pravdepodobne
skomplikuje.
Z uvedeného súhrnu je zrejmé, že možnosti zhodnocovania a zneškodňovania kalu v súlade s platnou právnou
úpravou nie sú v SR postačujúce a pre dlhodobé, racionálne riešenie tohto problému nie je dispozícii koncepčný
prístup nakladania s týmto druhom odpadu. Prijať zodpovedné a správne rozhodnutie riešenia kalovej otázky
- 26 -
z dlhodobej perspektívy môže byť v takýchto podmienkach nielen obtiažné, ale - z hľadiska vynaložených
investícií - aj spojené so značným rizikom.
Perspektívu pre nakladanie s kalmi z čistenia komunálnych odpadových vôd treba začať zmysluplne budovať.
Je potrebné zaoberať sa koncepciou a stratégiou nakladania s kalmi.
Manažment kalového hospodárstva, vývoj stratégie pre využívanie alebo zneškodňovanie kalov z čistenia
odpadových vôd a to nielen priemyselných ale aj komunálnych - predstavuje zložitý proces nasmerovaný
k hľadaniu vhodných výstupov pre kal, ktoré sú predovšetkým bezpečné a udržateľné z pohľadu ochrany zdravia
ľudí a životného prostredia, ale tiež spoľahlivé a efektívne z hľadiska nákladov. Tento proces by mal v
maximálnej miere zaisťovať materiálové, resp. energetické využitie úžitkových - kladných vlastností kalu,
prispievať k zachovaniu základne zdrojov, ktorá je neodmysliteľná pre trvalo udržateľný hospodársky rast a
súčasne eliminovať, minimalizovať alebo aspoň na prijateľnú mieru obmedziť účinok možných negatívnych
vplyvov na životné prostredie. Základným bodom vývoja dobrej praxe nakladania s kalom z pohľadu jeho
zhodnocovania alebo zneškodňovania je kvalita kalu, ktorá závisí od zloženia odpadových vôd, čistením ktorých
vznikol a z pohľadu jeho zloženia a niektorých konkrétnych vlastností od spôsobu jeho spracovania.
Uvažovaný prístup jasne demonštruje, že možnosť využívania kalu vyžaduje vysokú kvalitu kalu a ak sa
dosiahne, je pre jeho pôvodcu k dispozícii širší výber možností nakladania s kalom. Vo všeobecnosti možno
povedať, že každá technológia spracovania alebo úpravy kalu má svoje obmedzenia a každý spôsob konečného
nakladania s kalom má z tohto aspektu osobitné nároky. Proces spracovania kalu by mal byť zvolený tak, aby sa
stav, ktorý významne zvýši istotu systému kalového hospodárstva, dosiahol. Ak podmienky daného prostredia
jednoznačne priorizujú konkrétny spôsob nakladania s kalom je potrebné dosiahnuť najvyššiu ekonomicky
únosnú hladinu ukazovateľov limitujúcich alebo podmieňujúcich realizáciu tohto spôsobu. Z toho je zrejmé, že
cieľom spracovania kalov je dosiahnuť také zloženie a vlastnosti kalu, ktoré umožňujú plynulú realizáciu
zvoleného spôsobu nakladania s kalom. A tieto zámery je treba mať na zreteli nielen v súvislosti s technológiou
spracovania kalov, ale aj na vstupe odpadových vôd do kanalizácie – v procese tvorby prevádzkového poriadku,
vo fáze prevencie pred kontamináciou.
Záväzné rozhodnutie ohľadom riešenia kalovej koncovky je podmienené analýzou možností nakladania
s čistiarenskými kalmi, smerovaním právnej úpravy a strategickým a koncepčným prístupom k procesu
nakladania s týmto kalom. Univerzálne riešenie neexistuje.
Vývoj stratégie nakladania s kalmi z čistenia komunálnych odpadových vôd predpokladá nasledovnú sériu
krokov:

Identifikácia cieľov a podmienok
Zber relevantných dát o súčasnej a budúcej produkcii, spracovaní a kvalite kalov o možných
výstupoch a detailných podmienkach
Všeobecné možnosti spracovania a zhodnocovania/zneškodňovania kalov
Predbežné ekonomické, environmentálne zhodnotenie možnosti spracovania a zhodnocovania resp.
zneškodňovania kalov s ohľadom na bezpečnosť a akceptovateľnosť verejnosťou
Detailná ekonomická, environmentálna analýza vybraných spôsobov pri zohľadnení
bezpečnosti a akceptovateľnosti verejnosťou – súlad s právnou úpravou, široké konzultácie s
odbornou i laickou verejnosťou
Uplatnenie prístupu najlepšia použiteľná environmentálna voľba BPEO
Prehľad možných neistôt vo vzťahu k BPEO
Výsledok zhodnotenia –predmet konzultácii
Implementácia a monitoring
Stabilitu systému zvyšuje spoločné riešenie kalového hospodárstva pre viac ČOV, celú VS, prípadne regionálne
riešenie. Umožňuje širší výber možností, ekonomickú dostupnosť nákladných procesov (sušenie, spaľovanie..)a
poskytuje možnosť alternatívnych spôsobov nakladania. Okrem skôr uvedených spôsobov nakladania s kalmi,
existuje celá rada ďalších postupov, ktorá je v našich podmienkach využívaná len okrajovo alebo vôbec.
V prípade, že by pre tieto spôsoby boli vypracované a schválené primerané predpisy, mohli by vhodne dotvárať
prostredie pre nakladanie s kalmi. Je to predovšetkým rozšírenie využívanie kalov v oblasti pôdnych procesov
na nepoľnohospodárske pôdy, rekultivácia a obnova degenerovaných pôd, zarovnávanie terénnych depresií,
obnova krajiny a pod. Ďalej je to pestovanie priemyselných plodín: mladý, zelený porast (vŕby, topole),
produkcia biomasy, pestovanie textilných plodín: konope, ľan na výrobu vlákna, repka olejnatá na výrobu oleja
a priemyselné účely, ľanové semeno, ľan a pod.
- 27 -
Medzi doplnkové možnosti nakladania s kalmi z čistenia komunálnych odpadových vôd patrí výroba tuhých
alternatívnych, resp. náhradných palív, výroba tepelne spracovaných stavebných výrobkov ale aj podstatne
náročnejšie technológie zhodnocovania kalov ako je získavanie jednotlivých zložiek kalu, pyrolýza kalu,
splyňovanie kalu, mokrá oxidácia kalu a pod.
Záver
Proces nakladania s kalmi z čistenia komunálnych odpadových vôd je výslednicou reálnych výrobných
vzťahov a potrieb, hospodárskych, environmentálnych a ekonomických podmienok a možností daného
spoločenstva. Vyžaduje systémový a koncepčný prístup.
Pravidlá a podmienky vymedzujúce základne – nosné - spôsoby nakladania s odpadmi (zakotvené v právnej
úprave): aplikácia do pôdy, energetické zhodnocovanie procesu nakladania s kalmi, ukladanie na skládku, nie sú
hlavne v prvom prípade jednoznačné a transparentné. Naviac je potrebné tento rámec doplniť normami
popisujúcimi realizovateľnosť doplnkových spôsobov nakladania s kalmi. Tento proces je potrebné iniciovať a
aktívne ho usmerňovať.
Riešenie inšpirované prístupom EÚ k naliehavým problémom - otvoriť komunikáciu k stratégii nakladania
s kalmi z čistenia komunálnych odpadových vôd na úrovni všetkých zainteresovaných, vrátane odbornej
verejnosti, resp pod jej vedením. Do tejto diskusie je potrebné zahrnúť všetky sporné body.
Potom možno v intenciách prezentovaných úvah racionálne prehodnotiť systém nakladania s kalom a
s ohľadom na možnosti danej ČOV, lokality, regiónu resp. VS a vytvoriť stratégiu nakladania s kalom vrátane
manažmentu kvality kalu, a zrealizovať postupnú prestavbu kalového resp. odpadového hospodárstva s
cieleným prechodom na podmienky najlepšej použiteľnej environmentálnej voľby.
- 28 -
VÝVOJ KALOVÉHO HOSPODÁŘSTVÍ NA ÚČOV PRAHA
ZA POSLEDNÍCH 10 LET
Michal Dohányos, Jana Zábranská, Pavel Jeníček, Josef Kutil, Vladimír Todt
Vysoká škola chemicko-technologická, Ústav technologie vody a prostředí, Technická 5., 166 28 Praha 6
Úvod
Na čistírnu odpadních vod je nutno se dívat a posuzovat ji komplexně jako jeden funkční celek. Je samozřejmé,
že hlavním posláním ČOV je vyčištění odpadních vod tak, aby mohly být vráceny do přírody nebo znovu
využívány. To je také důvod, proč je v mnoha případech hlavní pozornost zaměřena na základní čistírenský
stupeň, kterým bývá většinou aktivace.
V porovnání s rozvojem zájmu o aktivaci zůstává často pozadu zájem o rozvoj a intenzifikaci ostatních
technologických celků ČOV. Poněkud se zapomíná, že v rámci klasického čistírenského postupu se většina z
přivedeného znečištění v odpadních vodách převádí do kalů. Kaly představují přibližně 1-2 % objemu čištěných
vod, je však v nich transformováno 50-80 % původního znečištění. Zpracování a likvidace těchto kalů se tak
stává jedním z nejdůležitějších a nejkritičtějších problémů čištění odpadních vod.
Nejrozšířenější metodou zpracování kalů je jejich anaerobní stabilizace, při níž dochází k přeměně většiny
rozložitelných organických látek do bioplynu za současné stabilizace a hygienizace kalu. Anaerobní stabilizace
kalů a následné využívání bioplynu v kogeneračních jednotkách k výrobě elektrické a tepelné energie je
významným ekonomickým přínosem pro čistírnu. Při dobře řízeném provozu kalového hospodářství a celé ČOV
může takto získaná energie z bioplynu za určitých okolností plně pokrýt veškerou spotřebu tepla a elektrické
energie celé ČOV.
Ústřední čistírna odpadních vod Praha uvedená do provozu v roce 1967 prošla v průběhu doby několika
intenzifikacemi. Téměř až do konce devadesátých let ÚČOV biologicky čistila pouze 70% přítoku odpadní vody,
zbytek byl vypouštěn do Vltavy po mechanickém předčištění. Poslední intenzifikace byla uvedena do provozu
v roce 1997 a je v podstatě provizoriem, které s co nejmenšími investičními náklady biologicky čistí a částečně
nitrifikuje celý přítok odpadní vody bez nutnosti výstavby nové čistírny.
Optimalizace podmínek kalového hospodářství
Vzhledem k tomu, že většina znečištění se tedy zpracovává na kalovém hospodářství, musí být také tomuto
stupni věnována náležitá pozornost. Především je nutno mít na zřeteli vzájemný vliv jednotlivých čistírenských
stupňů. Typ a uspořádání mechanického a aerobního biologického stupně silně ovlivňuje množství a vlastnosti
produkovaných kalů, což je velice důležité pro jejich další zpracování. Mění se poměr mezi množstvím
primárního a sekundárního kalu a mění se i jejich kvalita.
Na většině čistíren, zejména větších, je stupněm kalového hospodářství anaerobní stabilizace. Anaerobní
stabilizace kalů je proces při němž se organické látky přítomné v kalech postupně biochemicky rozkládají za
nepřístupu vzduchu na methan a oxid uhličitý, tj. energeticky bohatý bioplyn. Spalování bioplynu
v kogeneračních jednotkách účinně využívá energii z bioplynu a umožňuje současnou produkci elektrické i
tepelné energie. Jedním z klíčů optimalizace kalového hospodářství je tedy optimalizace anaerobní stabilizace to
jest zvýšení produkce bioplynu. Toho lze dosáhnout:
• zvýšením množství přiváděných organických látek,
• optimalizací technologických podmínek procesu,
• předúpravou přebytečného aktivovaného kalu – desintegrací,
• termofilní anaerobní stabilizací.
- 29 -
Množství přiváděných organických látek. Na ČOV vznikají dva druhy kalů. Primární kal z usazovacích nádrží,
jehož množství je dáno charakterem a množstvím přiváděné odpadní vody a funkcí usazovací nádrže. Dalším
druhem kalu je přebytečný aktivovaný kal, představující zbytkovou biomasu z aerobního stupně. Jeho množství
a kvalita závisí na množství organických látek přiváděných na aerobní stupeň a na době zdržení biomasy
v aerobním stupni. Směs obou kalů tvoří „surový směsný kal“ (SSK), který je pak přímo dávkován do
anaerobních reaktorů. Množství primárního kalu lze do určité míry zvýšit předsrážením surové odpadní vody
např. solemi železa. Dosáhne se tím zachycení větší části jemně suspendovaných a koloidních látek ze surové
odpadní vody do primárního kalu a součastně se sníží zatížení aerobního stupně a sníží se i množství
přebytečného aktivovaného kalu. Předsrážení příznivě ovlivňuje množství a kvalitu substrátu pro anaerobní
stabilizaci. Většina přivedených organických látek se v anaerobním stupni transformuje do energeticky bohatého
bioplynu.
Optimalizace technologických podmínek procesu. Mezi důležité faktory ovlivňující funkci anaerobních reaktorů
patří míchání a rovnoměrné dávkování surového kalu do anaerobních reaktorů. Míchání zabezpečuje
homogenizaci obsahu reaktoru, rovnoměrnou distribuci tepla, dobrý kontakt mikroorganismů a substrátu,
zamezuje lokálnímu hromadění meziproduktů fermentace, tvorbě zkratových proudů a „mrtvých koutů“ a
umožňuje plné využití reakčního objemu reaktoru.
Dávkování surového směsného kalu by se mělo co nejvíce přibližovat kontinuálnímu. To zabrání nárazovému
přetížení a pomůže k udržení dynamické rovnováhy systému. K lepšímu kontaktu inokula se substrátem přispěje
také dávkování surového směsného kalu do recirkulačního potrubí, pokud možno před výměník tepla a to tak,
aby poměr průtoku recirkulovaného a dávkovaného kalu byl alespoň 3:1.
Základním předpokladem ekonomického provozu methanizace je zahuštění dávkovaného surového kalu. Čím je
vyšší koncentrace vstupujícího kalu, tím méně balastní vody se musí ohřívat a zlepší se využití objemu reaktoru.
Horní hranice koncentrace dávkovaného kalu je daná pouze technickými možnostmi zahuštění a dopravy
zahuštěného kalu.
Předúprava kalu – desintegrace. Výtěžnost bioplynu z přebytečného aktivovaného kalu (PAK) je velmi nízká,
protože extracelulární polymery a látky buněčné stěny jsou velmi obtížně rozložitelné. Dobře rozložitelné látky
buněčného obsahu někdy zůstávají uzavřeny v buňce i po methanové fermentaci.
Je všeobecně známo, že rozemletí suspendovaných látek a rozbití buněk mikroorganismů způsobuje zlepšení
anaerobního rozkladu těchto materiálů. Dezintegrací – rozemletím materiálu určeného k fermentaci se zde
dosáhne podstatného zvětšení povrchu částic, což zlepšuje jeho přístupnost enzymovému rozkladu.
Mechanické rozbití alespoň části buněk aktivovaného kalu zvyšuje nejenom rozložitelnost vlastního
aktivovaného kalu, ale stimuluje rozklad dalších organických látek z primárního kalu. Zatím z provozních metod
dezintegrace jsou nejrozšířenější metoda s ultrazvukem a dezintegrace pomocí zahušťovacích lyzátovacích
centrifug.
Termofilní anaerobní stabilizace. Technologický význam termofilního procesu je v tom, že umožňuje snížení
potřebného objemu reaktorů a umožňuje pracovat při vyšším zatížení reaktorů. Převedení procesu anaerobní
stabilizace z mezofilních na termofilní podmínky je významným intenzifikačním krokem, který umožňuje lepší
využití stávajících zařízení a odstranění přetížení reaktorů. Hlubší rozklad organických látek má za následek
vyšší produkci bioplynu a snížení množství stabilizovaného kalu. Hlavní podmínkou dobré funkce a stability
termofilního procesu je správné zapracování reaktoru. Zapracování mezofilní anaerobní biomasy na termofilní
musí probíhat postupně. Zvyšování teploty musí být pozvolné a prováděno takovou rychlostí, aby nedocházelo k
poklesu produkce methanu. Jednotlivé kroky zvyšování teploty by neměly být větší než 2-3°C. Takovýto způsob
zapracování je relativně dlouhý, ale přináší nejspolehlivější výsledky.
Kalové hospodářství ÚCOV v devadesátých letech
K systematickému řešení kalové problematiky na ÚČOV Praha dochází počátkem 90. let kdy již bylo naprosto
neodkladné přistoupit k odstranění vzniklých disproporcí. Kalová koncovka byla i v zadání soutěže, byla i
součástí navrhovaného a přijatého řešení, ale dodnes nebyla realizovaná.V této době docházelo ke kritické
situaci v provozování ÚČOV také z důvodu, že přebytečný kal byl čerpán před primární sedimentaci.
V důsledku špatných separačních vlastností přebytečného aktivovaného kalu docházelo k jeho únikům.
- 30 -
V průběhu tohoto období, při klesajícím množství přitékajících odpadních vod, ale postupně stoupající
koncentraci CHSK i NL neustále roste množství kalu, jak to dokumentují obrázky 1 a 2. Je patrný plynulý nárůst
kalu přerušený poklesem v r.1966, kdy byla ÚČOV z důvodu realizace intensifikace vodní linky cca 2,5 měsíce
odstavena z provozu a v r.1997 kdy před ukončením intensifikace a uvedením do zkušebního provozu byla celá
produkce aktivovaného kalu akumulována v nově vybudovaných dosazovacích nádržích a nádrži regenerační.
Z obrázku 1 je také patrná výrazná změna v poměru primárního kalu (PK) a zahuštěného přebytečného
aktivovaného kalu (ZPAK) daná aplikací předsrážení odpadních vod železitými solemi. Obdobný trend sleduje i
objem a hmotnost produkovaného anaerobně stabilizovaného (obr.2). Množství surového směsného kalu
v současné době dosahuje cca 110 tun/d sušiny (obsah organické sušiny je 70 tun/d) a množství vyhnilého kalu
je cca 70 tun/d sušiny.
50000
tun/rok
40000
30000
PK
ZPAK
SSK
20000
10000
19
90
19
91
19
92
19
93
19
94
19
95
19
96
19
97
19
98
19
99
0
rok
Obr.1. Vývoj hmotnosti surového směsného kalu v t/rok a jeho složek, tj. primárního kalu a zahuštěného
přebytečného aktivovaného kalu v jednotlivých letech období 1990 – 99
800000
600000
30000
25000
objem
hmotnost
20000
15000
400000
10000
200000
5000
0
19
90
19
91
19
92
19
93
19
94
19
95
19
96
19
97
19
98
19
99
0
hmotnost (t/rok)
objem (m3/rok)
1000000
rok
Obr.2. Vývoj objemu a hmotnosti anaerobně stabilizovaného kalu v jednotlivých letech 1990 – 99
Pro vyřešení problematiky unikajícího PAK byla zvolena cesta jeho separátního zahušťování pomocí
zahušťovacích odstředivek typu BSC 4-2 od KHD Humboldt-Wedag, tím se zvýšila kapacita primárních
sedimentačních nádrží a dosáhlo se podstatně vyššího zahuštění PAK.
Zahušťování PAK pomocí odstředivek BSC 4-2 bylo uvedeno do provozu od poloviny toku 1994 a dosažené
efekty, spočívající jednak v podstatném snížení úniků NL a BSK5 by-passem ukazuje tab.č.1 a rovněž snížení
zatížení aktivace jak NL, tak i BSK5.
Tab. 1 Průtok mechanicky vyčištěných odpadních vod by-passem, průměrná koncentrace NL a BSK5, a
hmotnostní bilance obou ukazatelů
1993
1994
1995
průtok
m3/rok
37 110 315
41 777 259
51 754 619
NL
mg/l
188,8
159,0
93,0
BSK5
mg/l
117,2
93,0
78,0
BSK5
t/rok
4 349 327
3 885 279
4 036 859
NL
t/rok
7 006 424
6 642 575
4 813 178
Tabulka ukazuje výrazný pokles zatížení by-passu a tudíž výrazný pokles zatížení recipientu po zavedení
zahušťovacích odstředivek a to i při stoupajícím průtoku. Toto opatření umožnilo provozovat ÚČOV v nových
- 31 -
legislativních podmínkách a překlenout období do dokončení akce Intensifikace II, etapa Ia, jejíž podstata
spočívala v mechanicko-biologickém čištění celého objemu odpadních vod přitékajících na ÚČOV.
Uplynulé období plně potvrdilo správnost, vhodnost i včasnost zavedení zahušťování PAK. Ostatně bez
existence zahušťování PAK by nebylo možné uvést v r.1997 do provozu (zkušebního) I.a etapu Intensifikace II,
pro další nárůst PAK. V současné době je v objektu pro zpracování kalu instalováno 5ks zahušťovacích
odstředivek BSC 4-2.
Anaerobní stabilizace.
Surový směsný je stabilizován v 6 metanizačních nádržích (VN) prvního stupně a 6 VN druhého stupně.
Využitelný celkový provozní objem jedné nádrže I° je 5 150m3, ale z důvodů vytváření pojistného prostoru pro
eliminaci pěnících stavů je prakticky provozní objem v rozmezí 3 400 – 4 000m3. Obsah nádrží prvního stupně je
míchán externě cirkulačními čerpadly a stejným způsobem i ohříván ve spirálových výměnících. VN II° jsou
stejného tvaru i rozměrů, ale s nasazenými plovoucími plynojemy. Provozní objem VN II° koresponduje
s nádržemi I°, protože je ve dvojici nádrží udržována stejná hladina Nutný požadavek spolehlivého míchání VN
prvního stupně byl podpořen instalací míchání bioplynem. Provedené hydraulické charakteristiky u VN I° i II°
ukázaly:
• VN I° je při pouze hydraulickém míchání (externí recirkulace) využita jen z 54,3%, střední doba zdržení je
při denní dávce kalu 450 m3 pouze 4,3 dne
• VN I° je při souběžném míchání (externí recirkulace a míchání pneumatické) využita ze 75,1%, střední doba
zdržení se zvýšila na 5,1 dne.
• Zavedení míchání bioplynem zvýšilo využití VN I° o 20,8%, stále však zbývá 25% nevyužitého prostoru
nádrže.
• VN II° není míchaná, její objem zvyšuje dobu zdržení v prvním případě (míchání pouze hydraulické) na 7,3
dne, ve druhém případě na 9,0 dne. Navíc byla potvrzena existence zkratových proudů, kdy se mění kvalita
kalu i během čerpání.
Odvodňování kalu.
Počátkem 90.let vznikly značné obtíže se zpracováním stabilizovaného kalu, protože byl zrušen odbyt
neodvodněného kalu do zemědělství, kapacita kalových polí je schopna ročně zpracovat pouze cca 3% současné
produkce a bylo nutno veškerý vyhnilý kal odvodňovat mechanicky. V té době byly na ÚČOV instalovány 2ks
pásových lisů Bellmer, které svojí kapacitou (cca 70m3/hod, při sušině odvodněného kalu cca 23,5%)
nepostačovaly a navíc bylo zapotřebí vybudovat kapacitu na zpracování zvýšené produkce stabilizovaného kalu
po ukončení intensifikace, která byla odhadována ve výši 70 tun sušiny za den.
V té době byla rovněž zpracována v býv.PKVT s.p. koncepce na definitivní řešení kalové problematiky včetně
kalové koncovky, založená na maximálním odvodnění, sušení a spalování VK. Protože pro sušení je důležité,
aby sušina vstupního materiálu byla maximální byly instalovány postupně od r.1993 4ks odvodňovacích
odstředivek Centripress 4-1, které zaručují sušinu odvodněného kalu ve výši cca 35%. Situace v procesu
anaerobní stabilizace (míchání, pěnění, zatížení, doba zdržení atd.) ale nedovoluje spolehlivě tohoto parametru
dlouhodobě dosahovat. Zavedením odvodňovacích centrifug Centripress bylo dosaženo snížení objemu kalů (při
produkci 70 tun sušiny VK/den) oproti pásovým lisům Bellmer až o 35.723 t/rok a případné snížení potřebného
odparu vody na sušárně z 80.953 t/rok na 45.230 t/rok, tj. o 45%.
Stav zdrojů vlastní výroby energie na ÚČOV Praha počátkem 90. let
ÚČOV Praha byla již na začátku provozu koncipována na vysoké technické úrovni. Bylo vybudováno
energocentrum pro vlastní výrobu el. energie z bioplynu. V roce 1967 byly instalovány 2 spalovací turbiny, v té
době se špičkovými parametry, o výkonu 1,5 MWel (každá), ale s elektrickou účinností 16% a s využitím
odpadního tepla. Termická účinnost turbogenerátorů dosahovala 49% S ohledem na účinnost, technický stav
soustrojí a omezenou produkci bioplynu bylo možné provozovat vždy jen jedno soustrojí. Po 25 letech provozu,
v r.1994 byla již tato zařízení na konci životnosti, elektrický výkon poklesl na 0,8 MWel (každé).
Z přehledu uvedeného v tabulce 2 vyplývá, že vlastní výroba elektrické energie v první polovině 90.let činila cca
16 – 18% z celkové spotřeby el. energie (tabulka 2). Bioplyn byl využíván s účinností 12 – 14% a se zahrnutím
výroby tepla s účinností 60 – 65%.
- 32 -
Tab.č.2 Spotřeba a vlastní výroba el.energie
rok
1990
1991
1992
1993
výroba EE
MWh
4 718
4 708
3 638
4 473
nákup EE
MWh
21 860
23 207
24 306
23 246
EE celkem
MWh
26 578
27 915
27 944
27 719
Produkce BP
v mil. Nm3
8,71
8,10
8,54
8,14
Současné zkušenosti a dosažené výsledky prokázaly, že rozhodnutí realizovat urychleně rekonstrukci
energocentra v r.1994 na bázi instalace 3 x 1 MWel motorgenerátorů na bioplyn bylo správné. Umožnilo využití
produkovaného bioplynu a zajistilo krytí zvýšené spotřeby el. energie pro intensifikaci zpracování kalů.
Intenzifikace kalového hospodářství na ÚČOV Praha
Stálý nárůst množství surového směsného kalu a nízká účinnost využití energie z kalu si vyžadovala důslednou
intenzifikaci kalového hospodářství. Pro intenzifikaci anaerobní stabilizace kalů byly na ÚČOV Praha zvoleny
dvě vzájemně se umocňující metody a to zavedení lyzace přebytečného aktivovaného kalu a zavedení termofilní
anaerobní stabilizace směsného surového kalu.
Aplikace lyzátovací technologie
Je všeobecně známo, že rozemletí suspendovaných látek a rozbití buněk mikroorganismů způsobuje zlepšení
anaerobního rozkladu těchto materiálů. Dezintegrací – rozemletím materiálu určeného k fermentaci se dosáhne
podstatného zvětšení povrchu částic, což zlepšuje jeho přístupnost enzymovému rozkladu.
Náš přístup k této problematice je založen na využití stimulačních vlastností buněčného lyzátu, který vzniká při
mechanickém nebo lytickém porušení buněčných stěn. Buněčný lyzát působí stimulačně na činnost a růst
mikroorganismů. Urychlení probíhajících biodegradačních reakcí má za následek zkrácení doby zdržení pro
stejný efekt, což umožní zmenšení potřebného objemu reaktoru, nebo prohloubení biologického rozkladu, tj.
podstatně více organických látek je rozloženo a tím se sníží množství zbývajícího nerozloženého materiálu.
Stimulace rozkladu organické hmoty lyzátem při anaerobní methanové fermentaci zvyšuje produkci bioplynu,
což činí celý proces energeticky aktivním a hlubší rozklad má za následek snížení celkového množství
produkovaných kalů.
Vhodnou konstrukční úpravou centrifugy lze využít nadbytek kinetické energie centrifugy k většímu rozbití
buněk mikroorganismů, obsažených v centrifugovaném kalu. Konstrukční úprava centrifugy spočívá v
namontování lyzovacího (dezintegračního) zařízení do té části odstředivky, kde zahuštěný kal již opustil
zahušťovací prostor, čímž lze dosáhnout destrukci podstatně většího množství buněk a tím i vytvořit potřebné
množství lyzátu a to vše bez zvýšení elektrického příkonu centrifugy. Množství rozbitých buněk závisí na
parametrech centrifugy (počet otáček, průměr bubnu a pod.), na druhu dezintegračního zařízení a na druhu a
kvalitě zpracovávané biomasy. Tuto úpravu lze s výhodou provést u zahušťovací centrifugy pro zahušťování
přebytečného aktivovaného kalu.
Ověření metody lyzátovací centrifugy. Ve spolupráci VŠCHT Praha - Ústav technologie vody a prostředí, býv.
PKVT s.p. a firem CENTRIVIT a KHD Humboldt Wedag byla provedena již v r.1995 příslušná úprava na
centrifuze BS-3-01 a poloprovozně ověřena její funkce, tj. tvorba lyzátu a následný vliv lyzátu na anaerobní
stabilizaci kalu.
Laboratorní testy výtěžnosti bioplynu prokázaly významný stimulační efekt buněčného lyzátu připraveného
dezintegrací přebytečného aktivovaného kalu. Nejvyššího efektu bylo dosaženo u samostatného aktivovaného
kalu - zvýšení výtěžnosti bioplynu až o 84.6%, ve srovnání s kalem, který neprošel dezintegrací. U směsi
aktivovaného kalu s primárním kalem 24%.
Na základě pozitivních výsledků laboratorních testů se přikročilo k úpravě velkých provozních zahušťovacích
centrifug BSC-4-2 - KHD Humboldt Wedag. Jedna takto upravená centrifuga byla uvedena do zkušebního
provozu začátkem září 1996 na ÚČOV Praha. Účinnost v rozbíjení buněk u této centrifugy a stimulační efekt
vzniklého lyzátu byly zkoušeny za různých podmínek úpravy centrifugy i s různou kvalitou přebytečného
aktivovaného kalu a vyhnilého anaerobního kalu.
- 33 -
Poprvé byla lyzátová technologie odzkoušena v celoprovozním měřítku v období od 24.4.1997 do 31.7.1997,
kdy byl podroben lyzaci veškerý zahuštěný kal na ÚČOV Praha. Vyhodnocování bylo ukončeno k 31.7.1997,
protože v srpnu započalo uvádění intenzifikované ÚČOV do provozu, což v kalovém hospodářství znamenalo
zásadní změny. Bylo to přechodné snížení produkce přebytečného aktivovaného kalu z důvodu potřeby
akumulace aktivovaného kalu v nově vybudovaných objektech (4 ks dosazovacích nádrží a regenerační nádrž).
Následně došlo k trvalé změně poměru primárního a přebytečného aktivovaného kalu (PAK) spolu se snížením
rozložitelnosti PAK (obr.1.). Pozitivní přínos lyzátovacích centrifug se plně projevil i v další etapě provozu, kdy
byly všechny vybaveny účinnějším lyzovacím zařízením. V tuto dobu bylo na čistírně současně zavedeno
předsrážení surových odpadních vod což způsobilo další značné změny v množství a kvalitě surového kalu.
Termofilní anaerobní stabilizace
Jako další krok intenzifikace kalového hospodářství byla zvolena mezofilní anaerobní stabilizace na termofilní
(55 °C). Mezi výhody termofilní anaerobní stabilizace v porovnání s mezofilním procesem patří zvýšení
rychlosti a účinnosti rozkladu organických látek a tím i zvýšení produkce bioplynu a současně zvýšený
hygienizační účinek procesu. Technologický význam těchto faktorů je v tom, že umožňuje pracovat při vyšším
zatížení nádrží a tím umožňuje snížení potřebného objemu nádrží.
Převedení mezofilního procesu anaerobní stabilizace kalu na termofilní. Pro převedení mezofilního procesu na
termofilní byl zvolen způsob postupného zvyšování teploty za stálého nezměněného zatížení reaktorů. Provozní
pokus byl zahájen na dvojici stabilizačních nádrží VN 5 (VN 6) dne 1.11.1997, kdy bylo zahájeno zvyšování
teploty v prvním stupni. Teplota byla zvyšována postupně, za nezměněného zatížení a stálé kontroly procesu
(produkce a složení bioplynu, koncentrace mastných kyselin, aktivita biomasy) tak, že teploty 55°C bylo
dosaženo za 6 měsíců. Adaptace termofilní anaerobní biocenózy však pokračovala i dále, až teprve cca od
1.1.1999 začala termofilní nádrž pracovat podle očekávání. Kultivace termofilní biocenózy tedy trvala více než
12 měsíců. To je v souladu se zahraničními zkušenostmi.
Po úspěšném provozním ověření termofilního procesu byly postupně převádeny na termofilní proces další nádrže
s přerušením v roce 2002 z důvodů povodně. Po povodňových událostech byly všechny metanizační nádrže,
mezofilní i termofilní, opět úspěšně uvedeny do plného provozu. Pro porovnání obou procesů byla jedna dvojice
nádrží ponechána při mezofilní teplotě až do srpna 2005. Od této doby všechny nádrže pracují při termofilní
teplotě. Zavedením termofilního procesu na ÚČOV Praha se výrazně zvýšila kapacita stabilizačních nádrží,
došlo ke snížení četnosti pěnění a zvýšila se produkce bioplynu
Za celou dobu provozu termofilní stabilizace nebylo zaznamenáno výrazně odlišné složení produkovaného
bioplynu mezi termofilním a mezofilním procesem. Bioplyn z termofilního procesu vykazoval výrazně nižší
koncentrace sulfanu a merkaptanů, které by způsobovaly výraznější zápach. To znamená, že bioplyn
z termofilního procesu zapáchá méně. Specifická produkce bioplynu z termofilního procesu se pohybuje okolo
0,66 Nm3/kg org. suš. oproti 0,48 Nm3/kg org. suš u mezofilního procesu. Což významně zlepšilo energetickou
bilanci celé ÚČOV.
produkce bioplynu (m3/nádrž.d)
Hlubší rozklad organických látek má za následek nejen vyšší produkci bioplynu, ale i snížení množství
stabilizovaného kalu. Mimo to produkt - stabilizovaný kal - dosahuje vyšší stupeň stabilizace a hygienizace.
25000
20000
15000
10000
5000
termo m3/nádrž.d
mezo m3/nádrž.d
0
0
10
20
30
40
50
zatížení SK VLorg (t/nádrž.d)
Obr.3. Porovnání výkonnosti termofilní a mezofilní nádrže (pozn. denní dávka surového kalu 385 m3 odpovídá
cca zatížení 10 tun VLorg na nádrž za den)
- 34 -
V průběhu celého „přechodového“ období byly termofilní nádrže využívány pro zpracování zvýšeného množství
surového směsného kalu (SSK), aby mohly být systematicky odstavovány a čištěny jednotlivé stabilizační
nádrže (VN). Tím se zvyšovala dávka kalu do termofilní nádrže z původních 385 m3/d, až na 595 m3.
Dlouhodobou adaptací byla vytvořena termofilní kultura, která vykazovala vyšší degradační potenciál a tedy i
vyšší zatěžovací kapacitu. Důkazem toho je i porovnání závislosti produkce bioplynu na zvyšujícím se zatížení v
mezofilní a termofilní nádrži uvedené na obr. 3. Z obrázku je patrné, že zatím co termofilní proces vykazuje
prakticky lineární závislost specifické produkce bioplynu na zatížení až do zatížení 30 t VLorg/nádrž, mezofilní
proces vydržel zvyšování zatížení pouze do cca 10 t VLorg/nádrž.
Shrnutí poznatků provozní aplikace intenzifikačních metod
Několikaletá spolupráce mezi VŠCHT Praha (Ústav technologie vody a prostředí) a ÚČOV Praha v oblasti
intenzifikace technologických procesů kalového hospodářství přinesla významné výsledky v zefektivnění celého
kalového hospodářství zejména zvýšení účinnosti anaerobní stabilizace kalů a tím i zlepšení ekonomické
efektivnosti celé ÚČOV.
Prvním krokem byla systematická výměna a modernizace technických zařízení v kalovém hospodářství, včetně
navazujícího energocentra. Další opatření byla realizována v oblasti technologie anaerobní stabilizace kalů.
Soustavný nárůst množství kalů má své zdroje nejen v souvislosti s intenzifikací čistícího procesu a zavedením
předsrážení veškeré přitékající odpadní vody, ale také ve stálém zvyšování znečištění přitékajícího na ÚČOV.
18000000
produkce BP v Nm3/rok
16000000
700
BP
pec. prod. BP
14000000
650
600
12000000
550
10000000
500
8000000
450
6000000
4000000
400
2000000
350
0
300
spec. prod. BP v Nm3/tunu OL přid.
Aplikované způsoby prohloubení anaerobního rozkladu (lyzace přebytečného biologického kalu) a jeho
urychlení (přechod na termofilní stabilizaci při 55°C) ukazují, jak je možné bez nákladných investičních akcí
efektivně intenzifikovat proces zpracování kalů simultánním zavedením obou metod. Získané výsledky
intenzifikace kalového hospodářství ÚČOV nejlépe dokumentuje zvýšení celkové a specifické produkce
bioplynu za období spolupráce jak je patrno z obrázků 4 a 5.
07
20
06
20
05
20
04
20
03
20
02
20
01
20
00
20
99
19
98
19
97
19
96
19
95
19
94
19
93
19
Obr. 4. Průběh celkové a specifické produkce bioplynu v letech 1993 až 2007.
Výsledky uvedené v grafech na obr. 4 a 5 byly ovlivňovány řadou událostí:
1994 - v srpnu uvedeno do provozu zahušťování PAK zahušťovacími centrifugami,
1995 - v dubnu uvedeny do provozu 3 kogenerační jednotky, každá po 1MW,
1996 - intensifikace ÚČOV - odstávka provozu + rekonstrukce (intensifikace) vodní linky,
1997 - zahájena lyzace ZPAK, od IX. ÚČOV ve zkušebním provozu,
1998 - zkušební provoz ÚČOV, nestabilita provozu, pěnění VN + úniky BP, od XI. VN 5 termofilní,
1999 - zkušební provoz ÚČOV, pěnění VN (mimo termofilní VN5), úniky BP,
2000 - od XII. trvalý provoz, GO 4 lyzačních souprav, dále na 3 měsíce lyzace vyjmuta
2001 - 4.kogenerace do provozu, omezení kapacity VN, silné pěnění všech VN a úniky BP
2002 - produkce jen za 7 měsíců, v srpnu povodeň, odstávka ÚČOV
2003 - postupné uvádění ÚČOV do provozu po povodni, postupně z 50% termofilie na 83% celk. kapacity
2004 - lyzace v provozu 5 měs. (od VI. - XII. vyjmuta), instalace 5.kogenerace
2005 - lyzace v provozu 11 měsíců, od VIII úplná termofilie
2006 - snížení objemu fermentačních nádrží na 84% - GO VN7(8)
2007 - GO VN5(6),
- 35 -
22000000
30000
25000
18000000
16000000
BP
OL
14000000
12000000
20000
15000
10000000
8000000
10000
6000000
4000000
OL vlož. v tunách/rok
produkce BP v Nm3/rok
20000000
5000
2000000
0
0
1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007
Obr. 5. Průběh produkce bioplynu a množství přivedených organických látek v letech 1998 až 2007.
Kombinací lyzace přebytečného aktivovaného kalu a termofilní anaerobní stabilizace surového kalu bylo
dosaženo prohloubení anaerobního rozkladu a podstatného zrychlení procesu stabilizace. To má za následek:
• významné zvýšení produkce bioplynu a tím i snížení množství stabilizovaného kalu a snížení obsahu
organických látek v stabilizovaném kalu.
• celkové zkapacitnění celého kalového hospodářství a zvýšení stability provozu, protože metanizační
nádrže provozované termofilně nepění;
• zvýšení hygienického zabezpečení výstupního stabilizovaného kalu;
• vysoce efektivním využitím bioplynu v kogeneračních jednotkách se dosáhne soběstačnosti ÚČOV ve
spotřebě elektrické energie;
• stávající objemy vyhnívacích nádrží budou naprosto postačující s dostatečnou rezervou v kapacitě a
výkonu minimálně po dobu dalších 10 let.
Literatura
Dohányos M., Zábranská J., Jeníček P. (1997). Enhancement of sludge anaerobic digestion by use of a special
thickening centrifuge. Water Sci. Tech., 36(11), 145-153
Dohányos M., Zábranská J., Jeníček P., Kutil J. (1999) Two ways of intensification of sludge treatment in the
Prague Central Wastewater Treatment Plant. 8th IAWQ International Conference on Design, Operation and
Economics of Large Wastewater Treatment Plants, Budapest, 6-9 September 1999, pp. 313-320.
Dohanyos M., Zábranská J., Kutil J. (2005) Perspektivní metody nakládání s kaly. 6. Mezinárodní konference
AČE – Odpadní vody 2005, 10-12.5.2005, Teplice, 183-190.
Dohányos M., Zábranská J., Kutil J., Jeníček P. (2004) Improvement of anaerobic digestion of sludge. Water
Science and Technology, 49, No 10, 89-96.
Dohányos M., Zábranská J., Kutil J., Vrána J. (2001) Může být ČOV energeticky soběstačná? 4. Mezinárodní
konference Odpadní vody 2001, Mladá Boleslav, 15. - 17.5. 2001, pp. 67-72.
Dohányos M., Zábranská J., Vit R., Pospěch L. (1999) Zvyšování výtěžnosti bioplynu z čistírenských kalů při
zahušťování přebytečného aktivovaného kalu lyzátovací centrifugou. Sborník konf. Odpadní vody 99,
Teplice 18 - 20.5. 1999, 111-116, AČE ČR
Kutil J. (1999) Vyhodnocení pozitivních a negativních vlivů termofilie na související technologické procesy, na
stavební konstrukce a celkovou energetickou bilanci ÚČOV. Technická studie, Praha 1999
Kutil J., Zábranská J., Dohányos M., Vrána J. (2000) Vývoj problematiky kalového hospodářství Praha I, II, III,
SOVAK, 9, No 10, 6/ -XXX, No 11, 6/322-11/329, No 12, 1/339-12/346.
Roškota J., Kutil J. (2000) Zkušenosti se zvyšováním produkce bioplynu termofilním vyhníváním. Sborník
semináře „Nové metody a postupy při provozování čistíren odpadních vod“, Moravská Třebová, 1819.dubna 2000, 15-26
Zábranská J., Dohányos M., Štěpová J., Kutil J. (1998) Termofilní procesy - vliv teploty na anaerobní stabilizaci
kalů. Sborník semináře “Anaerobie´98”, 17-28, ČSVTS, BS
Zaplatílková P., Jeníček P., Zábranská J. (2001) Vliv technologických parametrů anaerobní stabilizace na
pěnivosr kalů. Sborník 4. mezinárodní bienální konference Odpadní vody ’01, Mladá Boleslav, 15.-17.
květen 2001, pp. 401-404.
Vypracováno v rámci řešení výzkumného záměru MŠM 6046137308
- 36 -
HODNOCENÍ TECHNOLOGICKÝCH, ENERGETICKÝCH, EKOLOGICKÝCH A
PROVOZNÍCH HLEDISEK PRO VÝHLEDOVÉ HOSPODAŘENÍ S KALY NA
ÚČOV PRAHA
Karel Sýkora*, Miroslav Sedláček**, Jiří Kinkor***, Marie Michalová****, Jiří
Čejka*****, Vladimíra Gaierová*****
* Riegrova 15, 370 01 České Budějovice
** Voda a zahrada, K Srbči 355, 270 64 Mšec
*** Pražská vodohospodářská společnost a.s., Cihelná 4/548, 118 00 Praha 1
**** VÚV T.G.M. v.v.i. Centrum pro hospodaření s odpady, Podbabská 30, 160 62 Praha 6
***** Vodohospodářský podnik a.s., Pražská 14, Plzeň
ÚVOD
Evropská komise při projednávání žádosti o finanční podporu realizace stavby „Celková přestavba a rozšíření
ÚČOV Praha na Císařském ostrově“ vyslovila požadavek, aby do roku 2010 hlavní město Praha formulovalo
svoji představu o koncepčním řešení kalové problematiky. Z toho vyplynula nezbytnost definování možných
variant řešení a objektivní vyhodnocení možností jejich realizace v daných podmínkách. Zvolené řešení by mělo
naplnit požadavek dlouhodobé udržitelnosti.
Při řešení problematiky zpracování a zneškodňování produkovaných čistírenských kalů je zdůrazňována zejména
minimalizace negativních vlivů nakládání s kaly na okolí (zápach a transport) a snaha zhodnotit kaly jako zdroj
organických humusotvorných látek v půdním komplexu, případně obnovitelný zdroj energie (biopalivo).
Současně je však potřebné zvážit reálné možnosti předpokládaného vývoje v legislativní i technické oblasti i
ekonomických podmínek.
POSTUP ŘEŠENÍ
Jako první krok zpracovala PVS Praha výchozí informaci Koncepce kalového hospodářství ÚČOV Praha. Zde
jsou definovány všechny dosud zvažované varianty kalového hospodářství (14 základních s řadou podvariant)
se současným požadavkem na vyhodnocení variant v konkrétních podmínkách ÚČOV Praha ze širokého spektra
hledisek. Principielně jsou varianty členěny z hlediska:
• použitelného technického a technologického řešení
• lokalizace
• následného nakládání s výsledným produktem
Na základě tohoto podkladového materiálu objednala PVS rozbor a realizační zhodnocení definovaných variant
koncepce kalového hospodářství pro ÚČOV Praha se základní osnovou a hodnotícími požadavky. Hodnocení
variant by mělo v konečné fázi sloužit jako podklad pro zastupitele HM Prahy při rozhodování o dalším postupu
zneškodňování kalů z ÚČOV Praha.
Hlavní myšlenky a závěry tohoto hodnocení jsou uvedeny v tomto příspěvku.
Při hodnocení variant jsme vycházeli z poměrně velkého množství odborně zpracovaných studií, posudků a
hodnocení, které zatím nevedly k žádnému definitivnímu a zásadnímu rozhodnutí o konečném způsobu
zneškodnění, odstranění či využití kalu. Prakticky všechny posudky byly dosud zaměřeny na technické řešení a
doporučení jednoho způsobu. Cílem nebylo tudíž hledání jedné optimální varianty, ale specifikace předností,
nedostatků a rizik jednotlivých řešení.
V málokterém oboru se najde na určitou danou problematiku tak rozdílné spektrum názorů jako v problematice
nakládání s čistírenskými kaly. Chtěli bychom zde zdůraznit často prezentovanou, ale málokdy dodržovanou
zásadu, že technologie a způsob zpracování kalu v čistírně odpadních vod by měl být ne-li podřízen, tak alespoň
koordinován s konečnými možnostmi zneškodňování kalů a jeho technickými, ekonomickými a legislativními
podmínkami.
Jedním ze zcela nových a často rozhodujících hledisek je aplikace nové energetické legislativy.
Rozdílné závěry může přinést i hodnocení energetických zisků, ke kterým lze přistupovat buď z teoretického
hlediska bilance energie jako takové (el. energie + teplo) nebo z hlediska praktického provozního využití
- 37 -
jednotlivých forem energie. Zatímco vyrobenou el. energii lze využít vždy 100% a bezproblémově, o tepelné
energii to v řadě případů neplatí.
ZÁKLADNÍ ZÁSADY PRO VYUŽÍVÁNÍ A ODSTRAŇOVÁNÍ KALŮ
Rámcová Směrnice EU o odpadech (91/156/EEC doplněná 75/442/EEC o odpadech) zavádí pojetí hierarchie
zacházení s kaly a upřednostňuje vyloučení vzniku, minimalizaci a recyklaci a potlačuje uložení na skládky.
Materiálové využití odpadů je možné a přijatelné pouze v případě, že současně budeme chránit životní prostředí
a lidské zdraví.
Zjednodušeně řečeno, existují pro čistírenské kaly dvě zásadní možnosti a to opětovné zapojení nebo vynětí
z materiálových cyklů, což je patrno z následujícího schématu:
Opětovné zapojení
do materiálového cyklu
Čistírenské kaly
Vynětí z materiálového
cyklu
Přímé využití:
a) zemědělství
b) rekultivace
Nepřímé využití
po úpravě
Nepřímé skládkování
po úpravě
Kompostování –
vylepšení půdy, hnojivo,
substrát
Tepelná úprava, získání
energie a případně dalších
produktů
Využití a opětovné použití kalů z komunálních ČOV zahrnuje především přímé využití na půdu, recyklaci
materiálu nebo získání energie. Žádný jednotlivý způsob použití by však neměl být preferován před ostatními.
Volba způsobu závisí na nejlepší proveditelné možnosti ve vztahu k prostředí pro ten který určitý tok odpadů a
určité místo. Je však třeba, aby to byl způsob:
• technicky proveditelný
• přijatelný pro životní prostředí
• bezpečný
• s přijatelnými ekonomickými náklady
• s případnými ekonomickými výhodami z využití nebo prodeje kalu
STÁVAJÍCÍ PROVOZ KALOVÉHO HOSPODÁŘSTVÍ ÚČOV
V současnosti se veškerý produkovaný surový kal zpracovává anaerobní stabilizací ve 12 vyhnívacích nádržích,
které jsou seskupeny do tří čtveřic. Technologicky jsou vyhnívací nádrže řazeny dvoustupňově, tj. každou
čtveřici nádrží tvoří dvě nádrže I. stupně s pevným stropem a dvě nádrže II. stupně s nasazeným plynojemem.
Nádrže I. stupně jsou míchané mechanicky vrtulovými míchadly a ohřívány na provozní teplotu externí cirkulací
přes výměníky voda – kal. Nádrže II. stupně jsou neohřívané a nemíchané.
Všechny reaktory I. stupně jsou v současnosti provozovány v termofilním teplotním režimu při teplotě 55°C.
Primární kal, odkalovaný z usazovacích nádrží, se mísí v čerpací jímce s přebytečným aktivovaným kalem,
zahuštěným na odstředivkách a řízeným režimem se čerpá do reaktorů I. stupně. V průběhu posledních let se
technickými opatřeními a režimem provozu podařilo dosáhnout relativně vysoké koncentrace surového kalu
vstupujícího do procesu – 60 kg/m3. Tuto koncentraci lze považovat za limitní, neboť další zvyšování sušiny
surového kalu je z provozního hlediska prakticky nemožné.
Kapacita kalového hospodářství je ovlivněna výrazným kolísáním produkce kalu v ročním, měsíčním, týdenním
a denním průměru a špatným využitím funkčních objemů reaktorů II. stupně, které nejsou míchány.
Produkovaný bioplyn je využíván k výrobě elektrické energie v instalovaných pěti kogeneračních jednotkách
s jednotkovým elektrickým výkonem cca 1 MW.
Vyhnilý kal se odvodňuje na horizontálních odstředivkách na průměrnou sušinu cca 33 %. Odvodněný kal je
dopravován systémem zakrytých dopravníků do uzavíratelných kontejnerů a odvážen nákladními automobily
ke zpracování na průmyslový kompost, který se dále používá k rekultivaci skládek.
- 38 -
VÝHLEDOVÁ BILANCE PRODUKCE A SLOŽENÍ KALŮ
Nedílnou součástí posouzení možných variant řešení kalové problematiky na ÚČOV Praha musí být zhodnocení
bilance zpracovávaných kalů. Níže uvedené bilanční hodnoty vycházejí ze zadávacích parametrů projektu HDP a
skutečných provozních parametrů surového a vyhnilého kalu: zahuštěný surový kal 60 kg/m3 a 69,5% ZŽ a
odvodněný vyhnilý kal 33% sušiny a 44% ZŽ.
Bilance kalového hospodářství ÚČOV:
Jednotka
Denní
maximum
Týdenní
maximum
Měsíční
maximum
Roční průměr
Produkce surového směsného kalu
po hydrolýze
kg/d
249 384
235 776
213 114
155 636
Objem surového směsného kalu po
hydrolýze
m3/d
4 156
3 930
3 552
2 594
Sušina vyhnilého kalu
kg/d
—
128 383
115 801
86 907
t/d
—
389
351
263
Parametr
Hmotnost odvodněného kalu
Veškeré kalové bilance jsou vztaženy na hodnoty týdenního maxima, což vytváří bezpečnou kapacitní rezervu.
Jak je patrné z konkrétních hodnot v tabulce, představují týdenní maxima cca 150% průměrných ročních hodnot.
Hmotnostní a objemová bilance surového a vyhnilého kalu je ovlivněna i uvažovanými technologickými postupy
jeho zpracování (hydrolýza, termofilní vyhnívání a strojní zahušťování a odvodňování kalu).
Složení kalu
Průměrné koncentrace těžkých kovů v mg/g sušiny vyhnilého kalu vyhovují v současnosti všem mezním
hodnotám dle vyhl. 382/2001 i směrnici 86/278 EEC r. 2015. Zjištěné maximální koncentrace nevyhovují
v hodnotách Cr, Hg, Pb a Zn. Hodnoty koncentrací těžkých kovů v surovém kalu jsou výrazně nižší (50-60%)
než v kalu vyhnilém. Co se týká mikrobiologických kritérií kalu, tj. obsahu enterokoků, termotolerantních
koliformních bakterií a Salmonel sp., zařazují výsledky stanovení anaerobně stabilizované kaly do kategorie II
pro použití na zemědělské půdě.
HODNOCENÍ ZPŮSOBŮ ZPRACOVÁNÍ A NAKLÁDÁNÍ S KALY
Skladkování kalu
Uložení kalu na hygienicky zabezpečenou skládku bylo dosud nejobvyklejší metodou nakládání s kaly v mnoha
zemích. Jedná se většinou o společné ukládání s pevnými městskými odpady.
Zvyšující se obava o emise (znečištění povrchové a podzemní vody a potenciální zvýšení skleníkových plynů
jako je metan) a omezené množství objemů skládek v Evropě vyústilo v přijetí rozsáhlých opatření ke snížení
množství odpadů ukládaných na skládky. Skládkování odpadů je v ČR legislativně ošetřeno vyhláškou
č. 294/2005 Sb. „O podmínkách ukládání odpadů na skládky a jejich využívání na povrch terénu“. Vyhláška
zároveň upravuje předchozí vyhlášku č. 383/2001 Sb. o podrobnostech nakládání s odpady. Podle této vyhlášky
je v podstatě zakázáno čistírenský kal jako biologicky rozložitelný a kompostovatelný odpad bez úpravy
skládkovat.
Odvodňování kalů
Odvodňování kalů patří mezi základní technologické postupy při zpracování jak surových směsných, tak
anaerobně stabilizovaných kalů. Pro anaerobní kaly z ÚČOV jsou využívány dekantační odstředivky s vysokým
výkonem (30-70 m3/h). Dané typy odstředivek byly plnoprovozně vyzkoušeny i pro odvodňování surového
směsného kalu. Po analýze provozních výsledků jsme došli k závěru, že je reálné provozně odvodňovat vyhnilé
kaly na průměrnou hodnotu cca 33% sušiny a surové směsné kaly na průměrnou hodnotu cca 27% sušiny. Tuto
skutečnost považujeme za velmi významnou při úvahách o aplikaci spalovacích procesů, neboť výrazné mění
hodnoty výhřevnosti objemové jednotky odvodněného kalu (v energetických bilancích se vychází z hodnot ∼
3,1 MJ/kg pro surový kal, ∼ 1,5 MJ/kg pro vyhnilý kal, v obou případech odvodněném na 30% sušiny).
- 39 -
Anaerobní stabilizace kalu
Anaerobní stabilizace kalu je klasická a efektivní technologie zpracování kalu, v současné době na ÚČOV
provozovaná a zvažovaná jako jedna ze základních způsobů zpracování kalu i do výhledu. Vlastnímu
technologickému procesu byla věnována řada příspěvků na odborných konferencích a seminářích se zaměřením
přímo na ÚČOV Praha. Energetické porovnání anaerobní stabilizace a spalování bylo mj. prezentováno již
na konferenci „Kaly a odpady“ v roce 2002.
Z hlediska prakticky využitelného podílu energie vyrobené z kalu (tj. ve formě elektrické energie) je ze všech
metod zpracování kalu nejvýhodnější.
Ve výhledu se uvažuje s výrobou elektrické energie cca 140 MWh/d. Úskalí její výhledové aplikace je
v produkci značného objemového množství kalu, s jehož zpracováním je nutno se vyrovnat a jehož koncepci
nelze dle našeho názoru založit pouze na kompostování, ev. využití v zemědělství.
Odvoz odvodněného kalu v dopravně zatíženém městském provozu je v současnosti hlavním negativním
dopadem provozu ÚČOV.
Spalování surového směsného kalu
Spalování surového směsného kalu je moderní technologie mnohonásobně ověřená v praxi a realizovaná na řadě
především velkých lokalit (Basilej, Paříž, Vídeň, Petrohrad, Lyon) a je spolu s anaerobní stabilizací druhou
hlavní metodou zvažovanou pro zpracování kalu ve výhledu.
Hlavními výhodami této metody je maximální snížení hmotnosti a objemu produkovaného kalu a jeho
hygienizace.
V globálním hodnocení energetického zisku se sice jeví spalování surového kalu jako výhodné, ale množství
elektrické energie, které lze získat ze spalovacího procesu, je výrazně nižší než při výrobě el. energie z bioplynu
(50-60 %). Přestože spalovna musí být vybavena zařízením, které spolehlivě zajistí emisní hodnoty dle
nejpřísnějších limitů českých i EU, v konkrétním případě výstavby na Císařském ostrově je blokujícím a
pravděpodobně limitujícím faktorem negativní psychologické vnímání této stavby veřejností.
Spoluspalování kalu
Spoluspalování kalu s TKO je metodou běžně používanou v zahraničí. I když se jedná o jednu z reálných
možností, vedení Pražských služeb a.s. tuto možnost ve spalovně Malešice dle našich informací z technických a
provozních důvodů jednoznačně odmítlo.
Často ve studiích prezentovaná výhodnost spalování usušeného kalu v cementářské peci je prakticky nepřijatelná
pro dlouhodobou závislost na cizím subjektu a jeho existenci.
Aerobní stabilizace (fermentace)
Aerobní fermentace surového směsného kalu je založena na intenzifikovaném enzymatickém rozkladu
organických látek obsažených v kalu v oxickém prostředí. K surovému čistírenskému kalu je nutné přidávat
určitý podíl organického odpadu z jiných zdrojů. Z praktického hlediska jsou ale extrémní nároky na plochu,
dopravní kapacity, instalovaný el. příkon apod. pro danou dimenzi zpracování kalu nepřijatelné (pro zpracování
156 t kalu dovoz 320 t cizího org. substrátu a odvoz 360 t produktu za den).
Přímá aplikace na zemědělské pozemky
Využití celé produkce odvodněného vyhnilého kalu z ÚČOV pro přímou aplikaci na zemědělskou půdu je
prakticky nerealizovatelné. I když kvalita kalu z hlediska rizikových prvků a látek dle vyhl. 382/2001 Sb.
v současnosti zcela nediskvalifikuje tento způsob využití, je problematické zajistit potřebnou rozlohu zemědělské
půdy vhodnou pro aplikaci daného množství kalu v dostupných dopravních vzdálenostech a zejména
agrochemický požadavek skladování kalu po dobu 6 měsíců (pro aplikaci na půdu by bylo nutno zajistit min.
30.000 ha orné půdy a pro skladování kalu plochu min. 24.000 m2).
Je však metodou, která může v některých případech sloužit pro omezené množství kalu jako metoda zástupná
při havárii nebo odstávce standardního zneškodnění kalu.
Do výhledu se dá předpokládat, že vzhledem k vývoji evropské legislativy v této oblasti bude použití kalu
do zemědělství podrobeno přísnějším kritériím.
Kompostování
Kompostování je řízený proces, při kterém jsou organické látky z kalu biologicky za aerobních podmínek
rozloženy na stabilizovaný materiál – kompost. Odvodněný kal se míchá s dalším doplňkovým organickým
materiálem.
- 40 -
Kompostování je využití kalu s vysokými nároky na kvalitu, která musí splňovat požadavky na fyzikální,
chemické i mikrobiologické vlastnosti. Současně platnou normu ČSN 465735 Průmyslové komposty by měla
nahradit vyhláška o BRO, která dosud neprošla schvalovacím řízením. Vyhláška má stanovit zejména podmínky
pro zpracování BRO a využití na zemědělské i nezemědělské pozemky.
Jako hlavní způsob využití kalů z ÚČOV je však obdobně jako přímá aplikace na půdu prakticky nepoužitelná.
Vliv na životní prostředí (EIA)
Z posouzení vlivu na životní prostředí, zpracovaného na řešení kalového hospodářství na Císařském ostrově
v rámci projektu rozšíření ÚČOV vyplývá jednak mimořádné akcentování problematiky zápachu, jednak
hodnocení tohoto řešení jako řešení dočasného.
Ve všech výhledových variantách by tedy měla být tato kritéria respektována jako zásadní.
Z provozní praxe vyplývá, že obvykle lze proti zápachu spolehlivě zajistit jednotlivé ucelené technologické
celky (strojovny, fluidní spalovnu apod.), ale zdrojem zápachu jsou vesměs přidružené objekty a zařízení
zajišťující akumulaci a manipulaci s kalem, případně mimořádné provozní stavy a technologická nekázeň.
Z tohoto pohledu jsou do výhledu znevýhodněna veškerá řešení, kde lze potenciálně výskyt pachu předpokládat,
např. akumulace surového kalu.
Dalším významným, dosud poněkud málo posuzovaným problémem, je řešení dopravy kalu.
Považujeme proto za nezbytné zpracovat pro všechny reálné varianty dopravně-inženýrskou studii, obsahující
kromě vyhodnocení dopravní intenzity i vliv dopravy na veřejné zdraví, tj. především studii hlukovou a
rozptylovou.
SOUHRN, ZÁVĚRY A DOPORUČENÍ
V rozborové a hodnotící studii koncepce kalového hospodářství ÚČOV Praha jsme hodnotili 14 základních
variant a provedli rozbor jejich technicko-technologických možností realizace. Pro valnou většinu hodnocených
variant (s výjimkou spalování a spoluspalování kalů) jsou realizační možnosti omezeny na stávající lokalitu
ÚČOV na Císařském ostrově a dále pak stávající lokalitu kalových polí na Drastech.
Výběr variant dle technologického procesu se prakticky zúžil na varianty využívající anaerobní stabilizaci
surového směsného kalu nebo spalování ať již surového směsného kalu nebo vyhnilého kalu v případné
kombinaci se sušením kalu. Ostatní zvažované metody jsou vesměs nereálné nikoliv pouze z procesního
hlediska, ale z hlediska množství produkovaného kalu.
Studie vycházela z řady dosud zpracovaných expertizních posudků, zpráv a projektových podkladů ke kalovému
hospodářství ÚČOV, z vlastních zkušeností a z provozní bilance produkce a složení kalů.
Závěry:
• Rekonstrukce anaerobních reaktorů dle Projektu lokalizuje zpracování kalu na blíže nespecifikované časové
období do areálu ÚČOV na Císařském ostrově. Výhledově by však mělo být vymístěno na jinou lokalitu a
mělo by splňovat stejně tak jako hlavní technologická linka čištění předpoklad dlouhodobé spolehlivé
funkce.
• Významný posun v pohledu na definitivní řešení kalové koncovky přináší nová, resp. připravovaná
legislativa (ČR i EU), zejména v oblasti energetického využití odpadu, skládkování a agrochemického
využití kalu.
• Ve zpracovaných studiích jsou detailně řešeny jednotlivé technologické způsoby zpracování kalu, ale vazby
na jeho následné využití nebo zneškodnění jsou hodnoceny pouze okrajově.
• Pro zapojení lokalit do systémů zpracování a využití kalu mimo Císařský ostrov. V těchto případech je třeba
pečlivě zvážit rizika pokud jde o cizího majitele a provozovatele.
• Pro reálné využití energie kalu se jeví stále energeticky nejvýhodnější termofilní anaerobní stabilizace kalu
s výrobou bioplynu a jeho následným zpracováním na elektrickou energii, doplněná případně o spalování
usušeného anaerobně stabilizovaného kalu.
Doporučení:
• Výhledově považujeme za nezbytné komplexně posoudit dopravní situaci pro všechny reálně zvažované
varianty řešení.
• Přesto, že spalování surového odvodněného kalu na Císařském ostrově bylo jednou z nejvíce zvažovaných a
posuzovaných variant, nebude zřejmě na základě stanoviska veřejnosti a ZHMP reálnou variantou. Pokud
bude negativní stanovisko trvat, nemá opodstatnění se touto variantou dále zabývat.
- 41 -
•
•
Z hodnocení variant vyplývá priorita lokality Drasty pro výhledové řešení. Je proto nutné věnovat této
lokalitě v další přípravě zvýšenou pozornost nejen z hlediska technického řešení jednotlivých možností
úpravy kalu, ale i z hlediska majetkoprávních vztahů při přípravě trasy nového výtlačného potrubí kalu,
případné etapizace výstavby apod.
Z provozního hlediska je nezbytné se zabývat i náhradním způsobem zpracování a zejména odstranění či
využití kalu při výpadku či havárii jednoho článku standardního řešení.
Použité odborné podklady a stanoviska
Stehlík P., VUT BRNO
Energetické posouzení kalových koncovek
02/2005
(Energetická bilance spalování surových kalů, vyhnilých kalů a sušení vyhnilých kalů)
HDP CZ
Odvodňovací pokusy směsného nevyhnilého kalu
12/2001
HDP CZ
Využití vyhnilých kalů z ÚČOV netermickým způsobem
05/1999
EIC s.r.o.
Energetické využití kalů v ÚČOV , Praha 6 – Troja
03/2001
(spalování surový kalů v lokalitách Troja, Troja-Drasty, Klecany-Drasty, Klecany)
PVS a.s.
Spalování vyhnilých odvodněných kalů ÚČOV na EMĚ I
12/2002
(stanoviska KÚ Stč. kraje, ČIŽP Praha, OkÚ Mělník
Kozlík V. Energotrans a.s., Kutil J., Vrána J. PVK a.s.
01/2004
Likvidace stabilizovaného a odvodněného kalu z ÚČOVPraha v EMĚ I
HDP CZ
Spalování vyhnilých odvodněných kalů ÚČOV na EMĚ I
12/2002
AQUA CONTACT
Srovnání strategie pro varianty likvidace kalů ve vyhnívacích nádržích a spalovně
04/2002
Hlavínek P.
Odborný posudek technicko-ekonomického posouzení alternativ lokalizace ÚČOV v Praze, posouzení
zpracování surových kalů a kalové koncovky
11/2003
Chudoba P., Veolia Water
Odborný posudek technicko-ekonomického posouzení alternativ lokalizace ÚČOV v Praze, posouzení
zpracování surových kalů a kalové koncovky
07/2004
Jeníček P. VŠCHT Praha (Wanner J., Dodányos M., Zábranská J.)
Odborný posudek ke zpracované koncepci ÚČOV Praha z hlediska technologického řešení „vodní“ a „kalové“
linky a posouzení zpracování surových kalů z ÚČOV Praha v různých lokalitách
07/2004
Kyncl M. , SOVAK
Odborný posudek ke zpracované koncepci ÚČOV Praha z hlediska technologického řešení , včetně posouzení
zpracování surových kalů z ÚČOV Praha v různých lokalitách a posouzení kalové koncovky
07/2004
Ekosystém s.r.o.
Studie proveditelnosti Řešení kalového hospodářství pro stavbu č. 6963
12/2006
Jablonský P.
Technicko-ekonomické posouzení variant uskladnění, nakládky a dezodorizace vyhnilých odvodněných kalů na
ÚČOV Praha
02/2006
Rosenbergová R., Veolia
Projekt regionálního centra valorizace kalů v areálu Drasty
01/2007
PVK a.s.
Plán odpadového hospodářství pro provozy na území hl. města Prahy
02/2007
- 42 -
Obr.1
SUROVÝ KAL
Přehled variant
zneškodňování kalů
ÚČOV Praha
ZAHUŠTĚNÍ
SUROVÝ KAL
ODVODNĚNÍ
SUŠENÍ
SKLÁDKOVÁNÍ
APLIKACE
NA PŮDU
AEROBNÍ
STABILIZACE
(FERMENTACE)
ANAEROBNÍ
STABILIZACE
(VYHNÍVÁNÍ)
SKLÁDKOVÁNÍ
VYHNILÝ KAL
ODVODNĚNÍ
SKLÁDKOVÁNÍ
APLIKACE
NA PŮDU
APLIKACE
NA PŮDU
SUŠENÍ
SPALOVÁNÍ
BIOPLYN
SKLÁDKOVÁNÍ
SPALOVÁNÍ
APLIKACE
NA PŮDU
SPOLUSPALOVÁNÍ
SPOLUSPALOVÁNÍ
SPALOVÁNÍ
SPOLUSPALOVÁNÍ
- 43 -
VYHODNOCENÍ PROVOZU, PROVOZNÍCH A INVESTIČNÍCH NÁKLADŮ NA
ČOV S AEROBNÍ TERMOFILNÍ STABILIZACÍ PRO 12 000 EO
Karel Plotěný, Milan Uher
ASIO, spol s r.o., Tuřanka 1, 627 00 Brno-Slatina
Abstrakt
V současné době se do popředí zájmu začíná prosazovat aerobní termofilní stabilizace kalu, což je jedna
z možností jak ekonomicky likvidovat kal na středně velkých ČOV. Technologie ATS je založena na redukci
organických látek za použití aerobních mikroorganismů. Výsledný kal je vhodný pro přímou aplikaci do
zemědělství, protože procesem dojde nejen ke stabilizaci, ale i k hygienizaci. Tento článek se bude zabývat
zhodnocením návrhu ATS na konkrétní lokalitě. Dotkneme se jak samotného provozu, tak i srovnání
investičních a provozních nákladů v rámci jednotlivých variant termofilní stabilizace.
Jak z ekologického, tak i z ekonomického pohledu je třeba upřednostnit bezodpadové a čisté technologie. Jednou
z možných variant splňující obě kriteria je technologie aerobní termofilní stabilizace (dále ATS, někdy se
používá i označení ATAD). Touto technologií se kal neodstraňuje, ale zušlechťuje. Získává se cenné hnojivo a
tím chrání přírodní zdroje. Aerobní termofilní stabilizace je pak postup, který kal nejen stabilizuje, ale
zabezpečuje ho i po stránce hygienické. V příspěvku je vedle obecného popisu technologie i popis konkrétního
zařízení v Lubani v Polsku.
Úvod
Stabilizace kalu je proces, při kterém dochází k odbourání organických látek. Při použití technologie ATS je tato
redukce prováděna s využitím aerobních mikroorganismů. Při tomto procesu se uvolňuje z kalu energie a
dochází tak k ohřevu až na více než 50°C. Zvýšením teploty se dosahuje zrychlení odbourávání organických
látek a tak stačí zpravidla doba zdržení kolem 6-ti až 9-ti dnů. Metabolizmus aerobních organizmů vede
k inaktivaci patogenních bakterií a virů, tj. k hygienizaci.
Obr.: Příklad uspořádání ATS v Lubani
- 44 -
Aerobní termofilní stabilizace – ATS
Aerobní termofilní stabilizace je v našich podmínkách novinkou. I když první výsledky pocházejí z roku 1968, a
od té doby se použití tohoto procesu dále rozšiřuje. Nejprve byl použit při zpracování prasečích exkrementů, pak
postupně k stabilizaci kalů na ČOV. Nejprve v USA a pak se jeho použití rozšířilo i do Evropy. V současnosti
využívá tohoto systému více než 30 čistíren v Německu a Rakousku a to pro lokality od 5.000 do 40.000 EO,
nejčastěji pak pro lokality kolem 20.000 EO. Směrnice ATV pak doporučuje používání tohoto způsobu
v rozmezí 5.000 – 70.000 EO, přičemž ekonomické výhody dané nižšími pořizovacími náklady ve srovnání
s anaerobií se uplatní zejména v rozsahu 10.000 – 40.0000 EO.
Obr. Optimální použití různých způsobů stabilizace kalu
Základním principem metody je to, že kalová nádrž je provzdušňována a vhodným uspořádáním je dosaženo
toho, že obsah nádrže se ohřeje na více než 50°C. Při dostatečném zdržení je tak zabezpečena nejen stabilizace,
ale i dostatečná hygienizace kalu.
Technologie využívá toho, že při biochemické oxidaci se uvolňuje teplo a tohoto tepla je možné využít k ohřátí
celého objemu nádrže a k udržování teploty mezi 50-60°C. Je však při tom nutno dodržet jednak technologické
uspořádání a jednak dodržovat postup. Technologie je především vhodná tam, kde sušina kalu dosahuje nejméně
4-6%, přičemž podíl organické hmoty musí být alespoň 70%. V případech, kdy je podíl organické hmoty nižší,
je nutno použít ještě výměník tepla.
Doba zdržení v systému je pak předpokládána 6-9 dní.
Samotná technologie se skládá obvykle ze dvou provzdušňovaných zateplených nádrží, dále vhodného
provzdušňovacího a míchacího systému a čerpací techniky. Důležitá je i regulace výšky pěny na hladině.
- 45 -
Obr.: Schéma uspořádání reaktoru ATS
3
2
1
4
1 – boční provzdušňovač
2 – řezací zařízení k regulaci pěny
3 – centrální provzdušňovací a míchací zařízení
4 – uzavřená zateplená nádrž
teplota [C°]
Zpracování kalu vyžaduje spolehlivá zařízení. Injektory a provzdušňovače jsou stavěny s ohledem na extrémní
podmínky při zpracování kalů. Zařízení se vyrábějí z korozivzdorných materiálů a pod vodou nemají žádná
ložiska ani těsnění.
čas [dny]
Obr.: Příklad typického průběhu teplot v reaktorech
- 46 -
Popis procesu stabilizace
Jednou denně je stabilizovaný a hygienizovaný kal odebrán z reaktoru 2 a dopraven do vyrovnávací nádrže. Po
vyrovnání obou reaktorů je do reaktoru 1 vpravena denní dávka surového kalu. V prvním reaktoru je udržována
teplota mezi 35 a 45°C a ve druhém pak mezi 50 a 60°C. Pokud je požadována vedle stabilizace i hygienizace,
musí být dosaženo zdržení nejméně 23 hodin při teplotě vyšší než 50°C. Pro stabilizaci a hygienizaci
přebytečného kalu z nízko zatěžovaných aktivací bylo vyvinuto třístupňové zařízení (EuroPat). V tomto případě
je do systému vložen výměník a termofilní oblasti potřebné pro zajištění hygienizace je dosaženo ve druhé
nádrži.
Pokud je hlavním cílem stabilizace, lze technologii ATS navrhovat a provozovat i jako jednostupňovou nebo
kontinuální. Při kontinuálním provozu se jak konstrukce, tak proces ještě zjednoduší. Použití oddělených
stabilizačních nádrží vede ke snížení dob zdržení a tím i ke zmenšení aktivačních nádrží. Při rozšiřování čistírny
je možno při použití ATS technologie ušetřit za stavbu dodatečných aktivačních nádrží. Jsou tak minimalizovány
nároky na prostor a získá se navíc spolehlivý produkt, v němž jsou podstatným způsobem redukovány počty
patogenních zárodků.
Technologii ATS je možné použít i v kombinaci s vyhnívací nádrží. V ATS „předstupni“ je kal hygienicky
zabezpečen a ve vyhnívací nádrži stabilizován. Aby se zamezilo příliš velkému odbourání organických látek, je
v ATS regulován přísun kyslíku. Tím není podstatně ovlivněna produkce plynu ve vyhnívacích nádržích. Pokud
se ATS použije jen k hygienizaci, musí teploty dosahovat nejméně 60°C. A tak z důvodu krátkého zdržení je
třeba vedle výměníku tepla kal/kal používat ještě doplňkové vyhřívání. Nátok kalu do vyhnívací nádrže má již
teploty odpovídají mezofilní oblasti a tak není nutné dodatečné vyhřívání u těchto nádrží.
Srovnání různých řešení
Pro porovnání s dosud užívanými technologiemi bylo provedeno orientační porovnání investičních nákladů a
provozních nákladů na hygienizaci kalů pro ČOV aktuálně pracující na výkonu 12 000 EO. Porovnání bylo
provedeno s technologiemi využívající k hygienizaci vápno a kyslík. Ukazuje se, že co se týká investičních
nákladů, je navýšení ceny za technologii kompenzováno snížením ceny nádrží (potřebné zdržení u ATS je jen 7
dní, u jiných systémů je navrhováno 20 – 30 dnů). Provozní náklady, cena za energii, je pak nižší než cena za
aplikaci čistého kyslíku a srovnatelná s náklady na aplikaci vápna.
Příklad provozních a investičních nákladů na ČOV s ATS
simulace byla provedena na ČOV pro 17 tis. EO s aktuálním zatížením 12.000 EO. Součástí kalkulace je jen
samotný reaktor bez čerpací jímky a bez odvodňovací části, protože ty mohou být všude stejné.
Uvažovaná produkce kalu (4,2% sušiny) – 20 m3/den
Současná produkce kalu (4,2% sušiny) – 14,5 m3/den
Produkce kalu při 30% sušiny je asi 700 t/rok (ve skutečnosti bude procento sušiny mírně nižší, což sníží
náklady na 1t a naopak mírně zvýší celkové roční náklady).
Nádrže pro ATS se navrhují na zdržení 7 dnů tj. potřebný objem je asi 160 m3
Stavební náklady (2 nádrže á 80m3 ).................................... 2,0 mil. Kč
Technologie (ATS, bez čerpací stanice) .............................. 3,3 mil. Kč
Celkem ................................................................................ 5,3 mil. Kč
Provozní náklady
Injektory, středový provzdušňovač a řezač pěny
celkový instalovaný výkon 25 kW,
skutečný výkon na současnou produkci 17 kW á 23 hod.280 tis. Kč/rok
Tj. 23 Kč/EO/rok, tj. 400 Kč/t sušiny kalu
Aktuální cena za odvoz kalu třídy A je cca 320 Kč/t, což představuje cca 224 tis. Kč/rok
Tj. celkem náklady za odvoz a energii 504 tis. Kč /rok, tj. 42 Kč/EO/rok
Z toho vyplývá, že náklady na hygienizaci, stabilizaci a odvoz 1 tuny sušiny kalu by se mohly pohybovat kolem
2.400 Kč/m3, to je například ve srovnání s publikovanými náklady na stabilizaci kyslíkem nižší o více než 15 %.
- 47 -
Poznatky z realizace ATS v Lubani v Polsku
Popis ČOV: Součástí technologie jsou česle (6mm), lapák písku, čerpací stanice, primární sedimentace,
odstraňování fosforu, denitrifikace, jemnobublinná aerace, dosazovací nádrže (2ks), nádrž na přebytečný kal,
dekantační odstředivka, zásobník surového kalu, ATS, nádrž na stabilizovaný kal, sítopásový lis – propojení
jednotlivých aparátů je zřejmé z přiloženého technologického schéma.
Obr. Schéma ČOV Luban (Polsko)
Základní techologická data týkající se kalu :
Původ kalu : primární a sekundární kal
Mnnožství : 1500 a 1400 kg/d,
Objem kalu : 58 m3/d,
Obsah sušiny 5% a podíl organických látek v kalu 75%
Jednotka ATS je tvořena třemi reaktory o objemu 3x 173 m3, tj. celkem je objem 519 m3 a doba zdržení 9 dnů.
Přičemž reaktory mohou být uspořádány dvou, nebo třístupňově. Instalovaný výkon ATS je 85 kW. Součástí
ATS je i spirálový výměník tepla, určený pro případné použití hlavně v zimním období.
- 48 -
Jednotlivé aparáty na ČOV Luban použité v kalovém hospodářství
Odstředivka
Použitá k zahuštění kalu před ATS
Výměník tepla
Připravený k použití v zimním období
Sítopásový lis
Použitý jako koncový stupeň k odvodnění kalu.
Odvoz zahuštěného kalu
Průběh nabíhání reaktorů
Teploty rostly kontinuálně. Náběh na teplotu 55°C proběhl za deset dní. Je zřejmé, že už po 8 dnech dosáhly
teploty vyšších hodnot než 50°C. Těchto teplot bylo dosaženo bez použití externího výměníku tepla. V současné
době lze konstatovat, že podmínek pro dosažení vlastností pro kal třídy „A“ je dosaženo a že čistírna tento kal
produkuje.
Závěr
Aerobní termofilní stabilizace je jednou z metod, které jsou ve hře při rozhodování, jakým způsobem zajistit
likvidaci kalu. Je to způsob jak ekologický – kal je použit jako hnojivo, tak ekonomický ve srovnání s dalšími
dnešními možnostmi.
- 49 -
VYUŽITÍ VRATNÉHO A PRIMÁRNÍHO KALU PRO PŘÍPRAVU SUBSTRÁTU
PRO DENITRIFIKACI
Jana Vondrysová, Jana Koubová, Pavel Jeníček
Ústav technologie vody a prostředí, VŠCHT Praha, Technická 5, 166 28 Praha 6
Abstrakt
The biological nitrogen removal from wastewater by denitrification is limited by the amount of readily
biodegradable organic substrate. As an external substrate are used readily biodegradable compounds generally.
Dosing of external substrate increases the operation costs of waste water treatment plant (WWTP). By
disintegration of activated sludge and fermentation of sewage sludge, readily biodegradable organic substrates
can be produced inside the WWTP. The aim of the work is to evaluate the substrate production efficiency with
regards to the type of disintegration. The disintegration process efficiency is evaluated in terms of the soluble
organic matter (COD) release and by the concentration of ammonia nitrogen after disintegration in the effluent
sludge liquor. The thermo-chemically disintegrated excess activated sludge and fermented primary sludge were
used for lab-scale testing of internal substrate to enhancement biological nitrogen removal.
Úvod
Dusík se nejčastěji odstraňuje z odpadních vod biologickou oxidací amoniakálního dusíku na dusitany a
dusičnany (nitrifikace) a posléze v anoxických podmínkách biologickou redukcí na plynný dusík (denitrifikace)
(Pitter, 1999). Odstraňování dusíkatého znečištění je v současnosti závažným problémem na mnoha ČOV. Jedná
se zejména o problémy s nedostatečnou účinností nitrifikace a denitrifikace. Zatímco v případě nitrifikace bývá
příčinou nízká růstová rychlost nitrifikantů, účinnost denitrifikace je limitována především přítomností
dostatečného množství snadno rozložitelného organického substrátu. Jako externí substrát se používají snadno
rozložitelné látky jako např. methanol nebo ethanol (Aesoy a kol., 1998, Elefsiniotis a kol., 2004, Bilanovic a
kol., 1999). Dávkování externího substrátu však zvyšuje náklady na provoz celé čistírenské linky.
Naproti tomu mnoho autorů uvádí, že pro zvýšení odstraňování nutrientů je možné použít jako interní zdroj
uhlíku fermentaci primárního kalu nebo různé předúpravy vratného aktivovaného kalu (Battistoni a Fava, 1995,
Lie a Welander, 1997, Moser-Engeler, 1998).
Cílem dezintegrace je uvolnit organické látky vázané vně a zejména uvnitř buňky kalu. Dezintegrací dojde ke
zvýšení rozpuštěné CHSK (Wang et al., 2006). Přebytečný aktivovaný kal je tvořen hlavně mikroorganismy a
při mechanickém rozrušení buňky dojde k uvolnění intracelulárních látek, které jsou pak dostupné pro
biologický rozklad (Müller et al., 1998). Hlavní mechanismy mechanické dezintegrace aktivovaného kalu
můžeme popsat jako:
• fyzikální rozklad vločkové struktury
• buněčná lyze (ztráta biologické aktivity a zvýšení CHSK) (Camacho et al., 2002).
Vzhledem k tomu, že organický podíl primárního kalu je oproti přebytečnému aktivovanému kalu snadno
biologicky rozložitelný, je dezintegrace především zaměřena na přebytečný aktivovaný kal, na rozbití buněk
mikroorganizmů v něm přítomných (Zábranská a kol., 2004).
Dalším možným využitím dezintegrace je stimulace tvorby rozpustného organického substrátu z kalu (hlavně
kyseliny octové a nižších mastných kyselin), které jsou využívány pro denitrifikaci a biologické odstraňování
fosforu namísto drahého externího substrátu. Aplikace výše uvedeného způsobu se projeví v technologické
realizaci zlepšením celé řady technologických parametrů.
Technicky lze dezintegraci dosáhnout několika způsoby:
• mechanické metody – sem patří dezintegrace a mletí tuhých látek přítomných v substrátu různými druhy
mlýnů, vysokotlakým homogenizátorem, ultrazvukem, lyzátovací centrifugou. Baier a Schmidheiny
(1997) používají pro mechanickou dezintegraci kulového mlýnu a uvádějí dosažení vysokého stupně
narušení buněk, kde rozpuštěná CHSK může být z původních 1 až 5 % v původním kalu zvýšena až na 47
% po mletí.
- 50 -
•
•
•
chemické metody – hydrolýzou minerálními kyselinami nebo alkáliemi lze provést destrukci složitých
organických látek (např. proces KREPRO), ozonizace, oxidace H2O2/O2, mokrá oxidace apod.
fyzikální metody – ultrazvuk, zmrazování-rozmrazování, termická hydrolýza, Cambi proces, ionizující
záření
biologické metody − enzymová nebo mikrobiální předúprava (Zábranská a kol., 2004).
Metodika
Dezintegrace
Pro dezintegraci byl použit aktivovaný kal. Standardní objem pro jednotlivé metody dezintegrace byl 500 ml.
• Mechanická dezintegrace – desintegrator ULTRA- TURRAX T25 Basic s nástavcem S25N186, 5 minut,
rychlost – 24 000 ot./min
• Termická dezintegrace – 10 minut, teplota 95 ± 2 °C, standardní tlak
• Zmrazování – kal je zmražen v 1 l plastikové láhvi po dobu 24 hodin, teplota -6 ± 2 °C
• Termochemická dezintegrace – hydroxid sodný o koncentraci 1 mol/l. Vratný aktivovaný kal byl smíchán
s NaOH v poměru 1:1 a dezintegrován 10 minut při teplotě 95 ± 2°C za standardního tlaku.
Fermentace
Pro fermentaci byl použit primární kal z ÚČOV Praha. Fermentace probíhala v mezofilních podmínkách (35 ±
1°C), doba zdržení 3 dny.
Analytické metody
Pro stanovení N-NO3-, N-NO2-, Namon, TKN, CHSK a P-PO43- byly použity standardní analytické metody
(Horáková a kol., 2003).
SBR modely
Byly provozovány 3 SBR modely. Do každého modelu byla dávkovaná odpadní voda z ÚČOV Praha odebraná
po primární sedimentaci. Pro zvýšení koncentrace amoniakálního dusíku a CHSK byl do odpadní vody přidáván
chlorid amonný a pepton.
Model č.1 byl referenční model s přítokem pouze odpadní vody. V modelu č. 2 se část aktivovaného kalu
termochemicky dezintegrovala. Do modelu č. 3 byl dávkován supernatant fermentovaného primárního kalu.
Celkový objem modelu byl 2 l. Doba zdržení 2 dny a stáří kalu 20 dní.
Modely byly krmeny jednou denně (kromě víkendu). 24-hodinový pracovní cyklus byl dělen následovně:
Perioda 1. anoxická, doba zdržení 6 hodin (denitrifikace)
Perioda 2. oxická, doba zdržení 6 hodin (nitrifikace)
Perioda 3. anoxická, doba zdržení 5,25 hodiny (denitrifikace)
Perioda 4. oxická, doba zdržení 6 hodin (nitrifikace)
Perioda 5. sedimentace, doba zdržení 0,75 hodiny
Perioda 6. odtok 1 l supernatantu
Perioda 7. přítok odpadní vody
Před sedimentací bylo z každého modelu odebráno 100 ml aktivační směsi. Aktivační směs z modelu č. 2 byla
termochemicky dezintegrována. Ke 100 ml aktivační směsi se přidalo 100 ml NaOH o koncentraci 1 mol/l. Tato
směs byla zahřívána na teplotu 95 ± 2°C a udržována při této teplotě po dobu 10 minut. Po ochlazení byla směs
neutralizována kyselinou sírovou na pH 6-7. Toto však způsobovalo velké zasolení systému, proto metoda
termochemické dezintegrace byla upravena tak, že se 100 ml aktivační směsi nechalo sedimentovat. K
zahuštěnému aktivovanému kalu bylo přidáno takové množství NaOH (1 mol/l), aby bylo dosaženo pH 12. Poté
byl kal zahříván na teplotu 95 ± 2°C, 10 minut. Po ochlazení byla směs doplněna na 100 ml a neutralizována
kyselinou sírovou na pH 6-7. Do modelu č. 1 se přidávalo 100 ml vodovodní vody. Do modelu č. 3 se přidávalo
100 ml supernatantu fermentovaného kalu.
Výsledky a diskuse
Dezintegrace
Pro dezintegraci byl používán aktivovaný kal. Porovnání jednotlivých metod dezintegrace je znázorněno
v tabulce 1. Nejvyšší nárůst rozpuštěné CHSK byl pozorován u termochemické a termické dezintegrace. Jak u
termochemické dezintegrace tak i u termické dezintegrace došlo ale k nejvyššímu uvolnění amoniakálního a
organického dusíku oproti mechanické dezintegraci a zmrazování. Nejvyšší poměr CHSKF/TKN 23,76 g/g byl
naměřen u termochemické dezintegrace.
- 51 -
Tabulka 1: Porovnání jednotlivých metod dezintegrace.
NL
g/l
Aktivovaný kal 4.58
4.23
Termická
4.18
Mechanická
Termochemická 4.52
5.07
Zmrazování
NLzž
g/l
3.17
3.30
3.66
1.01
4.07
pH
CHSKH
g/l
8.56
7.16
7.16
6.93
12.46
7.01
CHSKF
g/l
0.04
1.05
0.25
1.87
0.25
TKN
mg/l
4.3
105.01
26.29
78.69
29.71
Namon
mg/l
2.17
10.13
4.34
10.85
4.34
Norg
mg/l
2.13
94.88
21.95
67.84
25.37
CHSKF/TKN
g/g
9.30
10.00
9.51
23.76
8.41
Z provozního pohledu je samozřejmě také velmi důležité jaké jsou energetické a ekonomické náklady na různé
metody dezintegrace (Tabulka 2). U termické dezintegrace jsme počítali s ohřátím vody na potřebnou teplotu a
následným varem při 95 °C. Nejnižší spotřeba energie byla u termické dezintegrace. Pro porovnání hodnot jsou
výsledky uváděny jako specifická energie (1):
Specifická energie = (spotřeba energie dezintegrátoru)/CHSKF*(objem dezintegrovaného vzorku)
(1)
Tabulka 2: Energetická náročnost jednotlivých dezintegračních metod (1 kWh = 0.15 €)
Termická
Mechanická
Termochemická
energie
dezintegrátoru
Wh
g vyrobené CHSKF
g
specifická energie
Wh/g
cena
€/kg
cena
chemikálií
€/kg
104.2
41.6
104.2
0.525
0.125
0.468
198.5
332.8
222.9
30.5
51.2
34.3
68.4
Výsledky ukazují, že specifické náklady na výrobu organického substrátu dezintegračními postupy jsou
v porovnání s aktuálními cenami externího substrátu extrémně vysoké, i když budeme brát v úvahu, že
v laboratorním měřítku mohou být energetické náklady až řádově vyšší než v provozním. Je tedy zřejmé, že
výroba organického substrátu dezintegrací může být smysluplná pouze pokud se kombinuje s dalšími
potřebnými operacemi např. zahuštění + dezintegrace v lyzátovací centrifuze a pokud se ekonomicky
zhodnocuje více požadovaných cílů (např. produkce substrátu a minimalizace přebytečného kalu).
SBR modely
Jako nejúčinnější metoda dezintegrace se jeví termochemická dezintegrace, kde dochází jak k nejvyššímu
uvolnění organických látek do roztoku, tak i poměr CHSKF/TKN dosahuje nejvyšších hodnot (Tabulka 1).
Z tohoto důvodu byla termochemická dezintegrace zvolena jako zdroj interního substrátu pro denitrifikaci.
Interní substrát připravený termochemickou dezintegrací byl porovnán s referenčním modelem (bez přídavku
substrátu) a s interním substrátem v podobě fermentovaného primárního kalu.
SBR modely byly provozovány při dvou různých objemových zatíženích na amoniakální dusík (Tabulka 3).
Tabulka 3: Objemové zatížení modelu č. 1 (referenční), modelu č. 2 (termochemická dezintegrace) a
modelu č. 3 (fermentovaný primární kal)
model 1
model 2
model 3
Bv (Namon)
Bv (CHSK)
Bv (Namon)
Bv (CHSK)
Bv (Namon)
Bv (CHSK)
dny
g/l.d
g/l.d
g/l.d
g/l.d
g/l.d
g/l.d
1. perioda
35
0,13
0,45
0,13
0,51
0,14
0,71
2. perioda
40
0,07
0,26
0,07
0,26
0,08
0,59
Objemové zatížení modelu č. 2 a modelu č. 3 je vyšší v porovnání s modelem č. 1. Toto zvýšení je způsobeno
přídavkem interního substrátu. Model č. 1 je referenční model. V modelu č. 2 se termochemicky dezintegruje
část aktivovaného kalu. Do modelu č. 3 se přidává supernatant fermentovaného primárního kalu.
V tabulce 4 je znázorněna účinnost termochemické dezintegrace. Prvních 28 dní se aktivovaný kal dezintegroval
1:1. Vysoká koncentrace Na+ způsobila pokles aktivity kalu. Z tohoto důvodu byla termochemická dezintegrace
přerušena na 30 dní. V této době bylo do modelu č. 2 dávkována pouze odpadní voda. 63. den, pro nízkou
koncentraci NLzž byl do modelu č. 2 přidán aktivovaný kal z ÚČOV Praha a opět se začala provádět
- 52 -
termochemická dezintegrace. V tomto případě se 100 ml odebrané aktivační směsi nechalo sedimentovat. Byla
odtažena přebytečná voda. K zahuštěnému kalu byl přidáván NaOH o koncentraci 1 mol/l až bylo dosaženo
hodnoty pH 12. Poté byla směs zahřívána na 95 ± 2 °C po 10 minut. Po ochlazení byla směs doplněna pitnou
vodou na objem 100 ml a neutralizována H2SO4 na pH 6-7. V tabulce 4 je koncentrace amoniakálního dusíku po
dezintegraci nižší než před dezintegrací, je to dáno tím, že amoniakální dusík při pH 12 se vyskytuje ve formě NNH3 a během zahřívání je vystripován z roztoku.
Tabulka 4: Účinnost termochemické dezintegrace (průměrné hodnoty)
1 : 1 (aktivovaný kal : NaOH)
pH 12
CHSKf
Namon
P-PO43-
CHSKf
Namon
P-PO43-
g/l
mg/l
mg/l
g/l
mg/l
mg/l
před dezintegrací
0,156
77,60
6,69
0,122
44,08
3,28
po dezintegraci
1,50
24,35
25,24
0,826
19,88
8,34
Během anaerobní fermentace primárního kalu jsou proteiny a sacharidy rozkládány při acidolýze na jednodušší
látky jako je acetát, propionát a butyrát. Amoniakální dusík je pak uvolňován při rozkladu proteinů (Randall a
kol., 1999). Charakterizace primárního kalu před a po fermentaci je v tabulce 5.
Tabulka 5: Fermentace primárního kalu (průměrné hodnoty)
CHSKf
TKN
Namon
Norg
P-PO43-
g/l
mg/l
mg/l
mg/l
mg/l
před fermentací
3,07
182,1
119,4
41,3
26,51
po fermentaci
11,23
580,5
484,3
56,6
69,84
Koncentrace CHSK na přítoku a odtoku je znázorněna na obrázku 1. Koncentrace CHSK na přítoku do modelu
č. 3 s fermentovaným kalem kolísá, protože kvalita primárního kalu na začátku fermentace je proměnlivá.
Obrázek 1 ilustruje i změny v operačních parametrech modelu č. 2, kdy 30. den byla přerušena termochemická
dezintegrace a opět byla obnovena 60. den. Stejné koncentrace CHSK znamenají, že modely byly krmeny
automatickým čerpadlem během víkendu bez termochemické dezintegrace a přídavku fermentovaného kalu.
Nejvyšší koncentrace CHSK v přítoku do modelu č. 3 nezhoršuje jeho odtokové koncentrace. Tyto hodnoty jsou
srovnatelné s odtoky modelů č. 1 (referenční) a modelu č. 2 (termochemická dezintegrace).
5
4,5
4
3,5
CHSKf (g/l)
3
2,5
2
1,5
1
0,5
0
0
20
40
60
80
100
120
140
čas (dny)
Přítok
Přítok 2
Přítok 3
Odtok 1
Odtok 2
Odtok 3
Obrázek 1: Koncentrace CHSK na přítoku a odtoku z modelů
Nejvyšší účinnosti odstranění organických látek bylo dosaženo u modelu č. 3 (s přídavkem fermentovaného
primárního kalu) a nejnižší účinnost byla zaznamenána u modelu č.2 (termochemická dezintegrace) (Obrázek 2).
- 53 -
100
95
90
85
CHSK (%)
80
75
70
65
60
55
50
0
20
40
60
80
100
120
140
160
čas (dny)
Model 1
Model 2
Model 3
Obrázek 2: Účinnost odstranění CHSK
Na obrázku 3 jsou znázorněny koncentrace amoniakálního dusíku na přítoku a odtoku z modelů. 30. den se
objevily problémy s nedostatečnou nitrifikací, protože odtokové koncentrace amoniakálního dusíku u modelu č.
2 a č.3 rostly. Koncentrace amoniakálního dusíku na odtoku 37. den byla vyšší než na přítoku. Nízká účinnost
nitrifikace vedla ke změně cyklů SBR modelů. Druhý anoxický stupeň byl změněn na oxický 43. den provozu
modelů (viz Metodika). Cykly byly rozděleny na jeden anoxický (6 hodin) a jeden oxický (17,25 hodiny).
Zlepšení nitrifikace v modelu č. 3 to přineslo téměř okamžitě. U modelu č. 2 až po té co 63. den byla zvýšena
koncentrace biomasy inokulací aktivovaným kalem z ÚČOV Praha. V modelu č. 3 byla na přítoku vyšší
koncentrace amoniakálního dusíku než u modelu č. 1 a č. 2, což bylo způsobeno vyšší koncentrací
amoniakálního dusíku přiváděného s fermentovaným primárním kalem. Nicméně systém je schopen nitrifikovat
jak amoniakální dusík obsažený v odpadní vodě tak i amoniakální dusík přiváděný s interním substrátem jak je
ukázáno na obrázku 3.
600
500
Namon (mg/l)
400
300
200
100
0
0
20
40
60
80
100
120
čas (dny)
Přítok
Přítok 2
Přítok 3
Odtok 1
Odtok 2
Odtok 3
Obrázek 3: Koncentrace amoniakálního dusíku na přítoku a odtoku
- 54 -
140
Koncentrace anorganického dusíku jsou znázorněny na obrázku 4. Účinnost odstranění anorganického dusíku je
uvedena na obrázku 5. Do 47. dne účinnost odstranění anorganického dusíku byla velice nízká, po změně oxické
a anoxické zóny se účinnost odstranění anorganického dusíku zvýšila. Nejvyšší účinnost byla pozorovaná u
modelu č. 3 (přídavek supernatantu fermentovaného primárního kalu).
600
500
Nanorg (mg/l)
400
300
200
100
0
0
20
40
60
80
100
120
140
čas (dny)
Přítok
Přítok 2
Přítok 3
Odtok 1
Odtok 2
Odtok 3
Obrázek 4: Koncentrace anorganického dusíku na přítoku a odtoku
100
80
60
Nanorg (%)
40
20
0
0
20
40
60
80
100
120
140
160
-20
-40
čas (dny)
Model 1
Model 2
Model 3
Obrázek 5: Účinnost odstranění anorganického dusíku
Pokud je proces nitrifikace následován denitrifikací, hodnota pH je ovlivněna H+a OH- ionty. Problémy
s kontrolou pH byli řešeny přídavkem hydrogenuhličitanu sodného do přítoku. Průměrná hodnota pH na přítoku
byla 7,55.
Koncentrace nerozpuštěných látek (NLzž) je znázorněna na obrázku 6. Do modelu č. 3 byl prvních 14 dní
dávkován fermentovaný primární kal, koncentrace NLzž se zvyšovala a díky vysoké koncentraci nerozpuštěných
- 55 -
látek se projevila špatná sedimentace. Z tohoto důvodu byl model do č. 3 raději dávkován supernatant
fermentovaného primárního kalu. Stáří kalu bylo 20 dní. Koncentrace NLzž klesala, zejména u modelu č. 1 a č. 2.
Koncentrace NLzž u modelu č. 2 byla zvýšena inokulací novým aktivovaným kalem. V modelu č. 1 byla větší
část biomasy přítomna ve vznikajícím biologickém filmu.
7
6
5
NLzž (g/l)
4
3
2
1
0
0
20
40
60
80
100
120
140
čas (dny)
model 1
model 2
model 3
Obrázek 6: Koncentrace nerozpuštěných látek
Závěr
Nejvyšší množství organických látek se uvolnilo při termochemické a termické dezintegraci aktivovaného kalu.
Nejvyššího poměru CHSKf/TKN se bylo dosaženo při termochemické dezintegraci.
SBR modely jsou stále v provozu. Na základě aktuálních výsledků, organický substrát uvolněný při fermentaci
primárního kalu může být použit jako substrát pro denitrifikaci. Systém může účinně nitrifikovat jak amoniakální
dusík přítomný v odpadní vodě, tak i amoniakální dusík vstupujícím do systému s interním substrátem. Účinnost
odstranění dusíku je v porovnání s referenčním modelem vyšší. Pro posouzení termochemické dezintegrace je
nutná delší doba provozu SBR modelů.
Prezentované výsledky technologických pokusů ukazují, že pro zlepšení bilance organický substrát versus dusík
je z technologických i ekonomických důvodů výhodnější použití prefermentace primárního kalu, přičemž jako
optimální se jeví dávkování samotné kapalné fáze po prefermentaci s ohledem na zachování kvality
aktivovaného kalu. Využití dezintegrovaného aktivovaného kalu pro stejný účel je z technologického pohledu
rovněž možné, ale ekonomicky reálné je pouze v systémech, kde bude primárním cílem razantní snížení
produkce přebytečného aktivovaného kalu (teoreticky až na nulovou produkci).
Acknowledgments
The research was supported by EU project FP6-018525 REMOVALS – Reduction, modification and valorisation
of sludges and by The Czech Ministry of Education, Youth and Sports, project MSM 6046137308.
Seznam literatury
Aesoy A., Odegaard H:, Bach K., Pujol R., Hamon M. (1998): Denitrification in a packed bed biofilm reactor
(BIOFOR) – experiments with different carbon sources, Water Resource., 32, 5, 1463-1470
Baier U., Schmidheiny P. (1997): Enhanced anaerobic degradation of mechanically disintegrated sludge, Water
Science and Technology., 36, 11, 137-143
Battistoni P., Fava G. (1995): Fish processing wastewater: production of internal carbon source for enhanced
biological nitrogen removal, Water Science and Technology., 32, 9-10, 293-302
Bilanovic D., Battistoni P., Cecchi F., Pavan P., Mata-Alvarez J. (1999): Denitrification under high nitrate
concentration and alternating anoxic conditions, Water Resource., 33, 15, 3311-3320
- 56 -
Camacho P., Deleris S., Geaugey V., Ginestet P., Paul E., 2002. A comparative study between mechanical,
thermal and oxidative disintegration techniques of waste activated sludge. Water Science and Technology, 46,
10, 79-87
Elefsiniotis P., Wareham D.G., Smith M.O. (2004): Use of volatile fatty acids from an acid-phase digester for
denitrification, Journal of Biotechnology, 114, 3, 289-297
Horáková M. (2003): Analytika vody, VŠCHT Praha
Lie E., Welander T. (1997): A method for determination of readily fermentable organic fraction in municipal
wastewater, Water Resource., 31, 6, 1269-1274
Moser-Engeler R., Udert K. M., Wild D., Siegrist H. (1998): Products from primary sludge fermentation and
their suitability for nutrient removal, Water Science and Technology., 38, 1, 265-273
Müller J., Lehne G., Schwedes J., Battenberg S., Näveke R., Kopp J., Dichtl N., Scheminski A., Krull R.,
Hempel D.C., 1998. Disintegration of sewage sludges and influence on anaerobic digestion. Water Science and
Technology, 38, 8-9, 425-433
Pitter P., (1999): Hydrochemie,VŠCHT Praha
Randall C.W., Barnard J.L., Stensel H.D. (1999): Design and retrofit of wastewater treatment plants for
biological nutrient removal, Water Quality Management Library – Volume 5, Technomic Publishing Company,
U.S.A.
Wang F., Shan L., Ji M., 2006. Components of released liquid from ultrasonic waste activated sludge
disintegration. Ultrasonics Sonochemistry, 13, 334-338
Zábranská J., Dohányos M., Kutil J.(2004): Význam dezintegrace v kalovém hospodářství, sborník Konferencia
Kaly a odpady 2004, 25.-26.3., Bratislava
- 57 -
BUDE MOŽNÉ I NADÁLE VYUŽÍVAT ČISTÍRENSKÉ KALY V ZEMĚDĚLSTVÍ?
Jana Krejsová, Lubomír Nedvěd
VŠTE, Okružní 10, České Budějovice
ZEVA, Haškova 4, České Budějovice
I. ÚVOD
Podle statisticky dostupných informací se produkuje kal v ČR v posledních letech v čistírnách
komunálních odpadních vod (dále jen ČOV); v množství, které se pohybuje v rozsahu cca 178 000 -180 000 t
sušiny kalu. Kal se tvoří v drtivé většině případů v podobě odvodněného kalu o sušině v rozmezí cca 20-30 %.
Kapacitně se pohybuje roční produkce odvodněného kalu kolem 750 000 t výsledné kalové produkce. Přibližně
50 % ho končí v kompostárnách a jim podobných zařízeních, 16 % se aplikuje přímo v zemědělství, 14 % se
využívá k rekultivacím a 20 % má jiný účel uplatnění. Mizivé procento z tohoto množství se spaluje.
Možnosti využití kalů v ČR produkovaných v čistírnách odpadních vod komunálního charakteru
vychází ze znění zákona č. 185/2001 Sb. O odpadech a prováděcích vyhlášek v platném znění. Platná česká
legislativa koresponduje s evropským zákonodárstvím, a to se směrnicí č. 86/278/EEC. Česká legislativa
o kalech z čistíren odpadních vod je s touto směrnicí v souladu. V oblasti limitů pro obsah těžkých kovů v kalech
splňuje dokonce i spodní hranice požadovaných evropských limitů. Tato směrnice se projednává v pracovních
týmech EK a zároveň se objevuje snaha o její novelizaci. Některé možnosti uplatnění kalů z čistíren odpadních
vod v ČR se budou nově řešit ve vyhlášce na zpracování biologicky rozložitelných odpadů.
II. Kalová produkce velkých městských aglomerací
Kaly komunálních čistíren odpadních vod nejsou zcela homogenní produktem (či komoditou), jak se
někdy prezentuje veřejnosti. Jejich kvalitu ovlivňuje rozhodnutí o konečném způsobu materiálového využití,
které je velmi proměnlivé v přímé závislosti na:
1) technologické úrovni a charakteru zařízení ČOV – jako místu jejich vzniku
2) charakteru a původu odpadních vod, které dotyčná ČOV zpracovává.
Zásadní vliv na kvalitu kalu produkovaného v ČOV mají zdroje odpadních vod. Rozsáhlé městské
aglomerace s vysokou koncentrací obyvatel, silným zastoupením strojírenského či chemického průmyslu, dále
nemocnice a nespecifikované zdroje znečištění ovlivňují vlastnosti a složení kalu a tedy nevyhovující obsah
těžkých kovů, organických polutantů a patogenních mikroorganismů. Kvalitu a vhodnost kalů z ČOV pro
zemědělské využití řeší Vyhláška č. 382/2001 Sb., v platném znění.
Kalová produkce ČOV větších měst, i když zčásti odpovídá parametrům Vyhlášky. 382/2001 Sb., je pro
zemědělce v některých ukazatelích nepřijatelná nejen z hygienických hledisek, ale také z psychologického a
obchodního hlediska. Zemědělci využívající tuto kalovou produkci mohou mít v některých případech problémy
s uplatněním své zemědělské produkce, jestliže je známo, že používají kal z čistíren odpadních vod z velkého
města. A to i tehdy, kdy se podaří vlastníku čistírny odpadních vod a vodohospodářskému provozovateli
investičními, technologickými opatřeními na čistírně a dozorem provozovatele nad kanalizační sítí zajistit
legislativně odpovídající kvalitu kalu.
Velké městské čistírny odpadních vod koncentrují dostatek finančních prostředků z poplatků
producentů odpadních vod na chod zařízení, na dokonalou hygienizaci a chemicko-technologickou úpravu kalu.
Jedná se zejména o termofilní vyhnívání kalu, vysokotlaké lisy, linky na vápnění kalu a pasterizační jednotky
apod. U ČOV velkých měst s kapacitou cca 50 000 až 100 000 EO a více, tudíž s vyšším výskytem rizikových
faktorů, se přikláníme k materiálovému využití čistírenských kalů mimo zemědělskou výrobu a bez vazby na
potravinový řetězec.
Přísnější legislativu lze v těchto případech bez výhrad pochopit.
III. Kalová produkce menších městských aglomerací
Menší města a obce, ve kterých se provozují ČOV s ekvivalentem 500 až 2000 EO nebo až 30.000 EO,
mají kvůli nižší koncentraci průmyslu v těchto aglomeracích odpadní vody komunálního charakteru. Kalová
produkce z těchto čistíren obsahuje více organických látek vhodných pro zemědělské využití. Technologie
čištění odpadní vody mechanicko-biologických ČOV spočívá hlavně v denitrifikační a nitrifikační fázi. Primární
- 58 -
a přebytečný aktivační kal se následně anaerobně zpracovává. Jedná se o mezofilní vyhnívání, nebo u malých
ČOV o dlouhodobého studené vyhnívání v uskladňovacích nádržích. Nepochybně se vhodně jeví doplnění
kalové koncovky u některých středně velkých ČOV stupněm stabilizace a hygienizace kalu vápnem – např.
přídavkem vápenného hydrátu k odvodněnému kalu. Odpadní kaly z těchto čistíren jsou díky obsahu
sledovaných kontaminantů většinou výrazně pod 1/2 limitů daných legislativou. Zemědělské využití kalové
produkce s nízkým obsahem kontaminantů je výhodná nejen pro producenta ale i příjemce kalu. Vyhláška
č.382/2001 Sb. ve své aktuální podobě je prospěšnou legislativou, která navazuje na technicko-ekonomické
možnosti malých a středních čistíren odpadních vod realizovatelná a dobře zastává i hlediska ochrany zdraví při
zemědělském využití kalu.
IV. Kvalita kalu z menších čistíren a jejich uplatnění v zemědělství
Kaly z menších čistíren obsahují řádově cca 500 -700 kg využitelných živin N, P, K, Mg, Ca v povolené
dávce 5 t sušiny na 1 ha ZP. Při přepočtu těchto živin na finanční prostředky získává zemědělec na 1 ha aplikace
kalu cca 6000 –10 000 Kč. Tato podpora je velmi významná. V případě neproblémových čistírenských kalů
z hlediska kontaminantů si zemědělci uvědomují tuto výhodu a kal zapracovávají do svého plánu organického
hnojení.
V loňském roce měla Česká republika cca 4 254 000 ha zemědělsky využívané půdy. Poměr velkých
dobytčích jednotek zemědělských farem postupně během posledních let klesal z úrovně kolem 0,8 VDJ / ha na
současnou hodnotu kolem cca 0,3 VDJ/ ha ZP. Tomuto poklesu samozřejmě odpovídá produkce organických
hnojiv a dotace zemědělské půdy hnojené organickou hmotou – uhlíkem. Pro srovnání uvádíme hodnotu z EU,
ve které se počet VDJ pohybuje v rozmezí 0,9 – 2 VDJ/ha ZP.
Na tuto skutečnost v České republice navazuje fakt o snížení ploch pěstovaných krmných plodin na
orné půdě. Zatravňování má svou doménu jen v určitých oblastech, zejména horských a podhorských, kde se
provozuje pastevní odchov dobytka. Na orné půdě převažuje pěstování tržních plodin s aplikací průmyslových
hnojiv - solí. Díky ubývání obsahu organické hmoty v půdě se zároveň snižuje pufrovitost půdy a schopnost
vázat živiny. Otázkou zůstává, kde i nižší aplikované dávky živin (N,P,K) z průmyslových hnojiv v půdě
s nižším obsahem organických látek - humusu - končí, zda-li v zemědělské produkci či ve spodních vodách.
Využitelný objem kalu z čistíren odpadních vod nemůže nahradit chybějící organickou hmotu, ale může
představovat vhodný doplněk faremních slamnatých hnojiv a meziplodin na zelené hnojení.
Velmi záslužnou činnost v této problematice vykonává ÚKZÚZ Brno a jeho regionální pracoviště, která
kontrolují dodržování legislativy z hlediska ochrany zemědělského půdního fondu. Svou činností a praktickou
znalostí problematiky poskytují odbornou záruku, že obsah platné legislativy zakotvené ve Vyhlášce. 382/2001
Sb. bude naplňován.
V. Je nutné a prospěšné legislativu upravující zemědělské uplatnění kalu z ČOV dále zpřísňovat ?
Často diskutovanou otázkou je požadovaná úroveň hygienizace kalu ČOV a limity výskytu patogenních
mikroorganismů v kalové produkci.
Současné limity stanovené ve Vyhlášce. 382/2001 Sb. jsou nastaveny v úrovni:
pro kal I. kategorie
103 KTJ v 1 g sušiny – termotolerantní koliformní bakterie
103 KTJ v 1 g sušiny – enterokoky
0 – Salmonella spp.
pro kal II. kategorie (použití pro technické plodiny)
103-106 KTJ v 1 g sušiny – termotolerantní koliformní bakterie
103-106 KTJ v 1 g sušiny – enterokoky
nest. – Salmonella spp.
V návrhu nové legislativy je striktně pro produkty – zařízení zpracovávající BRO, které přijímají kal
z ČOV požadováno 5 ti četné mikrobiologické stanovení s výsledkem:
pro termotolerantní koliformní bakterie a enterokoky
3 stanovení < 103 KTJ v 1 g suš.
2 stanovení < 50 KTJ v 1 g suš.
pro Salmonella spp.
5 stanovení
0
Požadavkem u zařízení zpracovávajících kalovou produkci čistíren odpadních vod je proces validace vnesenými
testovacími organismy (samozřejmě specializovanou firmou).
Pokud budou zde použité limity platit v logické návaznosti i pro zemědělsky využívanou produkci
kalu z čistíren odpadních vod bez ohledu na její původ, bude se jednat o požadavek naprosté sterilizace
veškerého čistírenského kalu . Každá použitá technologie v rámci kalové koncovky čistíren odpadních vod
- 59 -
(nebo zařízení zpracovávajících čistírenský kal), bude muset být projektantem dimenzována na úroveň
hygienizace splňující úroveň – 101 KTJ v 1 g suš. = téměř sterilizace.
PŘEHLED LIMITŮ PRO KAL ČOV DLE PLATNÉ LEGISLATIVY NÍŽE UVEDENÝCH STÁTŮ EU :
Stát EU
Salmonella spp.
Ost. Patogenní mikroorganismy
ČR
0
kal I. Kategorie
TKB
< 1000 na 1 g suš.
Enterokoky < 1000 na 1 g suš.
kal II. kategorie
TTKB 103 - 106 na 1 g suš.
Enterokoky 103 - 106 na 1 g suš.
Dánsko
0
fekální streptokoky < 100 na 1 g suš.
Francie
8 MPN na 10 g suš.
Enteroviry < 3 MPCN na 10 g suš.
Vajíčka helmintů < 3 na 10 g suš.
Itálie
1000 MPN na 1 g suš.
Polsko
0
vajíčka parazitů < 10 kg sušiny
Rakousko
0
Enterobakterie < 1000 na 1 g suš.
0 vajíček parazitů
SR
0
TTKB < 2 . 106 na 1 g suš.
Tabulka z publikace“Možnosti a způsoby využití kalu a sedimentů z ČOV“, Kyclt, Vosáhlová (2004) –
ENVISAN-GEM, a.s.
Některé země požadují (než sledování konečné kvality kalu) zajištění a garanci technologických parametrů
úpravy – hygienizace kalu (pH, teplota, apod.)
V posledním nám známém návrhu revize směrnice EU o kalech, diskutovaném v lednu 2004, se pro konečnou
úpravu čistírenského kalu uvažují a diskutují m.j. tato pravidla a možnosti:
a) pro technologie s vysokým stupněm hygienizace používat validovaného procesu hygienizace
(Salmonella senftenberg W 775), redukce sledovaných organismů o 6 řádů, na výstupu kal obsahuje
Salmonella spp. – 0; Escherichia coli max. 5.102 CFU na 1 g suš.
b) pro tradiční metody úpravy kalů předpokládá skladování kalu při teplotě okolního vzduchu bez příměsí
nebo odběrů během skladování, způsob zpracování kalu musí dosáhnout přinejmenším redukci 102 u
bakterií Escherichia coli. (Dlouhodobé uložení kalu je jako tradiční metoda úpravy kalu
charakterizováno termínem 6 měsíců).
c) jasně specifikovat kvalitu kalu pro jednotlivé účely použití
V. Závěr
Snažili jsem se především o zamyšlení, nad předpokládaným dopadem aplikací technologií s vysokým
stupněm hygienizace kalu u malých a středních ČOV cca kolem 25000 EO s vyhovujícím čistírenským kalem
pro zemědělské využití. Ve většině případů jsou zájmové aglomerace vybaveny mechanicko-biologickými ČOV
s anaerobním a aerobním stupněm čištění odpadních vod. Kal se již někde aerobně stabilizuje – provzdušňuje.
Některé čistírny mají ve výbavě temperované vyhnívací nádrže, ve kterých probíhá většinou mezofilní proces.
Ve velkém počtu případů se kal také dlouhodobě uskladňuje v silech, na zajištěných plochách či v nádržích
s minimálně roční produkční kapacitou. Některé menší čistírny mají i kalovou koncovkou s odvodněním kalu.
Jen kal starších ČOV s technicky zastaralou technologií, nedokonalou stabilizací kalu a bez dlouhodobého
uskladnění (štěrbinové nádrže apod.) se převáží do blízkých modernizovaných provozů ke zpracování.
Předpokládané opatření sterilizace kalu u menších čistíren odpadních vod může přivodit komplikace jejich
provozu nebo následně v přirozeném materiálovém využití v zemědělství. Důvodem jsou technologicko –
ekonomické a praktické aspekty u těchto menších čistíren.
Problémy kolem sterilizace kalu:
1) potřeba převážení kalu ke zpracování do velkých čistíren odpadních vod, vzdálených cca 20 – 30 km má
citelný dopad do nákladů, které jdou k tíži producentů odpadních vod;
2) dojde ke zvýšení emisí způsobených nákladní dopravou a vyšší spotřebě PHM , k zatěžování komunikací;
3) zvýšení energetické náročnosti u čistíren odpadních vod;
4) budování a provoz technologií s vysokým stupněm hygienizace u menších čistíren – vysoké náklady na
pořízení investic a i na provoz s dopadem do cen vodného a stočného
- 60 -
Co říci na úplný závěr?
1) Budou si malé obce chtít vybavovat při takto nastavených podmínkách čistírnami odpadních vod ?
2) Jak budou provozována zařízení s produkcí BRO a čistírny odpadních vod s produkcí kalu, septiky a žumpy,
nebude se zvyšovat snaha původců odpadu tuto produkci alespoň zčásti nelegálně nechat mizet s patřičným
dopadem do ŽP?
3) Není v této fázi přínosnější věnovat více finančních prostředků na prevenci a minimalizaci vstupů škodlivých
látek a patogenů přímo do potravního řetězce lidí (antioxydanty, barviva, hormony, antibiotika, stabilizátory,
skladování, transport a vlastní výrobní proces potravin)?
4) Není přínosnější vyžadovat důrazně plnění a dodržování stávajících zákonů - splnitelných v návaznosti na
současnou technickou vybavenost a hospodářsko-ekonomickou dispozici občanů obcí a menších měst a
teprve po jejím zlepšením postupovat dále?
Zdroje informací:
Kužel, Kolář, Ledvina, Klufová, (2002) Oraganiminerální hojivo z odpadů anaerobní digesce travní hmoty, sever
Biom.cz, článek
Kyclt, Vosáhlová (2004) Možnosti a způsoby využití kalu a sedimentů z ČOV“. ENVISAN-GEM, a.s
Ministerstvo zemědělství ČR – statistické údaje na webových stránkách.
Sborník: Kaly a odpady (2006) – sborník, Brno 19-31. června, AČE ČR, AČE SK, FSI VUT Brno
Směrnice č. 86/278/EEC.
Vyhláška č. 382/2001 Sb., v platném znění
Zákon č. 185/2001 Sb. O odpadech v platném znění
- 61 -
PRAKTICKÉ SKÚSENOSTI S NOVÝM TYPOM ADITIVAČNÉHO ČINIDLA NA
BÁZE KALOV Z ČOV
Pavel Sedláček, Marián Lesanský, Jaroslav Ďurík
Pražská teplárenská a.s., Partyzánská 1/7, 170 00 Praha 7, [email protected] ,
Čovspol a.s., Pestovateľská 8, 821 04 Bratislava, [email protected]
INVESTEX GROUP s.r.o, Na Štepnici 1, 960 01 Zvolen, [email protected]
Abstrakt
Pri spaľovaní všetkých druhov hnedých uhlí sú pre znižovanie oxidov síry pridávané do spaľovacieho procesu
aditivačné činidlá. Tieto aditivačné činidlá sú väčšinou na báze vápenatých iónov. Ďalším globálnym problémom
sú obmedzené možnosti použitia prebytočného kalu z čistiarní odpadových vôd, limitované Zákonom 188/2003.
Vhodnou kombináciou týchto zložiek je možné pripraviť aditivačné činidlo, ktoré má dobré odsírovacie účinky.
Jeho použitím dochádza k využitiu odpadových látok a úspore prírodných zdrojov. Cieľom spoločného
medzinárodného projektu, ktorý bol a je riešený na pracoviskách firiem INVESTEX GROUP, s.r.o. Zvolen,
Výskumného ústavu pre hnedé uhlie a.s. a Čovspol a.s. je overiť možnosť použitia tohoto aditivačního činidla
v prevádzkovom meradle. V roku 2006 boli na konferencii E.E.E. prezentované výsledky dosiahnuté
v laboratórnom merítku. Pre tieto účely boli pripravené tri rôzne vzorky, ktoré sa líšili prídavkom vápenatých
iónov do výsledného produktu. Pri laboratórnom stanovení stupňa odsírenia bolo dosiahnuté rovnaké hodnoty,
ako s bežne používanými aditívami. Po vyžíhaní vzorky sa účinnosť odsírenia pohybovala na hodnotách 5971%. Pre prevádzkové skúšky, ktoré prebehli následne bola vybraná receptúra, ktorá bola zložená z 38% hm.
CaO a 62% hm. čistiarenského kalu. Pri príprave bol využitý kal z komunálnej ČOV Zvolen. Celkom boli
vykonané dve prevádzkové spaľovacie skúšky. Prvá bola vykonaná na fluidnom kotle s výkonom 5,3 MW
v Českej Třebovej. Druhá na zdroji s práškovým horákom o výkone 106 MW vo Zvolene. Príspevok popisuje
genézu vývoja od laboratórnych skúšok až po praktické skúšky a dokumentuje potvrdené dosiahnutie viac než
50%-ho zníženia emisií oxidov síry pri oboch prevádzkových spaľovacích skúškach.
Úvod
Zmesný kal z komunálnych ČOV, ktorý prešiel anaeróbnym procesom za účelom stabilizácie a výroby bioplynu,
má po následnom odvodnení na odstredivke obsah sušiny približne 30 až 35 % hm. Výhrevnosti tohto kalu,
ktoré boli stanovené kalorimetrickým rozborom sa pohybovali od 1,7 do 1,9 MJ/kg. Táto výhrevnosť je pre
energetické využitie veľmi nízka. Preto je kal v tejto podobe pre energetiku nepoužiteľný. Vysoký obsah vody
okrem znižovania výhrevnosti predražuje aj dopravné náklady. Pri teoretickom výpočte výhrevnosti vzhľadom
na obsah vody v kale dostaneme pri obsahu vody 10% hm. výhrevnosť hodnoty okolo 12 MJ/kg.
Pevné palivo s výhrevnosťou okolo 12 MJ/kg je v energetike bežne používané. Z praxe však vieme, že súčasné
technologické možnosti odvodnenia kalu pomocou odstredivky sú limitované. Reálne vieme dosiahnuť už
spomenuté hodnoty 30 až 35% sušiny teda obsah vody na úrovni 70 – 65% hm.
Z doteraz uvedených faktov je zrejmé, že jednou z najväčších prekážok využitia kalu z komunálnych ČOV
v energetike je jeho vysoký obsah vody. Reálne znížiť obsah vody v kale výraznejšie pod 70% hm. si vyžaduje
doplnkovú technológiu odvodnenia. Palivo je okrem ceny a výhrevnosti (ceny za jednotku tepla) hodnotené aj
z hľadiska obsahu exhalátov a obsahu popola pri jeho spaľovaní. Dôležité je však vyhovieť aj iným
požiadavkám energetickej prevádzky t.j. vhodná granulácia, hygienická nezávadnosť, nelepivosť produktu a
možnosť jeho mletia spolu s uhlím.
Dezinfekčné vlastnosti vápna sú dlhodobo známe a využívajú sa aj pri dezinfekcii respektíve stabilizácii kalov
z ČOV. Ďalšia všeobecne známa skutočnosť je, že zlúčeniny vápnika (Ca) pridávané v spaľovacom procese
k palivám, ktoré obsahujú síru znižujú obsah emisií SO2 , ktorý vzniká pri spaľovaní.
Kaly z čistiarní odpadových vôd (ČOV) majú zatiaľ značne obmedzené ďalšie využitie. K možnosti ďalšieho
využitia sa používa metóda stabilizácie kalov pomocou vápenatých iónov. V dôsledku zvýšenia alkality a
teploty prostredia kalu vplyvom prídavku vápna (hodnoty pH väčšinou nad 12) dochádza behom spracovania
kalu k likvidácii patogénnych mikroorganizmov.
Vhodný čistiarenský kal pre prípravu aditivačného činidla aplikovateľného pri spaľovacích procesoch menej
kvalitných fosílnych palív so zvýšenými obsahmi síry vzniká napríklad aj pri procese jeho anaeróbnej
stabilizácie na komunálnych ČOV. Po zmiešaní nehaseného vápna (CaO) a kalu nastane exotermická reakcia,
- 62-
ktorá odparí časť vody, chemicky naviaže vodu za vzniku Ca(OH)2. No po pridaní väčšieho podielu vápna sa
intenzívne uvoľňuje čpavok. Príčin, prečo sa tak deje, môže byť viacero. Jednou z nich môže byť chemická
reakcia medzi amónnymi soľami obsiahnutými v produkovaných čistiarenských kaloch a hydroxidom
vápenatým, ktorý je dávkovaný v prebytku. No NH3 sa môže uvoľňovať aj z organických dusíkatých zlúčenín
vplyvom tepla a silne zásaditého prostredia. Po prebehnutí týchto reakcií predstavuje odpadový s nehaseným
vápnom zreagovaný čistiarenský kal s určitým menším podielom energeticky využiteľných látok a prebytkom
vápenatých iónov surovinu pre prípravu a výrobu aditivačného činidla. Funkcia aditivačného činidla v priebehu
spaľovacieho procesu spočíva v jeho schopnosti viazať vznikajúci plynný oxid siričitý SO2, pričom vznikne
pevný síran vápenatý, ktorý zostáva v popole.
Pre realizáciu laboratórnych skúšok boli v spolupráci so slovenskou firmou INVESTEX GROUP, s.r.o
pripravené tri vzorky aditív kalov (označené ADK1 až ADK3). Pripravené boli z kalu komunálnej ČOV Zvolen
a pomocou zlúčenín obsahujúcich vápenaté ióny. Pripravené vzorky sa líšili postupom prípravy, množstvom a
typom použitých vápenatých činidiel. Receptúra prípravy vzoriek je zrejmá z tabuľky č.1. Pre prípravu vzoriek
boli použité bežné typy používaných činidiel pre aditiváciu českých hnedých uhlí.
Tabulka č. 1 Receptúra upravených kalov pre aditiváciu
Označenie vzoriek
Kal [% hm.]
Vápenec [% hm.]
CaO – nehasené vápno [% hm.]
ADK1
62
-
38
ADK2
53
40
7
ADK3
50
50
-
Keďže nové aditívum obsahuje určitý podiel energeticky využiteľnej zložky boli v pripravených vzorkách
vykonané laboratórne rozbory, pri ktorých boli stanovené základné parametre týchto vzoriek a to predovšetkým
výhrevnosť, obsah popola, vody a obsah síry. Výsledky rozborov sú uvedené v tabuľke č.2.
Tabuľka č. 2 Základný technologický rozbor upravených kalov pre aditiváciu
Popis
Wa
Wtr
Ar
Ad
Qsd
Qsdaf
Qir
Qid
Qidaf
Sd
vzorku
%
%
%
%
MJ/kg
MJ/kg
MJ/kg
MJ/kg
MJ/kg
%
ADK 1
5,09 19,65
50,68
62,84
4,62
12,42
2,89
4,23
11,39
0,46
ADK 2
3,19
26,47
39,46
53,67
3,89
8,38
2,02
3,64
7,86
0,36
ADK 3
3,26
28,30
38,12
53,16
3,36
7,17
1,56
3,16
6,76
0,44
S tromi druhmi aditív bolo vykonaných viacero spaľovacích skúšok Prehľad receptúr jednotlivých vzoriek
pripravených z aditív a hnedého uhlia, ktoré sa podrobili laboratórnym skúškam, je uvedený v nasledujúcej
tabuľke. Na základe ich výsledkov bola stanovená účinnosť odsírovacej schopnosti. V stĺpci č.1 sú uvedené
označenia jednotlivých vzoriek. V stĺpci č.2 sú uvedené hmotnostné diely uhlia, ktoré sa pridali do tej ktorej
vzorky. V stĺpci č.3 je uvedený typ použitého aditíva, ktorý bol do danej vzorky pridaný. V stĺpci č.4 sú uvedené
hmotnostné podiely aditíva, v jednotlivých vzorkách
Tabuľka č.3.
PREHĽAD RECEPTÚR VZORKIEK PRE LAB. SPAĽ. SKÚŠKY –ČASŤ 1
OZNAČ. VZORIEK
HM.D. UHLIE HP 2
ADITIVUM
M-1
100
ADK1
M-2
100
ADK1
M-3
100
ADK1
M-4
100
ADK2
M-5
100
ADK2
M-6
100
ADK2
M-7
100
ADK3
M-8
100
ADK3
M-9
100
ADK3
M-10
100
ČÍŽK. VÁP
M-11
100
ČÍŽK. VÁP
M-12
100
ČÍŽK. VÁP
M-13
100
ŽÁDNÉ
- 63-
HM.D. ADITIVA
10
8
6
15
12,5
10
30
25
20
10
8
6
0
Pracovné výsledky – tabuľka č.4
Wa
Wt r
Ar
popis
vzorku
%
%
%
6,16 23,82 18,67
M-1
6,13 26,98 17,03
M-2
6,02 27,38 16,91
M-3
4,69 25,56 19,99
M-4
5,84 26,17 18,20
M-5
4,79 26,87 16,75
M-6
4,34 23,23 21,78
M-7
4,27 23,98 20,98
M-8
4,30 24,62 19,97
M-9
M-10 4,35 26,38 18,05
M-11 4,58 27,16 16,92
M-12 4,62 27,43 16,37
M-13 4,63 29,28 11,63
Ad
Qsd
Qsdaf
Qir
Qid
Qidaf
% MJ/kg MJ/kg MJ/kg MJ/kg MJ/kg
25,38 23,05 30,89 15,59 22,09 29,60
23,32 23,66 30,86 15,81 22,57 29,44
23,29 23,80 31,03 15,82 22,71 29,61
26,86 21,61 29,54 14,77 20,70 28,30
24,65 22,86 30,34 15,52 21,90 29,07
22,91 23,74 30,79 16,62 22,72 29,47
28,37 19,81 27,66 13,98 18,96 26,47
27,60 20,46 28,25 14,30 19,60 27,07
26,49 21,31 28,98 14,75 20,38 27,73
24,52 22,69 30,06 15,99 21,72 28,77
23,23 23,59 30,73 15,85 22,70 29,56
22,56 23,91 30,88 15,90 22,86 29,52
16,44 26,32 31,50 17,11 25,22 30,19
Sd
Sd
%
1,43
1,29
1,39
1,41
1,45
1,51
1,11
1,25
1,25
1,29
1,28
1,35
1,44
popel
%
3,9
4,71
4,22
3,37
4,05
3,95
2,81
2,52
3,13
3,86
3,93
3,66
0,36
Účinnosť
odsírenia
%
68,0
85,0
69,0
63,9
69,7
59,9
71,4
55,4
65,9
73,2
70,6
61,1
4,1
Výsledky laboratórnych pokusov sú uvedené v tabuľke č.4 – Pracovné výsledky.
Tieto výsledky boli veľmi povzbudivé. Poukázali na jeden dôležitý fakt a to, že aditívum ADK1 má
porovnateľnú odsírovaciu schopnosť ako čisté vápno, hoci obsah aktívnej „odsírovacej zložky“ t.j. vápna je
v aditíve o 60% hm. nižší !
Prevádzkové spaľovacie skúšky
Prevádzkové spaľovacie skúšky boli vykonané na horúco-vodnom kotly K2 – 5,3 MW, KOTOL H 5000
(označenie ako K2) v kotolni Českých dráh v DKV Česká Třebová. Parametre kotla sú uvedené v tabuľke č.5.
Tabuľka č.5 Parametre tepelného zdroja
Typ kotla:
Výrobca kotla:
Rok výroby:
Prevádzkový pretlak:
Menovitý tepelný výkon :
Najmenší tepelný výkon :
Najväčší tepelný výkon :
Typ spaľovacej komory kotla :
H 5000 o výkone 5,3 MW
Kotle-mont a.s. Praha
1999
1,0 MPa
5,3 MW
1,7 MW
5,5 MW
membránová komora
V rámci spaľovacích skúšok boli overené nasledujúce palivá - hnedé uhlie z produkcie hnedouhoľných
spoločností MU a.s. a SD Bílina. V priebehu spaľovacích skúšok bolo vykonaných a vyhodnotených celkom 11
režimov spaľovania. Uhlie z produkcie SD Bílina bez aditíva (skúška č.1) a následne s pridaním 5 a 10% aditíva
(vápno) (skúška č.2 a č.3). Uhlie z produkcie MU a.s. bez aditíva (skúška č.5) a následne s pridaním 5 a 10%
aditíva (vápna) (skúška č.7 a č.8). Ďalej bolo toto uhlie aditivované stabilizovaným kalom z ČOV
pod označením ADK 1 a ADK 2 (skúška č. 9 a 10). Skúška č.11 bola opäť vykonaná bez aditivácie uhlia.
Behom skúšok bolo zabezpečené meranie emisií autorizovanou meracou skupinou a vykonal sa odber vzoriek
pevných produktov po spaľovaní. Skúšky boli realizované na začiatku vykurovacej sezóny v priebehu mesiaca
november v dňoch 13.11. – 15.11.2006. Receptúry a výsledky priemerných hodnôt emisií, nameraných behom
spaľovacích skúšok sú uvedené v tabuľke č.6.
Na základe výsledkov laboratórnych rozborov bolo vyrobené dostatočné množstvo aditivovaných kalov
s označením ADK 1 a ADK2. Tieto kaly boli zmiešané s hnedým uhlím v pomeroch, zaručujúcich rovnaký
obsah účinnej zložky CaO, aký je k dispozícii pri použití vápenca z produkcie Vápenky Vitoul. Príprava paliva
pre spaľovacie skúšky je znázornená na obrázku č.1 a č.2.
- 64-
Obrázok č.1
Príprava paliva na spaľovaciu skúšku – I. fáza
Obrázok č. 2 Príprava paliva na spaľovaciu skúšku –II. fáza
- 65-
Tabuľka č.6 Priemerné hodnoty emisií + receptúry
Zk.č.
Palivo
SO2
NOX
CO
1
Uhlie Bílina bez aditiva
1176,1
419,6
78,2
2
Uhlie Bílina + 5% aditiva
1207,2
366,6
76,3
3
Uhlie Bílina + 10% aditiva
892,6
404,3
70,0
4
Uhlie Bílina + 10% aditiva nástrek spalin 160 oC
764,9
353,7
79,7
605,0
341,9
93,4
o
5
Uhlie Bílina + 10% aditiva nástrek spalin 110 C
6
Uhlie Most bez aditiva
1798,7
312,4
79,0
7
Uhlie Most + 5% aditiva
1773,8
304,6
75,8
8
Uhlie Most +10% aditiva
1363,3
321,2
91,9
9
Uhlie Most + ADK 1
824,5
322,8
72,4
10
Uhlie Most + ADK 2
1465,9
316,5
89,6
11
Uhlie Most bez aditiva
1794,6
381,7
48,9
Laboratórne rozbory palív a aditív
Po skončení spaľovacích skúšok boli vyhodnotené odobraté vzorky palív a popola. V nasledujúcich častiach je
uvedený ich prehľad v tabuľkách č.7-9.
Tabuľka č.7
Základný technologický rozbor palív
Popis
vzorky
Wa
Wtr
Ar
Ad
Qsd
Qsdaf
Qir
Qid
Qidaf
Sd
Hdaf
%
%
%
%
MJ/kg
MJ/kg
MJ/kg
MJ/kg
MJ/kg
%
%
Sk. č.1
18,37 31,14
5,01
7,28
27,91 30,10 25,98 26,76 28,86
1,07
5,66
Sk. č.6
15,93 31,12
2,58
3,75
31,66 32,90 20,26 30,55 31,74
0,86
5,32
Sk. č.11
6,68
6,36
10,34 26,61 29,69 14,69 25,44 28,37
1,00
6,05
Sd
Hdaf
%
%
Tabuľka č.8
Popis vzorky
38,48
Základný technologický rozbor kalov
Wa
Wtr
Ar
Ad
Qsd
Qsdaf
Qir
Qid
Qidaf
%
%
%
%
ADK2
5,09
20,65
49,91
62,90
4,00
10,76
2,42
3,70
9,97
0,39
3,64
ADK1
2,49
7,79
50,20
54,44
2,28
5,02
1,88
2,24
4,92
0,28
0,44
Tabuľka č.9
MJ/kg MJ/kg MJ/kg MJ/kg MJ/kg
Taviteľnosť popola a stanovenie účinných zložiek
DT
ST
HT
FT
CaO
v bezvodom
stave
°C
°C
°C
°C
%
%
ADK2
1078
1085
1454
1459
40,05
16,89
ADK1
1079
1086
1456
1467
46,84
---
Tavit. popola v oxid. atmosfére
Popis vzorky
- 66-
Uhličitany
v bezvodom
stave
Záver
Cieľom sledovaní bolo overenie rôznych režimov spaľovania mosteckého triedeného uhlia vo fluidnom kotle
veľkého výkonu a možná náhrada vápencového aditíva. Toto aditívum bolo vyrobené z prebytočných kalov
z ČOV. Bolo vykonaných 11 spaľovacích skúšok s mosteckým hnedým uhlím v kombinácii s novo vyvíjaným
aditivačným činidlom na báze kalov z komunálnych čistiarní odpadových vôd. Tieto výsledky boli porovnané
s referenčným palivom, ktorým je triedený druh orech 2 z produkcie SD a.s. Výsledky nameraných koncentrácií
emisií oxidu siričitého korešpondujú s nižším obsahom síry v palive, dodávaného SD a.s..
Pri porovnaní sitových rozborov vápenca z produkcie Vápenky Vitoul a pripravenými aditivačnými činidlami
na báze kalov z čistiarní odpadových vôd bolo zrejmé, že vyvinuté aditivačné činidlá sú podstatne
hrubozrnnejšie. Z tohoto dôvodu boli pridávané priamo do palivovej zmesi. Nie ako je to v prípade vápenca ,
ktorý je dávkovaný samostatne do spaľovacieho priestoru fluidného kotla.
V prípade použitia aditivačného činidla ADK1 bolo zaznamenané zníženie emisií o 54% a v prípade ADK2
o 19%. Z uvedených údajov vyplýva, že použitie ADK1 má vyššiu odsírovaciu schopnosť ako pri použití
súčasného aditivačného činidla, ktorým je vápenec z produkcie Vápenky Vitoul. Ďalej, že zmena paliva nemá
zásadný vplyv na tvorbu emisií oxidov dusíku. Výsledky laboratórnych aj prevádzkových spaľovacích skúšok
ukazujú možnú perspektívu využitia činidla ADK1 pre odsírovanie spalín pri spaľovaní hnedých uhlí.
Získané výsledky naznačujú ďalšiu možnú alternatívu nakladania s prebytočným kalom z čistiarní odpadových
vôd, zvlášť v lokalitách, kde je malá dopravná vzdialenosť medzi producentom kalov a potenciálnym
spotrebiteľom aditíva. Samostatnou kapitolou sú však aj legislatívne prekážky využitia takéhoto druhu aditíva
v podmienkach SR.
- 67-
LIKVIDACE VYBRANÝCH DRUHŮ ODPADŮ VE STÍŽENÝCH PODMÍNKÁCH
MAGADANU
Karel Hartig, Irena Hauerová
Hydroprojekt CZ, a.s., Táborská 31, 140 16 Praha, Česká republika
Úvod.
Pro projektovou organizaci v Ruské federaci jsme vypracovali návrh likvidace a energetického využití
vybraných druhů odpadů produkovaných v Magadanském regionu. Zvolený způsob řešení byl významnou
měrou ovlivněn umístěním města Magadan, který leží na břehu Ochotského moře, tj. na dálném východu Ruské
federace. Město Magadan se svými cca 120 000 obyvateli je mimo vlastního regionu bez spojení s okolním
světem silnicí nebo vlakem po souši. Jediný způsob je letecká a lodní doprava, ale přístav v zimě zamrzá. Tyto
podmínky ovlivňují veškerý způsob života v této oblasti a tím samozřejmě i odpadové hospodářství. Region
Magadanu je však z ekonomického hlediska značně zajímavý. V oblasti se nachází velké nerostné zásoby zlata,
stříbra, cínu, wolframu a dalších kovů. Významné je též naleziště uhlí. Důležitým odvětvím je rovněž lov ryb.
V celém velkém regionu žije cca 227 tisíc lidí, přičemž do Magadanu a přilehlých osad je soustředěno cca 150
000 obyvatel. O odlehlosti oblasti svědčí i vlastní televizní vysílání. Z dřívější doby je tato oblast známa
především pracovními tábory Gulag.
Magadanský region má subarktické podnebí s velmi dlouhým zimním obdobím trvajícím 6 měsíců v roce.
Tundra a trvale zmrzlá půda pokrývají velkou část regionu. Průměrné zimní teploty se pohybují v rozmezí od 19°C do –38 °C. V letních měsících se průměrné teploty pohybují od 3 do 16 °C. Vegetaci tvoří převážně tundra
a tajga. Mimo těžební oblast se jedná o neporušenou krajinu. Vzhledem k ekonomické síle oblasti je snaha o
ekologizaci celého zdejšího hospodářství, do čehož spadá i námi řešená problematika.
Vybrané druhy odpadů
Předmětem projektového řešení byl návrh využití, respektive likvidace vybraných druhů odpadů. Jednalo se o:
Olověné akumulátory s a bez elektrolytu
Ojeté pneumatiky s textilním, popř. ocelovým kordem
Různé druhy vypotřebených olejů a olejnatých kalů, ale bez přítomnosti PCB
Bioorganické odpady
Nemocniční odpad
Vzhledem k nutnosti likvidovat i upotřebené oleje a nemocniční odpad bylo za hlavní technologický proces
navrženo spalování vhodných materiálů. Po ekonomické analýze byly do spalovaných materiálů zahrnuty i
pneumatiky po předchozí dezintegraci. Odpady určené k likvidaci byly rozděleny do skupin určených jejich
specifickými vlastnostmi, které bude nutné upravit a přizpůsobit požadavkům technologického zařízení
spalovny. Byly určeny dvě základní skupiny odpadů, pro které je navržen technologický postup likvidace. Ve
spalovně budou zneškodňovány všechny výše jmenované odpady mimo autobaterií. Aby bylo možné spalovat
vyřazené pneumatiky, byla navržena samostatná technologie pro drcení pneumatik, umožňující jejich spalování.
Likvidace autobaterií bude prováděna nezávisle na technologii spalování. V návaznosti na technologická zařízení
byly navrženy plochy pro deponování kusového odpadu a skladů pro dočasné umístění odpadů v kontejnerech a
nádobách.
Likvidace pneumatik
Odlehlost oblasti prakticky znemožňovala vybudování zpracovatelských linek s obvyklou kapacitou a recyklaci
vybraných druhů odpadů. Při výběru některých technologických linek byly proto problémy s nedostatečnou
produkcí daného odpadu, což neumožňovalo použít technologie obvyklé při jejich zpracování. Jednalo se
především o zpracování pneumatik a akumulátorů. Množství produkovaných odpadů neumožňovalo použít
recyklační metody a rovněž zařízení s vyšším stupněm automatizace. Dostupná zařízení mají podstatně vyšší
kapacitu, než byla v řešeném případě potřebná. Proto bylo nutné přijmout řešení s vyšším podílem ruční práce
pomocí děličky pneumatik a hydraulických nůžek. Určitým problémem je rozdílná velikost pneumatik, která
- 68 -
kolísá od normálních osobních pneumatik rozměru 155/13 do pneumatik od speciálních důlních náklaďáků
Belaz s šířkou pneumatiky 910 mm a profilu 1258 mm.
Pro zpracování ojetých pneumatik se mimo jiné doporučuje jejich dezintegrace na granulát, který lze dále
využívat. Vzhledem k množství pneumatik mají technologické linky příliš velkou kapacitu na roční produkci
280 t pneumatik. Rovněž malé množství granulátu neumožňuje jeho ekonomické využívání. Cílem likvidace
pryžových odpadů je jejich zhodnocení tak, aby tyto odpady neohrožovaly životní prostředí. Nebezpečnost
pryžových odpadů spočívá v jejich vysoké hořlavosti, kdy při hoření vnikají zdraví nebezpečné plyny a dýmy a
obsahu nebezpečných chemických látek. Mimo výše uvedených důvodů opotřebované pneumatiky narušují
svým hromadným i rozptýleným výskytem estetickou funkci krajiny a z hlediska přirozené biodegradace jsou
v přírodních podmínkách dlouhodobě neodbouratelné. Proto bylo přijato řešení spočívající v rozřezání
pneumatik na kousky a jejich spalování společně s ostatními druhy odpadu.
Likvidace olověných akumulátorů
Podle údajů zadavatele bude ročně prováděna likvidace olověných akumulátorů v tomto rozsahu:
Olověné akumulátory upotřebené nerozebrané s elektrolytem v množství 12,6 t/ rok
Olověné akumulátory nerozebrané bez elektrolytu, upotřebené v množství 26,1 t/ rok
Na základě tohoto poměru byl vypracován odhad počtu akumulátorů a následně množství elektrolytu, který bude
nutné neutralizovat. Elektrolyt tvoří cca 25 % váhy akumulátoru a množství oplachové vody bylo odhadem
stanoveno na 20 l/ks.
Technologický postup likvidace akumulátorů
Obvyklý způsob likvidace akumulátorů se s ohledem na bezpečnost práce se nespočívá v rozebírání jednotlivých
kusů akumulátorů za účelem oddělení obalu od olověných elektrod. Akumulátory se shromažďují na sběrných
místech v kontejnerech pro nebezpečný odpad a odvážejí se do hutě, kde se ve specielní nádrži podrtí. Z této
specielní izolované nádrže odteče elektrolyt do sběrných nádob a zadržený elektrolyt se následně neutralizuje.
Zbývající pevný odpad, obal a elektrody, se roztaví v specielní peci, kde obal shoří a olovo se oddělí. Tato
specielní pec může sloužit k likvidaci i dalších odpadů s obsahem olova, např. kabelů. Kapacita pece v České
republice je 21 000 tun/rok akumulátorů v jednom takto vybaveném zařízení. Výstavba podobného zařízení
v Magadanu, s ohledem na množství shromážděného odpadu, který by se takto likvidoval, není ekonomicky
reálná.
S ohledem na snížení ekologické zátěže v oblasti navrhujeme tyto varianty likvidace akumulátorů:
a)
Vylití elektrolytu do sběrné nádrže a elektrolyt následně neutralizovat, akumulátor rozdrtit, oddělit olověné
elektrody a podrcený korpus uložit na skládku po provedení solidifikace spolu s popelem a upotřebeným
sorbentem z provozu spalovny. Oddělené elektrody odvážet k zpracování do nejbližší huti.
Vylití elektrolytu do sběrné nádrže a elektrolyt následně neutralizovat, akumulátor rozdrtit, uložit do kontejneru
pro nebezpečný odpad a postupně odvážet k nejbližší huti
c)
Vylití elektrolytu do sběrné nádrže a elektrolyt následně neutralizovat, prázdný akumulátor uložit do
kontejneru pro nebezpečný odpad a postupně je odvážet k nejbližší huti
Vylití elektrolytu do sběrné nádrže a elektrolyt následně neutralizovat, akumulátor uložit do kontejneru, zalít
solidifikovaným popelem ze spalovny a postupně je odvážet na skládku, kde budou v kontejneru uloženy v sekci
k tomu určené. Tuto variantu navrhujeme jenom v krajním případě.
Výběr varianty bude závislý na rozhodnutí investora, v podstatě se odlišuje pouze instalací drtičky akumulátorů,
jinak je rozdíl pouze v organizaci nakládání akumulátory po oddělení elektrolytu.
Místem pro oddělování elektrolytu je oplachový stůl, na kterém bude prováděno vyprazdňování akumulátorů od
elektrolytu a jejich výplach vodou. Zředěný elektrolyt bude zachytáván ve sběrné jímce k následné neutralizaci.
Další postup nakládání s prázdnými akumulátory se bude lišit podle zvolené varianty likvidace jeho korpusu.
V případě jeho drcení bude zařízení na rozbití korpusu akumulátoru sestaveno z vstupní části, drtiče a odpadního
žlabu, pod kterým bude umístěn kontejner pro nebezpečný odpad. Dále bude s rozdrcenými akumulátory
nakládáno dle výše popsaných možností.
Neutralizace zředěných elektrolytů z likvidace akumulátorů
Odpadní vody vznikající při likvidaci akumulátorů jsou tvořeny elektrolytem a oplachovými vodami. Jedná se
o roztok kyseliny sírové o koncentraci cca 10% s obsahem kovů, které jsou obsaženy v elektrolytu. Tyto kovy se
při procesu neutralizace dostávají do kalů. Kyselé odpadní vody se shromažďují ve sběrné jímce, kde dochází k
částečnému vyrovnání koncentrací a odtud se čerpají ke zpracování do neutralizačního reaktoru. Vody se po
načerpání do reaktoru upravují koagulačním procesem, kdy se obsah reaktoru nejprve homogenizuje mícháním
(první stupeň, rychlé míchání) a poté se dávkuje koagulační činidlo a upraví se pH pomocí vápenného mléka s
- 69 -
případným přídavkem bentonitu na hodnotu cca 9,7. Po homogenizaci reakční směsi se dávkuje polyflokulant a
směs se promíchá při pomalých otáčkách míchadla. Poté následuje sedimentace po dobu jedné až dvou hodin. Po
této době se čirá vrstva vody vypustí přes mechanický filtr a kontrolní jímku (kontrolní jímka je osazena
registračním měřením objemu a pH upravené vody) do odtoku a kaly se odvodní na kalolisu. Po vypuštění
reakční směsi z reaktoru je možno reaktor znovu plnit a zpracovávat další šarži odpadní vody. Celý proces
úpravy je mimo ruční vyklízení kalolisu automatizovaný.
Použité chemikálie:
Vápenné mléko, 10% s přídavkem bentonitu cca 3%,
Polyflokulant 0,1% roztok
Železitý koagulant
Kyselina chlorovodíková pro dorovnání hodnoty pH – dle potřeby
Zneutralizovaná voda zbavená kalu a příměsí kovů z elektrolytu se shromažďuje ve sběrné jímce a využívá se
k výrobě solidifikátu z reziduí po spalování ostatních druhů odpadů. Kal odvodněný na kalolisu se skládkuje na
příslušně zabezpečené skládce.
Spalování odpadů
Skladbu odpadů určených ke spalování tvoří z části odpady ze zdravotnictví , odpadní oleje zbytek představují
dezintegrované pneumatiky. Celkově se jedná o 1415 t/rok různých druhů upotřebeného oleje, 607,5 t/rok
nemocničního a bioorganického odpad a v neposlední řadě o 280 t/rok dezintegrovaných upotřebených
pneumatik.
Technologie spalovny je založena na pyrolýzním procesu, což znamená, že odpady jsou v peci přeměněny na
vysoce energetický plyn, který je následně ještě spalován za vysokých teplot – cca 1 100 °C s příslušnou
prodlevou. Zbytkem pyrolýzního procesu je popel, cca 5 % původního objemu odpadů, samozřejmě v závislosti
na složení spalovaného odpadu.
Teplo, které vzniká při spalování, je částečně využito k udržování teploty spalin v čistícím zařízení což je pro
tuto technologii nutné a zbytek lze využívat např. k vytápění budov. Nutno však upozornit, že spalovna používá
diskontinuální, neboli vsádkový proces. Nedílnou částí spalovny je zařízení na vyčištění kouřových plynů,
vzniklých při spalování odpadů.
Proces spalování odpadů produkuje popel, pevný odpad z čištění spalin a spaliny, které se po vyčištění
vypouštějí do ovzduší. Nejvíce sledované jsou emise do ovzduší.
Pro legislativní účely v oblasti ochrany ovzduší se rozumí:
emisním limitem - nejvýše přípustné množství znečišťující látky nebo stanovené skupiny znečišťujících látek
nebo pachových látek vypouštěné do ovzduší ze zdroje znečišťování ovzduší vyjádřené jako hmotnostní
koncentrace znečišťující látky v odpadních plynech nebo hmotnostní tok znečišťující látky za jednotku času
nebo hmotnost znečišťující látky vztažená na jednotku produkce nebo lidské činnosti nebo jako počet pachových
jednotek na jednotku objemu nebo jako počet částic znečišťující látky na jednotku objemu,
imisním limitem - hodnota nejvýše přípustné úrovně znečištění ovzduší vyjádřená v jednotkách hmotnosti na
jednotku objemu při normální teplotě a tlaku,
nejlepší dostupnou technikou - (technikami) nejúčinnější a nejpokročilejší stupeň vývoje použitých technologií
a způsobů jejich provozování, které jsou vyvinuty v měřítku umožňujícím jejich zavedení v příslušném
hospodářském odvětví za ekonomicky a technicky přijatelných podmínek a zároveň jsou nejúčinnější v
dosahování vysoké úrovně ochrany životního prostředí jako celku
Proces spalování je v podstatě oxidační reakce. Nezahrnuje pouze „klasické“ spalování, ale do této oblasti
tepelné destrukce se zahrnují i další procesy, jako je pyrolýza, zplyňování apod. Spalování odpadů se musí
provádět v zařízeních, která byla postavena přímo za tímto účelem.
Čištění spalin ze spalování odpadu
Spaliny ze spalování kalů je nezbytné zbavit škodlivých příměsí před jejich vypuštěním do atmosféry. Zařízení
na čištění plynů se skládá minimálně ze dvou částí – jednotky na separaci pevných podílů a zařízení, ve kterém
dochází k snížení koncentrace plynných znečišťujících látek pomocí absorpce, popř. chemické reakce. Zařízení
na separaci tuhých podílů obvykle vyčistí spaliny pod koncentraci 5 mg/Nm3 a to především v závislosti na
velikosti pevných částic obsažených ve spalinách. Většinou se odstraňují pevné částice o velikosti nad 1 mikron.
Pro čištění plynů se používají suché, polosuché a mokré způsoby. Dávkování chemikálií při suchém způsobu
čištění potřebuje 2,5 násobek stechiometrického množství potřebného k neutralizaci kyselých plynů. Reakce
probíhá obvykle v rozmezí teplot 160 – 180 °C. Vzniklé produkty čištění plynŭ jsou o`straňovány 3polečně
s p/pílkem : ĉ)štěnách plynů. Pęi `gužití pnlosuchiho způsobu čištění plxnů se poużívá 1,5 až 2,0 nasobek
- 70 -
ctechiomedriccé potřeby che-ikáliå. Z hledirka spo4řeby chemikálií je nejvýhkdnější mokrý způsob, kdy je
potřeba pouzd 10 % přebytek chemikálií. Suchý způsob čištěných plynů je výhodnější z důvodu, že nedochází
ke zpětnému znečišťování odpadních vod, resp. odpadní vody z čištění plynu se vůbec netvoří. Odstraňování
popílku z proudu spalin může probíhat i při vyšší teplotě spalin. Tento způsob je výhodný z hlediska odstranění
popílku s příměsí těžkých kovů, které mohou katalyzovat syntézu dioxinů v kouřových plynech při jejich
ochlazování.
Z hlediska spotřeby energie může být proces spalování soběstačný, pak se však může jednat o energetické
využívání kalů a nikoliv o jeho spalování. Záleží proto na složení spalovaného odpadu, obzvláště na jeho
výhřevnosti. Z hlediska nutnosti zajištění teploty nad 850 °C se používají přídavné - stabilizační hořáky plynu či
jiného přídavného paliva v dohořívací komoře, které zabezpečují dodržení standardních podmínek procesu
spalování. Pro větší jednotky spaloven se vyplatí zpětné využití energie ve formě páry nebo horké vody. Při
procesu spalování přechází část těžkých kovů obsažených v kalu do spalin a to již při relativně nízkých
teplotách.
Vzhledem k částečně chybějící a odlišné legislativě ochrany ovzduší v Ruské federaci bylo pohodnuto
postupovat dle legislativní normy platné v EU. Spalování odpadů ze zdravotnických zařízení upravuje stejně
jako u jiných odpadů „ SMĚRNICE 2000/76/ES EVROPSKÉHO PARLAMENTU A RADY ze dne 4.
prosince 2000 „O spalování odpadu“ (DIRECTIVE 2000/76/EC OF THE EUROPEAN PARLIAMENT AND
OF THE COUNCIL of 4 December 2000 on the incineration of waste).
Hlavní důraz je kladen čištění emisí vypouštěných do ovzduší, které jsou přesně limitovány a to nejen z hlediska
velikosti limitních hodnot, tak je i přesně stanoven způsob jejich měření. Výsledky měření provedených
k ověření toho, zda jsou splněny limitní hodnoty emisí jsou normalizovány vzhledem k následujícím podmínkám
a pro následující obsahy kyslíku:
• teplota 273 K, tlak 101,3 kPa, 11 % kyslíku, suchý plyn, v odpadním plynu spalovacích závodů;
teplota 273 K, tlak 101,3 kPa, 3 % kyslíku, suchý plyn v odpadním plynu ze spalování odpadního oleje
definovaného ve směrnici 75/439/EHS;
Navrhovaný typ spalovny má suchý způsob čištění spalin a proto neprodukuje žádné odpadní vody. Vypouštěné
spaliny musí splňovat obecně platné limitní hodnoty:
Limitní hodnoty emisí do ovzduší
(a) Průměrné denní hodnoty
Tuhé znečišťující látky (prach) celkem 10 mg/m3
Organické látky
Organické látky v plynné fázi, vyjádřené jako celkový organický uhlíku 10 mg/m3
(TOC)
Chlorovodík (HCl)
10 mg/m3
Fluorovodík (HF)
1 mg/m3
Oxid siřičitý (SO2)
50 mg/m3
Oxid dusnatý (NO) a dusičitý (NO2), vyjádřené jako oxid dusičitý (NO2) 200 mg/m3
pro stávající spalovací zařízení o kapacitě nad 6t/h nebo pro nové
spalovací zařízení
Oxid dusnatý (NO) a dusičitý (NO2), vyjádřené jako oxid dusičitý (NO2) 400 mg/m3
pro stávající spalovací zařízení o kapacitě do 6t/h
(b)
Průměrné půlhodinové hodnoty
(100%) A
(97 %) B
Tuhé znečišťující látky (prach) celkem
30 mg/m3
10 mg/m3
Organické látky v plynné fázi, vyjádřené jako celkový
organický uhlíku (TOC)
20 mg/m3
10 mg/m3
Chlorovodík (HCl)
60 mg/m3
10 mg/m3
Fluorovodík (HF)
4 mg/m3
2 mg/m3
Oxid siřičitý (SO2)
200 mg/m3
50 mg/m3
Oxid dusnatý (NO) a dusičitý (NO2), vyjádřené jako oxid
dusičitý (NO2) pro stávající spalovací zařízení o kapacitě nad
6t/h nebo pro nové spalovací zařízení
400 mg/m3
200 mg/m3
- 71 -
(c)
Všechny celkové průměrné hodnoty změřené během odběru vzorků trvajícímu minimálně 30 minut a
maximálně 8 hodin
Kadmium a jeho sloučeniny, vyjádřené jako kadmium (Cd)
Thalium a jeho sloučeniny, vyjádřené jako thalium (Tl)
Rtuť a její sloučeniny, vyjádřené jako rtuť (Hg)
Antimon a jeho sloučeniny, vyjádřené jako antimon (Sb)
Arsen a jeho sloučeniny, vyjádřené jako arsen (As)
Olovo a jeho sloučeniny, vyjádřené jako olovo (Pb)
Chrom a jeho sloučeniny, vyjádřené jako chrom (Cr)
Kobalt a jeho sloučeniny, vyjádřené jako kobalt (Co)
Měď a její sloučeniny, vyjádřené jako měď (Cu)
Mangan a jeho sloučeniny, vyjádřené jako mangan (Cr)
Nikl a jeho sloučeniny, vyjádřené jako nikl (Ni)
Vanad a jeho sloučeniny, vyjádřené jako vanad (V)
celkem
0,05 mg/m3
0,05 mg/m3
celkem
0,5 mg/m3
Tyto průměrné hodnoty se vztahují i na emise plynných a parních forem s příslušných těžkých kovů a jejich
sloučenin. Průměrné hodnoty měřené během odběru vzorků trvající minimálně 6 hodin a maximálně 8 hodin.
Uvedená limitní hodnota emisí se vztahuje na celkovou koncentraci dioxinů a furanů (0,1 ng /m3) vypočtenou
s použitím koeficientu ekvivalentní toxicity.
Odpady uvedené v zadání je možno spalovat v jednom spalovacím zařízení, které se sestává z následujících
komponent:
spalovací linka
• přikládání pevného odpadu
• přikládání tekutého odpadu včetně hospodářství
• spalovací komora pro spalování odpadu, a to jak pevného, tak i tekutého
• termoreaktor
• tepelný výměník
linka čištění spalin
• chladící věž
• dávkování sorbentu a vápenného hydrátu
• reaktor
• filtr
• kontinuální měření emisí
• komín
Popis funkce
Zařízení je dimenzováno pro přerušovaný provoz, to znamená po několikahodinovém zavážení odpady
(zpravidla ne více než 10 hod.) musí být zbytkový uhlík vyhořen (zpravidla cca. 14 hod). Zařízení je
v jednotlivých fázích automaticky řízeno programem. Nejdříve se s programem předehřívání uvede termoreaktor
hořákem na potřebnou provozní teplotu. Teprve potom je možné zařízení zavážet odpady a začít spalování.
Proces zavážení se uvolňuje manuálně personálem obsluhy. S každým procesem zavážení se automaticky opět
znovu spustí doběhový program, který kontroluje spalování zbytkového uhlíku a ochlazování.
Zavážení pevných odpadů se uskutečňuje přes zavážecí zařízení, které je provedeno jako propusť. Umožňuje
během probíhajícího procesu spalování v určitých intervalech (zpravidla 10 – 20 min.) dávat čerstvý odpad do
primární komory. Propusť zabraňuje úniku kouře nebo ohně vzhledem k přístupu vzduchu, který by proces
v primární komoře rušil.
Spalování odpadů probíhá podle principu MultiZon ve dvou stupních:
- 72 -
•
•
V primární komoře (1.stupeň) se odpady a za nedostatku vzduchu při 300 až 800°C se štěpí na plynné
nebo pevné součásti (nízkotepelná karbonizace). K tomu potřebné horko vzniká při spalování uhlíku na
popel. Při prvním zavážení je zaručeno zapálení odpadů zapalovacím hořákem, který se při dosažení
provozní teploty automaticky vypne. Chlazení primární komory se uskutečňuje vstřikováním vody,
která se při příliš vysoké provozní teplotě primární komory automaticky zapne.
V termoreaktoru (2.stupeň) jsou pyrolýzní plyny smíchány ve správném poměru se vzduchem a při
teplotách 1000°C spáleny. Objem termoreaktoru je dimenzován tak, že plyny mají dostatečně dlouhou
dobu setrvání (2 s). Tím je zaručeno, že všechny hořlavé organické sloučeniny úplně vyhoří.
Termoreaktor se před zapálením odpadů v primární komoře předehřeje plynule regulovatelným
hořákem na 1000°C. Při dosažení provozní teploty termoreaktoru se přepne hořák reaktoru na dílčí
zatížení případně se úplně vypne.
Vývoz popela z primární komory se provádí po skončení vychlazovacího cyklu manuálně odpopelňovacími
dveřmi do výsypky popela a do kontejneru. V návaznosti na hořlavosti odpadu lze odpopelnit po 36-48 hod.
Odstraněný popel se následně upravuje solidifikací.
Plynné spaliny se odvádí přes ocelové potrubí do výměníku, kde odevzdávají zbytkové teplo do vody. Dále
postupují do chladící věže pro další snížení teploty v návaznosti na jejich další vyčištění. Z chladičů postupují
spaliny potrubím, kde je dávkován sorbent, do reaktoru. V reaktoru probíhá chemická reakce spalin se sorbetem.
Dále je do spalin dávkován vápenný hydrát, který je dále oddělován v suchém filtru. Spaliny postupují do
provozního komínu, kde jsou kontinuálním měřením emisí, před jejich vstupem do atmosféry kontrolovány na
legislativní (evropské) parametry. V případě nekvalitně vyčištěných spalin jsou tyto by-passem vráceny
k dalšímu vyčištění.
Solidifikace pevných zbytků po spalování
Pevné zbytky po spalování odpadů se zneškodňují solidifikací. Solidifikace je technologický proces úpravy
odpadů, spočívající v jejich stabilizaci vhodnými přísadami, které sníží možnost vyluhování nebezpečných prvků
a sloučenin z matrice odpadu. Solidifikací dochází ke snížení rizikovosti odpadu vůči životnímu prostředí. Jedná
se o fyzikálně-chemickou metodu úpravy odpadů, při níž dochází k homogenizaci odpadů s pojivy a dalšími
přísadami s cílem odstranit jejich nebezpečné vlastnosti, tj. zamezit uvolňování toxických látek. Při úpravě
odpadů stabilizací s fixací těžkých kovů je standardně používán cement jako základní hydraulické pojivo.
V případě přítomnosti ropných látek v upravovaném odpadu je další stabilizační složkou vzdušné vápno. To
však není řešený případ solidifikace odpadů ze spalovny. Při procesu solidifikace se uplatňují dva děje.
Alkalické pojivo zvýší pH upravovaných odpadů, což způsobí vysrážení rozpuštěných kovů ve formě těžce
rozpustných hydroxidů a bazických oxidů a současně jsou tyto kontaminanty vázány v krystalických mřížkách
vytvářených hydraulickými pojivy. Oba fyzikálně-chemické děje jsou nevratné.
Navrhovaný solidifikační postup s dávkovou homogenizací odpadu a stabilizačních složek umožňuje přípravu
optimální stabilizační směsi. Předností je možnost zpracování tekutých, polotekutých i kašovitých odpadů a kalů.
Mimo základní stabilizační složky se v technologii stabilizace odpadů mohou uplatnit i další přísady, které
urychlují reakci, snižují povrchové napětí mezi složkami směsi a zlepšují výsledky stabilizace ve smyslu
požadované jakosti výsledného produktu. Jedná se například o bentonit, chlorid vápenatý, aktivní uhlí atd.
Hlavním účelem solidifikace je uzavření odpadu vhodným způsobem do pevné hmoty, čímž se zabrání volné
migraci nežádoucích, zpravidla toxických látek, ze zpracovávaného odpadu do okolního prostředí. Obecně
solidifikace nemění vnitřní charakter odpadu, pouze se snižuje jeho nebezpečnost. Je to přeměna odpadu na
nerozpustný produkt pomocí chemických procesů.
Výsledný produkt stabilizace je obvykle ukládán do tělesa skládky. Typický odpad, který se upravuje solidifikací
je popílek i vypotřebovaný sorbent z čištění spalin. Tyto materiály obsahují množství solí a různě vázaných
těžkých kovů, které by mohly být na deponiích vyluhovány vlivem kyselých dešťových srážek. Vyluhování se
proto zabraňuje solidifikací. V objektu solidifikace se smíchává popílek z čištění spalin s vyčerpaným sorbentem
z čištění spalin a jako pojivo se používá cement a voda. Chemické složení makrosložek odpadního produktu
závisí na chemickém složení spalin. Solidifikovaný produkt v kašovité formě je odvážen speciálními auty na
deponie, kde tuhne v litých vrstvách do 48 hodin. Proces stabilizace – vytvrdnutí stabilizátu je po čtyřech
týdnech dokončen.
V tomto alkalicky reagujícím prostředí jsou těžké kovy nerozpustné a veškeré škodliviny jsou zabetonovány a je
tak zabráněno jejich vyluhování do okolí deponie.
Předběžná bilance pevných odpadů z procesu spalování:
produkce popela - frakce po spálení :
150 - 200 kg/den
- 73 -
produkce popílku :
celková produkce odpadové frakce :
200 - 300 kg/den
400 - 500 kg/den
Potřebná kvalita vody vstupující do procesu solidifikace
koncentrace chloridů (Cl-)
koncentrace síranů (SO4-2)
koncentrace alkálií (Na+ a K+)
škodlivé znečištění
cukry
fosfáty (P2O5)
dusičnany NO3-)
olovo (Pb+2)
zinek (Zn+2)
< 4 500 mg/l
< 2 000 mg/l
< 1 500 mg/l
100
100
500
100
100
mg/l
mg/l
mg/l
mg/l
mg/l
Uvedeným hodnotám vyhoví ředěná zneutralizovaná voda z neutralizační stanice likvidace akumulátorů. Linka
bude pracovat diskontinuálně, podle nároků na množství zpracovaného odpadu a režim odvozu solidifikátu.
Dávkování jednotlivých komponentů solidifikátu bude automaticky řízeno. Rovněž trvání jednotlivých fází
procesu míchání bude řízeno automaticky, podle nastavených hodnot ve smyslu schválené receptury. Denní
produkce solidifikátu při předpokládané měrné hmotnosti kolem 2000 kg/m3 bude dosahovat kolem 650 kg/den.
Linka bude pracovat diskontinuálně, podle nároků na množství zpracovaného odpadu a režim odvozu
solidifikátu. Dávkování jednotlivých komponentů solidifikátu bude automaticky řízeno. Rovněž trvání
jednotlivých fází procesu míchání bude řízeno automaticky, podle nastavených hodnot ve smyslu schválené
receptury.
Závěr:
Navrhovaná technologie zpracování a likvidace jednotlivých druhů odpadů byla předjednána bude odsouhlasena
s investorem a následně pak bude dokončeno projektové řešení. Navrhovaný způsob zpracování akumulátorů a
opotřebovaných pneumatik byl ovlivněn velikostí produkce těchto odpadů v dané oblasti a současně i její
vzdáleností od ostatních průmyslových oblastí Ruska. Rovněž regenerace upotřebených olejů je ve zdejších
podmínkách nevhodným řešením. Spalování nemocničních odpadů je naopak obvyklým řešením likvidace
tohoto druhu odpadu. Kapacita solidifikační linky bude konzultována s investorem, zda nebude požadována
solidifikace dalších druhů odpadů produkovaných v této oblasti.
- 74 -
STAV ENERGETICKÉHO ZHODNOCOVANIA ODPADOV V RAKÚSKU
Alois Studenic
Inžinierska kancelária Studenic Alois DI, Eckhartweg 25, A-4020 Linz ([email protected])
Hmotné toky v Európe predstavujú viac ako 100 ton na osobu a rok. Toto číslo je obrovské a neustále stúpa.
Jedná sa najmä o materiály - výrobky, ako napr. obaly, noviny či potraviny, ktorých sa po použití rýchlo
zbavujeme. Stávajú sa pre nás nepotrebné, a tým sa menia na odpad či emisie. Takýto konzumný spôsob života
dáva obrovský priestor pre rozvíjanie sa nového výhodného obchodu - odpadového hospodárstva, ktorého objem
rýchle narásta. Jeho obrat v súčasnosti presahuje 100 mld. € ročne a navyše zamestnáva veľký počet ľudí – viac
ako 1,5 milióna. Ale žiaľ aj množstvo komunálnych odpadov stále narastá a to v priebehu ôsmich rokov (1995 2003) až o 19%.
Ciele EÚ v odpadovom hospodárstve sú jednoznačné. Maximalizovať recykláciu, zhodnocovať odpady
a minimalizovať skládkovanie. Aj napriek intenzívnemu úsiliu a podpore zo strany EU na dosiahnutie čo
najvyššej recyklácie, využívania odpadov, EU 25 len 18% odpadu sa energeticky využíva, 33% recykluje a
materiálovo využíva, ale až 49 % končí na skládkach.
Mimoriadne aktuálna je aj otázka vyčerpateľnosti a nárastu cien prímarných palív, čím sa kladie čoraz väčší
dôraz na využívanie alternatívnych palív a obnoviteľných zdrojov energie. A tu sa ukazuje potenciál využitia
odpadov. Väčšina z nich má totiž určitú zostatkovú energetickú hodnotu, ktorá by mohla nahradiť čiastočne
primárne energetické zdroje. Nahradu primárnych paliv podporuje aj smernica rady 1999/31/EC o skládkovaní
odpadov.
Základné podmienky pre energetické zhodnocovanie odpadov boli dané smernicou 2000/76/EC o spaľovaní
a spoluspaľovaní odpadov, tj. emisnými predpismi a podmienkami na dodržanie kvality zbytkov.
Rakúsko napĺňa svoj plán odpadového hospodárstva vyváženou kombináciou materiálneho a termického
zhodnocovaním odpadov. Aj podmienky skládkovania zadáva jednoznačne. Od januára 2004 (regionálne
výnimky do konca roka 2008) je už skládkovanie odpadov bez ich predchádzajúcej úpravy zakázané.
Rakúsky zákon o skládkovaní odpadov predpisuje pre odpady, idúce po mechanicko-biologickej úprave
(MBÚ) na skládku limity pre biologický rozklad („transpiračný koef.“ <5 mg O2/kg) a pre max. hornú
výhrevnosť (6,5 MJ/kg). Pre zbytky zo spaľovania sú dané max. hodnoty TOC (< 5 %).
Plán odpadového hospodárstva je od roku 2004 čiastočne podriadený zákonu o skládkovaní a nariadeniu
o maximálnom materiálovom a energetickom zhodnotení odpadov, pred uložením nevyužitelných zbytkov
z úpravy na skládku.
V roku 2006 bolo v Rakúsku vyprodukovaných 3,4 mil. ton komunálnych odpadov. Z toho tvoril 1,4 mil. ton
zmesný odpad, 1,8 mil. ton bolo zo separrovaného zberu a 200.000 ton robí velkoobjemovy odpad.
Stav nakladania s týmto odpadom je možné rozdeliťdo následovných skupín:
¾ 6 spaľovní zmesného komunálneho odpadu, cca 1.200.000 t/rok
¾ 3 monospaľovne pre náhradné palivá (NP) cca. 510.000 t/rok
(zbytky z MBÚ, z recyklačných závodov a čiastočne kaly z ČOV
¾ MBÚ - 17 mechanicko– biologických zariadení (530.000 t/rok),
¾ Kompostárne separovaného zberu biogenného odpadu, cca. 520.000 t/rok
¾ skládkovanie cca. 820.000 t/rok
Celková kapacita zariadení na energetické zhodnocovanie odpadov z komunálnej sféry a zo živnostenských
podnikov dosahuje už v roku 2006 asi 1,7 mil. ton (tab.1 a obr. 2).
- 75
-
Tabuľka 1, Kapacita prevádzkovaných zariadení na energetické zhodnotenie odpadov B-AWP 2006
Termická úprava odpadov
Spaľovanie/Druh odpadu
Spaľovňa Spittelau, Viedeň
Spaľovňa Flötzersteig, Viedeň
Spaľovňa WAV I,Wels
Spaľovňa WAV II, Wels
Spaľovňa Dürnrohr, Zwentendorf
Arnoldstein
Fluidná pec 4 – Simmeringer Haide,
Viedeň
Fluidná pec – Zhodnocovanie odpadov
z výroby a zo sep. zberu, Lenzing
Termické zhodnocovanie odpadov z MBU
Niklasdorf (ENAGES)
Spolu
Roštové zariadenie (zmesný odpad)
Fluidná pec (frakcie s vysokou
výhrevnosťou, kaly z čističiek)
Kapacita
v t/r
270 000
200 000
75 000
230 000
300 000
80 000
110 000
300 000
100 000
1,7 mil
Obr. 1 Rozmiestnenie spaľovní komunálneho odpadu v roku 2006
Obr.2, MBU - stav 2006 (UBA- Rakúsko)
- 76
-
V roku 2009 vstúpi do platnosti rigorózny zákaz skládkovania odpadov bez úpravy so splnením hore uvedených
podmienok. Spôsob úpravy komunálnych odpadov ako scenár pre rok 2009 znázorňuje obr. 3.
Obr. 3, Plán odpadového hospodárstva pre komunálne odpady pre rok 2009
Rakúsko plánuje do roku 2009 sprevádzkovať 7 spaľovní zmesného komunálneho odpadu s celkovou kapacitou
okolo 1,7 mio. t/rok. V piatich monospaľovniach, v ktorých sa okrem náhradného paliva (NP) upraveného
z MBÚ a zo zbytkov z recyklačných závodov spoluspaľujú aj kaly z COV, sa bude ročne enrgeticky
zhodnocovať cca 760.000 ton. Tieto „monoelektrárne na NP sú umiestnené v priemyselných parkoch, výrobných
podnikoch a u väčších distribútorov energie do verejných sietí (napr. Viedeň). Podmienkou je uviesť do roku
2009 do prevádzky 3 dodatočné mechanicko-biologické zariadenia s kapacitou asi 130. 000 t/rok, a 2
monospaľovne s kapacitou cca. 250 000 t/rok.
Spaľovanie, alebo spoluspaľovanie v účelových priemyselných zariadeniach bolo v Rakúsku doteraz viacmenej vnútropodniková záležitosť. V Rakúsku bolo registrovaných v roku 2004 cca. 26 mil. ton priemyselných
a komunálnych odpadov. Komunálne a živnostenské odpady predstavujú z celkového množstva hmotne asi 3,42
mil. ton. Ročne sa energeticky zhodnocuje približne 4,6 mil. ton. Priemyselné vnútropodnikové zariadenia pre
energetické zhodnotenie spaľujú ročne cca. 2,9 mil. ton odpadov (z toho 270.000 ton priemyselných a
nebezpečných). Zo 180 zariadení na energetické zhodnocovanie odpadov spaľuje 128 nízkokapacitných
- 77
-
zariadení len vnútropodnikové odpady. Zvyšných 52 zariadení s kapacitou cca. 2,0 mil. ton sú prístupné aj pre
cudzích stálych zákazníkov. V celulózkach a papierňach sa z uvedeného množstva zhodnocuje asi 980.000 ton
odpadov. Od iných producentov prichádza približne len 170.000 ton. Existujúce termické zariadenia z výrobnej
sféry sú kompletne vyťažené, a prevádzkovatelia prejavujú záujem o spoluspaľovanie cudzích odpadov.
Pripravované zámery môžu prispieť k čiastočnému navýšeniu týchto kapacít. Keďže MBU sa v Rakúsku stavali
kontrolovane a úmerne k dostupnosti k termickým zariadeniam, dá sa očakávať, že výroba náhradných palív
(NP) z MBÚ narastie len tak, aby mohla pokryť požiadavky na voľnom trhu vo výrobnej sfére a v energetike.
Spoluspaľovanie NP zo zmesných komunálnych odpadov v rakúskych elektrárňach neprebieha vo veľkom, ale
dá sa povedať len v skúšobných prevádzkach. Len v prípade kalov z ČOV u mäsokostnej múčky sa dá hovoriť
o spoluspaľovaní väčšieho množstva. Pri skúšobných prevádzkach so spoluspaľovaním NP sa sledovali
negatívne vplyvy spoluspaľovania na prevádzku / ročnú dispozičnosť elektrárne (navýšenie korózie), emisie do
vzduchu a vody a kvalita zbytkov zo spaľovania a z čistenia spalín. Idea spoluspaľovania NP sa opiera hlavne
o hospodárske výhody, keďže odberateľ dostane za odber spoluspaľovaných odpadov zaplatené.
V Rakúsku sa prevádzkujú zariadenia nad 50 MW v 36 lokalitách, pričom na 19 miestach sa využíva aj tepelná
energia pre diaľkové vykurovanie a priemysel. Výkony jednotlivých energetických blokov sa pohybujú medzi 50
a 1000 MW. Väčšina týchto elektrární, hlavne uhoľných, sa používa na krytie špičkovej elektrickej spotreby
a preto väčšina vykazuje len málo prevádzkových hodín za rok (1.000-5.000). Všetky uhoľné elektrárne sú
vybavené filtrami na zachytávanie prachu ako aj odsírovacími zariadeniami a DeNOx. Kontinuálne sa merajú
TZL, SO2, NOx, CO2 a CO.
Spoluspaľovanie v cementárňach sa praktizuje už dlhšie a v oveľa vyššej miere ako v elektrárňach. Aj tomuto
procesu predchádzali dlhotrvajúce pokusné spaľovacie skúšky.
Jednou z podstatných požiadaviek na akceptovanie vplyvu spaľovní na životné prostredie sú„kontinuálne
merania“ relevantných emisií a ich priebežná registrácia. Rakúsko prebralo normy EÚ pre NP (podľa CEN/TC
343 SRF) a vypracovalo smernicu na využívanie NP (Entwurf Richtlinie für Ersatzbrennstoffe), ktorá je
v pripomienkovom konaní .
Veľa výrobných procesov vyžaduje kontinuálnu dodávku nielen elektrickej, ale aj tepelnej energie. Lokality
s takýmito podmienkami sú vhodné na výstavbu účelového energetického zariadenia s nasadením upraveného
odpadu ako alternatívne palivo. Spaľovací systém – fluidná pec, ako aj kotol a čistenie spalín sú súčasťou
technickej výbavy a musia byť projektované na základe vlastností spaľovaného NP. Kvalita týchto palív má
veľký vplyv na poruchovosť a teda na disponibilitu zariadenia, takže hrá veľmi dôležitú úlohu v ekonomike
zariadenia.
Príklad využitia NP z upravených komunálnych a priemyselných odpadov v monospaľovni znázorňuje obr.4.
Na kontinuálnu dodávku pary (79 bar, 500°C) pre vnútropodnikovú energetickú stanicu, je vybraný fluidný kotol
s externou cirkuláciu. V tomto zariadení sa po predúprave vo vnútropodnikovom mechanickom zariadení
(zrnitosť pod 80 mm) okrem živnostenských odpadov spaľuje aj odpadový baliaci materiál, zvyšky zo zariadenia
na materiálové triedenie starého papiera a kaly z komunálnej a priemyselnej ČOV.
- 78
-
Obr.4, Využitie náhradného paliva v energetických zariadeniach v priemyselnej výrobe (UV&P Wien)
vyčistené
spaliny
odplyny
emisná
meracia
stanica
Lenzing AG
prdukčný závod
pára
fluidný
kotol
úprava
spalín a
zbytkov
úprava
odpadovej
vody
materiálové
využitie
Triedenie /
úprava
obalový odpad, triedený
komunálny odpad
odpad z prevádzky
kaly a zhrábky z
COV
skládka
vyčistená
voda
Ako spaľovací vzduch sa používa veľmi zapáchajúci odpadový vzduch z výroby viskóznych vlákien, ktorý pred
realizovaním daného projektu zamoroval okolie a čím zhoršoval životné podmienky. Týmto spôsobom sa
rapídne zlepšila kvalita ovzdušia v širokom okolí podniku. Ekonomicky výhodná kapacita zariadenia si vyžaduje
ročnú dodávku 300 000 ton náhradných palív, čo zodpovedá tepelnému výkonu nad 100 MW. Napriek ročnej
úspory primárneho paliva v hodnote cca 10 miliónov €, je potrebný príplatok cca 100 €/t za odber NP na krytie
dodatočných prevádzkových a investičných nákladov.
Zhrnutie a perspektíva do budúcnosti
Ciele EÚ v odpadovom hospodárstve sú jednoznačne dané maximálnou recykláciou, zhodnocovaním odpadov
a minimalizovaním skládkovania.
Vyvážená kombinácia recyklácie / materiálového a termického zhodnocovania odpadov v Rakúsku umožňuje
postupne napĺňať hore uvedené ciele zakotvené v pláne odpadového hospodárstva. Úprava odpadov v MBÚ len
za účelom možnosti skládkovania je len krátkodobá perspektíva, ktorá napr. v NSR vytvorila po zákaze
ukladania vysokovýhrevných odpadov na skládky na trhu s alternatívnymi palivami obrovské problémy.
Prebytok tohto „paliva“ oproti možnostiam trhu pre jeho energetické zhodnotenie dosahuje od roku 2005 viac
ako 4 mil. ton ročne, ktoré sa musí medziskládkovať. Jednou z príčin tejto kalamity je nedostatočná kvalita
vyprodukovaných „alternatívnych/náhradných palív“ pre potreby trhu. Až v roku 2012 sa očakáva dostavba
žiaducich termických zariadení.
Dá sa jednoznačne konštatovať, že bez rozboru lokálnych a regionálnych podmienok nie je možné určiť
najvýhodnejšie riešenie pre zhodnocovanie odpadov v regióne. Pri posudzení systému odstraňovania/
zhodnocovania odpadov treba zohladniť daný stav globálne a brať do úvahy celý systém od zberu odpadov cez
ich zhodnocovanie až po odstraňovanie nevyužiteľných odpadov a to komplexne vo všetkých stupňoch systému.
Benchmarking sa ponúka ako možný postup na posúdenie konceptov nakladania s odpadmi.
Pri koncipovaní regionálnych plánov odpadového hospodárstva je nutné zohľadniť tieto body v rámci
- 79
-
regionálnych i lokálnych potrieb a podmienok. Optimálne riešenie vyžaduje koncept zariadení šitý na mieru tak,
aby sa zohľadnili nielen investičné, ekologické ale aj trhové podmienky v dotknutom regióne.
Použitá literatúra:
[1] Council Directiv 1999/31/EC on Landfil of Waste
[2] Concil Directiv 2000/76/EC on the Incineration of Waste
[3] Bundes-Abfallwirtschaftsplan Österreich
[4] Stand der Technik bei Abfallverbrennungsanlagen
[5] H Rechberger: Assessment of waste treatment systems
[6] AWAST: To improve the munucipal solid waste management
[7] P.H. Brunner: Research needs for waste management
[8] Karl J.Thome –Kozmiensky, M Beckmann: Ersatzbrennstoffe 5
[9] R. Scholz, M. Beckmann, M. Horeni: Energetické porovnanie konceptov na substitúciu fosílnych palív
[10] S. Böhmer, I. Schindler, I Szednyj, B Winter: Stand der Technik bei kalorischen Kraftwerken und
Referenzanlagen in Österreich
[11] Olaf Köck: Regenerative Brennstoffe- Charakterisierung des Brennverhaltens
[12] Umweltbundesamt/A: Erarbeitung eines Beprobungskonzeptes für Ersatzbrennstoffe
- 80
-
MOŽNOSTI ENERGETICKÉHO VYUŽÍVANIA KALOV Z ČOV
Ivan Imriš, Alexandra Klenovčanová
Technická univerzita v Košiciach, Strojnícka fakulta, Katedra energetickej techniky,
Vysokoškolská 4, 042 00 Košice, Slovenská republika
e-mail: [email protected], [email protected]
Abstrakt
Čistiarenský kal je nutný vedľajší produkt z procesu čistenia odpadových vôd. Obsahuje nerozpustené látky
zachytené priamo z odpadových vôd, ako aj zbytky mikroorganizmov použitých na čistenie odpadových vôd.
Kal sa v čistiarni chemicky, fyzikálne alebo biologicky upravuje – stabilizuje, čím sa minimalizujú jeho
prípadné nežiadúce vlastnosti. V posledných rokoch sa približne 70 až 80% čistiarenských kalov, vďaka svojmu
obsahu humínových látok, ako aj hnojivých zložiek ako napr. fosfor a dusík, využívalo ako organické hnojivo,
alebo ako súčasť kompostov. Vzhľadom na to, že obsah nežiadúcich látok v čistiarenských kaloch neustále rastie
a požiadavky na ich aplikáciu do pôdy sa čoraz viac sprísňujú, pričom sa obmedzujú aj možnosti skládkovania
kalu, začínajú sa hľadať nové termické spôsoby ich zneškodňovania spaľovaním alebo splynovaním.
O možnostiach spaľovania a splynovania čistiarenských kalov pojednáva na základe termodynamických
výpočtov a laboratórnych skúšok aj predložená prednáška.
1.ÚVOD
Po vstupe Slovenskej republiky do EU 1.mája 2004 sa okrem mnohých práv a povinností stali záväzné aj právne
normy EÚ pre oblasť komunálnych odpadových vôd. Sem patrí smernica Rady 91/271/EHS týkajúca sa čistenia
mestskej odpadovej vody (ďalej Smernica) prijatá 21.mája 1991. Uvedená Smernica s cieľom zachovania
potrebnej kvality vôd a životného prostredia rieši spôsob zberu, čistenia, vypúšťania mestských odpadových vôd
a vôd určitých priemyselných odvetví ako i nakladanie s kalom vzniknutým v priebehu čistenia komunálnych
odpadových vôd.
Počet čistiarní odpadových vôd (ČOV) v správe Vodárenských spoločností SR a v správe obcí na
Slovensku sa v posledných rokoch zvýšil na 384 pričom množstvo vyčistených vôd v roku 2003 dosiahlo 2111,7
tis. m3/deň. So zvyšovaním počtu ČOV-ek sa zvýšilo aj množstvo vyprodukovaného čistiarenského kalu.
Čistiarenský kal je nutný vedľajší produkt z procesu čistenia odpadových vôd. Obsahuje nerozpustené látky
zachytené priamo z odpadových vôd, ako aj zbytky mikroorganizmov použitých na čistenie odpadových vôd.
Kal sa v čistiarni chemicky, fyzikálne alebo biologicky upravuje – stabilizuje, čím sa minimalizujú jeho
prípadné nežiadúce vlastnosti. V posledných rokoch sa približne 70 až 80% čistiarenských kalov, vďaka svojmu
obsahu humínových látok, ako aj hnojivých zložiek ako napr. fosfor a dusík, využívalo ako organické hnojivo,
alebo ako súčasť kompostov. Vzhľadom na to, že obsah nežiadúcich látok v čistiarenských kaloch neustále rastie
a požiadavky na ich aplikáciu do pôdy sa čoraz viac sprísňujú, pričom sa obmedzujú aj možnosti skládkovania
kalu, začínajú sa hľadať nové termické spôsoby ich zneškodňovania spaľovaním alebo splynovaním [1,2], pri
ktorých sa využije aj tepelný obsah kalov tak, ako je to schematicky zobrazené na obr. 1.
- 81 -
Obr. 1 Technologická schéma spaľovania alebo splynovania čistiarenských kalov
O možnostiach spaľovania a splynovania čistiarenských kalov pojednáva na základe termodynamických
výpočtov a laboratórnych skúšok aj predložená prednáška.
2. TERMODYNAMIKA SPAĽOVANIA A SPLYNOVANIA
Spaľovanie je oxidačný proces, pri ktorom sa horľavé zložky paliva oxidujú vzdušným kyslíkom, pričom sa
energetický obsah paliva mení na teplo. Kvalita paliva, ako zdroja energie závisí na akosti horľaviny a na obsahu
balastu – vlhkosti a popola. Čistiarenský kal sa vyznačuje vysokým obsahom vlhkosti a popolovín a relatívne
nízkym obsahom prchavej horľaviny. To znamená, že v porovnaní s fosílnymi palivami a biopalivami [3] sa
jedná o nízkoenergetickú surovinu, ktorej základné fyzikálno-chemické údaje sú uvedené v tab.1.
Tab. 1 Základné fyzikálno-chemické údaje čistiarenského kalu
Spalné
teplo
Vlhkosť
v surovom
kale
Popol
v sušine
Prchavá
hoľavina
v sušine
Tuhá
zložka (C)
v sušine
(kJ.kg-1)
(hm%)
(hm%)
(hm%)
(hm%)
A
7 765
66,03
55,81
38,93
5,26
B
11 837
61,70
42,54*
56,26
1,20
Kal
Chemické zloženie
(hm.%)
C
H
N
S
23,07 3,03 2,85 1,05
-
-
-
-
*Popol obsahuje 0,16 % Cu, 4,69 % Fe, 0,087 %Pb, 0,30 % Zn, 0,066 % Ni, 5,47 % Mg,
20,09 % Ca, 7,79 % Al, 13,37 % Si, 1,53 % S, 2,73 % P
Z termodynamického hľadiska pri spaľovaní čistiarenských kalov budú v spaľovacej peci prebiehať
endotermické a exotermické deje, ktoré môžeme popísať nasledujúcou schémou:
- 82 -
Obr. 2 Deje prebiehajúce pri spaľovaní čistiarenských kalov
Na základe termodynamického rozboru spaľovania rôznych druhov palív schematicky zobrazenom na obr. 2 a
podrobne popísanom v [3] je možné konštatovať, že pri spaľovaní čistiarenských kalov budú pri teplote nižšej
ako je ich zápalná teplota prebiehať endotermické deje pri ktorých sa odparí vlhkosť a začne termický rozklad suchá destilácia kalu, pri ktorej sa z neho budú uvoľňujú prchavé zlúčeniny medzi ktoré patria uhľovodíky,
vodík, dusík a kyslík, ktorý reaguje s uhlíkom za vzniku oxidu uhličitého alebo uhoľnatého, pričom dochádza
k zvyšovaniu obsahu uhlíka v pevnom zbytku – tvorí sa polokoks. Pri teplote vyššej, ako je zápalná teplota
čistiarenského kalu budú prebiehať exotermické deje, pri ktorých sa prchavé zlúčeniny a uhlík z polokoksu
zoxidujú na oxid uhličitý a vodnú paru. Pri vyšších teplotách sa začnú tvoriť aj oxidy dusíka (NO,NO2). To
znamená, že pri správnom režime spaľovania čistiarenských kalov budú spaliny z termodynamického hľadiska
obsahovať hlavne oxid uhličitý (CO2), vodnú paru (H2O(g)) a dusík (N2) v menšej miere nezreagovaný alebo
prebytočný kyslík (O2) a znečisťujúce splodiny horenia, medzi ktoré zaraďujeme nie len oxid uhoľnatý (CO),
oxidy dusíka (NOx) a oxid siričitý (SO2), ale aj dioxíny a furány. Pri teplotách spaľovania (800 až 100°C) môže
tiež dochádzať k termickému rozkladu anorganických zlúčenín a prchaniu ťažkých kovov (Hg, Pb, Cd a pod.)
a ich zlúčenín (PbO, Sb2O3 a pod.) do spalín tak, ako je to možné predpokladať zo závislostí tlaku nasýtených
pár niektorých kovov a ich zlúčenín od teploty sumárne uvedených na obr.3[4]. Z diagramu vyplýva, že pri
uvedených teplotách bude do plynnej fázy prchať hlavne Hg, As, Se, Cd, Te ale tiež Zn, Sb a Pb, ktoré sa
zachytia vo forme oxidov v popolčeku, zatiaľ čo Mn, Sn, Al, Cu, Fe, a Si sa budú vo forme oxidov
koncentrovať v tuhom zbytku po spaľovaní, v škváre.
Obr. 3 Závislosti tlaku nasýtených pár niektorých kovov a ich zlúčenín od teploty [4]
Splynovanie je endotermický tepelný proces, pri ktorom sa spáliteľné zložky paliva, pri podstechiometrickom
obsahu kyslíka, transformujú na syntézny plyn, v ktorom sa koncentruje tepelný obsah paliva. Zloženie
syntézneho plynu, ktorý vznikne pri splynovaní suchého alebo vlhkého (25 hm.% vlhkosti) čistiarenského kalu
- 83 -
A, ktorého zloženie je uvedené v tab.1 bolo simulované s pomocou termodynamického programu HSC
Chemistry [5]. Výsledky termodynamickej simulácie endotermických dejov prebiehajúcich pri splynovaní sú
uvedené na obr. 4 a 5 ako závislosti zloženia plynnej a pevnej fázy od teploty. Z diagramov vyplýva, že zloženie
syntézneho plynu bude závisieť nielen od zloženia čistiarenského kalu a jeho vlhkosti ale hlavne od teploty
splynovania. Zatiaľ čo pri nižších teplotách splynovania (500-600°C) sa v syntéznom plyne, v závislosti na
vlhkosti kalu, bude nachádzať hlavne oxid uhličitý (CO2), vodná para (H2O(g)), oxid uhoľnatý (CO), vodík (H2),
metán (CH4), dusík (N2) a sirovodík (H2S) pri vyššej teplote splynovania (1500-1600°C) bude syntézny plyn
obsahovať hlavne vodnú paru (H2O(g)), oxid uhličitý (CO2), oxid uhoľnatý (CO), vodík (H2), dusík (N2) a oxid
siričitý (SO2).
kmol
File: C:\HSC5\Gibbs\KAL.OGI
2.0
1.5
H2O(g)
CO2(g)
1.0
CO(g)
0.5 C
H2(g)
N2(g)
CH4(g)
H2S(g)
SO2(g)
0.0
0
500
1000
1500
2000
Temperature
C
Obr. 4 Závislosť zloženia plynnej fázy od teploty pri splynovaní suchého čistiarenského kalu
kmol
File: C:\HSC5\Gibbs\KAL25H2O.OGI
4.0
3.5 H2O
H2O(g)
3.0
2.5
2.0
1.5
CO2(g)
1.0
CO(g)
0.5
C
S
H2(g)
CH4(g)
H2S(g)
N2(g)
SO2(g)
0.0
0
500
1000
1500
2000
Temperature
C
Obr. 5 Závislosť zloženia plynnej fázy od teploty pri splynovaní čistiarenského kalu
s 25 % vlhkosti
- 84 -
Pri nižších teplotách splynovania (500-600°C) sa budú nesplynené zložky čistiarenských kalov, ako aj
vyredukované kovy s nízkou tenziou pár koncentrovať v tuhej fáze ako popolovina zatiaľ čo kovy a ich
zlúčeniny s vyššou tenziou pár (obr.3), tak ako pri oxidačnom pražení, budú prchať do úletov. Pri vyšších
teplotách splynovania (1500-1600°C) sa nesplynené inertné zložky čistiarenských kalov, ako aj vyredukované
kovy s nízkou tenziou pár, medzi ktoré patrí hlavne Fe, Cu, Ni a pod., roztavia a vytvoria napríklad na dne
plazmovej pece dve nemiešateľné taveniny trosku a zliatinu kovov, pričom kovy s vyššou tenziou pár medzi
ktoré patrí hlavne Hg, Zn, Pb sa budú koncentrovať v úletoch [6].
4. ŠTÚDIUM VPLYVU TEPLOTY NA SPAĽOVANIE PELIET Z ČISTIARENSKÝCH KALOV VO
VZDUCHU
Vplyv teploty na spaľovanie vzoriek peliet z čistiarenských kalov s chemickým zložením uvedeným v tab. 1. vo
vzduchu sa sledoval na vysokoteplotnom mikroskope LEITZ Wetzlar [7,8] s digitálnym záznamom obrazu.
Vzorka pelety o priemere 3 mm a výške 3 mm voľne položenej na keramickej podložke sa za prístupu vzduchu
pomaly ohrievala v elektrickej piecke vysokoteplotného mikroskopu pričom sa sledoval a fotografoval obrys
vzorky. Digitálne fotografie sledovaného obrysu peliet vzorky A a B sú spolu s porovnávacou mriežkou 0,5x0,5
mm a s teplotami sumárne uvedené na obr. 6 a 7.
Obr.6 Závislosť zmeny obrysu vzorky A pelety od teploty ohrievanej vo vzduchu
- 85 -
Obr.7 Závislosť zmeny obrysu vzorky B pelety od teploty ohrievanej vo vzduchu
5. DISKUSIA
Z analýzy vzoriek peliet vyrobených z čistiarenských kalov, sumárne uvedenej v tab. 1 vyplýva, že pelety
okrem vlhkosti obsahujú aj vysoký obsah prchavej horľaviny v sušine 38,93 – 56,26 hm.%, nízky podiel tuhej
horľaviny – polokoksu 1,20 – 5,26 hm.% a relatívne vysoký obsah popola 42,54 – 55,81 hm.%. To znamená, že
pri horení peliet vyrobených z čistiarenských kalov sa po jeho vysušení začnú uvoľňovať prchavé horľaviny a
vytvorí sa malé množstvo polokoksu. Prchavá horľavina spolu s polokoksom postupne zoxiduje, zatiaľ čo popol
s obsahom oxidov s vysokým bodom topenia (28,11 hm.% CaO, 28,61 hm.% SiO2, 14,73 hm.% Al2O3 a 9,07
hm.% MgO) sa pri spaľovaní sintroval. Tieto deje z ktorých prvé dva – sušenie a termický rozklad sú
endotermické a tretí – horenie je exotermický bolo možné pozorovať pri ohreve peliet vyrobených
z čistiarenských kalov na vzduchu v elektrickej piecke vysokoteplotného mikroskopu. Z obrázkov obrysov
peliet, uvedených na obr. 6 a 7, ohrievanej na vzduchu až na teplotu 1000oC vyplýva:
•
V intervale teplôt od 20 do 200 oC, v ktorom nastáva sušenie pelety, boli vzhľadom na nízku
koncentráciu vlhkosti vo vzorke 8-10 hm.% pozorované len malé obrysové zmeny.
- 86 -
•
Pri teplote nad 200 oC sa z peliet začala uvolňovať prchavá horľavina, ktorá spolu s polokoksom
pomaly oxidovala s okolitým vzduchom, čo sa prejavilo postupným zmenšovaním obrysu častice až na
podložke ostala len kompaktná zosintrovaná čiastočka popola.
Uvedené výsledky horenia kalov vo vzduchu pozorované na vysokoteplotnom mikroskope sú v dobrej zhode
s výsledkami štúdia oxidácie kalov vo vzduchu pomocou DTA analýzy (obr.8) [9], z ktorej vyplýva:
•
V intervale teplôt od 60 do 200°C dochádza ku sušeniu kalu.
•
V intervale teplôt od 200 do 380°C dochádza k uvoľňovaniu prchavej horľaviny a jej následnej oxidácii
čo sa na krivkách DTG analýzy uvedených na obr. x prejavilo ostrým píkom pri teplote okolo 300°C.
•
V intervale teplôt od 380 do 800°C prebiehala pomalá oxidácia polokoksu až do jeho úplného
vyhorenia.
Obr. 8 DTG krivky oxidácie čistiarenských kalov vo vzduchu
Ak porovnáme mechanizmus horenia drevených peliet vyrobených zhutnením drevného odpadu [10]
s mechanizmom horenia peliet vyrobených z čistiarenských kalov je možné konštatovať, že pelety vyrobené
zhutnením čistiarenských kalov horia podobným mechanizmom ako drevené pelety. Pri spaľovaní peliet
vyrobených z čistiarenských kalov bude ale pri teplotách spaľovania do 1000°C vznikať väčšie množstvo
zosintrovaného popola s vysokým bodom topenia a relatívne vysokým obsahom oxidov ťažkých kovov, ktoré sa
budú musieť ukladať na skládky s riadeným režimom. Naproti tomu pri vysokoteplotnom splynovaní
čistiarenských kalov, napríklad v plazmovom reaktore, sa podľa termodynamických výpočtov a predpokladov,
pri teplotách 1500 až 1600°C, organické a časti kalov rozložia na syntézny plyn, zatiaľ čo neorganické zlúčeniny
kalov sa roztavia a vytvoria dve nemiešateľné taveniny trosku a zliatinu kovov, pričom kovy s vyššou tenziou
pár medzi ktoré patrí hlavne Hg, Zn, Pb sa skoncentrujú v úletoch. To znamená, že pri takejto bezodpadovej
technológii likvidácii čistiarenských kalov vzniknú produkty [11]:
•
•
•
syntézny plyn bez dioxínov, furanov a NOx -ov, ktorý sa svojim zložením bude podobať
reformovanému plynu, voľakedy vyrábaného v plynárňach, so 1/4 až 1/3 výhrevnosťou zemného plynu
bude možné využiť ako palivo v kogeneračných jednotkách na výrobu elektrickej energie a tepla alebo
pri výrobe tepla v klasických kotolniach.
inertná troska, ktorú budú tvoriť prevažne kremičitany s toxicitou niekoľkonásobne nižšou, ako je
požadovaný limit sa bude dať využiť v stavebníctve ako umelé kamenivo alebo ako inertný materiál na
posyp ciest v zimnom období.
kovová zliatina(Fe, Cu, Ni) a úlet s rôznou koncentráciou kovov (Hg, Cd, Zn, Pb) sa bude dať využiť
pri výrobe kovov ako druhotná surovina.
- 87 -
6. ZÁVER
Na základe literárnych údajov, termodynamického rozboru dejov prebiehajúcich pri spaľovaní a splynovaní
čistiarenských kalov je možné konštatovať, že:
Čistiarenské kaly je možné využiť ako nízkoenergetické palivo napríklad vo forme peliet, ktoré horia podobným
mechanizmom ako pelety vyrobené zhutnením drevného odpadu. Nevýhodou tohto spôsobu energetického
využitia čistiarenských kalov je vznik veľkého množstva škváry a popolčeka, ktoré sa budú musieť ukladať na
skládky s riadeným režimom.
Pri vysokoteplotnom splynovaní čistiarenských kalov sa kaly zlikvidujú bezodpadovou technológiou pri ktorej
vzniknú produkty - syntézny plyn, inertná troska, zliatina kovov a úlet s vysokým obsahom kovov, ktoré sa dajú
energeticky aj materiálne využiť. O vývoji tejto novej technológii likvidácii čistiarenských kalov bude pojednané
v samostatnej práci po ukončení a vyhodnotení technologických skúšok.
POĎAKOVANIE
Táto práca vznikla za finančnej pomoci grantovej agentúry VEGA MŠ SR v rámci projektu č. 1/3233/06.
LITERATÚRA
1.
2.
Country Study Slovakia, Ministry of Environment of the Slovak Republic, Bratislava, September 1977.
Cemerková A.: Energetické využití čistírenských kalů a odpadní biomasy. In.: Spalování a životní prostredí.
ES VŠB-TU Ostrava, 2002, s.123-125.
3. Klenovčanová A., Imriš I.: Zdroje a premeny energie. Manacon Prešov, 2006. 492 s.
4. Klenovčanová A., Imriš I.: Selenium extraction from roasting dust via vacuum distillation, recycling and
Waste treatment in mineral and metal processing: technical and economic aspects, 16-20 June 2002, Lůlea,
Sweden, Volume 1, s. 805-814.
5. ROINE A.: Outokumpu HSC Chemistry for Windows. ,Version 5.1, October 2002.
6. Imriš I., Klenovčanová A.: Electronic scrap treatment by plasma gasification and smelting process,
Proceedings of EMC 2007, European Metallurgical Conference 2007, June 11-14, Dusseldorf, Germany,
Volume 4, s. 1595-1606.
7. Tomori Z., Vadász P.: Aplikácia metódy analýzy obrazu na vysokoteplotnom mikroskope LEITZ Wetzlar,
Hutnícke listy, č.12, 1995, s. 22-23.
8. Imriš I., Šooš Ľ., Klenovčanová A., Vadász P.: Príspevok k štúdiu spaľovania kalov z ČOV, Medzinárodná
konferencia TOP 2007, Jún 26-28, 2007, Senec, s.135-142.
9. Nezhodová A.: Energetické využití čistírenských kalů a biomasy. Doktorská dizertační práce, Fakulty
strojní VŠB - Technická univerzita Ostrava, 2005.
10. Imriš I., Klenovčanová A., Vadász P.: Príspevok k štúdiu spaľovania dendromasy, Acta Mechanica
Slovaca, č.3-A, 2004, s.261-270.
11. Imriš I., Klenovčanová A., Molčan P.: Energy recovery from waste by the plasma gasification process,
Archives of thermodynamics, Vol.26, No.2, 2005, s.3-16.
- 88 -
TERMICKÉ ZHODNOCOVANIE KALOV A ODPADOV V DUSLO A.S.
Peter Németh
Duslo a.s.
Výrobná jednotka energetiky
Administratívna budova ev. č. 1236, 927 03 Šaľa
Abstrakt:
Odpady vznikajúce pri výrobe produktov organickej chémie v DUSLO a.s. sú termicky zhodnocované na
spaľovni odpadov. Pevné, kvapalné odpady a čistiarenské kaly sú zhodnotené formou výroby vodnej pary, ktorá
je následne využívaná ako zdroj tepla pre iné prevádzky spoločnosti. Na spaľovanie odpadov sa využívajú linky
rotačnej a fluidnej pece, ktoré boli v roku 2007 rekonštruované. Predmetom rekonštrukcie bolo hlavne
vybudovanie nového systému čistenia spalín. Kvalita vyčistených dymových plynov po rekonštrukcii je vo
väčšine ukazovateľov významne pod emisným limitom pre jednotlivé znečisťujúce látky.
Spaľovanie ako alternatíva na využitie energetického potenciálu odpadu.
Princíp zneškodňovania odpadov termickým spôsobom bol zavedený ako jedna z účinných alternatív na
redukciu objemu a hmotnosti odpadov. Základné rozdelenie spaľovní odpadov je podľa druhu odpadu s akým sa
nakladá a to na spaľovne komunálneho odpadu a spaľovne nebezpečného odpadu. Cieľom tohto príspevku je
poukázať na výhody spaľovania nebezpečného odpadu oproti iným alternatívam zneškodňovania.
Okrem základného princípu a to redukcie objemu a hmotnosti sa u spaľovní nebezpečných odpadov využívajú
ďalšie, nemenej dôležité a to eliminácia resp. podstatné zníženie nebezpečných vlastností odpadov a ak to
umožňuje technologický dizajn a zloženie odpadov aj jeho energetické využitie. V prípade, ak má prevažujúca
časť odpadu vysokú výhrevnosť a uvolnené teplo je možné efektívne využiť (či už vo forme tepelnej alebo
elektrickej energie) predstavuje spaľovňa odpadov okrem environmentálneho zariadenia na nakladanie s
odpadmi aj alternatívny zdroj energie. Za určitých podmienok, ak je bilancia vyrobenej energie vyššia ako
spotreba energie na prevádzku zariadenia je možné zaradiť spaľovňu odpadov medzi zariadenia na zhodnotenie
odpadov v kategórii – R1 Využitie najmä ako palivo alebo na získavanie energie iným spôsobom (klasifikácia
v zmysle zákona od odpadoch).
Tabuľka č.1. redukcia hmotnosti a objemu zhodnoteného
odpadu v spaľovni Duslo a.s.
Množstvo za rok
tuhé odpady
kvapalné odpady
smolovité odpady
kaly
spolu
nespáliteľný podiel
redukcia
hmotnosť
t
1100
2300
1800
2000
7200
770
89%
Redukcia objem u spaľovaním
5%
objem
m3
3100
2200
1600
1900
8800
450
95%
spaliteľný podiel
nespaliteľný podiel
95%
Redukcia hmotnosti odpadu po spaľovaní je závislá najmä od množstva nespáliteľného podielu v odpade.
Konečnými produktmi spaľovania sú anorganické komponenty. Ich zloženie je dané charakterom spaľovaného
odpadu, väčšinou však ide o soli silných kyselín, kremičitany, hlinitokremičitany, oxidy kovov a podobne. Podľa
- 89 -
toho, v ktorej časti spaľovacej jednotke dochádza k ich rozkladu je dané aj množstvo organického podielu
vo výstupnej tuhej fáze. Kým pri spaľovaní pevného odpadu v rotačných peciach je množstvo nespáleného
podielu, vyjadreného ako organický uhlík v rozmedzí 2-5 %, u fluidných pecí je organický uhlík podstatne nižší
0-2%. Taktiež pri spaľovaní kvapalného odpadu v kvalitných horákoch je minimálna produkcia pevného
organického podielu v zbytkoch po spaľovaní (popolčeku).
Tabuľka č.2. Energetická bilancia vstupov a výstupov spaľovacieho procesu
Energetická bilancia
Vstup energií
Zemný plyn
56330
Nákup el. energie
9720
Nákup tepla
19500
Celkový vstup energie
85550
43%
Výstup energií
Výroba tepla
157 700
Predaj vyrobeného tepla
150 500
57%
energetický výnos
spotrebované energie
Rozdiel
energetický výnos
64 950
Energetický výnos spaľovne je veľmi závislý od zloženia odpadov. Čim vyššia je výhrevnosť odpadu a nižší
nespáliteľný podiel, tým je vyššia využiteľnosť tepla vznikajúceho spaľovaním. Významný vplyv má aj obsah
vody v odpade a vznikajúcej vodnej pary, nakoľko v spalinových kotloch je možné využiť len teplotný spád
(rozdiel medzi teplotou spalín pred a za kotlom), nie však kondenzačné teplo, ktoré v prípade vysokého obsahu
vody v odpade znižuje energetickú využiteľnosť. Veľmi významným prvkom je nutnosť prídavku zemného
plynu ako stabilizačného paliva. V prípade dostatočnej výhrevnosti odpadu a stabilných podmienok je možné
podstatne redukovať množstvo zemného plynu, ktorý v podmienkach Duslo a.s. predstavuje až 66%
z energetických vstupov. Optimalizáciou procesov je možné znížiť množstvo zemného plynu teoreticky na
množstvo potrebné na nábeh prevádzky a na energetické zabezpečenie procesu počas zámeny kvapalného paliva.
Na druhej strane platí, že čím je vyššia spotreba zemného plynu na stabilizáciu procesu, tým sa znižuje
množstvo spaľovaného odpadu na jednotku času.
Spaľovanie - efektívna metóda riešenia kalovej koncovky ČOV
Jednou z doteraz otvorenou a často diskutovanou otázkou je nakladanie s čistiarenskými kalmi. Na jednej strane
čistiarenský kal obsahuje veľké množstvo látok, ktoré môžu byť vhodnou náhradou organického hnojiva, na
druhej strane výskyt niektorých polutantov, ako ťažkých kovov a v niektorých prípadoch aj rezistentných
a škodlivých organických látok zabraňuje ich plnej aplikácii v poľnohospodárstve. Veľakrát sú čistiarenské kaly
ukladané na skládky bez ďalšieho využitia.
Iným prípadom sú čistiarne veľkých aglomerácií, ktoré produkujú veľké množstvo kalov a ich druhotné využitie
je nevýhodné, alebo je legislatívny tlak na priame riešenie na mieste vzniku alebo v jeho blízkosti. Takýmto
prípadom je spaľovňa kalov pri Viedenskej komunálnej ČOV.
V prípade priemyselných ČOV, kde kaly môžu obsahovať a veľakrát aj obsahujú škodliviny, je ich aplikácia ako
náhrady organického hnojiva nemožná a vo viacerých prípadoch sa kaly skládkujú. Duslo a.s. je jedným z mála
priemyselných podnikov, kde sa čistiarenské kaly zhodnocujú spaľovaním. Výhodou spaľovne Duslo a.s. je že
čistiarenské kaly sa spaľujú spoločne s inými vysokovýhrevnými odpadmi, a tak ich nízka výhrevnosť je
kompenzovaná výhrevnosťou spoluspaľovaných odpadov.
Rozhodujúci charakter na energetickú bilanciu odpadov má obsah vody v kaloch. Čim je vyšší obsah vody
v kaloch, tým je nižšia ich výhrevnosť. Ak je napríklad spalné teplo suchého kalu bolo 7 MJ/kg pri sušine 30%
je spalné teplo rovné 2,1 MJ/kg. Na odparenie vody však je potrebné 1,56 MJ/kg, to znamená, že využiteľné
teplo zo spaľovania ak sa nevyužije kondenzačné teplo vodnej pary je max. 0,54 MJ/kg. V prípade, ak sa kaly
spaľujú spolu s inými odpadmi energetický potenciál je daný váženým priemerom výhrevnosti jednotlivých
odpadov. Ak je pomer kalov k iným odpadom dominujúci resp. ak sa spaľujú samotné kaly je výhodné, kaly čo
možno najviac odvodniť, alebo ich aspoň čiastočne pred vstupom do spaľovacej jednotky vysušiť.
- 90 -
Základný opis spaľovne odpadov DUSLO a.s.
Spaľovňa nebezpečných odpadov bola postavená v roku 1985 za účelom termického zneškodňovania odpadov
vznikajúcich pri výrobe gumárenských chemikálií a odpadov z ostatných výrobných i nevýrobných činností
v a.s. Duslo. Spaľovňa bola a je využívaná aj pre spaľovanie odpadov z iných organizácií. Spolu je ročné
priemerné množstvo zneškodňovaných odpadov cca 7 500 ton. Kapacita spaľovne pri využití plného fondu
pracovnej doby oboch pecí je 10 000 ton za rok.
Z dôvodu, že emisie pôvodnej spaľovne prekračovali vo viacerých ukazovateľoch povolené emisné limity a ani
technologické podmienky pre proces neboli v zmysle noriem pre prevádzku spaľovacích zariadení sa pristúpilo
v roku 2006 k rekonštrukcii spaľovne odpadov. Rekonštrukcia bola ukončená začiatkom roku 2007.
Princíp spaľovania odpadov
Spaľovňa je riešená ako systém dvoch samostatných spaľovacích liniek – linka rotačnej pece a linka fluidnej
pece. Kým fluidná pec slúži na spaľovanie čistiarenských kalov a kvapalných odpadov s obsahom chlóru pod
1%, v rotačnej peci je možné spaľovať pevné, pastovité, aj kvapalné odpady.
Za účelom využitia tepla spalín je v každej linke zaradený spalinový kotol vyrábajúci nasýtenú vodnú paru, ktorá
sa zo spoločného parného bubna napája na podnikovú parnú sieť a využíva pre vyhrievanie iných prevádzok.
Spaliny, sú po ochladení v spalinových kotloch odvádzané do spoločného uzla čistenia spalín. Ten pozostáva
z viacerých stupňov. Prvým je rekuperácia tepla v ekonomizéri, kde sa zníži teplota spalín na cca. 180 °C,
následne sa odstraňujú tuhé častice v tkaninovom filtri spoločne s dioxínmy a furánmi a posledným stupňom je
dvojstupňové mokré pranie. Takto vyčistené spaliny sa vypúšťajú do ovzdušia komínom vysokým 60 m.
Predčistená odpadová voda z pračky spalín je odvádzaná na podnikovú ČOV.
Zariadenie je riešené tak, že obe linky môžu pracovať paralelne alebo každá samostatne.
Obrázok č.1. Technologická schéma spaľovne nebezpečných odpadov Duslo a.s.
- 91 -
Popis technologických celkov a ich rekonštrukcie
Linka rotačnej pece
Rotačná pec pracuje pri priemernej teplote 900°C pričom teplota na výstupe z rotačnej pece je 800 - 1100°C.
V rámci rekonštrukcie bol do čela rotačnej pece zabudovaný kombinovaný horák pre spaľovanie zemného plynu
a kvapalných odpadov. Horák je vybavený dvoma rozprašovacími tryskami a je možné spaľovať súčasne dva
rôzne druhy odpadov. Z toho jeden sa využíva na spaľovanie kvapalných odpadov s vysokým obsahom síry,
druhý má variabilné využitie. Kvapalné odpady sa do horáka privádzajú potrubím, pričom každý druh odpadu
má samostatný prívod. Rozprašovacím médiom je para. V prípade, ak je energeticky postačujúce na
zabezpečenie vhodnej teploty v peci kvapalné médium, plyn sa spaľuje len v zapaľovacom horáku. Z rotačnej
pece vstupujú dymové plyny do dohorievacej komory.
Teplota dymových plynov v dohorievacej komore je v rozsahu 1100-1200°C. V rámci rekonštrukcie sa zvýšila
z pôvodných 900 °C z dôvodu, že sa v linke rotačnej pece spaľujú aj odpady s obsahom chlóru nad 1%.
Zvýšenie teploty si vyžiadalo aj kompletnú výmenu výmurovky v dohorievacej komore. Teplotný režim sa
zabezpečuje pomocou kombinovaného horáka na zemný plyn a kvapalné odpady, ktorý bol inštalovaný
v rámci rekonštrukcie. Horák, podobne ako v rotačnej peci je vybavený dvoma rozprašovacími tryskami. Tie
umožňujú súčasné spaľovanie rôznych druhov odpadu. Horáky sú riadené novým systémom (horákovým
automatom), ktorý zabezpečuje celkové riadenie procesu vrátane pomerovej regulácie spaľovacieho vzduchu
a kvapalných odpadov ako aj odstavenie horákov podľa normovaných bezpečnostných kritérií.
Pre dodržanie optimálnych podmienok spaľovania ako aj zdržnej doby min. 2 sekúnd je horákovým automatom
regulovaný prívodu spaľovacieho vzduchu. Na prívodných potrubiach kvapalného odpadu sú namontované
hmotnostné prietokomery. Meracie zariadenia zabezpečujú vstup presného množstvo spaľovacieho
a chladiaceho vzduchu do spaľovacej jednotky.
Z dohorievacej komory sú dymové plyny vedené cez spalinový predkotol do spalinového kotla, kde odovzdávajú
podstatnú časť svojho tepla.
Linka fluidnej pece
Fluidná pec sa využíva k zneškodňovaniu čistiarenských kalov a kvapalných odpadov s obsahom chlóru pod 1%.
Časť vzduchu sa vháňa pod dno pece na vytvorenie tzv. fluidného lôžka, v ktorom sú spaľované odpady.
Fluidizačný vzduch sa zohrieva v muflovej peci ktorá je vybavená novým kombinovaným horákom na
spaľovanie zemného plynu aj kvapalných odpadov.
Vzhľadom na nízku výhrevnosť čistiarenských kalov je pre ich zapálenie a horenie potrebné prídavné palivo s
primeranou výhrevnosťou. Táto požiadavka je zabezpečená vysokovýhrevným kvapalným odpadom, ktorý sa
vstrekuje jednak tryskami priamo do fluidného lôžka ako aj novým kombinovaným horákom zabudovaným do
samotnej fluidnej pece. Fluidná pec sa prevádzkuje pri teplote 900°C. V prípade výpadku kvapalného odpadu
alebo poklese teploty pod 850 °C sa uvedie automaticky do prevádzky plynový horák. Spaliny z fluidnej pece sa
odvádzajú do spalinového kotla, kde odovzdávajú podstatnú časť svojho tepla.
Spalinové kotle
Spalinové kotle sú dva, jeden pre linku rotačnej pece jeden pre linkuj fluidnej pece.. Spalinové kotle sú riešené
ako vodnorúrkový kotol s núteným obehom. Kotle sú konštrukčne riešené pre silne znečistené dymové plyny
a sú určené nielen na využitie tepla spalín, ale využívajú sa aj na odlučovanie popolčeka. Teplota spalín po
výstupe zo spalinového kotla je 180 – 250°C. Takto ochladené spaliny vstupujú do zariadení na čistenie spalín.
V rámci rekonštrukcie sa doinštalovalo automatické odpopočekovanie kotlov pneumatickým zariadením, čím sa
zvýšila efektivita odlučovania popolčeka a znížila náročnosť na obsluhu. Na redukciu NOx sa v rámci
rekonštrukcie inštaloval proces SNCR. Pred vstupom do kotlov, do dohorievacej komory a fluidnej pece sa
dávkuje amoniak ktorý chemickou reakciou s NOx redukuje ich množstvo.
- 92 -
Čistenie spalín
Nosná časť rekonštrukcie bola zameraná na čistenie spalín, nakoľko najväčšie rezervy pôvodnej technológie boli
z dôvodu nízkej účinnosti zariadení. V rámci rekonštrukcie spaľovne sa odstránila pôvodná technológia čistenia
spalín na miesto nej sa vybudovala kompletne nová.
Spaliny z výstupu kotla rotačnej pece a fluidnej pece sa pred vstupom do filtračnej jednotky ochladzujú
z teploty 200-245°C na teplotu 180°C v ekonomizéri. Prostredníctvom tohto zariadenia je teplota regulovaná tak,
aby absorbovanie škodlivín a ťažkých kovov v aktívnom kokse prebiehalo pri optimálnych podmienkach
a zároveň aby bola dodržaná maximálna prístupná teplota pre vstup do textilného filtra. Ekonomizér súčasne
zvyšuje účinnosť využitia tepla spalín.
Aktitívny koks sa dávkuje do potrubia pred vstupom do textilného filtra. Častice prachu a aktivovaného koksu
tvoria na stenách textilného filtra vrstvu, cez ktorú spaliny prechádzajú a tým dochádza k ďalšej adsorpcii
znečistenia. Filtračná vrstva zachytená na textilnom filtri sa pravidelne odstraňuje prúdom vzduchu. Zachytený
popolček sa zbiera v dolnej časti textilného filtra a prostredníctvom dopravníkov sa prepravuje do zbernej
nádoby. Z tejto nádoby sa pneumaticky dopravuje do zásobníka popola.
Z textilného filtra prúdia dymové plyny do dvojstupňového mokrého čistiaceho systému. V prvej pračke, sa
spaliny chladia na teplotu 60°C a súčasne sa absorbujú ťažké kovy, HCl, HF. V druhej pračke sa v kvapaline
absorbuje SO2. Do tejto pračky sa pridáva hydroxid vápenatý a absorpciou SO2 sa tvorí síran vápenatý.
Kvapalina v pračkách je cirkulovaná pomocou čerpadiel do rozprašovacích dýz, ktoré zabezpečujú jej
bezprostredný kontakt s dymovými plynmi.
Neoddeliteľnou súčasťou čistenia spalín je čistiareň odpadových vôd. V nej sa spracováva kontaminovaná voda
zo systému mokrého čistenia. V čistiarni odpadových vôd sa spracúva odpadová voda z prvej pračky, ktorá je
kontaminovaná ťažkými kovmi a anorganickými zlúčeninami chlóru. Nerozpustné hydroxidy kovov sa oddeľujú
vo forme kalov a následne sa odvodňujú v kalolise. Vyčistená voda sa po úprave pH odvádza do podnikovej
biologickej ČOV.
Účinnosť procesov a koncentrácia znečisťujúcich látok na výstupe v plynných a kvapalných zložkách
Kvalita vyčistených dymových plynov
Tabuľka č.3: Porovnanie dosahovaných polhodinových priemerov s emisnými limitmi
Ukazovateľ
/koncentrácia
(mg.m-3)
Emis. Limit pre
polhodinový
priemer
Dosahovaný
priemer
polhodinové
priemery
1,4 mg.m-3
Minimum
polhodinového
priemeru za
normálnej
prevádzky
0,8
Maximum za
polhodinového
priemeru za
normálnej
prevádzky
3
TZL spolu
10 mg.m-3
TOC
10 mg.m-3
0,7 mg.m-3
0,2
3
HCl
10 mg.m-3
0,8 mg.m-3
0,2
2
0
0,8
8
22
-3
-3
HF
2 mg.m
0,4 mg.m
SO2
50 mg.m-3
14,0 mg.m-3
NOx ako NO2
CO
-3
128,4 mg.m
90
200
-3
-3
0,8
25
200 mg.m
100 mg.m
-3
1,1 mg.m
Koncentrácia znečisťujúcich látok na výstupe do komína je závislá od viacerých faktorov. Časť z nich je závislá
od spaľovacích podmienok a to ukazovatele CO, TOC a NOx. Ostatné ukazovatele (TZL, HCl, HF, SO2, kovy)
sú závislé najmä od technologických parametrov čistiaceho zariadenia.
Vďaka novým nízkoemisným horákom a precíznej pomerovej regulácie kvapalných odpadov a vzduchu je
možné za normálnej prevádzky dosiahnuť aj pri spaľovaní rôznych organických látok veľmi nízke koncentrácie
CO a TOC. Kvalita týchto ukazovateľov je daná aj dobrými teplotnými podmienkami – 900 °C vo fluidnej peci
a 1100 °C v linke rotačnej pece, dostatočnou homogenitou a zdržnou dobou v spaľovacích komorách.
Ako je aj z tabuľky zrejmé, jediným ukazovateľom, ktorého maximum dosahovaných polhodinových priemerov
je v oblasti emisného limitu je pre NOx. Tento ukazovateľ je závislý od niekoľkých faktorov. Spaľované
- 93 -
organické odpady obsahujú amino skupinu, ktorá pri tepelnom rozklade mení na NH3. Ten pri vysokých
teplotách v plameni zhorí a produkujú sa NOx. Taktiež zvýšenie teploty v dohorievacej komore z 900 °C na
1100 °C prispelo k zvýšeniu NOx. V rámci testovania zariadenia boli merané koncentrácie NOx bez DENOX
systému. Bolo zistené, že primárna koncentrácia NOx v linke rotačnej peci je v priemere 650 mg.m-3. Zníženie
primárnej koncentrácie na úroveň 140 mg.m-3 v tejto linke procesom SCNR je s účinnosťou až 78%. Podstatne
nižšia je primárna produkcia NOx v linke fluidnej pece a to najmä z dôvodu nižších teplôt. Na stabilizáciu
procesu SNCR v linke rotačnej pece je naplánovaná zmena miesto a spôsobu nastrekovania vodného roztoku
amoniaku do dohorievacej komory.
Koncetrácia TZL je daná konštrukčným materiálom tkanivových filtrom. Časť tuhých látok je odlúčená už
v kotli, ale podstatná časť zachytáva na rukávoch tkaninového filtra, ktoré sú pravidelne podľa potreby
automaticky čistené.
Koncetrácia plynných škodlivín HCl, HF a SO2 je podstatne nižšia ako je stanovený emisný limit. Zvolená
technológia mokrého prania a jej dimenzovanie zabezpečuje odstraňovanie týchto škodlivín s vysokou
účinnosťou. Ako je z tabuľky č. 3 zrejmé, I. stupeň prania plynov, kde je prostredie pH=1, má vysokú účinnosť
zachytávania ťažkých kovov. Vysoká účinnosť zachytávania ťažkých kovov je aj z dôvodu dokonalého
zachytávania tuhých podielov v tkaninovom filtri.
Tabuľka č.4: Emisné limity a namerané hodnoty pre ťažké kovy:
Znečisťujúce látky
Emisný limit
[ mg.m-3 ]
Tl, Cd
spolu 0,05
Hg
0,05
Sb, As, Pb, Cr, Co, Cu, Mn, Ni, V
spolu 0,5
Tabuľka č.5: Emisné limity a namerané hodnoty pre dioxíny a furány:
Znečisťujúce látky
Emisný limit
[ ng.m-3 ]
dioxíny a furány
0,1
Nameraná hodnota mg.m-3
< 0,006
< 0,001
< 0,13
Nameraná hodnota
ng.m-3
0,017
Tabuľka č.5. poukazuje na účinné odstraňovanie dioxínov a furánov z plynných zložiek. Primárne je proces
nastavený tak, aby bola minimalizovaná tvorba týchto škodlivín a to teplotou 1100 °C v dohorievacej komore a
dobe zdržania min. 2 sekundy. Sekundárne sú dioxíny adsorbované na zmesi aktivovaného koksu a popolčeka vo
vrstve zachytenej na tkanivovom filtri.
Kvalita vyčistenej odpadovej vody
Tabuľka č64: Emisie odpadovej vody
Ukazovateľ
1.
Nerozpustené látky
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
Ortuť a jej zlúčeniny
Kadmium a jeho zlúčeniny
Tálium a jeho zlúčeniny
Arzén a jeho zlúčeniny
Olovo a jeho zlúčeniny
Chróm a jeho zlúčeniny
Meď a jej zlúčeniny
Nikel a jeho zlúčeniny
Zinok a jeho zlúčeniny
Dioxíny a furány
Hraničná hodnota sušiny
mg/kg
95% - 30 mg/l, 100 % - 45
mg/l
0,03 mg/l
0,05 mg/l
0,05 mg/l
0,15 mg/l
0,2 mg/l
0,5 mg/l
0,5 mg/l
0,5 mg/l
0,5 mg/l
0,3 ng/l
Dosiahnutá hodnota mg/l
< 10 mg/l
0,0019 mg/l
< 0,001 mg/l
< 0,005 mg/l
0,003 mg/l
< 0,004 mg/l
0,225 mg/l
0,152 mg/l
< 0,1 mg/l
0,028 mg/l
0,00477 ng/l
Koncentrácia kovov a NL v odpadových vodách po fyzikálnochemickej úprave odpadových vôd je vo všetkých
ukazovateľoch vyhovujúca. Na lepšie vyzrážanie kovov z odpadových vôd sa pri procese precipitácie pridáva
špeciálny organosulfid TMT 15.
- 94 -
Záver – význam rekonštrukcie spaľovne odpadov
Cieľom tohoto príspevku bola prezentácia spaľovania ako jedného z efektívnych spôsobov nakladania
s odpadmi. Okrem primárneho efektu a to redukcie až eliminácie nebezpečných vlastností odpadov je veľmi
významný sekundárny efekt a to energetické využitie formou výroby tepla alebo elektrickej energie.
Rozhodnutie o rekonštrukcii pôvodnej spaľovne DUSLO a.s. sa prijalo z dôvodu, že väčšina odpadov,
produkovaná v podniku je organického charakteru a boli zaradené medzi nebezpečné. Oproti iným zvažovaným
alternatívam, pri ktorých sa uvažovalo aj s uložením časti odpadov na skládku, je tento spôsob, efektívnejší, má
výraznejšie pozitívne ekologické aspekty a zabezpečilo sa aj energetické zhodnotenie odpadov.
Vzhľadom k tomu, že pôvodná kapacita spaľovne bola 10 000 ton/rok a táto zostala aj po rekonštrukcii, je
možné v spaľovni DUSLO a.s. zabezpečiť aj zneškodňovanie odpadov iných, externých, organizácií. Výhodou
spaľovne DUSLO a.s. je že v rámci rekonštrukcie sa upravila technológia tak, že je možné spaľovať aj odpady
s obsahom chlóru nad 1% a taktiež odpady s obsahom síry. Práve obsah niektorých škodlivých látok, ako chlór
a síra limitujú možnosti využitia odpadu na energetické zhodnotenie, napríklad ako alternatívne palivo
v cementárenskom priemysle. Spaľovacie podmienky, najmä teplota 1100 °C a niekoľkostupňový systém
čistenia spalín zabezpečujú nízke emisie znečisťujúcich látok do jednotlivých zložiek životného prostredia.
Rozsah analyticky sledovaných hodnôt a kontinuálne meraných veličín je oproti iným porovnateľným
technológiám podstatne väčší. Tým je zabezpečený neustály dohľad nad technológiou a to jednak z hľadiska
riadenia procesov, ale aj z hľadiska spätnej kontroly dozorujúcimi orgánmi.
Keďže spaľovňa nebezpečných odpadov DUSLO a.s. je jedna z mála ktoré prešli rekonštrukciu s cieľom úpravy
technológie v zmysle príslušných technických a environmentálnych noriem, javí sa ako veľmi účelné využiť jej
voľnú kapacitu aj na riešenie producentov nebezpečných odpadov mimo vlastnej spoločnosti.
- 95 -
KO- FERMENTÁCIA ORGANICKÉHO ODPADU
Oskár Čermák, Ľubomíra Horanová, Ivona Škultétyová
STU, Stavebná fakulta, Bratislava, Radlinského 11
1 ÚVOD
Európska únia v Smernici 1999/31/ES o skládkach odpadu vyžaduje vypracovať stratégiu odpadového
hospodárstva tak, aby sa postupne znižovalo množstvo biologicky rozložiteľného komunálneho odpadu
ukladaného na skládky a s týmto odpadom, aby sa nakladalo vhodným spôsobom. Predpokladá sa, že práve
zložka biologicky rozložiteľného odpadu bude narastať práve v komunálnom odpade. V súčasnosti je u nás
zatiaľ obmedzené iba ukladanie na skládky zeleného odpadu na skládky, pričom v budúcnosti sa vyžaduje
postupne znižovanie ukladania aj inej zložky biologicky rozložiteľného odpadu do roku 2010, napr.
kuchynského odpadu.
Návrh EÚ „Tematická stratégia o ochrane pôdy“, v ktorej sa organické látky považujú za hlavný zdroj
zvyšovania agronomických funkcii pôd sú ďalším argumentom pre spracovanie biologicky rozložiteľného
odpadu zhodnocovaním.
Na zhodnotenie biologicky rozložiteľného odpadu je možné použiť kompostovanie, ktoré môže byť aeróbne
alebo anaeróbne. Najčastejšie sa používajú tradične aerobné kompostovanie, ktoré v urbanizovanom území si
vyžaduje zabezpečiť dostatočne veľký priestor. Okrem toho,tieto kompostárne majú aj ďalšie nevýhody, ako je
napr. dlhý čas potrebný pre degradáciu, pri procese požadujú vykonávanie množstva kontrol, je potrebné
zabezpečiť zachytávanie vznikajúcich technologických a priesakových kvapalín, obmedziť tvorbu prachu
a zápachu a tiež nepriamo vplývajú na skleníkový efekt ( 1 t odpadu pri kompostovaní uvoľní cca 40 m3 CO2 )
(Edelmann).
Druhý - anaeróbny spôsob, je investične nákladnejším, ale pre životné prostredie výhodnejším nielen
z hľadiska tvorby skleníkových plynov ale taktiež z hľadiska energetického. Pri anaeróbnom spracovaní vzniká
bioplyn, ktorý obsahuje 90-95% energie akumulovanej v rozložiteľnej hmote. Tento plyn patrí medzi
obnoviteľnej energie.
Pre spracovanie biologicky rozložiteľného odpadu sa preto hľadá taký spôsob, ktorý je nielen hospodárny, ale
tiež minimálne zaťažuje životné prostredie. V poslednom období sa začínajú používať už vybudované zariadenia
určené iba pre zneškodňovanie jedného druhu odpadu súčasne pre zhodnotenie aj iných odpadov, ako je
anaeróbne spracovanie kalu v čistiarňach odpadových vôd súčasne so zhodnotením organického odpadu. Tento
spôsob spracovania odpadu sa nazýva „ ko - fermentácia“.
2 ČO JE TO „KO – FERMENTÁCIA
Ko-fermentácia je spoločná degradácia homogennej zmesi vytvorenej z dvoch alebo viacerých substrátov.
Väčšinou sa k jednému, väčšiemu množstvu substrátu, zväčša tekutému, ako je kal alebo hnojovica pridávajú
menšie dávky pevného biogénne odbúrateľného odpadu, ako sú napr. zvyšky jedál a z kuchýň, potravinový
odpad, organický odpad a pod.
Ko-fermentácia organického odpadu je inovačná technológia pre redukciu emisie skleníkových plynov.
Okrem toho je tiež organický viazaný dusík v odpadovej vode pri anaeróbnom spracovaní – vyhnívaní, uvoľnený
ako anorganický, ktorý je prijateľný rastlinami. Pre ko-fermentáciu je veľmi výhodne využiť už vystavané
vyhnívacie nádrže v čistiarňach odpadových vôd alebo tiež technológiu veľkých bioplynových zariadení
určených pre spracovanie odpadu z poľnohospodárstva. Výhoda pre spôsob je tiež v tom, že skúsenosti
z prevádzok vyhnívacích nádrži preukazujú voľnú kapacitu cca 15 – 30% objemu nádrží. (Schmelz 2000, Braun
2001). Tento spôsob spracovania odpadu preukazuje tiež zaujímavú možnosť decentralného spracovania odpadu,
priamo v mieste tvorby odpadu a získavanie energie z biologicky rozložiteľného odpadu.
K výhodám ko-fermetácie patrí:
• výhodný spôsob pre spracovanie biologicky rozložiteľného odpadu,
• rieši problém životného prostredia a zvyšuje tvorbu obnoviteľnej energie,
• zjednodušuje plánovanie a schvaľovanie činnosti v porovnaní s návrhom samostatného zariadenia,
- 96 -
•
•
•
•
využíva súčasnú infraštruktúru,
znižuje investičné náklady,
má malé prevádzkové náklady,
homogenizuje zrnitosť, zabezpečuje flotáciu, sedimentáciu, acidifikáciu atď. odpadu, pomocou
zriedenia odpadu hnojovicou alebo kanalizačným kalom,
• zvyšuje tvorbu bioplynu, získavanie energie z biomasy, má pozitívny efekt z hľadiska energetickej
bilancie čistiarne, prináša zisk z využívania energie,
• nie je tvorba odpadovej vody, ktorú je potrebné čistiť,
• môže sa získať technologická voda (vyčistené odpadové vody) napr. ako voda pre chladenie,
• zlepšuje odvodnenie, znížuje náklady na použitie flokulačného činidla,
• získanie materiálu na regeneráciu pôdy.
Ko-fermentácia má aj nevýhody, ktoré je možné uviesť v nasledujúcich bodoch:
• býva požiadavka na predúpravu a potreba zmiešavania dodávaného odpadu,
• je potrebné zabezpečiť rovnováhu živín v spracovanom materiály pre optimálny proces degradácie,
• zmenšuje rýchlosť degradácie,
• zvyšuje hodnotu ChSK,
• vyžaduje aj hygienizáciu.
Vplyv ko-fermentácie na čistiareň odpadových vôd a na vyčistené vody závisí od druhu a množstva použitého
ko-substrátu. Nie všetky biologicky rozložiteľné odpady je možné spracovať týmto spôsobom a preto je potrebné
počítať aj s doplňujúcou technikou spracovania. Anaeróbne spracovanie organického podielu komunálneho
odpadu z hľadiska heterogenného zloženia a obsahu škodlivých látok je zložitejšie. Pri co-fermentácii s inými
druhmi odpadov, aj širokého rozsahu typov, je možné optimalizovať anaeróbny proces v jednom zariadení
(Ahring a kol.,1992).
Ak porovnáme charakteristiky odpadu a kalu z čistiarní odpadových vôd (tab.1.) vidíme, že ich vhodným
zmiešaním môžeme dosiahnuť optimálne podmienky pre degradáciu a pre tvorbu bioplynu.
Tab. 1 Charakteristika organických zložiek komunálneho odpadu a kalu (Hartmann a kol.2003)
Odpad
Kal
Obsah nutrientov
Nízky
Vysoký
Pomer C/N
Vysoký Nízky
Obsah biodegradovateľných org.zložiek
Vysoký Nízky
Obsah sušiny
Vysoký Nízky
3 ZÁKLADNÉ POŽIADAVKY NA CO- SUBSTRÁT
Ko- substrát pre tento druh fermentácie zväčša tvorí:
• separované vyzbieraný organický odpad z miest a obcí,
• iný zdroj biologicky rozložiteľného odpadu (napr. z priemyslu, obchodu a pod.)
• odpad z poľnohospodárskej činnosti a spracovania materiálu.
Substrát, aj keď pochádza iba z jedného zdroja, jeho fyzikálne a chemické vlastnosti značne kolíšu a je veľmi
žiaduce poznať presný zdroj doplňujúceho odpadu. Vlastnosti doplňujúcich odpadov sú závislé od viacerých
zložiek a vo všeobecnosti môžu obsahovať látky nevhodné pre proces fermentácie. Sú to hlavne:- piesok,
kamene, sklo, - plasty, guma, drevo, kompozity, kosti, - kovy, batérie, elektronika a iné fyzikálne znečistenia.
Z uvedeného dôvodu je potrebné pred ich použitím vykonať predúpravu. Dosť často sa práve z ekonomického
dôvodu tento stupeň úpravy odpadu vynecháva, čo spôsobuje v prevádzke zariadenia potom problémy.
Spôsob úpravy odpadu pred spracovaním musí byť prispôsobený typu reaktora. Nie všetky reaktory sú
naprojektované pre spracovanie všetkých druhov odpadov. Aplikácia takéhoto druhu si vyžaduje často vykonať
nákladne spracovanie pre zabezpečenie kvalitnej činnosti reaktora. Nákladnou na úpravu tiež môže byť
požiadavka EU-COM (2001)748 pre hygienizáciu niektorých druhov odpadov ako napr. zvyšky jedla, hnoj
a pod.
Mnoho organického odpadu je možné používať priamo bez úpravy, niektoré odpady si vyžadujú jednoduchú
úpravu prípadne až náročnú úpravu. Stručný prehľad požiadaviek úprav pred spracovaním u niektorých
vhodných druhov odpadu pre anaerobné spracovanie je uvedený v tab.1.
Do skupiny odpadov, ktoré nie je potrebné upravovať patria väčšinou tekuté odpady, ako je kal z čistiarni
odpadových vôd, kal z liehovarov, srvátka, tekuté druhy oleja a tuky. Odporúča sa však ich dávkovanie
vykonávať cez sitá.
- 97 -
Najväčšou zložkou prídavného odpadu tvoria odpady ako sú zvyšky potravinárskeho priemyslu, olejové kaly,
tuky a zvyšky jedál, ktoré si vyžadujú minimálnu úpravu pred vstupom do reaktora. Úprava pozostáva
z odstraňovania kovov, skla, piesku a kameňa, ako aj z homogenizácie tohto odpadu.
Len málo druhov odpadu si vyžaduje vykonávať náročnejšiu úpravu odpadu, sú to hlavne odpady zo
separovaného zberu, záhradný a mestský zelený odpad, odpad z trhovísk, zvyšky jedál po záruke, odpad
z kožiarskeho priemyslu a pod. Tieto odpady si vyžadujú vykonávať úpravu pozostávajúcou z drvenia,
osievania, odstránenia kovov, skla, piesku, kameňa a homogenizácie.
Tab. 2 Prehľad požiadavky úprav pred spracovaním u niektorých vhodných druhov odpadu pre anaeróbne
spracovanie (Braun,2001)
Druh odpadu
Bez úpravy
Jednoduchá úprava
Náročná úprava
Biologický odpad
z poľnohospodárstva
áno
- slama
áno
- siláž
áno
- hnoj(kravský)
Potravinársky priemysel
- potraviny po záruke
áno
- zvyšky po zmrazení
- zvyšky po spracovaní ovocia
áno
- kal z produkcie vína
áno
Papierenský priemysel
áno
Komunálny odpad
- biologický rozložiteľný
áno
- odpad zo záhrad
áno
- odpad z trhovísk
áno
Odpad z čistiarní odpad.vôd
áno
- primárny kal
áno
- kal
áno
- jednotlivých čistiarní
áno
- z lapáka tukov
Väčšie zariadenia môžu byť doplnené ešte zariadením na suchú alebo mokrú separáciu. Pri odpadoch, ktoré si
vyžadujú vykonanie hygienizácie je potrebné zaradiť aj hygienizáciu odpadu.
4 FYZIKÁLNE A CHEMICKÉ POŽIADAVKY NA PRIDÁVANÝ ODPAD
Pre rozhodovanie na vypracovanie návrhu spracovania odpadu v reaktoroch sa vyžaduje získať minimálne
nasledujúce údaje:
• množstvo, hlavne údaje dodávke, ( výhodné je, aby bola dodávka kontinuálna)
• údaje o zložení pridávaného odpadu ( tab.3.)
• hygienické aspekty (hlavne požiadavky pre požiadavky hygienizácie).
Tab.3. Základné kritéria pre charakterizáciu prídavného odpadu (Braun a kol.1996)
Rozhodovací parameter
Hodnoty
Obsah vody
80 – 99,5%
Odbúrateľné org. látky
>50% sušiny
Živiny (C/N)
Optimálne 20:1
Dezinfekčné prostriedky
Používané pri predchádzajúcej technológii
(hlavne pri poľnohospodárstve)
Obsah ťažkých kovov
Z hľadiska požiadaviek kvality výstupu
Hygienické požiadavky
Iba doplňujúce požiadavky
Vyžaduje sa, aby každý odpad, ktorý je dopĺňaný do technológie anaeróbneho spracovania bol pre použitím
laboratórne preskúmaný a boli stanovené jeho parametre ako je: sušina, organická sušina, pomer C/N ,
biologická odbúrateľnosť, obsah ťažkých kovov, obsah antibiotických zvyškov, škodlivé látky ako napr. zložky
z vysokým obsahom síry, ktoré vytvárajú zvýšený obsah H2S v bioplyne a pod.
- 98 -
Vstupná kontrola odpadu je veľmi dôležitá pre zabránenie možnému vzniku ťažkosti pri prevádzke reaktora –
vyhnívacej nádrže. Pri nesprávnej aplikácii môže nastať preťaženie (zníženie hodnoty pH), zníženie degradácie,
technické problémy pri degradácii (napr. tvorba peny, zapchatie ventilov a potrubia a pod.).
5 ZÁKLADNÝ TECHNOLOGICKÝ POSTUP
Technické vybavenie ko-fermentácie závisí od charakteru doplňujúceho odpadu a veľkosti prevádzky
a požiadavky pre dosiahnutie požadovaného výsledku. V zásade prídavne zariadenia sú potrebné pre:
• zabezpečenie správnej a vyhovujúcej dodávky odpadu,
• homogenizáciu a miešanie doplňujúceho odpadu,
• prevenciu proti tvorbe peny a jej vrstvy,
• odstraňovanie sedimentovaných častíc z reaktora.
Vo všeobecnosti ko – fermentačný systém musí byť tak navrhovaný, aby zabezpečil:
• optimálnu zrnitosť materiálu a jeho štruktúru,
• dôkladne premiešanie a efektívne spracovanie materiálu,
• požadovanú dobu zdržania pre získanie požadovanej kvality výsledného produktu,
• požadovanú kontrolu a monitorovanie priebehu procesu,
• bezpečnosť prevádzky,
• ochranu životného prostredia,
• kontrolu výsledného produktu podľa požiadaviek legislatívy.
Technologický postup ko-fermentácie je čiastočne odlišný od základnej technológie či ide o doplnenie pre
technológiu čistiarne odpadových vôd alebo pre zariadenia anaeróbneho spracovania poľnohospodárskeho
odpadu.
Príklad riešenia spoločného spracovania odpadu z čistiarne odpadových vôd – kalu a biologicky
rozložiteľných odpadov je vidieť na obr.1.
Obr.1 Schéma postupu procesu pre anaeróbny rozklad kanalizačného kalu a organického odpadu
( A.Del. Borghia kol.1999)
6 TECHNICKÉ POŽIADAVKY NA PREVÁDZKU
Minimálne sa odporúča, aby prevádzkovateľ zabezpečil dennú dokumentáciu z prevádzky, ktorá obsahuje:
- druh a množstvo spracovaného odpadu,
- výsledok vizuálnej kontroly vstupného odpadu,
- množstvo výstupného materiálu z reaktora,
- a zaznamenať zvláštne prípady
Pred spracovaním určitého druhu odpadu, je potrebné zabezpečiť jeho certifikovanú fyzikálnu a chemickú
analýzu.
- 99 -
Pre riadenie procesu degradácie je treba minimálne zabezpečiť periodické meranie a kontrolu:
• denného prietoku odpadu a každého ko-substrátu samostatne (m3/d, t/d),
• množstvo a typ nečistôt v ko-substráte,
• hygienické podmienky,
• množstvo produkovaného bioplynu a obsah CH4,
• pH a teplotu reaktora.
Veľmi dôležitou otázkou z hľadiska prevádzky je dodávanie ko-substrátu. Dodávka nepoznaného kosubstrátu sa nemá v žiadnom prípade vykonávať. Aj nízke hodnoty inhibítorov alebo toxických látok môžu viesť
k prerušeniu postupu degradácie a ďalší nábeh degradácie trvá určitý čas.
Maximálna doplňujúca dávka ko-substrátu hlavne závisí od:
• povoleného organického zaťaženia vyplývajúceho z dvoch položiek základnej a doplňujúcej,
• v procese sa výskytujúceho H2S, NH3 a iných blokujúcich alebo toxických metabolitov,
• výsledného chovanie kvapaliny v reaktore (penenie, tvorba sedimentov, upchatie potrubia).
Povolená dávka ko-substrátu do poľnohospodárskych reaktorov je obmedzená predpismi jednotlivých štátoch
(Rakúsko, 30%, Dánsko 25%).
Len dôkladný rozbor ko-substrátu môže stanoviť vplyv na mikrobiológiu a biochémiu rozkladu. Vysoká
hodnota ChSK v ko-substráte zvyšuje zaťaženie v reaktoroch a zvyšuje produkt metabolizácie ako je NH4, H2S
a prchavých látok.
Dávkovanie ko-substrátu do reaktora sa začína pri dávke 1 – 5%, ktorá sa postupne zvyšuje. Počas
dávkovania sa sleduje vplyv dávky na priebeh degradácie a prípadne sa vykonávajú príslušné opatrenia na
zamedzenie negatívnych dôsledkov na proces.
Ďalšie požiadavky na prevádzku budú upresnené v pripravovaných predpisov EÚ “Biological treatment of
bio-waste”.
7 PRÍKLADY POUŽITIA KO-FERMENTÁCIE
Dánsko je prvým štátom, ktorý zaviedol a rozšíril anaeróbnu fermentáciu pre tvorbu bioplynu
z poľnohospodárskeho odpadu, hlavne z hnoja. Hnoj u nich tvorí cca 80% tvorby bioplynu (Ellegaard,2005).
Rozvoj ko-fermentácie hnoja s odpadom patrí medzi ich základne úlohy zvyšovania produkcie bioplynu.
V posledných rokoch je vidieť v Európe zásadný rozvoj využívania ko-fermentácie, čo je tiež vyvolané
požiadavkou Kyotského protokolu na zníženie tvorby sklenikových plynov.
Prvé zavedenia použitia ko-substrátov pri fermentácii odpadov boli vykonané na poľnohospodárskych
fermentačných zariadeniach. V poslednom období sa zvyšuje aj podiel tvorby bioplynu pomocou ko-substrátov
v mestských kanalizačných čistiarniach odpadových vôd, kde sa prejavujú výhody tohto kombinovaného
systému spracovania odpadu.
V poslednom období sa úspešne zaviedlo vo viacerých čistiarniach spoločné spracovanie kalu s bioodpadom.
Typická dávka ko-substrátu do vyhnívacej nádrže čistiarne odpadových vôd sa pohybuje medzi 5 – 20%. Kosubstrátom sú látky ako flotačný kal, tuky z lapáka tukov, zvyšky potravy a iné, ktoré podstatne zvyšujú
produkciu bioplynu od 40 – 230%. Pri dávkovaní ko-substrátu je treba venovať pozornosť na koncentráciu
bioodpadu, reologické vlastnosti a iné ovplyvňujúce faktory.
V odbornej a vedeckej literatúre nachádzame uvedené viaceré príklady zo zavedenia ko-fermentácie do praxe,
z ktorých uvádzam niektoré:
Švédsky závod v Kristianstade spracováva širokú škálu bioodpadov, ako sú bioodpady z domácnosti, kal
z liehovaru, zeleninový odpad, odpad z bitunku a hnoj z veľkovýkrmní. Ďalej sú Heppenheim (1999) spracováva
bioodpad + zelený odpad a organický odpad z priemyslu, Radeberg (1999) – čistiareň odpadových vôd
spracováva biologický odpad, kal z páleníc, zvyšky jedál, tuky z odlučovačov a iný odpad. Medzi ďalšie
čistiarne je treba uviesť ČOV Baden-Baden (1993), Sölden (1994), Duisburg-Kaßlerfeld (2003), Graz (1995),
Schwechat (2001),Tulin (2001), Samnaum (CH, 2001) a ďalšie.
Tak isto je možné uviesť odkazy na uverejnené výsledky poloprevádzkových a prevádzkových pokusov s kofermentáciou, sú to napr. Zupančič (15) , Sosnowski (13), vykonané pokusy v Minesote (12), Edelmann (9), Kim
(10) a tiež pokusy vykonané u nás na fermentačnom zariadení Kolíňany Gadušom J. a Kročkom v roku 2003,
ktorí použili ako ko-substrát aj kuchynský odpad v množstve 7,7%.
Pre spracovanie biologický rozložiteľného odpadu je zatiaľ vydaných iba niekoľko predpisov. Nemecko VDMA vydalo v roku 1997 usmernenie pre „Zariadenia a komponenty anaeróbneho spracovania odpadu“, ktoré
bolo doplnené návrhom predpisu vypracovaným životným prostredím Nordhein Westfalen (2000) pre
vykonávanie ko-fermentácie vo vyhnívacích nádržiach čistiarní odpadových vôd. Rakúske Kuratórium für
Landtechnik (ŐKL) vydalo v roku 1998 pokyny pre použitie ko-substrátu v poľnohospodárskych fermentačných
zariadeniach. V Rakúsku boli tiež vydané predpisy pre kompostovanie BGBl. II č.292/2001.
- 100 -
Okrem toho sú predpisy pre aplikovanie fermentačných výstupov na poľnohospodársku pôdu. Neslobodno
tiež pozabudnúť, že usmernenia pre prácu s biologickým odpadom sú rámcové tiež zahrnuté v pripravovanom
predpise EÚ „Biological treatment of bio-waste“.
9 ZÁVER
Anaeróbne spracovanie odpadov pomocou ko-substrátov prinieslo viacero výhod z ktorých uvádzame sú:
• pre degradáciu zabezpečenie zlepšenej rovnováhy živín, čo vytvorilo efektívnejšiu prevádzku,
• pridávanie ko-substrátu a jeho zmiešavanie zlepšenie reologické vlastnosti spracovávaného odpadu,
• chemická energia substrátu je premenená do energie bioplynu,
• využitie voľnej kapacity objemu vyhnívacích nádrží v čistiarniach odpadových vôd,
• aplikáciu výstupu zo zariadenia ako umelé hnojivo alebo ako rekultivačný materiál,
• zvýšenie ekonomiky spracovania odpadu,
• zabezpečenie environmentálne prijateľného riešenia.
Požiadavka minimalizácie ukladania biologicky rozložiteľného odpadu na skládky vyvolá potrebu riešenia
zneškodňovania viacerých odpadov. Rozvoj používania ko-fermentácie bude zameraný hlavne na splnenie
požiadaviek z hľadiska kvality výstupu, z hľadiska odstránenia kontaminantov, tepelného spracovania,
hygienizácie a pod. Iba kvalitný výstup zo spracovania bude možné v budúcnosti použiť pre kompostovanie
a požadované zlepšenie vlastnosti pôdy. Je predpoklad, že do ko-substrátov budú zahrnuté aj poľnohospodárske
produkty s vyšším energetickým prínosom pri tvorbe bioplynu napr. kukurica, tráva, repa apod. (Braun, 2001).
Príspevok je spracovaný v rámci riešenia grantovej výskumnej úlohy VEGA č.1/0854/08 Optimalizácia návrhu
a obnovy inžinierskych sietí v urbanizovanom území, ich alternatívne využitie.
LITERATÚRA:
1. Anaerobic digestion and reuse of digested products of selected components of urban solid waste. The
Ministry of Environment and Forests Government of India. TECHNICAL REPORT 2006. Centre for
Ecological Sciences &Centre for Sustainable Technologies Indian Institute of Science Bangalore,
2. Borghi A.D., Converti A., Palazzi E., Borghi M.D.: Hydrolysis and thermophilic anaerobic digestion of
sewage sludge and organic fraction of municipal solid waste. Bioprocess Engineering 20 (1999),
3. Braun R.: Neue Entwicklungen im Bereich der Biogaserzeugnug. Symposium Biogas-Brennstoffzellen.
Steyr.2001,
4. Braun R., Wellinger A.: Potential of Co-digestion. Nova Energie. 2002. IEA Bioenergy.
5. Čermák O.,Kebísek M.: Kompostovanie. STU Bratislava, v tlači (2008),
6. Edelmann W., Baier U., Engeli H.:Environmental aspects of the anaerobic digestion of the organic
fraction of municipal solid wastes and of agricultural wastes.arbi GmbH, Baar, Switzerland,
7. Edelmann W., Engeli H. : More than 12 years of experience with commercial anaerobic digestion of the
organic fraction of municipal solid wastes in Switzerland. arbi GmbH, Baar, Switzerland,
8. Edelmann W., Engeli H.,Gradenecker M. : Co-digestion of organic solid wastes and waste and waste
waters. Arbeitsgemeinschaft Bioenergie,
9. Edelmann W., Gradenecker M. et al.: Co-Vergärung von festen und flüssigen Substraten.
Arbeitsgemeinschaft Bioenergie, Baar
10. Kim et al.: The optimisation of food waste addition as a co-substrate in Anaerobic Digestion.Waste
Management Research .2003; 21: 515-526
11. Nam Hyo Heo, Soon Chul Park, Jin Suk Lee, Ho Kang and Don Hee Park:Single-stage anaerobic
codigestion for mixture wastes of simulated Korean food waste and waste activated sludge. Applied
Biochemistry and Biotechnology.Volume 107, Numbers 1-3 / March, 2003
12. Opportunities, Constraints, and Research Needs for Co-digestion of Alternative Waste Streams with
Livestock Manure in Minnesota. Minnesota Department of Agriculture Agricultural Resources
Management and Development Division.November, 2005,
13. Sosnowski P., Wieczorek A.,Ledakowicz S.: Anaerobic co-digestion of sewage sludge and organic
fraction of municipal solid wastes. Technical University of Lodz, Department of Bioprocess
Engineering, Lodz, Poland
14. Svend-Erik Jepsen: Co-digestion of animal manure and organic household waste - the Danish
experience.Danish Environmental Protection Agency
15. Zupančič G.D., Uranjek-Ževart N., Roš M.: Full-Scale Anaerobic Co-Digestion of Organic Waste and
Municipal Sludge – Enlargement of Renewable Energy. National Institute of Chemistry, Ljubljana,
Slovenia.
- 101 -
BIOPLYNOVÁ STANICE VYSOKÁ
ZKUŠENOSTI Z PROJEKTOVÁNÍ, REALIZACE A PROVOZU
Václav Kutil, Josef Horejš, Jiří Čejka*
K&H Kinetic a.s., Klatovy, *Vodohospodářský podnik a.s., Plzeň
Úvod
Bioplynová stanice (BPS) Vysoká – Dobřany je zemědělský závod na výrobu bioplynu a kombinovanou výrobu
elektřiny a tepla. BPS bezprostředně navazuje na provoz sousední farmy pro chov prasat Vysoká a.s., Dobřany
(dále Farma).
V BPS je přednostně zpracovávána veškerá produkce prasečího hnoje – kejdy ze sousedící Farmy. Vstupní
substrát do BPS se obohacuje masokostní moučkou (MKM). Substrát je v BPS podrobován anaerobnímu
rozkladu – fermentačnímu procesu, v teplotně mezofilní oblasti (40 ± 2 °C). Tento proces je provázen vývinem
bioplynu, který je v BPS průběžně jímán do dvoumembránového plynojemu a následně spalován v kogenerační
jednotce se 2 plynovými motorgenerátory, nebo v plynové kotelně, případně v hořáku zbytkového bioplynu.
Hmotným výstupem z BPS je stabilizovaný digestát, používaný následně jako přírodní, tekuté, organické
hnojivo.
Další výstupy z BPS jsou energetické a to ve formě elektrické a tepelné energie. Elektrická energie je dodávána
do vnější elektrické rozvodné sítě, tepelná energie je z části využita v BPS a z části je dodávána do Farmy.
Investorem výstavby BPS a následně jejím provozovatelem je BIOPLYN ZETEN s. r. o., Blovice.
Projektovou dokumentaci pro stavební povolení vypracoval Vodohospodářský podnik a.s., Plzeň v roce 2006.
Realizaci BPS včetně prováděcí dokumentace provedl K&H KINETIC a.s., Klatovy. Výstavba BPS byla
zahájena v listopadu 2006 a na přelomu března a dubna 2007 již byla BPS uvedena do zkušebního provozu.
- 102 -
Technický popis zařízení
Surová kejda je přiváděna do akumulační a homogenizační jímky surové kejdy. Jímka je vybavena čerpadlem
pro čerpání kejdy a míchacím zařízením, zajišťujícím homogenizaci jejího obsahu. Kejda spolu s masokostní
moučkou tvoří nerozpuštěnou suspenzi, sušina nosného média kejdy pro míchání a čerpání nepřesahuje 8 %. Pro
omezení zápachu je jímka zakryta membránou, uloženou na jednoduché ocelové vestavbě. Provedení membrány
umožňuje montáž a demontáž technologického zařízení umístěného v jímce. Vnitřní prostor jímky je nuceně
odvětráván přes biologický filtr. Pro dopravu surové kejdy do reaktoru je použita výtlačná potrubní trasa.
Anaerobní reaktor je v želbet. provedení, s potrubními prostupy, zajišťujícími přívod a odběr anaerobně
stabilizované kejdy, přívod a odvod topných médií pro ohřev obsahu reaktoru na procesní teplotu 38÷42°C.
Vlastní ohřev reaktoru je řešen pomocí nerezové topné spirály, umístěné uvnitř reaktoru a současně pomocí
šroubovicového výměníku voda - kal. Promíchávání obsahu reaktoru zajišťují tři ponorná míchadla. Celková
sušina směsi kejdy a moučky v reaktoru po zahřátí a rozkladu, při zdržení po výpočtovou dobu, je kolem 6 %
VL. Výškové uspořádání umožňuje gravitační odpouštění anaerobně stabilizovaného kalu do skladovacích
nádrží, s možností případného použití kalového čerpadla. Fermentor je ve venkovním provedení, s tepelnou
izolací z minerální vlny, s vnějším oplechováním a je umístěn v blízkosti jímky surové kejdy.
Pro umístění příslušenství reaktoru je využit upravený stávající objekt (původně provozní budova předchozího
systému zpracování kejdy), rozdělený na rozvodnu, strojovnu kogeneračních jednotek, strojovnu reaktoru,
strojovnu plynojemu, kotelnu a velín vč. sociálního zázemí pro obsluhu.
Čerpadla okruhu ohřevu reaktoru, odběru kalu z reaktoru, stejně jako vnější výměník, jsou umístěny ve
strojovně reaktoru. Potrubní propojení kejdy a topné vody mezi vlastním reaktorem a strojovnou reaktoru je
uloženo ve spojovacím zemním kanálu.
Pro najetí technologického procesu a případný mimořádný stav (obě kogenerační jednotky mimo provoz) je
instalován náhradní zdroj tepelné energie – kotelna. Její provedení umožňuje provoz na náhradní palivo – propan
a na bioplyn. Horká voda ze spalování propanu umožnila najetí technologického procesu v anaerobním reaktoru.
Po dosažení provozní teploty a po zahájení dostatečného vyvinu bioplynu, bylo spalování propanu nahrazeno
spalováním bioplynu. V případě mimořádného odstavení obou kogeneračních jednotek, umožňuje provedení
kotelny spalovat vyprodukovaný bioplyn a tím zachovat proces - provoz anaerobní stabilizace kejdy. Součástí
kotelny jsou i zásobní nádrže propanu ve venkovním provedení.
- 103 -
Plynové hospodářství tvoří zásobník bioplynu – plynojem, rozvodná potrubí bioplynu, vybavení strojovny
plynojemu, zařízení pro snížení obsahu síry v bioplynu a hořák zbytkového bioplynu.
Vlastní plynojem je z dispozičních důvodů nasazen na stropě anaerobního reaktoru. Jedná se o nízkotlaký
dvoumembránový plynojem, kde potřebný přetlak bioplynu je vytvářen tlakem vzduchu vháněného mezi vnější a
vnitřní membránu. Součástí dodávky plynojemu je jímač bioplynu, kapalinová pojistka, vzduchový ventilátor a
hromosvod. Všechna uvedená zařízení jsou dispozičně umístěna na stropě reaktoru. Veškerá elektrozařízení na
stropě reaktoru musí odpovídat prostředí „ZÓNA 2“.
Rozvodná potrubí bioplynu jsou provedena převážně jako nadzemní trasy, vyspádované k odvodňovacím
místům (jímačům kondenzátu) ve strojovně plynojemu. Součástí rozvodů jsou i příslušné podpěry a kotvení.
Ve strojovně plynojemu jsou instalována normou předepsaná zařízení, jako jsou vodní uzávěry bioplynu,
zásobníky vody, automatické odvodňovače a měření průtoku bioplynu k jednotlivým spotřebičům. Pro zajištění
potřebného minimálního přetlaku bioplynu před spotřebiči na úrovni 2 kPa je instalován zvyšovací ventilátor
tlaku. Součástí strojovny je rovněž detekční čidlo úniku bioplynu a vzduchotechnika , automaticky uváděná do
provozu v případě uniku bioplynu. Veškerá elektrozařízení strojovny plynojemu odpovídají prostředí „ZÓNA
2“.
Pro dodržení přípustné koncentrace H2S v bioplynu na vstupu do kogeneračních jednotek (0,1 % objemově) je
realizováno odsiřovací zařízení, pracující na principu oxidace H2S sirnými bakteriemi ve vodním prostředí na
elementární síru. Sestává ze zdroje vzduchu, dávkovacího zařízení a elektrorozvaděče. Dispozičně je zařízení
umístěno ve strojovně reaktoru.
Pro likvidaci mimořádných přebytků bioplynu je instalován hořák zbytkového bioplynu (fléra) s příslušenstvím.
Je umístěn ve venkovním prostředí, s předepsaným ochranným pásmem.
Vyprodukovaný bioplyn je přednostně spalován v kogenerační jednotce. Ze 100 % přivedené energie v bioplynu
se v kogeneraci vyrábí cca 36 % elektrické energie a 49 % tepelné energie. Vyrobenou el. energii provozovatel
zčásti spotřebovává ve Farmě, zbytek prodává za smluvní cenu jinému zájemci. Za výrobu elektrické energie
z OZE získává provozovatel zelený bonus. Vyrobená tepelná energie je využita pro ohřev surové kejdy a
reaktoru, vytápění a přípravu TUV. Přebytečné nezpracovatelné teplo je prostřednictvím chladičů odvedeno do
ovzduší.
Pro energetické využití bioplynu jsou použity dvě kogenerační jednotky STRATOS TBG 200 s plynovým
motorem MAN, každá o jmenovitých parametrech:
příkon v palivu
elektrický výkon
tepelný výkon
515 kW, spotřeba bioplynu 81 m3/h
190 kWel
252 kWt
Každá jednotka je schopna samostatného provozu v rozsahu 50÷100 % jmenovitého výkonu. Sestává z vlastního
plynového motoru, synchronního generátoru, zařízení pro výrobu tepla a chlazení směsi, plynové trati,
- 104 -
výfukového systému vč. tlumiče, rozvaděče, systému nouzového chlazení, olejového hospodářství a
protihlukové kapoty.
Při provozu kogenerace je produkována elektrická energie o napětí 400 V, 50 Hz, horká voda o parametrech
90/70°C a spaliny o teplotě cca 520°C v množství 900 kg/h při 100% zatížení. Emisní hodnoty spalin ve
výfukových plynech v hodnotách NOX – 500 mg/m3, CO – 650 mg/m3, NMHC – 150 mg/m3, jsou pod limitem
nař. vlády č.352/2002 Sb. resp. TA Luft 86.
Obě kogenerační jednotky jsou umístěny v prostoru strojovny. Spaliny od každé jednotky jsou samostatně
vedeny potrubím s chladičem mimo prostor strojovny. Pro možnost provozu jednotky bez externího odběru
tepelné energie je součástí dodávky každého stroje systém nouzového chlazení, umístěný ve venkovním
prostředí mimo strojovnu. Součástí strojovny je i příslušná vzduchotechnika. Prostor strojovny kogenerace
umožňuje i výhledovou instalaci třetí jednotky a její napojení na navržený systém.
Vyprodukovaná horká voda je vedena do centrálního rozdělovače horké vody, odkud je pomocí oběhových
čerpadel vedena k jednotlivým spotřebičům. Součástí systému jsou i hydraulická spojka, sběrač, vratné větve
ochlazené vody, systém pro bezexpanzní doplňování vody, provoz tlak. topné soustavy pmax 0,4 MPa, s
dávkovacím čerpadlem chemikálií, změkčovacím zařízením, doplňovacím čerpadlem, zásobní nádrží a ostatním
nezbytným příslušenstvím.
Měřící technika je instalována ve všech důležitých technologických uzlech tak, aby byla zajištěna základní
automatizace provozu, možnost sledování průběhu procesů a nastavení podstatných parametrů provozu . Veškerá
data jsou numericky archivována s možností grafického zobrazení měřených fyzikálních veličin a provedení
komplexní statistiky získaných dat. Pro obsluhu BPS je v 1. patře provozního objektu zřízen velín a kde je
umístěn osobní počítač s vizualizací a archivací procesů.
Řídicí systém je řešen jako decentralizovaný, na bázi programovatelných automatů. Ty zajišťují komplexní
řízení technologie. Styk obsluhy s technologickým procesem je zajištěn jednak technologickým panelem
na dveřích rozvaděče, dále pak monitorem osobního počítače, klávesnicí a myší ve velínu. Systém monitoruje
chod - provozní režimy zařízení, zaznamenává poruchy zařízení, které dále signalizuje na velín obsluze. U všech
monitorovaných pohonů rovněž sleduje stavy naběhlých provozních časů - tzv. motohodin.
Zkušenosti z projektování
Přesto, že k vypracování projektové dokumentace bylo relativně málo času, podařilo se vytvořit technicky i
právně propracovaný produkt. Dokumentace poskytla dodavatelům dostatek informací k následným realizacím
bez improvizací a rovněž i průběh jejího úředního schvalování nebyl problematický.
Obrovským přínosem byla příprava, cílevědomost a znalosti investora v dané problematice. Příznivě se projevily
informace získané z absolvovaných exkurzí, z vypracovaných studií a konzultací s provozovateli, projektanty i
příslušnými úřady a institucemi. Investor měl připravený podnikatelský plán, který obsahoval jak část
technickou (zejména zdroje vstupních surovin - substrátů, systém nakládání s výstupními produkty, umístění situování bioplynové stanice i zajišťování jejího provozu), tak i část finanční.
Dalším pozitivním bodem byla těsná spolupráce investora, projektanta a dodavatele. Do projektových prací byly
vloženy a následně společně využívány informace, znalosti a představy všech zúčastněných subjektů.
Při sestavování procesní koncepce a při technologických výpočtech se vycházelo z předchozích laboratorních technologických testů anaerobní rozložitelnosti předpokládaných vstupních surovin - substrátů (v daném případě
prasečí kejdy a masokostní moučky) - zajišťované prostřednictvím Ústavu technologie vody a prostředí FTOP
VŠCHT Praha. Tento způsob se velmi osvědčil a zrychlil a zpřesnil projektové práce.
Velice důležitým momentem, který významně přispěl k úrovni projektu, bylo včasné navázání kontaktů s úřady,
jejichž stanoviska a rozhodování mohou významně ovlivnit koncepční řešení a to jak technicky, tak následně i
finančně. V daném případě byly v úvodu projektových prací zahájeny konzultace s Odborem životního prostředí
krajského úřadu (vazba na IPPC - resp. zákon o integrované prevenci a omezování znečištění) a s Krajskou
veterinární správou (vazba na veterinární zákon s následnými vazbami na zákon o hnojivech a evropské nařízení
- 105 -
o nakládání s vedlejšími živočišnými produkty). Následně pak byly navázány kontakty s odborníky na
posuzování vlivů na životní prostředí (vazba na EIA, hluková a pachová studie).
Zkušenosti z realizace
I v této etapě se velmi osvědčila ji dříve zmíněná úzká spolupráce investora, projektanta a dodavatele. Pravidelné
výrobní výbory konané na stavbě, stálé personální obsazení řídících i prováděcích skupin a důsledně prováděný
autorský dozor přispěly k rychlé a zdárné realizaci.
Značný vliv však mělo podrobné vypracování a důsledné naplňování plánu organizace výstavby. Tento plán byl
v průběhu stavby operativně doplňován a upravován podle reálně provedených prací a rovněž i v závislosti na
klimatických podmínkách. Jako významná se ukázala vzájemná koordinace stavebních a montážních prací a
dodávek - tj. fyzického doručení strojů a zařízení na stavbu. Vzhledem k tomu, že na stavbě probíhaly poměrně
rozsáhlé bourací práce a stavební úpravy a že dodávané stroje a zařízení jsou vesměs velice citlivá na pracovní
prostředí, byla vyvinuto maximální úsilí ochránit technologické dodávky před prachem, rozpouštědly, vlhkostí,
teplotními extrémy, otřesy apod.
Zkušenosti z provozu
Při vlastním provozování bioplynové stanice se potvrdilo, že jedním z významných provozních dějů je režim
plnění reaktoru vstupními surovinami - substrátem. V ustáleném zapracovaném provozu se s ohledem na vývin
bioplynu a účinnost snížení organické sušiny nejlépe osvědčil systém plnění reaktoru v 6 pravidelných denních
cyklech (tj. po 4 hodinách). Přitom odpouštění digestátu z reaktoru se provádí 2 x denně - po 12 hodinách.
Neméně důležitý je režim míchání - jak akumulační a homogenizační jímky, tak i reaktoru a to zejména
v závislosti na jeho plnění a vyprazdňování. Před zahájením dávkování masokostní moučky (ze zásobního sila
do homogenizační jímky) jsou v dostatečném předstihu spuštěna obě míchadla v jímce (maximální míchací
výkon) a do turbulentního prostředí je pak vpravována moučka. Do reaktoru je pak přiváděna (čerpána) až
dokonale homogenní směs. 3 mechanická míchadla v reaktoru jsou automaticky spouštěna podle nastaveného
programu - v přerušovaném provozu jsou vždy paralelně 2 míchadla (v sudých hodinách) a následně pak 1
míchadlo (v lichých hodinách). Při míchání jsou dodržovány klidové pauzy v délce několika desítek minut.
Při provozu se nejlépe osvědčil teplotní režim obsahu reaktoru v rozmezí 39 ± 2 °C. Objemové zatížení reaktoru
organickými látkami v sušině substrátu je v průměru 1,8 kg/(m3.d), při maximu 3,1 kg/(m3.d). Střední doba
zdržení dosahuje v průměru 25 dnů. Průměrná účinnost odstranění organických látek je 53 %. Chemickou
kontrolou provozu je pravidelně sledováno základní složení (jakost) vstupního substrátu, digestátu i bioplynu odběr vzorků je prováděn v intervalech 14 dnů. Výsledky chemického sledování slouží k průběžnému
technologickému vyhodnocování provozu, na jehož základě jsou pak prováděna příslušná provozní opatření.
Dávkování masokostní moučky do procesu je operativní - podle momentálního přísunu kejdy a jejího složení a
vývinu bioplynu. K zajištění dostatečného vývinu bioplynu pro plný, trvalý provoz bioplynových motorů (cca
4 000 m3/d) jsou při průměrném množství kejdy ~ 138 m3/d třeba dávky masokostní moučky zpravidla
v množství cca od 1,2 t/d do 1,5 t/d. Přitom však v provozu nastávají stavy, kdy se masokostní moučka nemusí
dávkovat vůbec. Vliv masokostní moučky na objemový vývin bioplynu je cca od 20% do 50%.
V současné době je v bioplynové stanici úspěšně zkoušena dotace vstupního substrátu hmotami na bázi
zbytkových rostlinných olejů z potravinářské výroby. Cílem je do značné míry nahradit masokostní moučku,
kterou provozovatel musí nakupovat.
Závěr
Bioplynová stanice Vysoká je úspěšně realizovanou a fungující ekologickou stavbou, která výrazně přispěla ke
snížení zátěže životního prostředí vlivem koncentrovaného chovu prasat a zároveň rozšířila i obnovitelné zdroje
energie.
- 106 -
BENCHMARKING KALOVÉHO HOSPODÁŘSTVÍ VELKÝCH ČOV V ČR
Pavel Chudoba
Veolia Voda ČR, Pařížská 11, 110 00 Praha 1, ČR
Abstrakt
Většina středně velkých a velkých ČOV v České republice využívá při zpracování přebytečného kalu
technologie anaerobního vyhnívání, při kterém je část organických látek z kalu převedena do bioplynu, který je
dále využit k výrobě tepelné a elektrické energie. Podmínky provozu anaerobního vyhnívání se ale
v jednotlivých případech liší, některé ČOV jsou vybaveny předúpravou kalu (tepelnou nebo mechanickou), u
jiných probíhá anaerobní stabilizace za termofilní teploty (55°C), v dalších případech se liší složení odpadní
vody (podíl průmyslových OV), což následně ovlivňuje složení přebytečného kalu. Všechny výše uvedené i další
faktory ovlivňují proces stabilizace kalu a účinnost transformace organického podílu na bioplyn. Cílem tohoto
příspěvku je porovnání vybraných velkých ČOV v ČR, a s tím spojené vyhodnocení účinnosti procesu
v závislosti na provozních podmínkách, vstupních parametrech a dalších faktorech ovlivňujících proces
anaerobní stabilizace. Z výsledků benchmarkingu vyplývá mimo jiné zajímavé skutečnosti i to, že ne ve všech
případech lze anaerobní stabilizací při termofilních podmínkách dosáhnout lepších výsledků, než s vhodně
provozovanou mezofilní anaerobní stabilizací.
METODIKA
Skupina Veolia Voda provozuje v ČR kolem 450 ČOV, z nichž je 12 vybaveno kalovým hospodářstvím
s anaerobní stabilizací kalu a následnou energetickou valorizací bioplynu na kogeneračních jednotkách. 8 ČOV,
jejichž kapacita je vyšší než 100 000 EO, bylo podrobeno benchmarkingové studii, některé z výsledků jsou
prezentovány v tomto příspěvku. Provozní data na vstupu a výstupu ze stupně anaerobního vyhnívání zahrnují
údaje o množství a složení SSK a vyhnilého kalu, % OL, % sušiny, produkci bioplynu (m3/d) a specifické
produkci bioplynu (m3/kg OL), produkci elektrické energie (kWh/m3 bioplynu), provozních podmínkách
anaerobní stabilizace (doba zdržení, objem VN, teplota, způsob míchání, atd.), spotřebě flokulantu na odvodnění
kalu, výstupní sušině kalu a další (viz. tab. č. 1).
KALOVÉ HOSPODÁŘSTVÍ A HLAVNÍ PROVOZNÍ DATA SLEDOVANÝCH ČOV
Praha
ÚČOV Praha je mechanicko-biologická ČOV se střednězatěžovaným aktivačním procesem v konfiguraci R-N,
koncipovaná v 60. letech 20. století k odstraňování organického znečištění a částečné nitrifikaci. Po mnohých
postupných rekonstrukcích dnes odstraňuje částečně i Ncelk a Pcelk (Novák a Havrlíková, 2003). Primární kal je
zahuštěn gravitačně v usazovacích nádržích (cca 6%) a přebytečný aktivovaný kal (360 m3/d) je strojně zahuštěn
na 5 zahušťovacích odstředivkách KHD Humboldt, vybavených lyzátovacím zařízením firmy Lysatec (Kutil
et.al., 2004). Po zahuštění je směsný surový kal čerpán do vyhnívacích nádrží (6 dvojic, dvoustupňově
provozovaných). Celkový provozní objem VN je 53400 m3. Reálná doba zdržení je 28 dní. První stupeň VN je
vyhřívaný (56 °C) a míchaný mechanickými míchadly SCABA, alternativně je možno použít míchání bioplynem
nebo původní hydraulické míchání čerpadlem. Druhý stupeň není ani vyhřívaný, ani míchaný (52 °C). Z VN se
kal vypouští do 3 manipulačních nádrží. Kal je z nich čerpán na odvodňovací odtředivky, 2x 60 m3/h KHD
HUMBOLDT WEDAG CENTIPRESS CP 3094 a 2x 38 m3/h KHD HUMBOLDT WEDAG CENTIPRESS CP
4.1.1. Kal se zahustí z 35 g/l na cca 32%. Přitom vznikne cca 1700 m3/d fugátu, který se čerpá do regenerační
nádrže (Wanner a Novák, 2007). Odvodněný kal se z odstředivek sype automatickým dopravníkem do
kontejnerů nebo do zásobního sila. Průměrně se vyvine 49 000 Nm3/d bioplynu. Bioplyn je spalován na 5-ti
kogeneračních jednotkách, 3x typu Deutz TBG 620 V16 o tepelném výkonu 3x 1,474 MW a 2x typu Deutz TBG
620 V16K o tepelném výkonu 2 x 1,672 MW. Přebytečný bioplyn je dále spalován v kotelně, kde jsou
instalovány 4 kotle BUDERUS Pohano S 815 typ 3700 o výkonu 4x 3 MW. Rekonstruovaná sušárna BP kromě
- 108 -
důkladného vysušení BP absorbuje i organické křemíkaté látky. Ročně se vyrobí 25 000 - 30 000 MWh el.
energie a cca 175 000 GJ tepla.
Plzeň
ČOV Plzeň je moderní mechanicko-biologická ČOV, postavená v 90. letech 20. století, zpracovávající odpadní
vody z města Plzeň a z pivovaru Pilsner-Urquell. Konfigurace čistícího procesu je R-An-D-N (Bejvl et al.,
2003). Kalové hospodářství zahrnuje linku zahuštění primárního kalu (gravitačně v průtočné zahušťovací nádrži
o objemu 600 m3) a zahuštění přebytečného kalu (strojně na třech odstředivkách ALFA-LAVAL 3x 80 m3/hod).
Vyhnívací nádrže jsou dvoustupňové (56°C), míchané bioplynem nebo pomocí cirkulačních čerpadel, ohřev kalu
se provádí pouze u 1. stupně. Bioplyn je jímán do 2 plynojemů (1x suchý o objemu 2000 m3, 1x membránový o
objemu 2 600m3). Průměrná denní produkce bioplynu je 10300 m3/den. Bioplyn je spalován ve 3 kogeneračních
jednotkách MOTORGAS/WAUKESHA. Průměrná denní výroba el. energie je 18,4 MWh/den. Vyhnilý kal se z
VN přepouští do uskladňovací nádrže o objemu 5000 m3, dále do homogenizační nádrže (400 m3) a poté na
strojní odvodnění kalu, které probíhá za přídavku polymerního flokulantu na membránových lisech o výkonu 2x
12,5 m3/hod. Odvodněný kal je skladován v silu a jeho produkce je cca 2000 t za měsíc. Vyrobená elektrická
energie stačí na pokrytí až 75% vlastní potřeby ČOV (Chudoba a Nesnídal, 2005).
Olomouc
ČOV Olomouc je mechanicko-biologická ČOV, zrekonstruovaná v roce 2006 (Schinneck et al., 2006),
s předřazenou denitrifikací a post-denitrifikací (methanol). Kalové hospodářství tvoří 2x zahušťovací nádrže
surového kalu objem 2x 900 m3, dále 3 ks VN o objemu 3x 3200 m3, 2x zahušťovací nádrže vyhnilého kalu 2x
900 m3, 2x uskladňovací nádrže 5100 m3 a 4700 m3 a 2x plynojem 2x 1500 m3. Přebytečný kal je strojně
zahušťován na 2 odstředivkách typu ALFA-LAVAL a čerpán do VN. Doba zdržení ve VN je 28 dní, průměrná
dávka směsného kalu (primární a sekundární) je 337 m3/den o sušině 3,3%. Roční produkce BP je cca. 1 609 814
m3/rok. Odvodnění vyhnilého kalu je realizováno 1 odstředivkou ALFA LAVAL, vstupní sušina průměrně 4,8%,
výstupní sušina průměrně 31,8%. Produkce kalu je 2994 tun sušiny. Bioplyn je spálen na 2 kogeneračních
jednotkách JENBACHER JMS 312 GS-B.L 900kW. Ročně se vyrobí cca. 1 896 MWh el. energie.
České Budějovice
ČOV České Budějovice byla rekonstruována krátce po povodních v roce 2003. Jedná se o mechanickobiologickou ČOV s konfigurací R-D-N (Bejvl et al., 2003). Kalové hospodářství sestává z vyhnívacích nádrží I.
stupně (2x 2560 m3), vyhnívací nádrže II. st. (1x 3880 m3) a uskladňovací nádrže (1x 3880 m3, 2x 1000 m3).
Průměrné množství primárního kalu je 176 m3/d, průměrné množství přebytečného biologického kalu po
zahuštění je 177 m3/d. Látkové zatížení I. stupně VN je průměrně 3,9 kg suš./m3 d. Průměrná doba zdržení
směsného kalu ve VN dosahuje celkem 25,5 d. Primární kal je odtahován bez zahuštění (gravitační zahuštění
v usazovacích nádržích), přebytečný biologický kal je gravitačně předzahušťován a dále strojně zahušťován na
rotačních sítech (1x HUBER, 1x ROZA-Trige) a/nebo 2 odstředivkách GUINARD. Odvodnění vyhnilého kalu
se realizuje 1 odstředivkou GUINARD a/nebo 2 sítopásovými lisy (CENED a TRIGE). Plynové hospodářství
sestává ze suchého plynojemu typu Heilbronn s plovoucím stropem a betonovou zátěží o objemu 1500 m3, s
provozním tlakem 2,7 kPa. Vyprodukovaný bioplyn je dále zpracován na dvou kogeneračních jednotkách
MOTORGAS typu TBG 235.
Hradec Králové
ČOV Hradec Králové je mechanicko-biologická ČOV s nitrifikací-denitrifikací (methanol), která je před
rekonstrukcí. Kalové hospodářství sestává ze zahušťovací nádrže na primární kal + zahušťovací nádrže na
přebytečný kal 2x 1 335 m3, dále 2 vyhnívacích nádrží 2x 4110 m3, uskladňovací nádrže 1x 4 000 m3, a
homogenizačních nádrží 2x 32 m3. Vyhnilý kal je odvodněn na odstředivce KHD Humboldt Wedag - Centripres.
Spotřeba flokulantu na odvodnění se pohybuje kolem 10 t/rok. Doba zdržení v každé VN je 18 dní, látkové
zatížení ve VN je 2,8 kg/m3 d, množství primárního kalu dosahuje 350 m3/d a množství přebytečného kalu 940
m3/d. Množství vyhnilého kalu je 230 m3/d, množství kalové vody 200 m3/d. Vyvinutý bioplyn je uskladněn v
plynojemu 1x 1 500 m3 a dále zpracován na 2 kogeneračních jednotkách DEUTZ typ TBG 234. Vyrobená el.
energie se pohybuje kolem 1 765 MWh/rok.
Teplice
ČOV Teplice je mechanicko-biologická ČOV, která byla zrekonstruována v roce 2003 (Svobodová et al., 2005).
Jedná se o konfiguraci R-D-N s in-situ bioaugmentací (Wanner a Novák, 2007). Kalové hospodářství se skládá z
jímek surového kalu, dvoustupňových VN, homogenizační nádrže, odvodňovací odstředivky a jímky kalové
- 109 -
vody. Odvodněný kal je deponován na ploše, kalová voda z odvodnění řízeně čerpána do regenerační nádrže
vratného kalu. Přebytečný biologický kal je bez přídavku polymerního flokulantu zahušťován na odstředivce a
čerpán do vyhnívací nádrže.
Ústí nad Labem
ČOV Ústí nad Labem je klasická mechanicko-biologická ČOV s konfigurací aktivačního procesu R-An-D-N
(Bejvl et al., 2003). Kromě komunálních OV čistí také větší množství průmyslových OV, zejména ze
Spolchemie. Přítomnost těžko rozložitelných a problematických organických sloučenin vedla ke specifickým
provozním podmínkám (stáří kalu až 180 d). Primární kal z usazovacích nádrží je čerpán do jímky směsného
kalu, přebytečný aktivovaný kal (již sám o sobě dostatečně mineralizovaný) je zahuštěn na zahušťovací
odstředivce KHD Humbold BSC 3054 nebo může být variantně čerpán přes usazovací nádrž a zahušťován
společně s primárním kalem (směsný kal cca 5% suš.) Z jímky je zahuštěný kal čerpán do dvojice VN (max.
objem 2x 2772 m3), které jsou opět provozovány seriově. Vyhnilý kal je uskladněn v homogenizační nádrži (370
m3), a dále odvodněn na odvodňovací odstředivce KHD Humbold CP 3044. Vyvinutý bioplyn je uskladněn
v membránovém plynojemu o objemu 1350 m3, a poté zpracován na 2 kogeneračních jednotkách
MOTORGAS/WAUKESHA TBG 235.
Tabulka 1. Hlavní provozní parametry kalového hospodářství vybraných velkých ČOV.
Parametr
Návrhová kapacita
Jednotka
EO
Praha
1641600
Plzeň Olomouc Č.Budějovice Hr.Králové Teplice Ústí n. L. Liberec
375000
259500
375000
141000
130000 181442
190333
Skutečné aktuální zatížení
Využitá kapacita
Podíl průmyslu (zatížení)
Stáří aktivovaného kalu
Počet VN
Jedno nebo dvoustupňové VN
EO
%
%
dny
1292211
79
< 10
10
12
2
415180
111
36
14
2
2
132385
51
53400
33
12800
34
m3
Celkový objem VN
Objemová kapacita VN
Teplotní režim provozu VN
Způsob míchání VN2
Doba zdržení
l/EO
1)
)
T, M
M, B, R
dny
Dávkování externích OV do VN
135000
96
20
23
2
2
90000
69
15
17
2
2
88000
49
43
180
2
2
90000
47
32
3
1
173527
46
65
15
3
2
9600
37
9000
24
8220
58
6000
46
5544
31
10400
55
13
2
2
T
T
M
M
M
M
M
M
M,B,R
28
B,R
33
B,R
28
B
24
B,R
36
B,R
30
B,R
45
B,R
43
ne
ne
ano
ano
ano
ne
ne
ano
Látkové zatížení VN
kgsuš/m3.d
1,96
2,1
1,2
4
2,8
1
1,3
1
Látkové zatížení VN
kgorg.suš /m3.d
1,35
1,35
0,7
2,7
0,6
0,6
0,7
0,7
Množství OL vstup VN
Množství OL výstup VN
t/d
t/d
72,199
34,165
17,337
8,094
7,062
3,647
13,92
5,772
4,091
3,129
6,145
2,419
2,957
1,999
7,245
2,989
Účinnost odstranění OL
Hm. podíl OL ve vyhnilém kalu
%
%
52,7
51,8
53,3
47,3
48,4
48,1
58,5
46,4
23,5
56
60,6
51,5
32,4
43
58,7
49,6
Produkce kalu
t/r
68969
24866
9042
15174
8165
4412
5305
6568
Produkce kalu
t suš. /rok
21932
5943
2994
4019
2425
1306
1692
2167
Sušina odvodněného kalu
Spotřeba flokulantu
%
kg/tsuš.kalu
31,8
11,8
23,9
4,9
31,8
4
26,5
10,3
29,7
4,1
29,6
5,5
31,7
6
33
6,7
Specifická produkce kalu
t suš/EO.rok
0,017
0,014
0,023
0,023
0,018
0,015
0,019
0,024
Specifická produkce kalu
kg NL/kg BSK5
0,770
0,654
0,992
1,054
0,507
0,926
0,992
1,275
Produkce bioplynu
m /d
45370
10483
3692
4986
3443
1265
1366
3871
Produkce bioplynu
Spec. produkce bioplynu
Nm /d
l/EO.d
32568
25,2
7525
18,1
3090
23,3
4174
24,1
2882
21,3
1059
11,8
1143
13,0
3241
36,0
3
3
Nm3/t
vlož.OL
451
434
438
300
704
172
387
447
Nm3/t odstr. OL
856
814
905
512
2996
284
1193
762
Množství BP využitého v KGJ
%
90
100
100
75
100
93
94
80
Celková energetická potřeba ČOV
Spec. spotřeba el. energie
MWh/r
kWh/kg BSK 5
44952
1,578
8902
0,98
5640
1,945
4146
1,088
4058
0,848
2378
1,687
3229
1,904
4268
2,51
Spec. spotřeba el. energie
Množství vyrobené el. enegie z BP
kWh/EO.r
MWh/r
35
31361
21
6719
43
1915
24
2397
30
1765
26
826
37
949
47
1786
24,3
70
16,2
75
14,5
34
13,8
58
13,1
43
9,2
35
10,8
29
19,8
42
Množstí vyrobené el. energie
kWh/EO.rok
Energetická soběstačnost ČOV
% el. energie
1)
M-mezofilní, T-termofilní
2)
M-mechanicky, B-bioplyn, R-recirkulace
- 110 -
Liberec
ČOV Liberec byla zrekonsturována v letech 2006-2007 (Žabková a Hrůša, 2007). Jedná se o mechanickobiologickou ČOV s konfigurací R-D-N. Primární kal z usazovacích nádrží se čerpá do jímky směsného kalu,
přebytečný biologický kal je zahuštěn na odstředivce BSC 3054 o kapacitě 35 m3/h. Odstředivka je vybavena
lyzátovacím zařízením firmy Lysatec (Kutil et al., 2004). Směsný surový kal je po zahuštění čerpán do dvojice
VN (max. objem 2x 5200 m3), které jsou provozovány v sérii. Zatím jsou provozovány v mezofilním režimu, ale
v budoucnu se předpokládá přechod na termofilní provoz. Vyhnilý kal je dále čerpán do uskladňovací nádrže o
objemu 5100 m3, a odvodněn na odvodňovací odstředivce KHD Humbold CP 3044, která je ještě doplněná o
druhou odstředivku (od roku 2007). Na ČOV jsou 2 plynojemy o objemu 1500 m3. Vyvinutý bioplyn je
zpracován na 2 kogeneračních jednotkách MOTORGAS/WAUKESHA TBG235 (před rekonstrukcí v r.2006
byly v provozu 1x Caterpillar + 1x Waukesha).
DISKUSE VÝSLEDKŮ
200
50
180
45
40
35
100
80
60
40
20
15
10
5
0
Pr
ah
a
Č
Pl
ze
ň
O
lo
m
ou
Č
.B
c
ud
ěj
ov
ice
H
r.K
rá
lo
vé
Te
pl
ic
e
Ú
stí
n.
L.
Li
be
re
c
Pr
ah
a
0
30
25
20
O
lo
m
ou
c
.B
ud
ěj
ov
ic
e
H
r.K
rá
lo
vé
Te
pl
ice
Ús
tí
n.
L.
Li
be
re
c
140
120
Pl
ze
ň
Doba zdržení (d)
Stáří kalu (d)
160
Obrázek 1. Stáří kalu.
Obrázek 2. Doba zdržení ve VN.
Účinnost anaerobního vyhnívání je závislá na vstupních podmínkách, a to zejména na stáří kalu, době zdržení ve
VN, provozní teplotě, způsobu míchání, předúpravě kalu atd. Z obr. č. 1 vyplývá, že až na ČOV Ústí nad Labem
se stáří kalu pohybovalo v rozmezí 15-30 d. Doba zdržení ve VN se pohybovala v rozmezí 24-45 d, což je i pro
mezofilní režim zdánlivě dostačující (obr. č. 2). Pouze dvě ČOV (Praha a Plzeň) provozují VN v termofilním
režimu, stejně tak pouze dvě ČOV (Praha a Liberec) jsou vybaveny předúpravou kalu před etapou vyhnívání
(mechanická dezintegrace Lysatec, osazená přímo na zahušťovací odstředivky).
Z obr. č. 3 vyplývá, že objemová kapacita VN přepočtená na jednoho EO se pohybuje od 25 do 60 l/EO, nejnižší
kapacitu má ČOV Č. Budějovice a nejvyšší ČOV Hradec Králové. U ČOV Praha a Plzeň je nižší objemová
kapacita kompenzovaná mechanickou dezintegrací (Praha) a termofilním režimem vyhnívání, u ostatních ČOV
tyto kompenzace nejsou. Mechanická dezintegrace se zdá být zbytečná u ČOV Liberec, která má dostatečnou
kapacitu, a naopak by mohla být užitečná na ČOV Č. Budějovice, kde jsou VN zjevně přetížené. Na obr. č.4 je
vidět přehled látkového zatížení, které je nejvyšší v případě ČOV Č. Budějovice a ČOV Hradec Králové. Opět
z toho vyplývá možnost instalace mechanické dezintegrace na ČOV Č. Budějovice. Zatížení na obou
„termofilních“ ČOV Praha a Plzeň je dvojnásobné, oproti ostatním „mezofilním“ ČOV, s výjímkou Č.
Budějovic a Hr. Králové.
Na obr. č. 5 je vidět spotřeba flokulantu na odvodnění vyhnilého kalu. Všeobecně se předpokládá, že termofilně
vyhnilý kal má jinou strukturu vloček, než mezofilní kal, je více dispergovaný a má tudíž horší odvodňovací
schopnosti. To se projevilo zejména v případě ČOV Praha. Dalším faktorem, který ovlivňuje spotřebu flokulantu
je ale způsob mechanického odvodnění, v případě ČOV Plzeň je odvodňován termofilně vyhnívaný kal na
membránových kalolisech. Díky tomu je dosažena velmi nízká dávka flokulantu. Na druhou stranu i mezofilně
vyhnívaný kal je někdy obtížně odvodnitelný (viz. ČOV Č. Budějovice).
- 111 -
Z obr. č. 6 vyplývá, že s výjímkou ČOV Hradec Králové a Ústí nad Labem většina ČOV dosahuje účinnosti
odstranění OL ve stupni anaerobního vyhnívání mezi 50 a 60%. Kal z ČOV Ústí nad Labem je vzhledem
k vysokému stáří v aktivaci již aerobně stabilizovaný, proto je procento účinnosti tak nízké. Termofilní
vyhnívání překvapivě dosahuje nižší účinnosti odstranění OL, než některé mezofilně provozované VN, což
odporuje doposud prezentovaným výsledkům (Dohányos et al. 2005).
Všeobecně akceptovaný fakt (Dohányos et al. 2005), že termofilním vyhníváním lze dosánout vyšší účinnosti
odstranění OL se nepotvrdil (viz. obr. č. 6), na druhou stranu ale z obr. č. 7 a 8 vyplývá, že při termofilním
způsobu vyhnívání lze dosáhnout nižší produkce kalu. Vyšší účinnost odstranění OL, termofilní režim vyhnívání
a případná předúprava kalu by se měly projevit ve vyšší produkci bioplynu. Na obr. č. 9 a 10 je vyjádřena
specifická produkce bioplynu v l/EO a v Nm3/t odstr. OL. Ani v jednom případě není zjevná vyšší produkce
bioplynu termofilním způsobem vyhnívání. Vyšší hodnoty ČOV Liberec a Hradec Králové zatím nebyly
vysvětleny, a jsou pravděpodobně dány nepřesným stanovením objemu vyvinutého bioplynu nebo aktuálního
zatížení ČOV (odhad skutečných EO).
4,5
60
Látkové zatížení (kg suš./m3.d)
50
40
30
20
10
2,5
2
1,5
1
0,5
O
lo
m
ou
.B
c
ud
ěj
ov
ic
H
e
r.K
rá
lo
vé
Te
pl
ic
e
Ú
st
ín
.L
.
Li
be
re
c
Č
Pl
ze
ň
Pr
ah
a
O
lo
m
ou
Č
c
.B
ud
ěj
ov
ic
e
H
r.K
rá
lo
vé
Te
pl
ic
e
Ú
st
ín
.L
.
Li
be
re
c
Pl
ze
ň
Pr
ah
a
3
0
0
Obrázek 3. Objemová kapacita VN.
Obrázek 4. Látkové zatížení VN.
14
100,0
Účinnost odstranění OL (%)
12
10
8
6
4
2
90,0
80,0
70,0
60,0
50,0
40,0
30,0
20,0
10,0
0
Pr
ah
a
O
lo
m
ou
c
.B
ud
ěj
ov
ic
e
H
r.K
rá
lo
vé
Te
pl
ic
e
Ú
stí
n.
L.
Li
be
re
c
Č
Obrázek 5. Spotřeba flokulantu na odvodnění kalu.
ň
O
lo
m
ou
Č
.B
c
ud
ěj
ov
ic
H
e
r.K
rá
lo
vé
Te
pl
ice
Ú
st
ín
.L
.
Li
be
re
c
0,0
Pl
ze
ň
Pr
ah
a
Spotřeba flokulantu (kg/t suš.kalu)
4
3,5
Pl
ze
Objemová kapacita (l VN/EO)
70
Obrázek 6. Účinnost odstranění org. látek.
- 112 -
0,600
0,400
0,200
0,000
Obrázek 7. Specifická produkce kalu I.
3500
35,0
30,0
3000
25,0
20,0
15,0
10,0
5,0
0,0
Obrázek 9. Specifická produkce bioplynu I.
25,0
20,0
15,0
10,0
5,0
0,0
Obrázek 11. Produkce el. energie.
- 113 Pl
ze
ň
O
lo
m
Č
ou
.B
c
ud
ěj
ov
ic
H
e
r.K
rá
lo
vé
Te
pl
ic
e
Ús
tí
n.
L.
Li
be
re
c
Pr
ah
a
0,800
Specifická produkce kalu (t suš./EO.r)
1,000
Pl
ze
ň
O
lo
m
Č
ou
.B
c
ud
ěj
ov
ice
H
r.K
rá
lo
vé
Te
pl
ic
e
Ú
stí
n.
L.
Li
be
re
c
Pr
ah
a
40,0
Specifická produkce bioplynu
(Nm3/t odstr. OL)
Pl
ze
ň
O
lo
m
ou
Č
.B
c
ud
ěj
ov
ic
H
e
r.K
rá
lo
vé
Te
pl
ic
e
Ú
stí
n.
L.
Li
be
re
c
Pr
ah
a
Specifická produkce kalu (kg NL/ kg BSK5)
1,200
O
lo
m
ou
Č
.B
c
ud
ěj
ov
ice
H
r.K
rá
lo
vé
Te
pl
ice
Ús
tí
n.
L.
Li
be
re
c
30,0
Podíl energetické soběstačnosti ČOV (%)
Pl
ze
ň
O
lo
m
ou
Č
.B
c
ud
ěj
ov
ice
H
r.K
rá
lo
vé
Te
pl
ic
e
Ús
tí
n.
L.
Li
be
re
c
Pr
ah
a
Specifická produkce bioplynu (l/EO.d)
1,400
Pl
ze
ň
Pr
ah
a
Pl
ze
ň
O
lo
m
ou
Č
.B
c
ud
ěj
ov
ic
H
e
r.K
rá
lo
vé
Te
pl
ice
Ús
tí
n.
L.
Li
be
re
c
Pr
ah
a
Vyrobená el. energie (kWh/EO.rok)
0,030
0,025
0,020
0,015
0,010
0,005
0,000
Obrázek 8. Specifická produkce kalu II.
2500
2000
1500
1000
500
0
Obrázek 10. Specifická produkce bioplynu II.
80
70
60
50
40
30
20
10
0
Obrázek 12. Podíl energetické soběstačnosti.
40
35
30
25
20
15
10
5
Pl
ze
ň
O
lo
m
ou
Č
.B
c
ud
ěj
ov
ic
H
e
r.K
rá
lo
vé
Te
pl
ic
e
Ú
st
ín
.L
.
Li
be
re
c
0
Obrázek 13. Specifická spotřeba el. energie I.
3
2,5
2
1,5
1
0,5
0
Pl
ze
ň
O
lo
m
ou
Č.
c
Bu
dě
jo
vi
ce
H
r.K
rá
lo
vé
Te
pl
ic
e
Ús
tí
n.
L.
Li
be
re
c
45
Pr
ah
a
Specifická spotřeba el. energie (kWh/kg BSK5)
50
Pr
ah
a
Specifická spotřeba el. energie (kWh/EO.r)
Produkce elektrické energie závisí na množství vyvinutého bioplynu a na vybavení ČOV kogeneračními
jednotkami. Z obr. č. 11 a 12 vyplývá, že největší množství el. energie vyrobí
„termofilní“ ČOV Praha a Plzeň, které mají obě % pokrytí spotřeby vlastní výrobou 70-75%. Z obr. č. 13 a 14
dále vyplývá, že nejnižší specifickou spotřebu el. energie dosahují ČOV Plzeň, Č. Budějovice a H. Králové,
nejvyšší energetickou náročnost má ČOV Liberec, která je v rekonstrukci, takže tyto údaje bude zapotřebí
aktualizovat po jejím ukončení.
Obrázek 14. Specifická spotřeba el. energie II.
ZÁVĚR
Z výše uvedených údajů zcela jasně nevyplývají výhody termofilního způsobu anaerobního vyhnívání. Pokud je
vyhnívací nádrž navržena s dostatečnou kapacitou, a další provozní podmínky jsou respektovány, mezofilní
režim je zcela dostačující pro dosažení požadovaných výstupních parametrů a účinnosti. Termofilní režim
provozu může být výhodným řešením přetížených VN nebo tam, kde je vyšší vstupní zatížení zejména
z potravinářského průmyslu. Provozně se jeví jako zajímavé řešení předúprava kalu mechanickou dezintegrací
Lysatec.
REFERENCE
Bejvl Z., Matuska P., Stara J. and Chudoba P. (2003). Performances of three R-An-D-N wastewater treatment
plants in the Czech republic. Proc of 9th IWA Spec. Conf. On Design, Operation and Economics of
large WWTP, 1-4 Sept. 2003, Prague, Czech republic.
Dohanyos M., Zábranská J., Kutil J. (2005) Perspektivní metody nakládání s kaly. 6. Mezinárodní konference
AČE – Odpadní vody 2005, 10-12.5.2005, Teplice, 183-190.
Chudoba P., Nesnídal L. (2005) Praktické dopady přechodu na termofilní vyhnívání na provoz ČOV Plzeň.
Konference Anaerobie 2005, 29-30.9.2005, Klatovy.
Kutil J., Dohanyos M., Zábranská J. (2004) Přínos zavedení lyzátovací zahušťovací centrifugy pro minimalizaci
kalu–provozní ověření. Seminář Minimalizace produkce čistírenských kalů, 18.11.2005, Klatovy, 37-47.
Novák L., Havrlíková D. (2003). Performance intensification of Prague wastewater treatment plant. Proc of 9th
IWA Spec. Conf. On Design, Operation and Economics of large WWTP, 1-4 Sept. 2003, Prague, CR.
Schinneck P., Abrahámek J., Urbánková M., Novák L., Šorm R. (2006) Intenzifikace ČOV Olomouc II. Seminář
Nové metody a postupy při provozování ČOV XI. 4.-5.4.2006, Moravská Třebová, 109-122.
Svobodová S., Novák L., Krhůtková O., Pachmanová L. (2005) Zhodnocení zkušebního provozu ČOV Bystřany
po rekonstrukci. 6. Mezinárodní konference AČE Odpadní Vody, 10 – 12.5.2005, Teplice, 233–240.
Wanner J., Novák L. (2007) Metody bioaugmentace nitrifikace na aktivačních ČOV – porovnání české metody
bioaugmentace in-situ se zahraničními technologiemi. Seminář Nové metody a postupy při provozování
ČOV XII. 3.-4.4.2007, Moravská Třebová, 61-72.
Žabková I., Hruša M. (2007) Zkušenosti z probíhající rekonstrukce ČOV Liberec. Seminář Nové metody a
postupy při provozování ČOV XII. 3.-4.4.2007, Moravská Třebová, 118-128.
- 114 -
LOW TEMPERATURE SLUDGE DRYING SYSTEMS AND RENEWABLE
SOURCES OF ENERGY
Ivan Arauzo1, Wojciech Pietraszek2
1
STC Sistemas de Transferencia de Calor, S.A. Avda. Hnos Bou s/n – Apdo. 1157 – E-12080 CASTELLONSpain E-MAIL: [email protected]
2
PP-EKO Sp. z o.o. (s.r.o.) ul. Agatowa 12, 03-680 Warszawa – Poland E-MAIL: [email protected]
ABSTRACT The main purpose of the thermal sludge drying process is to reduce the water content in municipal or industrial
biological sludge. The aim is to considerably reduce final production of sludge created in wastewater treatment
plants. In spite, reduction of final volume is not main, but has to be considered as an additional stage that
improves the possibilities of sludge reuse.
Low temperature drying techniques use air heated to 65-70oC to evaporate water from sludge to achieve high
final dryness. Costs of used energy are significant value, usually over 50%, in overall costs of investment and
maintenance of drying system. This means that there is a need of introducing energy-efficient processes which
executes in optimization of total treatment costs.
Energy from fossil fuels (natural gas, crude oil, coal) is the energy usually used to produce heat in different
thermal drying processes - high and a low temperature. Due to increase of their price, with future price
predictably soaring, fossil fuels shall not be treated as the main energy source. For instance: the increase in the
price of electrical energy is growing significantly more gradual and constant. This, combined with alternative
costs for environment of fossil-fuels usage and advantages of restorable sources, leads to the search for solutions
that involve renewable energy in thermal sludge drying processes.
Renewable energy production systems, such as wind-driven generators, solar panels, biomass re-use, are
problematic due mainly because they depend on independent environmental conditions (wind, solar radiation,
biogas, etc); And the availability of these resources is not usually so constant to cover 100% of demand. Thus
flexible and integrated technology for thermal drying is needed, that allow to maximal use part of energy
available from renewable resources. Example of such approach is using them together them with heat pump
technology.
In heat pump technology, the energy needed to heat up the product and evaporate the water in the equipment is
recovered from the saturated, hot air in the chambers themselves, at the same time as condensation takes place
due to the water removed, working as an energy restorer to the process. The Heat Pump technology can be found
in the White Book of Renewable Energy of the European Union, and it is considered in European policy as a
good and feasible alternative for renewable energy sources.
This article will include a technical-economic analysis of various combinations for the use of heat pumps offset
by renewable energy for thermal sludge drying, with a presentation of the operating and investment costs for this
type of system.
INTRODUCTION
Utilisation of sludge drying is necessary to meet national requirements in many European countries. In middle
and large sized wastewater treatment plants sludge drying systems are becoming required system used for sludge
quantity reduction. Thus final product – dried biosolids – can be used for agricultural purposes, further energy
recovery or even in case of landfilling due to strict waste disposal legal acts (requirements).
Main issue arising in connection to drying processes is the high total operating cost due to costs of energy and
maintenance. Significant rise of price of the fossil fuels in last few years have even underlined the problem. Even
if some governments are subsiding solutions such as co-generation plants (CHP engines), in total ownership
period they have low profitability.
- 115 -
We can expect that thermal drying needs will be arising do to increasing legislative demands according to sludge
requirements – high pathogen removal in case they are used for agricultural production. Further waste
management costs like arising of disposal costs are also expected (in Poland costs of disposal of sludge risen
about 300% in 2008 comparing to 2007).
Above problems together with estimated CO2 emissions quotas for various of parts of market, force to look for
usage of technologies reducing energy consumption and allowing to use renewable energy.
THERMAL DRYING AND ENERGY
Thermal sludge drying uses heat energy to evaporate the amount of water that cannot be separated in mechanical
ways like ie. presses, centrifuges, thus reducing amount of water in final product to 10%-5% from ca. 82-75%.
To optimise heat consumption the amount of sludge which will be dried shall be minimised as much as possible
– in considerable frames (to ca. 25%, if possible even 30%). The main issue is that rise of electrical energy used
for mechanical dewatering is still ca. 10 times lower than thermal energy used for water evaporation. So during
this first step, determining further actions, maximum possible efficiency has to be considered. Graph 1 shows
that amount of sludge is soaring rapidly after dewatering. Increase initial sludge drziness from 18% to 30%
means reduction by 40% the amount of sludge which will be dried in thermal drying process. This also ensures
proportional reduction of overall drying costs.
FIGURE 1 – INFLUENCE OF INITIAL DRYNESS ON THE AMOUNT OF SLUDGE TO BE TREATED
Cost distribution connected with thermal drying can be divided into some main issues, shown on graph 2. It
shows common distribution costs for medium-sized plant in Spain and Poland (ca. 30 000t/year). In Spain at
least 50% of TCO (total cost of ownership) is generated by energy consumption(electrical and thermal energy
used for drying process and equipment operation). In Poland it’s about 45% but it will be rising with fossil fuels
price.
Energy from fossil fuels is the most common source of heat for various thermal drying processes – low and high
temperature. The price for fossil fuels increased in recent years and it seems that rising trend will be constant in
future, so the situation will be even worse. On the other hand the rise price of the electrical energy is most gentle
and predictable due to possibility of usage the different origins of this energy including fossil fuels, “green
energy” (wind generators, hydroelectrical plants, biomass, slora etc.) and nuclear sources.
- 116 -
FIGURE 2 – THERMAL DRYING COST DISTRIBUTION
Graphs 3 and 4 shows the evolution of prices in EU during 2004-2006. The increase in the cost of natural gas
was over 300% in last 3 years. It executes in negative balance of many drying plants based on that fossil fuel.
For many of them operation costs have even double between 2005-2006. In Poland price of natural gas have
risen by 80% during 2006-2007.
FIGURE 3 – EVOLUTION OF GAS / OIL PRICES IN EUROPE (·DG ENERGY AND TRANSPORT 2006)
- 117 -
FIGURE 4 – EVOLUTION OF ELECTRICITY PRICES IN EUROPE – SUMMARY OF AVERAGE WHOLESALE AND
RETAIL PRICES 2004-2006 (·DG ENERGY AND TRANSPORT 2006)
Above problems together with the advantages of renewable energy sources led to need for effective usage of
these “green energies” and their incorporation into existing and new drying systems.
RENEWABLE ENERGY SOURCES – COSTS AND EFFECTIVENESS
Solar energy (heat)
Solar heat energy renews solar radiation as a source of heat energy generation. The basis set-up, as shown in
figure 5, is based on a network of collectors, heat exchanger, pump, accumulation tank and control and
regulation aspects, transferring heat to the system depending on the available liquid temperatures. The type of
collectors will depend on the working temperatures and the liquid required.
FIGURE 5 – SET-UP OF HEAT SOLAR ENERGY TRANSFERRED TO THE SYSTEM
For an area with a solar energy availability factor of 30%, the investment amounts to around 1,400 €/kW
installed (700 €/m2 installed). For this type of installation, subsidies of up to 50% of the installation costs can be
obtained. Therefore, for 30% availability, and considering that the price of gas is 0.035 €/kW, there would be an
annual saving of 78€/kW installed, giving a return on investment period of 9 years. But when subsidies are
obtained. Without subsidies ROI can be reached in ca. 15 years.
- 118 -
Therefore, if recent fuel price increases are maintained, in 2-3 years a plant of this type will be profitable, even
without subsidies.
The main disadvantage of these plants is the space they take up. Due to the data provided by University of
Technology – faculty of heat engineering – in central Europe max. Energy which can by provided by solar
means is 3500 MJ/m2/year. However if we take into account losses and cloudy days average effectiveness is ca.
2,1-2,2 m2/kW. So 1,200kW requires about plant requires 2,600 m2 of free space.
Total effectiveness might be higher when used system of solar power concentration, but costs of implementation
will be significantly higher.
Wind energy
Over recent years technological development has brought down costs of wind-driven generators thanks to
introduction of horizontal-axis, three-blade generators with an average power of 500-600 kW and some new
types of vertical axis generators for lower powers which are easy to set-up. These developments have promoted
this type of energy usage.
FIGURE 8 – COST OF A WIND TURBINE. THE PRICE BANANA (DANISH WIND INDUSTRY ASSOCIATION 1998)
However wind energy can only generate electrical energy. So in case of sludge drying it can be only feasible
application as combination with the heat pump technology. With a properly designed process 500 kW wind
turbine would provide enough heat to evaporate 1600 l/h, which corresponds to a medium-sized plant, for an
approximate treatment of 18 000 t/year of sludge.
Required investment in wind-driven generators is around 650-750 €/kW as shown on figure see figure 8. Thus
required investment taking ito account 30% availability of wind in a year and a price of electrical energy
amounting to 0.080 €/kW, would allow an annual saving of 160 €/kW installed, which involves a gross return on
investment period of around 4.50 years.
But the main problem is the location of wind turbine. That - together with the investment and maintenance costs,
will have critical an influence on such installation feasibility.
Biogas
Biogas generated at treatment plants that incorporate anaerobic digestion processes or collected as landfill-gas is
a likely energy source for thermal drying systems.
Theoretically biogas systems looks very attractive as Principe. But then there was a much discussion regarding
anaerobic digestion treatment systems for sludge destined to energy recovery or landfilling, because in theory
anaerobic digestion systems involve whole investment increment and loss of calorific power of dried sludge. On
- 119 -
the other hand in France, where incineration or energy recovery from sludge is common, is one of the countries
with the highest percentage of anaerobic treatment systems in plants of all sizes in EU. The fact is that anaerobic
digestion treatment, as well as allowing a greater stabilisation of the sludge, enables greater yield from
mechanical sludge drying processes, obtaining dryness of more than 30% DS more easily. This stage is of vital
importance to reduce the total amount of sludge to be dried, as shown in figure 1.
In typical applications use of the available biogas directly in boilers covers up to 30% of the heat required to dry
the sludge available - around 80% of the year, eliminating the months in winter when more energy is required to
maintain the temperature of the digesters. Usually this availability involves a 25% reduction in required energy
and a 15-17% reduction in total operating costs, without amortization of investments. However after using
highly effective anaerobic digestion systems followed by membrane processes and disintegration allow to rise
production of biogas by 20-30%. They also require smaller volumes. It means – quicker return on investment
and more heat for drying.
Co-generation engines usually converts only 35-38% of the useful energy can be used for the thermal drying
process. Here we can see the advantage of low-temperature drying system which use not only high temperature
exhaust gases, but also low temperature heat from engine cooling. Of course if mechanisms of green or red
certificates are introduced the TCO for CHP-drying plant can be lowered. But this mechanism will be much
more effective after introduction of cheap biogas fuel-cells with electrical effectiveness ca. 55-65%, which wil
settle on the market in next 5-6 years.
General rule which can be applied is that co-generation engines are only advised if a thermal drying system is
not installed, or for big drying systems if green certificates might apply.
Other sources
Other sources can be also reused like geothermal energy, wooden biomass or sludge incineration. Main imitation
of this sources are:
- Law surrounding which allows or disallows the use of sludge for easy incineration on-site (high
investment costs for air scrubbing)
- Limited availability of the biomass due to the market conditions
- Costs of energy usage for geothermal systems which
USE OF RENEWABLE ENERGY IN THERMAL SLUDGE DRYING
As shown above the main problem of renewable energy production equipment is a lack of it’s availability due to
the dependency on environment - weather conditions (wind, solar radiation, biogas, etc). While the availability
of this equipment does not usually exceed 30%, the costs of investment but economy require that for thermal
drying installation it must be used at a rate of 100%. This requires the use of compatible, flexible and integrated
technology in the drying process to offset this partial use, in order to reach an economically-feasible operating
range for this type of installation.
Two solutions for implementing this type of installation are proposed:
- renewable energy installation, with help of energy from traditional sources plus fossil fuels (mainly
natural gas)
- renewable energy installation, with help of with heat pump technology - so called mixed system.
HEAT PUMP TECHNOLOGY IN THERMAL DRYING
Use of low temperature systems with direct usage of renewable energy source is limited, even tough they can use
residual heat from CHP engines, or solar systems due to low temperature of drying. The main problem is the
system effectiveness and availability of heat above 80/90oC which is much lower than in mid and high
temperature systems. Second problem is that amount of green energy is usually to low to meet drying
requirement of the machinery. Therefore heat pump technology is the one which looks promising, as it can be
coupled with the system which is flexible and allows maximisation of usage various energies.
Heat pumps use the condensation and evaporation properties, at different pressures, of a coolant (freon) that
flows through a closed circuit, and which on the one hand transfers heat into the air, which removes humidity
- 120 -
from the sludge, and on the other absorbs heat from this same air, condensing the humidity. The energy required
in this system is no longer the combustion of a fuel such as in other systems, it is the electrical energy required to
compress the freon. The heat exchange occurs at a low temperature. Therefore, the system admits energy from a
low-level heat source, when there is one available, proportionally reducing its nominal consumption of electrical
energy.
Thus, the energy necessary to heat up the product and evaporate the water content is recovered from the
saturated, hot air in the chamber at the same time as condensation of the eliminated water takes place. Heat
Pump technology allows heat to be transferred from a cold source to a hot source, thus recovering the residual
energy and making use of it.
As shown in graph 8, the Heat Pump is designed to obtain energy from another low-level residual heat source,
using an auxiliary energy source that is always lower than the transferred one to reduce these heat levels.
FIGURE 8 – HEAT PUMP OPERATION DIAGRAM
The C.O.P. of a Heat Pump increases the less difference there is between the temperatures of the two sources.
Consequently, there are two possible applications for Heat Pumps.
1.- As energy recovery.- Due to the heat pump’s capacity to transfer energy from a low temperature source
(Cold Source) to a high temperature source (Hot Source).
2.-As a dehumidifier.- Due to the dehumidifying capacity at the cold source by partially cooling the saturated
air.
The characteristics of the coolants limit the working temperatures of thermal drying processes, not exceeding
temperatures of 75ºC, which can only be used in low-temperature systems, such as the STC thermal sludge
drying system.
In these applications, performance is optimum since the two heat-cold generation sources work with the same
air, allowing a closed circuit, and regardless of the ambient temperature, unlike, for example, heat pump
applications for domestic use (heating, air conditioning, etc.).
According to average prices in 2007, the total operating cost per t of input sludge of a thermal drying plant using
natural gas in a boiler would be 38 €/t compared to 22 €/t for heat pump technology in Nordic countries, or 29
€/t in the UK and in Poland ca. 30 €/t for natural gas and 17 €/t for heat pump technology. The gross return on
investment period for heat pump technology is always less than 2.5 years, considering the current price of
electric energy and natural gas. This information is shown in figure 7.
- 121 -
Figure 7 – OPERATING COSTS FOR ENERGY PRICES IN 2006
CONCLUSIONS
The use of available biogas in combination with heat pump technology or with natural gas boilers is the most
common and straightforward solution in the case of thermal drying, including the advantages of enhanced sludge
mechanical drying and stabilization. This application is currently profitable in combination with both heat pumps
and with traditional systems.
As the development of single wind-driven generators progresses, installations that use heat pump can be
considered, with energy sources from either wind energy or the electricity network. This type of use of wind
energy sources would not be feasible without implementing heat pump technology.
An economically-viable solution is the implementation of a mixed system that uses solar energy + heat pump or
CHP + heat pump. One option involves obtaining hot water for drying from solar panels that generate hot water
during the day and heat pump technology during the night – with a cost around 40% lower of electricity – or in
the event that heat is unavailable from solar energy. Other option gets the spare energy from CHP and combine it
with heat-pump in dryer on same rules as described above.
To conclude, renewable sources of energy looks promising to use in low-drying temperature dryers. However
that usually cannot be implemented alone without support of other sources of energy. At that moment promising
is mixed system with electrical heat pump which gives the user of low temperature drying system flexibility and
possibility to use various heat sources according to changing market conditions. Moreover, offsetting green
energy with technologies such as heat pump turns it into a feasible solution within a break-even timescale of
around 5 years.
REFERENCES
▪
▪
▪
▪
▪
▪
▪
DG Energy and Transport. European Commission(April 2006) QUARTERLY REVIEW OF EUROPEAN
ELECTRICITY AND GAS PRICES[online]. http://eu.europa.eu/energy/
Ramos, A (2006) Energía solar para estaciones de servicio. Tecnoambiente, 165 año XVI, 36-3.
DANISH
WIND
INDUSTRY
ASSOCIATION
[online].
http://
http://www.windpower.org/en/tour/econ/index.htm,http://www.windpower.org/en/tour/econ/install.htm
European Commission (Research DG, ENERDATA (World Energy Statistics and Information), IEPE
(Institute of Energy Policy and Economics), BFP (Belgian Federal Planning Bureau, IPTS (Institute for
Prospective Technological Studies). (2003) WORLD ENERGY, TECHNOLOGY AND CLIMATE
POLICY OUTLOOK 2030 [online]. http://ec.europa.eu/research/energy/gp/gp_pu/article_1257_en.htm
University of Technology – Warsaw . Faculty of Thermel Energy. [online] http://suszarnie.itc.pw.edu.pl/
DG Energy and Transport. European Commission, Concentrating Solar Power , [online].
http://ec.europa.eu/energy/res/publications/doc/2007_concertrating_solar_power_en.pdf
Geothermal energy, [online] ec.europa.eu/research/energy/nn/nn_rt/nn_rt_geo/article_1135_en.htm
- 122 -
BIOPLYNOVÉ STANICE NA SPRACOVANIE CIELENE PESTOVANÝCH
ENERGETICKÝCH PLODÍN
Miroslav Hutňan, Igor Bodík, Viera Špalková, Timea Petheöová
Ústav chemického a environmentálneho inžinierstva, FCHPT STU, Radlinského 9, 812 37 Bratislava
Úvod
Jednou zo základných priorít schválenej Energetickej politiky SR je zvyšovanie podielu obnoviteľných zdrojov
energie na výrobe elektriny a tepla s cieľom vytvoriť primerané doplnkové zdroje potrebné na krytie domáceho
dopytu. Rast cien fosílnych neobnoviteľných palív v posledných rokoch posúva túto energetickú alternatívu do
centra ekonomickej a politickej pozornosti. Medzi obnoviteľné zdroje energie (OZE), ktoré je možné
v súčasnosti technologicky využiť na výrobu elektriny, tepla a dopravných palív sa zaraďuje biomasa, vrátane
biopalív a bioplynu, slnečná, vodná, veterná a geotermálna energia. Za obnoviteľný zdroj energie sa pritom
považuje zdroj, ktorého energetický potenciál sa trvalo obnovuje prírodnými procesmi alebo činnosťou ľudí.
Celkový a technický potenciál OZE v SR je uvedený v tab. 1 (Ministerstvo hospodárstva SR, 2007). Najväčší
celkový potenciál má slnečná energia. Vzhľadom na finančné a technologické možnosti je predpoklad
využívania slnečnej energie najmä na výrobu tepla a teplej úžitkovej vody. Súčasná fotovoltaická (FV)
technológia umožňuje bez väčších štrukturálnych zmien integrovať do energetického rozvodného systému
fotovoltaické generátory zabezpečujúce podiel niekoľko percent celoročnej spotreby elektriny. Využitie
technického FV potenciálu je v súčasnosti, v porovnaní s inými technológiami, finančne náročnejšie. Druhý
najväčší celkový potenciál má geotermálna energia. Vlastnosti geotermálnych vôd na Slovensku predurčujú
využívanie tejto energie najmä na vykurovanie a liečebné účely. Technický potenciál je taktiež výrazne nižší
z dôvodu technologických problémov súvisiacich s chemickým zložením geotermálnych vôd.
Tab. 1 Celkový a technický potenciál OZE v SR (Ministerstvo hospodárstva SR, 2007)
Celkový potenciál
ZDROJ
Vodná energia:
TJ
Technický potenciál
GWh
TJ
GWh
23 760
6 600
23 760
6 600
Veľké vodné elektrárne
20 160
5 600
20 160
5 600
Malé vodné elektrárne
3 600
1 000
3 600
1 000
Biomasa
120 300
33 400
120 300
33 400
Lesná biomasa
16 900
4 700
16 900
4 700
Poľnohospodárska biomasa
28 600
7 950
28 600
7 950
7 000
1 950
7 000
1 950
6 900
1 900
6 900
1 900
60 900
16 900
60 900
16 900
*
*
2 160
600
174 640
48 500
22 680
6 300
194 537 000
54 038 000
34 000
9 450
Biopalivá
Bioplyn
Ostatná biomasa
Veterná energia
Geotermálna energia
Slnečná energia
SPOLU
194 855 700
54 126 500
202 900
* Celkový potenciál veternej energie nebol určený, technický potenciál je určený z roku 2002
- 123 -
56 350
Najväčší technický potenciál má biomasa. Biomasa má veľkú perspektívu pri výrobe tepla pre vykurovanie
najmä v centrálnych vykurovacích systémoch, menej v domácnostiach, vo forme peliet, brikiet, drevných štiepok
a slamy. Pomerne rýchlym riešením zvýšeného využívania biomasy je spoluspaľovanie s fosílnym palivom v
tepelných elektrárňach a pri kombinovanej výrobe elektriny a tepla. V prípade väčších zariadení jedným
z dôležitých faktorov je optimalizácia logistických nákladov. Ďalšou z foriem využitia biomasy je výroba
bioplynu.
Bioplyn vyrobený z poľnohospodárskej biomasy, z organického podielu komunálneho odpadu, či z kalov
z čistiarní odpadových vôd (ČOV) je možné využívať na výrobu elektriny a tepla.
Na obr. 1 je uvedený predpokladaný vývoj výroby elektriny z OZE v SR v r. 2010-2015.
GWh
Výroba elektriny z OZE
1 000
900
800
700
600
500
400
300
200
100
0
Výroba 2004
Výroba 2010
Výroba 2015
Malé vodné Biomasa
elektrárne
Veterné
elektrárne
Bioplyn
Obr. 1 Predpokladaný vývoj výroby elektriny z OZE v rokoch 2010 a 2015
(Ministerstvo hospodárstva SR, 2007)
Bioplynové stanice
Bioplynové stanice pracujú úspešne v krajinách Európskej únie či iných častiach sveta už niekoľko desaťročí.
Spracovávajú širokú škálu organických materiálov od odpadov po materiály cielene pripravované. Na základe
spracovaných surovín môžeme bioplynové stanice rozdeliť nasledovných skupín:
•
poľnohospodárske bioplynové stanice. Tieto zariadenia spracovávajú hlavne suroviny z poľnohospodárskej
výroby. Medzi tieto materiály patrí najmä odpad (resp. vedľajší produkt) zo živočíšnej výroby hnojovica,
hnoj či trus. K ďalším materiálom patria suroviny z rastlinnej výroby, ktoré tvorí rastlinný odpad,
pozberové zvyšky a v posledných rokoch aj cielene pestované energetické plodiny.
•
priemyselné bioplynové stanice. Spracovávajú najmä odpady z rôznych priemyselných výrob. Väčšinou sa
jedná o odpady z agropotravinárskeho priemyslu (výpalky z výroby liehu, odpadové oleje, odpady
z bitúnkov, odpady z rôznych potravinárskych či farmaceutických fermentačných výrob...). Tieto
bioplynové stanice sú realizované buď priamo v mieste, kde je spracovávaný odpad produkovaný alebo sú
to stanice, kde sa odpad spracováva na zmluvnom základe. Prevádzka priemyselných bioplynových staníc
kde sa spracovávajú odpady na zmluvnom základe je charakteristická rôznorodosťou vstupov a tým aj
vyššou nestabilitou anaeróbnych procesov.
•
komunálne bioplynové stanice. Tieto stanice sú budované zväčša s väčšinovým vlastníctvom obcí.
Spracovávajú komunálne odpady, kde najväčší podiel tvorí biologicky rozložiteľný podiel komunálneho
odpadu, odpad z reštaurácií a jedální a zelený odpad z údržby obecnej zelene.
Prehľad v súčasnosti prevádzkovaných bioplynových staníc v SR je uvedený v tab. 2.
Z uvedeného prehľadu je zrejmé, že všetky bioplynové stanice sú poľnohospodárske, pričom v podstate iba
jedna spracováva takmer výhradne energetické plodiny. Na tomto mieste musíme podotknúť, že v prehľadoch
bioplynových staníc v SR sa stále zabúda na prvú a v podstate jedinú priemyselnú bioplynovú stanicu v SR na
- 124 -
spracovanie penicilínového mycélia, biomasy z výroby treonínu a prebytočného kalu z priemyselnej ČOV
v Slovenskej Ľupči, ktorá bola uvedená do prevádzky v druhej polovici 90-tych rokov minulého storočia.
V ČR je v súčasnosti v prevádzke približne 20 bioplynových staníc. Z tohto počtu vyplýva, že výstavba
bioplynových staníc v našich krajinách je stále v začiatkoch, aj keď vo viacerých krajinách EÚ sa anaeróbne
spracovanie OZE stalo bežne využívanou technológiou. Najmarkantnejšia situácia je SRN, kde je v súčasnosti
v prevádzke takmer 4000 bioplynových staníc (obr. 2). Z obr. 2 je zrejmé ako sa na raste počtu bioplynových
staníc odráža legislatívna podpora využívania OZE. V čase platnosti zákona o zásobovaní elektrickou energiou
z r. 1990 bola cena za 1 kWh el. energie vyrobenej z biomasy približne 0,14-0,15 DM. Vývoj cien za jednu kWh
el. energie po prijatí zákona o podpore využívania OZE na výrobu el. energie (r. 2000) resp. po jeho revízii (r.
2004) je uvedený na obr. 2. Pri stanovení ceny za el. energiu z obnoviteľných zdrojov energie sa vychádza z el.
výkonu bioplynovej stanice a revízia zákona uvádza už aj bonusy za cenu kWh. Jeden z bonusov – 6 ct je možné
získať, ak je el. energia produkovaná z energetických plodín, z hnojovice alebo výpalkov z výroby etanolu. Ďalší
bonus 2 ct je za kombinovanú výrobu tepla a el. energie a ďalšie dva centy za využívanie inovačných technológií
(napr. spracovanie bioplynu na kvalitu zemného plynu, využívanie termochemického splynovania, palivových
článkov, spaľovanie v Stirlingovom motore, v mikroturbíne, v Rankinovo organickom cykle atď.) – obr. 3.
Tab. 2 Súčasný stav bioplynových staníc v SR
Bioplynová stanica
Hlavná surovina
AGROS s.r.o. Bátka
hnojovica ošípaných, do r. 2000 aj
hydinový trus
hnojovica hovädzieho dobytka
rôzne substráty, najmä hnojovica
hospodárskych zvierat
hnojovica hospodárskych zvierat,
kukuričná siláž
kukuričná siláž
PPD Brezov
VPP SPU, s.r.o. Kolíňany
PD Kapušany
STIFI Hurbanovo
Inštalovaný el. výkon
kWe
6x128
Prevádzka od
roku
1995
50
22
1998
2001
120
2005
272
2005
Zákon o podpore
využivania OZE na
výrobu el. energie
29.3.2000
Zákon o zásobovaní el.
energiou
7.12.1990
Revízia zákona
o využívani OZE
pri výrobe el.
energie
21.7.2004
Obr. 2 Vývoj počtu bioplynových staníc v SRN (Porsche, 2007)
V ČR sa cena za el. energiu z OZE stanovuje na základe zákona 180/2005 o podpore výroby elektriny z OZE
a o zmene niektorých zákonov (zákon o podpore využívania obnoviteľných zdrojov). Podľa tohto zákona sa
obnoviteľným zdrojom rozumie okrem iného aj energia z kalového plynu, skládkového plynu a bioplynu. To
- 125 -
znamená, že OZE nie je len biomasa, z ktorej sa bioplyn produkuje, ale je ním aj energia z bioplynu. Navyše sa
tu rozdeľuje bioplyn, ktorý vzniká či na skládkach, či na ČOV či v bioplynových staniciach rovnakými procesmi
na tri rôzne druhy – bioplyn, skládkový plyn a kalový plyn. Aj keď sa zdá, že z legislatívneho hľadiska je takéto
delenie jednoduchšie a možno aj zrozumiteľnejšie, rozdeľovať by sa mali skôr suroviny, z ktorých bioplyn
vzniká. Toto delenie bolo zrejme prebraté zo zákonov o podpore OZE v SRN. V zákone 180/2005 sa rámcovo
uvádza zachovanie minimálnych cien po dobu 15 rokov od uvedenia zariadenia do prevádzky resp. pre staršie
zariadenia zachovanie minimálnych cien z r. 2008 15 rokov od nadobudnutia účinnosti tohto zákona. Konkrétne
ceny sa stanovujú každoročne cenovým rozhodnutím Energetického regulačného úradu ČR (ERÚ). Ceny
stanovené pre nasledujúci rok nesmú byť nižšie ako je 95 % ceny v roku, kedy sa cena stanovuje. Prvýkrát sa
takto ceny stanovili pre r. 2007. Ceny platné pre r. 2008 sú uvedené v tab. 3.
Zákon o podpore využívania OZE na výrobu el. energie 29.3.2000
Revízia zákon o podpore využívania OZE na výrobu el. energie 21.7.2004
Obr. 3 Ceny za el. energiu z OZE v SRN (Porsche, 2007)
V cenovom rozhodnutí ERÚ 7/2007 sa vysvetľuje pojem bioplynové stanice využívajúce určenú biomasu. Sú to
bioplynové stanice, ktoré v danom kalendárnom mesiaci využívajú viac ako 50 % hmotnostného podielu
biomasy v sušine tvorenej rastlinami alebo ich časťami získanými z poľnohospodárskej činnosti za predpokladu,
že neslúžia na iný účel ako je využitie na spracovanie v zariadeniach určených na produkciu bioplynu a súčasne
v danom kalendárnom mesiaci využívajú iba jednu alebo viac týchto vstupných surovín:
a) trávu z verejnej zelene, športovísk a súkromných záhrad vrátane biomasy získanej poľnohospodárskou
činnosťou alebo starostlivosťou o krajinu,
b) celé zbierané rastliny poškodené krupobitím alebo predčasne vyklíčené zrno v klasoch obilia,
c) zvieracie exkrementy, vrátane podstielky, zo zvierat chovaných pre zabezpečenie potravín (mäsa,
mlieka, vajec) alebo vlny, kože a ďalších zvieracích produktov,
d) výpalky z liehovarov vyrábajúcich kvasný lieh a pestovateľských páleníc,
e) nepoužité oleje z olejnatých rastlín a pokrutiny (výlisky) vzniknuté pri lisovaní rastlinného oleja,
f) časti rastlín z poľnohospodárskych a potravinárskych výrob.
V SR sa cena za energiu z obnoviteľných zdrojov energie stanovuje každoročne výnosom Úradu pre reguláciu
sieťových odvetví SR (ÚRSO), čo nedáva dostatočnú istotu prevádzkovateľom bioplynových staníc resp.
možných investorom. Prvýkrát bola cena za el. energiu vyrobenú z bioplynu stanovená výnosom ÚRSO 2/2005
na 2,50 Sk/kWh bez ohľadu na to z akých surovín bol bioplyn vyrobený. Výnos 2/2006 už rozdeľuje cenu za
energiu z bioplynu z ČOV a skládok (2,56 Sk/kWh) a energiu z bioplynu z anaeróbnych fermentačných
- 126 -
technológií (4,20 Sk/kWh pre zariadenia do 1 MW a 3,80 Sk/kWh pre zariadenia nad 1 MW). V najnovšom
výnose 2/2007 sa stanovujú ceny na r. 2008 nasledovne – energia z bioplynu z ČOV a skládok 2,63 Sk/kWh,
z bioplynu z anaeróbnych fermentačných technológií 4,31 Sk/kWh (do 1 MW) a 3,90 Sk/kWh (nad 1 MW).
Tab. 3 Výkupné ceny a zelené bonusy pre spaľovanie bioplynu, skládkového plynu, kalového plynu a banského
plynu z uzatvorených baní stanovené v ČR pre r. 2008
Dátum uvedenia do prevádzky
Výroba elektriny spaľovaním bioplynu v bioplynových staniciach pre zdroj uvedený do prevádzky po
1. januári 2008 vrátane využívajúci určenú biomasu
Výroba elektriny spaľovaním bioplynu v bioplynových staniciach pre zdroj uvedený do prevádzky po
1. januári 2008 vrátane využívajúci ostatnú biomasu
Výroba elektriny spaľovaním bioplynu v bioplynových staniciach pre zdroj uvedený do prevádzky
od 1. januára 2006 do 31. decembra 2007
Výroba elektriny spaľovaním bioplynu vo výrobni
uvedenej do prevádzky od 1. januára 2004 do 31.
decembra 2005
Výroba elektriny spaľovaním bioplynu vo výrobni
uvedenej do prevádzky pred 1. januárom 2004
Výroba elektriny spaľovaním skládkového plynu pre
zdroj uvedený do prevádzky po 1. januári 2006
vrátane
Výroba elektriny spaľovaním kalového plynu pre
zdroj uvedený do prevádzky po 1. januári 2006
vrátane
Výroba elektriny spaľovaním banského plynu z
uzatvorených baní
Výkupné ceny
elektriny
dodanej do siete
v Kč/MWh
3900
Zelené
bonusy
v Kč/MWh
2620
3300
2020
3300
2020
2630
1350
2740
1460
2330
1050
2330
1050
2330
1050
Na obr. 4 je uvedený potenciál produkcie bioplynu z hľadiska použitých surovín v SRN. Z rozdelenia produkcie
bioplynu z rôznych surovín vyplýva, že z cielene pestovaných energetických plodín je možné v SRN vyrobiť asi
tretinu produkovaného bioplynu. Vzhľadom na to, že v SR nie je tak rozvinutá živočíšna výroba ako v SRN, je
možné u nás očakávať vyšší podiel bioplynu vyrobeného z cielene pestovaných plodín.
Energetické
plodiny
33 %
Exkrementy
44 %
Komunálny
odpad
18 %
Priemyselný
odpad
5%
Obr. 4 Potenciál produkcie bioplynu v SRN z hľadiska použitých surovín v SRN (Porsche, 2007)
- 127 -
V „Analýze vplyvu platnej legislatívy na podporu využívania biomasy na energetické účely a návrh na ďalšie
riešenie“ (Ministerstvo pôdohospodárstva SR, 2006) sa uvádza, že slovenské poľnohospodárstvo môže vyčleniť
300 tis. ha na účelové pestovanie zelenej biomasy na výrobu energie, buď vo forme zelených rastlín na výrobu
bioplynu (kukurica, obilniny, strukoviny, apod.) a následnú kombinovanú výrobu elektriny a tepla alebo formou
energetických rastlín na produkciu paliva na výrobu tepla na vykurovanie, ohrev teplej úžitkovej a
technologickej vody alebo v sušiarenstve (energetický štiav, ozdobnica čínska, cirok, krídlatka, technické
konope a pod.) je možné vyrobiť ďalších 32 PJ energie. Pri takomto riešení by bolo možné postaviť okolo 1000
bioplynových staníc s inštalovaným výkonom kogeneračnej jednotky 500 kW a 1000 zariadení na výrobu tepla
spaľovaním o výkone 350 kW. Aj keď toto množstvo s veľkou pravdepodobnosťou nebude nikdy naplnené,
tento odhad dáva reálne možnosti pre výstavbu minimálne desiatok bioplynových staníc na spracovanie cielene
pestovaných energetických plodín.
V súčasnosti vidíme tieto hlavné bariéry širšieho rozvoja bioplynových staníc na spracovanie cielene
pestovaných energetických plodín:
• malé skúsenosti s prípravou, výstavbou a prevádzkovaním bioplynových staníc,
• nerozvinutý trh tuzemských dodávateľov technologických a stavebných častí,
• nedocenenie environmentálneho a regionálneho prínosu bioplynových technológií.
Toto sú hlavné bariéry, ktoré uvádza Ministerstvo hospodárstva SR (2007) všeobecne pre využívanie bioplynu.
Okrem týchto bariér je v SR významným problémom nedostatočná legislatíva v oblasti využívania
obnoviteľných zdrojov energie a cenová politika vo výkupe energie z OZE. Ako už bolo uvedené, v ČR je od r.
2005 v platnosti zákon 180/2005 o podpore výroby elektriny z obnoviteľných zdrojov energie (zákon o podpore
využívania obnoviteľných zdrojov), v SR takáto legislatíva stále chýba.
V SR zatiaľ jediná bioplynová stanica na cielene pestované energetické plodiny (hlavne kukuričnú siláž) je
v prevádzke od r. 2005 v Hurbanove (Hutňan et al., 2007). Denne spracuje približne 20 t siláže a vyprodukuje
cca 6000 kWh el. energie a cca 9000 kWh tepelnej energie. Elektrická energia je predávaná do verejnej siete.
Tepelná energia sa využíva okrem ohrevu samotného anaeróbneho reaktora na ohrievanie fóliovníkov a v sezóne
na sušenie zrnovín, najmä kukurice (obr. 5).
Teplo využívané vo
fóliovníkoch
Pripojenie
na el. sieť
BPS
Silážne jamy
Teplo využívané
pri sušení kukurice
Obr. 5 Prvá bioplynová stanica (BPS) v SR na spracovanie energetických plodín (STIFI Hurbanovo)
- 128 -
Relatívna početnosť [%]
Okrem kukuričnej siláže je možné využívať ďalšie energetické plodiny. Na obr. 6 sú uvedené najčastejšie
substráty spracovávané na bioplynových staniciach v SRN, kde sú ako hlavné materiály cielene pestované
energetické plodiny. Na obr. 7 je frekvencia používania viacerých substrátov na bioplynových staniciach. Z tohto
obrázku je vidieť, že jediný substrát sa používa iba v približne 3 % bioplynových staníc
1
2
3
4
5
6
7
Relatívna početnosť [%]
Obr. 6 Frekvencia používaných substrátov na bioplynových staniciach spracúvajúcich cielene pestované
energetické plodiny v SRN (Weiland et al., 2003)
1 – kukuričná siláž, 2 – trávna siláž, 3 – odpadové tuky, 4 – kukuričné zlomky, 5 – zvyšky jedál, 6 – tráva
z kosenia trávnikov, 7 – starý chlieb
Počet ko-substrátov
Obr. 7 Počet aplikovaných ko-substrátov na bioplynových staniciach v SRN (Weiland et al., 2003)
- 129 -
Záver
Cieľom tohto príspevku bolo uviesť možnosti využívania obnoviteľných zdrojov energie z dôrazom na ich
spracovanie v bioplynových staniciach. Potenciál produkcie bioplynu v SR je vysoký, aj keď súčasný stav
využívania anaeróbnych technológií tomu nenasvedčuje. V práci boli uvedené hlavné bariéry brániace širšiemu
rozvoju týchto technológií. Napriek týmto bariéram je produkcia a energetické využitie bioplynu jedným
z najperspektívnejších spôsobov využívania OZE u nás. Ak biomasu nie je možné priamo spaľovať a svojím
zložením je vhodná na anaeróbny rozklad, anaeróbne spracovanie predstavuje jednu z najvhodnejších alternatív
jej energetického využitia. Okrem toho, že sa dosiahne energetické zhodnotenie a využitie biomasy, anaeróbne
spracovanie umožní vytvorenie čistého zdroja energie, ktorý nezaťažuje ovzdušie takými splodinami, ako je to
v prípade priameho spaľovania biomasy.
Literatúra
Hutňan M., Kalina A., Štifner Š.: Bioplynová stanica na spracovanie cielene pestovaných poľnohospodárskych
plodín. Agrobioenegia 2, 3(2007), 5-8
Ministerstvo pôdohospodárstva SR (2006): Analýza vplyvu platnej legislatívy na podporu využívania biomasy
na energetické účely a návrh na ďalšie riešenie. Č. materiálu 1509/2006-100, schválené na rokovaní vlády
SR 8.3.2006
Ministerstvo hospodárstva SR (2007): Stratégia vyššieho využitia obnoviteľných zdrojov energie v SR. Č.
materiálu UV-7510/2007, schválené na rokovaní vlády SR 25.4.2007
Porsche G.: The impact of national policies and economic frames for the development of biogas in Germany. In:
Proceedings of European biogas workshop and study tour „The future of biogas in Europe III“, 14.-16.
June, University of Sousthern Denmark, Esbjerg, p. 46-52
Weiland P., Rieger C., Ehrmann T. (2003):Evaluation of the newest biogas plants in Germany with respect to
renewable energy production, greenhouse gas reduction and nutrient management. In: Proceedings of
European biogas workshop „ The future of biogas in Europe II. 2.-4. October, University of Sousthern
Denmark, Esbjerg, p. 44-50
- 130 -
VYTVORENIE CENTRA EXCELENTNOSTI PRE VYUŽITIE
OBNOVITEĽNÝCH ZDROJOV ENERGIE NA SLOVENSKU
Igor Bodík, Miroslav Hutňan, Ľudovít Jelemenský
Ústav chemického a environmentálneho inžinierstva, FCHPT STU, Radlinského 9, 812 37 Bratislava
Úvod
Slovenská republika, podobne ako ostatné krajiny EÚ, čelí v súčasnosti problémom súvisiacim s nedostatkom
vlastných energetických zdrojov. Závislosť na externých, predovšetkým fosílnych palivách, spôsobuje zvýšenú
citlivosť našej ekonomiky na kolísanie cien ropy, na politickú a ekonomickú nestabilitu krajín dodávajúcich
energetické suroviny (jadrový materiál, uhlie, ropu a zemný plyn). Je snahou každej modernej ekonomiky, aby v
maximálnej miere eliminovala možné negatívne dopady nedostatku resp. zvyšovania cien týchto energetických
zdrojov.
V ostatných rokoch sa vo svete venuje veľká pozornosť rozvojovým programom, ktorých cieľom je podpora
takých technológií, ktoré využívajú obnoviteľné zdroje energie. Špičkové svetové pracoviská intenzívne hľadajú
vhodné energetické zdroje, ktoré by znížili energetickú závislosť krajín na dovážaných fosílnych palivách. Ako
čiastočné úspechy možno hodnotiť využívanie veternej a slnečnej energie, výrobu biopalív, energetické využitie
biomasy a pod. Z hľadiska ochrany životného prostredia sa veľmi perspektívne javia hlavne tie technológie,
ktoré majú za cieľ energeticky využiť rôzne druhy odpadov. Ide predovšetkým o odpady, ktoré majú vyšší podiel
organických zložiek, ako napr. odpady z rastlinnej a živočíšnej výroby v poľnohospodárstve, odpady z
potravinárstva, z priemyselných výrob a pod. Perspektívnym zdrojom odpadu je aj triedený komunálny odpad,
drevný odpad, pokosená tráva a pod. S rozvojom energetických technológií sa začala rozvíjať aj cielená výsadba
niektorých poľnohospodárskych plodín, z ktorých je technologicky zvládnutá výroba bioplynu a následne
tepelnej resp. elektrickej energie.
Doterajšia energetická politika na Slovensku výrazne nepodporovala rozvoj technológií na báze obnoviteľných
zdrojov a preto ani nie je možno nájsť významné výskumné resp. realizačné projekty v tejto oblasti. Vedecká
základňa je pomerne slabá a roztrieštená na niekoľkých univerzitných pracoviskách (STU Bratislava, TU
Zvolen, TU Košice, SPU Nitra a pod.), každé so zameraním na určitú oblasť problematiky. Cieľom tohto
príspevku je priblížiť problematiku výskumu v oblasti obnoviteľných zdrojov energie, predstaviť projekt
financovaný z Nórskeho finančného mechanizmu (NFM) SK00023 „Vytvorenie centra excelentnosti na využitie
obnoviteľných zdrojov energie na Slovensku“, ktorý získal Ústav chemického a environmentálneho inžinierstva
FCHPT STU Bratislava a vyzvať podnikateľské subjekty na spoluprácu v tejto oblasti.
Aktuálna situácia v problematike obnoviteľných zdrojoch v Európe
Návrh Smernice Komisie 2008/0016 zverejnený 23. januára 2008, prikazuje každej členskej krajine EÚ zvýšiť
podiel obnoviteľných zdrojov na energetickom mixe tak, aby sa celkovo pre zodvihol z dnešných 8,5% na 20%
v roku 2020. Každá z 27 členských krajín musí zvýšiť podiel obnoviteľných zdrojov o 5,5% oproti úrovni z roku
2005, zvyšný nárast je kalkulovaný na základe výšky HDP na hlavu. Krajiny sa môžu voľne rozhodnúť, na ktorý
z obnoviteľných zdrojov sa zamerajú, no do 31. marca 2010 musia predložiť Komisii národný akčný plán.
Okrem toho má každý členský štát dosiahnuť, aby v roku 2020 kryli minimálne 10% spotreby v doprave
biopalivá [1].
Z Obr.1 je zrejmé, že aktuálny stav využívania obnoviteľných zdrojov energie v krajinách EÚ je rôzny. Kým
niektoré severské krajiny (Švédsko, Fínsko, Lotyšsko) už dnes využívajú obnoviteľné zdroje energie na viac ako
25% z celkovej svojej výroby energie, iné štáty tieto zdroje energie prakticky nevyužívajú (napr. Malta,
Luxembursko, Veľká Británia, Belgicko). Už teraz sa ozývajú hlasy, že splnenie týchto kritérií je nereálne
a väčšina ekonomík krajín EÚ nebude schopná ekonomicky zabezpečiť takýto rozvoj finančne náročných
technológií.
- 131 -
60
(%)
2020
2005
45
30
Malta
Luxembursko
Veľká Británia
Belgicko
Holandsko
Cyprus
Írsko
Maďarsko
Taliansko
Česko
Nemecko
Slovensko
Grécko
Poľsko
Španielsko
Bulharsko
Francúzsko
Litva
Slovinsko
Dánsko
Estónsko
Rumunsko
Portugalsko
Rakúsko
Fínsko
Svedsko
0
Lotyšsko
15
Obr.1. Aktuálny (r. 2005) a predpísaný (r. 2020) podiel obnoviteľných zdrojov na energetickom mixe (elektrická
energia, vykurovanie, chladenie, transport) v jednotlivých krajinách EÚ-27
Aj keď chladenie, vykurovanie a transport zohráva v spotrebe energie významnú úlohu, predsa len
„populárnejšou“ formou porovnávania jednotlivých krajín EÚ je ich podiel využívania obnoviteľných zdrojov na
celkovej produkcii elektrickej energie – Obr.2. V krajinách EÚ bolo v roku 2005 najviac elektrickej energie
vyrobenej z vodnej energie (66,4%), nasledovala energia veterná (16,3%) a energia z biomasy (15,8%).
Z prehľadu na Obr.3 je zrejmé, že na popredných miestach v EÚ sú opäť krajiny severské (Švédsko, Fínsko),
resp. horské (Rakúsko), ktoré maximálne využívajú svoj energetický potenciál a politicko-ekonomické
podmienky pre presadzovanie využívania obnoviteľných zdrojov energie sú tam optimálne.
biomasa;
15,80%
geotermálna;
1,20%
slnečná;
0,30%
veterná;
16,30%
vodná energia;
66,40%
Obr.2. Podiel jednotlivých foriem obnoviteľných zdrojov energie na celkovej produkcii elektrickej energie
v EÚ-25 r. 2005
- 132 -
100
2010
2005
80
60
40
EÚ
Malta
Cyprus
Estónsko
Belgicko
Maďarsko
Poľsko
Luxembursko
Litva
V. Británia
Česká rep.
Holandsko
Írsko
Grécko
Nemecko
Francúzsko
Taliansko
Portugalsko
Španielsko
Slovensko
Slovinsko
Fínsko
Dánsko
Švédsko
Rakúsko
0
Lotyšsko
20
Obr.3. Podiel obnoviteľných zdrojov energie na celkovej produkcii elektrickej energie v jednotlivých krajinách
EÚ-25 [2]
Aktuálna situácia v problematike obnoviteľných zdrojoch na Slovensku
Ako je zrejmé z Obr. 3, pozícia Slovenskej republiky vo výrobe elektrickej energie z obnoviteľných zdrojov
energie je pomerne dobrá (7. miesto v EU-25). Tento stav je daný výrazným podielom využitia vodnej energie
na slovenských riekach. Na Obr. 4 je znázornená štruktúra produkcie výroby elektrickej energie na Slovensku.
Ak zvážime, že v oblasti vodnej energie sú asi možnosti rozširovania veľmi obmedzené (odpor verejnosti voči
výstavbe priehrad) je možno očakávať, že nárast podielu obnoviteľných zdrojov energie na produkcii elektrickej
energie z 18,25% na 31% (Obr.2) je možno dosiahnuť len využitím veternej energie a biomasy. Ak zoberieme
do úvahy, že veterným elektrárňam sa na Slovensku stále nejako „nedarí“, zostáva nám, že požiadavky EÚ
možno splniť len výrazným rozvojom využitia biomasy. Vláda SR však uvažuje o výstavbe novej jadrovej
elektrárne, ktorá podiel obnoviteľnej energie výrazne zníži a sťaží dosiahnutie predpísaných hodnôt.
vodná
18,00%
jadrová
54,00%
tepelná
28,00%
Obr.4. Aktuálny podiel jednotlivých energetických zdrojov na výrobe elektrickej energie na Slovensku (2006)
- 133 -
Jednou z veľmi perspektívnych ciest dosiahnutia požadovaných hodnôt vyrobenej elektrickej energie je
využívanie biomasy resp. iných zdrojov organického uhlíka v termických resp. biochemických procesoch
s cieľom produkcie rôznych foriem plynov (drevný plyn, bioplyn a pod.). Na Obr.5 sú zjednodušene znázornené
základné spôsoby a technológie pri využívaní rôznych foriem biomasy.
Obr. 5. Schematické znázornenie základných zdrojov biomasy a možnosti ich technologického využitia.
Ako je zrejmé z Obr.5 základom pre všetky technológie energetického využitia biomasy sú termické resp.
biochemické procesy. V ďalšom texte sú rozpracované súčasné a perspektívne možnosti využitia bioplynových
staníc pre spracovanie rôznych foriem biomasy v Českej republike a na Slovensku.
Bioplynové stanice a ich potenciál pri výrobe elektrickej energie
Česká republika
Produkcia bioplynu ako obnoviteľného zdroja energie sa v Českej republike rozvíja predovšetkým v dôsledku
jeho produkcie na komunálnych ČOV (96 ČOV s celkovou ročnou produkciou 54,8 mil. m3 bioplynu, čo
predstavuje 44,6% celkovej produkcie bioplynu v ČR) ) a na skládkach odpadov (50 skládok odpadu s celkovou
ročnou produkciou 50,9 mil. m3 bioplynu ročne, t.j. 41,4% celkovej produkcie bioplynu ČR). Spolu 14
bioplynových staníc spracovávajúcich poľnohospodárske substráty a bioodpady sa v roku 2006 podieľali na
celkovej českej produkcii bioplynu „iba“ s 11,8%. Okrem toho ešte 12 priemyselných ČOV vyprodukovalo asi
2,6 mil. m3 bioplynu, čo však na celkovej českej produkcii predstavovalo iba 2,1% [3].
Vzhľadom na zákaz ukladania biologického odpadu na skládkach odpadu, nemožno s týmto segmentom
produkcie bioplynu rátať pre budúcnosť. Taktiež výstavba nových ČOV (komunálnych aj priemyselných)
s anaeróbnym spracovaním kalu je už významne obmedzená, pretože všetky väčšie mestá a priemyselné podniky
už majú vlastné ČOV, takže ani v tomto smere nemožno uvažovať s významným nárastom produkcie bioplynu.
Rozvoj produkcie bioplynu sa v budúcnosti očakáva predovšetkým výstavbou bioplynových staníc
spracovávajúcich vedľajšie poľnohospodárske produkty a priemyselné resp. komunálne bioodpady. V súčasnosti
je oznámených viac než 50 investičných zámerov bioplynových staníc a niekoľko staníc je tejto dobe
uvádzaných do prevádzky. Tento rozvoj je podporovaný priaznivou výkupnou cenou elektrického prúdu (3,05
Kč/kWh) a výrazná podpora zo štrukturálnych fondov. Rozvoj bioplynových staníc v Českej republike je
považovaný za hlavnú prioritu Ministerstva průmyslu a obchodu ČR, výsledkom čoho sa očakáva do roku 2015
výstavba asi 400 bioplynových staníc [3].
- 134 -
Napriek tomu, že celospoločenský význam a podpora rozvoja bioplynových staníc v ČR je veľmi vysoká,
v ostatnom období sa objavujú bariéry, ktoré komplikujú bezproblémovú prípravu a prevádzku bioplynových
staníc. Vznikajú rôzne občianske združenia, ktoré bojujú proti výstavbám bioplynových staníc (a často aj
úspešne). Dôvodom týchto aktivít je predovšetkým zápach, ktorý ohrozuje obyvateľstvo bývajúce v blízkosti
týchto zariadení. Tvorba zápachu v bioplynových staniciach je však v dôsledku nedostatkov pri budovaní
a prevádzke bioplynových staníc, a to predovšetkým:
- nedostatočná erudovanosť subjektov pripravujúcich bioplynové stanice a projektantov,
- slabá disciplína prevádzkovateľov bioplynových staníc, príp. zle spracované prevádzkové poriadky,
- nedostatočná legislatíva týkajúca sa prevádzky bioplynových staníc,
- slabá činnosť povoľovacích a kontrolných orgánov [3]
Slovenská republika
Výroba energie z bioplynu nemá na Slovensku dlhú tradíciu. V 20. storočí nebola prevádzkovaná prakticky
žiadna bioplynová stanica za primárnym účelom výroby energie. Avšak procesy anaeróbneho spracovania
odpadov s vysokým podielom organických rozložiteľných látok nie sú žiadnym pionierom 21. storočia,
využívali sa aj v minulosti na zhodnocovanie a úpravu odpadov z poľnohospodárstva, potravinárstva a na
stabilizáciu čistiarenských kalov. Hlavnou úlohou týchto zariadení bola úprava odpadov, aby sa eliminovali ich
negatívne vlastnosti (infekčnosť, zápach). Teplo, ktoré sa dalo vyrobiť zo vzniknutého bioplynu, sa takmer
výhradne používalo na ohrev reaktora, maximálne na ohrev administratívnych budov.
Na základe dostupných údajov [4] v roku 2005 bolo prevádzkovaných 18 bioplynových staníc pri ČOV a v
pôdohospodárstve na PD Kapušany (substrát kravský hnoj - 120 kW), Agroban Bátka (substrát - hnojovica 4 x
160 kW), Stifi Hurbanovo (substrát kukuričná siláž 22t/d - 750 kW) a na Vysokoškolskom poľnohospodárskom
podniku SPU Nitra v Kolíňanoch (substrát hnojovica - 22 kW, demonštračná linka).
V roku 2007 bolo začaté konanie podľa EIA pre výstavbu bioplynových staníc v Chynoranoch, v Komárovciach
(žiadateľ EUNEX) a v Buzitke (žiadateľ BIOTREND JPS s.r.o). [5] . Postaviť bioplynovú stanicu na rastlinné
suroviny s kapacitou 2,1 MWh plánuje aj obec Polomka [6].
Podľa [4] v procese čistenia komunálnych odpadových vôd sa pri ČOV s kapacitou na 20 000 EO už tradične
uplatňuje spracovanie vznikajúcich kalov anaeróbnou technológiou, ktoré je sprevádzané produkciou bioplynu.
V súčasnom období sa v čistiarňach komunálnych odpadových vôd na území SR vyprodukuje cca 17 490 000 m3
bioplynu za rok (400 TJ). Z toho sa na výrobu tepla využíva asi 60% (10 410 000 m3 bioplynu; 240 TJ), na
kogeneračnú výrobu elektriny 11 % (1 966 000 m3 bioplynu; 45 TJ, resp. 12,5GWh). Spoločne sa na výrobu
energie využilo cca 70% zo vznikajúceho bioplynu. Na technologické účely - miešanie kalu sa použilo 21%
bioplynu (3 615 000 m3 ; 83 TJ) a bez využitia energie sa spaľovalo 1 445 000 m3 bioplynu (33 TJ), t.j. 8,56 %.
V porovnaní s ČR nie je na Slovensku využívaný bioplyn zo skládok odpadu, produkcia bioplynu
z priemyselných ČOV je taktiež takmer zanedbateľná (tento jav je spôsobený útlmom poľnohospodárskej
produkcie vybraných komodít, napr. spracovanie cukru).
Vstupom SR do EÚ sme prevzali povinnosti spojené so zvýšením podielu obnoviteľných zdrojov energie na
celkovej výrobe energie. Podľa Energetickej politiky SR, Aktu o podmienkach pristúpenia Slovenska (k EÚ) a
podľa [4] je potrebné zvýšiť podiel obnoviteľných zdrojov, a tým aj podiel využívania bioplynu, hlavne
vyrobeného z biomasy z poľnohospodárskej produkcie. Preto sa očakáva podpora štátu (alebo aspoň
odstraňovanie bariér) pri výstavbe nových bioplynových staníc.
Tomu zodpovedajú aj vyhlásené priority v rámci Štrukturálnych fondov na obdobie 2007 – 2013. Výstavby
bioplynových staníc je možné financovať z operačného programu Konkurencieschopnosť a hospodársky rast
(prioritná os 1) alebo z operačného programu Životné prostredie (prioritná os 3, prípadne 4). Okrem toho je
možné využívať aj národné finančné nástroje (Environmentálny fond a Recyklačný fond) v zmysle vládou
prijatého materiálu Postupnosť (Roadmap) implementácie Akčného plánu pre environmentálne technológie
(ETAP) v SR a jeho aktualizovanej verzie zo dňa 9. januára 2008.
- 135 -
Centrum excelentnosti pre využitie obnoviteľných zdrojov energie na Slovensku
V roku 2008 ÚCHEI FChPT STU Bratislava získal významný výskumný projekt zo zdrojov Nórskeho
finančného mechanizmu (NFM). Cieľom tohto projektu je vytvorenie „Centra excelentnosti pre využitie
obnoviteľných zdrojov energie na Slovensku“, ktoré má pomôcť rozvoju výskumu a aplikácii procesov v oblasti
termických a biologických procesov pri využívaní obnoviteľných zdrojov energie na Slovensku. Projekt
SK00023 „Vytvorenie centra excelentnosti pre využitie obnoviteľných zdrojov energie na Slovensku“ získal
dotáciu v celkovej výške takmer 15 mil. Sk, pričom z 85% je hradený z prostriedkov NFM a 15% bude
hradených zo štátneho rozpočtu. Trvanie projektu je plánované na 36 mesiacov – v rokoch 2008-2010.
Vzhľadom na pomerne široký záber problematiky obnoviteľných zdrojov energie (voda, slnko, vietor, biomasa)
vytvorené centrum sa bude zameriavať predovšetkým na využívanie biomasy biologickými a termickými
spôsobmi.
ÚCHEI FChPT STU Bratislava sa biochemickými a termickými procesmi zaoberá už mnoho rokov a patrí
medzi špičkové slovenské pracoviská v tejto oblasti a má všetky predpoklady na to, aby sa stal lídrom v rozvoji a
aplikácií technológií s využitím obnoviteľných zdrojov energie na Slovensku. Doterajšie skúseností pracovníkov
ÚCHEI predovšetkým v oblasti termických a oxidačných procesov, energetiky, modelovania a riadenia
chemických procesov, anaeróbnych procesov spracovania čistiarenských kalov, výroby bioplynu z
potravinárskych a poľnohospodárskych odpadov a pod. sú zárukou na úspešné etablovanie centra, ako aj na
následný rozvoj týchto technológií na Slovensku. Je potrebné však konštatovať, že materiálové zabezpečenie
ÚCHEI nezodpovedá moderným požiadavkám v tejto oblasti a práve projekt SK00023 by mal pomôcť úspešne
zachytiť celosvetový trend v technológií obnoviteľných zdrojov a vybudovať moderné prístrojové vybavenie,
ktoré bude základom k vedeckému a technickému napredovaniu.
Moderné univerzitné centrum excelentnosti na podporu rozvoja technológií na báze obnoviteľných zdrojov
energie bude špičkové univerzitné pracovisko, ktoré by vychovávalo mladých odborníkov, ktorí pre prechod do
praxe budú vybavení nielen dostatočnými teoretickými vedomosťami, ale aj skúsenosťami z praktických
aplikácií, ktoré získali počas štúdia. Výchova mladých odborníkov v oblasti technológií na báze obnoviteľných
zdrojov by mala byť jedným z najdôležitejších prínosov tohto projektu. Nemenej dôležitým prínosom tohto
projektu bude aj transfer moderných poznatkov slovenským výrobcom a konečným užívateľom technologických
zariadení potrebných pre praktické aplikácie. Ďalším pozitívnym aspektom tohto projektu bude, že prevažná
väčšina aplikácií projektov obnoviteľných zdrojov energie by sa realizovala vo vidieckych lokalitách Slovenska,
kde sú priaznivejšie podmienky pre ich realizáciu. To by mohlo výrazne podporiť využívanie alternatívnych
zdrojov energie predovšetkým na úrovní obcí a malých regiónov. Pestovanie vybraných energetických plodín by
mohlo podnietiť rozvoj poľnohospodárskych aktivít v tých vidieckych lokalitách, ktoré sú v súčasnosti
ekonomicky neefektívne a poľnohospodárska pôda nie je využívaná.
Záver
„Centrum excelentnosti pre využívanie obnoviteľných zdrojov energie na Slovensku“ vytvorí ideálne podmienky
pre spoluprácu medzi vedecko-výskumnou kapacitou ÚCHEI FCHPT STU v Bratislave a investično-aplikačnou
kapacitou podnikateľských subjektov, ktorí sú v súčasnosti na Slovenskom (ale aj Českom) trhu. Riešiteľský
kolektív projektu vyzýva tieto subjekty na užšiu spoluprácu v oblasti biologických a termických procesov
využívania obnoviteľných zdrojov energie a ponúka svoje technické možnosti a dlhoročné „know-how“
Poďakovanie
Predložený príspevok vznikol ako súčasť riešenia projektu SK00023, ktorý bol podporený Nórskym finančným
mechanizmom (www.eeagrants.com)
Použitá literatúra
1. http://ec.europa.eu/energy/res/index_en.htm
2. http://www.euractiv.sk/energetika/clanok/obnovitelne-zdroje--ambiciozne-europske-ciele
3. Váňa J.: Bariéry rozvoje bioplynu v České republice. Odpadové fórum 12/2007 s.12-13.
4. Ministerstvo hospodárstva SR: Stratégia vyššieho využitia obnoviteľných zdrojov energie SR. Bratislava,
2006.
5. http://www.enviroportal.sk
6. http://ekonomika.sme.sk/c/3673746/Polomka-planuje-postavit-bioplynovu-stanicu.html,
7. www.ozeport.sk/zdroje/biomasa.html
- 136 -