Kaly, podobně jako odpady, obsahují škodliviny, které je nutné od životního prostředí důsledně oddělovat. Technologie pro zpracování čistírenských kalů nesmí umožňovat vnášení škodlivin do životního prostředí. Jedním ze základních kritérií ohledně výběru technologie musí být její schopnost spolehlivě splňovat funkci účinného a spolehlivého filtru na hranici mezi antropogenní sférou a životním prostředím. Technologie pro zpracování čistírenských kalů nesmí umožňovat vnášení škodlivin do životního prostředí. Jako zástupce provozně dosud neověřených technologií bychom chtěli představit dvě procesně naprosto rozličné technologie.
Jako zástupce provozně dosud neověřených technologií bychom chtěli představit dvě procesně naprosto rozličné technologie. Zatímco technologie tzv. Použití mokré oxidace pro zpracování kalů vychází z technologie, jakým se zpracovávají některé brizantní odpady. Pro ně byla v poslední době zkoumána a vyvíjena aplikace tzv. nadkritické mokré oxidace (SCWO, Supercritical Water Oxidation - proces je veden při nadkritických podmínkách). Proces SCWO využívá změněných fyzikálních vlastností vody při nadkritickém stavu.
Var látky - v tomto případě vody - může probíhat jen v rozmezí tlaků a teplot trojného a kritického bodu. Křivka varu rovnovážného diagramu daného média končí v tzv. kritickém bodu, jehož parametry jsou pro každou látku zcela určité. Nad parametry kritického bodu je látka ve stavu tekutém. Mění-li se stav látky tak, že prochází během procesu nadkritickými stavy, může se její kapalná fáze měnit v plynnou, aniž projde varem. Tato změna vlastností má za následek vysokou rozpustnost pro organické látky a pro plyny (O2, N2, CO2) a téměř 100% absorpci kyslíku (zatím v určitém technickém měřítku). To vše je možné využít k rozkladu nesnadno odbouratelných odpadů procesem tzv. nadkritické mokré oxidace.
V procesu SCWO dochází k úplnému rozpuštění organických sloučenin v nadkritické vodě, úplnému vysrážení anorganických pevných látek, např. solí. Reakční čas úplného rozkladu se pohybuje mezi 30 a 60 sekundami a silně závisí na reakční teplotě. Reakce probíhá při zhruba 25 MPa a 400-600 °C a dochází při ní k úplné přeměně organického obsahu: např. organický uhlík přechází na oxid uhličitý, organická a anorganická síra na kyselinu sírovou. Dochází také k rozkladu těkavých pevných látek a oxidaci těžkých kovů na nejvyšší oxidační stupeň.
Další problém představují soli, které jsou ve škodlivinách či v odpadní vodě v rozpuštěném stavu. Tyto soli mohou z "nadkritické vody" krystalizovat a zapříčinit neovladatelné inkrustace zařízení. V SRN je další vývoj této technologie - pod jménem SUWOX (Superkritische Wasseroxidation) podporován BMBF (Spolkové ministerstvo pro vzdělávání a výzkum). Praktická použitelnost SUWOX procesu byla zatím prokázána jak modelovými substancemi, tak také reálnými vysoce toxickými odpadními vodami z výroby biocidů, laků a umělých pryskyřic na pokusném zařízení. Dosavadní pokusy ukazují, že destrukce různých látek v nadkritickém prostředí je možná.
V USA provozovala společnost Huntsman Corp., Austin, Texas v letech 1994-1999 komerční zařízení SCWO nadkritické mokré oxidace, které sloužilo ke zpracování odpadních vod z petrochemického průmyslu. Tyto odpadní produkty však neobsahovaly žádné korozívní substance nebo soli. Koncept firmy Huntsman nebyl schopen tyto odpadní substance zpracovat. V ČOV Toulouse se od roku 1998 provozuje pilotní zařízení pro odstraňování kalů, které bylo několikrát modifikováno. Poslední modifikace má název Athos. Proces je nazýván "mokrá oxidace" a je veden v podkritických podmínkách (teplota 230 - 250 °C, tlak 44 - 53 bar). Energetické bilance resp. energetická náročnost nejsou známy, resp.
Je zcela zřejmé, že uvedený výčet některých faktů skrývá řadu dosud neřešených či neznámých problémů (dimenzování konkrétního zařízení, volba materiálů, energetická náročnost, reálné investiční a provozní náklady, povolovací řízení - proces EIA, IPPC atd.). Technologie pro zpracování čistírenských kalů nesmí umožňovat vnášení škodlivin do životního prostředí. Pro konečné zpracování kalů je nutné volit takové postupy a technologie, které jednoznačně neumožní ředění či míšení odpadů, resp. rizikových látek. Současný vývoj v České republice bohužel dovoluje vznik technologií, které ignorují zmíněný zákaz ředění. Mezi takové patří výroba biopaliva s obsahem čistírenského kalu, jehož vývojem se zabývají některá pracoviště v ČR. Princip je triviální: kaly se smíchají např. s dřevním odpadem a takto připravená směs (základka) projde fermentačním procesem. Potencionální výrobci předpokládají vzestup teploty zakládky nad 70 °C po určitou definovanou dobu, což má vést k inaktivaci přítomných virů, bakterií, kvasinek, plísní, prvoků a helmintů. Vyšší teplota má tedy zajistit hygienizaci zakládky. Uvažovaná spalovací zařízení pro využití biopaliva nejsou obvykle vybavena zařízením na standardní čištění spalin. Škodliviny obsažené v biopalivu přecházejí do ovzduší, případně jsou obsaženy v pevných produktech spalování. Legislativa k biopalivům byla původně míněna pro bionaftu, bioplyn - tj. pro použití v dopravě namísto tradičních pohonných hmot. Jako odpadní biomasa pro vytápění byla také původně míněna pouze rostlinná hmota, nikoliv čistírenské kaly. Nicméně se čistírenské kaly dostaly textu vyhlášky č. 482/2005 Sb. (o stanovení druhů, způsobů využití a parametrů biomasy při podpoře výroby elektřiny z biomasy). Může se tedy stát, že se znečišťování životního prostředí bude finančně podporovat.
Používání čistírenských kalů v zemědělství není, až na malé regionální výjimky, dlouhodobým vyhovujícím řešením. Určitou možnost či určité částečné řešení problému konečného zpracování kalů lze hledat ve výrobě tzv. substrátů na bázi čistírenských kalů. Používání čistírenských kalů k výrobě "biopaliv" není dlouhodobým vyhovujícím řešením. Vzhledem ke kapacitám cementářských pecí, stávajících spaloven odpadu a množství čistírenských kalů je zřejmé, že nasazení jednotlivých vhodných technologií bude časově a regionálně diametrálně odlišné.
Technologie zpracování kalů
Kaly, podobně jako odpady, obsahují škodliviny, které je nutné od životního prostředí důsledně oddělovat. Technologie pro zpracování čistírenských kalů nesmí umožňovat vnášení škodlivin do životního prostředí. Jedním ze základních kritérií ohledně výběru technologie musí být její schopnost spolehlivě splňovat funkci účinného a spolehlivého filtru na hranici mezi antropogenní sférou a životním prostředím.
Zahušťování kalů
Zahušťování se provádí filtrací, gravitačně nebo centrifugací. Zahušťování je následným krokem, který zvyšuje koncentraci tuhé fáze. Zahušťování je často používáno k redukci hydraulického zatížení kalového hospodářství. Podstatně snižuje objem kalu, který musí být v systému zpracován. Špatně nadimenzované zahušťování kalu ovlivňuje kapacitu ČOV. Zahušťování využívá rozdíl ve specifické hmotnosti mezi vodou a částečkou kalu. Mezi technologiemi zahušťování jsou např. odstředivku.
Anaerobní stabilizace
Anaerobní stabilizace je proces, při niž dochází k přeměně většiny rozložitelných organických látek na bioplyn. Tento proces probíhá v nádržích (fermentorů), ve kterých probíhá anaerobní methanová fermentace. Výtěžnost bioplynu závisí na poměru primárního a přebytečného aktivovaného kalu. Nízká výtěžnost bioplynu může být způsobena nízkou koncentrací zpracovávaného kalu nebo nevhodným poměrem živin. Intenzifikace procesu anaerobní methanové fermentace je možná desintegrací (rozrušením) buněčných stěn a membrán mikroorganismů obsažených v přebytečném aktivovaném kalu. Buněčný lyzát způsobuje stimulaci anaerobní fermentace a tomu odpovídající zvýšení produkce bioplynu. Mechanická desintegrace je způsob přípravy lyzátu. Buněčných stěn mikroorganismů, obsažených v odstřeďovaném kalu. Zařízení do proudu vystupujícího zahuštěného přebytečného kalu. Dosáhnout desintegrace buněk a uvolnit tak potřebné množství lyzátu.
Hygienizace kalů
Hygienizace kalů je proces, při kterém dochází k usmrcování patogenních mikroorganismů. Lze ji provádět různými metodami, včetně tepelných úprav (např. pasterizace, termofilní stabilizace) nebo chemických úprav (např. přidání vápna). Termofilní stabilizace kalu, resp. dodatečná úprava kalu vápnem, jsou metody používané na velkých čistírnách. Tepelné metody hygienizace kalů zahrnují např. aerotermní hygienizaci a částečnou stabilizaci kalu. Pasterizace spočívá v ohřevu kalu na teplotu 70 °C po dobu minimálně 30 minut.
Sušení a spalování kalů
Sušení kalů snižuje jejich objem a hmotnost, což usnadňuje jejich další zpracování nebo likvidaci. Existuje několik typů sušáren, včetně diskových, konvekčních a sušáren s fluidním ložem. Spalování kalů je metoda, která umožňuje likvidaci velkého množství kalu a zároveň může sloužit k výrobě tepelné energie. Je však nutné zajistit účinné čištění spalin, aby nedocházelo k úniku škodlivin do ovzduší.
AS-DEHYDRÁTOR – technologie odvodnění kalu; Úpravy odvodňovacích zařízení pro průmyslové ČOV
Možnosti využití kalů
Využití kalů z čistíren odpadních vod je široké a zahrnuje mimo jiné:
- Zemědělské využití (hnojivo)
- Výroba substrátů pro rekultivace
- Výroba biopaliv
- Energetické využití (výroba bioplynu, spalování)
Používání upravených kalů na zemědělské půdě musí splňovat přísná kritéria stanovená legislativou, aby byla zajištěna ochrana zdraví a životního prostředí. Zvláštní důraz je kladen na obsah rizikových látek a patogenních mikroorganismů.
Vzhledem ke kapacitám cementářských pecí, stávajících spaloven odpadu a množství čistírenských kalů je zřejmé, že nasazení jednotlivých vhodných technologií bude časově a regionálně diametrálně odlišné. Produkce kalů z ČOV jednoznačně v Evropě stoupá, což vyžaduje neustálé hledání efektivních a udržitelných řešení pro jejich zpracování a využití.