Zpracování kalů a odpadních vod z čištění flotací

Nikdo nechce poškozovat krásnou přírodu Země. Pravdou bohužel je, že i tím, jak žijeme, každý den přispíváme ke znečištění. Každodenní činnosti, jako je splachování toalet, mytí nádobí nebo praní prádla, vytváří odpadní vodu, která má na přírodu dopad.

Uveďme si příklad: Čtyřčlenná rodina v České republice vyprodukuje denně asi 400 l odpadní vody. Celkový roční objem kalů vyprodukovaných ze všech čistíren odpadních vod v ČR je cca 200 000 tun. Odpadní voda, kterou denně produkujeme, doslova mizí v kanálu. Často si neuvědomujeme, v jaké hluboké krizi se naše planeta nachází kvůli masivnímu znečištění vody.

Kam tedy odpadní voda teče? Odpadní voda odtéká do čistírny odpadních vod, kde se rozděluje na „vyčištěnou vodu“ a „kal“. Vyčištěná voda se vrací zpět do přírody nebo se znovu používá, zatímco kal se musí likvidovat. Problémem však je, že likvidace kalů zatěžuje životní prostředí více, než si na první pohled uvědomujeme.

Vznik kalu a jeho charakteristika

I když tomu tak není ve všech případech a na celé Zemi, lidstvo se naučilo odpadní vody účinně čistit. Pro čištění odpadních vod nejen komunálních, ale i průmyslových, se v nevyšší míře využívají mikroorganismy. Jednoduše řečeno, nečistoty ve vodě se stávají potravou pro tyto mikroorganismy. Proces čistění odpadní vody má dva výsledné produkty: vyčištěnou vodu a kal, který obsahuje vše, co se podařilo z vody odstranit. Kal se v tomto případě skládá z mikroorganismů, jejich mrtvých těl a metabolitů.

Mikroorganismy jsou pro čištění vody nezbytné, ale jako vedlejší produkt vzniká tím více kalu, čím je voda čistší. Na kal zákon pohlíží jako na nebezpečný odpad a přesně definuje, jakým způsobem může být likvidován.

Čtěte také: Hospodářství s odpady v Holešově

Přebytečný kal obsahuje více než 99 % vody. Pokud by se tento kal musel odvážet cisternami na skládku bez předběžného zpracování, náklady by byly obrovské. Odvodňovací lisy zmenšují objem kalu tím, že ho co nejvíce odvodní, což snižuje náklady na likvidaci i zátěž pro životní prostředí. Odvodněním kalu jsme schopni zredukovat jeho objem o více jak 90 %. Odvodněnému kalu se poněkud zvláštně říká „kalový koláč“ z anglického „sludge cake“. Lisy tak vytvářejí kal ve formě kalového koláče, který se snadněji přepravuje a likviduje. Úloha zahušťovačů kalu je v podstatě stejná, s tím rozdílem, že kal za po zahuštění zůstává stále kapalný, což je užitečné, když se s ním dále manipuluje.

Voda oddělená zahuštěním nebo odvodněním kalu se vrací do procesu čištění odpadních vod, upravuje se a poté se vypouští do řek a jiných vodních ploch, aby se mohla vrátit do svého přirozeného koloběhu. Na druhou stranu se kaly často nakonec likvidují skládkováním, kompostováním nebo spalováním. Z hlediska ochrany životního prostředí a realizace udržitelné společnosti je nesmírně důležité aby se objem kalu, tedy materiálu k likvidaci, snížil na minimum. Obecně platí, že míra redukce objemu kalu odvodňováním je vyšší než 95 %. Z tohoto důvodu se stroje na odvodňování kalů široce používají nejen ve veřejných čistírnách odpadních vod, ale také v továrnách a zemědělských podnicích, které vypouštějí odpadní vody nad určitý objem, jak to vyžadují zákony jednotlivých zemí.

Technologie odvodňování kalů

Existují různé druhy technologií určených k odvodňování kalů. Můžeme si je rozdělit na několik základních typů:

• Kalolis - funguje na principu filtrace, kdy se kal lisuje mezi filtračními deskami, pracuje sekvenčně, nikoliv kontinuálně a při svém provozu jej lze přirovnat k měchům akordeonu (tahací harmoniky).
• Síto-pásové lisy - fungují na principu stlačování kalu mezi propustným „nekonečným“ pásem a válci.
• Odstředivky - fungují na principu oddělování pevných a kapalných složek kalu pomocí odstředivých sil při vysokých otáčkách.
• Šneko-lisy - fungují na mechanickém principu, kdy šnekovnice protlačuje kal válcem, jehož perforovaný povrch tvoři filtrační element pro oddělení pevných částí od vody. Jejich konstrukce je vyjimečná tím, že filtračním elementem odvodňovacího válce není síto (perforovaný povrch), ale kombinace pevných a volných kroužků, kdy mezery mezi nimi tvoří onen filtrační element. Volné kroužky jsou díky kontaktu se šnekovnicí v neustálém pohybu, což zajišťuje odvodňovacím lisům samočistící funkci. Povrch odvodňovacího válce nemusí být, na rozdíl od jiných šneko-lisů, čištěn tlakovou vodou ani mechanicky.

Výše popsaná konstrukce mechanicky zabraňuje ucpávání, výrazně zlepšuje energetickou účinnost ve srovnání s běžnými systémy. Kromě toho, díky kompaktním rozměrům, kterých je u konvenčních systémů obtížné dosáhnout, mohou nyní naše odvodňovací lisy zavádět i obce nebo firmy takové velikosti, které nemohly najít ekonomické opodstatnění pro zavedení odvodňování kalů přímo ve svém provozu. Například v Evropě je běžnou praxí, že si obce s počtem obyvatel do 5 000 zajišťují mobilní odvodňovací vůz, který odvodňuje kaly přibližně jednou týdně. Nebo jsou používány konvenční výrobky s nadměrnou kapacitou a provádějí odvodnění také jednou týdně. V těchto případech je však množství dusíku, které je obsaženo ve filtrátu vraceném do čistírny odpadních vod tak veliké, že komplikuje provoz resp. funkci celé čistírny.

Po zpracování se vodárenské kaly mohou využívat např. v zemědělství, lesnictví, průmyslu, při čištění spalin nebo odpadních vod. V ČR je zatím využívání vodárenských kalů velmi ojedinělé.

Čtěte také: Dětské papírové pleny: složení a likvidace

Vodárenské kaly - definice a zpracování

Názvosloví vodárenské technologie používá pro odpady vznikající v technologickém procesu úpraven vody souhrnný název vodárenské kaly. Přesná definice je obtížnější, neboť u vodárenských kalů se jedná jak o kaly, tedy odpady v pravém slova smyslu, tak i odpadní vody. Norma ČSN 75 0150 Názvosloví vodárenství definuje vodárenský kal jako kal odpadající z provozu úpravny vody. Obecně pod pojmem kal rozumíme suspenzi pevných látek nazývaných sušina kalu.

Vodárenské kaly se zpracovávají přímo na úpravně nebo se vypouští do kanalizace a následně probíhá zpracování a likvidace společně s odpadní vodou až na čistírně odpadních vod. Protože vodárenské kaly obsahují až 99 % vody, je třeba před dalším nakládáním s nimi snížit obsah vody, a to zahušťováním a odvodňováním. Cílem zahušťování je získat kal o koncentraci asi 1,5 až 4 % sušiny. Zahuštění větší než 4 % sušiny se již nedoporučuje s ohledem na dopravu čerpáním. Mechanickým odvodňováním lze pak získat kal v rypném stavu.

Metody zahušťování kalů

Zahušťování je možno provádět sedimentací nebo flotací. Ve vodárenství se k zahušťování kalů používá nejčastěji sedimentace v zahušťovacích nádržích. Zahušťovací nádrže se využívají k zahušťování kalů získaných z usazovacích nádrží. Usazování a zahušťování se dá provádět i v jedné nádrži, avšak většina usazovacích nádrží je nevyhovující kvůli malé výšce kalového prostoru.

Zahušťovací nádrž se většinou zařazuje před odvodňovací zařízení (odstředivky, kalolisy atd.), protože zahuštěním se sníží objem kalu. Zahušťovací nádrže jsou velmi podobné kruhovým usazovacím nádržím. Staví se obvykle hlubší, jsou železobetonové nebo ocelové s tepelnou izolací pláště. Průměr nádrží se navrhuje od 3 do 25 m (lze až 42 m) a hloubka 2,4 až 14 m (podle výrobce).

Většina úpraven využívá dvě zahušťovací nádrže v odstavném režimu (jedna se plní, v druhé probíhá zahušťování). Pokud je navržen průtočný režim, stačí i jedna nádrž. Před průtočnou nádrž se instaluje vyrovnávací komora, kde se homogenizuje kal z různých procesů. Zahuštěný kal se odebírá ze dna k dalšímu zpracování. Voda je odebírána od hladiny a vrácena před první separační stupeň nebo vypouštěna do kanalizace. Zahušťování je podporováno pomalým mícháním (např. spirálou u dna nebo tyčemi). V zahušťovací nádrži lze dosáhnout až ztrojnásobení sušiny kalu při době zdržení 1 až 5 dní.

Čtěte také: Zdravotnický odpad a jeho definice

Flotace

Flotace je technologický proces vhodný pro separaci suspendovaných látek, mikroorganismů a částic, které vznikly koagulací, případně koagulací s následnou flokulací z kapaliny. Flotace pro svoji separační účinnost využívá pod tlakem rozpuštěný vzduch, jehož pomocí jsou z kapaliny vytěsňovány nežádoucí látky. V literatuře je flotace označována DAF (dissolved air flotation). Flotace bývá až o řád účinnější než sedimentace.

Při úpravě pitné vody je flotace zařazována jako první separační stupeň v rámci dvoustupňové úpravy, jako perspektivní řešení se flotace jeví pro zahušťování kalů na úpravnách vody. V zahraničí je flotace v kontejnerovém provedení instalována například v kalovém hospodářství úpravny vody Betasso (The City of Boulder, Colorado), kde se využívá pro zahušťování vody z praní filtrů. Od roku 1996 je flotace pro zahušťování vody z praní filtrů využívána i na úpravně Beaver Run (Westmoreland County, Pennsylvania). V České republice je v současnosti flotace využívána v kalovém hospodářství úpravny vody Souš, začátkem května 2014 byla po rekonstrukci uvedena do provozu úpravna vody Mostiště, kde byla navržena flotace a šnekový lis do kalového hospodářství. V rámci rekonstrukce byly dvě nové flotační jednotky určené k zahuštění odpadních vod nainstalovány i v úpravně vody III.

Metody odvodňování kalů

Odvodňováním vzniká kal rypatelné konzistence, se kterým je možno manipulovat jako se zeminou. Kaly se odvodňují dvěma způsoby, a to buď přirozeně (gravitačně) na kalových polích a kalových lagunách, nebo uměle (strojně) na kalolisech, pásových lisech, odstředivkách a dalších zařízeních. Gravitační způsoby mají nízkou efektivitu, která je závislá na klimatických podmínkách a jejich využívání je na ústupu. Ze strojních odvodňovacích zařízení se v našich podmínkách pro zpracování vodárenských kalů používají převážně odstředivky nebo kalolisy.

V některých případech strojního odvodňování kalů je vhodné upravovat fyzikální vlastnosti kalu buď fyzikálně (ohřev, vymrazování, ultrazvuk, přidání zrnitých materiálů - popílek, piliny atd.) nebo chemicky (přídavkem flokulantů). Předúpravou kalu se zvýší účinnost odvodňovacího procesu a tím je snížena spotřeba energie.

Kalová pole

Dle definice typizační směrnice Hydroprojektu Praha jsou kalová pole upravená a odvodňovaná plocha s filtrační drenážní vrstvou, na kterou se vypouští částečně zahuštěný kal, aby vyschnul. Kalová pole jsou většinou nezastřešené obdélníkové nádrže ohraničené betonovou stěnou. Na dně bývá sypaná vrstva štěrku a na ní vrstva písku. Ve štěrkové vrstvě se nachází drenážní trubky, které vyúsťují do hlavního sběrače. Rozměry kalového pole mohou být až 20 × 8 m, kal se napouští do výšky 30 až 50 cm. Odsazená voda se odvádí přepady.

Kvalita odsazené vody by měla být taková, aby bylo možné vodu vypouštět přímo do recipientu bez jakýchkoliv úprav. Při odvodňování na kalových polích se uplatňuje sedimentace, filtrace přes pórovité prostředí, sluneční energie a povětrnostní vlivy. Cyklus vysoušení vyžaduje nejméně tři samostatné jednotky s periodickou výměnou funkcí: napouštění, vysychání, vybírání s přípravou na další napouštění. Každá jednotka má posuvné hradící zařízení ke stahování odsazené vody. S ohledem na zimní provoz (tlak ledu na obvodové stěny) je vhodné kalové pole konstruovat se zpevněnými zemními hrázkami nebo s betonovou dělící stěnou. Malá tloušťka vyklizené vrstvy kalu (10 až 30 cm) připouští použít jednoduché mechanismy k vybírání (transportéry, pojízdné vyklápěcí lžíce na pásovém podvozku, vlečné lopaty. Po 1 až 2 měsících zdržení získáme cca 10 cm tlustou vrstvu kalu s 10-20 % sušiny.

Kalové laguny

Definice kalových lagun dle typizační směrnice uvádí, že kalová laguna je ohrázkovaná nádrž s funkcí odsazení, zahuštění, promrznutí a vysoušení kalů. Hrázky a dno jsou dle potřeby zpevněny. Kalové laguny mají na rozdíl od kalového pole přirozené dno bez drenážní vrstvy. Obvodové hrázky bývají zemní, zpevněné drnováním, dlažbou nebo panely. Laguny bývají opatřeny vjezdem pro mechanizaci. Navrhují se nejméně dvě jednotky. Odsazená voda se vypouští z každé laguny samostatně.

Kalové laguny plní zahušťovací i odvodňovací funkci, do lagun lze vypouštět kaly zahuštěné již na 1-2 % v zahušťovacích nádržích. Kal se do lagun napouští do výšky 0,6-1,0 m, vysychá cca 5-6 měsíců. Na 1 tunu sušiny připadá přibližně 16,7 m3 kalu s 6% koncentrací. Vzhledem k nutnosti promrznutí se kalové laguny navrhují na dvouletý pracovní cyklus. Vzhledem k velkým plošným nárokům na zábor zemědělské půdy se vyplatí kalové laguny navrhovat pro úpravny do cca 300 l.s−1. U větších úpraven se doporučuje zahuštěné kaly odvodňovat strojně, například na pásových lisech nebo kalolisech.

Odvodňovací vaky

Odvodňovací vaky jsou jednoduchá odvodňovací zařízení vyrobená z hydrofobního materiálu (nejčastěji polypropylen). Jsou vhodné pro menší úpravny, kde je produkce kalu v sušině menší než 200 kg.den−1. Kal se před odvodňováním předupravuje pomocí polymerních flokulantů a následně se ručně nebo automaticky napouští do vaků. Ve tkanině vaku jsou póry, kterými voda působením gravitace vytéká ven a vak se doplňuje dalším kalem. Vak s odvodněným kalem se zašije speciálním strojkem a může probíhat další fáze - vysušování kalu. Tato fáze trvá 1 až 2 měsíce v závislosti na klimatických podmínkách a kal se vysuší až na obsah sušiny 50 %. Vaky je možné skladovat i venku, protože vodu propouští pouze směrem ven. Tento způsob odvodňování kalů se s ohledem na nízké investiční náklady jeví jako perspektivní pro menší úpravny. Tato technologie se v současnosti využívá pro odvodňování různých kalů, rybničních sedimentů a odpadních vod. Výhodou je mobilita a velmi rychlá příprava pracoviště.

Kalolis

Kalolis je strojní zařízení k odvodňování kalů, pracující ve třech cyklech: plnění kalolisu nízkotlakým čerpadlem, plnění středotlakým čerpadlem, komprese koláče vysokotlakým čerpadlem. Kalolis je naplněn pomocí dopravníku nebo ručně kalem, který je pak hydraulicky stlačován mezi deskami (několik za sebou). Největší zařízení mají 50 rámů 2,5 × 2,5 m. Pevný podíl je zachycen na plachetkách v podobě filtračního koláče, voda odtéká drenážemi. Plachetky jsou buď z klasických materiálů (bavlna, len) nebo z materiálů syntetických (polyetylen, polypropylen atd.) Filtrační koláč je po otevření kalolisu dopravován pásovým nebo šnekovým dopravníkem do kontejneru. Celková délka filtračního cyklu je 1,5 až 6 hodin.

Před odvodňováním se provádí předúprava kalu přídavkem pomocných organických flokulantů případně vápna. Organické flokulanty zlepšují výrazně filtrační schopnost kalu i rychlost zahušťování. Množství flokulantu či vápna se stanovuje experimentálně a je pro každý druh kalu i způsob strojního odvodňování různé. Pro zpracování kalů z flotačních procesů byly prováděny testy odvodnění s použitím jak odstředivek, tak kalolisů. Z výsledků vyplynulo, že odstředivky nebyly schopné dosáhnout sušiny kalu alespoň 25 %. Jako vhodné zařízení se ukázal kalolis, který dosahoval sušiny kalu více než 30 %.

Pásový lis

Pásový lis je kontinuální odvodňovací zařízení, které tvoří dvojice nekonečných pásů a soustava vodících válců. Princip je založen na tom, že se kal posouvá v zužujícím se prostoru mezi dvěma pásy (plachetkami). Soustavou válců je kal odvodňován a na konci tratě odvodněný kal odpadává. Pásové lisy mohou být ve dvoupásovém nebo třípásovém provedení. Výhodou tohoto zařízení je malá spotřeba energie, zato však tyto lisy spotřebují velké množství vody na oplach pásů. Na pásových lisech je možné získat kal s podílem sušiny 20 až 35 %, přičemž podíl sušiny je možné ještě mírně zvýšit přidáním koagulantu.

Odstředivka

Odstředivka je kontinuální zařízení, kterým se odvodňují kaly. Hlavní částí odstředivky je kónický válcový buben a šnekový dopravník. Buben i šnek mají stejný smysl otáčení, ale rozdílnou rychlost otáčení. Kal je vpouštěn do odstředivky přívodním potrubím do tělesa šneku, odkud je odstředivou silou usměrněn k plášti bubnu. Těžší částice se usazují na povrchu bubnu a šnekem jsou kontinuálně posunovány do kuželové části, kde je výstup pro odvodněný kal. Odstředěná kapalina je vytlačována z bubnu vstupujícím kalem.

Odstředivky jsou výhodné na úpravnách, kde je nedostatek prostoru a vyžaduje se kontinuální, plně automatizovaný provoz. Kal není třeba upravovat přidáváním vápna (jak se někdy používá u komorových lisů), dávkuje se pouze polymerní flokulant. Nevýhodou odstředivek je hlučnost a vysoká spotřeba energie, která se však např. u dekantačních odstředivek Alfa Laval nové generace výrazně snížila. Průlom nastal představením řady G2 a dále pak řady G3, která snížila spotřebu elektrické energie oproti běžným typům dekantačních odstředivek přibližně o 30%. Odstředivky se donedávna používaly zejména na čistírnách odpadních vod, v současnosti ji využívá např. úpravna vody v Podhradí.

Závěr

Technologie zpracování vodárenských kalů jsou velmi různorodé. V České republice se pro zahušťování kalů využívají nejčastěji různé typy nádrží. Po zpracování se vodárenské kaly mohou využívat v mnoha odvětvích, a to například v zemědělství, lesnictví, průmyslovém sektoru (např. průmysl stavebních hmot), v technice životního prostředí (čištění spalin) nebo při čištění odpadních vod. V České republice je zatím využívání vodárenských kalů velmi ojedinělé. Kaly se spíše skládkují nebo vypouští na čistírny odpadních vod, kde se likvidují spolu s odpadními vodami.

tags: #odpad #voda #a #kaly #z #flotace

Oblíbené příspěvky:

• Obecná Ekologie - zkouška
• Čisticí prostředky pro mycí stroje
• Alternativní zemědělství v ČR
• Termíny svozu odpadu
• Vybavení pro hosty