Kaly a jejich zpracování

Zpracování kalů je zásadní výzvou pro města, obce i podniky, které spravují čistírny odpadních vod. Jedná se o komplexní problém zahrnující technické, environmentální i ekonomické aspekty. Zpracování kalů je navíc ovlivněno legislativními regulacemi a požadavky na udržitelnost. Řešením je odvodňování a sušení kalů. To nejen že zjednodušuje jejich následnou likvidaci, ale otevírá i nové možnosti využití – například v energetice či zemědělství.

V tomto článku se zaměřím na přehled aktuálně dostupných technologií pro sušení kalů a představím vám potenciální inovativní alternativu, která může být zajímavou novinkou nejen pro VaKy.

Jaké jsou možnosti likvidace odvodněného kalu?

Množství kalů pomalým tempem roste a způsoby, jakými je dnes odvodněná sušina zpracována, je ovlivněno dostupností navazujícího sušení kalů.

  • Kompostování: Cenově dostupné, ale s výhradami

Nejčastější využití odvodněného kalu představuje kompostování. Jde o relativně cenově dostupné řešení, kdy se kal smísí s dalšími složkami a postupně prochází biochemickými procesy, během nichž mikroorganismy rozkládají organické látky. Výsledkem je stabilizovaný a hygienicky bezpečný kompost, který je možné využít v zemědělství nebo při obnově krajiny. Přesto zde zůstává několik problémů – obsah těžkých kovů, hormonů, léčiv nebo patogenů může omezit využití výsledného kompostu, a vlhkost i teplota kalu mohou zpomalovat procesy kompostování.

  • Aplikace na půdu a rekultivace: Náročné na podmínky

Další možností je aplikace kalů na půdu nebo jejich využití při rekultivaci. Tento přístup však naráží na přísné požadavky na složení kalu, které není snadné vždy splnit. Nedodržení těchto podmínek může vést ke kontaminaci půdy, což znamená znehodnocení půdy na dalších x desítek let.

  • Skládkování: Neudržitelné a finančně náročné

Skládkování představuje nejnákladnější variantu, která navíc problém spíše odsouvá do budoucna, než aby ho řešila. Proto je také nejméně atraktivní možností.

  • Pyrolýza: Ekologická, ale drahá

Pyrolýza je pokročilá metoda, která je z hlediska environmentálního dopadu  nejatraktivnější variantou. Organické látky v kalech se za vysokých teplot (300–900 °C) v prostředí s minimem kyslíku rozkládají na pyrolýzní plyn, bioolej a biouhel. Každý z těchto produktů má specifické využití, například v energetice, nebo chemickém průmyslu. 

Odvodňování a sušení – jedno bez druhého nefunguje

    1. Odvodnění kalů

Mechanické odvodnění je prvním krokem v procesu zpracování kalů a klíčovým předpokladem pro jejich další úpravu. Kal tak dosahuje sušiny až 25 % (v některých případech i více). Pro menší čistírny (< 2 500 EO) je mechanické odvodnění často optimálním řešením z hlediska investičních a provozních nákladů. U větších čistíren (> 10 000 EO) je však ekonomicky i technologicky výhodné rozšířit odvodnění o navazující technologie, které umožňují další úpravu kalů.

    2. Sušení kalů

Sušení kalů zvyšuje obsah sušiny po mechanické odvodnění z 10-30% DS  na 40–90 % DS, zajišťuje homogenizaci kalu a zlepšuje fyzikální vlastnosti (například spalitelnost nebo skladovatelnost) a zároveň snižuje objem. Díky tomu je možné kal efektivněji využít v zemědělství, energetice, stavebnictví nebo jiných odvětvích.

Sušení kalů – jaké technologie existují?

  • Termální sušárny

Termální sušárny fungují na principu odpařování vody působením tepla, které vzniká přímo v technologii (nebo její blízkosti) topnými tělesy/spalováním plynu nebo nepřímým zdrojem tepla (např. odpadní teplo z elektráren, tepláren, kogeneračních jednotek, chlazení,...) případně kombinací zmíněných zdrojů, která často zvýší efektivitu sušení a sníží provozní náklady.

  • Netermální sušárny

Netermální technologie je téměř synonymem solárním sušárnám (+ nově i elektroosmotickému odvodnění). Solární sušárny fungují na principu skleníku, kde je kal rozprostírán po betonovém dně a působením sluneční energie spolu se systémem řízené ventilace dochází k odpařování vody. 

Porovnání spotřeby, výstupní sušiny a nevýhod jednotlivých technologií

Typ

Termální sušárny

Netermální sušárny

Technologie

Rotační

Pásové

Fluidní

Solární

Elektoroosmotické odvodnění (MP-EDW)

Spotřeba energie

900-1100 kWh/t
odpařené H2O

800-1100 kWh/t
odpařené H2O

<1000 kWh/t
odpařené H2O

30-40 kWh/t odpařené H2O (za ideálních podmínek)

250-450 kWh/t

odpařené H2O

Výstupní sušina

+90% DS

70 - 90% DS

60-90 % DS

40-60% DS

40-60% DS

 

Nevýhody

Nerovnoměrné sušení

x

x

Nižší výstupní sušina

Potřeba dalších technologií

x

Omezená kapacita

Pouze pro el. vodivé kaly

Prostorové nároky (100 m2)

Náročnost na vstupní materiál

Prostorové nároky (200-300 m2)

Potřeba filtrace vzduchu/spalin

Závislost na počasí/ročním období

Vysoká spotřeba energie

Vysoká počáteční investice

Ideální řešení zpracování kalů? Elektroosmotické odvodňování MP-EDW

Elektroosmotické odvodnění kalu, nebo také technologie elektroosmotického odvodnění/sušení, je návazným stupněm po mechanickém odvodnění. Princip této technologie spočívá v kombinaci elektroforézy (elektrické pole způsobuje separaci pevných látek od vody) a elektroosmózy (voda je tlačena do separačního pásu/membrány elektrostatickou Columbovou silou, která je vzniká působením elektrického pole).

Kal je na vstupu do zařízení rozprostřen na pásovém dopravníku (katodě), který z hlediska trajektorie kopíruje obvod středového bubnu (anody). Elektrodami je přivedeno napětí (přičemž dochází k narušení buněk ve kterých je vázána voda), které způsobí procházející proud a pevné látky jsou tak přitahovány k bubnu a voda tlačena k děrovanému pásu. Celý proces odvodnění tak probíhá bez tvorby prachu, zápachu a spalin.

Jaké jsou hlavní výhody této technologie?

  • Udávaná spotřeba energie je 0.25-0.45 kWh/l vody.
  • Nízká počáteční investice a provozní náklady.
  • Minimální prostorové nároky (10 m²).
  • Automatický režim ovládání.
  • Rychlost zpracování materiálu 3 minuty.

Katalog MP-EDW ke stažení

Pokud by vás zajímala návštěva referenčního projektu, spojte se s námi na mivalt@mivalt.eu a nasdílíme vám více informací.