Zpracování kalů

Charakteristika čistírenských kalů

 

 

Pojmem odpadní kal se označují směsi dvou nebo více odpadních látek. Nejméně jedna z těchto látek musí být přítomna v kapalném skupenství a vytvářet souvislou kapalnou fázi. Nejméně jedna další látka musí být přítomna v tuhém skupenství a musí být rozptýlena (dispergována) v souvislé kapalné fázi.

 

Kaly představují přibližně 1 – 2 % objemu znečištěných vod, je však v nich zkoncentrováno 50 – 80 % původního znečištění. To je způsobeno především patogenními mikroorganismy a obsahem toxických chemických látek (např. AOX, PCB, NEL aj.) a těžkých kovů (Cd, Cr, Cu, Hg, Pb, Zn). Počet a druh patogenů závisí na místních geografických, klimatických a demografických faktorech. Hlavním zdrojem patogenních mikroorganismů jsou exkrementy infikovaných lidí a zvířat. Mezi patogenní organismy, které se mohou vyskytnout v odpadních vodách, patří zejména viry (hepatitida A), bakterie (Salmonella, Escherichia coli), protozoa a parazitičtí červi.

 

Čistírenské kaly jsou složitou heterogenní suspenzí anorganických a organických látek odsazených z odpadních vod nebo vzniklých při technologických procesech čištění odpadních vod. Jsou bohatým zdrojem organické hmoty, základních živin i stopových prvků a mohou zlepšovat fyzikálně-chemické i biologické vlastnosti půd. Z živin jsou v kalech významně zastoupeny především dusík a fosfor, obsah draslíku bývá většinou nízký. Reakce kalu je většinou neutrální až alkalická. Obsah přístupných živin v čistírenských kalech je významný, ale značně variabilní mezi čistírnami, zatímco u jednotlivých čistíren je poměrně stabilní.

 

Důležitou vlastností kalu je jeho konzistence, která úzce souvisí s celkovou koncentrací tuhých složek v kapalině, jinak též vyjadřovanou jako obsah sušiny v kalu. Vazba vody k pevné fázi nemá v celém jejím objemu stejný charakter. Vedle tzv. prostorové vody oddělitelné gravitačními silami (sedimentací) existuje voda více či méně pevně vázaná v kalu, kterou lze separovat jen s vynaložením větší energie (v odstředivce nebo přívodem tepelné energie). Sušina většinou nepřekročí 10 %, závisí však značně na charakteru kalových částic. Proto dva kaly o stejné sušině mohou mít zcela odlišnou konzistenci.

 

Kaly z městských ČOV obsahují průměrně 0,5 až 7 % sušiny, která se skládá z 60-70 % organických látek a 30-40 % anorganických látek. Tuhá fáze kalu obsahuje přibližně 80 % suspendovaných částic o velikosti nad 0,1 mm a asi 20 % částic o velikosti pod 0,1 mm. Údaje o průměrném množství a složení kalů se od sebe značně liší v závislosti na místních podmínkách. Většina částic kalu má charakter koloidní nebo blízký velikosti koloidů. Jednotlivé částice mají velkou povrchovou plochu. Navíc organická hmota sušiny má obvykle kapilární tvar povrchu a zadržuje se v ní velké množství vody, což způsobuje nesnadné odvodňování kalů prostou sedimentací a snadné zanášení filtračních plachetek.

 

Produkce čistírenských kalů v ČR v absolutní sušině je přibližně 200 000 t/rok a vzhledem k mezinárodním dohodám a závazkům by mělo dojít v nejbližších letech k vybudování čistíren odpadních vod ve všech obcích nad 2 000 obyvatel, čímž se produkce kalů ještě zvýší. V příštích letech je odhadována na 220 000 až 340 000 t sušiny za rok.

 

Množství usazených kalů je závislé na volbě kanalizačního systému (oddělená nebo jednotná kanalizační síť), na stupni úrovně obyvatelstva a na druhu a množství průmyslových odpadních vod napojených na městskou čistírnu. Dále jsou množství a jakost kalů závislé na druhu a stupni čištění a na velikosti zatížení čistících zařízení. Neexistuje žádná univerzální metoda pro zpracování, využití, eventuálně likvidaci čistírenských kalů, proto je rozdílnost přístupů k nakládání s čistírenskými kaly značná.

 

Kaly se v ČOV usazují jednak ve formě primárního kalu, který se odděluje ze surové vody sedimentací v usazovacích nádržích, má zpravidla zrnitou strukturu a je tvořen nerozpuštěnými látkami, které prošly lapákem písku a česlemi, jednak ve formě sekundárního (aktivovaného) kalu, který vzniká v biologickém stupni čištění odpadních vod a odděluje se od vyčištěné vody v dosazovacích nádržích, má vločkovitou strukturu a je ovlivněn čistícím zařízením, v němž vznikl. Oba druhy kalů se spojují a společně nebo separátně se zahušťují před dalším zpracováním. Takto spojený kal se nazývá surový kal.

 

Tabulka: Složení kalu

 

 

 

Tabulka: Množství sušiny

 

 

 

V aktivovaném kalu se bakterie vyskytují převážně ve formě zoogleí. Z bakterií se nejčastěji vyskytují rody Pseudomonas, Flavobacterium, Chromobacterium, Azotobacter, Micrococcus, Arthrobacter, Acinetobacter, Mycobacterium aj. Kromě různých druhů bakterií mohou být v aktivovaném kalu přítomny v menším množství také houby, plísně a kvasinky. Pravidelně bývají přítomny i bakterie nitrifikační Nitrosomonas a Nitrobacter. Rovněž jsou často přítomny různé vláknité mikroorganismy. Pokud tyto organismy z jakýchkoliv důvodů převládnou v aktivovaném kalu, způsobují značné technologické potíže, projevující se špatnými usazovacími a zahušťovacími vlastnostmi kalu.

 

Z vyšších organismů jsou pravidelnou součástí aktivovaného kalu různá protozoa, vířníci, hlístice aj. Z prvoků jsou nejvíce zastoupena Peritricha (přibližně 33 %). Prvoci slouží často jako indikátorové organismy pro odhad stavu aktivovaného kalu, ve kterém jsou přítomni proto, že v něm nacházejí bohatou potravu.

 

Kvalitativní i kvantitativní složení aktivovaného kalu závisí hlavně na složení substrátu, na němž byl daný kal vypěstován, a na hodnotách technologických parametrů během kultivace (doba zdržení, zatížení a stáří kalu). Aktivovaný kal se liší od většiny čistých kultur také tím, že je schopen oddělovat se od kapalné fáze prostou sedimentací.

 

Množství kalů z čistíren se obvykle udává přepočtem v litrech na 1 obyvatele za den (l/obyv./den) nebo v množství kalové sušiny v gramech na 1 obyvatele za den (g/obyv./den). Obsah organických látek (organické sušiny) se určuje stanovením ztráty žíháním sušiny. Ztráta žíháním představuje celkový úbytek látek těkavých a spalitelných při
550 °C, a to organických i anorganických (H₂CO₃, NH₄⁺ apod.).