Využití stabilizovaného kalu z malých obytných objektů - aneb hledání možností

Předmluva (Plotěný)

Vzhledem k tomu, že se jako firma dlouhodobě pohybujeme v oblasti dodávek čistíren odpadních vod pro malé objekty, sledujeme, jaké tendence se objevují při řešení lokalit s touto problematikou. Dle našeho názoru je jedním ze zajímavých směrů, jak se vypořádat s kalem, i jeho odvodňování a stabilizace pomocí rostlin. Přinejmenším je to zajímavý směr pro řešení rekreačních sezónně obývaných objektů. V naší republice se již po řadu let touto problematikou zabývá pracoviště profesora Šálka na VUT v Brně a tak by bylo škoda nepoučit se právě tam. Takže níže je již příspěvek přímo od kovářů (Šálků) zveřejněný s jejich laskavým svolením.

Úvod (Jan Šálek-Jiří Šálek)

Většina malých čistíren odpadních vod samostatně stojících malých obytných objektů, bez možnosti připojení na stokovou síť, musí řešit naléhavý úkol, kterým je využití, v nutných případech pak zneškodnění vyprodukovaných čistírenských kalů. Možností je celá řada, k používaným způsobům patří:

1. Odvážení tekutých kalů fekálními vozy do nejbližší čistírny komunálních odpadních vod s kalovým hospodářstvím. Jedná se způsob nákladný, zejména při větších dovozních vzdálenostech a složitém přístupu k malé čistírně.
2. Vyvážení tekutého stabilizovaného kalu na vhodné zemědělské pozemky, které se nacházejí v blízkosti čistírny. Zde je třeba najít nejen vhodné pozemky, ale dodržovat příslušné směrnice týkající se nakládání s kalem, zejména vyhlášku Ministerstva životního prostředí ČR č. 382/2001 Sb. a její náročná ustanovení.
3. Odvodnění tekutých kalů např. v solárních odvodňovacích zařízeních (fóliovnících) a jejich následné kompostování.
4. Využívání těsněných kalových nádrží, odvodňování kalu pomocí mokřadních rostlin a po uzavření provozního cyklu, jejich kompostování společně s odumřelou mokřadní biomasou.

Poslední uvedený způsob je perspektivní, v zahraničí využívaný, ale u nás doposud poměrně málo propracovaným řešením.

Úvod do problematiky odvodňování pomocí mokřadních rostlin

Princip metody odvodnění tekutého stabilizovaného čistírenského kalu mokřadními rostlinami spočívá ve využití jejich vysoké transpirační schopnosti a možnosti vegetovat v anaerobním prostředí. Mokřadní rostliny vytvářejí mohutnou biomasu, k jejímuž vývoji využívají z kalů potřebné rostlinné živiny, stopové prvky a vodu. Z rostlin, vhodných pro tento účel, se použije v našich podmínkách rákos obecný (Phragmites australis), orobinec širokolistý a úzkolistý (Typha latifolia a angustifolia), zblochan vodní (Glyceria maxima), chrastice rákosovitá (Phalaris arundinacea) aj. Po dostatečném zakořenění rostlin a průběžném předchozím navlažování kalového pole vodou, se započne obvykle v druhé polovině května, s napouštěním stabilizovaných čistírenských kalů. Množství odvedené (odvodněné) vody M_k z jednotky plochy se vypočte z bilanční rovnice (obr. 1).

Mk = WET + WD - α.SR - WP

(1)

kde

WET	hodnota evapotranspirace
WD	velikost drenážního odtoku
α	součinitel využití dešťových srážek
SR	roční srážkový úhrn
WP	množství vody poutané v půdním prostředí

Obr. 1 - Schéma uspořádání kalového pole
1 - rostliny, 2 - zemitý substrát, 3 - filtr, 4 - drén

Z jednotlivých veličin bilanční rovnice je obtížněji stanovitelná hodnota evapotranspirace mokřadních rostlin, nemáme zatím dostatek přímých šetření. U malých producentů kalu, kterými jsou rodinné domy apod., se jedná o malé plochy, u nichž je hodnota evapotranspirace výrazně vyšší než u velkých ploch. Příklad průběhu evapotranspirace vzrostlého porostu rákosu, ze společného výzkumu realizovaného ve spolupráci s VÚV Brno, je uveden v obr. 2, sumární hodnoty evapotranspirace v jednotlivých měsících jsou uvedené v tab. 1.

Lyzimetr	Evapotranspirace v jednotlivých měsících (mm/měsíc)
	Červen	Červenec	Srpen	Září	Říjen	Celkem
M-2	289,2	272,2	304,6	277,3	132,3	1275,6

Tab. 1 - Hodnoty evapotranspirace rákosu obecného M-3 (2005)

Dešťové srážky S_z se stanoví na jednoduchých domácích ombrometrech. Snížení množství dešťových vod umožní, vzhledem k malé ploše kalového pole, jeho zakrytí v zimním období např. fóliovým krytem, přemístitelnou stříškou apod. Pro praktické bilancování se použijí dešťové srážky s pravděpodobností výskytu 70 až 80 % (ve směrodatně vlhkém roce). Součinitel využitelnosti dešťových srážek α = 0,7 až 0,8, na této hodnotě se podstatnou měrou podílí intercepce. Množství vody poutané v půdním substrátu W_z tvoří jednorázovou ztrátu, kterou je možné při bilancování zanedbat.

Drenážní odtok W_d se využívá především v závěrečném roce provozu, kdy se kalové pole kalem nezatěžuje, rozložený substrát se vysouší, odvodňuje a připravuje ke kompostování. Drenáž se rovněž využívá k odvedení srážkových vod při nadměrných dešťových srážkách. Filtrát se při běžném provozu vrací zpět do čistírny; filtrát mineralizovaným filtrátem v posledním roce provozu je možné využívat k zálivce trávníků apod.

Hodnoty evapotranspirace se používají pro směrodatně chladný rok, kde jsou průměrné teploty ve vegetačním období překročeny v 70 až 80 %. Pokud není dostatek měření pro konkrétní lokalitu, použije se pro přepočet na dané poměry metoda analogie např. s průměrnými denními teplotami. Potřebné údaje o teplotách a dešťových srážkách se získají v Českém hydrometeorologickém ústavu.

1.0 Základní návrhové parametry

K odvodnění mokřadními rostlinami se zásadně používá anaerobně, nebo aerobně stabilizovaný čistírenský kal; kal nesmí způsobovat žádné pachové závady. Denní produkce sušiny kalu se podle různých autorů pohybuje od 41 do 66 g/obyvatele, obsah vody přibližně bývá od 94 do 98 %. Pro konkrétní lokalitu se podstatně přesnější údaje o množství kalu získají přímým šetřením. Z bilanční rovnice se vyhodnotí potřebná plocha kalových polí pro konkrétní počet připojených obyvatel. U větších zařízení se tato hodnota přibližně pohybuje kolem 0,6 až 0,8 m² na 1 obyvatele. U rodinných domů, při malém počtu obyvatel, je třeba počítat s hodnotou mírně vyšší, předběžně 0,8 až 1,2 m² na 1 obyvatele.

Technické vybavení spočívá ve vybudování mělkých, těsněných a odvodnitelných kalových nádrží. Kalové nádrže tvoří buď zemní nádrže, těsněné plastovou fólií z PE-H, kryté geotextilií, různé plastové a železobetonové nádrže. Mokřadní rostliny se osadí do zemního substrátu z lehkých půd, pod nímž se umístí do filtrační vrstvy odvodňovací drenáž. Hloubka kalových polí se navrhuje 1,2 až 1,5 m; nad základní náplní se vytvoří 0,6 až 0,8 m vysoký prostor určený na postupnou akumulaci odvodněného kalu a zbytků mokřadní vegetace. Doba provozního cyklu mezi prvním napouštěním a ukončením provozu se pohybuje mezi 6 až 9 roky, spíše při horní hranici. U těchto malých objektů se navrhují min. 3 oddělená kalová pole, jedno z nich je určeno ke konečnému zpracování substrátu a jeho plocha se do celkové plochy připočítává. U větších zařízení se počet kalových polí volí podle počtu roků provozního cyklu. Po vyprázdnění se kalové pole vyčistí, doplní půdní substrát a osází mokřadními rostlinami a povoz pokračuje dále.

Kvalitu kalu u malých objektů si sleduje ve vlastním zájmu každý provozovatel sám, takto je možné, pečlivým sledováním vypouštěných odpadů, zcela vyloučit možnou kontaminaci těžkými kovy aj. toxickými látkami, patogenními mikroorganizmy apod.

Určitým menším problémem je zabezpečení kvalitní stabilizace kalu, aby se vyloučily případné pachové závady, některé způsoby čištění odpadních vod vyžadují malý akumulační prostor na akumulaci kalu v mimovegetačním období. Velmi zjednodušené schéma uspořádání kalových polí je znázorněné na obr. 3.

V době extrémních letních teplot, aby nedošlo k poškození porostu, je potřebné porost navlažit dešťovou vodou z dešťové cisterny.