Přírodní způsoby odvodnění stabilizovaných kalů z malých ČOV

Úvod

Princip metody odvodnění tekutého stabilizovaného čistírenského kalu mokřadními rostlinami spočívá ve využití jejich vysoké transpirace, schopnosti přizpůsobení anaerobnímu prostředí, v přívodu kyslíku do kořenové zóny a využívání nutrientů k vytváření jejich mohutné biomasy.

Technické řešení spočívá ve vybudování mělkých, těsněných odvodnitelných kalových nádrží (kalových lagun). Na těsnění kalových nádrží se položí ochranná geotextilie a vrstva z tříděného písku s drenáží; nad ní je vrstva zemitého substrátu s vysázenými makrofyty.

Z rostlin se použijí v našich podmínkách rákos obecný (Phragmites australis), orobinec širokolistý a úzkolistý (Typha latifolia a angustofolia), zblochan vodní (Glyceria maxima), chrastice rákosovitá (Phalaris arundinacea) aj.

Velikost dávek kalů a jejich počet se volí podle vývoje rostlin a klimatických podmínek dané lokality. Obsah sušiny v tekutých stabilizovaných kalech se převážně pohybuje v rozmezí od 3 do 6 %, výjimečně více.

Obsah toxických látek ve stabilizovaných kalech, zejména těžkých kovů, nesmí překročit limitní koncentrace dané vyhláškou MŽP č.382/2001 Sb. Při zvýšeném přísunu rostlinných živin v kalech se předpokládá podstatně mohutnější rozvoj biomasy mokřadních rostlin než v běžných přírodních podmínkách, což prokazují prvé výsledky šetření.

Po ukončení vegetační doby se rostliny pokosí a ponechají na kalovém poli, kde jejich biomasa významně zvyšuje podíl organické hmoty v substrátu. Alternativním řešením je ponechat porost bez kosení, suché rostliny postupně zapadají do rozkládajícího se substrátu a humifikují. Po pěti až osmi letech provozu je kalová laguna vyplněná mineralizovaným organickým substrátem. Napouštění kalu se ukončí, substrát se odvodní a postupně vysuší. Po vysušení se substrát rozmělní půdní frézou, vytěží a kompostuje.

Poměrně značné zkušenosti z Rakouska uvádí Berghold (1992), v SRN Pauly et al. (1997) a v Dánsku Nielsen (2003) aj.

Technické řešení zařízení na odvodnění kalů mokřadní vegetací

Poznatky z vlastního výzkumu a publikované zahraniční zkušenosti byly podkladem pro zpracování návrhu na využití kalových polí s mokřadními rostlinami, který představuje stanovení potřebné plochy, počtu a uspořádání kalových polí. Potřebnou plochu kalové plochy "kalové laguny" (kalového pole) je třeba stanovit početně, vychází se z místních klimatických podmínek, použité vegetaci, uspořádání aj. Kalové laguny s makrofyty se navrhují minimálně v počtu 4 polí u rodinných domů - obr.1, optimální počet je 6 až 8. Takto se zajistí jejich střídavý provoz, což umožní odstavení jedné laguny, která je naplněná mineralizovaným substrátem z kalu včetně rostlinné biomasy a připraví se ke konečnému odvodnění, postupnému vysoušení a následujícímu kompostování. Předpokládaná doba provozního cyklu kalového pole činí nejčastěji 6 až 8 let, ale i více.

Obr.1 Schéma uspořádání kalového pole s rákosem pro rodinný domek

Na obr.2 je uvedeno schéma uspořádání provozního cyklu počínaje výsadbou mokřadní vegetace (a), přes osm provozních cyklů (a-c) až po závěr (e), spočívající v konečném odvodnění substrátu tvořeného mineralizovanou sušinou kalu a rostlinou biomasou až po jeho rozmělnění rotavátory.

Obr. 2 Schéma provozního cyklu odvodňování kalu pomocí vegetace

Technické uspořádání kalových lagun spočívá ve výstavbě pravidelných kalových polí s makrofyty; situování kalového pole může být nad terénem, na úrovni terénu a v terénu. Kalová pole s mokřadními rostlinami se u nadzemních uspořádání vymezují obvodovými hrázkami nebo umělými stěnami z plastů, železobetonu apod. K těsnění zemních nádrží se používají buď fólie z plastů (PE-HD) s dvojitým svárem chráněné geotextiliemi a vrstvou 0,15 až 0,20 m tříděného písku, nebo těsnicí jílové clony o mocnosti 0,3 až 0,60 m rovněž chráněné geotextilií. Hloubka jednotlivých polí bez náplně se pohybuje od 1.2 do 1,4 m.

Odvodňovací účinek zvyšuje trubková drenáž, umístěná nad těsnící vrstvu do štěrkového pásu z tříděného říčního štěrku frakce 8 až 16 mm a 4 až 8 mm. Prosáklá kalová voda se zachycuje drény a odvádí zpět do čistírny před usazovací nádrž. Konstrukce je patrná z obr.3. Konce odvodňovací drenáže se vyvedou nad terén a opatří větracím komínkem

Nasazení mechanizačních prostředků umožňuje zpevnění dna kalového pole dlažbou, umístěnou pod půdním substrátem. Jako zemitý substrát osvědčily se lehčí hlinitopísčité až písčito-hlinité půdy, resp. hlinité půdy s příměsí písku. Schéma podrobného řešení je znázorněné v obr. 4.

Obr.3 Podélný řez kalovým odvodňovacím polem s mokřadními rostlinami A-počátek, B-závěr

Stabilizovaný tekutý kal se čerpá kalovým čerpadlem z biologického septiku, vyhnívacího prostoru štěrbinové nádrže, stabilizačního kalojemu; dopravuje se potrubím do příslušné sekce kalového pole. Stabilizovaným kalem se nesmí zatopit rostliny v počátečním stadiu růstu; tato okolnost vyžaduje zvýšený objem kalových prostor, nádrží, jímek.

Obr.4 Řez kalovým polem se zpevněným dnem

Mineralizovaný a rotavátory homogenizovaný substrát se kompostuje, do kompostu je možné k tomuto substrátu přidávat rozmělněný domovní bioodpad a společně jej zpracovat, což umožňuje vyřešit jeho ekologické odstraňování.

Stanovení zatížení kalových polí

Celkové teoretické zatížení kalových polí M_z (mm.rok^-1) se vypočte z bilanční rovnice, vycházející z uspořádání znázorněného na obr.5 .

M_z = W_et + W_d - α.S_r - W_z

kde W_et je hodnota evapotranspirace ve směrodatně chladném roce, W_d - velikost drenážního odtoku, α - součinitel využití dešťových srážek, S_r - roční srážkový úhrn ve směrodatně vlhkém roce, W_z - množství vody poutané v půdním prostředí.

Obr.5 Řez kalovým polem s mokřadní vegetací 1-rostliny, 2-substrát, 3-filtr, 4-drén

Evapotranspirace úzce souvisí s teplotou ovzduší, graf závislosti evapotranspirace na teplotě ovzduší; vybraný příklad této závislosti u orobince úzkolistého je znázorněn na obr.6. Z této závislosti jednoznačně vyplývá, že limitní teplota růstu se pohybuje kolem 7°C.

Obr.6 Průběh evapotranspirace v závislosti na teplotě

Hodnoty evapotranspirace byly stanovené v malých lyzimetrech.V posledních letech jsme zjistili, že výše evapotranspirace mokřadních rostlin klesá v závislosti s velikostí plochy osázené mokřadními rostlinami, výzkum této závislosti probíhá. Tuto okolnost ovlivňuje specifické mikroklima mokřadních porostů. Tato šetření probíhají v současné době na terénních provozních zařízeních.

Závěr

Předložený příspěvek stručně shrnuje poznatky z poloprovozních šetření zaměřených na přírodní způsoby odvodnění tekutých stabilizovaných kalů z malých komunálních čistíren odpadních vod pomocí mokřadních rostlin. Dosažené výsledky jednoznačně prokazují použitelnost této metody v našich klimatických podmínkách, zejména u malých čistíren odpadních vod decentralizovaných staveb a při odvodnění kalů z malých domovních čistíren odpadních vod.

Literatura

[1] BERGHOLD, H., Klärschlammvererdung mit Hilfe von Helophyten. Graz: 1992, 61s.
[2] ČÍŽKOVÁ, H. et al., Úloha rostlin ve vegetačních čistírnách. In: Přírodní způsoby čištění odpadních vod III. Brno: FAST VUT, 2003, s.41-44.
[3] NIELSEN, S., Sludge treatment and drying reed bed systém. Roskilde: Env.and Energy A/S, 2003, 19 s.
[4] NIELSEN, S., Sludge Reed Bed Facilities - Operation and Problems. In:Wetland Systems. Avignon: IWA, 2004, s. 203 - 210.
[5] PAULY, U. et al., Zehn Jahre Kläschlammvererdung in Schilfbeeten. 44. Korrespondenz Abwasser, 1997, č.10, s.1812 - 1822.
[6] PRIBÁŇ, K., Výpar z porostu mokřadních rostlin. Sborník referátů ze semináře Třeboň: BÚ ČSAV, 1992, s. 67-70.
[7] ŠÁLEK, J., Využití mokřadní vegetace k odvodnění tekutých stabilizovaných čistírenských kalů. In: Přírodní způsoby čištění odpadních vod III. Brno: FAST VUT, 2003, s.71-76.
[8] ŠÁLEK,J., TLAPÁK,V. Přírodní způsoby čištění znečištěných povrchových a odpadních vod. Praha: ČKAIT, 2006, ISBN 80-86769-74-7, 283 s.
[9] ŠÁLEK,J., ŽÁKOVÁ,Z., HRNČÍŘ,P. Přírodní čištění a využívání vody. ISBN 978-80-7366-125-0, Brno: ERA group, 2008, 115 s.
[10] ŠÁLEK, JIŘÍ, ŠÁLEK, JAN: Odvodnění stabilizovaných čistírenských kalů pomocí mokřadních rostlin. 4.vodohospodářská konference 2004 s mezinárodní účastí. Brno: Práce a studie Ústavu vodních staveb FAST VUT v Brně, Brno: 2004, Sešit 6, s. 458 - 463, ISBN 80-7204-360-9,
[11] ŠÁLEK, JIŘÍ, ŠÁLEK, JAN, Filtrace tekutých stabilizovaných kalů půdním prostředím a jejich využití na půdách. 4.vodohospodářská konference 2004 s mezinárodní účastí. Brno: Práce a studie Ústavu vodních staveb FAST VUT v Brně, Brno: 2004, Sešit 6, s. 450 - 457, ISBN 80-7204-360-9

Předložený článek je zkrácenou verzí referátu předneseného na semináři "Decentralizované nakládání s odpadními vodami", Brno, 16.4.2009