Testování hygienizace čistírenských kalů pro malé zdroje znečištění

V současné době je na trhu jen několik technologií pro úpravu a hygienizaci čistírenských kalů pro malé zdroje znečištění. Technologie pro úpravu čistírenských kalů, které jsou v současné době na trhu, jsou vhodné pro velké čistírny odpadních vod, ale pro menší čistírny nebyly v praxi ověřeny. Transport čistírenských kalů do velkých čistíren navíc často komplikují logistické problémy, technologické problémy na čistírnách a celkový dopad na hygienu prostředí, což představuje zdravotní rizika. Cílem je ověřit technologie hygienizace čistírenských kalů určených především pro menší zdroje znečištění a vyhodnotit účinnost odstranění nežádoucích patogenních mikroorganismů, aby mohl být čistírenský kal prohlášen jako hygienizovaný.

Michal Novotný, Jakub Tobiáš, Tomáš Chorazy, Libor Kalhotka, Petr Kouřil, Petr Hlavínek

Abstract

Currently, there are only a few technologies on the market for the treatment and hygienisation of sewage sludge for small pollution sources. The sewage sludge treatment technologies currently on the market are suitable for large wastewater treatment plants, but have not been proven in practice for smaller plants. Moreover, the transport of sewage sludge to large treatment plants is often complicated by logistical problems, technological problems at the treatment plants and the overall impact on environmental hygiene, which poses health risks. The aim is to validate technologies for the hygienisation of sewage sludge intended primarily for smaller pollution sources and to evaluate the effectiveness of the removal of undesirable pathogenic micro-organisms so that sewage sludge can be declared hygienised.

Keywords

čistírenský kal, dlouhodobé skladování kalu, hygienizace kalu, pasterizace kalu

Úvod

Při využívání surových čistírenských kalů (ČK) vzniká potenciální nebezpečí kontaminace okolního prostředí kvůli přítomnosti patogenních organismů a dalších kontaminantů. Z toho důvodu je nutné na čistírnách odpadních vod (ČOV) využívat stabilizační procesy. Volba použité technologie značně závisí na vlastnostech surového kalu. Některé parametry jsou pro procesy stabilizace klíčové, např. pH, obsah organických kyselin a alkalita omezují proces anaerobní digesce, zatímco pH, amoniak a další parametry jsou důležité pro procesy kompostování [1]. Proces stabilizace ČK spočívá v rozkladu organických sloučenin, aby se snížila jeho hmotnost a dosáhlo se produktu, který je méně zapáchající a bezpečnější z hlediska veřejného zdraví [2]. Ve stabilizovaném ČK je množství rozložitelných organických látek a biologická aktivita kalu snížena na takovou úroveň, že již nepodléhá spontánnímu biologickému rozkladu [3]. Zatímco hygienizovaný ČK je takový kal, který prošel úpravou, že počty indikátorů patogenních mikroorganismů byly sníženy na stanovenou úroveň dle požadavků následného nakládání s ČK. Tyto parametry jsou stanoveny např. pro použití na zemědělské půdě nebo pro použití na nezemědělské půdě dané zákonem č. 541/2020 Sb. Zákon o odpadech [2]. Pro některé z forem následného nakládání s ČK nejsou předepsány žádné požadavky na parametry hygienizace a pak takový kal nemusí být hygienizován [3].

Podle dotazníkového šetření provedeným SOVAK ČR v roce 2018 vyplynulo, že dochází k výrazné změně v přístupu k ČK. Do šetření bylo zahrnuto celkem 1340 ČOV, z toho 356 řešených ČOV s realizovanou či připravovanou úpravou kalového hospodářství a dalších 984 provozovaných ČOV, jejichž produkovaný kal je svážen na řešené ČOV. Podle údajů Ministerstva zemědělství bylo v roce 2017 evidováno celkem 3091 ČOV. Tato studie tak pokrývá realizované a chystané nakládání s produkovanými ČK z více jak 43 % všech komunálních ČOV postavených a provozovaných na území České republiky. Z výsledků bylo zjištěno, že 24 % oslovených ČOV využívá jako doúpravu vápnění ČK a 2 % ČOV využívá pasterizaci ČK [4].

Hlavním cílem výzkumu bylo ověření hygienizace ČK pomocí odlišných technologií úpravy ČK, a to dlouhodobým skladováním a pasterizací. Kvalita ČK zpracovaného těmito technologiemi byla zkoumána analýzou čtyř mikrobiologických indikátorů (E. coli, Salmonella, ostatní koliformní bakterie a enterokoky). Účinnost hygienizace byla hodnocena sledováním snížení mikrobiologických ukazatelů a nepřítomnosti salmonel v 50 g kalu. Hodnocení indikátorových mikroorganismů vycházelo z vyhlášky MŽP 273/2021 Sb. [5].

Metoda řešení

V rámci testování byly odebrány vzorky ČK z rozdílných ČOV. Prvním typem vzorku použitým pro testy byl ČK z ČOV Bačice. Tento kal byl získán v druhém stupni čištění odpadních vod v aktivační nádrži. Tento kal měl při odebrání sušinu 5,5 ± 0,5 %. Druhým vzorkem byl vyhnilý a zahuštěný ČK z ČOV Rebešovice se sušinou při odběru 6,0 ± 0,5 %. Třetím typem vzorku použitým pro testy byl ČK z kořenové ČOV Dražovice, tento kal měl při odebrání sušinu 12,0 ± 0,5 %. Čtvrtým vzorkem byl ČK z ČOV Březina se vstupní sušinou 13,0 ± 0,5 %.

Bylo posouzeno odstranění mikrobiologického znečištění (vybraných technologií hygienizace ČK. Limitní hodnoty indikátorových mikroorganismů jsou stanoveny dle přílohy č. 28 k vyhlášce MŽP 273/2021 Sb. [4] jsou uvedeny v tab. 1. Ve vzorcích kalů byly dle požadavků stanovovány následující skupiny mikroorganismů: Escherichia coli a ostatní koliformní bakterie, enterokoky a Salmonella sp.

Navážka 10 g vzorku byla spolu s 90 ml sterilního Ringerova roztoku (Boikar Diagnostics, France) homogenizována po dobu 1 min. na homogenizátoru typu STOMACHER. 1 ml takto zpracovaného vzorku nebo jeho desítkové ředění byl inokulován do sterilních Petriho misek a zalit příslušným živným médiem, umístěn do termostatu při dané teplotě po příslušnou dobu. Po uplynutí doby kultivace byly na Petriho miskách odečteny typické narostlé kolonie a výsledek přepočítán a vykázán jako kolonie tvořící jednotky (KTJ) na gram vzorku. E. coli a ostatní koliformní bakterie byly stanovovány na chromogenní půdě HarlequinTM E. coli/Coliform Medium (LABM, UK) za 24 h při 37 °C. Enterokoky byly stanovovány na Slanetz-Bartley agar (Biokar Diagnostics) 37 °C za 48 h. Přítomnost bakterií Salmonella: předpomnožení proběhlo v pufrované peptonové vodě (navážka 50 g vzorku kalu do 450 ml) při 37 °C po dobu 18 h, pak bylo inokulováno 0,5 ml vzorku do selektivního média Rappaport-Vassiliadis (BIO-RAD), inkubace probíhala 24 h při 41,5 °C. Následně bylo vyočkováno 10 µl vzorku na Petriho misky s chromogenní půdou RAPID Salmonella (BIO-RAD), inkubace probíhala 24 h při 37 °C.

Tab. 1 Limitní hodnoty indikátorových mikroorganismů [5]

Dlouhodobé skladování čistírenských kalů

Při dlouhodobém skladování ČK dochází ke studenému vyhnívání, a to se projevuje obvykle za účelem vyrovnání složení kalů a umožňuje řízení množství ČK aplikovaného v zemědělství. V průběhu skladování kalu dochází k poklesu organického podílu kalu a hnojivá hodnota ČK klesá. Při dlouhodobém uskladnění tekutého kalu se snižuje množství virů a bakterií v ČK. Dosažený efekt odstranění znečištění závisí na především na délce uskladnění. V chladném podnebí nemá tato metoda dostatečný efekt [6].

V rámci testování hygienizace dlouhodobým skladováním byly testovány všechny čtyři druhy ČK. Byl zkoumán také vliv dvou odlišných typů odvodňovacích pytlů s různou gramáží materiálu. Byly použity odvodňovací pytle EWAC 1,0×0,8 m (30 g∙m⁻²) a vegetační pytle AS-GREEN SLOPE 0,55×0,35×0,15 m (120 g∙m⁻²). ČK byl testován zvlášť v každém z odvodňovacích pytlů a vzorky odebírané k analytickým rozborům byly taktéž odebírány odděleně. Napytlované ČK byly ponechány pod zastřešenou konstrukcí ve venkovním prostředí, viz obr. 1. Mikrobiologické vyhodnocení bylo provedeno na vstupních vzorcích a následně na vzorcích po 1, 3, 6 a 12 měsících. Dále byla měřena sušina (Kern MLS 50-3D) a u tekutých/zahuštěných vzorcích i pH a konduktivita (Eutech pH 150 a sonda ThermoFisher ORION Sure-Flow 91-72).

Obr. 1 Testování dlouhodobého skladování ČK

Pasterizace čistírenských kalů

Pasterizace je proces, při kterém je kal zahřátý na teplotu minimálně 70 °C po dobu alespoň 30 minut. Tato metoda se používá se pro ČK o sušině 3,5 až 6 %. Snížení patogenních mikroorganismů závisí na sušině kalu, pH a době pasterizace. U této metody hygienizace při krátké době působení velmi rychle dochází k opětovnému nárůstu mikroorganismů. Při prodloužení doby pasterizace na 60 minut lze s jistotou považovat kal za hygienizovaný. Výhodná je kombinace předřazené pasterizace a následné termofilní anaerobní stabilizace kalu. Důvodem je, že již oslabené patogeny v redukovaném počtu nejsou schopny soutěžit o substrát s anaerobní biomasou ve vyhnívacích nádržích a odumírají v ní [6].

V rámci testování pasterizace ČK ze tří lokalit (ČOV Bačice, ČOV Březina, ČOV Rebešovice) byl ČK pasterizován po dobu 30 minut při 70–73 ± 1 °C v pasterizačním zařízení, znázorněno na obr. 2. V průběhu pasterizace ČK míchán a diskontinuálně byla měřena teplota uvnitř kalu. K měření teploty byly použity vpichové teploměry značky Termoprodukt s odečtem teploty 1 s. Dále byla měřena sušina (Kern MLS 50-3D), pH a konduktivita (Eutech pH 150 a sonda ThermoFisher ORION Sure-Flow 91-72). Pasterizovaný ČK byl po ochlazení odebrán a následně podroben mikrobiologickému rozboru.

Obr. 2 Testování pasterizace ČK

Výsledky

Z dosavadních výsledků uvedených v tab. 2 není prokazatelně zjištěno, že dlouhodobé skladování ČK stoprocentně hygienizuje ČK dle požadavků SZÚ. K největšímu odstranění mikrobiologického znečištění došlo u vzorcích odebraných v letních měsících z důvodu vysokých teplot a bezdeštných dní. Jediný vzorek DB4E (ČOV Bačice, odvodňovací pytel EWAC) odebraný v červenci vyhovuje požadavkům SZÚ, avšak nultý vzorek z ČOV Bačice nebyl tak mikrobiologicky znečištěný jako ostatní vzorky z ČOV Rebešovice, ČOV Dražovice a ČOV Březina. Rovněž byl zaznamenán pozorovatelný rozdíl mezi použitými odvodňovacími pytli. ČK v pytli od firmy EWAC s menší gramáží se rychleji odvodnil a vyschl. Navzdory tomu je nutno větší opatrnosti při manipulaci s pytlem s jemnější gramáží. Je pozorován také vliv bezdeštných dní předcházející den odběru vzorku. V případě navlhnutí či zamokření skladovaného kalu dojde k růstu mikrobiologického znečištění, tento růst znečištění je možné vidět u vzorků DR4E a DR4A kdy došlo k odebrání právě takového vzorku kalu. V rámci následujícího ověření budou provedeny další testy na zbývajících vzorcích ČK po 1 roce.

Tab. 2 Průběžné výsledky dlouhodobého skladování ČK

Podle výsledků uvedených v tab. 3 bylo dosaženo požadovaného odstranění mikrobiologického znečištění dle požadavků SZÚ u všech provedených vzorků pomocí pasterizace ČK. Při míchání ČK v průběhu pasterizace došlo k rychlejšímu nárustu teploty na požadovanou minimální teplotu 70 °C. Rychlejší ohřev zajistí i menší spotřebu elektrické energie potřebné k pasterizaci ČK.

Tab. 3 Výsledky pasterizace ČK

Závěr

Výsledky dlouhodobého skladování ČK byly povzbudivé, zejména u vzorků z ČOV Bačice. Tím se prokázal možný potenciál tohoto způsobu hygienizace. Za účelem úplného ověření účinnosti této metody bude dále odebrán jednoletý vzorek pro posouzení průběžných výsledků dlouhodobého skladování ČK. Pasterizace ČK se ukázala jako účinná metoda odstraňování mikrobiálního znečištění v souladu s požadavky stanovenými ve vyhlášce MŽP 273/2021. Tento způsob hygienizace se provádí působením tepla, které má za cíl zničit veškeré mikroorganismy přítomné v kalu. Tento proces účinně snižuje riziko kontaminace a zajišťuje bezpečnost upraveného kalu. Výsledky testování rozdílných typů kalů uvedené v této práci přinášejí další nové informace, protože v praxi mohou být hygienizovány a využívány kaly z různých ČOV.

Literatura/References

1. RORAT, Agnieszka, Pauline COURTOIS, Franck VANDENBULCKE a Sébastien LEMIERE. Sanitary and environmental aspects of sewage sludge management. In: Industrial and Municipal Sludge [online]. Elsevier, 2019, s. 155-180 [cit. 2022-08-25]. ISBN 9780128159071. Dostupné z: doi: 10.1016/B978-0-12-815907-1.00008-8
2. FARZADKIA, Mahdi a Edris BAZRAFSHAN. Lime Stabilization of Waste Activated Sludge. Health Scope [online]. 2014, 3(3) [cit. 2022-12-16]. ISSN 2251-8959. Dostupné z: doi: 10.17795/jhealthscope-16035
3. Podklady pro oblast podpory odpadového a oběhového hospodářství OPŽP 2021 – 2027: Zařízení na zpracování kalů z ČOV [online]. Ministerstvo životního prostředí ČR, 2020 [cit. 2021-09-20]. Dostupné z: https://www.mzp.cz/C1257458002F0DC7/cz/odpadove_obehove_hospodarstvi/$FILE/OODP-5_Kaly%20z%20%C4%8COV_20200529.pdf
4. WANNER, Filip. Nakládání s čistírenskými kaly v České republice [online]. Praha: SOVAK ČR, 2019 [cit. 2021-09-14].
5. ČESKO. Vyhláška č. 273/2021 Sb., o podrobnostech nakládání s odpady. In: Zákony pro lidi.cz. © AION CS, 2010–2021. Dostupné také z: https://www.zakonyprolidi.cz/cs/2021-273
6. NOVOTNÝ, Michal, Tomáš CHORAZY, Petr HLAVÍNEK, Karel PLOTĚNÝ, Jakub TOBIÁŠ, Jakub JOHN a Tomáš ONDRAČKA. Ověření účinnosti hygienizace čistírenských kalů. Městské Vody 2022 [online]. 2022, 223-230 [cit. 2022-12-16]. Dostupné z: http://ardec.cz/mestskevody/

Autoři/Authors

Tato e-mailová adresa je chráněna před spamboty. Pro její zobrazení musíte mít povolen Javascript., Vysoké učení technické v Brně, Fakulta stavební, Centrum AdMaS, Purkyňova 651/139, 612 00 Brno

Ing. Jakub Tobiáš, ASIO TECH, spol. s r.o., Kšírova 552/45, 619 00 Brno

Ing. Tomáš Chorazy, Ph.D., Vysoké učení technické v Brně, Fakulta stavební, Centrum AdMaS, Purkyňova 651/139, 612 00 Brno

prof. Ing. Petr Hlavínek, CSc., MBA, Vysoké učení technické v Brně, Fakulta stavební, Centrum AdMaS, Purkyňova 651/139, 612 00 Brno

doc. Ing. Libor Kalhotka, Ph.D., Mendelova univerzita v Brně, Zemědělská 1665/1, 613 00 Brno

Ing. Petr Kouřil, Mendelova univerzita v Brně, Zemědělská 1665/1, 613 00 Brno

Poděkování/Acknowledgements

Tento článek byl vytvořen s finanční podporou MPO v rámci řešení projektu CZ.01.1.02/0.0/0.0/20_321/0024624 Hygienizace kalu pro menší zdroje znečištění a finanční podporou Vysokého učení technického v Brně v rámci řešení juniorského specifického projektu FAST-J-22-8017 Řešení současných problémů v oblasti nakládání a čištění odpadních vod.

Citace/Citation

Novotný, M., Tobiáš, J., Chorazy, T., Kalhotka, L., Kouřil, P., Hlavínek P. (2023). Testování hygienizace čistírenských kalů pro malé zdroje znečištění. Vodovod.info - vodárenský informační portál [online], 2023(1). Dostupný z WWW: http://vodovod.info. ISSN 1804-7157.