Technológia

Čistiarenský kal

Čistiarenský kal je hlavným odpadovým produktom procesu čistenia odpadových vôd. Proces čistenia sa uskutočňuje v čistiarni odpadových vôd (ČOV), na výstupe ktorej odteká voda s podstatne zníženým obsahom znečisťujúcich látok. Nežiaduce zložky sa vo vode koncentrujú do kalu. Kal z ČOV je tvorený suspenziou pevných, organických a anorganických látok vo vode. Pri čistení odpadových vôd vzniká najskôr tzv. primárny kal, ktorý sa usadzuje v primárnych usadzovacích nádržiach a v procese biologického čistenia odpadových vôd sa tvorí prebytočný kal (sekundárny), ktorý sa usadzuje v dosadzovacích nádržiach. Prebytočný kal zmiešaný s primárnym kalom sa označuje ako zmesný kal..

Stabilizácia kalu

Zmesný kal je hygienicky závadný, pretože obsahuje patogénne mikroorganizmy (napr. salmonela, fekálne streptokoky) a značné množstvo organických látok (približne 70 % z celkovej sušiny kalu). Z uvedených dôvodov je preto nevyhnutné kal stabilizovať.

Všeobecne najrozšírenejšou metódou spracovania kalov je ich anaeróbna stabilizácia - metanizácia, pri ktorej zmesná kultúra mikroorganizmov postupne rozkladá biologicky rozložiteľnú organickú hmotu bez prístupu vzduchu. Pri metanizácii kalu klesne obsah organickej sušiny o 45 - 65 %. Výsledkom stabilizácie je produkcia kalového plynu, vzniknutá biomasa anaeróbnych mikroorganizmov a nerozložiteľný zvyšok kalu, ktorý je z hygienického a senzorického hľadiska nezávadný pre prostredie – stabilizovaný.

Anaeróbna stabilizácia kalu prebieha vo vyhnívacích nádržiach . Nádrže sú vybavené miešaním, ktoré zabezpečí efektívny kontakt aktívnej biomasy s kalom a odvodom kalového plynu a stabilizovaného kalu. Vyhnívacie nádrže sú v nepretržitej 24-hodinovej prevádzke. Obsluha technológie stabilizácie kalu spočíva hlavne v zabezpečení udržiavania stabilnej teploty 40°C (mezofilný spôsob vyhnívania), pravidelného dávkovania zmesného kalu do vyhnívacej nádrže a chemicko-technologickej kontroly prebiehajúceho procesu spracovania kalu.

.

Spracovanie stabilizovaného kalu

Z dôvodu lepšej manipulácie so stabilizovaným kalom sa odstráni z kalu čo najviac vody. K čiastočnému oddeleniu stabilizovaného kalu od kalovej vody dochádza vo vyhnívacích nádržiach 2 stupňa (31). Kalová voda je potrubnými rozvodmi odvedená na prítok ČOV a opätovne prejde kompletným čistením. Stabilizovaný zahustený kal z uskladňovacej nádrže, alebo z dodatočného gravitačného zahustenia, o sušine v rozsahu 2,5 – 4,0 %, sa ďalej strojne odvodní prostredníctvom dekantačnej odstredivky. Výsledkom odvodňovania je rozdelenie kvapalnej a pevnej fázy suspenzie na odvodnený kal a kalovú vodu. Sušina odvodneného kalu je v rozsahu 23 – 28 % a kal je v tzv. rypnom stave. Odvodnený kal sa následne prepravuje na miesto konečného zhodnotenia v zmysle platnej legislatívy.

Stabilizované odvodnené kaly predstavujú významný doplnkový zdroj organických látok, živín a biologicky aktívnych látok pre poľnohospodársky využívané pôdy. Hnojivý účinok kalu spočíva v priaznivom obsahu biologicky dôležitých prvkov (N, P, K, Ca, Mg), dostatku organickej hmoty a obsahu stopových prvkov nevyhnutných pre dobrý vývin rastlín.

Kalový plyn

Optimálne vedený technologický proces stabilizácie kalu zabezpečí tvorbu kalového plynu v hodnote 400 – 450 l na 1 kg privedenej organickej sušiny. Kalový plyn je v podstate zmesou metánu (CH4) a oxidu uhličitého (CO2), ktorá obsahuje v menšom množstve aj nežiaduce prímesi ako dusík (N2), sírovodík (H2S), amoniak (NH3) a vodnú paru (H2O). Jednotlivé zložky kalového plynu sú uvedené v tab. 1. V porovnaní so zemným plynom má kalový plyn nižší obsah metánu (zemný plyn má obsah metánu až 98 %), ale podstatne vyšší podiel CO2 (zemný plyn len 0,07 %). Z prímesí je najproblémovejší sírovodík, pretože v množstve nad 0,1 % pôsobí korozívne na technologické zariadenia. Amoniak je zdrojom zápachu.

Zloženie kalového plynu:

Plynná zložka kalového plynu	Chemický vzorec	Percentuálny obsah [%]
Metán	CH4	60 - 65
Oxid uhličitý	CO2	32 - 38
Vodná para	H2O	0 - 10
Dusík	N2	0 - 2
Kyslík	O2	0 - 1
Vodík	H2	0 - 1
Amoniak	NH3	0 - 1
Sírovodík	H2S	0 - 1

Spáliteľnou zložkou kalového plynu je metán, ktorý je na jednej strane výborný zdroj energie, na druhej strane je však druhým najdôležitejším skleníkovým plynom. V atmosfére zachytáva až 21-krát efektívnejšie teplo ako CO2. Cielene orientovaný proces jeho zachytávania, príp. riadený proces jeho výroby a následná premena na iný plyn a požadovaný druh energie (ako napr. elektrina a teplo) prináša spoločnosti úžitok a zároveň vysokou mierou prispieva k znižovaniu nežiaducej produkcie skleníkových plynov, a tým k ochrane životného prostredia.

Výhrevnosť kalového plynu sa v závislosti od obsahu metánu pohybuje od 5,5 až do 7 kWh/m3, v priemere okolo 6 kWh/m3. Výhrevnosť zemného plynu je vzhľadom na podstatne vyšší obsah metánu vyššia. Porovnanie najdôležitejších spaľovacích parametrov pre plyny je uvedené v tab. 2.

Spaľovacie parametre plynov

	Jednotka	Kalový plyn	Zemný plyn	Propán	Vodík
Výhrevnosť	kWh/m3	6	10	26	3
Hustota	kg/m3	1,2	0,7	2,01	0,09
Hustota v pomere k hustote vzduchu	-	0,9	0,54	1,51	0,07
Zapaľovacia teplota	°C	700	650	470	585
Rozsah zápalnej koncentrácie plynu vo vzduchu	%	6-12	5-15	2-10	4-80

Výroba elektrickej energie a tepla

Vyrobený kalový plyn je zo stropného priestoru vyhnívacích nádrží odvádzaný potrubnými trasami do plynojemov. Úlohou plynojemov je zabezpečiť konštantný pretlak kalového plynu v celom plynovom systéme a vyrovnávať nerovnomernosti v tvorbe a spotrebe kalového plynu. Kalový plyn sa prednostne využíva na vysoko účinnú kombinovanú výrobu elektrickej energie a tepla v KGJ a čiastočne na výrobu tepla v kotolni. Väčšina tepla vyrobeného týmto spôsobom sa spotrebúva v procesoch mezofilnej fermentácie, následne na vykurovanie objektov a prípravu teplej vody v areáli ČOV. Vyrobená elektrická energia je určená pre zabezpečenie samotného technologického procesu a potreby ČOV.