Materiálové a energetické využití čistírenských kalů

V současné době se čistírenské kaly (ČK) využívají v zemědělství přímou aplikací na půdu či ve formě kompostu, spalují se nebo se odstraňují uložením na skládce. V České republice výrazně převládá materiálové využití na zemědělské půdě či v kompostech. Oproti tomu v zemích západní Evropy (např. Německo, Rakousko, Švýcarsko, Nizozemsko, Belgie) je běžnější spalování nebo spolu-spalování. Tento přístup vychází z obav o kontaminaci životního prostředí škodlivinami obsaženými v ČK, jako jsou těžké kovy, mikroplasty, patogeny, organické polutanty (PAU, per- a polyfluorované látky (PFAS), zpomalovače hoření, léčiva, hormony nebo endokrinní disruptory atd). Tyto látky jsou při spalování odstraňovány a vzniklý popel v případě mono-spalování je bohatý na obsah fosforu, což je kritická surovina pro EU. Z tohoto důvodu již některé země jako Německo, Rakousko a Švýcarsko zavedly povinnost znovuzískávat (regenerovat) fosfor z popelů ze spalování ČK nebo přímo z ČK.

V rámci Výzkumné skupiny odpadového hospodářství a udržitelných technologií se tým pod vedením docenta Pohořelého věnuje problematice termochemického zpracování ČK, zejména pyrolýzou a spalováním ČK s následným využitím pevných produktů procesů. Výsledky výzkumu podpořeného projekty „TH03020119 – Materiálová transformace čistírenského kalu na hnojivo se zvýšeným obsahem fosforu“ a „QK21020022 – Komplexní posouzení aplikace upravených čistírenských kalů v zemědělství s ohledem na mikropolutanty“ byly úspěšně využity ve spolupráci s firmou HST Hydrosystémy, s.r.o. k optimalizaci provozu komerční jednotky na pyrolýzu čistírenských kalů na čistírně odpadních vod (ČOV) v Trutnově – Bohuslavicích. Praktickými závěry bylo doporučení provádět pyrolýzu při teplotě alespoň 500 °C, při jmenovitém výkonu nad 600 °C, aby bylo dosaženo:

• převedení dostatečného množství energie kalu do primárního pyrolýzního plynu, který dále slouží k ohřevu samotné pyrolýzy a předsušení kalu,
• odstranění přítomných organických polutantů, patogenů a mikroplastů, a
• vytvoření dostatečné porosity pyrolyzovaného kalu (sludge-char).

           (Energies 2020, J Anal Appl Pyrolysis 2021, J Anal Appl Pyrolysis 2022, Sci Total Environ 2024, Chemosphere 2021)

Tyto výsledky přispívají k úpravě evropské a české legislativy týkající se výroby a využití pyrolyzovaného kalu (sludge-char) v zemědělství. Například díky spolupráci byl v České republice sludge-char produkovaný v ČOV Trutnov vyjmut z katalogu odpadů a certifikován Ústředním kontrolním a zkušebním ústavem zemědělským jako pomocná půdní látka (Karbofert T1). Členové týmu rovněž působí jako vědečtí experti v jednáních skupiny pro pyrolyzované kaly v rámci European Biochar Industry Consortium (EBI), která má za úkol iniciování úpravy Nařízení Evropského parlamentu a Rady (EU) 2019/1009, kterým se stanoví pravidla pro dodávání hnojivých výrobků EU na trh vytvořením vlastní kategorie složkových materiálů pro pyrolyzované čistírenské kaly.

Dále se skupina pod vedením docenta Pohořelého věnuje problematice:

• fluidního spalování čistírenských kalů s možností využití vzniklých popelů pro znovuzískávání fosforu a dalších užitečných surovin, což bylo podrobně popsáno v přehledném článku J Environ Manage 2021,
• legislativě v oblasti nakládání s ČK na tuzemské i mezinárodní úrovni, např. v konkrétní spolupráci s vědeckými kolegy v Japonsku, závěry publikované v Clean Techn Environ Policy 2023,
• odstraňování per- a polyfluorovaných látek (PFAS) a organického fluoru obsažených v ČK pyrolýzou v laboratorním i aplikačním měřítku na ČOV Bohuslavice – Trutnov ve spolupráci s MBÚ AV ČR, s výsledky v Biochar 2024 – v tisku,
• výzkumu spalování ČK, podpořeným projektem „TK05020001 – Fluidní technologie pro decentralizované energetické využití vysušených čistírenských kalů“, jehož výsledkem bude projektová dokumentace a prototyp fluidního spalovacího zařízení o výkonu 0,5 MW.

• Energies 13, 4087, 2020. DOI
• Chemosphere 265, 129082, 2021. DOI
• J. Anal. Appl. Pyrolysis 156, 105085, 2021. DOI
• J. Anal. Appl. Pyrolysis 161, 105387, 2022. DOI
• J. Environ. Manage. 315, 115090, 2022. DOI
• Clean Techn Environ Policy, 2023. DOI
  
• Sci Total Environ. 918, 170572, 2024. DOI
• Biochar, 2024 v tisku