Zestalanie osadów ściekowych dla gospodarczego wykorzystania - ENERGOPOMIAR Sp. z o.o.

Osady powstające w komunalnych oczyszczalniach ścieków (zwane dalej osadami ściekowymi) powinny być utylizowane. Po utylizacji mogą być wykorzystane gospodarczo, a w szczególności w rolnictwie.
Artykuł niniejszy opiera się na wynikach pracy wykonanej przez Energopomiar dla Zakładu Wodociągów i Kanalizacji w Raciborzu ¹. Wydaje się, że wyniki pracy mogą zainteresować zarządców oczyszczalni ścieków w innych miastach.
Spośród innych opracowań z zakresu problematyki osadów ściekowych na uwagę zasługują ² i ³.

Podstawy prawne

Zgodnie z Rozporządzeniem Ministra Środowiska z 2002 roku ⁴ osady powstające w komunalnych oczyszczalniach ścieków mogą być wykorzystywane gospodarczo:
• w rolnictwie,
• do rekultywacji gruntów na cele rolne,
• do rekultywacji gruntów na cele nierolne,
• do dostosowania gruntów do określonych potrzeb wynikających z planów gospodarki odpadami, planów zagospodarowania przestrzennego lub decyzji o warunkach zabudowy i zagospodarowania terenu,
• do uprawy roślin przeznaczonych do produkcji kompostu,
• do uprawy roślin nieprzeznaczonych do spożycia i do produkcji pasz.
Stosowane osady ściekowe muszą spełniać wymogi jakościowe w zakresie zawartości metali ciężkich, bakterii chorobotwórczych i jaj pasożytów jelitowych (tabela 1), a wierzchnia warstwa gruntu − określone kryteria w zakresie zawartości metali ciężkich i odczynu pH. Stosowanie osadów nie może także wpłynąć na pogorszenie jakości wód powierzchniowych i gruntowych. Rozporządzenie określa ponadto maksymalne dawki osadów i ilości metali ciężkich wprowadzanych do gleby w ciągu roku, średnio w okresie 10 lat.

Cel i zakres pracy

Celem omawianej pracy ¹ było opracowanie technologii zestalenia osadów ściekowych z ZWiK w Raciborzu do ich wykorzystywania jako nawozu w rolnictwie lub rekultywacji terenów.
Osady z czyszczalni ścieków w Raciborzu spełniają kryteria jakościowe umożliwiające ich gospodarcze wykorzystanie we wszystkich wymienionych kierunkach − zarówno pod względem zawartości metali ciężkich, jak i braku bakterii chorobotwórczych i jaj pasożytów jelitowych (tabela 1). Zawartość substancji nawozowych jest wyższa niż w nawozie końskim czy oborniku (tabela 2). Jednakże wysoka wilgotność (80 – 85 %) i znaczna zawartość substancji organicznych stwarzają trudności związane z możliwością zagniwania i brakiem odpowiednich parametrów mechanicznych rekultywowanych nimi terenów.
Zakres pracy obejmował wykonanie badań nad zestalaniem osadów ściekowych (w tym m.in. dobór rodzaju i dawki materiału zestalającego, charakterystyka parametrów fizycznych osadu zestalonego, ocena wymywalności zanieczyszczeń z osadu zestalonego) i opracowanie opinii techniczno-ekonomicznej o zasadności przedsięwzięcia budowy instalacji do zestalania osadów.

Sposób realizacji pracy

Próby zestalania osadów ściekowych z ZWiK w Raciborzu prowadzono dwoma sposobami:
 metodą granulacji, czyli zamiany postaci drobnoziarnistej w kawałkową,
 metodą zagęszczania mechanicznego.

W pierwszej metodzie ⁵, w celu uzyskania trwałych struktur, granulowane materiały miesza się ze spoiwami, a zachodzące reakcje chemiczne powodują ich zestalanie. Granulaty odznaczają się kulistym kształtem ziaren, wytrzymałością mechaniczną, równomiernym składem ziarnowym, dobrą sypkością, gęstością wyższą niż materiałów sypkich, nie pylą w czasie transportu i składowania. Skład chemiczny granulowanych materiałów można modyfikować, dodając do procesu inne substancje, a „uwięzienie” związków rozpuszczalnych wewnątrz granul może znacznie ograniczyć ich wymywalność.
Proces granulacji prowadzi się w granulatorach talerzowych lub bębnowych. Na skutek ruchu otaczającego na obrotowej powierzchni granulatora następuje upakowywanie cząstek i łączenie się w większe skupiska. Uformowane granule w wyniku działania siły odśrodkowej wypadają z urządzenia na taśmociąg odbierający.
W drugiej metodzie zagęszczanie polega na upakowywaniu cząstek materiałów na skutek nacisku mechanicznego. Metoda jest wykorzystywana szczególnie w stabilizacji gruntów – budowie dróg, makroniwelacji i rekultywacji terenów. Dodatek spoiw do składu materiałów zagęszczanych umożliwia ich trwałe związanie. Zagęszczanie mechaniczne prowadzi się przy użyciu sprzętu mechanicznego, jak spychacz lub walec wibracyjny.

W próbach zestalania osadów ściekowych z ZWiK w Raciborzu zastosowano trzy rodzaje popiołów elektrownianych uzyskanych ze spalania węgla kamiennego:
• klasyczny popiół lotny z kotła pyłowego bez odsiarczania spalin,
• popiół lotny z kotła pyłowego z odsiarczaniem spalin,
• popiół lotny z kotła fluidalnego.
Popioły cechują się charakterystycznym składem chemicznym, a zawartość metali ciężkich jest kilkukrotnie niższa niż w osadach ściekowych (tabela 3).

Za wyborem popiołów elektrownianych jako materiału zestalającego i odwadniającego przemawiają ich właściwości, a w głównej mierze:
 wilgotność − do 0,5 % masy składu,
 rozwinięta powierzchnia właściwa – od 0,25 do 0,6 m2/g,
 drobne uziarnienie – ok. 70 – 80 % masy składu przechodzi przez sito o oczku 0,06 mm,
 zdolność pochłaniania wody − od ok. 30 % dla popiołów z kotłów tradycyjnych, do 70 % dla popiołów z kotłów fluidalnych,
 zawartość wolnego tlenku wapnia do ok. 10 % w masie składu popiołów z kotłów z odsiarczaniem i kotłów fluidalnych − składnika korzystnego w procesach stabilizacji osadów ściekowych,
 skład chemiczny i wymywalność pozwalające na wykorzystywanie do różnych celów − m.in. do makroniwelizacji i rekultywacji terenów, jako nawozu w rolnictwie,
 możliwość transportu pneumatycznego i łatwość przetwarzania.
Poza tym popioły elektrowniane to surowiec odpadowy, łatwo dostępny w dużych ilościach. Istnieją wieloletnie tradycje w jego wykorzystywaniu do makroniwelacji i rekultywacji terenów, ulepszania gruntów rolnych, i w wielu innych kierunkach. Szerokie możliwości utylizacji były omawiane m.in. w [6 − 10].

Ponadto w próbach zestalania osadów ściekowych z ZWiK w Raciborzu jako materiał stabilizujący zastosowano dodatek spoiw mineralnych.

Uzyskane na drodze granulacji i stabilizacji mechanicznej próbki zestalonych osadów poddano następnie pielęgnacji i badaniom właściwości.

Wyniki, wnioski

Granulaty na bazie osadów ściekowych z ZWiK w Raciborzu charakteryzują się (tabela 4):
 wytrzymałością pojedynczych granul o średnicach w zakresie 0 – 4 mm na poziomie od 14 do 160 G/granulę,
 gęstością nasypową − od 390 do 570 kg/m3,
 rozmakalnością − od 4,8 do 7,7 %.

Stabilizaty na bazie tych osadów ściekowych charakteryzują się (tabela 5):
 wytrzymałością na ściskanie na poziomie od 0,1 do 0,2 MPa,
 gęstością objętościową po wysuszeniu − od 930 do 1210 kg/m3,
 rozmakalnością − od 2,0 do 8,6 %.

Próbki granulatów i stabilizatów według wybranych składów recepturowych poddano testom wymywalności. Uzyskane ekstrakty cechują się wielokrotnie niższymi wskaźnikami zanieczyszczeń od ekstraktów otrzymywanych z wymywania samych osadów ściekowych.
Optymalizacja technologii zestalania osadów ściekowych, ze szczególnym uwzględnieniem ograniczenia wymywalności zanieczyszczeń, pozwoli na ich gospodarcze wykorzystanie: w postaci granulatu – jako nawozu dla rolnictwa, a stabilizatu – jako materiału do makroniwelacji i rekultywacji terenów.
Dla opracowanych technologii zestalania osadów metodą granulacji i stabilizacji mechanicznej wykonano koncepcje technologiczne instalacji i oszacowano koszty uruchomienia produkcji. Wyniki obliczeń potwierdziły możliwość amortyzacji nakładów inwestycyjnych w okresie do 7 lat z zyskiem ze sprzedaży produktów na poziomie ok. 10 % i uzyskaniem efektów niewymiernych w środowisku, z tytułu ograniczenia powierzchni składowisk osadów ściekowych i popiołów, zmniejszenia ich ujemnego oddziaływania na środowisko, ograniczenia eksploatacji surowców mineralnych niezbędnych do produkcji nawozów sztucznych, ograniczenia degradacji powierzchni ziemi poprzez wypełnianie pustek na drodze makroniwelacji i rekultywacji powierzchniowych.

LITERATURA

¹ Jarema-Suchorowska S., Wieńch E.: Opracowanie technologii scalania osadów ściekowych pochodzących z oczyszczalni ścieków w Raciborzu. ZPBE Energopomiar, sprawozdanie nr ew. 96/ZO-OU/2002, Gliwice, maj 2002
² Bernacka J., Pawłowska L.: Przeróbka i zagospodarowanie osadów z miejskich oczyszczalni ścieków. Instytut Ochrony Środowiska, Warszawa 1996
³ Banasiak G., Wieczorek A.: Techniczne możliwości racjonalnego zagospodarowania osadów ściekowych. Ośrodek Badawczo-Rozwojowy Ekologii Miast, Warszawa/Łódź 1999
⁴ Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 1 sierpnia 2002 r. w sprawie komunalnych osadów ściekowych (Dz. U. Nr 134, poz. 1140)
⁵ Kłassien P. W., Griszajew I. G.: Podstawy techniki granulacji. WNT, Warszawa 1989
⁶ Jarema-Suchorowska S., Kiersztajn I., Kondratowicz G.: Doświadczenia Energopomiaru w granulowaniu popiołów lotnych. Energetyka 1994, nr 10
⁷ Jarema-Suchorowska S.: Możliwości wykorzystania odpadów paleniskowych w budownictwie drogowym. Energetyka 1996, nr 10
⁸ Jarema-Suchorowska S.: Odpady paleniskowe w energetyce i ich utylizacja. Energetyka 2000, nr 9
⁹ Jarema-Suchorowska S.: Wyniki prac Energopomiaru nad granulacja talerzową odpadów przemysłowych. Energetyka 2001, nr 10
¹⁰ Jarema-Suchorowska S., Śliwińska-Serafin M., Bąk Z.: EPOGRAN − nowe kruszywo dla budownictwa. Energetyka 2002, nr 10-11