XJY Pretvaranje kanalizacijskog mulja u biokrutine: Putovanje kroz pročišćavanje otpadnih voda i dalje

2024-11-04

Uvođenje XJY obrade mulja

Prije 1950. godine, većina zajednica u Sjedinjenim Državama ispuštala je svoje otpadne vode, ili kanalizaciju, u potoke i rijeke s malo ili nimalo obrade. Kako se urbano stanovništvo povećavalo, prirodna sposobnost potoka i rijeka da se nose s otpadnim vodama bila je preopterećena, što je uzrokovalo pogoršanje kvalitete vode u mnogim regijama. Kao odgovor na zabrinutost zbog degradacije kvalitete vode, tisuće zajednica diljem Sjedinjenih Država izgradile su sustave za pročišćavanje otpadnih voda tijekom 1950-ih i 1960-ih. To je rezultiralo znatno poboljšanom kvalitetom vode u potocima i rijekama, ali je stvorilo još jedan materijal s kojim se treba nositi: kanalizacijski mulj. Otprilike 99% toka otpadnih voda koji ulazi u uređaj za pročišćavanje ispušta se kao pomlađena voda. Ostatak je razrijeđena suspenzija krutih tvari koje su uhvaćene u procesu obrade. Ove krute tvari iz obrade otpadnih voda obično se nazivaju kanalizacijskim muljem.

"Kanalizacijski mulj" ili "biokrutine" - što se krije u nazivu?

Izraz "biokrutine" nedavno je uveden u industriji pročišćavanja otpadnih voda. Industrija definira biokrutine kao kanalizacijski mulj koji je prošao dovoljnu obradu radi stabilizacije i smanjenja patogena, te je dovoljno visoke kvalitete za primjenu na tlu. Izraz je namijenjen razlikovanju visokokvalitetnog, obrađenog kanalizacijskog mulja od sirovog kanalizacijskog mulja i od kanalizacijskog mulja koji sadrži velike količine onečišćujućih tvari iz okoliša. Izraz "biokrutine" također pomaže u razlikovanju kanalizacijskog mulja od industrijskog mulja naglašavajući da se prvi proizvodi biološkim procesom. Neki su kritizirali izraz kao pokušaj prikrivanja stvarne prirode kanalizacijskog mulja, čime se primjena ovog materijala na tlu čini manje nepoželjnom za širu javnost. Iako "biokrutine" nesumnjivo ne izazivaju iste negativne slike kao "kanalizacijski mulj" ili jednostavno "mulj", to je legitiman i funkcionalan izraz kada se ispravno koristi za razlikovanje opisano gore. U ovom dokumentu, "kanalizacijski mulj" će se koristiti za općenito označavanje krutina iz pročišćavanja otpadnih voda, a "biokrutine" će se koristiti za specifično označavanje materijala koji je prikladan za primjenu na tlu.

slika 6 Otpadni mulj

Proizvodnja komunalnog XJY kanalizacijskog mulja

Komunalne otpadne vode ili kanalizacija odnose se na vodu koja se koristi u kućama ili poduzećima u urbanim i prigradskim područjima za pranje, kupanje i ispiranje WC-a. Komunalne otpadne vode mogu uključivati i vodu iz industrijskih izvora. Kako bi se uklonile kemikalije ili onečišćujuće tvari koje nastaju u industrijskim procesima, industrijski suradnici u sustavima komunalnih otpadnih voda moraju prethodno pročistiti svoje otpadne vode prije ispuštanja u kanalizacijski sustav. Otpadne vode se putem sanitarnog kanalizacijskog sustava prenose do centraliziranog uređaja za pročišćavanje otpadnih voda (ponekad nazvanog Javnim postrojenjem za pročišćavanje otpadnih voda ili JPPO). U JPPO-u otpadne vode prolaze kroz niz koraka pročišćavanja koji koriste fizičke, biološke i kemijske procese za uklanjanje hranjivih tvari i krutih tvari, razgradnju organskih materijala i uništavanje patogena (organizama koji uzrokuju bolesti) u vodi. Pomlađena voda ispušta se u potoke i rijeke ili se može raspršivati po velikim površinama zemlje.

slika 7 Mulj od komunalnih otpadnih voda

Preliminarna obrada sirove otpadne vode uključuje prosijavanje radi uklanjanja velikih predmeta poput štapova, boca, papira i krpa, te fazu uklanjanja pijeska tijekom koje se anorganske krute tvari (pijesak, šljunak, pepeljara) brzo talože iz vode. Otpad i šljunak uklonjeni u ovoj fazi obrade obično se odlažu na odlagališta i ne postaju dio kanalizacijskog mulja.

Primarna obrada uključuje procese gravitacijske sedimentacije i flotacije koji uklanjaju otprilike polovicu krutog materijala koji ulazi u ovu fazu. Kruti materijal (i organski i anorganski) koji se taloži tijekom ove faze obrade izvlači se s dna i čini primarni mulj. U većini postrojenja za čišćenje vode, plutajući materijal (ulje, mast, drvo i biljna tvar) koji se skida s površine vode tijekom primarne obrade odlaže se odvojeno i ne postaje dio primarnog mulja.

Sekundarna obrada je pažljivo kontroliran i ubrzan biološki proces u kojem se prirodno prisutni mikroorganizmi koriste za razgradnju (razgradnju ili probavu) suspendiranog i otopljenog organskog materijala u otpadnim vodama. Taj se materijal pretvara u ugljikov dioksid koji se ispušta u atmosferu i u mikrobnu staničnu masu.

U sekundarnim sedimentacijskim bazenima, mikrobna stanična masa taloži se na dno i uklanja. Taj uglavnom organski materijal naziva se sekundarni mulj.

Neki uređaji za pročišćavanje također uključuju tercijarne korake pročišćavanja osmišljene za daljnje smanjenje biljnih hranjivih tvari (dušika i fosfora), suspendiranih tvari ili biološke potrošnje kisika u otpadnim vodama. Kemijski istaloženi fosfor i filtracija proizvode tercijarni mulj.

Konačno, voda se dezinficira kako bi se uništili patogeni mikroorganizmi. Pomlađena voda se zatim ispušta u potok ili rijeku ili se može prskati po velikim površinama zemlje.

XJY Metode obrade mulja od komunalnih otpadnih voda

Primarni, sekundarni i tercijarni mulj obično se kombiniraju, a rezultirajuća smjesa, koja sadrži od 1 do 4% krutih tvari, naziva se "sirovi" kanalizacijski mulj. Zbog sadržaja patogena i nestabilne, razgradive prirode, sirovi kanalizacijski mulj predstavlja potencijalnu opasnost za zdravlje i okoliš; međutim, sada se koristi nekoliko procesa obrade za stabilizaciju kanalizacijskog mulja, smanjenje sadržaja patogena i povećanje sadržaja krutih tvari. Neki od češće korištenih procesa za stabilizaciju i smanjenje razine patogena u kanalizacijskom mulju navedeni su i ukratko opisani u Tablici 1.

Metoda liječenja	Opis	Utjecaji na mulj
Zadebljanje	Krute tvari mulja koncentriraju se ili taloženjem zbog gravitacije ili uvođenjem zraka, što uzrokuje plutanje krutih tvari mulja.	Mulj zadržava svojstva tekućine, ali se sadržaj krutih tvari povećava na 5 do 6%.
Odvodnjavanje	Odvodnjavanje sušenje na zraku na pješčanim podlogama centrifugiranje prešanje trakom (filtracija)	Povećava sadržaj suhih tvari na 15 do 30% Sušenje zrakom smanjuje patogene Centrifugiranje i filtracija rezultiraju gubitkom nekih hranjivih tvari
Anaerobna digestija	Jedna od najčešće korištenih metoda za obradu mulja. Mulj se drži bez zraka 15 do 60 dana na temperaturama od 20 do 59°C. Anaerobne bakterije hrane se muljem, proizvodeći metan i ugljikov dioksid. U nekim uređajima za obradu, metan se skuplja i spaljuje kako bi se održala temperatura obrade.	Povećava sadržaj krutih tvari Smanjuje mirise Smanjuje hlapljive čvrste tvari Smanjuje broj održivih patogena Čuva biljne hranjive tvari
Aerobna probava	Mulj se miješa sa zrakom ili kisikom 40 do 60 dana na temperaturama od 15 do 20°C. Aerobne bakterije hrane se muljem, proizvodeći ugljikov dioksid.	Povećava sadržaj krutih tvari Smanjuje mirise Smanjuje hlapljive čvrste tvari Smanjuje broj održivih patogena Obično dolazi do određenog gubitka dušika
Alkalna stabilizacija	U mulj se dodaje dovoljno alkalnog materijala, najčešće vapna (CaO), kako bi se njegov pH povećao na najmanje 12 tijekom 2 sata. pH mora ostati iznad 11,5 dodatnih 22 sata.	Smanjuje hlapljive čvrste tvari Smanjuje broj održivih patogena Gubitak amonijaka (NH3) Fosfor se može pretvoriti u oblike koji nisu lako dostupni biljkama
Kompostiranje	Mulj se dehidrira kako bi se povećao sadržaj krutih tvari na oko 20%, a zatim se miješa s organskim materijalom s visokim udjelom ugljika poput piljevine. Smjesa se kompostira u aerobnim uvjetima na temperaturama od najmanje 50°C tijekom nekoliko dana tijekom procesa kompostiranja.	Smanjenje volumena mulja Smanjuje mirise Smanjuje hlapljive čvrste tvari Stabilizira organsku tvar Uklanja većinu patogena Smanjuje vrijednost hranjivih tvari u biljkama

Što se nalazi u kanalizacijskom mulju?

Mulj kanalizacije sastoji se od anorganskih i organskih materijala, velikih koncentracija nekih biljnih hranjivih tvari, mnogo manjih koncentracija brojnih elemenata u tragovima¹ i organskih kemikalija te nekih patogena. Sastav mulja kanalizacije znatno varira ovisno o sastavu otpadnih voda i korištenim procesima obrade. Tablica 2 prikazuje medijan i 95. percentil koncentracija biljnih hranjivih tvari i nekih elemenata u tragovima pronađenih u mulju kanalizacije. Ovi podaci potječu iz opsežnog istraživanja mulja kanalizacije proizvedenog u Pennsylvaniji tijekom 1996. i 1997. godine.

Mogućnosti rješavanja problema s otpadnim muljem

Kanalizacijski mulj može se promatrati ili kao organski i hranjivi resurs koji se može korisno koristiti ili kao otpadni materijal koji se može zbrinuti. Prije 1991. godine, velike količine kanalizacijskog mulja, uključujući i neke iz Pennsylvanije, odlagale su se u ocean. Zabrinutost zbog prekomjernog opterećenja oceanskih voda hranjivim tvarima dovela je do zabrane ove prakse. Trenutno je gotovo sav kanalizacijski mulj proizveden u Pennsylvaniji obrađen i dovoljno je visoke kvalitete da se klasificira kao biokrutina. Nešto manje od polovice ovog materijala zbrinjava se odlaganjem na odlagališta ili spaljivanjem, dok se preostale biokrutine recikliraju u tlo korištenjem u poljoprivredi, rekultivaciji rudnika, uređenju okoliša ili hortikulturi. Svaka od ovih opcija ima ekonomske i ekološke koristi, probleme i rizike povezane s njom.

Odlaganje otpada na odlagališta

S gledišta upravljanja i rukovanja materijalima, odlaganje otpada na odlagališta je možda najjednostavnije rješenje. S ekonomskog stajališta, odlaganje otpada na odlagališta trenutno je povoljnije u usporedbi s drugim opcijama. Međutim, to će se nesumnjivo promijeniti kako prostor na odlagalištima postaje ograničeniji, a naknade za odlaganje otpada rastu. S ekološkog stajališta, odlaganje otpada sprječava ispuštanje bilo kakvih zagađivača ili patogena koji se prenose muljem koncentrirajući mulj na jednoj lokaciji. Ako je odlagalište pravilno izgrađeno i održavano, rizici za okoliš su minimalni.

Međutim, postoje rizici povezani s odlaganjem kanalizacijskog mulja na odlagalištima. Organski otpad podliježe anaerobnoj razgradnji na odlagalištima, proizvodeći metan koji se može ispustiti u atmosferu. Metan je staklenički plin koji je povezan s globalnim zagrijavanjem. Drugi plinovi koji se ispuštaju s odlagališta mogu uzrokovati neugodne mirise. Velike količine hranjivih tvari koje kanalizacijski mulj dodaje odlagalištu predstavljaju rizik za lokalni okoliš. U slučaju kvara obloge odlagališta ili sustava za prikupljanje procjednih voda, te hranjive tvari mogle bi onečistiti lokalne podzemne i površinske vode. Odlaganje kanalizacijskog mulja također zauzima vrijedan prostor na odlagalištu i gubi potencijalne koristi organske tvari i biljnih hranjivih tvari u mulju.

slika 8 Odlaganje otpada na odlagališta

Spaljivanje otpada

Spaljivanje kanalizacijskog mulja smanjuje volumen materijala koji se odlaže, potpuno uništava patogene, razgrađuje većinu organskih kemikalija i oporavlja malu količinu toplinske vrijednosti sadržane u kanalizacijskom mulju. Preostali pepeo je stabilan, relativno inertan, anorganski materijal koji ima samo 10 do 20% volumena izvornog mulja. Većina metala u tragovima u kanalizacijskom mulju koncentrira se u pepelu (povećanje koncentracije od pet do deset puta). Ovaj materijal se najčešće odlaže na odlagališta, iako bi se potencijalno mogao koristiti u građevinskim materijalima.

Spaljivanjem se u atmosferu oslobađa ugljikov dioksid (još jedan staklenički plin) i moguće druge hlapljive onečišćujuće tvari (kadmij, živa, olovo, dioksini). Rad spalionice zahtijeva sofisticirane sustave za uklanjanje finih čestica (leteći pepeo) i hlapljivih onečišćujućih tvari iz dimnjačkih plinova. Zbog toga je spaljivanje jedna od skupljih opcija za zbrinjavanje kanalizacijskog mulja. Kao i kod odlaganja na odlagališta, gube se potencijalne koristi od organske tvari i biljnih hranjivih tvari u kanalizacijskom mulju.

slika 9 Spaljivanje otpada