Technologia przetwarzania osadów z oczyszczalni ścieków na poszukiwany produkt do sprzedaży – OrCal®

Technologia przetwarzania osadów z oczyszczalni ścieków na poszukiwany produkt do sprzedaży – OrCal®

W Polsce, co roku powstaje około 500 tys. ton suchej masy osadów ze ścieków komunalnych. W odbiorze społecznym jest to problem do rozwiązania. Natomiast, oceniając racjonalnie (naukowo, ekonomicznie, technologicznie) dochodzimy do wniosku, że to nie jest „problem” ale duże źródło korzyści. Osady są problemem na etapie powstawania i początkowych etapów ich zagospodarowywania. Należy jednak pamiętać, że więcej niż połowa z nich spełnia wymagania, stawiane substancjom, które mogą być wykorzystane do nawożenia gleb. I skonfrontować to z powiększającym się z roku na rok deficytem substancji organicznej w glebach Polski. Wniosek jest jeden: przetworzyć osady na nawozy, których poszukuje rynek. Diabeł tkwi w szczegółach: jak zrobić to dobrze? Czy produkcja produktów z serii OrCal® z w/w osadów ściekowych może być rozwiązaniem?
Do 2014 r. tylko ok. 20% osadów wykorzystywano do nawożenia. Wymagało to spełnienia szeregu warunków formalno-prawnych, zarówno przez producenta osadu jak i rolnika stosującego ten osad na swoich polach. Pozostałą ilość:

  • przeznaczano do rekultywacji terenów i pod uprawę roślin przeznaczonych do produkcji kompostu, ok. 10%,
  • poddawano spaleniu (spopieleniu), ok. 15%,
  • ponad 50% umieszczano na składowiskach.

W ostatnich latach znacznie wzrosło zainteresowanie producentów osadów ich przetwarzaniem na środki i nawozy do nawożenia gleb w tym w szczególności produkty z serii OrCal® i OrCal® pHregulator®. Powodem tego była zmiana przepisów o gospodarce odpadami, a mianowicie od 1 stycznia 2016 roku zaczęły obowiązywać przepisy Rozporządzenia Ministra Gospodarki z 8 stycznia 2013 (w szczególności załącznik nr 4) uniemożliwiające składowanie odpadów o kaloryczności powyżej 6 MJ/kg. Dotyczy to głównie odpadów o kodach 19 08 05, 19 08 12, 19 08 14, 19 12 12 oraz z grupy 20. W dużym stopniu ta regulacja obejmuje osady ściekowe: komunalne i przemysłowe.

Środki i nawozy do nawożenia gleb OrCal

Przeznaczanie osadów ściekowych do nawożenia gleby jest uzasadnione ich składem, który jest porównywalny do składu obornika (tabela 1). Osady ściekowe zawiera mniej potasu niż obornik, ale znacznie więcej fosforu, azotu i wapnia, a szczególnie substancji organicznej, która jest często cenniejsza dla gleby niż pierwiastki pokarmowe.

Tabela 1. Porównanie składu chemicznego osadów z komunalnych oczyszczalni ścieków z obornikiem

Składnik Osady ściekowe (% s.m.)
średnio granice wahań obornik
Substancja organiczna 30,7 8,9-56,5 25
Azot (N) 4,2 1,74-8,35 2,0
Fosfor (P2O5) 3,7 2,53-4,91 1,2
Potas (K2O) 0,28 0,06-0,69 2,8
Wapń (CaO) 4,2 0,63-13,49 2,0

źródło: prof. dr hab. Wojciech Stępień, Kontrola Państwowa, rocznik 59, numer 4 (357), 2014, wyd. NIK

Łączny koszt podstawowych składników pokarmowych, znajdujących się w 1 t s.m. osadu wynosi około 278 zł (tabela 2). Należy jednak pamiętać, że w kalkulacji nie wyceniono zwartości siarki, magnezu, mikroelementów oraz substancji organicznej. Dopuszczalna dawka osadu ściekowego wynosi 3 tony s.m. na 1 ha rocznie. Przy takiej dawce, można zaoszczędzić ponad 800 zł na koszcie nawozów mineralnych na 1 ha pola (pod warunkiem, że rolnik wszedł w posiadanie osadów nieodpłatnie). Do tej wyceny należałoby jeszcze dorzucić wymierny wpływ substancji organicznej osadu na aktywność biologiczną gleby i jej właściwości fizyczne i chemiczne, a szczególnie wzrost zawartości masy organicznej.

Tabela 2. Wartość nawozowa osadu z komunalnych oczyszczalni ścieków

Składnik Zawartość w % s.m. Zawartość w kg/t s.m. Cena składnika w nawozie mineralnym zł/kg * Koszt składników w t s.m. osadu/ha
Azot (N) 4,2 42 3,0 126,0
Fosfor (P2O5) 3,7 37 2,93 108,4
Potas (K2O) 0,28 2,8 2,22 6,2
Wapń (CaO) 4,2 42 0,9 37,8
Łączny koszt podstawowych składników karmowych w 1 t s.m. osadu na 1 ha pola 278,4

* ceny z 2. tygodnia stycznia 2018 (www.blending.pl)

Należy tu jeszcze rozważyć kwestię dostępności składników pokarmowych z osadu dla roślin. Składniki te, w wielu przypadkach znajdują się w formach organicznych (azot, fosfor) lub w postaci związków nieorganicznych, wprost niedostępnych dla roślin. Aby mogły być wykorzystane przez rośliny muszą przejść do form przyswajalnych, wskutek działania procesów biologicznych (aktywność mikroorganizmów( i chemicznych gleby. W dużej części dotyczy to także składników nawozów mineralnych, albowiem one także muszą być „przekształceń” w formy przyswajalne dla korzeni roślin.

Zainteresuje Cię również:: “Zagospodarowanie odpadów komunalnych

Z powyższych rozważań może wynikać, że osady ze ścieków komunalnych (lub przemysłowych) można z powodzeniem i bez ograniczeń stosować do nawożenia upraw rolniczych. Niestety, tak nie jest. Przy ich stosowaniu w rolnictwie muszą być spełnione warunki zapewniające bezpieczeństwo ludzi, zwierząt i środowiska. Są one opisane w rozporządzeniach Ministra Środowiska:

  • w sprawie komunalnych osadów ściekowych (Dz.U. 2015 poz. 257)
  • w sprawie procesu odzysku R10 (Dz.U. 2015 poz. 132).

Do nawożenia można stosować osady ustabilizowane, poddane obróbce biologicznej, termicznej, chemicznej lub innej, obniżającej podatność osadów na zagniwanie i eliminującej zagrożenie dla środowiska, zdrowia ludzi i zwierząt. Przed zastosowaniem na pola, osady muszą być poddane analizie chemicznej i badaniom mikrobiologicznym. Celem jest określenie zawartości składników pokarmowych, metali ciężkich i organizmów patogennych. Próbki osadów powinny być pobrane przez akredytowanego próbobiorcę. Analizy próbek osadów powinny być wykonane w laboratorium akredytowanym w zakresie badań osadów ściekowych. Częstość analizowania osadów zależy od wielkości produkcji osadów. W najmniejszych oczyszczalniach osady muszą być badane przynajmniej, co 6 miesięcy, a w największych, co 2 miesiące.

Za prawidłowe stosowanie osadów odpowiedzialność ponosi ich wytwórca (czyli oczyszczalnia ścieków). Musi on zapewnić wykonanie analiz osadu i gleby oraz prawidłowe ustalenie dawek osadu. Wytwórca pokrywa koszt badań i przedstawia ich wyniki oraz zalecenia właścicielowi gruntów, na których osad będzie stosowany. Do wykorzystania rolniczego, osad może przekazać wyłącznie jego wytwórca bezpośrednio użytkownikowi gruntu rolniczego. Osady muszą być niezwłocznie rozprowadzone równomiernie na powierzchni pola i wymieszane z glebą narzędziami uprawowymi. Ze względu na uciążliwość zapachową, wskazane jest, aby osadów nie stosować w bezpośredniej bliskości budynków mieszkalnych czy budynków użyteczności publicznej. Sposobem ograniczenia emisji odorów jest natychmiastowe przykrycie osadu glebą.

Zamiar przekazania osadu do rolniczego wykorzystanie musi być zgłoszony przez wytwórcę osadu do Wojewódzkiego Inspektora Ochrony Środowiska, nie później niż 7 dni przed ich przekazaniem. Zgłoszenie powinno zawierać dane o właścicielu gruntu i numerach działek, na których osad będzie stosowany.

Właściciel gruntu jest zobowiązany do przechowywania wyników badań gleb i osadu oraz danych o zastosowanych dawkach osadu przez okres 5 lat.

Wszystko to stwarza wiele uciążliwości natury administracyjnej, formalnej i prawnej podmiotom zainteresowanym zbyciem i wykorzystaniem osadów z oczyszczalni ścieków.

Rozwiązaniem dla tych uciążliwości jest wytworzenie, na bazie osadów z oczyszczalni ścieków nawozów organicznych, organiczno-mineralnych lub środków poprawiających właściwości gleby np. typu OrCal® lub OrCal® pHregulator® Te nowe kategorie środków do produkcji rolniczej pojawiły się w ustawie o nawozach i nawożeniu z 2007 r. sadownicze, uprawy ozdobne, trawniki oraz w lasach). W pozwoleniu są określone ponadto wymagania jakościowe dla produktu (np. zawartość N, P, K, Ca, substancji organicznej lub innych).

Przekształcenie osadu ściekowego w nawóz lub środek poprawiający właściwości gleby np. OrCal® lub OrCal® pHregulator® powoduje, że podlega on obrotowi handlowemu tak jak każdy nawóz produkowany przemysłowo. Należy pamiętać, że tak jak każde nawozy podlega też kontroli Inspekcji Jakości Handlowej Artykułów Rolno-Spożywczych (IJHARS). Z punktu widzenia użytkownik nawozu, czyli rolnika jest to bardzo duża korzyść, gdyż dzięki temu ma on gwarancję, że wytworzony z osadu nawóz jest bezpieczny dla środowiska, roślin i ludzi oraz jego skład jest zgodny z deklaracją producenta.

Nawozy i środki poprawiające właściwości gleb, wytworzone na bazie osadu ściekowego wprowadzane są one do obrotu handlowego (i stosowania w produkcji roślinnej) na podstawie pozwolenia wydawanego przez Ministra Rolnictwa i Rozwoju Wsi. MRiRW wydaje pozwolenie na zastosowanie produktu w określonych grupach upraw (uprawy rolnicze, użytki zielone, uprawy warzywnicze, uprawy sadownicze i uprawy leśne). Aby uzyskać takie pozwolenie na produkt powstały z udziałem osadów ściekowych należy przejść przez wieloetapowy proces oceny produktu (niektóre są takie same jak w przypadku stosowania osadów ściekowych do nawożenia gleb):

  1. Wykonać badania chemiczne i biologiczne produktu w akredytowanym laboratorium. Laboratorium musi mieć akredytację do badania nawozów organicznych, organiczno-mineralnych i środków poprawiających właściwości gleby dla OrCal® lub OrCal® pHregulator®. Próby do badań muszą być pobrane przez akredytowanego próbobiorcę, zaplombowane i wraz z protokołem pobrania prób przekazane do laboratorium.
  2. Uzyskać odpowiednie opinie z jednostek wskazanych przez MRiRW w rozporządzeniu z 18 czerwca 2008 r (Dz.U. 119, poz. 765):
  3. Złożyć wniosek do MRiRW, wraz z wynikami badań produktu, kompletem zebranych opinii oraz opisem procesu wytwarzania produktu, deklaracją producenta, instrukcją stosowania i przechowywania produktu.

Tak skomplikowany i wieloetapowy proces oceny produktów, przed wydaniem pozwolenia na wprowadzenie ich do obrotu, gwarantuje ich:

  • wpływ na poprawienie żyzności gleby,
  • efektywność plonotwórczą,
  • bezpieczeństwo dla środowiska,
  • bezpieczeństwo dla zwierząt i ludzi.

Zmiany w przepisach o gospodarce odpadami) opisane w pierwszej części artykułu) spowodowały pojawieniem się w obrocie handlowym wielu produktów nawozowych powstałych na bazie osadów ściekowych.  Technologie, wskutek których one powstają można z grubsza podzielić na dwie grupy (są jeszcze inne, ale są droższe i o wiele mniej popularne):

  • kompostowanie,
  • higienizacja przy pomocy wapna (tlenku wapnia CaO).

Pierwsza metoda, kompostowanie, jest procesem wykorzystującym natywne lub wprowadzone z zewnątrz mikroorganizmy rozkładające substancję organiczną, z wydzielaniem energii cieplnej. Kompostowanie, to w dużym uproszczeniu procesy humifikacji i mineralizacji zachodzące jednocześnie, w dużym przyspieszeniu. W pryzmie kompostowej (lub w komorach lub kontenerach fermentacyjnych) wytwarza się wysoka temperatura, nawet do 60-70 st. C, która powoduje unieszkodliwienie patogenów (bakterii, grzybów i jaj pasożytów). Do kompostowania osadu ściekowego wymagany jest dodatek materii organicznej. Najczęściej są to odpady z zieleni miejskiej (trawa, gałęzie drzew i krzewów, chwasty, resztki kwiatów itp.) lub słoma, trociny, czasami torf. W trakcie kompostowania powstaje surowiec, który wymaga jeszcze przesortowania, odseparowania większych kawałków gałęzi itp., ale jest doskonałym źródłem składników pokarmowych i materii organicznej dla roślin i gleb. Wadami tej technologii są:

  • długi czas kompostowania (w systemie jednostopniowym od 4 do 7 miesięcy, w systemie dwustopniowym do 6 tygodni)
  • konieczność posiadanie odpowiednio dużego terenu na pryzmy kompostowe
  • brak gwarancji zachowania pełnej sterylności produktu finalnego i braku w nim organizmów patogennych, szczególnie podczas jego przechowywania po wytworzeniu (często dochodzi do wtórnej infekcji).

Druga metoda, jest wolna od wad kompostowania, dodatkowo dostarczając wartości w postaci działania wapnia w produkcie finalnym, który:

  • gwarantuje pełna higienizację produktu w trakcie przetwarzania osadu oraz jego przechowywania,
  • rozszerza działanie produktu o podwyższanie pH gleby (działanie jonów Ca++).

Ponadto, przetwarzanie osadów ściekowych z wykorzystaniem tlenku wapnia jest procesem bardzo krótkim, bo zajmuje tylko kilka godzin: od wprowadzenia osadu i tlenku wapnia do odpowiedniego reaktora, aż do otrzymania produktu nadającego się do zastosowania do nawożenia roślin uprawnych. W tej technologii nie potrzeba dużych, wydzielonych terenów na pryzmy kompostowe, nie potrzeba maszyn do przerzucania i napowietrzania pryzmy, do sortowania kompostu.

Z pewnością, jest to technologia niedroga i powszechnie dostępna. Ale nie jest to technologia łatwa i prosta. Na rynku, jest wielu oferentów technologii utylizacji i higienizacji odpadów ściekowych przy pomocy tlenku wapnia. Niestety, aby wytworzyć w tym procesie produkt w pełni spełniający parametry określone w przepisach MOŚ i MRIRW oraz efektywny dla produkcji rolniczej należy dochować reżimu technologicznego.

W tej chwili ten reżim zapewnia tylko technologia FuelCal®. W tej technologii osad ściekowy, odpowiednio odwodniony i ustabilizowany, jest mieszany z tlenkiem wapnia  tj.  reagentem WapCal® i normą R.292513 , w specjalnych instalacjach. W reaktorach wytwarza się temperatura pow. 100 st. C i następuje higienizacja, (czyli zniszczenie wszystkich mikroorganizmów chorobotwórczych i jaj pasożytów) osadu, wraz z powstaniem kompleksu organiczno-mineralnego, w postaci gruzełków o różnej wielkości.  Dodatkowo, w technologii FuelCal® następuje zawrócenie gazów powstałych wskutek reakcji tlenku wapnia z substancją organiczną, z powrotem do reaktora i włączenie ic do syntezy związków, które wejdą w skład wytwarzanego produktu.

Możliwość użycia wapna do niszczenia organizmów chorobotwórczych opiera się na wykorzystaniu ciepła, które powstaje podczas reakcji hydratacji tlenku wapnia wodą zawartą w osadach. Proces ten zachodzi zgodnie z równaniem:

CaO + H2O → Ca(OH)2 + 1160 kJ/kg CaO

Hydrat wapnia wiążąc się z CO2 zawartym w komorze reakcyjnej stwarza cienką lecz mocną otoczkę, wokół cząstek frakcji organicznej osadu, zbudowaną z CaCO3. Z powodu utworzenia trwałej otoczki węglanu wapnia CaCO3 wokół cząsteczek organicznych osadów i ich dalszego utwardzania w procesie składowania, produkty technologii FuelCal® posiadają właściwości nawozów wolnodziałających (Slow Release Fertilizer). W glebie, rozkład otoczki węglanu wapnia następuję wskutek reakcji z kwasami glebowymi: organicznymi i mineralnymi, a substancja organiczna i zawarte w niej składniki pokarmowe ulegają stopniowemu uwalnianiu do środowiska glebowego, gdzie są wykorzystywane przez korzenie roślin uprawnych.

produkcja nawozów OrCal

Jak powstają nawozy OrCal

Technologia FuelCal® jest zgodna z założeniami przedstawionymi w opracowaniu „Ekspertyza, która będzie stanowić materiał bazowy do opracowania strategii postępowania z komunalnymi osadami ściekowymi na lata 2014-2020”, w którym grupa naukowców pod przewodnictwem prof. January Bienia określiła wysoką przydatność osadów ściekowych do wykorzystania rolniczego pod warunkiem przetrzymania osadów ściekowych w kontrolowanym procesie w temperaturze przynajmniej 55°C przez 2 h i pH powyżej 12 lub utrzymanie pH osadu powyżej 12 przez 3 m-ce. W technologii FuelCal® mamy dodatkowo higienizację osadu przy pomocy amoniaku w reaktorze, co w sumie stanowi potrójną higienizację i sterylizację produktu wejściowego w odróżnieniu od znanych technologii wapnowania, które są mniej precyzyjne i nie gwarantują usunięcia patogenów. Produkt finalny zawiera dużo substancji organicznej (częściowo poddanej hydrolizie, więc łatwo dostępnej dla roślin i mikroorganizmów gleby), azot, fosfor, potas, mikroskładniki, a przede wszystkim wapń, w postaci wodorotlenku, tlenku i węglanów wapnia.

Technologia FuelCal®, w której finalny produkt posiada trwałe pH powyżej 11, zapewnia także, że będzie on odporny na wtórne zakażenie patogenami, podczas magazynowania, co jest trudnym do spełnienia wymogiem w przypadku alternatywnych technologii (np. kompostowanie).

Co ważne, technologia FuelCal® jest objęta patentem o nr zgłoszenia 400268, p.n. „Nawóz o kontrolowanym uwalnianiu składników, sposób wytwarzania nawozu o kontrolowanym uwalnianiu oraz sposób stosowania nawozu”. Oznacza to, że technologia jest tak unikalna i cenna, że została objęta ochroną patentową. Oznacza to, że nie ma na świecie drugiej takiej technologii przetwarzania i kondycjonowania osadów ściekowych. Właścicielem patentu jest firma Evergreen Solutions Sp. z o.o.

W procesie przetwarzania osadu z oczyszczalni ścieków, do przeprowadzenia pełnej sterylizacji i higienizacji wystarczająca jest temperatura 55°C. W trakcie przebiegu procesu uzyskuje się produkt, o nazwie OrCal® lub OrCal® pHregulator®, w postaci suchego proszku (mikrogranulat) lub granulatu o zawartości ok. 60-75% s.m., zawierający makroskładniki pokarmowe dla roślin: azot, fosfor, potas, wapń i siarkę oraz mikroskładniki. Produkty z serii  OrCal® i OrCal® pHregulator® zawiera wysoką zawartość substancji organicznej, więcej niż 45-50% (analiza wykonana w temperaturze spalania 750 st. C).

Produkty z serii OrCal® i OrCal® pHregulator® to produktu które bardzo dobrze przyjąły się w produkcji roślinnej i obecnie jest stosowany z powodzeniem na setkach tysięcy hektarów użytków rolnych w Polsce. Najważniejsze jego wartości, zauważane przez rolników:

  • skutecznie odkwaszają glebę, szybko podnosząc jej odczyn pH. Stwarza to korzystniejsze warunki dla wzrostu korzeni, dostępności składników pokarmowych oraz rozwoju pożytecznych mikroorganizmów  w glebie,
  • wzbogacają glebę o substancję organiczną, która jest surowcem do produkcji próchnicy glebowej, zwiększa strukturę gruzełkowatą gleby, co poprawia jej stosunki powietrzno-wodne, akumulację wody, przesiąkanie wody po dużych opadach, ułatwia uprawę gleby i wiele innych,
  • zawierają składniki pokarmowe, z których roślina korzysta w trakcie wegetacji,
  • są łatwy w stosowaniu, w przeciwieństwie do osadu ściekowego, który zawierając dużo wody jest mazisty, klejący i nie nadaje się do wysiewu rozsiewaczami nawozów mineralnych lub organicznych,
  • ekonomicznie, są atrakcyjne dla rolnika, gdyż wartość zawartych w nim składników pokarmowych równa jest cenie nawozu (Tabela 3.), natomiast wartością dodaną są substancja organiczna (około 48% w suchej masie), siarka, magnez i mikroelementy oraz poprawa odczynu pH gleby.

Przy założeniu, że zalecana dawka OrCal® i OrCal® pHregulator® na hektar pola wynosi około 1 tony, rolnik wnosi na pole, w tym nawozie, azot, fosfor, potas i wapń o wartości około 600 zł. O tyle może zmniejszyć nawożenie mineralne uprawy. A dodatkowo zyskuje poprawę struktury gleby i jej odczynu.

Podsumowując, przy pomocy technologii FuelCal®, z mało wartościowego osadu ściekowego (który jeszcze do niedawna stwarzał tylko problemy) wytwarza się cenny nawóz lub środek poprawiający właściwości gleby z serii OrCal® i OrCal® pHregulator®, którego oczekują zakwaszone i ubogie w substancję organiczną gleby Polski.

Tabela 3. Wartość podstawowych składników pokarmowych zawartych w nawozie OrCal®

Składnik Zawartość* w % masy nawozu OrCal® Zawartość w kg/t masy nawozu OrCal® Cena** składnika w nawozie mineralnym zł/kg Koszt składników w 1 t nawozu OrCal®/ha
Azot (N) 4,7 47 3,0 141,00
Fosfor (P2O5) 2,56 25,6 2,93 75,01
Potas (K2O) 1,38 13,8 2,22 30,64
Wapń (CaO) 40 400 0,9 360,00
Łączny koszt podstawowych składników pokarmowych w 1 t OrCal® 606,65

* informacja ze strony https://orcal.pl/
** ceny z 2. tygodnia stycznia 2018 (www.blending.pl)

 

dr inż. Sylwester Lipski