Održivo upravljanje otpadnim vodama: rješenja i postojeći slučajevi

iz prakse

Održivo upravljanje otpadnim vodama:

primjeri i rješenja iz prakse

Đukan Mak M.Sc & M.Eng (kandidat) Trier University of Applied Sciences Institute for Applied Material Flow Management mak.dukan@gmail.com

Sadržaj prezentacije

1) Održivost trenutnog sustava upravljanja otpadnim vodama

1) Konvencionalna tehnološka rješenja 1) Material Flow Management kao metodologija

upravljnja otpadnim vodama 1) Odvajanje vrsta otpadnih voda

Makronutrijenti Dušik (N) Fosfor (P) Kalij (K) Sumpor (S) Magnezij (Mg) Kalcij (Ca)

Nutrijenti

Mikronutrijenti Boron (Bo) Bakar (Cu) Željezo (Fe) Klor (Cl) Magnan (Mn) Molbiden (Mo) Cink (Zn)

Source: R. Gensch

Što su nutrijenti i zašto su bitni?

Izvor: Conradin & Kropac

Proizvodnja amonijaka kroz Haber Bosch proces, BASF tvornica, Njemačka

Izvor: Armin Kübelbeck, Wikipedia

Rudnik kalijevih soli (potasium salts) Monte Kali, Heringen, Njemačka

Maroko, najveći svjetski izvoznik fosfora, Bou Crae rudnik fosfora

150 km duga pokretna traka koja prevozi fosfor u Laâyoune

Fred Pearce, Phosphate: A Critical Resource Misused and Now Running Low, Yale Environment 360

Otpadne vode su mješavina nutrijenata

Volumen vode

Dušik (N)

Fosfor (P)

Kalij (K)

Otpadne vode

Fekalije

Po

sto

tak

[%]

97,5%

0,8% 1,8% 3%

87%

10% 10%

50%

40% 34%

54%

12%

Urin

Izvor: Heck Peter, 2011

Vrijednost resursa u otpadnim vodama i koliko plaćamo trenutni sustav zbrinjavanja

Vrijednost resursa 44,7 Mrd. €/a

Procjena troškova zbrinjavanja otpadnih voda 495 Mrd. €/a

Resurs Vrijednost

P 0,78 €/kg P

N 1,02 €/kg N

K 0,38 €/kg K

Organska materija (COD)

0,08 €/kg COD

Izvor: Heck Peter 2011

Bazirano na prosjeku za toalet koji koristi oko 8 L vode po ispiranju

Konvencionalni toaleti koji koriste vodu za ispiranje miješaju

otprilike 50 kg fekalija (osoba/godišnje)

otprilike 500 l of urine (per person/year)

sa otprilike 20 000 l

50 kg

500 L

20 000 L

Izvor: Conradin & Kropac

Pitka voda služi kao transportno sredstvo za fekalije i urin !!

pitke vode

Zašto je trenutni sustav upravljanja vodama neodrživ?

Crpljenje podzemnih voda

Ispuštanje u vodene tokove

Osiromašivanje udjela nutrijeneta u tlu

Akumulacija nutrijenata

Nema recikliranja vode

Nema recikliranja nutrijenata

Izvor: Conradin & Kropac

Centralno postrojenje za tretman otpadnih voda grada Beča, procesom aktivnog mulja

Instalacija kanalizacijskih cijevi

+

Visoki stupanj pročišćavanja voda

Neprimjetan transport otpadnih voda

Velike kapitalne investicije

Ispunjavanje zahtjeva EU

Zapošljavanje obrazovanih kadrova

Uobičajen pristup tretiranja otpadnih voda

−

Pumpanje otpadnih voda velikim udaljenostima

Električna energija za upravljanje pogonom

Izgradnja i održavanje mreže kanalizacije

Gubitak nutrijenata velike vrijednosti

Visoki operativni troškovi

Izvor: Australia and New Zealand Biosolids Partnership Što sa muljem?

Uobičajen pristup tretiranja otpadnih voda

Postupak aktiviranog

mulja

Sirovi mulj

Anaerobna stabilizacija

Bioplin

*CHP - kogeneracija

Toplinska

energija Električna energija

Kompost

Poljoprivreda

Digestat Termička oksidacija

Odvodnjavanje

Električna energija Pepeo

Odlagalište

Odvodnjavanje

Dodavanje suhog lišća, drvenih otpadaka i

piljevine

Piroliza

Ulja, katran

CH4, CO, H2

Biochar, pepeo

Termičko

Solarno

4,0 – 5,0 MJ/kg pa se ne koristi

Solarna iradijacija 1000 – 1700 kWh/m2

100 – 110 l lož ulja/m2

Ecocycling

Proizvodnja betonskih elemenata

Poboljšivač tla

Usitnjavanje otpada i miješanje sa glinom, mineralima i vapnom ili kemikalijama dostupnim na tržištu

Zgušnjavanje i dehidracija

Dodavanje vapna

6,63 kWh m3 plina koji sadrži 2/3 metana

Mogući načini korištenja mulja otpadnih voda (troškovi obrade mulja za uređaj 5000 – 200 000 ES isnose i do 50% ukupnih troškova poslovanja)

Passavant-Roediger GmbH, Shijiazhuang, China

Proizvodnja bioplina iz mulja otpadnih voda

Pravna regulativa korištenja mulja otpadnih voda

u Hrvatskoj Pravilnik o načinima i uvjetima odlaganja otpada, kategorijama i

uvjetima rada za odlagalište otpada (NN 117/07) (stupa na snagu 2017. godine)

- Odlaganje mulja na odlagalištima nije dopušteno - Zabranjen prihvat komunalnog otpada ukoliko mu masa biorazgradive

komponente premašuje 35% ukupne mase - Ukupni organski ugljik (TOC) ne smije prelaziti 5% mase suhe tvari

Pravilnik o gospodarenju muljem iz uređaja za pročišćavanje otpadnih voda kada se mulj koristi u poljoprivredi (NN 38/08) - Dopušteno je godišnje koristiti najviše 1,66 tona suhe tvari mulja po hektaru

poljoprivrednog tla

Izvor: Vouk, Malus & Tedeschi, 2012

Koja je trenutna praksa korištenja mulja u Hrvatskoj?

Sirovi mulj

Anaerobna stabilizacija

Bioplin

Toplinska

energija Električna energija

Digestat

Odvodnjavanje

Zgušnjavanje i dehidracija

Zagrebački pročišćivač otpadnih voda

Skladiištenje cca 56000 tona godišnje

U Zagrebu ne postoji dugoročno rješenje za zbrinjavanje mulja

Trenutno rješenje - Zbrinjavanje na privremenom odlagalištu unutar prostora uređaja - Maksimalni kapacitet do 2013. (Kocks Consult GmbH, 2010)

Predloženo rješenje - Mono termička obrada mulja i korištenje ostataka pri izgaranju u

niskogradnji (šljaka) te obrada pepela (korištenje fosfata u poljoprivredi)

- Predviđeno Nacrtom plana gospodarenja otpadom grada Zagreba (2009), koji nije usvojen kao Plan gospodarenja otpadom

- Odgoda gradnje postrojenja na 2015.

Jedino preostalo rješenje je odvoz mulja na vanjsku lokaciju Izvor: Vouk, Malus & Tedeschi, 2012

U Zagrebu ne postoji dugoročno rješenje za zbrinjavanje mulja

“Godišnji troškovi odvoza mulja, primjerice u Mađarsku, iznosili bi okvirno oko 10% troškova izgradnje postrojenja za mono-

termičku obradu mulja” Izvor: Vouk, Malus & Tedeschi, 2012

Material Flow Management

26.11.2012 Izvor: Heck Peter 2011

#1 Upoznavanje sustava: Material Flow Analysis

#2 Optimizacija sustava: Traženje sistemskih rješenja

MFM pristup: odvajanje vrsta otpadnih voda

Urin Fekalije Sanitarna voda Kišnica

Urine diverting toilet/urinali bez

vode

Anaerobna metoda, sušenje i

kompostiranje

Močvarna polja/tehnologija

membrana Infiltracija

Prirodno gnojivo

Bioplin i gnojivo

Navodnjavanje Navodnjavanje

Individualni tok

Metoda

Proizvod

Sadrži 80% dušika (N), 50% fosfora (P) i 60 kalija (K) koje osoba izluči tijekom godine

Izvor: Peter Heck, 2011

Sadrži više of 60% energetske vrijednosti

Sadrži više of 60% teških metala

Odvajanje vrsta otpadnih voda je vrlo aktualna tema u svijetu . . .

“Reinvent the toilet”

Zašto separirati urin od fekalija i vode? Urin sadrži većinu nutrijeneta otpadnih voda ali manje od 1% ukupnog volumena 80% N (urea) 50% P 60% K

0.8 – 1.5 L po osobi na dan 550 L/cap godišnje

4kg N/cap/a 0.36 kg P/cap/a 1.0 kg K/cap/a

Izvor: Munch & Winker, 2009

Zašto separirati urin od fekalija?

Izvor: Munch & Winker, 2009

1.5 L urina na dan 1m⌃2 zemlje po sezoni

1ha zemlje 15000 l urina ili 105 kg N/ha

1.5 L urina 10.5 g N

Zašto separirati urin od fekalija?

2000 ljudi 8000 EUR/god 73ha po sezoni

10000 ljudi 40000 EUR/god 365ha po sezoni

1.02 EUR/kg N

Vrijednost dušika

Urine-diversion dehydration toilets (UDDT) Diverzija svih tekućina kako bi se fekalije održale suhim Fekalije se pohranjuju u poseban spremnik ispod toaleta Dodavanjem piljevine, vapna, suhe zemlje itd. smanjuje se

vlažnost fekalija i povećava PH – odumiranje patogena

Unutra: urin i fekalije

Van: gnojivo, kompost Ili dodatak zemlji

Izvor: UDDT, Sustainable Sanitation and Water Management

Urine-diversion dehydration toilets (UDDT)

Izvor: Itchom and Sacher

Urine-diversion flush toilet (UDFT)

Izvor: UDDT, Sustainable Sanitation and Water Management

Sličan izgleda kao i normalan toalet osim što UDFT sadrži posebnu pregradu koja izdvaja urin od fekalija

Urin se sprema u poseban spremink dok se fekalije ispiru vodom te odlaze u kanalizaciju

Odvodnja fekalija putem gravitacije ili vakum sustava

Unutra: urin i fekalije

Van: smeđa voda (fekalije i voda) i urin

Urine-diversion flush toilet (UDFT)

Izvor: DecRen Water Consult

Urin

Spremnik za urin Skladištenje urina radi sterilizacije

Gnojidba

Fekalije i “siva voda” Tretman

Testiranja urina kao gnojiva u Europi

Usjev i opis Zemlja Rezultat

Ječam Švedska (1997 – 1999) Efekt dušika u urinu odgovara 90% iste količine amonijevog

nitrata

Ječam Njemačka (2004) Efekt dušika u urinu bolji od onog u mineralnom gnojivu

(MG)

Kupus Finska (2007) a) Isti efekt kao MG kada su

korišteni pri količini od 180 kg N/ha b) bolja otpornost na nametnike i

c) ista kvaliteta usjeva

Poriluk Švedska (2002) a) Povećanje prinosa 3 puta b) Ista efikasnot N upotrebe kao i kod MG

Krastavac Nordijska klima (2007) a) Prinos isti ili maljo bolji od MG

b) Bez razlike u okusi između krastavaca uzgojenig MG i urinom

Izvor: Richert et al., 2009

Urinali bez vode

Izvor: UDDT, Sustainable Sanitation and Water Management

Poseban “čep”tj. Ecotrap. koji se nalazi unutar urinala spriječava neugodne mirise i potiskuje urin u odvod

Bez ikakve konzumacije vode Vrlo jednostavno čišćenje zbog

površinskog premaza koji odbija vodu

Ecotrap tehnologija

Izvor: Waterless.com

Blueseal je tekućina koja ima manju gustoću od urina Isto kao ulje na vodi, Blueseal stvara površinski sloj unutar Ecotrapa Time onemogućuje neugodnim mirisima da prodiru u toalet te

potiskuje urin u odvod

Uštede vode i povrat investicije

PARAMETRI Urinali: 1 Korisnika/dan: 100 Dana u tjednu: 7

INVESTICIJA Urinal: 285 EUR Instalacija: 100 EUR Ecotrap/god: 50 EUR

Povrat investicije ovisi o efikasnosti sustava kojeg se zamjenjuje i broju korištenja !

*ova kalkulacija se bazira na pretpostavkama koje se mogu razlikovati od slučaja do slučaja

Izvor: Preuzeto od Zero Flush Urinals

NAPOMENA: Sustav ne uzima u obzir upotrebu urina

Prednosti separacije urina i fekalija

1) Uštede vode

2) Proizvodnja organskog gnojiva Tretman pohrane u spremniku u periodu od 1 –

6 mjeseci ili direktna upotreba ako nema nikakvog miješanja sa fekalijama

Djelomična zamjena za umjetna gnojiva

Izvor: Munch & Winker, 2009

Izvor: Gensch, 2008

Prednosti separacije urina i fekalija

3) Uštede energije Otpadne vode sadrže manje nutrijenata i

patogena – potrebno manje kisika prilikom biološkog tretmana

Manje vode u sustavu – manje energije za pumpanje vode

Izvor: Munch & Winker, 2009

Nedostaci separacije urina i fekalija

1) Spremnost ljudi da promijene navike

2) Potreba za dodatnim održavanjem 1) Viši inicijalni troškovi investicije

Izvor: Munch & Winker, 2009

Nedostaci separacije urina i fekalija

4) Urin kao takav je manje efikasno gnojivo od umjetnih gnojiva Sadržaj urina naspram umjetnih gnojiva Urin N: P2O5 : K2O – 0.7 : 0.15 : 0.22

Umjetno gnojivo N: P2O5 : K2O – 21 : 46 : 0 Urin sadrži varijabilne kombinacije

nutrijenata

Izvor: Munch & Winker, 2009

Zaključak

1) Konvencionalna rješenja zahtijevaju efikasno korištenje mulja otpadnih voda

2) Otpadne vode su mješavina nutrijenata, koji se mogu koristiti u poljoprivredi

3) Odvajanjem otpadnih voda postižu se uštede energije i efikasnije korištenje i recikliranje vode i nutrijeneta

Literatura • Conradin K., Kropac M., Linking up Sustainable Sanitation, Water

Management and Agriculture, Sustainable Sanitation and Water Management

• Itchon G., Sacher N., Use of Dehydrated Faeces, Sustainable Sanitation and Water Management

• Heck P., Regional Material Flow Management, Beppu, Japan, 2011 • Münch E., Winker M., Technology review of urine diversion

components, Die Deutsche Gesellschaft für Internationale Zusammenarbeit, 2011

• Richert A., Gensch R., Jönsson, H., Stenström, TA, Dagerskog, Linus, Practical Guidance on the Use of Urine in Crop Production, EcoSanRes Programme, Stockholm Environment Institute

• Vouk D., Malus D., Tedecshi S., Problematika dispozicije mulja s uređaja za pročišćavanje otpadnih voda, Gospodarenje otpadom Varaždin, 2012

Održivo upravljanje otpadnim vodama: rješenja i postojeći slučajevi

iz prakse

Hvala na pažnji !