Wykorzystanie osadów ściekowych po higienizacji wapnem do nawożenia gruntów rolnych

WYKORZYSTANIE OSADÓW ŚCIEKOWYCH PO HIGIENIZACJI WAPNEM DO NAWOŻENIA GRUNTÓW ROLNYCH

Warunki stosowania osadów ściekowych do nawożenia gruntów rolnych określa rozporządzenie Ministra Ochrony Środowiska, Zasobów Naturalnych i Leśnictwa z dnia 11 sierpnia 1999r. "W sprawie warunków, jakie muszą być spełnione przy wykorzystywaniu osadów ściekowych na cele nieprzemysłowe." (Dz. U. Nr 72 poz. 813).

Wykorzystanie osadów ściekowych na cele nieprzemysłowe polega na:

• wprowadzaniu na grunty do rekultywacji na potrzeby rolnicze i nierolnicze
• wprowadzaniu wraz z nasionami roślin na powierzchnie narażone na erozję, w szczególności na skarpy składowisk odpadów, wykopów i nasypów ziemnych oraz składowiska odpadów o właściwościach pylących, do roślinnego utrwalania powierzchni gruntów
• kompostowaniu osadów ściekowych

Jednym z warunków dopuszczenia osadów do nawożenia gruntów rolnych jest zapewnienie ich czystości mikrobiologicznej. Powszechna jest błędna opinia, że stabilizowane osady są bezpieczne pod względem sanitarnym. Równocześnie okazuje się, że długi czas przebywania osadu w glebie nie gwarantuje jego higienizacji. Badania osadów po stabilizacji biologicznej, przeprowadzone w różnych porach roku wykazały, że pozornie "czyste" osady w jednym okresie, w innych porach wykazywały ponadnormatywne zawartości jaj pasożytów przewodu pokarmowego [3, 4, 9,13].

Takie osady muszą być poddane higienizacji. Higienizacja osadu z jednej strony zapewni jego stabilizację tzn. zatrzymuje dalsze procesy fermentacyjne oraz wydzielanie zapachów i gazów, a przede wszystkim eliminuje zagrożenie zakażeń i epidemii wśród ludzi i zwierząt wywołanych przenoszeniem patogenów przez wiatr, owady, ptaki, gryzonie i inne zwierzęta, bądź człowieka oraz na drodze przesiąkania z wodą opadową do wód gruntowych [1, 2, 3, 4,10,12].

Znanym i dość często stosowany m na oczyszczalniach odkażalnikiem są związki wapnia, używane pod postacią wapna gaszonego, palonego, chlorowanego [4, 7,10, 13].

Stopień dezynfekcji osadów uzyskany poprzez działanie związków wapnia uzależniony jest przede wszystkim od uzyskanego pH i temperatury. Należy podkreślić, że związki wapnia oddziałują w sposób niejednakowy na poszczególne rodzaje drobnoustrojów znajdujących się w odpadzie. Jeżeli ilość dodawanego wapna jest zbyt mała niektóre bakterie chorobotwórcze ulegają częściowemu zniszczeniu, lecz w przypadku obniżenia pH mogą się ponownie uaktywniać. Literatura zachodnia informuje o częstym stosowaniu wapnowania w małych oczyszczalniach norweskich w celu chemicznej stabilizacji osadów. Cel ten według autorów został osiągnięty. Nastąpiło przedłużenie nie zmieniającego się stanu (względna stabilizacja). W norweskich warunkach jest to wystarczające. Doświadczenia w Niemczech pokazują, że stabilizacja wapnem prowadzi wyłącznie do czasowego unieruchomienia procesów przemian mikrobiologicznych , a nie do długotrwałej stabilizacji [4, 7, 13, 14]. Z punktu widzenia praktyki ważne jest doświadczalne ustalenie niezbędnej dawki wapna.

Amerykańska Agencja Ochrony Środowiska przyjmuje, że znaczna eliminacja drobnoustrojów patogennych następuje już po 2 godzinach w przypadku gdy pH mieszaniny odpadów i wapna osiąga wartości 12. Strauch stwierdza, że pH 12eliminuje bakterie z rodzaju Salmonella po 6 godzinach, natomiast Godfree uważa, że ponad 90% Salmonelli obumiera w tych warunkach już po 15 minutach. Ważne jest aby wartość pH nie obniżała się do 10, gdyż w takiej sytuacji zdaniem Wiliersa może dojść do ponownej reinfekcji odpadów. Warto wspomnieć, że związki wapnia oddziałują negatywnie na jaja pasożytów. Dotyczy to zwłaszcza jaj cienkoskorupkowych.

Zdecydowanie bardziej odporne na środowisko silnie zasadowe są jaja nicieni. Strauch i wsp. zauważyli, że warunki takie znoszą one dość dobrze i po 48 godzinach ponad 70% jaj znajdujących się w ściekach było zdolnych do dalszego rozwoju.

Niezbędne jest podniesienie temperatury dezynfekowanej masy osadowo-wapiennej do wartości rzędu 60-70 °C. Jak podaje Strauch w warunkach takich jaja nicieni eliminowane są już po 2 godzinach. Dodatkową zaletą związków wapnia jest ich efektywność w niszczeniu patogennych wirusów. Jak podaje Tullander, poliwirusy niszczone są w szybkim czasie przy pH 11,5. [7, 13]

Również Siuta i Wasiak uważają, że traktowanie takich odpadów jak osady ściekowe odpowiednią ilością wapna palonego (CaO) niszczy całkowicie chorobotwórcze bakterie i jaja pasożytów. Niszczące działanie tlenku wapniowego polega głównie nawytwarzaniu temperatury wyższej od biologicznej odporności chorobotwórczych organizmów.

Bernacka, Sałbut i Kazimierczuk (cyt. za Siutą) podają, że na 1 kg suchej masy osadu ściekowego należy dać 0,45-0,55 kg wapna palonego. Mając na względzie zmienność uwodnienia masy plastycznej różną zawartość CaO (domieszki) w palonym wapnie, warunki mieszania - zaleca się ustalenie dawki wapna 0,5 t na 1 tonę suchej masy jako wartość przeciętną [7, 9].

Odczyn pH mieszaniny wapna i osadu musi osiągnąć na wstępie pH =12,6, a temperatura całej mieszaniny musi osiągnąć co najmniej 85 °C w ciągu dwóch godzin.

Zastosowanie wapna palonego pozwala na uzyskanie mieszaniny wapniowo-organicznej posiadającej cechy nawozu wapniowo-organicznego o diametralnie lepszych od osadu właściwościach fizyczno-chemicznych ułatwiających transport, składowanie i stosowanie z wykorzystaniem typowego sprzętu rolniczego (rozrzutnik RCW, rozrzutnik obornika) [1, 5, 6, 8, 11,14].

Wapno palone powoduje również częściowe chemiczne związanie cząsteczek wody znajdującej się w osadzie, natomiast wzrost temperatury wywołany reakcją egzotermiczną CaO z wodą, częściowe jej odparowanie. Osady po wapnowaniu zwiększą zatem zawartość suchej masy, przez co ich stan fizyczny i konsystencja pozwalać będzie na łatwiejszą ich dalszą obróbkę bądź składowanie. Efekt higienizacji możemy osiągnąć również, przy zastosowaniu innych rodzajów wapna powodujących podwyższenie odczynu, bez wzrostu temperatury. Zależał on jednak będzie od długości czasu przetrzymania mieszaniny osadowo-wapiennej. Stosowanie innych rodzajów wapna wydłuża cykl technologiczny produkcji preparatu wapniowo-organicznego. Istotne w tym przypadku jest prowadzenie badań laboratoryjnych higienizowanego osadu co pozwoli na weryfikację zakładanych dawek wapna i czasu przetrzymania mieszaniny w warunkach wysokiego pH. W przypadku nieznacznych przekroczeń skażeń mikrobiologiczno – parazytologicznych osadów, zarówno dawki wapna, jak i czas termiczno-alkalicznej higienizacji mogą ulec obniżeniu.

Skuteczność higienizacji osadów ściekowych z oczyszczalni w Świeciu, Zakładów Mięsnych w Bydgoszczy, Oczyszczalni Zakładów Mleczarskich w Rypinie, sprawdzano przy pomocy różnych rodzajów wapna tlenkowego, zakupionego w KCW Kujawy (ATR Bydgoszcz 1997).

Stwierdzono, że mieszanie odpadów z wapnem w odpowiednich proporcjach i odpowiednio długim czasie przetrzymania, powodowało obniżenie zawartości organizmów patogennych do poziomu dopuszczalnych kryteriów przyrodniczego użytkowania osadów zawartych w rozporządzeniu Ministra Ochrony Środowiska i Zasobów Naturalnych z dnia 11 sierpnia 1999r "w sprawie warunków, jakie muszą być spełnione przy wykorzystywaniu osadów na cele nieprzemysłowe". Higienizacja osadów wapnem palonym powoduje, że w efekcie końcowym otrzymujemy "produkt" posiadający cechy preparatu wapniowo-organicznego nadającego się do zastosowania w rolnictwie, do nawożenia i kondycjonowania gruntów rolnych [ 5,11, 14].

Technologia wapnowania, przy pewnej modyfikacji linii, pozwala również na produkcję pewnego asortymentu preparatów nawozowych przeznaczonych dla konkretnego odbiorcy (np. rolnictwo, zieleń miejska, szkółkarstwo itp.).W porównaniu do innych metod higienizacji osadów, wapnowanie osadów jest procesem pewnym co do jakości żądanego efektu higienizacji. Wapno jest odkażalnikiem łatwo dostępnym, a wprowadzenie osadu zwapnowanego do obiegu w przyrodzie nie tylko nie przynosi ujemnych skutków dla środowiska, a wręcz poprawia strukturę i odczyn gleby.

Do zastosowania technologii przetwarzania osadów ściekowych na preparaty wapniowo-organiczne proponuje się wykorzystanie linii technologicznej z mieszarką łopatkową, która posiada możliwości mieszania i stosowania różnych rodzajów i dawek wapna co stanowić będzie zabezpieczenie na wypadek małej skuteczności dawek przyjętych lub zastosowanie wapna o słabszej jakości. Ze względów BHP zarówno dotyczących pracy z surowymi osadami jak i różnymi rodzajami wapna (głównie pylistej formy palonego) należy przewidzieć automatykę linii technologicznej celem zminimalizowania kontaktu obsługi z wymienionymi substancjami. Preparaty wapniowo-organiczne, wzbogacone w makro i mikroelementy o właściwościach fizycznych spełniających wymogi stawiane nawozom wapniowym, nie są uciążliwe dla otoczenia, mogą być bezpośrednio użyte do nawożenia lub składowane w pryzmach bez obawy ponownego uwilgotnienia i reinfekcji szkodliwą mikroflorą [ 6, 8,10].

Proponowana metoda higienizacji osadu wapnem tlenkowym pozwala na otrzymanie produktu bezpiecznego pod względem sanitarnym, o dobrych właściwościach fizycznych, ułatwiającym dalsze jego wykorzystanie. Produkcja preparatów wapniowo-organicznych stanowić może alternatywę nawozów przeznaczonych do nawożenia i kondycjonowania gleb, dla rolnictwa, ogrodnictwa, leśnictwa, gospodarki komunalnej, rekultywacji wysypisk i zdegradowanych terenów przemysłowych.

Literatura:

1. CODE OF GOOD AGRICULTURAL PRACTICE FOR THE PROTECTION OF SOIL, MAFF, London, 1993.
2. EUROPEAN COMMUNITY; Council Directive on the Protection of the Environment and in Particular of the Soil when Sewage Sludge is used in Agriculture. Off. J. Europ. Comm. No. L 181/6,4 July 1986.
3. HERMANN J., Uwarunkowania i kryteria rolniczej przydatności odpadów, 1995, Ekol. i Tech., nr 4.
4. HOFMANN K. Koncepcjei metody uzdatniania i wykorzystywania osadów ściekowych. Materiały seminarium nt. Oczyszczania ścieków na filtrach gruntowo roślinnych. Cedzyna 06. 1994. Fundacja Zaopatrzenia Wsi w wodę
5. Kempa E.S. Osady ściekowe - odpad czy produkt oczyszczania ścieków. Materiały krjowej konferencji naukowo-technicznej pod redakcją J.Bienia. Częstochowa 1996.
6. NIEKONWENCJONALNE NAWOZY W ROLNICTWIE, Zesz. Probl. Post. Nauk Roln., 1993, Z. 409, PAN, Warszawa.
7. Reimers R., Oleszkiewicz J., Goldstein G., Podstawy chemicznej higienizacji osadów. Materiały konferencyjne. Kraków 11-12 maja 1997.
8. ROSZYK E., ROSZYK S., SPIAK Z., Wartość nawozowa osadów ściekowych z niektórych oczyszczalni południowo - zachodniej Polski, Cz. III: Doświadczenia wegetacyjne, Roczn. Glebozn., 1988, nr 1, 113 -125.
9. SIUTA J., PASIŃSKI CZ., WASIAK G., Przyrodnicze zagospodarowanie osadów ściekowych, Warszawa PWN, 1988.
10. Sobczyk 1994. "Praktyczne wykorzystanie osadów ściekowych w rolnictwie". Ekologia i Technika. BTN Bydgoszcz
11. Sobczyk 1997. "Odpady - nowe myślenie, nowe rozwiązania" Zielone Płuca Polski Nr 3/97
12. Sobczyk 1998. "Zagospodarowanie odpadów w gminie, na przykładzie AGRO EKO Systemu". Konferencja - szkolenia dla wójtów i burmistrzów - Ciechocinek 98.
13. STRAUCH D., OVER H and L'HERMITE P. Hygienic aspects of the treatment and use of organic sludge and liquid agricultural wastes. Proc. Of a seminar held in Leystan. NL, 26-28 September 1988. CEC Publication. 1989
14. WOLSKI T., Wykorzystanie odpadów przemysłowych do otrzymywania preparatów próchnico podobnych, Zesz. Probl. Post. Nauk Roln., 1986, Z 315.