Održivo upravljanje otpadnim vodama: rješenja i

Održivo upravljanje
otpadnim
Održivovodama:
upravljanje otpadnim
primjeri i rješenja iz
vodama: rješenja i postojeći slučajevi
prakse
iz prakse
Đukan Mak
M.Sc & M.Eng (kandidat)
Trier University of Applied Sciences
Institute for Applied Material Flow
Management
[email protected]
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
Što su nutrijenti i zašto su bitni?
Nutrijenti
Makronutrijenti
Dušik (N)
Fosfor (P)
Kalij (K)
Sumpor (S)
Magnezij (Mg)
Kalcij (Ca)
Mikronutrijenti
Boron (Bo)
Bakar (Cu)
Željezo (Fe)
Klor (Cl)
Magnan (Mn)
Molbiden (Mo)
Cink (Zn)
Source: R. Gensch
Izvor: Conradin & Kropac
Proizvodnja amonijaka kroz Haber Bosch
proces, BASF tvornica, Njemačka
Rudnik kalijevih soli (potasium salts)
Monte Kali, Heringen, Njemačka
Izvor: Armin Kübelbeck, Wikipedia
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
97,5%
Dušik (N)
87%
Postotak [%]
Fosfor (P)
Kalij (K)
54%
50%
40%
34%
10%
3%
Otpadne
vode
10%
12%
1,8%
0,8%
Urin
Fekalije
Izvor: Heck Peter, 2011
Vrijednost resursa u otpadnim vodama i
koliko plaćamo trenutni sustav zbrinjavanja
Resurs
Vrijednost
P
0,78 €/kg P
N
1,02 €/kg N
K
0,38 €/kg K
Organska materija
(COD)
0,08 €/kg COD
Procjena troškova
zbrinjavanja
otpadnih voda
495 Mrd. €/a
Vrijednost resursa
44,7 Mrd. €/a
Izvor: Heck Peter 2011
Pitka voda služi kao transportno
sredstvo za fekalije i urin !!
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
pitke vode
20 000 L
Bazirano na prosjeku za toalet koji koristi oko 8 L vode
po ispiranju
Izvor: Conradin & Kropac
Zašto je trenutni sustav upravljanja vodama
neodrživ?
Nema recikliranja
vode
Crpljenje
podzemnih voda
Ispuštanje u vodene
tokove
Nema recikliranja
nutrijenata
Osiromašivanje udjela
nutrijeneta u tlu
Akumulacija
nutrijenata
Izvor: Conradin & Kropac
Uobičajen pristup tretiranja otpadnih voda
+
Visoki stupanj
pročišćavanja voda
Velike kapitalne
investicije
Neprimjetan transport
otpadnih voda
Ispunjavanje
zahtjeva EU
Zapošljavanje
obrazovanih kadrova
Centralno postrojenje za tretman otpadnih
voda grada Beča, procesom aktivnog mulja
−
Pumpanje otpadnih voda
velikim udaljenostima
Gubitak nutrijenata
velike vrijednosti
Električna energija za
upravljanje pogonom
Izgradnja i održavanje
mreže kanalizacije
Visoki operativni
troškovi
Instalacija kanalizacijskih cijevi
Uobičajen pristup tretiranja otpadnih voda
Postupak
aktiviranog
mulja
Što sa muljem?
Izvor: Australia and New Zealand Biosolids Partnership
Mogući načini korištenja
mulja otpadnih voda
Usitnjavanje otpada i miješanje sa
glinom, mineralima i vapnom ili
kemikalijama dostupnim na tržištu
Proizvodnja
betonskih
elemenata
(troškovi obrade mulja za uređaj
5000 – 200 000 ES isnose i do 50%
ukupnih troškova poslovanja)
Ecocycling
Poboljšivač
tla
Sirovi mulj
4,0 – 5,0 MJ/kg pa
se ne koristi
Zgušnjavanje
i dehidracija
Termičko
Anaerobna
stabilizacija
Solarna iradijacija
1000 – 1700 kWh/m2
Odvodnjavanje
Solarno
100 – 110 l
lož ulja/m2
6,63 kWh m3 plina koji
sadrži 2/3 metana
Bioplin
Električna
energija
Termička
oksidacija
Digestat
Toplinsk
a
energija
Električna
energija
Odvodnjavanje
Pepeo
Dodavanje
vapna
Dodavanje suhog lišća,
drvenih otpadaka i
piljevine
CH4,
CO, H2
Ulja,
katran
Biochar,
pepeo
Kompost
Poljoprivreda
Piroliza
Odlagalište
*CHP - kogeneracija
Proizvodnja bioplina iz mulja otpadnih voda
Passavant-Roediger GmbH, Shijiazhuang, China
Izvor: Vouk, Malus & Tedeschi, 2012
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
Koja je trenutna praksa korištenja mulja u
Hrvatskoj?
Sirovi mulj
Zgušnjavanje
i dehidracija
Zagrebački pročišćivač otpadnih voda
Anaerobna
stabilizacija
Bioplin
Električna
energija
Digestat
Toplinsk
a
energija
cca 56000 tona godišnje
Odvodnjavanje
Skladiištenje
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 monotermičku obradu mulja”
Izvor: Vouk, Malus & Tedeschi, 2012
Material Flow Management
#1 Upoznavanje sustava:
Material Flow Analysis
#2 Optimizacija sustava:
Traženje sistemskih rješenja
26.11.2012
Izvor: Heck Peter 2011
MFM pristup: odvajanje vrsta otpadnih voda
Sadrži 80% dušika (N), 50%
Sadrži više of 60%
Sadrži više of 60% teških
fosfora (P) i 60 kalija (K) koje
metala
osoba izluči tijekom godine energetske vrijednosti
Individualni
tok
Urin
Fekalije
Sanitarna
voda
Kišnica
Metoda
Urine diverting
toilet/urinali bez
vode
Anaerobna metoda,
sušenje i
kompostiranje
Močvarna
polja/tehnologija
membrana
Infiltracija
Proizvod
Prirodno
gnojivo
Bioplin i
gnojivo
Navodnjavanje
Navodnjavanje
Izvor: Peter Heck, 2011
Odvajanje vrsta otpadnih voda je
vrlo aktualna tema u svijetu . . .
“Reinvent the toilet”
Izvor: Munch & Winker, 2009
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?
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?
Vrijednost dušika
2000 ljudi
8000 EUR/god
73ha po
sezoni
10000 ljudi
40000 EUR/god
365ha po
sezoni
1.02 EUR/kg N
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)
 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
Izvor: UDDT, Sustainable Sanitation
and Water Management
Urine-diversion flush toilet (UDFT)
Fekalije i “siva voda” Tretman
Urin
Spremnik za urin
Skladištenje urina
radi sterilizacije
Gnojidba
Izvor: DecRen Water Consult
Izvor: Richert et al., 2009
Testiranja urina kao gnojiva u Europi
Usjev i opis
Zemlja
Rezultat
Švedska (1997 – 1999)
Efekt dušika u urinu odgovara
90% iste količine amonijevog
nitrata
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
Nordijska klima (2007)
a) Prinos isti ili maljo bolji od MG
b) Bez razlike u okusi između
krastavaca uzgojenig MG i urinom
Ječam
Ječam
Krastavac
Urinali bez vode
 Bez ikakve konzumacije vode
 Vrlo jednostavno čišćenje zbog
površinskog premaza koji odbija vodu
 Poseban “čep”tj. Ecotrap. koji se
nalazi unutar urinala spriječava
neugodne mirise i potiskuje urin u
odvod
Izvor: UDDT, Sustainable Sanitation
and Water Management
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
NAPOMENA: Sustav ne uzima u obzir upotrebu urina
Izvor: Preuzeto od Zero Flush Urinals
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
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 Izvor: Munch & Winker, 2009
 Djelomična zamjena za umjetna gnojiva
Izvor: Gensch, 2008
Izvor: Munch & Winker, 2009
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
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
Hvala na pažnji !
Održivo upravljanje otpadnim
vodama: rješenja i postojeći slučajevi
iz prakse