Posibilitățile folosirii apelor uzate Posibilitățile folosirii apelor uzate menajere și a nămolului tratat menajere și a nămolului tratat

pentru fertilizarea culturilor de salcie pentru fertilizarea culturilor de salcie energeticăenergetică

dr. ing. Szilveszter SzabolcsUniversitatea Sapientia, Facultatea de Științe, Departamentul de Bioinginerie,

Miercurea Ciuc

Ce este aCe este apa pa uzatuzatăă??

Apele uzate menajere provin din satisfacerea nevoilor gospodăreşti de apă ale centrelor populate, precum şi a nevoilor gospodăreşti, igienico-sanitare şi social administrative ale unităţilor industriale mici.

Compuşii chimici organici, prezenţi ca poluanţi în ape, pot fi clasificaţi în:

•compuşi naturali, produşi ai organismelor vii sau formaţi prin alte procese naturale;

•compuşi sintetici, introduşi de om adesea datorită proceselor industriale şi care în mod normal sunt absenţi din mediul natural.

Parametri U.M. Concentraţiaminimă medie maximă

Suspensii totale (TS) - total solide dizolvate - suspensii solide

mg/lmg/lmg/l

350250100

720500220

1200850350

CBO5 mgO2/l 120 220 400COT mgO2/l 80 160 290CCO mgO2/l 250 500 1000Azot total - organic - amoniu - nitraţi - nitriţi

mgN/lmg/lmg/lmg/lmg/l

208

1200

40152500

85355000

Fosfor total - organic - anorganic

mgP/lmg/lmg/l

413

835

155

10Cloruri mg/l 30 50 100Sulfaţi mg/l 20 30 50Alcalinitate mg/l 50 100 200Grăsimi mg/l 50 100 150Coliformi totali nr./

100ml106-107 107-108 107-109

Compuşi organici volatili μg/l <100 100-400 >400

Compoziţia tipică a apelor uzate menajere (Liu H.F.D et. al,2000)

Procese de epurareProcese de epurare apei apei uzateuzate Dintre sistemele de epurare biologică, una dintre cele mai

răspândite tehnici de epurare biologică a apelor uzate este procesul cu nămol activ..

BNADecantor Secundar

Nămol recirculat

Nămol exces

Tratare nămol

Emisar

Utilizarea nămolului în agricultură este reglementat de directiva UE 86/278/CEE din 12 iunie 1986.

•produsele rezultate de la staţiile de epurare care tratează apele uzate domestic (menajere) sau urbane şi de la alte staţii de epurare ce tratează ape uzate având o compoziţie similară apelor uzate domestice şi urbane;

•produsele reziduale din fosele septice şi din alte instalaţii similare pentru tratarea apelor uzate.

Potrivit directivei 86/278/CEE, se înţelege prin nămoluri:

Legislație privind folosirea apei Legislație privind folosirea apei uzate și nămolului activ în uzate și nămolului activ în agriculturăagricultură

Directive UE care reglementează folosirea nămolului în agricultură:

directiva 86/278/CEE prevede valori ale concentraţiilor de metale grele

directiva 75/442/CEE despre deșeuri

directiva 78/319/CEE despre deșeurilor toxice și periculoase

În România, problematica nămolurilor de epurare este reglementată prin ORDINUL nr. 344 din 16 august 2004.

nămoluri tratate - nămolurile tratate printr-un proces biologic, chimic ori termic.

Este vorba în special de aprobarea Normelor tehnice privind protecţia mediului, cu precădere a solurilor, când se utilizează nămolurile de epurare în agricultură.

Acest ordin defineşte diferitele tipuri de nămoluri de epurare, după cum urmează:

nămoluri provenite de la staţiile de epurare a apelor uzate din localităţi;

nămoluri provenite de la fosele septice şi de la alte instalaţii similare pentru epurarea apelor uzate;

Utilizarea în agricultură a apei uzate și nămolurilor de epurare reprezintă una dintre metodele de degajare a acestora şi o formă de punere în valoare a conţinutului lor în materie organică şi elemente nutritive.

La alegerea terenurilor pretabile se vor avea în vedere următorii factori (86/278/CEE):

•Topografia locului•Panta terenului •Textura solului •Permeabilitatea solului•Drenajul solului•Scurgerile la suprafaţă şi eroziunea•Inundabilitatea.•Capacitatea de apă utilă•Adâncimea apei freatice. •Volumul edafic•pH-ul solului •Capacitatea de schimb cationic•Gradul de încărcare a solului cu metale grele•Protecţia surselor de aprovizionare cu apă a localităţilor

Numai apa uzată și nămolul activ tratat poate fi utilizat pentru irigații sau ca fertilizant în agricultură !!!

Tratare apei uzate: Procese convenționale cu nămol activ, aerob sau

anaerobProcese alternative – iazuri biologice

Tratare nămolului activ:

Digestie anaerobă

Stabilizare contact aerob

Compostare

Irigația cu apa uzata si folosirea nămolului activ ca ingrasamant poate sa fie rentabilă și ecologica:

Apa uzată și nămolul exces ca fertilizantApa uzată și nămolul exces ca fertilizant

•poate creste producția de biomasa și la soluri slabe crescând astfel profitul fermierului

•reducerea consumului de energie a stației de epurare folosit pentru eliminare materii biodegradabile (N,P) –nămolul activ

•reciclarea substanțelor nutritive provenite din reziduuri umane și contribuția fermierului la sustenabilitate cu efecte pozitive pe mediu.

•compensarea nevoile de apa a plantației

•extragerea/absorbția metalelor grele din lanțul alimentar

CO2 în formă de gaz

O2 în formă de gaz

Ioni minerali dizolvați: K+, NO3

-, Ca2+, HPO4

2- Apă

Nutriția plantelor (I)Nutriția plantelor (I)

Material organic (proteine, aminoacizi, acizi nucleici, lipide etc.)

Bacterii mineralizatoare din

sol(Bacillus

sp., Pseudomonas sp., Micrococcus sp., Vibrio sp.,

Arthrobacter sp., Proteus sp.,

Variovorax sp., Acidovorax sp.)

Nutriția plantelor Nutriția plantelor (II)(II)

Element

% din masa

totală a plantei

Bacterii din sol care au rol în mineralizarea elementelor

Forma în care este absorbită de plante

Compuși ai elementelor

în nămol și/sau apă

uzată

N 1,5 Bacillus sp., Clostridium sp., Proteus sp., Pseudomonas sp., Streptomyces sp., Nitrobacter sp., Nitrococcus sp., Nitrosococcus sp., și Nitrosomonas sp.

NO3-, NH4+ N total (20% în formă de ammoniac, nitriți și nitrați)

P 0,2 Pseudomonas sp., Bacillus sp., Erwinia sp.

HPO42- Fosfați de

magnesiu și ammoniu, fosfor organic

S 0,1 Pseudomonas sp, Variovorax sp., Acidovorax sp.

SO42- Sulf organic,

sulfiți

Sălcia pot fi folosit din cauza proprietăților:

Plantații de sălcie în general pot fi folosite în procese de fitoremediere și în procese de tratare/postratare apei uzate municipale și a nămolul provenit din procesul tehnologic.

Nevoie de cantități mari de apă și rata mare evapotranspirație;Eficiență înaltă de utilizarea elementelor nutritive;sistemul de rădăcini superficial, cu o buna capacitate de a rezista la condiții anoxice;capacitate de a absorbție a metalelor grele.

Plante Absorbție mg/kg material uscat

Absorbție g/ha/an

Absorbție relativă

Salix = index 100

Salix 1,8 9,4 100Grâu 0,044 0,23 2,4Orz 0,036 0,13 1,4

Orzoaică 0,046 0,23 2,4Cartof 0,053 0,47 5,0

Plante uleioase 0,082 0,21 2,2Sfeclă 0,28 1,5 16

Schema fertilizării și irigării plantației Sălcie Schema fertilizării și irigării plantației Sălcie energeticăenergetică

Parametri Valori limită [mg/kg]

CadmiuCupruNichelPlumbZincMercurCrom

310050503001100

Valorile maxime admisibile pentru concentraţiile de metale grele în solurile cu pH > 6,5 pe care se aplică nămoluri

Parametri Valori limită [mg/kg]

Cadmiu 10Cupru 500Nichel 100Plumb 300Zinc 2.000Mercur 5Crom 500Cobalt 50Arsen 10AOX (suma compuşilor organohalogenaţi)

500

PAH (Hidrocarburi aromatice policiclice) 5PCB (bifenili policloruraţi) 0,8

Concentraţiile maxime admisibile de metale grele din nămolurile destinate pentru utilizarea în agricultură

•trebuie să avem în vedere necesităţile nutriţionale ale plantelor;

•să nu compromităm calitatea solurilor şi a apelor de suprafaţă;

•valoarea pH-ului din solurile pe care urmează a fi aplicate nămoluri de epurare trebuie să fie menţinută la valori peste 6,5.

Împrăștierea nămolului pe terenul agricol

În utilizarea nămolurilor trebuie să se ţină cont de În utilizarea nămolurilor trebuie să se ţină cont de următoarele reguli:următoarele reguli:

Utilizarea apei uzate pentru irigare

Rata de irigare trebuie calculată în funcția:

Clima localăCaracteristicile solului Vârsta plantațieiCantitatea de apă uzată

necesară

Metodă simplă pentru determinarea ratei maxime de irigare luănd în calcul diferite factori esențiali

X1- media anuală a precipitațiilorX2-media anuală de drenaj (scurgere)X3-tipul soluluiX4-intesitatea procesului de cultivare actuale (mediu, ridicat)X5-Levigarea actuală anual de azot

Situația actuală Variabil Măsură ExempluMedia anuală a percipitațiilor (mm) X1 a afla

Media anuală de drenaj (scurgere)(mm)Tipul solului ( ex. argilă, lut, nisip)

X2X3

a aflaa afla

200

Intesitatea procesului de cultivare actuale (mediu sau ridicat) X4 a afla

Levigarea actuală anual de azot (kg N/ha an) X5 a afla 50

Concentrația anuală de azotați în apa de drenaj (mg NO3-N/L) X6 =(X5*0.9)*100/X2 22.5

Încărcare de azotEvapotranspirația plantelor (%) X7 Constant 35Concentrația de azot ăn apa uzată (mg tot-N/L) X8 a afla 200Cantitatea admisă de azot levigat (kg N/ha an) X9 =X5 50Încărcare maximă de azot prin irigare (kg N/ha an) X10 daca X5>20, atunci =(X5+20)*5

daca X5<20 atunci =X5*10 350

Incărcare maximă de azot pentru irigare (mm/an) X11 =(X10/X8)*100 175

Concentrația de azotați în apa de drenaj (mg NO3-N/L) X12 =[(0.9*X5/(X11+X2)]*(100+X7) 16.2

Variația concentrației de azotați în apa de drenaj (mg NO3-N/L) X13 =X12-X6 -6.3

Drenajul total (mm/an) X14 =(X2/X7)+X11 323.15Încărcare FosforCantitatea anuală de eliminare fosfor prin recoltare sălcie (kg P/ ha an)

X15 Constant 7

Aplicare anuală sustenabilă de fosfor prin irigare(kg P/ha an) X16 =X15+1 8Media concentrației de fosfor în apă uzată (mg P/L) X17 a afla 0.6încărcarea maximă anuală de irigare bazat pe fosfor (mm/an) X18 =(X15*100)*X17 420Încărcarea maximă anuală de irigare Valoarea minima dintre X11 și X18 175

Calcule folosite la ape uzate de a putea folosi pentru irigare.

•să reducă la minimum riscurile de igienă;

Sisteme de irigareSisteme de irigareSistemul de irigare selectat trebuie:

Cel mai rentabil sistem de irigare s-a dovedit fiind cu tuburi găurite/perforate dar costurile ridicate implicate și de risc pentru colmatarea cu rădăcină nu ar trebui să fie trecute cu vederea.

•să fie căt mai aproape de suprafața solului pentru a evita răspândirea agenților patogeni;

•să permită o distribuție uniformă a apelor uzate peste întregul câmp;

•considerat și fezabilitatea sistemului de irigare, avantaje/dezavantaje.

Irigații cu tuburi găurite

Irigați cu tuburi perforate

Stropitoare Irigați cu flux liber

Irigații cu șanțuri

Protecția sănătății + + - - - - -

Control de substanțe nutritive

+ + + - - - - -

Irigare apei uzate pe teren egală

+ + + - - -

Cost de investiție - - - + + + +

Cost de funcționare - - - - - + +

Dificultatea recoltei + + - - + - - -

Durata de viață + - - + + + +

Fezabilitatea cultivării Sălcie

+ + + - - - - - - - - -

Sisteme de Sisteme de irigareirigareIrigarea cu apă uzată trebuie să înceapă •în primăvara anului paralel cu începerea fazei vegetative si terminat la scurt timp înainte de sfârșitul perioadei vegetativ.•la un an după înființarea culturii de sălcie când au dezvoltat un sistem de rădăcină și levigarea apei uzate este neglijabil.

Exemple de sisteme de irigare pentru plantații de Sălcie cu apa uzată

Exemplu 1. Cultivare Sălcie prin irigare cu Exemplu 1. Cultivare Sălcie prin irigare cu apă uzatăapă uzatăLocalitatea: Kambaj – Estonia cu 840 persoane echivalenți

Proces de tratare apei uzate alternativ cu iazuri biologice.

Apa uzată pe plantație:CBO5 – 21,4 mg/L;Total N – 15,2 mg/L;Total P – 2,3 mg/L.

Tip de sol Densitatea plantației (plante/ha)

Arie (ha) Distanța între tuburi de irigare (m)

Irigare Producție t/ha/anPerioada

(zile)Cantitate (mm)

Eutric Planosol

14800 2 9 170 155 15,8

Ch

ange

s in

soi

l m

icro

bia

l co

mm

un

ity

un

der

wil

low

cop

pic

e: T

he

effe

ct

of

irri

gati

on

wit

h

seco

nd

ary-

trea

ted

m

un

icip

al

was

tew

ater

. M

arik

a T

ruua

,Jaa

k T

ruua

, K

atri

n H

eins

oob,

Eco

logi

cal

engi

neer

ing

3 5

( 20

09 )

10

11–1

020

Exemplu II. Cultivare Sălcie prin fertilizare Exemplu II. Cultivare Sălcie prin fertilizare nămol de epurarenămol de epurare

Fertilizarea cu nămol are un efect pozitiv asupra creșterii Salix, dar cauzează probleme cu controlul buruienilor.Al doilea sezon este optim pentru fertilizare pentru a reduce problemele cu buruieni.

Localitatea: Sven – Letonia folosind nămol activ stabilizat

În primul sezon masa uscată a plantațiilor de control a fost între 0,2-0,6 t / ha, dar în al doilea sezon, după fertilizarea cu nămol de epurare 14 t / ha (700 kgN / ha), masa uscată a ajuns la 4,6-5,5 t / ha.

Eff

ect

of

Sew

age

Slu

dge

F

erti

liza

tion

in

S

hor

t-R

otat

ion

W

illo

w

Pla

nta

tion

s D

agni

ja L

azdi

ņa,

And

is L

azdi

ņš,

Zig

urds

Kar

iņš,

Vis

vald

is

Kāp

osts

, Jo

urna

l of

E

nvir

onm

enta

l E

ngin

eeri

ng

and

Lan

dsca

pe

Man

agem

ent,

2007

, Vol

XV

, No

2, 1

05–1

11.

Considerări economice – îngrășământ, nămol activ și Considerări economice – îngrășământ, nămol activ și apa uzată.apa uzată.

Marja brută pentru cultivare salcie pentru o serie de randamente și prețul de pelet folosind FERTILIZANT NPK - pentru condiții Suedeze 2009, 1MWh=3,6GJ, 1t MU=15,8 GJ.Preț(€/GJ)

Randament de recoltă (t MU/ha)5 6 7 8 9 10 11 12

2 -291 -306 -322 -337 -352 -368 -383 -3983 -226 -228 -230 -233 -235 -237 -239 -2424 -161 -150 -139 -128 -117 -107 -96 -855 -96 -72 -48 -24 0 24 48 726 -30 7 44 81 118 154 191 2287 35 85 135 185 235 285 335 385

Marja brută pentru cultivare salcie pentru o serie de randamente și prețul de pelet folosind NĂMOL DE EPURARE - pentru condiții Suedeze 2009, 1MWh=3,6GJ, 1t MU=15,8 GJ.Preț(€/GJ)

Randament de recoltă (t MU/ha)5 6 7 8 9 10 11 12

2 -263 -276 -288 -301 -313 -326 -338 -3513 -198 -197 -197 -196 -196 -195 -195 -1944 -133 -119 -105 -92 -78 -65 -51 -375 -67 -41 -14 13 39 66 92 1196 -2 38 77 117 157 196 236 2767 63 116 169 221 274 327 380 432

Marja brută pentru cultivare salcie pentru o serie de randamente și prețul de pelet folosind APĂ UZATĂ - pentru condiții Suedeze 2009, 1MWh=3,6GJ, 1t MU=15,8 GJ.Preț(€/GJ)

Randament de recoltă (t MU/ha)5 6 7 8 9 10 11 12

2 -242 -249 -256 -264 -271 -278 -286 -2933 -137 -131 -126 -120 -114 -109 -103 -974 -33 -14 5 23 42 61 80 985 72 103 135 167 199 231 262 2946 176 221 266 311 355 400 445 4907 280 338 396 454 512 570 628 686

Sewage sludge and wastewater fertilisation of Short Rotation Coppice (SRC) for increased bioenergy productiond Biological and economic potential, I. Dimitriou, H. Rosenqvist, Biomass and bioenergy 35 ( 2011 ) 835-842

POSIBILITĂȚI DE COLABORĂRI LOCALE

oResursele de nămol, în apropierea plantațiilor

Statie pilot la M.CiucoExemplul de la Miercurea Ciuc

oCrearea condițiilor pentru utilizare legală și fără risc -laboratoare autorizate la producători (sau în zonă) -analize necesare ale solurilor -respectarea prescripțiilor technologice

oUn material pentru fertilizarea terenurilor ieftin și eficient

între Kontrastwege  s.r.l. și Harviz S.A

Mulțumesc pentru atenția acordată!!!Mulțumesc pentru atenția acordată!!!

Întrebări?Întrebări?