Materiálové a energetické využití čistírenských kalů

V současné době se čistírenské kaly (ČK) využívají v zemědělství přímou aplikací na půdu či ve formě kompostu, spalují se nebo se odstraňují uložením na skládce. V České republice výrazně převládá materiálové využití na zemědělské půdě či v kompostech. Oproti tomu v zemích západní Evropy (např. Německo, Rakousko, Švýcarsko, Nizozemsko, Belgie) je běžnější spalování nebo spolu-spalování. Tento přístup vychází z obav o kontaminaci životního prostředí škodlivinami obsaženými v ČK, jako jsou těžké kovy, mikroplasty, patogeny, organické polutanty (PAU, per- a polyfluorované látky (PFAS), zpomalovače hoření, léčiva, hormony nebo endokrinní disruptory atd). Tyto látky jsou při spalování odstraňovány a vzniklý popel v případě mono-spalování je bohatý na obsah fosforu, což je kritická surovina pro EU. Z tohoto důvodu již některé země jako Německo, Rakousko a Švýcarsko zavedly povinnost znovuzískávat (regenerovat) fosfor z popelů ze spalování ČK nebo přímo z ČK.

V rámci skupiny se tým pod vedením docenta Pohořelého věnuje problematice termochemického zpracování ČK, zejména pyrolýzou a spalováním ČK s následným využitím pevných produktů procesů. Výsledky výzkumu byly úspěšně využity ve spolupráci s firmou HST Hydrosystémy, s.r.o. k optimalizaci provozu komerční jednotky na pyrolýzu čistírenských kalů na čistírně odpadních vod (ČOV) v Trutnově – Bohuslavicích. Praktickými závěry bylo doporučení provádět pyrolýzu při teplotě alespoň 500 °C, při jmenovitém výkonu nad 600 °C, aby bylo dosaženo:

• převedení dostatečného množství energie kalu do primárního pyrolýzního plynu, který dále slouží k ohřevu samotné pyrolýzy a předsušení kalu,
• odstranění přítomných organických polutantů, patogenů a mikroplastů, a 
• vytvoření dostatečné porosity pyrolyzovaného kalu (sludge-char).

Tyto výsledky přispívají k úpravě evropské a české legislativy týkající se výroby a využití pyrolyzovaného kalu (sludge-char) v zemědělství. Například díky spolupráci byl v České republice sludge-char produkovaný v ČOV Trutnov vyjmut z katalogu odpadů a certifikován Ústředním kontrolním a zkušebním ústavem zemědělským jako pomocná půdní látka (Karbofert T1). Členové týmu rovněž působí jako vědečtí experti v jednáních skupiny pro pyrolyzované kaly v rámci European Biochar Industry Consortium (EBI), která má za úkol iniciování úpravy Nařízení Evropského parlamentu a Rady (EU) 2019/1009, kterým se stanoví pravidla pro dodávání hnojivých výrobků EU na trh stanovením podmínek provozu pyrolýzní jednotky a dodatečných limitů některých kontaminantů pro zařazení pyrolyzovaných čistírenských kalů do kategorie složkových materiálů KSM 14: Materiály z pyrolýzy a zplyňování .

V oblasti nakládání s čistírenskými kaly se skupina dále věnuje problematice:

• fluidního spalování čistírenských kalů s možností využití vzniklých popelů pro znovuzískávání fosforu a dalších užitečných surovin,
• legislativě v oblasti nakládání s ČK na tuzemské i mezinárodní úrovni, např. v konkrétní spolupráci s vědeckými kolegy v Japonsku,
• odstraňování per- a polyfluorovaných látek (PFAS) a organického fluoru obsažených v ČK pyrolýzou v laboratorním i aplikačním měřítku na ČOV Bohuslavice – Trutnov ve spolupráci s MBÚ AV ČR.

Související projekty:

Související publikace:

1. Matsunaga, T., Homma, R., Oshita, K., Husek, M., Takeuchi, H., Nishimura, F., Takaoka, M. National survey of 30 per-and polyfluoroalkyl substances (PFAS) in dewatered sewage sludge. Journal of Japan Society of Civil Engineers 80, 25, (2024). https://doi.org/10.2208/jscejj.24-25006 (Scopus)
2. Wickramasinghe, N., Vítková, M., Zarzsevszkij, S., Ouředníček, P., Šillerová, H., Ojo, O.E., Beesley, L., Grasserová, A., Cajthaml, T., Moško, J., Hušek, M., Pohořelý, M., Čechmánková, J., Vácha, R., Kulhánek, M., Máslová, A., Komárek, M. Can pyrolysis and composting of sewage sludge reduce the release of traditional and emerging pollutants in agricultural soils? Insights from field and laboratory investigations. Chemosphere 364, 143289, (2024). https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2024.143289. (WoS, JIF 8.1 /2023/, Q1/D1*)
3. Řimnáčová, D., Bičáková, O., Moško, J., Straka, P., Čimová, N. The effect of carbonization temperature on textural properties of sewage sludge-derived biochars as potential adsorbents. Journal of Environmental Management 359, 120947, (2024). https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2024.120947. (WoS, JIF 8.0 /2023/, Q1/D1*)
4. Hušek, M., Semerád, J., Skoblia, S., Moško, J., Kukla, J., Beňo, Z., Jeremiáš, M., Cajthaml, T., Komárek, M., Pohořelý, M.. Removal of per- and polyfluoroalkyl substances and organic fluorine from sewage sludge and sea sand by pyrolysis. Biochar 6, 31, (2024). https://doi.org/10.1007/s42773-024-00322-5. (WoS, JIF 13.1 /2023/, Q1/D1*).
5. Mitzia, A., Böserle Hudcová, B.B., Vítková, M., Kunteová, B., Hernandez, D.C., Moško, J., Pohořelý, M., Grasserová, A., Cajthaml, T., Komárek, M. Pyrolysed sewage sludge for metal(loid) removal and immobilisation in contrasting soils: Exploring variety of risk elements across contamination levels. Science of the Total Environment 918, 170572, (2024). https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2024.170572. (WoS, JIF 8.2 /2023/, Q1/D1*).
6. Sikarwar, V.S., Mašláni, A., Van Oost, G., Fathi, J., Hlína, M., Mates, T., Pohořelý, M., Jeremiáš, M. Integration of thermal plasma with CCUS to valorize sewage sludge, Energy 288, 129896, (2024). https://doi.org/10.1016/j.energy.2023.129896. (WoS, JIF 9.0 /2023/, Q1/D1*).
7. Hušek, M., Homma, R., Moško, J., Pohořelý, M., Oshita, K. P-recovery versus current sewage sludge treatment policy in the Czech Republic and Japan. Clean Technologies and Environmental Policy, 26, 1883–1899 (2024). https://doi.org/10.1007/s10098-023-02679-w. (WoS, JIF 4.2 /2023/, Q2).
8. Hušek, M., Moško, J., Pohořelý, M. Sewage sludge treatment methods and P-recovery possibilities: Current state-of-the-art. Journal of Environmental Management 315, 115090, (2022). https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2022.115090. (WoS, JIF 8.910 /2021/, Q1).
9. Moško, J., Jeremiáš, M., Skoblia, S., Beňo, Z., Sikarwar, V.S., Hušek, M., Wang, H., Pohořelý, M. Residual moisture in the sewage sludge feed significantly affects the pyrolysis process: Simulation of continuous process in a batch reactor. Journal of Analytical and Applied Pyrolysis 161, 105387, (2022). https://doi.org/10.1016/j.jaap.2021.105387. (WoS, JIF 6.437 /2021/, Q1).
10. Moško, J., Pohořelý, M., Skoblia, S., Fajgar., R., Straka, P., Soukup, K., Beňo, Z., Farták, J., Bičáková, O., Jeremiáš, M., Šyc, M., Meers, E. Structural and chemical changes of sludge derived pyrolysis char prepared under different process temperatures. Journal of Analytical and Applied Pyrolysis 156, 105085, (2021). https://doi.org/10.1016/j.jaap.2021.105085. (WoS, JIF 5.541 /2020/, Q1).
11.  Moško, J., Pohořelý, M., Cajthaml, T., Jeremiáš, M., Robles-Aguilar, A.A., Skoblia, S., Beňo, Z., Innemanová, P., Linhartová, L., Michalíková, K., Meers, E. Effect of pyrolysis temperature on removal of organic pollutants present in anaerobically stabilized sewage sludge. Chemosphere 265, 129082, (2021). https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2020.129082. (WoS, JIF 7.086 /2020/, Q1).
12. Moško, J., Pohořelý, M., Skoblia, S., Beňo, Z., Jeremiáš, M. Detailed Analysis of Sewage Sludge Pyrolysis Gas: Effect of Pyrolysis Temperature. Energies 13, 4087, (2020). https://doi.org/10.3390/en13164087. (WoS, JIF 2.702 /2019/, Q3).
13. Hartman, M., Čech, B., Pohořelý, M., Svoboda, K., Šyc, M. Slow-rate devolatilization of municipal sewage sludge and texture of residual solids. Korean Journal of Chemical Engineering 38, 2072–2081 (2021). https://doi.org/10.1007/s11814-021-0847-8. (WoS, JIF 2,9 /2023/, Q2).
14. Pohořelý, M., Picek, I., Skoblia, S., Beňo, Z., Bičáková, O. Způsob a zařízení pro energetické zpracování sušeného čistírenského kalu. Method and Device for Energy Processing Dried Sewage Sludge. Pat. No. 308451. Patented: 15. 7. 2020.