Posibilitile folosirii apelor uzate menajere i a nmolului

Posibilitățile folosirii apelor uzate menajere și a nămolului tratat pentru fertilizarea culturilor de salcie energetică dr. ing. Szilveszter Szabolcs Universitatea Sapientia, Facultatea de Științe, Departamentul de Bioinginerie, Miercurea Ciuc

Ce este apa uzată? 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.

Compoziţia tipică a apelor uzate menajere (Liu H. F. D et. al, 2000) Parametri U. M. minimă Suspensii totale (TS) - total solide dizolvate - suspensii solide CBO 5 COT CCO Azot total - organic - amoniu - nitraţi - nitriţi Fosfor total - organic - anorganic Cloruri Sulfaţi Alcalinitate Grăsimi Coliformi totali Compuşi organici volatili mg/l mg. O 2/l mg. N/l mg/l mg. P/l mg/l mg/l nr. /100 ml μg/l Concentraţia medie maximă 350 250 100 120 80 250 20 8 12 0 0 4 1 3 30 20 50 50 106 -107 720 500 220 160 500 40 15 25 0 0 8 3 5 50 30 100 107 -108 1200 850 350 400 290 1000 85 35 50 0 0 15 5 10 100 50 200 150 107 -109 <100 100 -400 >400

Procese de epurare apei uzate Dintre sistemele de epurare biologică, una dintre cele mai răspândite tehnici de epurare biologică a apelor uzate este procesul cu nămol activ. . BNA Decantor Secundar Emisar Nămol recirculat Nămol exces Tratare nămol

Legislație privind folosirea apei uzate și nămolului activ în agricultură Utilizarea nămolului în agricultură este reglementat de directiva UE 86/278/CEE din 12 iunie 1986. Potrivit directivei 86/278/CEE, se înţelege prin nămoluri: • 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. 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. 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: Ø nămoluri provenite de la staţiile de epurare a apelor uzate din localităţi; Ø nămoluri provenite de la fosele septice şi de la alte instalaţii similare pentru epurarea apelor uzate; Ø nămoluri tratate - nămolurile tratate printr-un proces biologic, chimic ori termic.

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 • p. H-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 anaerob Procese alternative – iazuri biologice Tratare nămolului activ: Digestie anaerobă Stabilizare contact aerob Compostare

Apa uzată și nămolul exces ca fertilizant Irigația cu apa uzata si folosirea nămolului activ ca ingrasamant poate sa fie rentabilă și ecologica: • 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

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. ) CO 2 în formă de gaz Ioni minerali dizolvați: K+, NO 3 -, Ca 2+, HPO 42 - Apă

Nutriția plantelor (II) Element % din masa totală a plantei Bacterii din sol care au rol în mineralizarea elementelor N 1, 5 Bacillus sp. , Clostridium sp. , Proteus sp. , Pseudomonas sp. , Streptomyces sp. , Nitrobacter sp. , Nitrococcus sp. , Nitrosococcus sp. , și Nitrosomonas sp. P 0, 2 Pseudomonas sp. , Bacillus sp. , Erwinia sp. S 0, 1 Pseudomonas sp, Variovorax sp. , Forma în care este absorbită de plante Compuși ai elementelor în nămol și/sau apă uzată NO 3 -, NH 4+ N total (20% în formă de ammoniac, nitriți și nitrați) HPO 42 - Fosfați de magnesiu și ammoniu, fosfor organic SO 42 - Sulf organic, sulfiți

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. Sălcia pot fi folosit din cauza proprietăților: Ø Ø 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 Salix Grâu Orzoaică Cartof Plante uleioase Sfeclă 1, 8 0, 044 0, 036 0, 046 0, 053 0, 082 0, 28 9, 4 0, 23 0, 13 0, 23 0, 47 0, 21 1, 5 Absorbție relativă Salix = index 100 2, 4 1, 4 2, 4 5, 0 2, 2 16

Schema fertilizării și irigării plantației Sălcie energetică

Valorile maxime admisibile pentru concentraţiile de metale grele în solurile cu p. H > 6, 5 pe care se aplică nămoluri Parametri Valori limită [mg/kg] Cadmiu 3 Cupru 100 Nichel 50 Plumb 50 Zinc 300 Mercur 1 Crom 100 Concentraţiile maxime admisibile de metale grele din nămolurile destinate pentru utilizarea în agricultură Parametri Cadmiu Cupru Nichel Plumb Zinc Mercur Crom Cobalt Arsen AOX (suma compuşilor organohalogenaţi) PAH (Hidrocarburi aromatice policiclice) PCB (bifenili policloruraţi) Valori [mg/kg] 10 500 100 300 2. 000 5 500 50 10 500 5 0, 8 limită

În utilizarea nămolurilor trebuie să se ţină cont de următoarele reguli: • trebuie să avem în vedere necesităţile nutriţionale plantelor; • să nu compromităm calitatea solurilor şi a apelor de suprafaţă; • valoarea p. H-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

Utilizarea apei uzate pentru irigare Rata de irigare trebuie calculată în funcția: Ø Ø Clima locală Caracteristicile solului Vârsta plantației Cantitatea de apă uzată necesară Metodă simplă pentru determinarea ratei maxime de irigare luănd în calcul diferite factori esențiali X 1 - media anuală a precipitațiilor X 2 -media anuală de drenaj (scurgere) X 3 -tipul solului X 4 -intesitatea procesului de cultivare actuale (mediu, ridicat) X 5 -Levigarea actuală anual de azot

Calcule folosite la ape uzate de a putea folosi pentru irigare. Situația actuală Variabil Măsură Exemplu Media anuală a percipitațiilor (mm) X 1 a afla Media anuală de drenaj (scurgere)(mm) Tipul solului ( ex. argilă, lut, nisip) Intesitatea procesului de cultivare actuale (mediu sau ridicat) X 2 X 3 X 4 a afla 200 Levigarea actuală anual de azot (kg N/ha an) Concentrația anuală de azotați în apa de drenaj (mg NO 3 -N/L) Încărcare de azot Evapotranspirația plantelor (%) Concentrația de azot ăn apa uzată (mg tot-N/L) Cantitatea admisă de azot levigat (kg N/ha an) Încărcare maximă de azot prin irigare (kg N/ha an) X 5 X 6 a afla =(X 5*0. 9)*100/X 2 50 22. 5 X 7 X 8 X 9 X 10 Constant a afla =X 5 daca X 5>20, atunci =(X 5+20)*5 daca X 5<20 atunci =X 5*10 35 200 50 350 Incărcare maximă de azot pentru irigare (mm/an) Concentrația de azotați în apa de drenaj (mg NO 3 -N/L) X 11 X 12 =(X 10/X 8)*100 =[(0. 9*X 5/(X 11+X 2)]*(100+X 7) 175 16. 2 Variația concentrației de azotați în apa de drenaj (mg NO 3 -N/L) Drenajul total (mm/an) Încărcare Fosfor Cantitatea anuală de eliminare fosfor prin recoltare sălcie (kg P/ ha an) Aplicare anuală sustenabilă de fosfor prin irigare(kg P/ha an) Media concentrației de fosfor în apă uzată (mg P/L) încărcarea maximă anuală de irigare bazat pe fosfor (mm/an) Încărcarea maximă anuală de irigare X 13 X 14 =X 12 -X 6 =(X 2/X 7)+X 11 -6. 3 323. 15 X 15 Constant 7 X 16 X 17 X 18 =X 15+1 a afla =(X 15*100)*X 17 Valoarea minima dintre X 11 și X 18 8 0. 6 420 175

Sisteme de irigare Sistemul de irigare selectat trebuie: • să reducă la minimum riscurile de igienă; • să permită o distribuție uniformă a apelor uzate peste întregul câmp; • să fie căt mai aproape de suprafața solului pentru a evita răspândirea agenților patogeni; • considerat și fezabilitatea sistemului de irigare, avantaje/dezavantaje. 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. Irigații cu tuburi Irigați cu tuburi găurite 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 irigare Irigarea 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

Changes in soil microbial community under willow coppice: The effect of irrigation with secondary-treated municipal wastewater. Marika Truua, Jaak Truua, Katrin Heinsoob, Ecological engineering 3 5 ( 2009 ) 1011– 1020 Exemplu 1. Cultivare Sălcie prin irigare cu apă uzată Localitatea: Kambaj – Estonia cu 840 persoane echivalenți Proces de tratare apei uzate alternativ cu iazuri biologice. Apa uzată pe plantație: CBO 5 – 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) Eutric Planosol 2 14800 Distanța între tuburi de irigare (m) 9 Irigare Perioada (zile) 170 Cantitate (mm) 155 Producție t/ha/an 15, 8

Effect of Sewage Sludge Fertilization in Short-Rotation Willow Plantations Dagnija Lazdiņa, Andis Lazdiņš, Zigurds Kariņš, Visvaldis Kāposts, Journal of Environmental Engineering and Landscape Management, 2007, Vol XV, No 2, 105– 111. Exemplu II. Cultivare Sălcie prin fertilizare nămol de epurare Localitatea: Sven – Letonia folosind nămol activ stabilizat 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. 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 kg. N / ha), masa uscată a ajuns la 4, 6 -5, 5 t / ha.

Considerări economice – îngrășământ, nămol activ și apa uzată. Marja brută pentru cultivare salcie pentru o serie de randamente și prețul de pelet folosind FERTILIZANT NPK - pentru condiții Suedeze 2009, 1 MWh=3, 6 GJ, 1 t MU=15, 8 GJ. Preț Randament de recoltă (t MU/ha) 6 7 8 9 10 11 12 (€/GJ) 5 2 -291 -306 -322 -337 -352 -368 -383 -398 3 -226 -228 -230 -233 -235 -237 -239 -242 4 -161 -150 -139 -128 -117 -107 -96 -85 5 -96 -72 -48 -24 0 24 48 72 6 -30 7 44 81 118 154 191 228 7 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, 1 MWh=3, 6 GJ, 1 t MU=15, 8 GJ. Preț Randament de recoltă (t MU/ha) 6 7 8 9 10 11 12 (€/GJ) 5 2 -263 -276 -288 -301 -313 -326 -338 -351 3 -198 -197 -196 -195 -194 4 -133 -119 -105 -92 -78 -65 -51 -37 5 -67 -41 -14 13 39 66 92 119 6 -2 38 77 117 157 196 236 276 7 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, 1 MWh=3, 6 GJ, 1 t MU=15, 8 GJ. Preț Randament de recoltă (t MU/ha) 6 7 8 9 10 11 12 (€/GJ) 5 2 -249 -256 -264 -271 -278 -286 -293 3 -137 -131 -126 -120 -114 -109 -103 -97 4 -33 -14 5 23 42 61 80 98 5 72 103 135 167 199 231 262 294 6 176 221 266 311 355 400 445 490 7 280 338 396 454 512 570 628 686 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 între Kontrastwege s. r. l. și Harviz S. A o o o Resursele de nămol, în apropierea plantațiilor Un material pentru fertilizarea terenurilor ieftin și eficient Crearea condițiilor pentru utilizare legală și fără risc -laboratoare autorizate la producători (sau în zonă) -analize necesare ale solurilor -respectarea prescripțiilor technologice o Exemplul de la Miercurea Ciuc Statie pilot la M. Ciuc

Mulțumesc pentru atenția acordată!!! Întrebări?