Posibilita?ile folosirii apelor uzate menajere ?i a namolului tratat pentru fertilizarea culturilor de salcie energetica

1
Posibilita?ile folosirii apelor uzate menajere ?i
a namolului tratat pentru fertilizarea
culturilor de salcie energetica

• dr. ing. Szilveszter Szabolcs

Universitatea Sapientia, Facultatea de ?tiin?e,
Departamentul de Bioinginerie, Miercurea Ciuc
2
Ce este apa uzata?

• Apele uzate menajere provin din satisfacerea
  nevoilor gospodaresti de apa ale centrelor
  populate, precum si a nevoilor gospodaresti,
  igienico-sanitare si social administrative ale
  unitatilor industriale mici.

Compusii chimici organici, prezenti ca poluanti
în ape, pot fi clasificati în

• compusi naturali, produsi ai organismelor vii sau
  formati prin alte procese naturale
• compusi sintetici, introdusi de om adesea
  datorita proceselor industriale si care în mod
  normal sunt absenti din mediul natural.

3
Compozitia tipica a apelor uzate menajere (Liu
H.F.D et. al,2000)
Parametri U.M. Concentratia Concentratia Concentratia
minima medie maxima
Suspensii totale (TS) - total solide dizolvate - suspensii solide mg/l mg/l mg/l 350 250 100 720 500 220 1200 850 350
CBO5 mgO2/l 120 220 400
COT mgO2/l 80 160 290
CCO mgO2/l 250 500 1000
Azot total - organic - amoniu - nitrati - nitriti mgN/l mg/l mg/l mg/l mg/l 20 8 12 0 0 40 15 25 0 0 85 35 50 0 0
Fosfor total - organic - anorganic mgP/l mg/l mg/l 4 1 3 8 3 5 15 5 10
Cloruri mg/l 30 50 100
Sulfati mg/l 20 30 50
Alcalinitate mg/l 50 100 200
Grasimi mg/l 50 100 150
Coliformi totali nr./100ml 106-107 107-108 107-109
Compusi organici volatili µg/l lt100 100-400 gt400
4
Procese de epurare apei uzate

• Dintre sistemele de epurare biologica, una dintre
  cele mai raspândite tehnici de epurare biologica
  a apelor uzate este procesul cu namol activ..

BNA
Decantor Secundar
Emisar
Namol recirculat
Namol exces
Tratare namol
5
Legisla?ie privind folosirea apei uzate ?i
namolului activ în agricultura
Utilizarea namolului în agricultura este
reglementat de directiva UE 86/278/CEE din 12
iunie 1986.
Potrivit directivei 86/278/CEE, se întelege prin
namoluri

• produsele rezultate de la statiile de epurare
  care trateaza apele uzate domestic (menajere) sau
  urbane si de la alte statii de epurare ce
  trateaza ape uzate având o compozitie similara
  apelor uzate domestice si urbane
• produsele reziduale din fosele septice si din
  alte instalatii similare pentru tratarea apelor
  uzate.

Directive UE care reglementeaza folosirea
namolului în agricultura
directiva 86/278/CEE prevede valori ale
concentratiilor de metale grele
directiva 75/442/CEE despre de?euri
directiva 78/319/CEE despre de?eurilor toxice ?i
periculoase
6

• În România, problematica namolurilor de epurare
  este reglementata prin ORDINUL nr. 344 din 16
  august 2004.

Este vorba în special de aprobarea Normelor
tehnice privind protectia mediului, cu precadere
a solurilor, când se utilizeaza namolurile de
epurare în agricultura.
Acest ordin defineste diferitele tipuri de
namoluri de epurare, dupa cum urmeaza

• namoluri provenite de la statiile de epurare a
  apelor uzate din localitati

• namoluri provenite de la fosele septice si de la
  alte instalatii similare pentru epurarea apelor
  uzate

• namoluri tratate - namolurile tratate printr-un
  proces biologic, chimic ori termic.

7
Utilizarea în agricultura a apei uzate ?i
namolurilor de epurare reprezinta una dintre
metodele de degajare a acestora si o forma de
punere în valoare a continutului lor în materie
organica si elemente nutritive.
La alegerea terenurilor pretabile se vor avea în
vedere urmatorii factori (86/278/CEE)

• Topografia locului
• Panta terenului
• Textura solului
• Permeabilitatea solului
• Drenajul solului
• Scurgerile la suprafata si eroziunea
• Inundabilitatea.
• Capacitatea de apa utila
• Adâncimea apei freatice.
• Volumul edafic
• pH-ul solului
• Capacitatea de schimb cationic
• Gradul de încarcare a solului cu metale grele
• Protectia surselor de aprovizionare cu apa a
  localitatilor

8
Numai apa uzata ?i namolul activ tratat poate fi
utilizat pentru iriga?ii sau ca fertilizant în
agricultura !!!
Tratare apei uzate
Procese conven?ionale cu namol activ, aerob sau
anaerob
Procese alternative iazuri biologice
Tratare namolului activ
Digestie anaeroba
Stabilizare contact aerob
Compostare
9
Apa uzata ?i namolul exces ca fertilizant
Iriga?ia cu apa uzata si folosirea namolului
activ ca ingrasamant poate sa fie rentabila ?i
ecologica

• poate creste produc?ia de biomasa ?i la soluri
  slabe crescând astfel profitul fermierului
• reducerea consumului de energie a sta?iei de
  epurare folosit pentru eliminare materii
  biodegradabile (N,P) namolul activ
• reciclarea substan?elor nutritive provenite din
  reziduuri umane ?i contribu?ia fermierului la
  sustenabilitate cu efecte pozitive pe mediu.
• compensarea nevoile de apa a planta?iei
• extragerea/absorb?ia metalelor grele din lan?ul
  alimentar

10
Nutri?ia 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.)
11
Nutri?ia plantelor (II)
Element din masa totala a plantei Bacterii din sol care au rol în mineralizarea elementelor Forma în care este absorbita de plante Compu?i ai elementelor în namol ?i/sau apa uzata
N 1,5 Bacillus sp., Clostridium sp., Proteus sp., Pseudomonas sp., Streptomyces sp., Nitrobacter sp., Nitrococcus sp., Nitrosococcus sp., ?i Nitrosomonas sp. NO3-, NH4 N total (20 în forma de ammoniac, nitri?i ?i nitra?i)
P 0,2 Pseudomonas sp., Bacillus sp., Erwinia sp. HPO42- Fosfa?i de magnesiu ?i ammoniu, fosfor organic
S 0,1 Pseudomonas sp, Variovorax sp., Acidovorax sp. SO42- Sulf organic, sulfi?i
12
Planta?ii de salcie în general pot fi folosite în
procese de fitoremediere ?i în procese de
tratare/postratare apei uzate municipale ?i a
namolul provenit din procesul tehnologic.
Salcia pot fi folosit din cauza proprieta?ilor

• Nevoie de cantita?i mari de apa ?i rata mare
  evapotranspira?ie
• Eficien?a înalta de utilizarea elementelor
  nutritive
• sistemul de radacini superficial, cu o buna
  capacitate de a rezista la condi?ii anoxice
• capacitate de a absorb?ie a metalelor grele.

Plante Absorb?ie mg/kg material uscat Absorb?ie g/ha/an Absorb?ie relativa Salix index 100
Salix 1,8 9,4 100
Grâu 0,044 0,23 2,4
Orz 0,036 0,13 1,4
Orzoaica 0,046 0,23 2,4
Cartof 0,053 0,47 5,0
Plante uleioase 0,082 0,21 2,2
Sfecla 0,28 1,5 16
13
Schema fertilizarii ?i irigarii planta?iei Salcie
energetica
14
Valorile maxime admisibile pentru concentratiile
de metale grele în solurile cu pH gt 6,5 pe care
se aplica namoluri
Parametri Valori limita mg/kg
Cadmiu Cupru Nichel Plumb Zinc Mercur Crom 3 100 50 50 300 1 100
Concentratiile maxime admisibile de metale grele
din namolurile destinate pentru utilizarea în
agricultura
Parametri Valori limita mg/kg
Cadmiu 10
Cupru 500
Nichel 100
Plumb 300
Zinc 2.000
Mercur 5
Crom 500
Cobalt 50
Arsen 10
AOX (suma compusilor organohalogenati) 500
PAH (Hidrocarburi aromatice policiclice) 5
PCB (bifenili policlorurati) 0,8
15
În utilizarea namolurilor trebuie sa se tina cont
de urmatoarele reguli

• trebuie sa avem în vedere necesitatile
  nutritionale ale plantelor
• sa nu compromitam calitatea solurilor si a apelor
  de suprafata
• valoarea pH-ului din solurile pe care urmeaza a
  fi aplicate namoluri de epurare trebuie sa fie
  mentinuta la valori peste 6,5.

Împra?tierea namolului pe terenul agricol
16
Utilizarea apei uzate pentru irigare
Rata de irigare trebuie calculata în func?ia

• Clima locala
• Caracteristicile solului
• Vârsta planta?iei
• Cantitatea de apa uzata necesara

Metoda simpla pentru determinarea ratei maxime de
irigare luand în calcul diferite factori esen?iali
X1- media anuala a precipita?iilor X2-media
anuala de drenaj (scurgere) X3-tipul
solului X4-intesitatea procesului de cultivare
actuale (mediu, ridicat) X5-Levigarea actuala
anual de azot
17
Calcule folosite la ape uzate de a putea folosi
pentru irigare.
Situa?ia actuala Variabil Masura Masura Exemplu
Media anuala a percipita?iilor (mm) X1 a afla a afla
Media anuala de drenaj (scurgere)(mm) Tipul solului ( ex. argila, lut, nisip) X2 X3 a afla a afla a afla a afla 200
Intesitatea procesului de cultivare actuale (mediu sau ridicat) X4 a afla a afla
Levigarea actuala anual de azot (kg N/ha an) X5 a afla a afla 50
Concentra?ia anuala de azota?i în apa de drenaj (mg NO3-N/L) X6 (X50.9)100/X2 (X50.9)100/X2 22.5
Încarcare de azot Încarcare de azot Încarcare de azot Încarcare de azot Încarcare de azot
Evapotranspira?ia plantelor () X7 Constant 35 35
Concentra?ia de azot an apa uzata (mg tot-N/L) X8 a afla 200 200
Cantitatea admisa de azot levigat (kg N/ha an) X9 X5 50 50
Încarcare maxima de azot prin irigare (kg N/ha an) X10 daca X5gt20, atunci (X520)5 daca X5lt20 atunci X510 350 350
Incarcare maxima de azot pentru irigare (mm/an) X11 (X10/X8)100 175 175
Concentra?ia de azota?i în apa de drenaj (mg NO3-N/L) X12 (0.9X5/(X11X2)(100X7) 16.2 16.2
Varia?ia concentra?iei de azota?i în apa de drenaj (mg NO3-N/L) X13 X12-X6 -6.3 -6.3
Drenajul total (mm/an) X14 (X2/X7)X11 323.15 323.15
Încarcare Fosfor Încarcare Fosfor Încarcare Fosfor Încarcare Fosfor Încarcare Fosfor
Cantitatea anuala de eliminare fosfor prin recoltare salcie (kg P/ ha an) X15 Constant 7 7
Aplicare anuala sustenabila de fosfor prin irigare(kg P/ha an) X16 X151 8 8
Media concentra?iei de fosfor în apa uzata (mg P/L) X17 a afla 0.6 0.6
încarcarea maxima anuala de irigare bazat pe fosfor (mm/an) X18 (X15100)X17 420 420
Încarcarea maxima anuala de irigare Valoarea minima dintre X11 ?i X18 175 175
18
Sisteme de irigare
Sistemul de irigare selectat trebuie

• sa reduca la minimum riscurile de igiena

• sa permita o distribu?ie uniforma a apelor uzate
  peste întregul câmp

• sa fie cat mai aproape de suprafa?a solului
  pentru a evita raspândirea agen?ilor patogeni

• considerat ?i fezabilitatea sistemului de
  irigare, avantaje/dezavantaje.

Cel mai rentabil sistem de irigare s-a dovedit
fiind cu tuburi gaurite/perforate dar costurile
ridicate implicate ?i de risc pentru colmatarea
cu radacina nu ar trebui sa fie trecute cu
vederea.
Iriga?ii cu tuburi gaurite Iriga?i cu tuburi perforate Stropitoare Iriga?i cu flux liber Iriga?ii cu ?an?uri
Protec?ia sanata?ii - - - - -
Control de substan?e nutritive - - - - -
Irigare apei uzate pe teren egala - - -
Cost de investi?ie - - -
Cost de func?ionare - - - - -
Dificultatea recoltei - - - - -
Durata de via?a - -
Fezabilitatea cultivarii Salcie - - - - - - - - -
19
Sisteme de irigare

• Irigarea cu apa uzata trebuie sa înceapa
• în primavara anului paralel cu începerea fazei
  vegetative si terminat la scurt timp înainte de
  sfâr?itul perioadei vegetativ.
• la un an dupa înfiin?area culturii de salcie când
  au dezvoltat un sistem de radacina ?i levigarea
  apei uzate este neglijabil.

Exemple de sisteme de irigare pentru planta?ii de
Salcie cu apa uzata
20
Exemplu 1. Cultivare Salcie prin irigare cu apa
uzata
Localitatea Kambaj Estonia cu 840 persoane
echivalen?i
Proces de tratare apei uzate alternativ cu iazuri
biologice.
Apa uzata pe planta?ie CBO5 21,4 mg/L Total
N 15,2 mg/L Total P 2,3 mg/L.
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 ) 10111020
Tip de sol Densitatea planta?iei (plante/ha) Arie (ha) Distan?a între tuburi de irigare (m) Irigare Irigare Produc?ie t/ha/an
Tip de sol Densitatea planta?iei (plante/ha) Arie (ha) Distan?a între tuburi de irigare (m) Perioada (zile) Cantitate (mm) Produc?ie t/ha/an
Eutric Planosol 14800 2 9 170 155 15,8
21
Exemplu II. Cultivare Salcie prin fertilizare
namol de epurare
Localitatea Sven Letonia folosind namol
activ stabilizat
Fertilizarea cu namol are un efect pozitiv asupra
cre?terii Salix, dar cauzeaza probleme cu
controlul buruienilor. Al doilea sezon este optim
pentru fertilizare pentru a reduce problemele cu
buruieni.
În primul sezon masa uscata a planta?iilor de
control a fost între 0,2-0,6 t / ha, dar în al
doilea sezon, dupa fertilizarea cu namol de
epurare 14 t / ha (700 kgN / ha), masa uscata a
ajuns la 4,6-5,5 t / ha.
Effect of Sewage Sludge Fertilization in
Short-Rotation Willow Plantations Dagnija
Lazdina, Andis Lazdinš, Zigurds Karinš, Visvaldis
Kaposts, Journal of Environmental Engineering and
Landscape Management, 2007, Vol XV, No 2, 105111.

22
Considerari economice îngra?amânt, namol activ
?i apa uzata.
Marja bruta pentru cultivare salcie pentru o serie de randamente ?i pre?ul de pelet folosind FERTILIZANT NPK - pentru condi?ii Suedeze 2009, 1MWh3,6GJ, 1t MU15,8 GJ. Marja bruta pentru cultivare salcie pentru o serie de randamente ?i pre?ul de pelet folosind FERTILIZANT NPK - pentru condi?ii Suedeze 2009, 1MWh3,6GJ, 1t MU15,8 GJ. Marja bruta pentru cultivare salcie pentru o serie de randamente ?i pre?ul de pelet folosind FERTILIZANT NPK - pentru condi?ii Suedeze 2009, 1MWh3,6GJ, 1t MU15,8 GJ. Marja bruta pentru cultivare salcie pentru o serie de randamente ?i pre?ul de pelet folosind FERTILIZANT NPK - pentru condi?ii Suedeze 2009, 1MWh3,6GJ, 1t MU15,8 GJ. Marja bruta pentru cultivare salcie pentru o serie de randamente ?i pre?ul de pelet folosind FERTILIZANT NPK - pentru condi?ii Suedeze 2009, 1MWh3,6GJ, 1t MU15,8 GJ. Marja bruta pentru cultivare salcie pentru o serie de randamente ?i pre?ul de pelet folosind FERTILIZANT NPK - pentru condi?ii Suedeze 2009, 1MWh3,6GJ, 1t MU15,8 GJ. Marja bruta pentru cultivare salcie pentru o serie de randamente ?i pre?ul de pelet folosind FERTILIZANT NPK - pentru condi?ii Suedeze 2009, 1MWh3,6GJ, 1t MU15,8 GJ. Marja bruta pentru cultivare salcie pentru o serie de randamente ?i pre?ul de pelet folosind FERTILIZANT NPK - pentru condi?ii Suedeze 2009, 1MWh3,6GJ, 1t MU15,8 GJ. Marja bruta pentru cultivare salcie pentru o serie de randamente ?i pre?ul de pelet folosind FERTILIZANT NPK - pentru condi?ii Suedeze 2009, 1MWh3,6GJ, 1t MU15,8 GJ.
Pre? (/GJ) Randament de recolta (t MU/ha) Randament de recolta (t MU/ha) Randament de recolta (t MU/ha) Randament de recolta (t MU/ha) Randament de recolta (t MU/ha) Randament de recolta (t MU/ha) Randament de recolta (t MU/ha) Randament de recolta (t MU/ha)
Pre? (/GJ) 5 6 7 8 9 10 11 12
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 bruta pentru cultivare salcie pentru o serie de randamente ?i pre?ul de pelet folosind NAMOL DE EPURARE - pentru condi?ii Suedeze 2009, 1MWh3,6GJ, 1t MU15,8 GJ. Marja bruta pentru cultivare salcie pentru o serie de randamente ?i pre?ul de pelet folosind NAMOL DE EPURARE - pentru condi?ii Suedeze 2009, 1MWh3,6GJ, 1t MU15,8 GJ. Marja bruta pentru cultivare salcie pentru o serie de randamente ?i pre?ul de pelet folosind NAMOL DE EPURARE - pentru condi?ii Suedeze 2009, 1MWh3,6GJ, 1t MU15,8 GJ. Marja bruta pentru cultivare salcie pentru o serie de randamente ?i pre?ul de pelet folosind NAMOL DE EPURARE - pentru condi?ii Suedeze 2009, 1MWh3,6GJ, 1t MU15,8 GJ. Marja bruta pentru cultivare salcie pentru o serie de randamente ?i pre?ul de pelet folosind NAMOL DE EPURARE - pentru condi?ii Suedeze 2009, 1MWh3,6GJ, 1t MU15,8 GJ. Marja bruta pentru cultivare salcie pentru o serie de randamente ?i pre?ul de pelet folosind NAMOL DE EPURARE - pentru condi?ii Suedeze 2009, 1MWh3,6GJ, 1t MU15,8 GJ. Marja bruta pentru cultivare salcie pentru o serie de randamente ?i pre?ul de pelet folosind NAMOL DE EPURARE - pentru condi?ii Suedeze 2009, 1MWh3,6GJ, 1t MU15,8 GJ. Marja bruta pentru cultivare salcie pentru o serie de randamente ?i pre?ul de pelet folosind NAMOL DE EPURARE - pentru condi?ii Suedeze 2009, 1MWh3,6GJ, 1t MU15,8 GJ. Marja bruta pentru cultivare salcie pentru o serie de randamente ?i pre?ul de pelet folosind NAMOL DE EPURARE - pentru condi?ii Suedeze 2009, 1MWh3,6GJ, 1t MU15,8 GJ.
Pre? (/GJ) Randament de recolta (t MU/ha) Randament de recolta (t MU/ha) Randament de recolta (t MU/ha) Randament de recolta (t MU/ha) Randament de recolta (t MU/ha) Randament de recolta (t MU/ha) Randament de recolta (t MU/ha) Randament de recolta (t MU/ha)
Pre? (/GJ) 5 6 7 8 9 10 11 12
2 -263 -276 -288 -301 -313 -326 -338 -351
3 -198 -197 -197 -196 -196 -195 -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 bruta pentru cultivare salcie pentru o serie de randamente ?i pre?ul de pelet folosind APA UZATA - pentru condi?ii Suedeze 2009, 1MWh3,6GJ, 1t MU15,8 GJ. Marja bruta pentru cultivare salcie pentru o serie de randamente ?i pre?ul de pelet folosind APA UZATA - pentru condi?ii Suedeze 2009, 1MWh3,6GJ, 1t MU15,8 GJ. Marja bruta pentru cultivare salcie pentru o serie de randamente ?i pre?ul de pelet folosind APA UZATA - pentru condi?ii Suedeze 2009, 1MWh3,6GJ, 1t MU15,8 GJ. Marja bruta pentru cultivare salcie pentru o serie de randamente ?i pre?ul de pelet folosind APA UZATA - pentru condi?ii Suedeze 2009, 1MWh3,6GJ, 1t MU15,8 GJ. Marja bruta pentru cultivare salcie pentru o serie de randamente ?i pre?ul de pelet folosind APA UZATA - pentru condi?ii Suedeze 2009, 1MWh3,6GJ, 1t MU15,8 GJ. Marja bruta pentru cultivare salcie pentru o serie de randamente ?i pre?ul de pelet folosind APA UZATA - pentru condi?ii Suedeze 2009, 1MWh3,6GJ, 1t MU15,8 GJ. Marja bruta pentru cultivare salcie pentru o serie de randamente ?i pre?ul de pelet folosind APA UZATA - pentru condi?ii Suedeze 2009, 1MWh3,6GJ, 1t MU15,8 GJ. Marja bruta pentru cultivare salcie pentru o serie de randamente ?i pre?ul de pelet folosind APA UZATA - pentru condi?ii Suedeze 2009, 1MWh3,6GJ, 1t MU15,8 GJ. Marja bruta pentru cultivare salcie pentru o serie de randamente ?i pre?ul de pelet folosind APA UZATA - pentru condi?ii Suedeze 2009, 1MWh3,6GJ, 1t MU15,8 GJ.
Pre? (/GJ) Randament de recolta (t MU/ha) Randament de recolta (t MU/ha) Randament de recolta (t MU/ha) Randament de recolta (t MU/ha) Randament de recolta (t MU/ha) Randament de recolta (t MU/ha) Randament de recolta (t MU/ha) Randament de recolta (t MU/ha)
Pre? (/GJ) 5 6 7 8 9 10 11 12
2 -242 -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
23
POSIBILITA?I DE COLABORARI LOCALE
între Kontrastwege  s.r.l. ?i Harviz S.A

• Resursele de namol, în apropierea planta?iilor

• Un material pentru fertilizarea terenurilor
  ieftin ?i eficient

• Crearea condi?iilor pentru utilizare legala ?i
  fara risc
• -laboratoare autorizate la producatori (sau în
  zona)
• -analize necesare ale solurilor
• -respectarea prescrip?iilor technologice

• Exemplul de la Miercurea Ciuc

24
Mul?umesc pentru aten?ia acordata!!!
Întrebari?