Nitrátové směrnice

Úprava digestátu, jako odpadu z bioplynových stanic, na účinné a bezpečné hnojivo

Nový přípravek C/N forte – ideální řešení

Řešení efektivního využití digestátu jako kvalitního hnojiva v souladu s nařízením vlády č. 235/2016, tzv. „nitrátové směrnice“ (novela schválena vládou dne 11.07.2016)

Záměrem našeho vývoje bylo vyřešit skladbu vhodného přípravku, který umožní efektivněji využít digestátu, který vzniká při mokrém fermentačním procesu. Obsahem byla analýza stávajícího řešení v podmínkách České republiky a následné uvedení vhodného přípravku na trh a vypracování metodických postupů na základě expertních zkušeností a znalostí pracovníků bioplynových stanic v rámci legislativních ustanovení s výše uvedenou problematikou. Provozy bioplynových stanic aktuálně řeší environmentální aspekty a jejich vlivy spojené s technologií produkující digestát a fugát. Narůstající počet těchto bioplynových stanic vyžaduje stanovení závazných postupů řešení i s ohledem na současné legislativní ustanovení (ochrana ovzduší, ochrana spodních vod, nakládání s hnojivy a s tím související právní požadavky) obsažená v:

  • Nařízení Evropského parlamentu a Rady (ES) č. 1774/2002 o hygienických pravidlech
  • Zákona č. 185/2001 Sb., o odpadech, ve znění pozdějších předpisů
  • Vyhláška č. 341/2008 Sb., o podrobnostech nakládání s biologicky rozložitelnými odpady
  • Vyhláška č. 382/2001 Sb., o podmínkách použití upravených kalů na zemědělské půdě
  • Zákon č. 156/1998 Sb., o hnojivech, pomocných půdních látkách, pomocných rostlinných přípravcích a substrátech a o agrochemickém zkoušení zemědělských půd, ve znění pozdějších předpisů
  • Vyhláška č. 474/2000 Sb., o stanovení požadavků na hnojiva, ve znění pozdějších předpisů
  • Vyhláška č. 274/1998 Sb., o sladování a způsobu používání hnojiv, ve znění pozdějších předpisů
  • Tzv. Nitrátová směrnice, předpis Evropské unie (Směrnice Rady 91/676/EHS o ochraně vod před znečištěním způsobeném dusičnany ze zemědělských zdrojů) vytvořený pro ochranu vod před znečištěním dusičnany ze zemědělství
  • NAŘÍZENÍ VLÁDY č. 262/2012 Sb. o stanovení zranitelných oblastí a akčním programu, ve znění nařízení vlády č. 448/2012 Sb., nařízení vlády č. 400/2013 Sb., nařízení vlády č. 117/2014 Sb. a nařízení vlády č. 235/2016 (novela schválena vládou dne 11.07.2016)

Definice některých použitých pojmů

  • Substrát - vhodná surovina pro fermentační proces v bioplynové stanici
    • Digestát - zbytek po fermentačním procesu, vznikající anaerobní fermentací při výrobě bioplynu v bioplynových stanicích (dále jen „BPS“)
      • Separát - oddělená tuhá část z digestátu
      • Separát - oddělená kapalná část z digestátu
      • Rekultivační digestát - stabilizovaný výstup z anaerobní fermentace bioodpadů použitelný mimo zemědělskou a lesní půdu
  • Anaerobní fermentace - Anaerobní je takový proces nebo prostředí, kde není přítomen vzdušný kyslík. Fermentace (kvašení) je biochemický proces rozpadu organické hmoty. Tento proces probíhá v přírodě, například v bažinách, dlouhodobě stojících vodách, na biologických skládkách, kompostech a taktéž na skládkách komunálního odpadu. Při tomto procesu dochází k biochemickým jevům, kde směs enzymů a mikroorganizmů rozkládá organickou hmotu (lipidy, proteiny, sacharidy) na jednoduché složky, jako například H2 vodík, CH4 metan, CO2 oxid uhličitý a podobně. Tento proces je nutno chápat jako soubor na sebe navazujících procesů, kde až poslední fáze je fáze vzniku metanu CH4 za přítomnosti CO2 oxid uhličitý a H2 vodík.

Anaerobní fermentaci je možné rozdělit do 4 fází:

  • Hydrolýza - v této fázi za pomoci hydrolýzních enzymů a vody dochází k štěpení makromolekulárních látek na látky jednodušší, tedy na látky s kratší molekulární strukturou. Mezi tyto látky řadíme alkoholy, mastné kyseliny atd. Při tomto štěpení se uvolňuje zpravidla vodík H2 a oxid uhličitý CO2. Tato fáze může být jak anaerobní, tak i za přístupu vzduchu.
  • Acidogeneze - tato fáze se vyznačuje tím, že zde dochází za pomocí kultur k rozkladu sacharidů, lipidů a proteinů, a to za vzniku nižších nasycených karboxylových kyselin. Tato fáze je anaerobní. Taktéž je možno tuto fázi nazvat fáze kyselá, nebo kyselinotvorná fáze, kde hodnota pH je kolem 4.
  • Acetogeneze - v této fázi dochází k postupnému rozkladu složitějších kyselin a alkoholu na základní karboxylovou kyselinu octovou CH3COOH. Tato fáze je anaerobní.
  • Methanogeneze - tato fáze je posledním stádiem anaerobní fermentace. Tady dochází k rozkladu kyseliny octové za pomocí metanogenních bakterií a vzniká metan CH4, vodík H2 a oxid uhličitý CO2. Nutno podotknout, že tato fáze je striktně anaerobní. CH3COOH=CH4+CO2. Charakteristickým rysem této fáze je nárůst pH na hodnotu 6,0 - 8,0.

Všechny tyto fáze mají několik společných rysů a to je stálá teplota v rozmezí zhruba od 25 do 40°C, pH v rozmezí 4,0-8,0 a taktéž jsou velice citlivé na přítomnost inhibitorů, tj. látek, které fermentační proces zpomalují, nebo zastavují.

Pokud chceme provádět anaerobní fermentaci v řízených podmínkách, tak k tomu využíváme bioplynové stanice, kde vytváříme umělé podmínky (obdobné těm, které jsou v přírodě) technickou cestou.

Tento umělý proces probíhá ve fermentačních nádržích, které jsou vyhřívané, jsou bez přístupu vzduchu, je zde dávkována biodegradabilní hmota, kultury a enzymy buď přírodní (kravská kejda), nebo kultivované cíleně – syntetické.

Bioplynové stanice můžeme dělit na tři základní druhy:

  • Zemědělské bioplynové stanice jsou takové stanice kde vstupními surovinami, nazývanými též substráty jsou statková hnojiva (kejda, hnůj) a energetické plodiny (kukuřice) apod. Uvedení do provozu u těchto stanic není tolik náročné, jelikož se jedná z hlediska koncepce o jednoduchou variantu oproti ostatním bioplynovým stanicím.
  • Průmyslové bioplynové stanice jsou na proces složitější, protože v těchto typech jsou využívány především odpadové suroviny, např. jateční odpady, kaly z různých odvětví čištění a podobně.
  • Komunální bioplynové stanice jsou taková zařízení, která využívají odpady z údržby přírodních ploch, přírodní odpady z domácnosti a stravovacích objektů.

V současnosti se zaměřujeme na využití našeho přípravku C/N forte v zemědělských bioplynových stanicích, tedy možnost využit digestát (odpad po vytěžení bioplynu) jako kvalitní a bezpečné hnojivo.

Bioplyn vzniká při výše popsané anaerobní fermentaci, při němž dochází bez přístupu kyslíku k vytvoření směsice plynů (bioplynu) z organické hmoty. Tento v přírodě velice rozšířený proces se nachází například v rašeliništích, na dně jezera, v jímce s kejdou či v bachoru přežvýkavců. Zde je přitom organická masa téměř úplně přeměněna na bioplyn a jen nepatrné množství na novou biomasu nebo na teplo. Vytvořená směsice plynů se skládá asi z dvou třetin metanu a jedné třetiny oxidu uhličitého. Vedle toho se v bioplynu nalézá ještě nepatrné množství vodíku, sulfanu, amoniaku a ostatních stopových prvků.

Složení bioplynu 

SložkaKoncentrace v [%]
Metan (CH4) 45 - 75
Oxid uhličitý 25 – 48
Vodík 0 – 3
Dusík 1 – 3
Sulfan 0,1 – 1

Metan (CH4) nejjednodušší uhlovodík.

Metan je nejdůležitější složka bioplynu a pro využití v kogeneračních jednotkách je nutný jeho min. obsah 45%

Oxid uhličitý CO2 (dříve kysličník uhličitý) je bezbarvý plyn bez chuti a zápachu

Sulfan H2 (zastarale sirovodík) je bezbarvý plyn. Může se tvořit rozkladem organického materiálu (např. při výrobě bioplynu, z něhož se často musí odstraňovat) a síranů při nedostatku kyslíku. Je problémovou složkou bioplynu, jenž je při jeho spalování v kogeneračních jednotkách příčinou tvorby kyseliny sírové (H2SO4), která při kondenzaci ze spalin způsobuje korozi. Proto se musí sulfan při vyšší koncentraci z BP odstraňovat.

Vodík H (hyrogenium) je nejlehčí a nejjednodušší plynný chemický prvek. Má široké praktické využití jako zdroj energie. Vodík je bezbarvý, lehký plyn, bez chuti a zápachu. Je hořlavý, hoří namodralým plamenem, ale hoření nepodporuje.

Aplikace našeho přípravku C/N forte, který zredukuje poměr C : N v digestátu v souladu s nitrátovou směrnici.

Digestát obecně je organické hnojivo, které vzniklo při výrobě bioplynu. Digestátem se tedy jako typovým organickým hnojivem rozumí digestát výhradně vyrobený ze statkových hnojiv a objemných krmiv anaerobní fermentací. Jedná se o hnojivo s rychle uvolnitelným dusíkem (tedy poměr uhlík – dusík C : N pod 10). Ostatní digestáty, které jsou určené pro zemědělskou půdu, jsou považovány za netypová organická hnojiva.

Abychom mohli posoudit stávající stav poměrů C : N v digestátu běžných BP stanic, byly použity objektivní vzorky digestátu z 12 bioplynových stanic v ČR, z toho u dvou bioplynových stanic byla provedena opakovaná měření ze vzorků odebraných každých 7 dní.

Výsledky měření ukázaly že nejvyšší poměr C : N byl 6,9 a nejnižší byl 2,8.

Průměrný poměr C : N byl 4,95 to znamená, že ani jeden vzorek, nesplňoval nitrátovou směrnici pro využití digestátu jako bezpečného a vhodného hnojiva.

Je nutno mít na paměti, že poměr C : N substrátu (surovina pro fermentační proces v bioplynové stanici) je přibližně 32:1 a procesem anaerobní fermentace je uhlík C uvolňovaný ve formě metanu CH4. To je důvodem prudkého snížení poměru C : N po fermentaci až na 4:1.

K náhradě uvolněného uhlíku v odpadovém digestátu bioplynových stanic používáme morfologicky a molekulárně polydisperzní systém obsahující komplex cyklano-aromatických sloučenin s významnými reaktivními skupinami obsaženými v našem přípravku C/N forte, který obsahuje taktéž partikulární minerální útvary na bázi sloučenin křemíku, hliníku, železa a dalších prvků, makroskopické složky náhodného původu a výskytu.

Náš přípravek C/N forte tedy představuje sice složitý makromolekulární, ale bezpečný a výhradně přírodní komplex pro úpravu poměru C : N v digestátu z bioplynových stanic na požadovaný limit.

Množství našeho přípravku C/N forte, které je nutné aplikovat do digestátu pro dosažení stanovených minimálních limitů poměru C : N, bude stanoveno na základě naší analýzy digestátu, popř. analýzy jiné laboratoře.

Při analýze digestátu je nutné určit podíl separátu (sušiny v digestátu) a fugátu (kapalná část v digestátu) a následně vyhotovit chemický rozbor separátu, ze kterého bude zřejmý obsah dusíku N v %. Vypracovaným algoritmem ze získaných dat bude vypočítán údaj o množství našeho přípravku C/N forte, které je nutné aplikovat na 1.000 litrů digestátu tak, aby bylo dosaženo stanovených limitů pro poměr C : N.

Nebezpečné látky v pitné vodě

Jaké materiály mohou být nebezpečné pro pitnou vodu?

Chemicky čistá voda se v přírodě nenachází. Všechna voda obsahuje méně nebo většího počet chemických složek. Některé z nich jsou užitečné pro naše tělo, ale jiné mohou být nebezpečné. Nebezpečné látky obsažené v pitné vodě podle oficiálních informací jsou všechny formy arsenu, boru, fluoridů a dusičnanů.

Nicméně i další nebezpečné látky mohou proniknout do v pitné vody, a to zejména díky nezodpovědnosti, nebo neznalosti při lidské činnosti v průmyslu, nebo zemědělství. Statistiky ukazují, že pouze v Evropě je kontaminací nebezpečných látek v pitné vodě ohroženo více než 1,6 mil. lidí v 500 městech.

Dusičnany ve vodě - NITRÁTY

Jedním z nejvíce rozšířených kontaminantů spodních vod, tedy i pitné vody jsou dusičnany. Vysoký obsah dusičnanů v pitné vodě může být příčinou např. methemoglobinémie, známé pod názvem „Syndrom modrého dítěte“.

Methemoglobinémie je fyziologická porucha charakterizovaná přítomností abnormálně vysokého množství methemoglobinu (metHb) v krvi. Methemoglobin je oxidovaná forma hemoglobinu, která nemá skoro žádnou afinitu ke kyslíku, proto nemůže téměř žádný kyslík přenést do tkání. Pokud je jeho koncentrace v červených krvinkách zvýšená, může se projevit tkáňová hypoxie. Methemoglobin, zkratka met-Hb, je krevní barvivo, resp. forma hemoglobinu, která vzniká, je-li krev vystavena působení dusičnanů a dusitanů.

Dusičnany mohou být z pitné vody odstraněny pouze destilací (100%), úpravou pomocí reverzní osmózy (85-95%), nebo iontovou výměnu. Pouhá převařené vody nesnižuje hladinu dusičnanů. Důsledné dodržování parametrů a limitů tzv. nitrátové směrnice zde nabývá konkrétních rozměrů a okamžitá realizace nezbytných kroků k dosažení těchto limitů je více než nutná.

Aplikace pro zemědělství ve zranitelných oblastech

Zranitelné oblasti podléhají v souladu s vodním zákonem (§ 33 odst. 2) a evropskou legislativou (tzv. nitrátovou směrnicí) přezkoumání každé 4 roky.

Nové nařízením vlády č. 262/2012 Sb. účinné od 1.8.2012 provádí v pořadí již druhou revizi těchto oblastí.

V návaznosti na revizi došlo k rozšíření plochy zranitelných oblastí oproti dřívější právní úpravě (nařízení vlády č. 103/2003 Sb.). Toto rozšíření se dotkne 630 zemědělských subjektů. Celkem bylo v rámci revize vymezeno 234 nových zranitelných oblastí (234 katastrálních území). Zrušeny byly 4 zranitelné oblasti (4 katastrální území), a to Buková u Nových Hradů, Byňov, Těšínov a Údolí u Nových Hradů. Na mnoha monitorovaných místech v zranitelných oblastech dochází k pozitivnímu vývoji v kvalitě vod, tj. snižování koncentrací dusičnanů, výsledné koncentrace však prozatím neumožňují zranitelnou oblast zrušit.

Tabulka vymezení zranitelných oblastí:

Vymezení
(2003)
1. revize vymezení
(2007)
2. revize vymezení
(2011)
Podíl plochy zranitelných oblastí v ploše ČR (v %) 36,7 39,9 41,6
Podíl zemědělské půdy ve zranitelných oblastech k celkové ploše zemědělské půdy v ČR (v %) 42,5 47,7 49,0
Podíl plochy zemědělské půdy z celkové plochy zranitelných oblastí (v %) 71,0 69,3 68,4
Podíl plochy orné půdy z celkové plochy zranitelných oblastí (v %) 57,0 58,0 54,9