Biologiczne przetwarzanie odpadw Rys historyczny kompostowanie Ju ok

Biologiczne przetwarzanie odpadów

Rys historyczny - kompostowanie Już ok. 2000 lat temu Rzymianin Columella ('De re rustica') zalecał mieszanie odpadów roślinnych i układanie ich w pryzmy, które należało okresowo przerzucać. Produkt traktowano jako materiał do poprawy jakości gleb. Pierwsze zastosowanie inżynierskie – 1925 r. - Indie, Albert Howard. Śmieci, odchody zwierzęce i ludzkie, słomę i inne odpady umieszczano warstwami w rowach o głębokości 0, 6 -0, 9 m lub w stosach. Proces trwał 120 -180 dni. W Europie rozwijano procesy kompostowania w komorach wykonanych z cegły lub drewna o pojemności 16 -20 m 3 w systemach Beccariego, Peteriego i Verdiera. Czas kompostowania 21 dni (nadmuch powietrza) – 40 -50 dni (naturalny dopływ powietrza przez ruszt). Technologia kompostowania odpadów w obrotowej komorze, duńska firma Dano, 1933. 1932, w Holandii wybudowano kompostownię, która produkowała 85 tys. ton kompostu rocznie. Zmieszane odpady komunalne leżakowały w pryzmach o wys. do 6 m przez 8 miesięcy. W okresie leżakowania przerzucano je raz żurawiem. Gwałtowny rozwój po 1950 roku.

Rys historyczny - fermentacja Już kilkaset lat temu prymitywne fermentatory używano w Azji do otrzymywania biogazu z odchodów zwierzęcych i ludzkich. Uzyskany biogaz wykorzystywano do gotowania i jako źródło światła Pierwsza przemysłowa instalacja do fermentacji odchodów powstała w kolonii trędowatych w Bombaju w 1850 r. W 1890 r. fermentację osadów ściekowych zastosowano w Anglii, a produkowany biogaz wykorzystywano jako paliwo w lampach ulicznych. W Polsce pierwszą instalację do produkcji biogazu wybudowano w oczyszczalni ścieków w Poznaniu w 1928 r. W roku 1936 Buswell wykazał możliwość zastosowania fermentacji do przetwarzania odpadów stałych. Rozwój technologii fermentacji nastąpił w latach 70 XX w. pod wpływem kryzysu paliwowego.

Korzyści z biologicznego przetwarzania odpadów - selektywnie zbierane odpady organiczne są przekształcane w pełnowartościowy kompost - objętość organicznej frakcji odpadów komunalnych zostaje zmniejszona o ponad 30%, a produkty usunięte na składowisko dają się zagęścić nawet do 1300 kg/m 3 - brak zagrożenia powstania niebezpiecznych substancji chemicznych, a szkodliwe substancje organiczne występujące w odpadach mogą być częściowo przekształcone w procesie metabolizmu mikroorganizmów - za pomocą technologii biologicznego unieszkodliwiania eliminuje się procesy, które zachodzą później w złożu odpadów - odpady po biologicznym przetworzeniu wykazują minimalną zdolność do produkcji biogazu i tworzą odcieki o niskich stężeniach zanieczyszczeń - w procesie fermentacji metanowej powstaje biogaz, który może być wykorzystywany jako źródło energii

Warunki stosowania kompostu do nawożenia Dopuszczalne wartości zanieczyszczeń: - chrom – 100 mg/kg. s. m. - cynk 1500 mg/kg. s. m. - kadm 3 mg/kg. s. m. - miedź 400 mg/kg. s. m. - nikiel 30 mg/kg. s. m. - ołów 100 mg/kg. s. m. - rtęć 2 mg/kg. s. m. W nawozach nie mogą występować żywe jaja pasożytów jelitowych oraz bakterie z rodzaju Salmonella W nawozach wytworzonych z surowców pochodzenia zwierzęcego liczba bakterii z rodziny Enterobacteriaeceae powinna wynosić mniej niż 1000 jednostek tworzących kolonie na gram nawozu.

Identyfikacja surowców - pochodzenie w tym proces technologiczny, w którym odpad powstaje, stosowane surowce, przetworzone materiały, ilość - obszar i sposób zbierania - właściwości fizyczne odpadu (kolor, struktura, zapach, skład frakcyjny) - skład chemiczny odpadu (wilgotność, zawartość substancji lotnych, makroelementów, mikrozanieczyszczeń – metali ciężkich, związków organicznych biotoksycznych i wykazujących zdolność bioakumulacji)

Odpady nadające się do biologicznego przetwarzania - odpady z rolnictwa, sadownictwa, leśnictwa, łowiectwa i rybołówstwa - odpady roślinne - odpady zwierzęce - odchody zwierzęce - odpady z przetwórstwa drewna, produkcji płyt i mebli, masy celulozowej, przemysłu skórzanego, futrzarskiego i tekstylnego - organiczne odpady ulegające biodegradacji z przemysłu spożywczego - odpady pochodzenia roślinnego - odpady pochodzenia zwierzęcego - organiczne, ulegające biodegradacji frakcje odpadów komunalnych - osady ściekowe oraz z uzdatniania wody pitnej i wody do celów przemysłowych

Uboczne produkty zwierzęce - Kategoria 1 (odpady szczególnego ryzyka) – części ciała zwierząt podejrzanych o zakażenie TSE (zakaźne encefalopatie gąbczaste) - Kategoria 2 (odpady wysokiego ryzyka) – odchody i treść przewodu pokarmowego oraz pozostałe materiały zwierzęce zebrane podczas oczyszczania ścieków z rzeźni i zakładów przetwórczych - Kategoria 3 (odpady niskiego ryzyka) – elementy zwierząt uznane za zdatne do spożycia przez ludzi, ale nieprzeznaczone do spożycia lub nienoszące znamion chorób przenoszących się na człowieka lub zwierzęta

Przetwarzanie produktów ubocznych pochodzenia zwierzęcego Kategoria 1 - utylizacja w spalarniach, współspalarniach lub na grzebowiskach odpadów. W zakładach produkujących biogaz i kompostowniach można stosować materiały kategorii 2 i kategorii 3 po wstępnym przekształceniu. Kategoria 2 – rozdrobnienie do cząstek nie większych niż 50 mm, ogrzanie do temperatury >133 o. C przez co najmniej 20 min pod ciśnieniem 3 bar wytworzonym przy pomocy nasyconej pary wodnej Kategoria 3 – maksymalny rozmiar cząstek przed wprowadzeniem do urządzenia; 12 mm, minimalna temperatura materiału w urządzeniu 70 o. C, minimalny czas przebywania w zamkniętym reaktorze: 60 min.

Odpady roślinne Pozostałości po żniwach oraz zbiorach warzyw i owoców są dobrym surowcem do produkcji wysokiej jakości kompostów. Wstępne przygotowanie wymaga jedynie rozdrabniania. W procesach fermentacji odpady te są z reguły wprowadzane jako składniki dodatkowe do fermentatorów gnojowicy. Gęstość nasypowa – słoma – 135 kg/m 3, kaczany kukurydzy – 200 kg/m 3, łodygi kukurydzy 330 kg/m 3, wybrakowane ziemniaki – 915 kg/m 3

Odchody zwierzęce Gnojowica – produkt konsystencji ciekłej, który powstaje z odchodów zwierzęcych stałych i ciekłych oraz niewielkiej ilości wody (procesy technologiczne, przecieki urządzeń do pojenia zwierząt). Jest dobrym surowcem do kofermentacji z innymi odpadami ciekłymi. Może być wprowadzana do komór fermentacyjnych bez dodatkowej obróbki. Gęstość nasypowa odpadów ze ściółką: 720 -990 kg/m 3.

Odpady z przetwórstwa drewna, produkcji płyt i mebli, masy celulozowej, przemysłu skórzanego, futrzarskiego i tekstylnego Odpady z przemysłu drzewnego, celulozowopapierniczego i włókienniczego ze względu na wysoką zawartość celulozy i lignin nadają się bardziej do kompostowania niż fermentacji. Gęstość nasypowa: tektura falista 115 kg/m 3, papier gazetowy 130 kg/m 3, trociny 243 kg/m 3, wióry, strużyny 315 kg/m 3.

Odpady organiczne z przemysłu spożywczego Odpady przemysłowe mogą zawierać zanieczyszczenia (szkło, tworzywa sztuczne) i substancje niepożądane (sole, tłuszcze).

Ulegające biodegradacji organiczne frakcje odpadów komunalnych

Bioodpady - odpady ogrodowe - resztki warzyw i owoców - papier - filtry do kawy i torebki herbaty z zawartością - resztki potraw - frakcja <25 mm Wilgotność >60%

Problematyczne składniki bioodpadów - resztki potraw (>6%) - tworzenie wód odciekowych w pojemnikach, samochodach, podczas kompostowania - resztki mięsa i produktów spożywczych pochodzenia zwierzęcego – nośniki zarazków chorobotwórczych dla ludzi i zwierząt - skórki owoców cytrusowych – spryskiwane fungicydami – wydłużenie czasu kompostowania(? ) i obciążenie produktu szkodliwymi substancjami organicznymi

Papier i tektura Wspólnie z bioodpadami z reguły jest zbierany papier zabrudzony (serwetki, chusteczki higieniczne, ściereczki, papier opakowaniowy do środków spożywczych). Pozwala to ograniczyć odory i powstawanie odcieków. Wspólne przetwarzanie powinno być stosowane tylko wtedy, kiedy nie wpływa negatywnie na jakość kompostu.

Odpady zielone - odpady z pielęgnacji terenów publicznych (ścięta trawa, ścinki drzew i krzewów, ścięta zieleń przydrożna, sortowane odpady cmentarne) - odpady z gospodarki leśnej (przycinki, wiatrołomy, kora) - odpady z ogrodów przydomowych (liście, trawa, ścinki drzew i krzewów)

Osady ściekowe Właściwości osadów ściekowych zależą od rodzaju oczyszczanych ścieków, technologii oczyszczania oraz sposobu stabilizacji. Stosunek C/N = 10 -13.

Właściwości sanitarne osadów Osady ściekowe zawierają bakterie, wirusy, pierwotniaki i jaja helmintów. Najlepszymi metodami sanitacji osadów ściekowych są procesy termicznego unieszkodliwiania oraz pasteryzacja i kompostowanie. Osady ściekowe nadają się zarówno do kompostowania jak i fermentacji.

Zbieranie bioodpadów - zbieranie zmieszanych odpadów komunalnych i mechaniczne wydzielenie z nich odpadów organicznych - selektywne zbieranie bioodpadów w miejscu powstawania

Efektywność systemu selektywnego zbierania - stopień uczestnictwa mieszkańców w realizacji programu - stopień odzysku bioodpadów - zawartość zanieczyszczeń w zbieranych bioodpadach

Zbieranie odpadów zielonych - dowóz przez mieszkańców do centralnych punktów gromadzenia - metoda „do krawężnika”

Przygotowanie odpadów do biologicznego przetwarzania - usunięcie z odpadów składników, których obecność w przetwarzanym strumieniu może prowadzić do uszkodzenia urządzeń stosowanych w kolejnych etapach procesu - wydzielenie z odpadów materiałów nieulegających biodegradacji - zmniejszenie zawartości w odpadach zanieczyszczeń chemicznych - rozdrobnienie i homogenizacja odpadów - optymalizacja składu chemicznego substratów

Przesiewanie - rodzaj przesiewanych odpadów, ich ziarnistość wyjściowa i konsystencja - żądane funkcje dodatkowe (np. rozrywanie worków, ujednorodnienie odpadów) - wymagane uziarnienie przesiewu i sprawność przesiewania

Sita bębnowe - kształt i rozmiary oczka - średnica nachylenia bębna (4 -5 stopni) - liczba obrotów (15 -40 obr. /min) - elementy montażowe (zbieraki, rozrywacze worków) - efektywna powierzchnia przesiewania i obciążenie bębna (do 100 kg/m 2) - czas przebywania na sicie (min. 25 s) Średnica: 1 -4 m, długość 2 -15 m

Przesiewacze wibracyjne - poziome, pochylone, kaskadowe - 1 -3 sita - tory drgań – kołowe, eliptyczne, prostoliniowe Nadają się do rozdzielania materiałów średnioziarnistych od drobnoziarnistych oraz miękkich od twardych.

Przesiewacz przegubowowstrząsowy Sito o zmiennym kształcie, wykonane z gumy lub tworzywa sztucznego, ułożone na dwóch wahliwych zestawach podpór, które poruszają się przeciwbieżnie. Wahania podpór prowadzą do wstrząsowego ruchu podpór o amplitudzie 30 -50 mm, częstotliwość drgań 600 -800 na minutę. Przydatne do odsiewania materiału drobnego

Rozdrabnianie - cały strumień odpadów - frakcja odsiew (po wstępnym przesianiu całości strumienia) - wybrane strumienie odpadów (np. wielkogabarytowe)

Młyny młotkowe - maszyny szybkobieżne (ok. 1200 obr. /min, prędkość obwodowa 40 -80 m/s) - maksymalna wielkość ziarna jest regulowana prześwitem rusztu (z wirnikiem poziomym) lub liczbą stosowanych młotków (z wirnikiem pionowym) - używane do materiałów kruchych, twardych i podatnych na rozwłóknianie

Kruszarki udarowe - maszyny szybkobieżne (500 -1000 obr. /min, prędkość obwodowa 25 -40 m/s) - wirnik poziomy z przymocowanymi listwami udarowymi oraz sprężynujące, ułożyskowane płyty odbojowe, umocowane przegubowo w obudowie, które odchylają się przy przeciążeniu

Rozdrabniarki nożowe - urządzenia wolnoobrotowe (2 -100 obr. /min, prędkość obwodowa do 3 m/s) - 2 lub 4 przeciwbieżne wały wyposażone w noże tnące lub wał i nóż zębatkowy zamocowany na stałe. - stopień rozdrobnienia zależy od odstępu pomiędzy elementami tnącymi lub od szerokości zębów nożyc obrotowych - rozdrabnianie materiałów średnio twardych, miękkich, ciągliwych, sprężystych i włóknistych - wrażliwe na uszkodzenia powodowane przez kawałki złomu, części betonowe, kamienie

Młyn kulowy - urządzenie wolnoobrotowe (11 -18 obr. /min) - średnica 4 -7, 2 m (D/L=3: 1) - przestrzeń mielenia wypełniona w ok. 17% kulami stalowymi o średnicy 80 -125 mm - w wyniku tarcia temperatura w przestrzeni wewnętrznej bębna wynosi 50 -60 o. C - ujednorodnienie materiału po 5 -15 min - rozdrobniony materiał jest usuwany przez ścianę czołową kruszarki do przyłączonego kołnierzowo sita bębnowego

Separacja gęstościowa - klasyfikatory powietrzne - separatory balistyczne - separatory odcinające - separatory grawitacyjne

Klasyfikatory powietrzne - usunięcie materiałów lekkich (papier i tworzywa sztuczne) - efektywność separacji przekracza 90% dla tworzyw sztucznych i 80% dla makulatury

Separatory balistyczne - wykorzystują różnicę gęstości i sprężystości - odpady wprowadzane na powierzchnię obracającego się bębna lub szybkobieżny przenośnik taśmowy, który wyrzuca je na różne odległości

Separacja mokra - rozdział materiałów przy wykorzystaniu różnicy gęstości składników odpadów i wody - szczególnie efektywna w usuwaniu szkła i kamieni