Metody biologiczne przetwarzania odpadów

Biologiczne procesy przetwarzania odpadów można podzielid na dwie podstawowe grupy:

• procesy tlenowe - kompostowanie

• procesy beztlenowe – fermentacja metanowa

Kompostowanie

Kompostowanie odpadów polega na niskotemperaturowym tlenowym rozkładzie substancji
organicznej z udziałem mikroorganizmów. Produktami gazowymi przemian są głównie
dwutlenek węgla i para wodna; po procesie odzyskuje się produkt, który może byd
wykorzystany do nawożenia pól.

Do zalet metody kompostowania należy zaliczyd:



recyrkulacja organicznych składników zawartych w odpadach komunalnych;



zmniejszenie ilości odpadów deponowanych na wysypiska o 30-50%.



zapewnienie czystości sanitarno-epidemiologicznej odpadów;



duże doświadczenie w eksploatacji tego typu obiektów;



względnie niskie koszty inwestycyjne i eksploatacyjne;



powstawanie kompostu - wartościowego materiału przydatnego do wielu celów

Rozkład powodują mikroorganizmy, w tym głównie bakterie ter

mofilne, promieniowce i grzyby.

Bakterie mezofile występują tylko przy niższych temperaturach, w pierwszej fazie procesu,
natomiast w całym procesie przeważają bakterie termofilne, warunkujące właściwy przebieg
kompostowania)

Przebieg procesu kompostowania

Przy zachowaniu optymalnych warunków kompostowanie przebiega w czterech fazach
charakteryzujących się różną aktywnością określonych grup mikroorganizmów:

I Faza: wstępnego kompostowania, mezofilna lub wzrostu temperatury, która trwa krótko,
do kilku dni.

II Faza: intensywnego kompostowania, termofilna lub wysoko temperaturowa, która może
trwać od kilku dni do kilku tygodni. W tej fazie zostają rozłożone łatwo rozkładalne związki
organiczne, a produktami tego rozkładu są woda, dwutlenek węgla (CO2) i amoniak (NH4).

III Faza: zwana kompostowaniem właściwym, najczęściej zaczyna się w 3 - 5 tygodniu i
trwa przez dalsze 3 - 5 tygodni. Charakterystyczny dla tej fazy jest spadek temperatury,
przekształcanie trudno rozkładalnych związków (tj.: lignina, tłuszcze, woski, żywice) przez
mezofilne bakterie i grzyby oraz wyraźne zmniejszenie objętości odpadów.

IV Faza: dojrzewania kompostu, zwana również kompostowaniem wtórnym, następuje w niej
dalsze wychładzania materiału, tworzy się stabilna frakcja kompostu (huminy), dochodzi do
wzmożonego pojawiania się makrofauny (roztoczy, dżdżownic), czas trwania tej fazy może
sięgać kilku miesięcy.

W kompostowaniu zachodzą dwa równoległe procesy:

Mineralizacja - utlenianie substancji organicznej do dwutlenku węgla, wody, azotanów,
siarczanów, fosforanów i innych składników w najwyższym stopniu utlenienia.

Humifikacja - synteza składników rozkładu w wielocząsteczkowe substancje próchnicze

Warunki kompostowania (Aktywnośd enzymów zależy od wielu czynników:)



odpowiedni skład chemiczny odpadów poddawanych kompostowaniu (minimalna
ilośd substancji organicznej > niż 30% , brak substancji toksycznych)



pH masy kompostowej (optymalne ok. 6,5)



temperatura procesu (optymalna ok. 50-65°C)



napowietrzenie ( 0,6-1,9 m3/kg organicznej na dobę)



rozdrobnienie odpadów (optymalna wielkośd cząstek przy kompostowaniu
naturalnym 25-40mm , przy mechanicznym ok. 12mm )



wilgotnośd 40-70% (optymalna 55%)



stosunek węgla do azotu i fosforu (C:N= (17-30): 1 C:P= 100:1)

Co nadaje się na kompost?



papier,



tektura,



odpady ulegające biodegradacji,



odzież i tekstylia z włókien naturalnych,



drewno,



odpady z targowisk.

Technologię kompostowania realizuje się na dwa sposoby:



kompostowanie jednostopniowe

Rozdrobnione i wymieszane odpady układane są w pryzmy o wysokości 1,5-2,0 m,
które są okresowo zwilżane i napowietrzane. Dojrzewanie kompostu trwa 4-7
miesięcy.



kompostowanie dwustopniowe, które realizuje się w następującej kolejności:



w komorze (rys. 1), lub w biostabilizatorze bębnowym (rys. 2), -
etap pierwszy (wstępny),



w pryzmach - etap drugi (stabilizacja kompostu)

Odpady po wcześniejszym przygotowaniu kierowane są do zamkniętej komory, gdzie w
kontrolowanych warunkach temperatury i wilgotności zachodzą intensywne procesy rozkładu materii
organicznej. Po 1-3 dobach kompost układany jest w pryzmach, gdzie następuje jego stabilizacja
przez 3-6 tygodni.

Rysunek 1 Kompostowanie w komorach zamkniętych [4-7]

Rysunek 2 Kompostowanie w biostabilizatorze obrotowym. 1 – zasobnik na odpady, 2 – przenośnik chwytakowy, 3 –

rozdrabniarka wstępna, 4 – biostabilizator bębnowy, 5 – sito rzadkie, 6 – separator balistyczny, 7 – sito gęste, 8 –

separator elektromagnetyczny.

Fermentacja metanowa - procesy rozkładu w warunkach beztlenowych, w których powstają
gazowe produkty (tzw. biogaz) z wysoką zawartością metanu (40 - 60%); pozostałą częśd
stanowi dwutlenek węgla. Prowadzona w zamkniętych komorach, w temperaturze ok. 35 ºC
lub 55 ºC.

Zalety produkcji energii z biogazu
• wytwarzanie energii odnawialnej, przyjaznej dla środowiska
• mały wpływ na efekt cieplarniany dwutlenku węgla powstającego ze spalania biogazu
• zdecentralizowana jej produkcja nie wymaga budowy linii transmisyjnych, brak strat związanych z
jej przesyłaniem

Wady produkcji energii z biogazu
• koniecznośd ciągłego monitorowania warunków procesu
• nakłady inwestycyjne na budowę zbiorników, fermentorów, zakup silnika, prądnicy czy aparatury
kontrolnej

Do metod fermentacji beztlenowej odpadów należą:



Odgazowanie wysypisk odpadów komunalnych



Fermentacja w pryzmach energetycznych

W celu uzyskania optymalnego rozkładu w pryzmie energetycznej w warunkach
beztlenowych konieczne jest spełnienie następujących warunków:



odpowiednie rozdrobnienie materiału,



stosunek węgla do azotu na poziomie60 : 1 do 40 : 1,



poziom wilgotności odpadu 60 -70%,



wartośd pH około 7

Rysunek 3 Schemat pryzmy energetycznej

Odpady po rozdrobnieniu układa się w pryzmę o objętości około 20 tys. m3, a następnie

szczelnie przykrywa. Kształt pryzmy może byd dowolny, z zapewnieniem jednak możliwości
realizacji drenażu grawitacyjnego odcieków.

Czas potrzebny do osiągnięcia stabilnej fazy fermentacji metanowej trwa zwykle około 6

miesięcy. Po tym czasie następuje eksploatacja gazu. Po upływie 5 lat pryzma jest odsłaniana
a przefermentowana masa po oczyszczeniu może byd wykorzystywana jako nawóz.



Fermentacja w zamkniętych komorach