Fermentacja odpadów

Przygotowanie surowców – obróbka początkowa;

-przesiewanie

- magnetyczne oddzielenie metali

- ręczne lub mechaniczne sortowanie

-rozdrabnianie i przeprowadzanie w zawiesinę

- pasteryzacja

Obróbka końcowa;

- mechaniczne odwodnienie odpadów

- stabilizacja tlenowa(kompostowanie)

-oczyszczanie i uszlachetnianie kompostu

Parametry procesu ;

-wilgotność substratu ; fermentacja mokra, półsucha, sucha

- temperatura fermentacji; fermentacja mezofilna,termofilna

- przepływ substancji; ciągły, okresowy

- liczba stopni fermentacji; technologie jedno-, dwu- , lub wielostopniowe

1. -sposób mieszania; mechaniczny, strumieniem gazu, perkolacja

Klasyfikacja wg typu reaktora

1. Technologie mokre (z pełnym wymieszaniem)

2. Technologie suche (o przepływie tłokowym)

3. Perkolacyjne

Ad.1 Technologie CSTR- stężenie suchej masy 3-10%. Stosuje się zarówno w mezofilnym jak i termofilnym zakresie temperatur. Mieszanie zawartości komór fermentacyjnych;

-za pomocą mieszadeł mechanicznych

- przez recyrkulacje zawiesiny

- przez wewnętrzne mieszanie hydrauliczne

- sprzężonym gazem

Uzyskanie dobrej stabilności procesu jest możliwe przez zatrzymanie dłuższy czas w komorze mikroorganizmów o długim czasie wzrostu(recyrkulacja z klarownika, zatrzymanie biomasy w złożu beztlenowym)

Ad.2 Te technologie wykorzystuje się do fermentacji odpadów o zaw. suchej masy 20-40%. Stosowane są reaktory cylindryczne pionowe i poziome bez mieszania lub z mieszaniem odpadów. Odpady są wprowadzane z jednej strony i odbierane z drugiej . Bakterie nie są zatrzymywane w reaktorze dlatego świeże porcje odpadów zaszczepiane musza być przez zawracanie strumienia odpadów przefermentowanych. Recyrkulacja umożliwia mieszanie materiału. Dzięki niskiemu uwodnieniu- proces termofilny 50-55 C⁰ . System łatwy w obsłudze i prosta konstrukcja.

Ad.3 Perkolacyjne- zrezygnowano z mieszania odpadów. Role mieszania spełnia cyrkulacja wód procesowych. Podczas załadowywania komory odpady są zaszczepiane przefermentowanymi odpadami z innego reaktora. Odcieki zbierane na dnie są recyrkulowane w celu utrzymania wilgotności i rozprowadzenia rozpuszczonych substratów. Nakłady niewielkie i prosta konstrukcja.

Technologie jednostopniowe : fermentacja mokra, sucha.

Proces przebiega w jednym reaktorze. Pracują zarówno w mezo- jak i termofilnym zakresie temperatur. Warunki procesu są ujednolicone.

Zalety: - stabilna produkcja gazu i przejrzystość procesu

- niskie koszty inwestycyjne i eksploatacyjne

Wady: -brak optymalnych warunków i ingerencji w biochemiczne przemiany na poszczególnych fazach fermentacji

- niebezpieczeństwo hamowania procesu przez amoniak lub nadmiernie zakwaszony wsod

Fermentacja mokra- wsad posiada taka konsystencję aby mógłby być łatwo pompowany. Najbardziej rozpowszechniona jest metoda mezofilna jednostopniowa z mieszaniem. Prowadzona w zamkniętych komorach w sposób ciągły. Czas przetrzymywania zawiesiny w komorze 2-4tyg. Instalacja składa się z pulpera- intensywne mieszanie odpadów komunalnych z wodą, następnie pompowanie wsadu do komory fermentacyjnej. Po fermentacji materiał ulega odwodnieniu i kierowany jest do stabilizacji tlenowej.

Stosowane technologie:

• BTA

• Waasa

• TBW-biocomp

Fermentacja sucha- zawartość suchej masy od 20-40%. Powyżej tej wartości następuje hamowanie procesu z powodu braku wody. Wyróżniamy fermentacje ciągłą i okresową.

Ciągłą- w reaktorach o przepływie tłokowym. Wymieszanie wsadu z materiałem przefermentowanym poza reaktorem. Obróbka wstępna obejmuje usuwanie metali, rozdrabianie i przesiewanie na sitach obrotowych. Do transportu służą przenośniki ślimakowe lub podajniki taśmowe, które są mniej wrażliwe na zanieczyszczenia od pomp (kamienie, szkło). Stosowane technologie: Dranco, Valorga, Kompogas

Technologie dwustopniowe

Proces prowadzony w dwóch reaktorach połączonych szeregowo, w których panują odmienne warunki środowiskowe. Fermentacja dwustopniowa ma 2 rozwiązania:

- w pierwszym wariancie w I reaktorze (upłynniający) prowadzi się hydrolizę i fazę kwaśną. W drugim reaktorze (przepływowy) fazę octanogenną i metanogenną. Fermentacja dwustopniowa – FD.

- w drugim wariancie w komorze I prowadzony jest rozkład termiczny związków organicznych w warunkach termofilnych, a w II komorze prowadzi się fermentacje mezofilna, lub odwrotnie. Jest to fermentacja dwustopniowa zmienno temperaturowa FDZT.

Jako przykład może służyć technologia Biopercolat. Fermentacja dwustopniowa z rozdzieleniem faz.

Technologia Dranco

Reaktory, których odpady mieszane są tłokowo. Zaszczepianie poza reaktorem. Odpady przefermentowane odbiera się z komory w ilości równej 7 objętościom wsadu wprowadzonego. Jena część to końcowy produkt fermentacji a 6 części po wymieszaniu z odpadami surowymi zawraca do komory. Technologia przetwarza różnorodne odpady organiczne o zawartości suchej masy we wsadzie 15-40%. Produkt fermentacji po stabilizacji tlenowej nosi nazwę Humotex. Fermentacja jednostopniowa w temp. 55^o (termofilna) lub 35^o (mezofilna).

Technologia compogas

Komora to długi cylindryczny ułożony poziomo reaktor z mieszadłami. Wolne mieszanie uśrednia jej skład, poprawia odgazowanie i zapobiega osadzaniu na dnie. Fermentacja bioodpadów 15-40% suchej masy. Termofilny lub mezofilna zakres temperatur. Procesy jednostkowe: rozdrabnianie bioodpadów, usuwanie metali, sortowanie ręczne, mieszanie i przetrzymywanie materiału 3-4 dni, fermentacje, odwodnienie na prasach przefermentowanego osadu, stabilizacja tlenowai zbieranie biogazu.

Technologia Valorga

Cylindryczny pionowy reaktor, przedzielony ścianą (2/3 szerokości średnicy reaktora). Odpady wprowadzane są przy dnie z jednej strony i odbierane przy dnie z drugiej. Mieszane są strumieniem biogazu wtłaczanym przez dysze w dnie (dobre mieszanie odpadów o małym uwodnieniu). Technologia przystosowana do odpadów o zawartości suchej masy 30-35%. Przy mniejszych stężeniach następuje zatykanie dysz i osiadanie na dnie reaktora. Jest to technologia jednostopniowa.

Technologia Waasa

Proces jednostopniowy, mokry zarówno termo i mezofilna zakres temperatur. Odpady rozdrabnia się w młynie ( <50mm) i rozdziela na sicie. Po oddzieleniu metali odpady przekształca się w pulperze na zawiesinę. Oczyszczoną zawiesinę z biofrakcji (szkło, papier, lekkie tworzywa sztuczne miesza się z osadem ściekowym i wodą procesową następnie poddaje fermentacji na 15 dni. Pionowy reaktor ma wbudowaną komorę wstępną, która zapobiega „krótkim spięciom”. Zawartość komór miesza się z gazem.

Technologia TBW- Biocomp

Ciągły dwustopniowy proces mokry. Surowiec- bioodpady oraz płynne odpady przemysłu rolniczego. To kombinacja procesu kompostowania i fermentacji. Odpady rozdziela się na sicie bębnowym na 2 frakcje. Z obu frakcji oddziela się składniki nieorganiczne i złom. Frakcje grubą kieruje się do kompostowania a drobną do fermentacji. Kompostowanie trwa 6 tygodni w boksach (tylko raz przemieszane). Frakcja drobna kierowana do pulpera w celu otrzymania zawiesiny przez wymieszanie z filtratem uzyskanym z odwodnienia przefermentowanych osadów. Fermentację prowadzi się dwustopniowo w I reaktorze fermentację mezofilną 35^o – 2 tygodnie. II reaktor pracuje w systemie termofilnym 55^o. Przefermentowane osady odwadnia się na prasie, filtrat kieruje do przygotowania nowej porcji zawiesiny

Technologia BTA

Przetwarzanie osadów komunalnych. Składa się z dwóch etapów. 1- mechaniczne rozdzielenie biofrakcji i przeprowadzenie w zawiesiny. 2- fermentacja jedno lub dwu stopniowa z rozdzieleniem na fazę kwasogenną lub metanogenną. Faza jednostopniowa przeznaczona jest dla małych instalacji, natomiast dwustopniowa dla zakładów o przepustowości powyżej 50 tys. Mg/a. Fermentacja trwa 20 dni.

Stosowane technologie KOMPOSTOWANIA

Proces kompostowania może przebiegać w komorach zamkniętych, w warunkach naturalnych lub w układzie mieszanym.

1. Kompostowanie w komorach zamkniętych wymaga przebywania odpadów tak długo, dopóki nie nastąpi pełen proces biochemicznego i fizycznego ich przerobu i higienizacji – zazwyczaj 7-10 dni. W tym systemie pracują kompostownie wieżowe firmy PEABODY, kontenerowe firmy MUT-HERHOF, HORSTMANN-KNEER, tunelowe firmy SUTCO-BIOFIX.

2. Kompostowanie w warunkach naturalnych może być prowadzone w sposób dynamiczny lub statyczny.

1. Proces dynamiczny przebiega w pryzmach na polu kompostowym w wyniku regularnego przerzucania materiału (w celu zapewnienia dopływu tlenu i wilgoci). Czas kompostowania trwa 6-12 tygodni w zależności od warunków klimatycznych.

2. Proces statyczny polega na pozostawieniu masy kompostowej na płycie fermentacyjnej lub w boksach roboczych, a zapewnienie właściwej ilości tlenu i wilgotności dokonuje się w sposób wymuszony. Płyta, na której spoczywa masa kompostowa, ma kanały ssące, a powietrze jest zasysane poprzez ułożoną warstwę materiału. W procesie tym rozróżnia się fermentację intensywną, która trwa 20 dni, i fermentację wtórną – 60 dni.

Kompostowanie w warunkach naturalnych odpadów organicznych stosuje się głównie w małych jednostkach osadniczych lub przy kompostowaniu wydzielonych odpadów zielonych. Na przykład w Warszawie funkcjonuje duża kompostownia przerabiająca wyłącznie odpady z terenów zieleni miejskiej. Do tego typu zalicza się również lokalne przydomowe kompostownie.

1. Kompostowanie w układzie mieszanym polega na homogenizacji odpadów i zainicjowaniu procesu kompostowania w biostabilizatorze lub mieszalniku bębnowym w okresie 30 godz., a następnie dynamicznemu lub statycznemu kompostowaniu na polu kompostowym przez okres 6-12 miesięcy. W tym systemie pracują kompostownie firmy MUT-DANO bez wstępnego mechanicznego rozdrabniania – rozdrabnianie tzw. selektywne następuje w biostabilizatorze poprzez oddziaływanie twardych części odpadów oraz kompostownie ze wstępnym rozdrabnianiem – rozdrabniarki młotkowe – system NEUCHOLD i VOEST-ALPINE.

2. Występują też inne eksperymentalne systemy kompostowania odpadów, np.:

1. System BRIKOLLARE, polega na kompostowaniu wydzielonych odpadów organicznych zmieszanych z osadami ściekowymi w postaci sprasowanych brykietów.

2. System SOVADEC-NATURBA, gdzie kompostowanie przebiega przy udziale dżdżownic kalifornijskich.

3. System ORGANIC 90 – OBRUM Gliwice, mobilna linia technologiczna pracująca w cyklu 4-dniowym.

Kompostownie na odpady zmieszane

W Polsce kompostownie odpadów nie segregowanych mają już dużą tradycję. Były to kompostownie polowe systemu kieleckiego, kompostownie ze wstępnym rozdrabnianiem w rozdrabniarkach młotkowych typu HAZEMAG oraz kompostownie bez rozdrabniania systemu DANO. Pierwsza instalacja tego systemu została oddana do eksploatacji w Warszawie w 1966 roku o wydajności 50 ton/dobę. Dobre efekty kompostowania oraz mała awaryjność spowodowały rozwój tej technologii w Polsce. Zaczęło się od wybudowania w 1989 r. kompostowni systemu MUT-DANO w Katowicach o przerobie 2 x 120 ton/dobę, a następnie w Warszawie 2 x 120 ton/dobę i 2 x 145 ton/dobę. Łączna wydajność pracujących ciągów technologicznych kompostowni w Warszawie wynosi 580 ton/dobę. Jest to jedna z największych kompostowni w Europie. Równolegle uruchomiono krajowe rozwiązania techniczne tej technologii w MAKRUM-Bydgoszcz i powstały kompostownie w Kołobrzegu, Suwałkach, Grodzisku Mazowieckim i Bochni o przerobie 80-120 ton/dobę każda.

Proces kompostowania w systemie DANO przebiega w następujących fazach:

1. Wstępne kompostowanie

Wstępne kompostowanie sterowane w biostabilizatorze – bębnie obracającym się z prędkością 0,6-0,8 obr./min wyposażonym w instalacje przewietrzania. W biostabilizatorze następuje: selektywne rozdrabnianie odpadów, homogenizacja, zainicjowanie procesu rozkładu biochemicznego oraz wstępna higienizacja materiału. Czas przetrzymywania odpadów ok. 30 godz., maks. 48 godz.

1. Oczyszczanie kompostu

Biostabilizator zakończony jest sitem bębnowym lub wielokątnym o prześwicie oczek 60-. Materiał kompostowy poddawany jest dwustopniowemu przesiewaniu – raz na ww. sicie, a drugi raz na sicie wibracyjnym o oczkach 20-. Ostatnim elementem jest oddzielacz przenośnikowo-odbiciowy, na którym oddzielane są drobne elementy twarde (szkło, kamienie, ceramika). Materiał kompostowy przemieszczany jest za pomocą przenośników taśmowych, które współpracują z separatorem elektromagnetycznym eliminującym złom żelazny.

1. Zasadniczy proces kompostowania
   Zasadniczy proces kompostowania odbywa się w pryzmach na placu kompostowym o ulepszonej nawierzchni. W czasie procesu trwającego w zależności od warunków klimatycznych 6-12 tygodni materiał kompostowy jest przerzucany za pomocą specjalnych maszyn napowietrzających.

1. Uszlachetnianie kompostu
   Uszlachetnianie polega na ponownym przesianiu masy kompostowej na sicie wibracyjnym o oczkach 8- i ponownym oczyszczaniu ze szkła i części twardych. Kompostowanie systemu DANO ma wady i zalety. Wadą jest, że ciągi technologiczne przystosowane są do przerobu odpadów zmieszanych, stąd ograniczone zastosowanie kompostu np. do rekultywacji hałd górniczych, zaletą – że jest właśnie na odpady zmieszane, gdyż w Polsce brak rozwiniętego systemu zbiórki selektywnej, którego wdrożenie wymaga czasu. Odpady kierowane do kompostowni DANO powinny być dostarczane w sposób wybiórczy, tj. z rejonów o największej zawartości w odpadach rozkładalnych składników organicznych.

Kompostownie na odpady wyselekcjonowane

Niewątpliwie przyszłość należy do kompostowni przerabiających wydzielone z odpadów frakcje organiczne pozbawione niepożądanych zanieczyszczeń. Do kompostowania według tej technologii nadają się:

1. odpady organiczne – bioodpady z gospodarstw domowych,

2. odpady roślinne z parków, zieleńców, ogródków przydomowych,

3. odpady roślinne z produkcji rolnej,

4. odwodnione osady ściekowe.

W Polsce znanymi kompostowniami nowej generacji są kompostownie kontenerowe firmy MUT-HERHOF, pierwsza uruchomiona w 1997 r. w Żywcu, oraz HORSTMANN-KNERR planowana budowa w Inowrocławiu. System HERHOF opiera się na stacjonarnych bioreaktorach betonowo-metalowych, z których każdy stanowi oddzielną jednostkę technologiczną, System KNEER oparty jest na przewoźnych kontenerach metalowych, a jednostkę technologiczną stanowi 8 kontenerów.

Proces kompostowania w systemie MUT-HERHOF przebiega w następujących fazach:

1. Dostarczanie odpadów
   Wyselekcjonowane bioodpady przywożone są do kompostowni samochodami z obracającym się bębnem, a zielone – ogrodowe samochodami kontenerowymi.

2. Przygotowanie materiału
   Za pomocą chwytaka dźwigowego, zamontowanego na samochodzie, przywieziony materiał podawany jest do szybkoobrotowej rozdrabniarki, która rozdrabnia gałęzie na sieczkę i miesza homogenizując materiał. Zalecany stosunek wagowy bioodpadów do materiału strukturalnego wynosi 3:1. W przypadku kompostowania z dodatkiem osadu ściekowego stosunek ten powinien być następujący: osad-bioodpad-materiał strukturalny 1:0,5:1.

3. Kompostowanie intensywne
Przygotowany materiał wsadowy za pomocą samojezdnej ładowarki podawany jest do wnętrza bioreaktora. Proces rozkładu biologicznego odbywa się w ciągu 7-10 dni w wyniku sterowanego przewietrzania masy kompostowej. W czasie tego procesu następuje redukcja masy o 35-45% i higienizacja w temperaturze do 70^oC.

Dzięki hermetyzacji możliwe jest bardzo precyzyjne regulowanie przebiegu procesu, a zwłaszcza dostaw tlenu. Przepływające przez masę kompostową powietrze zostaje nagrzane i nasycone parą wodną. Wychodząc z bioreaktora, przechodzi przez wymiennik ciepła, który w obniżonej temperaturze spełnia również rolę podgrzewacza powietrza wprowadzanego do reaktora. Skondensowana woda ma skład zbliżony do ścieków domowych, może więc być odprowadzana do kanalizacji. Natomiast woda wydzielana z biomasy jest zawracana z powrotem do komory. Na zakończenie procesu następuje intensywne przewietrzanie komory bioreaktora - schładzanie i przesuszenie kompostu.

4. Dojrzewanie kompostu

Proces dojrzewania trwa 3-4 miesięcy. W tej fazie zapotrzebowanie na tlen jest już niewielkie, co umożliwia składowanie kompostu w pryzmach nawet do 2- wysokości. Dojrzewanie może być statyczne lub dynamiczne. Niezbędna powierzchnia placu dojrzewania 400 m2/1 bioreaktor.

5. Waloryzacja kompostu
Przed sprzedażą lub paczkowaniem dojrzały kompost zostaje przesiany przez sito bębnowe o oczkach 15-. Pozostałość nadsitowa zostaje zużyta jako powtórny materiał strukturalny.
Parametry techniczne bioreaktora:

1. waga masy wsadowej 3,6 ton (maks.),

2. pojemność bioreaktora ,

3. czas przetrzymywania w bioreaktorze 7-10 dni,

4. ilość załadunków w roku ok. 38,

5. ilość materiału wsadowego ok. 2330 m³/rok,

6. ilość uzyskiwanego kompostu (gęstość ok. 0,6 ton/m³) ok. 1400 ton/rok,

7. dyspozycyjność 50 tygodni/rok,

8. redukcja masy 35-45% wagowo.

Zaletą kompostowania systemem HERHOF jest możliwość stopniowej rozbudowy poprzez zwiększenie ilości bioreaktorów w miarę wzrostu efektywności selektywnej zbiórki bioodpadów i biomasy.