Biochemiczne metody przetwarzania odpadów.
Biochemiczne metody przetwarzania odpadów polegają na rozkładzie substancji organicznych przez mikroorganizmy w warunkach tlenowych lub beztlenowych. Wymagana jest duża zawartość substancji organicznych i niska metali ciężkich.
Kompostowanie odbywa się przy udziale licznych grup mikroorganizmów, do których należą bakterie tlenowe, czyli aerobowe i beztlenowe, czyli anaerobowe, grzyby, pleśnie glony i pierwotniaki.
Kompostowanie przebiega z reguły w warunkach tlenowych, ale może odbywać się również w warunkach beztlenowych. W wyniku kompostowania biodegradowalne składniki ulegają w znacznym stopniu przemianie do gazów: di tlenku węgla, wody i pozostałości stałej substancji zawierających kwasy huminowe. Przemiany te zachodzą w trakcie wielu biochemicznych, ale także fizyczno-chemicznych procesów.
Procesy zachodzące w trakcie kompostowania są wysoce złożone, podstawowymi procesami zachodzącymi podczas kompostowania są:
-mineralizacja, czyli proces przebiegający stopniowo. W pierwszym etapie następuje hydroliza złożonych substancji pochodzenia naturalnego do związków prostych. Zawarte w odpadach węglowodany w postaci celulozy i skrobi podlegają hydrolizie do cukrów prostych. Dalsza faza mineralizacji polega na przemianie cukrów do kwasów organicznych, a końcowymi produktami mineralizacji są di tlenek i woda, proces ten jest procesem egzotermicznym i wydzielana jest energia cieplna, temperatura masy kompostowanych odpadów może osiągać 75-80 stopni;
-humifikacja to proces biochemiczny syntezy związków humusowych, któremu ulegają składniki organiczne biomasy. Produkt końcowy posiada właściwości poprawiające właściwości gleby;
-butwienie, murszenie oraz zwęglanie prowadzi do wytworzenia stabilnej substancji organicznej o wysokich wartościach nawozowych.
Większość tych procesów zachodzi podczas pierwszego etapu kompostowania, trwającego 1-4 tygodni, w ich efekcie powstają obok podstawowych produktów rozkładu także substancje zawierające duże ilości związków odorowych np. siarkowodór.
Intensywność kompostowania zależy od wielu czynników, dla wysokiej intensywności procesu powinny być spełnione takie warunki:
-stosunek węgla do azotu C/N nie większy niż 35
-wilgotność około 55%
-temperatura procesu do 65°C
-pH w przedziale 7-9
-dobre rozdrobnienie masy odpadów, czyli homogenizacja 25-40mm
-dobre wymieszanie masy odpadów
-napowietrzenie masy odpadów
Aby proces kompostowania był przeprowadzony właściwie, zachodzą następujące etapy: podniesienie temperatury, wytworzenie substancji antybiotycznych, stabilizacja biomasy, zmiana fizycznej struktury odpadów na materiał glebopodobny.
Odpady powinny składać się głównie z biodegradowalnych substancji organicznych. Najważniejsze grupy odpadów przeznaczonych do kompostowania
-Gromadzone selektywnie odpadki kuchenne i ogrodowe
-Odpady z ogrodów i parków
-Komunalno podobne odpady z przemysłu i rzemiosła
-Organiczne odpady z przemysłu spożywczego
-Osady z oczyszczalni ścieków
Biodegradowalne substancje np. cukry, skrobia, oleje, tłuszcze stanowią około 80% wszystkich związków organicznych zawartych w odpadach.
Odpady przeznaczone do przeróbki biochemicznej muszą zostać wcześniej poddane procesom wstępnego przygotowania , polegającego głównie na usunięciu z nich materiałów utrudniających prowadzenie tego procesu oraz wymagają rozdrobnienia.
W technologii można wyróżnić dwie podstawowe grupy, czyli kompostowanie w warunkach naturalnych oraz kompostowanie w warunkach sztucznych w pryzmach na otwartym powietrzu, w komorach, na płytach oraz w formie zbrykietowanej.
Do naturalnych metod kompostowania zalicza się kompostowanie w pryzmach na płycie oraz proste kompostowanie w warunkach przydomowych.
Kompostowanie w pryzmach na płycie jest to prosta technologia przeprowadzana w pryzmach o wysokości do 2m, mechanicznie przerzucanych , może być stosowana w małych jednostkach osadniczych, a także przy kompostowaniu wydzielonych odpadów zielonych. Odpady usypywane są w pryzmy na specjalnie do tego przygotowanych placu, który musi być odpowiednio uszczelniony i zdrenowany. W zależności od warunków zewnętrznych proces ten może wynosić 5-7 miesięcy.
Kompostowanie przydomowe jest to proces lokalny, który można prowadzić przy użyciu specjalnie skonstruowanych kontenerów do prostego kompostowania odpadów domowych lub odpadów ogrodowych. Kontenery te mogą być wykonane z odpadowego tworzywa sztucznego luz z drewna i muszą mieć otwory wentylacyjne na górze i na dole. Kompost otrzymywany w tym procesie jest o wysokiej jakości ze względu na właściwą selekcję odpadów.
Metody kompostowania:
Kompostowanie jako procesy otarte czyli różnego typu sztucznie napowietrzonych płytach.
Obejmuje on kompostowanie :odpadów zielonych pochodzących z selektywnej zbiorki.
Proces przebiega wentylowanej hali, dwóch procesach. Pierwszy rozkład tlenowy i fermentacji wtórnej (dojrzewanie beztlenowe). Odpady są segregowane i rozdrabniane następnie odpady zostają usypane w stos na utwardzonym podłożu a poprzez przewracanie „kompostu” jego proces jest bardziej intensywny.
I faza 10-12 dni temp. 60-70 stopni (przewracanie masy)
II faza6-8 tygodni, temp. Spada do 45 stopni ( brak przewracania masy)
Otwarte kompostowanie skojarzone:
Kompostowanie w pryzmach na Świerzym powietrzu
Kompostowanie odpadów organicznych pochodzących z terenów skażonych
Polega na wprowadzaniu np. osado ściekowych, odpadów gorzelnianych, gnojowicy itp. Co pozwala na poprawę jakości uzyskanego kompostu i obniżenia zagrożenia dla środowiska.
Kompostowanie skojarzone roślin zanieczyszczonych fluorem
Celem takiego kompostowania jest ograniczenie wtórnego skażenia użytków rolnych, wykorzystanie np. resztek po żniwnych ze skażonego terenu. Użycie odpadów organicznych wcześniej wymienionych powoduje poprawę jakości kompostu. Potwierdzono również ze kompost tego rodzaju sprawdza się jako użyźnienie skażonego terenu -poprawiając jakość gleby oraz zmniejszając zawartość fluoru w tych glebach.
Kompostowanie wstępne z zastosowaniem urządzeń okresowo osłaniających pryzmy ( czyli system Biotank i Baden Baden- posiada wstępne przesiewanie )
BIOTANK i BADEN BADEN sa bardzo do siebie podobne.
Istotnym elementem jest przesuwna zasłona poruszająca się po obwodzie okręgu.
Usypuje się pryzmę wysokość 7m i szerokość14m
I faza + usypywanie28-35 dni : przykrywamy pryzmę żelbetową lub stalową osłoną w kształcie podwójnego trapezu.
II faza 2-3 miesiące : dojrzewanie pryzmy już bez przykrycia.
W czasie trwania procesu pryzma jest napowietrzana sprężonym powietrzem przy podstawie.
Komory zamknięte statycznie (bioreaktory i bioboksy)
Te procesy kompostowania mają wymuszony obieg powietrza najczęściej przez podłogę z kontrolą odbieranego powietrza.
I faza7-14 dni rozkład substancji organicznej wraz z higienizacja wsadu
II faza- dojrzewanie intensywne( technologia MUT- Herhof)
Odpady: kuchenne, ogrodowe, z chowu zwierząt, pochodzące z selektywnej zbiórki itp.
Intensywne dojrzewanie kompostu grzejnego odbywa się systemie zamkniętym, mała ilość powietrza oraz wód odciekowych (są w obiegu zamkniętym)- pełna higienizacja materiału wsadowego.
Dojrzewanie przebiega w 4 fazach w betonowym zbiorniku z izolacja cieplną
I nagrzewu i wzrostu temperatury do 40 stopni
II rozkład główny 40-50 stopni
III higienizacja materiału 3 dni w temperaturze 60 stopni
IV ochładzanie i odwadnianie masy kompostowanej, ok. 45% wody odsączonej
Dodatkowo system jest zaprogramowany na :
Mineralizacje CO2
Optymalna zawartość wody
Optymalny przebieg temperatury
Optymalne natlenieni
Metoda DYNACOMP- kompostowanie wyselekcjonowanych odpadów
Odpady przechodzą przez przesiewacz bębnowym- podział na frakcje drobno i grubo ziarnistą ( ta jest dodatkowo rozdrabniana). Następnie trafiają do mieszarki gdzie są mieszane oraz poddawane homogenizacji -2h. W mieszarce rozpoczyna się proces biologicznego rozkładu- warunki tlenowe w bębnie zapewniają obieg powietrza (wymuszony). Dalej materiał wędruje do zamkniętej hali ze specjalnym systemem napowietrzania( 4m sześciennie powietrza na m sześcienny kompostu/ 1h)układany jest na betonowym podłożu, z systemem odciekowym, w pryzmy. Po 8 tygodniach mamy gotowy kompost.
Kompostowanie odpadów komunalnych w komorach bębnowych obrotowych (bioreaktor dynamiczny) metoda MUT_DANO
Odpady są selekcjonowane częściowo lub nieselekcjonowane zupełnie
Ważnym elementem jest biostabilizator czyli komora rotacyjna (dł. 34m i ś. 3,5m)
Przez płytę czołową zasypywane są do komory odpady gdzie wypełniają one 2/3 objętości stabilizatora gdzie obraca się. Jest urządzeniem wielofunkcyjnym gdyż:
-rozdrabnia odpady(odpady organiczne i papier)
- higienizacja
-zapoczątkowanie procesu kompostowania(dawniej 3-5 dni w 55 stopni, obecnie 30h)
Po zakończonym procesie kompost wypuszczany płytą zamykającą, trafia na pole kompostowe.
Technologia DANO składa się z :
I wstępna obróbka :rozdrobnienie, odsianie i eliminacja składników nie nadających się do odsiania
II kompostowanie pryzmowe : prowadzone na placu w pryzmach
III uzdatnianie kompostu: wydzielenie frakcji drobnych <15mm i oczyszczenie ze szkła i części twardych.
System MUT-DANO-BIOTESAD pozwala dodatkowo na wprowadzanie zanieczyszczeń odpadów ogrodowych, z targowisk, ferm, stadnin wyrębu lasu.
5.Kompostowanie wstępne w złożach wieżowych ( system Humboldta, Triga, Thomas-Fertilla, Multibacto
W tych systemach po wstępnym rozdrobnieniu odpady kierowane są na złoża pionowe lub poziome, gdzie na polkach poziomych przebywają ściśle określony czas tzn, 1-8 dni. W tym czasie są mieszane, nawilżane, w razie potrzeby napowietrzane (od intensywnego sztucznego do naturalnego). Następnie w pryzmach kompost dojrzewa najmniej 6 tygodni.
Poszczególne reaktory różnią się miedzy sobą mieszaniem odpadów, rozprowadzaniem powietrza lub nawilżania itp.
6. Inne sposoby kompostowania:
- Przenośne kompostownie głownie składające się z kontenera kompostującego, kontenera-filtra powietrza, zespołu wentylacyjnego i zespołu sterująco-rejestrującego.
Działania: przygotowanie materiału do kompostowania, intensywny proces kompostowania, dojrzewanie w pryzmach pod wiata z okresowym spulchnianiem i przesiew na frakcje oraz składowanie i ekspedycja.
- Kompostowanie brykietach
Odpady : zbierane selektywnie oddzielnie odpadki domowe(roślinne i zwierzęce) i odpadki zielone( trawy, liście, gałęzie )
Proces polega na nadaniu przygotowanemu kompostowi struktury kostek( prasa Brocollare która wyciska z kostek wodę równocześnie wtłaczając na jej miejsce tlen) a następnie ich składowanie bez konieczności dodatkowego napowietrzania.
Kompostowanie z udziałem dżdżownic:
warunkiem powodzenia tej metody jest staranne wyselekcjonowanie z masy odpadów metali, szkła, tekstyliów, papierów, tworzyw sztucznych oraz brak w nich jakichkolwiek substancji toksycznych. Masa odpadów jest poddawana rozdrobnieniu , a następnie stabilizacji tlenowej. Następuję wzrost temperatury do około 70-80°C, gdy temperatura spada do około 30° wprowadzane są dżdżownice, które konsumują masę organiczną, a wydalają nawóz, tzw vermikompost.
Kompost wyprodukowany z zachowaniem wszystkich wymagań jest nawozem wysokiej jakości. Jego wykorzystanie jest możliwe pod warunkiem spełnienia wielu warunków:
Kompost musi być bezpieczny pod względem sanitarnym
Nie może zawierać nadmiaru metali ciężkich
Musi być bezodorowy
Nie może zawierać szkła, tworzyw sztucznych, tekstyliów, papieru itp
Głównym sposobem wykorzystania kompostu jest nawożenie i wzbogacanie gleb w rolnictwie, leśnictwie, ogrodnictwie, sadownictwie oraz terenach zieleni miejskiej, poprawia strukturę gleby i jej warunki fizyczno-chemiczne pod uprawy np. wymywalność fosforu, w mieszaninie z innymi składnikami stanowi materiał wykorzystywany w obiektach sportowo-rekreacyjnych, dróg parkowych itp., zmniejszenie procesów erozyjnych gleb.
Fermentacja metanowa może być stosowana do odpadów o dużej zawartości substancji organicznej, takich jak: wysegregowane odpady domowe, odpady zielone czy organiczne odpady z przemysłu spożywczego. Produktem głównym takiego procesu jest kompost, a ubocznym biogaz o dużej zawartości metanu. Proces ten może być prowadzony w komorach fermentacyjnych lub w pryzmach energetycznych. Wytworzony w ten sposób kompost jest podobny do kompostu powstałego w warunkach tlenowych, a wytwarzany biogaz po odwodnieniu i wzbogaceniu może być wykorzystywany np. w celu produkcji energii cieplnej czy elektrycznej.
Barbara Raczyńska
Daria Rasińska