recykling organiczny odpadów kompostowanie metanizacja

recykling organiczny - to obróbka tlenowa, w tym kompostowanie, lub beztlenowa odpadów, które ulegają rozkładowi biologicznemu w kontrolowanych warunkach przy wykorzystaniu mikroorganizmów, w wyniku której powstaje materia organiczna lub metan

zgodnie z krajowym planem gospodarki odpadami (KPGO), masa odpadów komunalnych ulegających biodegradacji wytworzonych w Polsce w 1995 r. wynosiła ok. 4380 tys. Mg. Oznacza to, że dopuszczalne składowanie tych odpadów powinno wynieść: • w 2010 r. - 3285 tys. Mg -75 % wagowo całkowitej masy odpadów kom. ulegających biodegradacji, • w 2013 r. - 2190 tys. Mg - nie więcej niż 50 %, • w 2020 r. - 1533 tys. Mg - nie więcej niż 35 %

Odpady komunalne (GUS 2008) OKZ tys. Mg Sektor publiczny Sektor prywatny - tys. Mg % zebrane (10036,4 tys. Mg) 4242,9 42,3% 5792,6 57,7% składowane 86,6% 3547,1 83,6% 51485,2 88,8% unieszkodliwione termicznie 0,4% 62,7 1,4% unieszkodliwione biologicznie 2,6% 202,2 4,7% 60,2 1,03%

biologiczne metody utylizacji - kompostowanie Rys historyczny najstarsza metoda (ściśle związana z rolnictwem) znana ludzkości, przywracania wartości użytkowych odpadom, już w starożytnych Chinach gromadzono odpadki domowe, rolnicze i przerabiano je na kompost. Wykorzystanie odpadków miejskich do użyźniania gleby datuje się w Europie od początku ubiegłego wieku. W Anglii rozdrabniano odpadki w londyńskiej dzielnicy Southwark i sprzedawano okolicznym farmerom. przerabianie na skalę techniczną odpadów miejskich na nawóz organiczny tzw. kompost rozpoczęło się w latach trzydziestych XX w. 5

W Polsce pierwsze wskazówki racjonalnego kompostowania spotykamy w książkach z XVI w.: Anzelm Gostowski z 1563r. "Gospodarstwo Rolne", Jakub Ham "Ekonomika Ziemiańska" z 1675r. Krzysztof Kluk "O Rolnictwie" z 1799r. czym jest kompostowanie – w swej najprostszej pierwotnej formie (ogólnie) to tlenowy proces biologiczny, podczas którego materiały organiczne są przekształcane w kompost współcześnie kompostowanie jest bardziej procesem biotechnologicznym ( zastosowanie różnych technologii) polegającym na rozkładzie substancji organicznych w warunkach tlenowych pod wpływem mikroorganizmów termofilnych promieniowców, bakterii i pleśni. 6

pleśnie i bakterie niezarodnikowe bakterie zarodnikowe promieniowce w kolejnych fazach procesu kompostowania zmieniają się dominujące mikroorganizmy pleśnie i bakterie niezarodnikowe bakterie zarodnikowe promieniowce cykl przemian w tworzeniu próchnicy rozkład substancji organicznej humifikacja stabilizacja 7

Charakterystyka poszczególnych etapów Rozkład substancji organicznej –(mineralizacji) utlenienia substancji organicznej do dwutlenku węgla, wody, azotanów, siarczanów, fosforanów i innych składników w najwyższym stopniu utlenienia. Są to reakcje egzotermiczne, które wywołują proces samozagrzewania się pryzm, temp. w początkowym okresie wzrasta nawet do ok. 70oC humifikacja – synteza w rezultacie procesów biologicznych (przy udziale biokatalizatorów) wytwarza się próchnica proces ten jest znacznie bardziej złożony niż proces mineralizacji (ma charakter przede wszystkim biochemiczny) 8

humifikacja substancji organicznej łączy się z rozkładem zawartych w nich związków, z syntezą połączeń przez mikroorganizmy, autolizą obumarłych komórek tych organizmów oraz ze zmianami fizykochemicznymi i chemicznymi związków bardziej odpornych na rozkład. stabilizacja- dojrzewanie wskaźnikiem dojrzałości jest stosunek C:N (<20)

Czynniki wpływające na przebieg procesu kompostowania skład chemiczny materiału wyjściowego (wsadu), do przerobu najlepiej nadają się odpady bogate w substancje organiczne, oraz inne makroskładniki i nie zawierające substancji szkodliwych, optymalna zawartość azotu w mat. wyjściowym powinna się zawierać w granicach 0,8 – 1,7% stosunek C:N jest istotnym czynnikiem procesu kompostowania (przebieg temp. straty azotowe), powinien wynosić 1:25-30, w dojrzałym kompoście C:N(<20)

Odczyn – optymalnym dla rozwoju mikroorganizmów oraz zabezpieczającym przed stratą azotu jest pH 6,5-7,5 wilgotność – optymalna w granicach 40-50% napowietrzanie – istotny czynnik niezbędny dla rozwoju mikroorganizmów aerobowych temperatura – pierwszy etap egzotermiczny (70-75oC), w dalszym etapie 45-500C (ok.10dni wystarcza by zniszczyć patogeny ?)

Technologie kompostowania Kompostowanie w warunkach naturalnych w pryzmach na otwartym powietrzu bez wstępnej obróbki lub ze wstępnym rozdrabnianiem odpadów Kompostowanie w warunkach sztucznych ze wstępną obróbką, w komorach - biostabilizatorach Systemy kompostowania w pryzmach bez wstępnej obróbki to najstarsze, a równocześnie najprostsze technologicznie procesy, których reprezentantami są m.in.: "Indorc", "Van Maanen" oraz "Baden Baden". Bardziej technicznie rozwinięte systemy (segregacja , rozdrabnianie) - "Dorr Oliver", "Bühler", "Tollemache"

wermikompost Kompost uzyskany przy intensywnym współudziale dżdżownic nosi nazwę biohumusu (inne nazwy: kompost koprolitowy, wermikompost, kompost dżdżownicowy). Cechuje się on szczególnie korzystnymi właściwościami w porównaniu z kompostem otrzymywanym metodami tradycyjnymi. Uzasadnia się to tym, że biohumus zawiera w dużych ilościach enzymy i mikroorganizmy, związane z metabolizmem dżdżownic. Wprowadzenie takiego kompostu do gleby pobudza jej życie biologiczne, w rezultacie czego nawet toksyczne związki metali ciężkich przekształcane są w trudno przyswajalne przez rośliny połączenia chemiczne tych metali. 23

24

Kompostowanie w specjalnych komorach Kompostowanie odpadów w komorach skraca proces do kilku dni, ale jednocześnie wymaga wysokich nakładów inwestycyjnych i eksploatacyjnych. Zasadniczy proces biochemiczny odbywa się w wydzielonej komorze, w sztucznie wytworzonych, optymalnych warunkach technologicznych, dotyczących wilgotności, temperatury i natlenienia przerabianej masy kompostowej. 25

kompostowanie w komorach bez wstępnego rozdrabniania: DANO (Dania), MUT (Austria), PRAT(Francja) ze wstępnym rozdrabnianiem: VENOD PIC, TRIGA, CAREL FOUCHE, BIOTONIC (Francja), MULTIBACTO (Szwajcaria), THOMAS FERTILLA (Włochy), LAWDEN, JOHN THOMPSON (Anglia), SCEBA-ECLIFESA (Hiszpania), METROWASTE, IDC, FAIRFIELD HARDY (USA), DYNACOMP (Niemcy).

27

28

Kompostownia Dano

Agile Fix COMPANY, Tallin Estonia, (fot. comp-any.com)

System Biodegma Mobil, foto biodegma.de

Kompostownia typu NewEarth firmy Compost Systems (fot. www Kompostownia typu NewEarth firmy Compost Systems (fot. www.compost-systems.com)

Kompostownia M-U-T Kyberferm w Łodzi (fot. proGEO)

Kontenery KNEER

Wykorzystanie kompostu Kompost wyprodukowany w ramach własnego gospodarstwa należy traktować jako dobrej jakości nawóz organiczny i tak też stosować – nawożenie podobnie jak z obornikiem Skład kompostu zależy od: Rodzaju kompostowanego materiału (proporcje, ilość, rejon, sezonowość) Azot (N) ok. 1,3 % Fosfor (P2O5) ok. 2,2 % Potas (K2O) ok. 0,4 % Substancja organiczna ok. 60 % 35

metanizacja powstawanie biogazu Jest to proces biologiczny - z masy organicznej w wyniku fermentacji metanowej powstaje mieszanina gazów, tak zwany biogaz. w przyrodzie jest to proces szeroko rozpowszechniony – odbywający się np. na: torfowiskach, dnie mórz, w gnojowicy itp. utworzona mieszanina gazów w około dwóch trzecich składa się z metanu i w około jednej trzeciej z dwutlenku węgla, oprócz tego w biogazie znajdują się jeszcze niewielkie ilości wodoru, siarkowodoru, amoniaku i innych gazów 36

etapy metanizacji hydroliza - rozkład złożonych związków materiału wyjściowego (np. węglowodanów, białek, tłuszczy) na proste związki organiczne (np. aminokwasy, cukier, kwasy tłuszczowe), uczestniczące w tym procesie bakterie uwalniają enzymy, które rozkładają materiał na drodze reakcji biochemicznych. 37

faza zakwaszania (fermentacja kwasowa) – przy udziale bakterii kwasotwórczych powstają kwasy tłuszczowe (kwas octowy, propionowy i masłowy) oraz dwutlenek węgla i wodór, oprócz tego powstają niewielkie ilości kwasu mlekowego i alkoholu, produkty te w następnej fazie „tworzenia się kwasu octowego”, przy udziale bakterii zamieniają się w substancje poprzedzające powstanie biogazu (kwas octowy, wodór i dwutlenek węgla) metanogeneza (fermentacja metanowa) - okres działania bakterii metanowych, wykorzystujących wodór i kwas octowy do produkcji metanu i dwutlenku węgla 38

czynniki wpływające na proces metanizacji tlen - bakterie metanowe należą do najstarszych organizmów żyjących na ziemi, powstały przed trzema lub czterema miliardami lat, zanim na ziemi wytworzyła się atmosfera, z tego powodu bakterie te również dzisiaj zdane są na warunki życia, w których nie występuje tlen (anaeroby), niektóre z tych bakterii już przy niewielkich ilościach tlenu giną 39

bakterie psychrofilowe, mezofilowe termofilowe temperatura – na ogół reakcje chemiczne przebiegają tym szybciej, im wyższa jest temperatura otoczenia, w przypadku biologicznych procesów rozkładu i przemiany zależność ta sprawdza się tylko pod pewnymi warunkami, należy uwzględnić że, każdy rodzaj bakterii biorących udział w procesach przemiany materii potrzebuje innej temperatury jeżeli dane zakresy temperatur zostaną przekroczone, może dojść do zahamowania lub nawet do nieodwracalnego uszkodzenia bakterii bakterie uczestniczące w procesie rozkładu, ze względu na wymagania temperaturowe, możemy podzielić na trzy grupy: bakterie psychrofilowe, mezofilowe termofilowe 40

Odczyn pH Jeżeli chodzi o odczyn pH, to obowiązują podobne zależności, jak w przypadku temperatury. Bakterie uczestniczące w poszczególnych etapach procesu posiadają różne wymagania odnośnie odczynu pH, zapewniające ich optymalny wzrost. Optymalny odczyn pH bakterii hydrolizujących i kwasotwórczych wynosi od 4,5 do 6,3 . mogą przeżyć również przy nieco wyższym odczynie pH, wtedy jednak ich aktywność będzie znacznie mniejsza. Inaczej wygląda rzecz w przypadku bakterii produkujących kwas octowy i metan. Odczyn pH musi posiadać dokładnie wartość między 6,8 a 7,5 . Jeżeli proces fermentacji odbywa się tylko w jednym fermentatorze, to odczyn pH musi być ustalony w tym zakresie.

Składniki pokarmowe wykorzystywane podłoża muszą przede wszystkim zapewniać jak największą produkcję metanu, to oprócz tego tak samo ważne jest występowanie pierwiastków śladowych i składników pokarmowych, takich jak żelazo, nikiel, kobalt, selen, molibden i wolfram, niezbędnych do wzrostu i przetrwania bakteri Ostateczna ilość metanu dająca się uzyskać z używanych podłoży jest określona poprzez zawartość białek, tłuszczy i węglowodanów Ponadto o stabilnym przebiegu procesu decyduje również stosunek C/N w używanym położu. Jeżeli jest za wysoki (dużo C i mało N), nie może dojść do całkowitej przemiany węgla, a tym samym nie można uzyskać możliwego potencjału metanu. W odwrotnym przypadku, przy nadmiarze azotu może dojść do powstania amoniaku (NH3), który już w niewielkich stężeniach hamuje wzrost bakterii i może doprowadzić nawet do zniszczenia całej populacji

podział technologii metanizacji • technologie jednostopniowe • technologie dwustopniowe • proces mokry (<20% s.m.) • proces suchy (>20% s.m. • proces mezofilowy (34-37 oC) • proces termofilowy (55-60 oC) • wtryskiwanie gazu • mieszadło • przepompowywanie/recyrkulacja • komora pionowa • komora pozioma • przepływ ciągły • przepływ stopniowy

przykłady stosowanych technologii technologia VALORGA jest rozwijana od 1981r. przez firmę Valorga International S.A.S. Na skalę przemysłową proces beztlenowy został wprowadzony we Francji w połowie lat 80-tych w zakładach w La Buisse i Amies, gdzie przetwarzaniu biologicznemu poddawano mechanicznie przygotowane odpady komunalne. Proces został nastawiony na wykorzystanie zmieszanych odpadów komunalnych, segregowanych u źródła odpadów kuchennych oraz frakcji organicznej w pozostałości po segregacji u źródła.

Odpady mieszane są z wodą do zawartości suchej masy 25-35% Odpady mieszane są z wodą do zawartości suchej masy 25-35%. Fermentacja jest przeprowadzana jednostopniowo w mezofilowym lub termofilowym zakresie temperatur przez 18-25 dni. Komora fermentacyjna to pionowy cylindryczny zbiornik pozwalający na grawitacyjne opróżnienie. Mieszanie biomasy odbywa się opatentowanym sposobem polegającym na wtrysku biogazu pod wysokim ciśnieniem co 15 minut przez sieć dysz ulokowanych u nasady komory

Szwajcarska technologia Kompogas została opracowana pod koniec lat 80-tych w 1991r. w Rümlang w Szwajcarii rozpoczął działanie pierwszy zakład wykorzystujący suchą jednostopniową fermentację termofilową. nastawiona jest na przetwarzanie odpadów z pielęgnacji terenów zielonych oraz odpadów organicznych segregowanych u źródła, dzięki czemu produkuje oprócz biogazu również wysokiej klasy kompost. Proces fermentacji trwa 15-20 dni, po czym rozłożona biomasa jest wypychana z reaktora i poddawana odwodnieniu.

Fermentacja sucha odpadów zielonych Kompogas, Klingnau(Szwajcaria), foto proGEO

Fermentacja sucha odpadów zielonych Kompogas, Lenzberg (Szwajcaria), foto proGEO

wykorzystanie biogazu

silniki spalinowe napędzające generatory prądotwórcze przyszłościowo istnieje możliwość stosowania biogazu w mikroturbinach gazowych, ogniwach paliwowych oraz silnikach Stirlinga do opcjonalnych możliwości zastosowania biogazu należą także zastosowanie go jako paliwa do napędzania pojazdów spalinowych lub zasilania przy jego pomocy sieci gazu ziemnego

Selektywne zbieranie odpadów biodegradowalnych

Foto proGEO 54