Možnosti intenzifikace zrání kompostu

1. Úvod

Požadavkem 6. akčního programu Evropské Unie pro životní prostředí je snížení množství odpadu ke konečnému odstranění o 20% do r. 2010 v porovnání s rokem 2000 a o 50% do r. 2050. Připravovaná směrnice EU o bioodpadech nařizuje separovaný sběr a využití komunálních bioodpadů. Směrnice EU 99/31/EC "o skládkách odpadu" nařizuje, aby nejpozději v r. 2006 bylo množství biologicky rozložitelných komunálních odpadů (BRO) ukládaných na skládky sníženo na 75% celkového vzniklého množství BRO v r. 1995 a dále v r. 2009 na 50% a v r. 2016 na 35% (v České republice, kde bylo skládkováno více než 80% komunálních odpadů je možné oddálit splnění těchto cílů o 4 roky).

Kompostování bioodpadů se tak stává jednou z hlavních technologií trvale udržitelného odpadového hospodářství. Důvodem pro tato opatření je omezení produkce skleníkových plynů na skládkách odpadů a postupná likvidace "reaktivních" skládek v Evropě. Výroba stabilizovaného kompostu je považovaná jako nástroj dočasné konzervace skleníkového plynu oxidu uhličitého v půdním prostředí.

Intenzifikace zrání kompostu v zařízeních budovaných ve státech EU je chápána především jako zvýšené využití nákladných kompostárenských zařízení, která omezují únik zápašných plynů a škodlivých výluhů do složek životního prostředí a zabezpečují dokonalou hygienizaci odpadů a devitalizaci semen plevelů. Aerobní kompostárny bioodpadu jsou velice často budovány jako koncová zařízení pro anaerobní digesci bioodpadů (např. Salzburg,Mnichov). Hlavním cílem budování intenzifikovaných kompostáren je ekologicky efektivní služba využívání bioodpadů, která představuje hlavní finanční příjem provozovatelů.

2. Intenzifikované kompostárny bioodpadu

Kompostárny budované v zahraničí využívají jako hlavní intenzifikační prvek aeraci. Optimální aerace je dosahováno:

• odsáváním vzduchu kanálky v podloží kompostových zakládek,
• tlakovou aerací v podloží zakládek nebo tlakovou aerací biofermentorů a kontejnerů, spojenou s odsáváním odplynu z halového prostoru z biofermentoru z kontejnerů nebo z foliového krytu kompostové zakládky,
• využití ventilačních systémů využívajících komínový efekt (panelové podloží kompostoviště pro přirozenou ventilaci kompostů, nebo systém ventilačních průduchů zhotovených v kompostové zakládce),
• aeračními překopávkami kompostových zakládek frézovými překopávači. V případě halových kompostáren je spojeno s odsáváním odplynu ventilačním zařízením kompostovací haly.

V intenzifikovaných kompostárnách je odplyn z kompostu obsahující zápašné látky zbaven kondenzátu a veden do biofiltru. Náplní biofiltru je porézní hmota, nejčastěji směs kompostované a nekompostované stromové kůry a plastových elementů zajišťujících poréznost.

Na intenzifikovaných kompostárnách je usilováno o optimalizaci teplotního režimu a to především v hydrolýzní fázi procesu. Při tom se maximálně využívá tepla vznikajícího při exotermním procesu v hydrolýzní fázi kompostování a tepelnou izolací je zabraňováno úniku tepla do podloží zakládek. Rovněž stěny a stropy kompostovacích boxů a biofermentorů nebo kompostovacích kontejnerů jsou tepelně izolovány. Teplo z odplynu je využíváno pomocí tepelných výměníků k ohřívání čerstvého vzduchu. U zakládek na otevřených kompostovištích se používají porézní fólie, které omezují teplotní ztráty. Tyto fólie jsou rozmístěny na překopávanou zakládku speciálním zařízením na překopávači kompostu a speciálním navíjecím zařízením lze fólii před překopáváním ze zakládky sejmout. Některé překopávače jsou vybaveny mlžícím a skrápěcím zařízením pro omezování úniku zápašných látek nebo zařízením pro nastříkání dezodoračních přípravků. Omezení nepříznivých povětrnostních vlivů je dosahováno zastřešením kompostárny nebo kompostováním v uzavřených halách.

Výše popsané způsoby intenzifikace kompostáren jsou značně nákladné a podílejí se především na zkrácení termofilní fáze kompostování, méně na zkrácení fáze dozrávání kompostu. Aby se řízená ventilace mohla jako intenzifikační faktor uplatnit, je zapotřebí, aby i parametry ostatních faktorů dosahovaly optima. Jde především o optimální poměr C:N, který by měl být v čerstvém kompostu (na počátku zrání) 30-33:1. Obsah vody v kompostu by neměl přesáhnout 70% celkové pórovitosti. Obsah nutrientů v kompostovaných bioodpadech téměř vždy překračuje požadované minimum. Přítomnost potřebných enzymatických systémů je většinou zabezpečována recyklací nadsítné frakce při rafinaci hrubého kompostu, v některých případech se používá též inokulace čerstvého kompostu.

3. Technicko - technologické řešení zahraničních kompostáren

3.1. Věžové kompostárny

Kompostárna se 6 kompostovacími věžemi a se zařízením na mechanickou úpravu bioodpadu a na úpravu hrubého kompostu byla vybudována v Bozenu v Itálii s technologií firmy Steinmüller. Ročně zpracovává 100 000 t komunálního bioodpadu a odpadů ze zeleně a 56 000 t čistírenského kalu o sušině 8%. Kompostovací věže jsou plněny se shora a vzdušněny čerstvým vzduchem ze dna věže. Věže pro "hlavní zrání" a dozrávání jsou technicky identické. Při hlavním zrání dosahuje teplota kompostu cca 70°C v průběhu 5 - 6 dnů, zrající kompost se vyskladňuje ze spodní části věže při teplotě 50 - 55°C a naskladňuje se do dozrávací věže, kde kompost dozrává 4 týdny při teplotě 55 - 40°C. S ohledem na vysokou zpracovatelskou kapacitu kompostárna vykazuje malou potřebu stavební plochy a veškerý provoz probíhá v uzavřených podmínkách ošetřených proti úniku zápašných látek.

3.2. Systém Brikolare

Německá firma Rethman zavádí v řadě evropských států systém kompostování BRIKOLARE, který je zaměřen na odpad ze zeleně a separovaný komunální bioodpad. Kompostárny jsou včetně příjmu a zpracování odpadů zastřešeny. Odpady ze zeleně jsou drceny, promíchávány s bioodpady z domácností a společně prosévány. Nadsítná frakce po odstranění nevhodných příměsí je znovu drcena a přidávána do substrátu. Substrát je lisován do tvárnic s dvěma aerovacími kanálky a rovnán na palety, které se ukládají do fermentační haly, kde probíhá zrání 5 - 6 týdnů nejdříve při teplotě 70°C, později při teplotě 50°C. Poté se kompost prosévá na jemném sítu a kompostové tvárnice se při prosévání rozpadají.

3.3. Kontejnerový systém

Již vybudované kompostárny jsou často zdokonalovány modulárním kompostovacím zařízením známým jako systém KNEER. Jde o kontejnerové kompostování. Ze zařízení , kde je připravován čerstvý kompost z bioodpadu jsou plněny mobilní kontejnery, které se připojí na přívod čerstvého vzduchu a odvod odplynu a na potrubí odvádějící přebytečnou vlhkost. Zařízení zajišťující aeraci ohřívá vzduch teplem odplynu. Dozrávání zpravidla probíhá v klasických zakládkách. Modulovací zařízení je možno pořídit s různě velkými kontejnery. Proces fermentace je řešen intenzitou aerace na základě průběhu fermentačních teplot snímaných v kontejnerech.

3.4. Systém s kontinuálními tunelovými biofermentory

Systémy tohoto typu jsou budovány ve více státech v Evropě. V ČR vyrábí tyto fermentory VÚCHZ Brno. Kompostovací linka je instalována na kompostárně komunálních bioodpadů v Nové Pace, kde se kompostují zelené odpady a separovaný domovní bioodpad (80% hm.) a zbytek surovinové skladby tvoří drcená stromová kůra a směs hoblin a pilin. Vyrobený kompost je registrován a prodáván jako organické hnojivo.

Klíčovým aparátem kompostovací technologie VÚCHZ je tepelně izolovaný ležatý bioreaktor. Má tvar uzavřeného boxu a je vybaven mechanizmem na lineární posun materiálu. Průřez reaktoru je obdélníkový, jeho dno je opatřeno systémem kanálů a otvorů pro přívod vzduchu do reakčního prostoru. Do objemu 50 m³ se reaktory dodávají v celokovovém provedení, větší až do objemu 200 m³ se stavějí betonové s kovovými vestavbami. Obě verze reaktorů je možné skládat vedle sebe do baterií. Kromě jednoho či více reaktorů tvoří kompostovací linku zpravidla zásobníky, drtič, mísič a dopravníky, příp. manipulační a nakládací mechanizmus. Skladba celé linky a její uspořádání je závislé na druhu zpracovávaných odpadů a na požadavcích na mechanizace celé technologie.

Svážené odpady se vysypávají do příjmových zásobníků, odkud se dopravují do mísiče, příp. i drtiče a z něho pak do násypného otvoru reaktoru. V reaktoru se před každým založením další dávky odpadů nejprve lineárně posune celý objem vsádky o určitou délku směrem k výstupním vratům a část zkompostované hmoty se tak vysype. Do uvolněného prostoru pod násypným otvorem se poté vsype připravená směs odpadů. Tento úkon se provádí několikrát denně, jinak je po celou ostatní dobu reaktor uzavřen. Založený materiál se začne působením chemických a biochemických pochodů rychle zahřívat, přestože se do reaktoru vhání pouze studený vzduch. Teplotního maxima 55 - 70°C se dosáhne v přední části reaktoru, čím více se postupným posouváním blíží reagující hmota k výstupnímu otvoru, tím termofilní reakce ztrácí na intenzitě. Po dokončení této intenzivní biodegradační fáze, která u snadno kompostujících látek činí pouze 5 - 10 dní, se materiál dopraví na dozrávací plochu, kde chladne a nadále se zbavuje vody. Přitom v něm probíhají další procesy, na nichž se podílejí mezofilní bakterie a vyšší organizmy. Dozrávání trvá obvykle 5 - 6 týdnů.

Kompostové reaktory s lineárním posunem se vyrábějí s reakčním objemem 10 - 50 m³ a jsou schopny zpracovat 2 - 10 m³ odpadů denně.

3.5. Kompostárny s diskontinuálními fermentory

V této kategorii je pestrý sortiment různých zařízení, nejčastěji jde o tlakově vzdušněné a odsávané tunelové fermentory s různými způsobem plnění a vyprazdňování (M-U-T, Horstmann aj.). Tyto fermentory představují jen první stupeň kompostování, dozrání se provádí v kompostovací hale nebo na zastřešené kompostovací ploše, zpravidla aerované z podloží kompostu.

3.6. Kompostárny aerované pomocí komínového efektu

Zajímavé řešení je v polské kompostárně v Zabrzu, kde kompostová zakládka je uložena na ploše z prefabrikátů 300 x 250 cm s dvěma štěrbinami o šířce 2,5 cm. Prefabrikát je ve tvaru mostního profilu, který vytváří kanálek o výšce 15 cm a šířce 120 cm. Vstup čerstvého vzduchu z kanálku a výměnu plynu zintenzivňuje komínový efekt po zahřátí kompostu. Kompost se na takto vytvořené ploše ukládá jako kompostová zakládka o výšce cca 2,5 m a po celou dobu se nepřekopává.

4. Mechanicko - biologická úprava odpadu (MBÚ)

MBÚ zbytkového komunálního odpadu se rozšiřuje ve státech EU jako varianta spalování zbytkového odpadu. MBÚ je nejčastěji založena na intenzivním kompostování s cílem maximálního odbourání organických látek a stabilizace výsledného produktu, který je ukládán na skládku. V současnosti se rovněž zavádějí metody MBÚ založené na anaerobní digesci, kde získaný bioplyn bývá energeticky využit vlastní energetickou spotřebou zařízení. Zároveň se využívají kombinace aerobních a anaerobních fermentací. Návrh směrnice EU "Biologické zpracování bioodpadu" DGENV.A.2 uvádí, že takto zpracovaný zbytkový odpad může mít respirační aktivitu po 4 dnech (AT4) nejvýše 10 mg O₂/g sušiny. Z legislativních požadavků ve SRN vyplývá, že tvorba plynů z takto stabilizovaného odpadu by neměla překročit 20 Nl/kg sušiny a obsah uhlíku ve vodním výluhu (TOC) by neměl překročit 300 mg/l.

Mechanická část technologie spočívá v separaci kovů a lehkých energeticky bohatých frakcí, které se využívají jako alternativní palivo nebo slouží k výrobě alternativních paliv. Zařízení, která tato palivy využívají, musí splňovat emisní limity jako spalovny komunálních odpadů. Těžká frakce se přidává do mechanicky upraveného odpadu a v některých zařízeních se vhodné části těžké frakce využívají k přípravě stavebních hmot. Mechanicky upravený odpad se podrobí intenzivnímu jedno až dvoustupňovému termofilnímu kompostování s řízenou ventilací, přičemž se další vytříděné lehké frakce zpravidla separují z již stabilizovaného materiálu. Přehled jednoho konkrétního řešení MBÚ je v blokovém schématu. Celý proces trvá 21 dnů.

Zařízení musí být vybaveno dokonalou filtrací odplynů (průměrná produkce 8000 m³/t zbytkového odpadu). Odplyn obsahuje nejen látky zápašné, ale též látky škodlivé zdraví lidí a životnímu prostředí. Významná je objemová redukce MBÚ zbytkového odpadu a především úspora skládkového prostoru po komprimaci upraveného odpadu kompaktorem. Parametry zbytkového odpadu před a po zpracování ze statistického šetření jsou patrné z tab. č. 1.

MBÚ zbytkového komunálního odpadu je investičně i provozně náročnou záležitostí (tab. č. 2).

K provozním nákladům je třeba připočíst ještě náklady na dopravu využitelných hmot a při úplné kalkulaci též náklady na skládkování zbytkového odpadu. Hlavní efekt je ekologický, omezení vzniku 120 - 170 m³ skleníkového plynu metanu z 1 t zbytkového komunálního odpadu.

Příspěvek pro seminář "BIOODPAD 2002 - biologické metody využívání zemědělských odpadů"

Obr.2: Jednoduchá mechanicko biologická úprava zbytkového odpadu
Obr.3: Vytřídené kovy z MBÚ
Obr.4: Vytříděná vysokoenergetická frakce z MBÚ

Tweet

Bioplynová stanice s kogeneračními jednotkami TEDOM

Olej pro plynové motory – klíčová volba pro kogenerační jednotky

Kam směřuje české odpadové hospodářství z pohledu prevence jejich vzniku?

Jak získat udržitelnou biomasu

Biometan se vyplatí a má budoucnost