Odborné články

Niektoré možnosti využitia komunálneho odpadu v SR

Abstrakt

Keďže v odpadoch je veľká časť využiteľnej energie a keďže týchto komunálnych odpadov neustále pribúda, zaoberá sa tento príspevok ich využitím pre energetické účely, konkrétne výpočtom tepelného obsahu v nich, určením ich chemického zloženia a ich možným rozkladom prostredníctvom aeróbnej konverzie resp. anaerobného vyhnívania.

Úvod

Po prehodnotení skládok podľa kritérií vyhlášky MŽP SR č. 283/2001 Z.z. o vykonaní niektorých ustanovení Zákona o odpadoch je od 1.1.2002 v prevádzke 156 skládok odpadov v zložení [1]:

  • 20 skládok na inertný odpad,
  • 120 skládok na odpad, ktorý nie je nebezpečný,
  • 16 skládok na nebezpečný odpad.

Odpadom je v zmysle zákona č.238/1991 Zb. o odpadoch vec, ktorej sa chce majiteľ zbaviť alebo tiež hnuteľná vec, ktorej odstránenie je potrebné z hľadiska ochrany životného prostredia. Podľa Regionálneho Informačného Systému o Odpadoch (RISO) bolo v roku 2001 v SR vyprodukovaných celkom 16,4 mil. ton odpadov, z toho 6,28 mil. ton ostatných odpadov a 8,46 mil. ton. zvláštnych odpadov (z toho 1,66 mil. ton nebezpečných odpadov), na ktoré sa vzťahuje zákon č.223/2001 Z.z. o odpadoch. Vznik odpadov v SR podľa jednotlivých hospodárskych odvetví udáva Tab.1 [1].

Najrozšírenejším spôsobom zneškodňovania odpadov je stále ich skládkovanie 23,3% (3,7 mil. ton) na čom sa podieľa hlavne kategória komunálny odpad a to 63,47 % (1,08 mil.ton). Podľa údajov z RISO sa v roku 2001 zneškodnilo spaľovaním 550 798,97 ton odpadu všetkých kategórií, čo predstavuje 3,5 % odpadov.

Z celkového množstva odpadov vzniknutých v roku 2001 sa v SR zhodnocuje 8 180 954,88 ton, čo predstavuje 51,17 %. V Slovenskej republike vzniklo podľa údajov RISO a po ich prepočítaní na sušinu 2 095 577,5 mil. ton komunálneho odpadu, čo je 389,6 kg/obyvateľa na rok [13], [14].

Tab.1: Vznik odpadov podľa jednotlivých hospodárskych odvetví za rok 2001 (kt/rok)

Odvetvie hospodárstva Spolu Množstvo odpadov
ostatné zvláštne * nebezpečné
Poľnohospodárstvo 4 654,6 287,6 4 329,0 37,9
Rybolov 0,087 0 0,084 0,003
Priemysel spolu 6 645,0 3882,0 1 814,6 948,4
Stavebníctvo 338,7 169,2 144,5 25,0
Obchodné služby 183,4 14,8 81,8 86,8
Hotely a reštaurácie 8,2 0,3 7,7 0,3
Doprava a spoje 174,1 84,7 55,7 33,7
Peňažníctvo a poisťovníctvo 1,1 0,08 0,9 0,06
Verejná správa a obrana 1 603,0 98,0 1 502,1 2,9
Školstvo 10,3 1,1 8,8 0,4
Zdravotníctvo a soc.starostlivosť 92,3 4,0 75,0 13,4
Ostatné verejné služby 231,6 82,7 102,2 46,7
Predaj,udržba a oprava mot.voz. 243,1 144,1 79,5 19,5
Nezistené 2 224,8 1 514,5 262,6 447,7
Spolu 16 410,2 6 283,0 8 464,4 1 662,8

* zvláštne bez nebezpečných

Z celkového množstva vznikajúcich odpadov sa časť odpadov v roku 1998 [10] spaľovala v 92 spaľovniach, z ktorých sú dve s kapacitou nad 100 000 t/rok spáleného odpadu (Bratislava, Košice). Z celkového počtu 92 spaľovní len 24 spĺňa emisné limity a iba 9 spĺňa požiadavku Európskych predpisov EÚ [10]. Nebezpečný odpad zo zdravotníckych zariadení sa spaľoval v 37 spaľovniach. Súhrne možno konštatovať neuspokojivý stav spaľovania odpadov, charakterizovaný nevyhovujúcim technickým stavom, ktorý neumožňuje spaľovať požadované druhy nebezpečných odpadov v plnom rozsahu pre územie SR [8], [11], [14].

I. Tepelný obsah odpadu

Typické údaje o tepelnom obsahu a inertných zbytkoch pre tuhý odpad sú predstavené v Tab. 2. Energetické hodnoty môžu byť prepočítané na suchý stav pomocou rovnice (1):

                              (1)

Korešpondujúca rovnica pre prepočet na suchý stav bez popola, bude mať tvar (2):

                      (2)

kde:

  • Ess - je hodnota obsahu energie v suchom stave, k J/kg
  • Ess* - je hodnota obsahu energie v suchom stave bez obsahu popola, kJ/kg
  • Eod - je hodnota obsahu energie v odpade, kJ/kg
  • W- obsah vlhkosti v %
  • A - obsah popola v %

Aplikácia údajov Tab.2 a rovníc (1) a (2) je ilustrovaná na príklade 1.

Tab.2: Typické údaje inertných zbytkov a obsahu energie komunálneho odpadu [2]

Zložka

Inertný zbytok po spaľovaní %

Energia odpadu, MJ/kg

Rozsah

Typická hodnota

Rozsah

Typická hodnota

Potravinárske odpady

2-8

5

3,50-7,00

4,65

Papier 

4-8

6

11,60-18,60

16,75

Kartón, lepenka

3-6

5

13,95-17,45

16,30

Plasty

6-20

10

27,90-37,20

32,60

Textílie

2-4

2,5

15,10-18,60

17,45

Kaučuk

8-20

10

20,90-27,90

23,25

Koža

8-20

10

15,10-19,80

17,45

Záhradný odpad

2-6

4,5

2,30-18,60

6,50

Drevo

0,6-2

1,5

17,45-19,80

18,60

Zmiešané org. látky

2-8

6

11,00-23,00

18,00

Sklo

96-99+

98

0,10-0,25

0,15

Pocínované konzervy

96-99+

98

0,25-1,20

0,70

Neželezné kovy

90-99+

96

 

 

Železné kovy

94-99+

98

0,25-1,20

0,70

Špina, popoly, tehly, atď.

60-80

70

2,30-116,5

7,00

Mestský pevný odpad

 

 

9,30-12,80

10,50

+ ako odpad

Príklad 1: Je potrebné určiť tepelný obsah komunálneho odpadu, podľa zadaných údajov, ak platí:

  • W= 21 %,
  • A= 5 %.

Riešenie:

1. Určenie tepelného obsahu zadaného odpadu:

Zložka

Hmotnostné percento

Energetický obsah MJ/kg

Celková energia na 100 kg odpadu, MJ

Potravinársky odpad

15

4,65

69,75

Papier

45

16,75

753,75

Kartóny

10

16,30

163,00

Plasty

10

32,60

326,00

Záhradný odpad

10

6,50

65,00

Drevo

5

18,60

93,00

Pocínované konzervy

5

0,70

3,50

Spolu: 1474,00 MJ

2. Prepočet tepelného obsahu suchého odpadu:

                          100
Ess = 14 740 ------------ =18,658, kJ/kg
                        100-21

3. Prepočet tepelného obsahu suchého odpadu bez popola:

                             100
Ess* = 14 740 ----------------- =19,991, kJ/kg
                         100 - 5 - 21

II. Chemické zloženie

Reprezentačné údaje z presnej analýzy typického komunálneho odpadu sú uvedené v Tab.3. Ak nie sú dostupné tepelné obsahy zložiek odpadu, približné hodnoty je možné určiť pomocou rovnice (3), ktorá je známa ako modifikovaná Dulongova rovnica [4], [15]:

                                                 O
Qodp = 337 x C + 1 428( H - -------- ) +9 x S / kJ,kg /                            (3)
                                                  8

kde C,H,O,S sú obsahy uhlíka, vodíka, kyslíka a síry v percentách.

Tab.3: Typické údaje presnej analýzy spáliteľných zložiek mestského pevného odpadu.

Zložka

Hmotnostné percento (suchý odpad)

C

H

O

N

S

A

Potravinársky odpad

48,0

6,4

37,6

2,6

0,4

5,0

Papier

43,5

6,0

44,0

0,3

0,2

0,6

Kartón

44,0

5,9

44,6

0,3

0,2

5,0

Plasty

60,0

7,2

22,8

-

-

10,0

Textílie

55,0

6,6

31,2

4,6

0,15

2,5

Kaučuk

78,0

10,0

-

2,0

-

10,0

Koža

60,0

8,0

11,6

10,0

0,4

10,0

Záhradný odpad

47,8

6,0

38,0

3,4

0,3

5,0

Drevo

49,5

6,0

42,7

0,2

0,1

1,5

Zmiešané org. látky

48,5

6,5

37,5

2,2

0,3

5,0

Špina, popoly, tehly, atď.

26,3

3,0

2,0

0,5

0,2

68,0

Využitie údajov Tab.3 a rovnice (3) je ilustrované na príklade 2.

Príklad 2: Je potrebné určiť chemické zloženie vzorky komunálneho odpadu, podľa zadaných údajov.

Riešenie:

1. V nasledujúcej Tab.4 je prepočet chemického zloženia 100 kg vzorky komunálneho odpadu:

Tab.4: Prepočet chemického zloženia vzorky zadaného odpadu

Zložka

Hmotn- vlhkej vzorky kg

Hmotn. suchej vzorky kg

Zloženie, kg

C

H

O

N

S

A

Potravinársky odpad

15

4,5

2,16

0,29

1,69

0,12

0,02

0,23

Papier 

45

42,3

18,40

2,54

18,61

0,13

0,08

2,54

Kartón

10

9,5

4,18

0,56

4,24

0,03

0,02

0,48

Plasty

10

9,8

5,88

0,71

2,23

-

-

0,98

Záhradný odpad

10

4,0

1,91

0,24

1,52

0,14

0,01

0,18

Drevo

5

4,0

1,98

1,98

0,24

1,71

-

0,06

Celkom

95

74,1

34,51

4,58

30,0

0,43

0,13

4,47

2. Príprava sumárnej tabuľky z horeuvedených údajov:

Zložka

Hmotnosť, kg

Vlhkosť

20,90+

Uhlík

34,51

Vodík

4,58

Kyslík

30,0

Dusík

0,43

Síra

0,13

Popol

4,47

3. Prepočet obsahu vlhkosti z bodu 2 na vodík a kyslík:

  1. vodík = 2/18 x 20,9 = 2,32 kg
  2. kyslík = 16/18 x 20,9 = 18, 58 kg

4. Príprava sumárnej tabuľky rovnako ako v kroku 2 s využitím údajov kroku 3:

Zložka

Hmotnosť, kg

Hmotnostné percento

C

34,51

36,3

H

6,90

7,3

O

48,58

51,1

N

0,43

0,5

S

0,13

0,1

A

4,47

4,7

Celkom

95,02

100,0

5. Výpočet molárneho zloženia zložiek:

Zložka

Hmotsnosť, kg

Kg/mol

Mol

C

34,51

12,01

2,873

H

6,90

1,01

6,832

O

48,58

16,00

3,036

N

0,43

14,01

0,031

S

0,13

32,06

0,004

6. Určenie približného chemického vzorca s a bez síry:

  1. prepočet mólových pomerov

Zložka

Mólové pomery

Síra = 1

Dusík = 1

C

718,2

92,7

H

1 718,0

220,4

O

759,0

97,9

N

7,8

1,0

S

1,0

0

  1. chemický vzorec so sírou:

                                            C718,2 H1708,0 O759 N7,8 S

  1. chemický vzorec bez síry:

                                            C92,7 H220,4 O97,9 N

 

7. Určenie tepelného obsahu odpadu s využitím rovnice (3) a údajov z kroku 4:

                                                        51,1
Qodp = 337 (36,3) + 1 428 (7,3 - ----------- ) + 95 ( 0,1 ) = 13,546 kJ/kg
                                                           8

III. Aeróbna konverzia

Ak organické materiály, zahrňujúce potravinový odpad, plasty, kaučuk, kožu atď. sú separované z komunálneho odpadu a sú vystavené bakteriálnemu rozkladu, vzniknutý produkt sa nazýva kompost a proces rozkladu sa nazýva kompostovanie, pričom celá aérobna konverzia závisí na prístupe kyslíka k odpadu.

Množstvo potrebného kyslíka pre kompletnú aérobnu konverziu pevného mestského odpadu [4], môžeme určiť pomocou nasledovnej rovnice (4):

                       4a + b - 2c - 3d                                     b-3d
CaHbOcNd + ------------------------- O2 ---> a CO2 + --------- H2O + d NH3             (4)
                                4                                                   2

Ak je čpavok ďalej oxidovaný na dusičnan NO3, množstvo kyslíka potrebného na túto oxidáciu, je možné vypočítať [2], [3], [18] z rovnice (5):

 NH3 + 2O2 ---> H2O + HNO3                                                        (5)

 Výpočet podľa údajov z kapitoly I. a II. je ilustrovaný na príklade 3.

Príklad 3: Je potrebné určiť množstvo vzduchu potrebného na kompletnú oxidáciu 1 tony pevného odpadu o chemickom zložení C92,7 H220,4 O97,9 N

Riešenie:

1.Určenie množstva potrebného kyslíka pre daný odpad, podľa rovnice (4):

  1. Požadované koeficienty sú :
    • a = 92,7
    • b = 220,4
    • c = 97,9
    • d = 1
  2. Využitie koeficientov po prepočítaní rovnice (4) na molové pomery: d.

C92,7 H220,4 O97,9 N + 98,1 O2 ---> 92,7 CO2 + 108,7 H2O + NH3
        ( 2 916 )               (3 139)           (4 080)         (1 959)       (17)

  1. Množstvo kyslíka potrebného na 1 tonu odpadu bude:

          3 139
O2 = -------- x 1 000 = 1,076 x 103 kg/tonu
          2 916

2. Určenie množstva potrebného kyslíka pre oxidáciu čpavku podľa rovnice (5):

NH3 + 2O2 ---> H2O + HNO3
 (17)    (64)         (18)       (63)

- množstvo kyslíka potrebné na 1 tonu odpadu bude:

            17         64
O2 = ------- x ----- x 1 000 = 21,95 kg/tonu
         2 916       17

3. Určenie potrebného množstva vzduchu, ak uvažujeme 23,15 hmotnostných percent kyslíka a hustotu vzduchu 1,2928 kg/m3:

  1. Celkové požadované množstvo kyslíka bude:

O2,cel = (1,076x103 + 21,95) kg/tonu = 1 098 kg/tonu

  1. Hmotnosť potrebného vzduchu bude:

              1 098
Mvzd = ----------- = 4 743 kg/tonu
             0,2315

  1. Objem požadovaného vzduchu bude:

             4 743
Vvzd= ----------- = 3 669 m3/tonu
            1,2928

IV. Anaeróbne vyhnívanie

Anaeróbne vyhnívanie, nazývané tiež anaeróbna fermentácia, je proces využívaný na produkciu metánu z pevného odpadu, ktorým je vysokokvalitné hnojivo s mnohými mineralnymi látkami, potrebnými pre pôdu. Vo väčšine prípadov produkcie metánu z pevného odpadu je táto produkcia rozdelená do troch krokov. Prvý krok zahŕňa prípravu organickej frakcie pevného odpadu pre anaeróbne vyhnívanie a bežne zahŕňa príjem, triedenie, separáciu a triedenie podľa veľkosti [12], [17]. Druhý krok zahŕňa pridávanie vlhkosti a živín, premiešavanie, pH nastavovanie na hodnotu okolo 6,7 , ohrievanie kalu na teploty od 55 °C do 60 °C a anaeróbne vyhnívanie v reaktore s kontinuálnym prúdom, dobrým premiešavaním a dobou zotrvania 5 až 10 dní. Tretí krok zahŕňa zachytávanie, uskladňovanie a ak je potrebné i separáciu zložiek vzniknutého plynu [5], [9], [16]. Pre anaeróbne vyhnívanie organického odpadu platí rovnica (6):

Ca Hb Oc Nd ---> nCw Hx Oy Nz + mCH4 + sCO2 + rH2O + (d-nz) NH3                  (6)

kde s = a - nw - m
       r = c - ny - 2s

Termíny Ca Hb Oc Nd a Cw Hx Oy Nz reprezentujú molárny základ zloženia materiálu na začiatku a na konci procesu [4], [6]. Pre rozklad stabilizovaného odpadu platí rovnica (7):

                        4a - b - 2c + 3d                       4a + b - 2c -3d
Ca Hb Oc Nd + ( ------------------- ) H2O ---> (------------------- ) CH4 +
                                    4                                             8

      4a - b + 2c + 3d
+ (--------------------- )CO2 + dNH3                                                                        (7)
                 8

Príklad 4: Je potrebné určiť teoretický objem metánu z anaeróbneho vyhnívania 1 tony odpadu o zložení C92,7 H220,4 O97,9 N a hustote metánu 0,7167 kg/m3.

Riešenie:

1. Pri riešení využijeme rovnicu (7):

  1. koeficienty budú následovné:
    • a = 92,7
    • b = 220,4
    • c = 97,9
    • d= 1
  2. výsledný tvar rovnice s horeuvedenými koeficientmi bude:

C92,7 H220,4 O97,9 N + 10,6 H2O ---> 49,05 CH4 + 43,65 CO2 + NH3
          (2 916)                 (190,8)             (784,8)        (1 920,6)      (17)

2. Určenie hmotnosti metánu produkovaného z 1 tony odpadu:

           784,8
CH4 = -------- x 1 000 = 269,1 kg/tonu
           2 916

3. Určenie objemu vzniknutého metánu z 1 tony odpadu:

               269,1
VCH4 = ----------- = 375,5 m3 / tonu
              0,7167

V. Niektoré možnosti vyplývajúce zo spaľovania komunálneho odpadu

 V Slovenskej republike sú na hospodárenie s odpadmi kladené dlho, stredno a krátkodobé úlohy. Tieto úlohy zahŕňajú hlavne [6], [7]:

  • zneškodnenie nevhodne skladovaných nebezpečných odpadov,
  • budovanie systému kontajnerizácie a siete recyklačných stredísk nebezpečných odpadov,
  • spracovanie min. 80% biologických odpadov na organické hnojivá,
  • zavedenie separovaného zberu a tým zníženie množstva komunálnych odpadov asi o 50%,
  • zníženie počtu evidovaných skládok asi o 50%,
  • zvýšenie využitia odpadov na hospodárske účely,
  • zneškodnenie 50% všetkých komunálnych odpadov na skládkach a ďalšie.

Hrubý odhad potenciálu bioplynu na Slovensku sa dá vypočítať napríklad tak, že uvažujeme exkrementy z cca 0,7 milióna kráv, ktoré vyprodukujú cca 7 miliónov ton močovky, z ktorej je možné vyrobiť 0,15 miliárd m3 bioplynu ročne, čo je 1,0 miliarda kWh elektrickej energie (alebo v prípade využitia parogeneračných cyklov 0,4 miliárd kWh elektriny a 1 miliarda (3,6 PJ)) tepla [1] , čo odpovedá energetickému ekvivalentu cca 7 000 TJ/ ročne [9], [10], [11].

Tento článok bol vytvorený za podpory grantovej agentúry VEGA č. úlohy 1/9398/02.

Literatúra

  1. Správa o stave životného prostredia SR v roku 1999. MŽP SR a SAŽP, Bratislava, 2001.
  2. Tchobanoglous, G.H. et.al.: Solid Wastes: Engineering Principles and Management Issues. McGraw - Hill, New York, 1977.
  3. Winkler, P. F. et.al. : Size Characteristics of Municipal Solid Wastes. Compost Science, 14,5, 1973.
  4. Peavy, H. S. et al. : Environmental engineering. Mc Graw - Hill, New York, 1985.
  5. Horbaj, P.: Ekologické aspekty spaľovania v priemyselných a hutníckych agregátoch. Habilitačná práca, TU Košice, 1996.
  6. Kačík, F. - Kačíková, D.: Fyzikálna chémia a fyzikálno-chemické analytické metódy. Učebné texty, TU Zvolen, 1998.
  7. Buswell, M.A.: Production of fuel gas by anaerobic fermentation. Illinois State Water Survey, Champaign, 1930.
  8. Dzurenda, L. - Ladomerský, J.: Analýza procesu spaľovania dreva v roštovom kúrenisku KD 1160 v závislosti na tepelnom výkone. In: Energetické premeny v priemysle 98, Herľany, október 1998, 18-22.
  9. www.mpsr.sk
  10. www.economy.gov.sk
  11. www.biom.cz
  12. Wagnerová,E. et.al.: Skládkový plyn ako jeden z obnoviteľných zdrojov energie. MUK 50 let. Fakulta strojní. Energetika, 2000.
  13. Novák-Marcinčin,J. - Pavlenko,S.: Automation of pipeline energetics systems components manufactoring. In: Automation 2001, Warszawa, marec 2001, 75-82.
  14. Heerenklage,J. et al.: Comparison of test systems for the determination of the biodegradability of organic materials under anaerobic conditions. www.orbit-online.net
  15. Price,E.C. - Cheremisinoff,P.N.: Biogas production and utilization. Ann Arbor Science, Ann Arbor, Michigan, 1981.
  16. Hrubina,K. et al.: Mathematical modelling of technical processes. Informatech Ltd., Košice, 2001, 217.
  17. Andrejčák,I. - Ragan,E.: Difúzne procesy a zariadenia. ES FVT Prešov, 1999.
  18. Horbaj, P.: Ekologické aspekty spaľovania. Neografia Martin,a.s., 2000.

Článek: Tisknout s obrázky | Tisknout bez obrázků | Poslat e-mailem

Související články:

Odpady, vedlejší produkty nebo alternativní paliva?
Nakládání s komunálními bioodpady v České republice
Zkrácený záznam přednášky Enza Favoina ve Zlíně
Popis technologie Biofluid, Ateko a.s.
Jak snížit množství bioodpadu? Nechte vodu doma!
Mater-Bi, biodegradabilní plast nejen na výrobu sáčků pro sběr BRKO
Zjednodušený výpočet množstva bioplynu vznikajúceho z exkrementov v poľnohospodárstve, grafické určenie návratnosti investície a vhodného typu kogeneračnej jednotky
Ekologické zpracování bioodpadů na minerální hnojivo a biopalivo technologií EKOBIOPROGRES?
Množstvové zbery - poplatky podľa množstva (2) výhody a nevýhody jednotlivých druhov množstvových zberov
Spoločnosť priateľov Zeme pomohla vybudovať už 8 obecných kompostovísk
Kompostovanie a právne predpisy v SR
Od spalování k většímu třídění a kompostování bioodpadu, ekonomický pohled

Zobrazit ostatní články v kategorii Bioodpady a kompostování

Datum uveřejnění: 11.3.2003
Poslední změna: 10.3.2003
Počet shlédnutí: 8100

Citace tohoto článku:
HORBAJ, Peter: Niektoré možnosti využitia komunálneho odpadu v SR. Biom.cz [online]. 2003-03-11 [cit. 2019-06-20]. Dostupné z WWW: <https://biom.cz/cz/odborne-clanky/niektore-moznosti-vyuzitia-komunalneho-odpadu-v-sr>. ISSN: 1801-2655.

Komentáře:
ilustrační foto ilustrační foto ilustrační foto ilustrační foto ilustrační foto