Možnosti využití BRKO prostřednictvím kompostování a anaerobní digesce

Článek byl napsán pro Kompostovací seminár (2004) Spoločnosti priateľov Zeme.

Množství biologicky rozložitelných komunálních odpadů (BRKO) představovalo v ČR dle Informačního systému odpadového hospodářství 1 866 458 tun v absolutním vyjádření. Toto číslo je však možné považovat pouze za použitelné pro navození představy a ne za realitu popisující, jelikož ten samý rok pro Český statistický úřad uvádí čísl 786 072 tun. V relativních číslech vychází pro oba zdroje cca 47% BRKO v komunálním odpadu (KO). Podrobnosti neleznete v RP BRO (2004).

Složení BRKO v roce 2001 je možné odhadnout prostřednictvím následující tabulky (RP BRO, 2004):

20 - Odpady komunální a jim podobné odpady ze živností, z úřadů a z průmyslu, včetně odděleně sbíraných složek těchto odpadů	množství (t)	%	BRO (t)
20010100 Papír a/nebo lepenka	230969	100	230 969
20010700 Dřevo	14271	100	14 271
20010800 Organický, kompostovatelný kuchyňský odpad (včetně olejů na smažení a kuchyňského odpadu z jídelen a restaurací)	57614	100	57 614
20011000 Oděv	3353	75	2 515
20011100 Textilní materiál	2916	75	2 187
20010000 Odpad získaný odděleným sběrem	309123		307 556
20020100 Kompostovatelný odpad	96572	100	96 572
20020300 Ostatní nekompostovatelný odpad	93863	20	18 773
20020000 Odpady z údržby zeleně v zahradách a parcích (včetně hřbitovů)	190435		115 345
20030100 Směsný komunální odpad	2478365	40	991 346
20030200 Odpad z tržišť	14576	80	11 661
20030400 Kal ze septiků a/nebo žump, odpad z chemických toalet	550688	80	440 550
20030000 Ostatní odpad z obcí	3 043 629		1 443 557
Úhrnné množství odpadů v přehledu:	3 543 188		1 866 458

% BRO v komunálních odpadech byly upraveny dle údajů od Kotoulové (2003).

Směsný KO

Nejvýznamnější podíl BRKO představuje biologicky rozložitelná část směsného komunálního odpadu. Na snížení ukládání této části odpadu na skládky se zaměřuje směrnice o skládkování odpadů (1999/31/EC). Směrnice o skládkách odpadů vyžaduje snižování skládkování BRKO z důvodu redukce skleníkových plynů. Biologicky rozložitelné odpady se na skládkách rozkládají, a jelikož se tak děje v anaerobních podmínkách, tak vznikající skládkový plyn obsahuje vysoký podíl metanu, který ke skleníkovému efektu přispívá cca. 21 násobně více než hlavní skleníkový plyn oxid uhličitý, který vzniká při rozkladu aerobním. Dá se tedy shrnout, že cílem zákonodárců je snížit množství biologickým rozkladem uvolnitelného uhlíku ukládaného na skládky a tento materiál z části přeměnit na oxid uhličitý a z části vrátit zpět do půdy - nejlépe ve formě stabilního humusu, který je zárukou, že uhlík zůstane dlouhodobě uložen v půdě a nebude přispívat ke skleníkovému efektu.

Snížit podíl BRKO ve směsném KO je možné těmito metodami:

• spalováním, což je metoda čistě likvidační a ekonomicky velmi náročná,
• mechanicko-biologickou úpravou, která je vhodným doplňkem systémů odpadového hospodářství s vysokou mírou odděleného sběru,
• odděleným sběrem bioodpadu u zdroje,
• domovním a komunitním kompostováním, které je možné považovat za metodu nejméně zatěžující životní prostředí.

Kompostovatelný odpad

Další významnou skupinou BRKO (když pomineme kal ze septiků a žump, jenž je obvykle odvážen na čistírny odpadních vod a následně je zpracováván coby čistírenský kal, a když pomineme papír a lepenku, které jsou recyklovány v celulózkách) je kompostovatelný odpad. Jde zejména o odpad z údržby zeleně. Tento odpad je často kompostován v obecních kompostárnách. Některé odpady spadající do této skupiny nejsou vykazovány, jelikož jejich producent je kompostuje i využívá a necítí potřebu toto komukoliv oznamovat.

Tyto odpady jsou relativně snadno využitelné a kompostování co nejblíže místu jejich vzniku je nejlogičtější i nejekonomičtější variantou jejich využívání.

Organický, kompostovatelný kuchyňský odpad

Bioodpad s obsahem kuchyňských odpadů bude nutné od data vstupu do EU kompostovat v bioreaktorových kompostárnách nebo využíván v bioplynových stanicích s hygienizačním stupněm. Toto vyplývá z požadavků nařízení 1774/2002 (ES) a bude se to týkat i odděleně sbíraného bioodpadu. Podrobněji se tímto zabývá Slejška (2004a).

Nařízení 1774/2002 (ES) rovněž zakazuje zkrmování kuchyňských odpadů. Kuchyňský odpad je výborným materiálem pro anaerobní digesci, jelikož zabezpečuje vysokou produkci bioplynu: cca 100 m³/t oproti cca 25 m³/t z kejdy (Kajan, 2002). Je tedy možné očekávat zvýšený zájem o využívání kuchyňských odpadů a odpadů z potravinářského průmyslu v bioplynových stanicích, jejichž investiční náklady nejsou oproti bioreaktorům o tolik vyšší jako oproti krechtovým kompostárnám.

Odpad z tržišť

Biologicky rozložitelné odpady z tržišť, velkoobchodů, obchodů, apod. jsou podobně jako kuchyňský odpad velmi vhodné pro anaerobní digesci. Rovněž využívání těchto odpadů ovlivní nařízení 1774/2002 (ES), které vysoký stupeň hygienizace těchto odpadů a snížení rizik plynoucích z jejich využívání.

Oddělený sběr bioodpadu

Systémy odděleného sběru BRKO je možné rozdělit následovně:

• Dle sbíraného bioodpadu
• zahradní + kuchyňský odpad
• zahradní odpad
• kuchyňský odpad
• Dle vzdálenosti od domovních dveří
• sběrné dvory
• donáškové systémy
• sběr na prahu
• Dle frekvence svozu
• intenzivní   (  > 1   x    t ýdně )
• standardní ( 1-2x  za 14 dní )
• extenzivní ( < 1 x za 14 dní )
• Dle sběrného prostředku
• sběrné nádoby
• pytlové systémy
• kontejnery
• kbelíky
• mobilní sběr

S ohledem na nové legislativní podmínky asi nemá smysl uvažovat o zavádění společného odděleného sběru zahradních a kuchyňských odpadů, ale spíše se zaměřit na extenzivní sběrr zahradních odpadů Slejška (2004b) doplněného intenzivním sběrem kuchyňských odpadů. Vyjma legislativních jsou k tomuto ještě následující důvody (Slejška, 2003a):

• zahradní odpad je nutné při sběru stlačovat, zatímco kuchyňský odpad je dostatečně hutný sám o sobě, takže je možné jej sbírat za pomoci malých nákladních automobilů s otevřenou korbou (viz Slejška, 2003b), které mají nižší investiční i provozní náklady než sběrné vozy se stlačováním odpadu,
• zahradní odpad stačí sbírat jednou měsíčně nebo prostřednictvím sběrných dvorů, zatímco kuchyňský odpad je obvykle třeba sbírat dvakrát týdně,
• kuchyňský odpad je možné sbírat v rodinných domcích do kyblíků (6 - 30 litrů), které umožňují ruční sběr, jenž je rychlejší než mechanizované nakládání sběrných nádob (120 nebo 240 litrů),
• méně častý sběr zahradního odpadu provázený informačním servisem a např. i pomocí s drcením větví motivuje k domovnímu kompostování zahradních (a někdy i kuchyňských) odpadů,
• kompostárny obvykle chtějí větší poplatky za kuchyňský odpad, jelikož je nutné jej zpracovávat v zakrytých halách či bioreaktorech (kvůli zápachu a hygienizaci) a je náročnější na spotřebu vzduchu (kvůli své vyšší fermentovatelnosti), takže vyžaduje intenzivnější provzdušňování než zahradní odpad.

Kompostování BRKO

Zatímco pro kompostování odpadů ze zahrad a parků bude možné i nadále využívat klasického kompostování na hromadách – v malých i velkých měřítcích, tak tam, kde se do odpadu dostane i třeba nepatrná příměs odpadů definovaných v nařízení 1774/2002 (ES), tak bude nutné zajistit bioreaktorové kompostování, během něhož teploty dosáhnou minimálně po dobu jedné hodiny 70 °C.

Kompostování odpadů z údržby zeleně

Kompostování tzv. zelených odpadů je velmi rozšířené. Jde zpravidla o tzv. krechtové kompostování s překopáváním nakladači nebo rotačními překopávači kompostu. Kompostuje se posečená tráva, stařina, dřevní štěpka z průřezů, plevelné rostliny, odpad z tržišť, listí apod. Surovinová skladba kompostů bývá doplněna dalšími biodegradabilními odpady z provozoven (výlisky ovoce, potravinářské odpady, nezávadné kaly nebo zvířecí fekálie). Kompostování musí být prováděno na vodohospodářsky zabezpečené ploše, jejíž pořízení je finančně náročné. Proto se často využívají nepotřebné silážní žlaby, zemědělská složiště nebo hnojiště, případně zabezpečené plochy bývalých provozoven uhelných skladů. Zařízení kompostárny dokonalým štěpkovačem a technikou pro homogenizaci a překopávání kompostů rovněž někdy přesahuje investiční možnosti technických služeb. Tento problém často řeší firmy, které pronajímají své kompostárenské stroje, které takto mohou obsluhovat několik kompostáren.

Způsoby intenzifikace kompostování bioodpadu

Předpokladem dobrého průběhu kompostování je poměr C:N v čerstvém kompostu cca 30-35:1. Optimální vlhkost čerstvého kompostu z drceného bioodpadu je v rozmezí 55-62% (Váňa 1997). Možnosti intenzifikace kompostování s cílem rychlé přeměny organických látek odpadů na látky humusové provádíme v počáteční hydrolytické fázi kompostování. O jejím průběhu rozhoduje při optimalizaci chemických a biologických parametrů substrátu intenzita aerace. Nejlepší prostředí pro tuto fázi zabezpečují aerované kompostovací biofermentory (Váňa 1998). Teplota fermentace v tepelně izolovaných biofermentorech v rozmezí 60-80°C zabezpečuje účinnou devitalizaci patogenních mikroorganismů a semen plevelů a vyšší redukci obsahu vody a objemu materiálu než při klasickém kompostování v zakládkách. Nejčastěji jsou bioreaktory konstruovány jako tepelně izolované boxy, kontejnery nebo otáčivé bubny pro diskontinuální provoz. Dalším typem jsou tunelové nebo věžové bioreaktory, které jsou na vstupu průběžně plněny a na výstupu po 10 -14 dnech vychází částečně zfermentovaný produkt. Předpokladem dosažení plné stability substrátu je další dozrání na zakládce po dobu minimálně 1 měsíce. Zintenzivnění kompostovacího procesu v biofermentorech zkracuje dobu dosažení stability o 2-3 týdny. Výhodou moderních biofermentorů je automatické řízení fermentačních procesů a rovněž čištění odplynu v biofiltru.

Náhradou za bioreaktory lze s úspěchem realizovat plochy pro kompostování s nuceným provzdušňováním. Podloží pro umístění zakládky kompostu je vybaveno soustavou aeračních kanálů s rozvodem tlakového vzduchu děrovanými polypropylenovými hadicemi. Dalším řešením je odsávání plynů z podloží zakládky vývěvou inicializující vstup čerstvého vzduchu do kompostové zakládky. Toto řešení umožňuje snížení pachových závad a filtraci odplynu v biofiltru.

Intenzifikací klasického kompostování na zakládkách je možno docílit zvýšením frekvence překopávek a využitím frézových překopávačů. Na některých kompostárnách bioodpadu se zakládka zakrývá kompostovací plachtou, která je porézní pro výměnu plynů s okolím, ale dobře tepelně izoluje zakládku a zabraňuje vstupu srážek do zakládky.

Anaerobní digesce

Pro anaerobní digesci jsou vhodné materiály spíše vlhčí. S velkou mírou zjednodušení je možné považovat za hranici nad níž je vhodná anaerobní digesce, zatímco pod ní je vhodné spíše přímé energetické využití spalováním, vlhkost materiálu 45%.

Poměr C / N surovinové skladby by mělo být pod 20 - 30 / 1 (Meynell 1976) a poměr C / P surovinové skladby by měl být kolem 200 / 1(Bardiya a Gaur 1997).

Proces anaerobní digesce může probíhat v mezofilních (kolem 35°C) nebo termofilních (kolem 55°C) podmínkách. Zisk bioplynu je u obou procesů zhruba stejný. Termofilní procesy jsou vhodnější tam, kde je vyžadována bezpečnější hygienizace.

pH během počátečních fází procesu, kdy probíhá zejména hydrolýza a acidogeneze by se mělo pohybovat mezi 6-6,5 (Massey, Pohland, 1978), zatímco v dalších fázích procesu, kdy převažuje acetogeneze a methanogeneze by mělo bát zásaditější: 7-7,5 (Massey, Pohland, 1978). V pozdějších fázich procesu je nutné zabezpečit strikně anaerobní podmínky. Bakterie zodpovědné za tyto přeměny vykazují pomalý růst a množení a jsou méně odolné vůči stresům.

Výsledným produktem anaerobní digesce je bioplyn (55-70% CH₄, 27-44% CO₂, 1-3% H₂, 0,1-1% H₂S atd. (Jonáš, Petříková, 1988)) a vyhnilý substrát, který je po odvodnění buď přímo využíván ke hnojivým účelům nebo je kompostován a nebo je v separační jednotce rozdělem na vláknitou frakci (10-15%) a tekutou frakci. Vláknitá frakce je z 80-83% fosfor a dusík, takže je použitelná namísto minerálního hnojiva. Tekutá frakce obsahuje z živin hlavně amonný dusík (NH₄-N), který je snadno přijatelný rostlinami, a je proto využíván v závlahovém systému na okolních polích. Tekutá frakce však může být dále koncentrována v odparce na hnojivý koncentrát obsahující zejména amonný dusík a malá množství fosforu.

Bioplyn je většinou využíván v kogeneračních jednotkách k výrobě elektřiny a tepla. Je však rovněž možné jej po vyčištění a stlačení používat k pohonu vozidel. Pokud je z bioplynu odstraněn oxid uhličitý, tak může být rozváděn ke svým uživatelům společně se zemním plynem (obojí je metan). Na některých místech je bioplyn využíván pouze k produkci tepla v plynových kotlích. Bioplyn může být dále používán při trigeneraci (současné výrobě elektřiny, tepla a chladu), ke svícení (to je využíváno zejména v méně rozvinutých zemích v místech, kde není elektřina) a pravděpodobně i k mnoha dalším účelům.

Podrobněji se výrobou bioplynu zabávají Váňa a Slejška (1998).

Literatura

• Bardiya N., Gaur A.C.: Carbon and phosphorus ratio for methane production from rice straw in batch fermentation. Indian Journal of Microbiology 37: 81-84, 1997, http://www.teriin.org/division/bbdiv/mb/docs/abs01.htm
• Jonáš, J., Petříková, V.: Využití exkrementů hospodářských zvířat. St. zem. nakladatelství Praha, 181 str., 1988.
• Kotoulová, Z.: Metodika výpočtu postupného snižování množství biologicky rozložitelných komunálních odpadů (BRKO) ukládaných na skládky. SLEEKO, Praha, 7 s., 2003.
• Kajan, M.: Výroba a využití bioplynu v zemědělství. Biom.cz, 26.11.2002, https://biom.cz/index.shtml?x=110712
• Massey, W.L., Pohland, F.G.: Phase separation of anaerobic stabilization by kinetic controls. J. Water Pollut. Control Fed. 50, s. 2204 - 2222, 1978.
• Meynell, P.J.: Methane: Planning a Digester, Prism, Detroit, 1976.
• RP BRO – Realizační program ČR pro BRO, https://biom.cz/rp-bro/, 2004
• Slejška, A.: Dopady nařízení 1774/2002 (ES) na kompostování kuchyňských odpadů. Biom.cz, 21.1.2004a, https://biom.cz/index.shtml?x=161545
• Slejška, A.: Nakládání s biologickými odpady v provincii Miláno (1) Miláno východ. Biom.cz, 7.3.2003b, https://biom.cz/index.shtml?x=123290
• Slejška, A.: Sběr a využívání odpadů ze zahrad. Biom.cz, 14.1.2004b, https://biom.cz/index.shtml?x=160376
• Slejška, A.: Zkrácený záznam přednášky Enza Favoina ve Zlíně. Biom.cz, 1.4.2003a, https://biom.cz/index.shtml?x=13018
• Váňa J.: Je kompostování odpadů v České republice perspektivní technologií ? Nový venkov, No.4, 1998, s. 16-18
• Váňa J.: Výroba a využití kompostů v zemědělství, Institut výchovy a vzdělávání MZe, 1994, 38 s, http://stary.biom.cz/publikace/kompost/index.html
• Váňa, J., Slejška, A.: Bioplyn z rostlinné biomasy, Studijní informace ÚZPI. Rostlinná výroba č.5, 1998, http://stary.biom.cz/publikace/bioplyn/

Příspěvek byl zpracován v rámci výzkumného záměru MZe 0002700601 "Principy vytváření kalibrace a validace trvale udržitelných a produktivních systémů hospodaření na půdě."

Článek byl uveřejněn v rámci řešení Realizačního programu ČR pro BRO.

Tweet

Odpadové hospodářství: Pozitivní trendy a výzvy do budoucna

Novinky z Prodevalu: zkapalňování CO2, Valopur DFM a nová výrobní linka na jihu Francie

Regulace teploty plynových motorů

Bioplynová stanice s kogeneračními jednotkami TEDOM

Olej pro plynové motory – klíčová volba pro kogenerační jednotky