Anaerobní biomethanizace komunálních odpadů

Článek byl převzat ze sborníku k Odpadovým dnům 2003.

Výroba bioplynu z nejrůznějších odpadů i biomasy je dnes vysoce aktuální technologií s mnoha pozitivními ekologickými dopady. Relativně vysoké podíly biologicky rozložitelných frakcí v tuhém komunálním odpadu přitahují již po dlouhou dobu pozornost projektantů biomethanizačních technologií. Výroba reaktorového bioplynu nabízí podstatně výhodnější podmínky pro řízení průběhu reakcí oproti skládkám tuhých komunálních odpadů. Anaerobní fermentace v reaktorech probíhá neporovnatelně rychleji a umožňuje podstatně efektivněji využívat vzniklý plyn. Biomethanizační procesy jsou schopny odstranit významný podíl z organické hmoty odpadu a splnit tak požadavek omezení deponie biologicky rozložitelných materiálů. Neboli jinak řečeno, lze zbytek po fermentaci skládkovat v plném souladu s požadavky EU.

Zásadním problémem reaktorové digesce je však úprava a složení vsázky. Tuhý komunální odpad a zvláště pak odpad neseparovaný, sbíraný pouze v režimu integrálního svozu, obsahuje také vysoké podíly biologicky nerozložitelných frakcí - sklo, plasty, kamení, písek či kovy. Mnohé reaktorové technologie pro zpracování komunálních odpadů proto předřazují anaerobní biomethanizaci nejrůznější třídicí a separační procesy. Společným jmenovatelem všech procesů zpracovávajících integrálně sbíraný odpad je kvalita vytříděného biologicky rozložitelného podílu, která je ve valné většině případů špatná. Úplná separace plastů, skla a dalších minerálních podílů je téměř neřešitelným problémem a i když tyto nerozložitelné zbytky nemusí mít žádný vliv na chemické složení digesčního zbytku, jsou pro kompostárenské využití nepřijatelné, neboť trvale znehodnocují plochy na něž se takový kompost používá. Bohužel však téměř vždy dochází i k chemické kontaminaci kompostu, což snadno může způsobit i nevyhovující kvalitu výrobku ve srovnání s platnými standardními limity.

Zdrojem problémů nemusí být pouze neúplná magnetická separace kovových materiálů vnášejících do produktu vedle železa i např. zinek nebo kadmium. Nekázeň producentů odpadu je například hlavním zdrojem rtuti, která je ze směsného odpadu prakticky neodstranitelná. Jediná zářivková trubice, která byla do komunálního odpadu rozbita vnese (podle typu) 10 - 40 mg kovové rtuti v mikroskopických částicích, které se neodlučitelně smísí s odpadem.

Systém třídění komunálních odpadů před biomethanizací organické frakce využívá mnoho technologií. Jako jeden z prvých procesů v Evropě byl technologicky ověřen francouzský systém Valorga. Tato biomethanizace komunálního odpadu kombinuje mechanické a magnetické třídění integrálně sbíraného komunálního odpadu s procesem reaktorové anaerobní fermentace suspenze frakce s vysokým podílem biologicky rozložitelných materiálů. Systém Valorga používá unikátní bezvýplňový reaktor se sektorovým programově řízeným dmýcháním vlastního plynu ze dna stojatého válcového reaktoru. Vtláčený bioplyn zdvihá ode dna těžší složky kalu a postupně je přenáší okolo svislé osy reaktoru od vstupního hrdla a k výstupu. Průtok plynu je programově řízen a funguje vlastně jako jakési plynové rotující hrablo přemísťující těžší částice až k výstupnímu hrdlu. Tato technologie zvládá velmi efektivním způsobem veškeré dílčí kroky procesu od přípravy suspenze až po její výstup z reaktoru a odvodnění.

Problémem však zůstává kvalita získaného tuhého zbytku, který je mazlavý, páchnoucí a který obsahuje značný podíl skleněných střepů i úlomků plastů. Takovýto materiál je jen obtížně odbytný jako kompost či jako jeho součást. K řešení tohoto zásadního problému se nabízejí dvě cesty, které jsou již obě technologicky ověřeny. Bioplynová stanice ve Finsku poblíže Vaasy zpracovává rovněž integrálně sbíraný odpad úspěšnou biomethanizací, avšak veškeré tuhé zbytky jsou skládkovány. Rozdrcený podíl odpadu z nějž bylo již odbouráno 50 % i více z jeho organické hmoty lze skládkovat s výraznou úsporou prostoru a procesy tvorby bioplynu zde probíhají již jen s nízkou intenzitou.

Systém Valorga rehabilitoval své schopnosti při novější aplikaci v Holandsku, kde však je zásobován pouze tzv. "zeleným odpadem", což je odpad ze separovaných sběrů, tvořený pouze kuchyňskými, zahradními anebo parkovými odpady. Změna vstupní suroviny přinesla velmi výrazné zlepšení kvality tuhého zbytku, který již lze bez problémů využít pro kompostárenské účely.

Skládkování TKO je zatím značně nejlevnější způsob zneškodňování tohoto odpadu, nicméně problémy s otevíráním stále nových skládek budou jen narůstat a lze očekávat i obecný trend jako v zemích EU, tedy výrazný tlak na snížení podílu skládkovaných biodegradabilních odpadů.

V souvislosti s tímto je třeba vysvětlit i pojem skládkování MBP odpadů, což je právě ona aktuální cesta pro snížení podílů biologicky rozložitelných odpadů na vstupech do skládek. MBP znamená (anglicky i česky) mechanicko-biologické předzpracování odpadů a jako jeden z typických příkladů lze uvést již zmíněnou finskou biomethanizaci ve Vaase. V současnosti je tento proces intenzivně zkoumán a zaváděn v různých variantách ve Spolkové republice Německo i ve většině dalších zemí EU.

Principiálně jde o podobné procesy, které mohou zahrnovat i drcení, třídění a separaci s kontrolovaným rozkladem organických podílů ať již v reaktorových nádržích anebo ve skládkách samotných. Takovéto zvláštní sekce skládek bývají nazývány "skládkami reaktorovými" a biomethanizační procesy jsou zde řízeny cirkulací výluhů v režimech výrazně vyšších produktivit plynu. Bylo by však nanejvýše vhodným nalézt pro tzv. "reaktorové skládky" název s jiným technickým termínem, neboť zde jde o odlišná určení těchto těles, plněných pečlivě upraveným a předtříděným materiálem. Název "reaktorové skládky" snadno zavádí laickou veřejnost k domněnce, že jde o pouhé slovní zakrytí starého a známého účelu skládkování.

Velmi často je u těchto tzv. reaktorových skládek předpokládáno jejich rozebrání a následné další roztřídění na kompostárensky využitelný produkt a menší podíl zbytků pro trvalé skládkování. Perioda deponování materiálu v těchto tělesech je různá, optimistické odhady hovoří o recyklaci v režimu okolo pěti let, pesimistické prognózy uvažují o tom, že tato tělesa by mohla být úspěšně přepracována po uplynutí 15 - 20 let. Podobně jako u reaktorových procesů však i zde platí, že kvalita tuhých zbytků bude vždy odpovídat kvalitě separace materiálů před jejich dočasným deponováním.

Reaktorová anaerobní fermentace se tedy může stát ekonomicky i ekologicky zajímavým postupem pro zpracování tuhých komunálních odpadů. Nahlížíme-li však na TKO jako na multikomponentní směs biodegradabilních podílů a složek inertních vůči biomethanizaci (plasty, sklo, kovy, popel apod.), pak řešení problému může být pouze částečné.

Rozhodně je však třeba velmi kriticky hodnotit veškeré snahy o výrobu kompostů z integrálně sebraných anebo nedostatečně separovaných odpadů. Praxe ukazuje, že i jednodruhové (např. parkové odpady) jsou někdy tak kontaminovány nerozložitelnými složkami, že je nutno uvažovat o sekundárním třídění nemá-li být kvalita kompostu snížena.

Procesu skládkování se tak lze zcela vyhnout jen ve zvláštních případech, kdy je biologicky rozložitelný odpad shromažďován v tzv. separovaných sběrech. Není-li možné zajistit striktní separaci bio-složek již při sběrech, pak je většinou nutno počítat s potřebou skládkování tuhých zbytků, což však již vyhovuje i požadavkům EU, neboť významný podíl organických složek je před skládkováním odbourán a využit. Jde tedy vlastně o skládkování "MBP odpadu" s významnou úsporou skládkových prostorů a s významným omezením následné tvorby plynu v takovýchto skládkách.

Anaerobní biomethanizace je schopna zpracovat pouze část z biologicky rozložitelných podílů přítomných v komunálních odpadech, avšak oproti spalovacím procesům nabízí nesrovnatelně vyšší úroveň ochrany životního prostředí. Měrné emise těžkých kovů, halogenvodíků, oxidů síry i oxidů dusíku jsou někdy až o mnoho řádů nižší než při spalování. Těžké kovy zbývající v tuhém produktu jsou pro deponii vázány jako vysoce nerozpustné sulfidy a rovněž u biomethanizace není žádné riziko tvorby polychlorovaných dibenzodioxinů či dibenzofuranů. Při aplikacích velmi dlouhých reakčních časů okolo 40 - 60 dnů lze zajistit odbourávání až ca 70 % z rozložitelné biomasy odpadů. Potřeba deponie ca 30 % nezreagovaného zbytku spolu s ostatními minerálními komponentami strženými do procesu biomethanizace je sice citelnou nevýhodou oproti spalování, avšak je to nutná cena za řádově lepší úroveň ochrany životního prostředí a to i při zvážení přetrvávající potřeby skládkování, což však nelze zanedbat ani v případech spaloven.

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