Komunální odpady - anaerobní fermentace versus skládkování

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. Zásadním problémem reaktorové digesce je však úprava a složení vsázky.

Tuhý komunální odpad 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 tzv. 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 např. zinek nebo kadmium. Nekázeň producentů odpadu je hlavním zdrojem například 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. V procesu anaerobní fermentace je vysoce pravděpodobné, že veškerá rtuť bude převedena na extrémně nerozpustný sulfid rtuťnatý (pKs = 4.10-53), což sice bezpečně fixuje rtuť, nicméně normy obsahů předepisují stanovovat rtuť veškerou, bez ohledu na formu v jaké se v produktu vyskytuje.

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 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.

Poměrně často bylo 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. V poslední době je ale budoucí rozebírání reaktorových skládek stále méně diskutováno a uvažováno.

Reaktorová anaerobní fermentace se 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 vždy jen částečné.

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.

Technologie anaerobní fermentace TKO patří mezi velmi rychle se rozvíjející odvětví zpracování odpadů. Podle belgických údajů vzrostla v Evropě zpracovatelská kapacita závodů pro anaerobní fermentaci TKO z 1,04 mil t TKO/rok v roce 2000 na předpokládanou kapacitu 2,55 mil t TKO/rok v roce 2004 s dalším očekávaným růstem na 150 % do roku 2008. Největší zpracovatelské kapacity jsou ve Španělsku (0,82 mil t TKO/rok), kde anaerobní fermentace zpracovává 6,8 % z celé produkce biodegradabilních podílů TKO, Německo disponuje kapacitou okolo 0,68 mil t TKO/rok. V procentickém zastoupení zpracování veškerých TKO v procesech anaerobní fermentace vypadá aktuální situace (rok 2003) následovně:

	Španělsko	6,8 % z produkce veškerého biodegradabilního odpadu
	Holandsko	6,0 %
	Belgie	5,7 %
	Německo	2,7 %
	Francie, Itálie	cca 1,0 %

V současnosti již zhruba 40 % z existujících závodů zpracovává odpady v termofilních procesech. Dvoufázové procesy nejsou široce aplikovány, více než 92 % digesčních kapacit pracuje v jednofázových režimech.

 

Příspěvek byl původně publikován ve sborníku ke konferenci "Možnosti výroby a využití bioplynu v ČR, 2002", pro účely publikace na Biom.cz byl autorem aktualizován. Na letošní ročník tradiční konference v Třeboni, která proběhne ve dnech 13.-14. října 2005 se můžete zaregistrovat na stránce http://trebon.biom.cz.

Článek byl publikován ve sborníku k akci: Možnosti výroby a využití bioplynu v ČR.

Tweet

Regulace teploty plynových motorů

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