Anaerobní digesce bioodpadů v Přibyšicích u Benešova

Po dvou letech zkušebního provozu byl nedaleko Benešova v Přibyšicích uveden 10. června 2011 do trvalého provozu nový závod pro anaerobní digesci biologických odpadů. Zařízení společnosti Bio Servis Benešov, s.r.o., organizované jako joint-venture se společností IuT Group, si vyžádalo investici přibližně 250 mil. Kč a na zařízení nebyla poskytnuta jakákoliv dotace. O velkém zájmu během slavnostního zahájení trvalého provozu svědčí účast politiků i odborníků. Jde zejména o senátora Karla Šebka, starostu města Benešova Jaroslava Hlavníčka a rakouského obchodního atašé Dr. Nikolause Seierwala, zahájení provedl Reinhard Göschl, předseda a jednatel společnosti IuT Group. Poté následovala prohlídka zařízení s odborným výkladem.

Obr. 1: Celkový pohled na objekt závodu pro anaerobní digesci biologických odpadů v Přibyšicích u Benešova

Použitý proces anaerobní digesce pojmenovaný autory jako ADOS proces byl vyvinut rakouskou společností Innovation und Technik GmbH a kombinuje výhody mokré a suché technologie biozplynování, neboť sušina obsahu fermentoru může být upravována v rozmezí 12 – 18 % hmotnosti. Dle slov autorů, zařízení se již dříve osvědčilo při zpracování komunálních bioodpadů a gastroodpadů v Singapuru v jihovýchodní Asii. Zařízení je vybudováno v lokalitě stávající skládky odpadů v Přibyšicích v návaznosti na třídicí linku na směsný komunální odpad. Jen část biologicky rozložitelného odpadu (BRO) pro zpracování pochází ze separovaného domovního odpadu, zbytek pochází z mechanicky předtříděného směsného komunálního odpadu. Další část BRO pochází ze středočeských komerčních a průmyslových zdrojů. Z Prahy jsou dodávány zejména gastroodpady jejichž sběr provádějí Pražské služby, aniž by měly vhodnou technologii k jejich ekologickému využití. Zařízení je schopno denně zpracovávat až 100 tun organického odpadu a konvertovat ho na elektrickou energii (až 1,0 MW). Ročně by tak mělo zařízením projít až 25 000 tun organického odpadu s výrobou 8 GWh elektrické energie. Zpracovávat bude více než 50 % produkce směsného komunálního odpadu ze svozových oblastí Benešova a Týnce nad Sázavou. V této spojitosti můžeme konstatovat, že se de-facto jedná v České republice o první zařízení na mechanicko-biologickou úpravu odpadů v anaerobní variantě (tzv. anaerobní MBÚ).

Obr. 2: Vystoupení p. Reinharda Göschla, předsedy a jednatele společnosti IuT Group, při slavnostním zahájení trvalého provozu nového závodu na odpady

Anaerobní digesce bioodpadu vytříděného ze směsného komunálního odpadu je v České republice zcela jedinečná, a proto testování a hodnocení vlivu této suroviny na kvalitu digestátu a případně též kompostu, vyrobeného z tohoto digestátu, je důležitým úkolem pro aplikovaný výzkum. Na řešení této a podobné problematiky je zejména zaměřen výzkumný projekt MŠMT č. 2B08082 pod názvem „Materiálové a energetické využití skládkovaného odpadu za účelem snížení jeho celkového objemu a minimalizace biologicky rozložitelného podílu“, řešeného kolektivem autorů z Výzkumného ústavu rostlinné výroby, v.v.i. a České zemědělské univerzity v Praze. V průběhu výzkumu bylo zejména prokázáno, že při dodržení určitých technologických podmínek a vhodného složení surovinové skladby lze vyprodukovat jak digestát, tak i následný kompost, který vyhovuje všem existujícím legislativním požadavkům ČR na výstupnou kvalitu těchto typů výrobků, včetně obsahu rizikových látek a škodlivých mikroorganizmů. Výsledky tohoto výzkumu následně posloužily pro úřední certifikaci digestátu a průmyslového kompostu.

Obr. 3: Účastníci slavnostního zahájení trvalého provozu anaerobní úpravny odpadů

S ohledem na jedinečnost konstrukce zařízení zprovozněného v Přibyšicích u Benešova, pro velký odborný zájem, představujeme jeho technicko-technologické řešení, jehož stručný popis zde následuje.

Vstupní odpady, které jsou charakteru vedlejších živočišných produktů (VŽP), jsou před vstupem do fermentoru zpracovány v tzv. červené zóně. VŽP jsou z kontejnerů vysypány do nerezového výklopného zásobníku s hydraulickým systémem pro vyklápění materiálu, tak aby nedocházelo k přímému kontaktu osob s materiálem. Odsud je materiál dopravován pomocí šnekového dopravníku do drtiče, který upraví materiál na velikost 40x40 mm. Drtič je instalován nad kladivovým mlýnem ADOS. Z drtiče materiál padá přímo do mlýna, kde je nadrcen na jemnou frakci na velikost částic 12 mm a dochází zde rovněž k vytřídění nežádoucích (inertních) příměsí pomocí separačního síta uvnitř mlýnu. Odpady VŽP upravené na velikost částic 12 mm jsou dopravovány pomocí čerpadla do hygienizačních jednotek. Tímto čerpadlem mohou být plněny obě pasterizační jednotky. Pokud dojde k naplnění maximální kapacity 15 m³, spustí se signalizace hladinového čidla v horní části nádrže a je automaticky zahájeno plnění druhé hygienizační (pasterizační) nádrže. Jakmile je plnění nádrže dokončeno, čidlo ve spodní části nádrže zahájí zahřívací proces. Čerpadlo dopravuje materiál ze spodní části nádrže přes tepelný výměník, kde je materiál zahříván na teplotu 70 °C. Zahřátý materiál je dopravován zpět do hygienizační nádrže. Jedná se o uzavřený cyklus. V každé z hygienizačních nádrží jsou tři teplotní čidla (v horní, střední a spodní části nádrže), které zaznamenávají teplotu do kontrolního systému SCADA. Pokud teplota dosáhne 70 °C, je zahájen hygienizační proces, materiál je čerpán v okruhu přes tepelný výměník tak, aby byla dodržena konstantní teplota 70 °C, a je zahájeno měření času. Po uplynutí časové lhůty 60 minut a udržení konstantní teploty 70 °C je materiál vyprázdněn z nádrží čerpadlem, a poté dopraven do jednoho ze dvou fermentorů.

Obr. 4: Vstupní hala pro mechanickou předúpravu směsných komunálních a jím podobných odpadů

Z prostoru třídící linky na směsný komunální odpad je vytříděný bioodpad přepraven pomocí nakladače přes vážící zařízení do tzv. zelené zóny k dalšímu mechanickému zpracování. Zde se ve vaně (násypce) smíchá s dalšími BRO rostlinného původu. Substrát je dále přepraven šnekovým dopravníkem do ADOS mlýnu, kde je upraven na velikost částic Ø 16 mm. Zde dochází k vytřídění nežádoucích (inertních) příměsí pomocí separačního síta uvnitř mlýnu. V mlýně je rozemletý materiál promícháván s užitkovou vodou nebo odpadní vodou (v závislosti na její dostupnosti, volbě obsluhy a nastavení technologie) a padá jako směs do sedimentační nádrže. V sedimentační nádrži dochází k promíchávání organického substrátu a zároveň k vyhrnování písku (který je nežádoucí příměsí) do přistaveného venkovního kontejneru. Po úpravě je substrát přečerpáván do fermentorů. Ve fermentorech dochází ke smíchání nově vstupujícího materiálu s materiálem již přítomným.

Obr. 5: Transportní pas dopravující přijatý směsný odpad na třídicí linku

Ve fermentorech se materiál zdrží po dobu 21-30 dní při teplotě 52 - 55 °C (termofilní režim) a je neustále promícháván pomocí oběhového čerpacího systému (hydraulické míchání). V silech dochází k rozkladu organické hmoty anaerobními procesy. K ohřevu BRO na teplotu 52 - 55 °C ve fermentorech je využíváno odpadní teplo z kogeneračních jednotek. V horní části fermentoru dochází k jímání produkovaného bioplynu. Jako fermentory jsou používány dvě vertikální uzavřená sila o rozměrech: Ø 9 m, výška 18 m. Tok materiálu ve fermentoru probíhá shora směrem dolů. Průběžné odvádění fermentačního kalu (digestátu) z vyhnívacích sil zajišťuje stálost vyhnívacích procesů. Výstup digestátu je realizován ve spodní části fermentorů pomocí čerpadla, které dopravuje digestát potrubím na odstředivku Flottweg, která je umístěna v kompostárně. Zde dochází k odstředění digestátu na odvodněný separát (obsah sušiny 20 – 25 %) a fugát (obsah sušiny 0,5 – 1,5 %). Umístění odstředivky umožňuje využití odvodněného kalu v kompostovacím procesu v prostorách kompostárny.

Obr. 6: Výstupní část třídicí linky pro mechanickou předúpravu směsného odpadu (zleva je část zařízení pro oddělení lehké nadsítné frakce, zprava - pro sběr podsítné frakce)

Halová kompostárna je vybavena aerační podlahou, která má zabudovány provzdušňovací kanálky, pomocí nichž je vzduch nasáván přes kompost a opět dodáván vháněním vzduchu zabudovanou vzduchotechnikou. Vzduch proudí přes kompostovou zakládku odshora dolů k podlaze, a potom dále do filtrační čistící jednotky vně kompostárny. Oběh vzduchu je zajištěn pomocí vzduchotechniky a vývěvy situované před čistící filtrační jednotkou.

Obr. 7: Výstupný produkt mechanické předúpravy směsného odpadu neboli tzv. podsítná frakce, který je určen pro následnou anaerobně-biologickou úpravu

Kvalita neodvodněného digestátu, separátu i fugátu i vyrobeného kompostu byla v průběhu zkušebního provozu sledována pracovníky Výzkumného ústavu rostlinné výroby v Praze Ruzyni a bylo zjištěno, že obsah cizorodých látek, zejména těžkých kovů, je nižší než jsou limitní hodnoty uvedené ve vyhlášce č. 474/2000Sb. „o stanovení požadavku na hnojiva“ ve znění pozdějších předpisů. Následně byly tyto produkty úředně zaregistrovány pověřeným k této činnosti Ústředním kontrolním a zkušebním ústavem zemědělských (ÚKZÚZ) jako hnojiva.

Produkovaný bioplyn ve fermentorech je prvotně hromaděn v horní části, kde průměrně (v závislosti na hladině digestátu v sile) 2 metry užitné výšky sila tvoří dostatečnou zásobní kapacitu v prostoru mezi digestátem a stropní konstrukcí sila. Bioplyn dosahuje v normálních podmínkách provozu tlakových poměrů 45 mbar. Aby nedošlo k překročení těchto projektovaných hodnot je celý systém monitorován systémem SCADA a zobrazován na displeji velínu. Pokud je tlak překročen, otevře se automaticky tlakový uzávěr, nastavení je provedeno SCADA systémem a je obvykle dáno v rozmezí 50-55 mbar. Pokud by vznikla závada a bezpečnostní systém by nemohl fungovat, tlaková pojistka zajistí, aby nebyl překročen tlak 60 mbar. Bioplyn je přetlakem dopravován do plynového zásobníku. Za výpustí plynu u sila je nainstalován protivýbušný systém, který chrání silo v případě výbuchu. Průtok plynu je měřen průtokoměry, hodnoty jsou přenášeny do centrálního systému monitorování procesu SCADA. Před vstupem plynu do plynojemu, jde plyn přes odvodňovací jednotku, kde dochází k separaci kondenzátu. Kondenzát je zachytáván ve sběrné jímce a dopravován do systému technologických odpadních vod. Produkovaný bioplyn je odváděn do plynového zásobníku, který slouží k vyrovnávání kolísavé produkce bioplynu a odtud je dopravován do kogeneračních jednotek k výrobě el. energie a tepla. Plynojem je provozován za konstantních tlakových podmínek 20 mbar. Je tvořen dvouplášťovou textilní membránovou konstrukcí. Vývěva vhání vzduch mezi obě membrány plynojemu a udržuje konstantní tlak 20 mbar. Plynový analyzátor monitoruje kvalitu plynu mezi oběma membránami a přítomnost CH₄ je ihned indikována spuštěním alarmu (detekce netěsnosti pláště). Plynojem je vybaven bezpečnostním ventilem na principu kapalinové pojistky.

Obr. 8: Celkový pohled na bioplynovou část zařízení (fermentační nádrže, nádoba pro sběr bioplynu, kogenerační jednotky)

V zařízení jsou instalovány dvě kogenerační jednotky výrobce DEUTZ Power Systems GmbH & Co typu TCG 2016B V12. Každá je umístěna v samostatně stojícím kovovém kontejneru o rozměrech cca 12 x 3 m a výšce 3 m, v blízkosti plynojemu. Kogenerační jednotku tvoří generátor na výrobu elektřiny, poháněný plynovým spalovacím motorem. Výhoda kogenerace spočívá v tom, že odpadní teplo odváděné ze spalovacího motoru (obvykle chladičem a výfukem), je využito pro výrobu tepelné energie. Ta je při procesu anaerobní fermentace využita jednak pro ohřev reaktorů, a jednak může být její přebytek využit v procesu hygienizace VŽP. Díky tomu je dosaženo vysoké účinnosti celého procesu, a tím dochází k úspoře paliv a ke snižování množství škodlivých emisí.

V případě výpadku nebo odstavení kogenerační jednotky bude produkovaný bioplyn spalován na nouzovém hořáku (fléře), který musí v případě výpadku kogenerační jednotky spálit kapacitu uvolněného plynu, který je produkována vlastním zařízením BPS.

Na závěr chceme vyjádřit svou naději, že nový závod pro anaerobní digesci biologických odpadů v Přibyšicích prokáže své kvality úspěšným dlouhodobým provozem, který významně přispěje k úspěšnému řešení problému nakládání s biologicky rozložitelným odpadem na Benešovsku a bude vhodným příkladem pro následování v ostatních regionech ČR.

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