Zemědělské odpady

Zemědělská výroba byla v minulosti organizována jako bezodpadové hospodářství a zvířecí fekálie a rostlinné zbytky využitelné jako hnojivo nebo krmivo nebyly považovány za odpad. Bez těchto hmot je totiž nemyslitelné udržovat, případně zlepšovat půdní úrodnost a většina zemědělských farem je i v současnosti bezodpadovým hospodářstvím s uzavřeným koloběhem látek podle schématu: půda -> krmivo -> zvíře -> exkrementy -> půda.

Ve velkochovech zvířat, které byly vybudovány bez jakékoliv vazby na půdu se často pohlíží na exkrementy zvířat jako na odpad, ale i v těchto případech, za předpokladu, že jakostní znaky "odpadu" odpovídají určité normě nebo odpadní hmota je dokonce certifikována, nemusí jít o odpad, ale o organické hnojivo nebo surovinu k výrobě organických hnojiv, které jsou šířeny do oběhu prodejem podle legislativy hnojiv (zák. č. 308/2000 Sb. "o hnojivech", vyhláška č. 474/2000 Sb. "o stanovení požadavku na hnojiva" a vyhláška č. 476/2000 Sb. "o skladování a používání hnojiv"). Podle § 2 zák. č. 308/2000 Sb. "o hnojivech" jsou hnůj, hnojůvka, močůvka, kejda, sláma, jakož i jiné zbytky rostlinného původu vznikající zejména v zemědělské prvovýrobě statkovým hnojivem, nejsou-li dále upravovány. Do oběhu je však podle § 3 nepřípustné uvést statkové hnojivo, u něhož obsah rizikových prvků nebo rizikových látek je vyšší než stanoví vyhláška č. 474/2000 Sb.

Podle katalogu odpadů jsou odpady ze zemědělství, zahradnictví, lesnictví, myslivosti, rybolovu a pěstování vodních kultur (0201) následující:

020101	Kaly z praní a čištění
020102	Odpad z živočišných tkání
020103	Odpad z rostlinných tkání
020104	Odpadní plasty (kromě obalů)
020106	Zvířecí trus, moč a hnůj (včetně znečištěné slámy), kapalné odpady sbírané odděleně a zpracovávané mimo místo vzniku
020107	Odpad z lesnictví
020108*	Agrochemické odpady obsahující nebezpečné látky
020109	Agrochemické odpady neuvedené pod kódem 020108
020110	Odpadní kovy
020199	Odpady jinak blíže neurčené

Způsob nakládání s meziprodukty zemědělské výroby a s případnými zemědělskými odpady musí být v souladu s požadavky vodohospodářské ochrany (Zákon č. 138/73 Sb. "o vodách", vyhl. č. 6/77 Sb. "o ochraně jakosti vod"). Tyto hmoty je nutno vyhovujícím způsobem skladovat, vhodně s nimi manipulovat, zpracovávat jen na povolených zařízeních a upravovat je takovým způsobem, aby neohrožovaly přírodní a životní prostředí.

Hnojiště, sklady kejdy, kompostoviště a sběrné jímky na močůvku, hnojůvku a silážní šťávy musí být budovány jako nepropustné, vybavené zpravidla kontrolním systémem proti úniku škodlivin. Hnojiště a kompostoviště musí být vybaveno jímkou pro zachycení hnojůvky a dešťových vod z manipulační a dosud nenaskladněné plochy. Minimální kapacita hnojiště je nutná pro 6-ti měsíční produkci chlévské mrvy. Minimální skladová kapacita pro kejdu musí být v nížinných oblastech 3 měsíční, ve vyšších polohách 4 měsíční a ve vodohospodářsky chráněných územích 6-ti měsíční. Sklad kejdy musí být vybaven homogenizovacím zařízením schopným promíchat skladovanou kejdu za 8 hodin provozu.

Za ekologicky i agronomicky efektivní způsob je možno považovat kompostování zemědělských odpadů. Do kompostových zakládek je možné aplikovat i hnojivé odpady komunální a průmyslové. Kompostováním je možno připravovat pro půdu hotové humusové látky.

Perspektivní možností ekologického zpracování a využití exkrementů zvířat a dalších organických odpadů je jejich anaerobní metanogenní fermentace, provázená vznikem bioplynu, obsahujícím 55-70% metanu. Z 1kg biologicky rozložitelných organických látek lze získat 0,8 - 1m³ bioplynu o výhřevnosti v rozmezí 20-25 MJ.m^-3. Vzhledem k průměrnému obsahu 0,3% sirovodíku obsahuje bioplyn podstatně méně síry nežli fosilní paliva. Bioplyn je možno využívat k vytápění přímým spalováním, k výrobě elektrické energie a je ho možno dále zušlechťovat čištěním, komprimací nebo zkapalněním. Stlačený bioplyn je možno využít pro pohon motorových vozidel. Při řízené anaerobní fermentaci dochází zpravidla ke zvýšení agronomické účinnosti zpracovávaných odpadů a k odstranění jejich nepříjemného zápachu.

Novým způsobem využití bioplynu je tzv. trigenerace. Jde o kogenerační jednotku s pístovým spalovacím motorem, která je doplněna absorpčním tepelným konvertorem, umožňujícím výrobu chladu. Klasické kogenerační jednotky využívají bioplyn na kombinovanou výrobu elektrické energie a tepla. Část vyrobeného tepla se na bioplynové stanici využívá k ohřevu obsahu fermentorů.

Celosvětově jsou nejvíce rozšířené diskontinuální jednoduché fermentory a to zejména v asijských a afrických zemích. V České republice jsou vybudovány diskontinuální fermentory pro zpracování slamnatého chlévského hnoje. Nejvyšší produkci bioplynu zabezpečují kontinuální technologie s míchacími biofermentory s dohříváním substrátu. Jsou konstruovány jako technologie jednostupňové nebo vícestupňové.

Fermentor s přerušovaným provozem (např. čínský fermentor):

K očkovacímu materiálu ponechanému na dně se načerpá čerstvá kejda, přidají se veškeré tuhé organické odpady, shromažďované za dobu předchozí fermentace, fermentor se uzavře a odebírá se bioplyn. V průběhu fermentace mohou do fermentoru přitékat ještě další tekuté odpady a z odběrného otvoru je možno odebírat tekutou zfermentovanou složku ke hnojivé zálivce.

Fermentor s přerušovaným provozem pro zpracování slamnatého chlévského hnoje :

Chlévská mrva se sype do drátového koše o průměru 6 m. Na plný koš se protáhlým jeřábem nasadí zvon, který má zařízení na odvod bioplynu do plynojemu. Fermentace trvá cca 30 dnů.

U technologií kontinuálních je zpracovávaná kejda dovezena do homogenizační jímky. Do této jímky se aplikují i další biodegradabilní odpady. Zvlášť výhodné je využívat kuchyňské odpady včetně obsahů kuchyňských lapolů z hotelů a velkokuchyní, odpadní trávu, odpady z potravinářského průmyslu (výlisky z moštáren, pivovarské mláto, odpadní tukové substance). Společné zpracování těchto odpadů se zvířecími fekáliemi se nazývá kofermentace. Po provedené homogenizaci se vstupní substrát přečerpává přes šroubnicový výměník ohřívaný horkou vodou z kogenerační jednotky do biofermentoru. Obsah biofermentoru je míchán horizontálním nebo vertikálním míchadlem, nebo ponorným kalovým čerpadlem, případně též vháněním stlačeného vyrobeného bioplynu. Procesní teplota ve fermentoru je zajišťována buď ohřevem fermentoru, nebo pravidelnou cirkulací obsahu biofermentoru do tepelného výměníku mimo biofermentor. Zařízení pracuje při teplotách v rozmezí 37 - 43°C (mezofilní teploty), nebo při teplotách 52 - 55°C (termofilní teploty). Vznikající bioplyn je odváděn přes plynoměr a vodní uzávěr do plynojemu. Při načerpání čerstvého substrátu do biofermentoru odchází stejné množství zbioplynovaného substrátu do fermentoru dalšího stupně nebo do zásobníku. Takto zpracovaná kejda (případně s dalšími kofermentovanými odpady) je používána jako tekuté organické hnojivo s minimálními pachovými závadami.

Podstatně komplikovanější jsou bioplynové stanice, kde je kejda v následném procesu dočišťována a vypuštěna do vodoteče. Zbioplynovaná kejda je vypouštěna na odvodňovací zařízení, dále je alkalizována, odsazena a deamonizována. Deamonizovaná kejda je pak dočišťována na aerobním stupni dočišťování. Tuhá část po odvodnění je zpravidla kompostována s lignocelulózními odpady (dřevní štěpka).

Elektrickou energii je možné pomocí bioplynu vyrábět v plynových turbínách, v dvoupalivových vznětových motorech a zážehových motorech v kombinaci s generátorem. Nezbytné je využívat energii tepla spalin a z chlazení motoru k výrobě horké vody. Pro malé výkony jsou adaptovány zážehové motory z automobilů v kombinaci s generátorem. V minulosti používané řešení s motorem z automobilu Fiat 127 mělo hodinovou spotřebu 9 m³ bioplynu a výkon 12 kW elektrické energie.

Od 1 ks zvířat lze ročně získat :

Přídavek 1 kg slámy zvyšuje produkci bioplynu o 0,15-0,35 m³.

Zajímavé jsou výtěžky bioplynu z 1 t biodegradabilních odpadů, které je možné kofermentačně zpracovat se zvířecími fekáliemi. Ze zeleninového odpadu je možno získat 90 m³ bioplynu, ze senážované trávy 150 m³, z kuchyňských odpadů 245 m³ a z obsahu tukových odlučovačů až 800 m³.

Výstavba bioplynových provozů musí být povolena orgány vodohospodářskými, hygienickými a veterinárními. K dispozici je celá řada technologií odpovídajících podmínkám ochrany životního prostředí. Ekonomická efektivnost těchto provozů stoupá zdražováním ostatních paliv.

Zemědělské bioplynové stanice v ČR

P = kejda prasat, K = kejda skotu, S = slamnatý hnůj, Ku = slepičí trus, Č = čistírenský kal

V níže uvedeném přehledu uvádím vybrané technologické postupy pro využití zemědělských odpadů:

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