Odborné články
Niektoré možnosti využitia komunálneho odpadu v SR
Abstrakt
Keďže v odpadoch je veľká časť využiteľnej energie a keďže týchto komunálnych odpadov neustále pribúda, zaoberá sa tento príspevok ich využitím pre energetické účely, konkrétne výpočtom tepelného obsahu v nich, určením ich chemického zloženia a ich možným rozkladom prostredníctvom aeróbnej konverzie resp. anaerobného vyhnívania.
Úvod
Po prehodnotení skládok podľa kritérií vyhlášky MŽP SR č. 283/2001 Z.z. o vykonaní niektorých ustanovení Zákona o odpadoch je od 1.1.2002 v prevádzke 156 skládok odpadov v zložení [1]:
- 20 skládok na inertný odpad,
- 120 skládok na odpad, ktorý nie je nebezpečný,
- 16 skládok na nebezpečný odpad.
Odpadom je v zmysle zákona č.238/1991 Zb. o odpadoch vec, ktorej sa chce majiteľ zbaviť alebo tiež hnuteľná vec, ktorej odstránenie je potrebné z hľadiska ochrany životného prostredia. Podľa Regionálneho Informačného Systému o Odpadoch (RISO) bolo v roku 2001 v SR vyprodukovaných celkom 16,4 mil. ton odpadov, z toho 6,28 mil. ton ostatných odpadov a 8,46 mil. ton. zvláštnych odpadov (z toho 1,66 mil. ton nebezpečných odpadov), na ktoré sa vzťahuje zákon č.223/2001 Z.z. o odpadoch. Vznik odpadov v SR podľa jednotlivých hospodárskych odvetví udáva Tab.1 [1].
Najrozšírenejším spôsobom zneškodňovania odpadov je stále ich skládkovanie 23,3% (3,7 mil. ton) na čom sa podieľa hlavne kategória komunálny odpad a to 63,47 % (1,08 mil.ton). Podľa údajov z RISO sa v roku 2001 zneškodnilo spaľovaním 550 798,97 ton odpadu všetkých kategórií, čo predstavuje 3,5 % odpadov.
Z celkového množstva odpadov vzniknutých v roku 2001 sa v SR zhodnocuje 8 180 954,88 ton, čo predstavuje 51,17 %. V Slovenskej republike vzniklo podľa údajov RISO a po ich prepočítaní na sušinu 2 095 577,5 mil. ton komunálneho odpadu, čo je 389,6 kg/obyvateľa na rok [13], [14].
Tab.1: Vznik odpadov podľa jednotlivých hospodárskych odvetví za rok 2001 (kt/rok)
Odvetvie hospodárstva | Spolu | Množstvo odpadov | ||
ostatné | zvláštne * | nebezpečné | ||
Poľnohospodárstvo | 4 654,6 | 287,6 | 4 329,0 | 37,9 |
Rybolov | 0,087 | 0 | 0,084 | 0,003 |
Priemysel spolu | 6 645,0 | 3882,0 | 1 814,6 | 948,4 |
Stavebníctvo | 338,7 | 169,2 | 144,5 | 25,0 |
Obchodné služby | 183,4 | 14,8 | 81,8 | 86,8 |
Hotely a reštaurácie | 8,2 | 0,3 | 7,7 | 0,3 |
Doprava a spoje | 174,1 | 84,7 | 55,7 | 33,7 |
Peňažníctvo a poisťovníctvo | 1,1 | 0,08 | 0,9 | 0,06 |
Verejná správa a obrana | 1 603,0 | 98,0 | 1 502,1 | 2,9 |
Školstvo | 10,3 | 1,1 | 8,8 | 0,4 |
Zdravotníctvo a soc.starostlivosť | 92,3 | 4,0 | 75,0 | 13,4 |
Ostatné verejné služby | 231,6 | 82,7 | 102,2 | 46,7 |
Predaj,udržba a oprava mot.voz. | 243,1 | 144,1 | 79,5 | 19,5 |
Nezistené | 2 224,8 | 1 514,5 | 262,6 | 447,7 |
Spolu | 16 410,2 | 6 283,0 | 8 464,4 | 1 662,8 |
* zvláštne bez nebezpečných
Z celkového množstva vznikajúcich odpadov sa časť odpadov v roku 1998 [10] spaľovala v 92 spaľovniach, z ktorých sú dve s kapacitou nad 100 000 t/rok spáleného odpadu (Bratislava, Košice). Z celkového počtu 92 spaľovní len 24 spĺňa emisné limity a iba 9 spĺňa požiadavku Európskych predpisov EÚ [10]. Nebezpečný odpad zo zdravotníckych zariadení sa spaľoval v 37 spaľovniach. Súhrne možno konštatovať neuspokojivý stav spaľovania odpadov, charakterizovaný nevyhovujúcim technickým stavom, ktorý neumožňuje spaľovať požadované druhy nebezpečných odpadov v plnom rozsahu pre územie SR [8], [11], [14].
I. Tepelný obsah odpadu
Typické údaje o tepelnom obsahu a inertných zbytkoch pre tuhý odpad sú predstavené v Tab. 2. Energetické hodnoty môžu byť prepočítané na suchý stav pomocou rovnice (1):
(1)
Korešpondujúca rovnica pre prepočet na suchý stav bez popola, bude mať tvar (2):
(2)
kde:
- Ess - je hodnota obsahu energie v suchom stave, k J/kg
- Ess* - je hodnota obsahu energie v suchom stave bez obsahu popola, kJ/kg
- Eod - je hodnota obsahu energie v odpade, kJ/kg
- W- obsah vlhkosti v %
- A - obsah popola v %
Aplikácia údajov Tab.2 a rovníc (1) a (2) je ilustrovaná na príklade 1.
Tab.2: Typické údaje inertných zbytkov a obsahu energie komunálneho odpadu [2]
Zložka |
Inertný zbytok po spaľovaní % |
Energia odpadu, MJ/kg |
||
Rozsah |
Typická hodnota |
Rozsah |
Typická hodnota |
|
Potravinárske odpady |
2-8 |
5 |
3,50-7,00 |
4,65 |
Papier |
4-8 |
6 |
11,60-18,60 |
16,75 |
Kartón, lepenka |
3-6 |
5 |
13,95-17,45 |
16,30 |
Plasty |
6-20 |
10 |
27,90-37,20 |
32,60 |
Textílie |
2-4 |
2,5 |
15,10-18,60 |
17,45 |
Kaučuk |
8-20 |
10 |
20,90-27,90 |
23,25 |
Koža |
8-20 |
10 |
15,10-19,80 |
17,45 |
Záhradný odpad |
2-6 |
4,5 |
2,30-18,60 |
6,50 |
Drevo |
0,6-2 |
1,5 |
17,45-19,80 |
18,60 |
Zmiešané org. látky |
2-8 |
6 |
11,00-23,00 |
18,00 |
Sklo |
96-99+ |
98 |
0,10-0,25 |
0,15 |
Pocínované konzervy |
96-99+ |
98 |
0,25-1,20 |
0,70 |
Neželezné kovy |
90-99+ |
96 |
|
|
Železné kovy |
94-99+ |
98 |
0,25-1,20 |
0,70 |
Špina, popoly, tehly, atď. |
60-80 |
70 |
2,30-116,5 |
7,00 |
Mestský pevný odpad |
|
|
9,30-12,80 |
10,50 |
+ ako odpad
Príklad 1: Je potrebné určiť tepelný obsah komunálneho odpadu, podľa zadaných údajov, ak platí:
- W= 21 %,
- A= 5 %.
Riešenie:
1. Určenie tepelného obsahu zadaného odpadu:
Zložka |
Hmotnostné percento |
Energetický obsah MJ/kg |
Celková energia na 100 kg odpadu, MJ |
Potravinársky odpad |
15 |
4,65 |
69,75 |
Papier |
45 |
16,75 |
753,75 |
Kartóny |
10 |
16,30 |
163,00 |
Plasty |
10 |
32,60 |
326,00 |
Záhradný odpad |
10 |
6,50 |
65,00 |
Drevo |
5 |
18,60 |
93,00 |
Pocínované konzervy |
5 |
0,70 |
3,50 |
Spolu: 1474,00 MJ
2. Prepočet tepelného obsahu suchého odpadu:
100
Ess = 14 740 ------------ =18,658, kJ/kg
100-21
3. Prepočet tepelného obsahu suchého odpadu bez popola:
100
Ess* = 14 740 ----------------- =19,991, kJ/kg
100 - 5 - 21
II. Chemické zloženie
Reprezentačné údaje z presnej analýzy typického komunálneho odpadu sú uvedené v Tab.3. Ak nie sú dostupné tepelné obsahy zložiek odpadu, približné hodnoty je možné určiť pomocou rovnice (3), ktorá je známa ako modifikovaná Dulongova rovnica [4], [15]:
O
Qodp = 337 x C + 1 428( H - -------- ) +9 x S / kJ,kg /
(3)
8
kde C,H,O,S sú obsahy uhlíka, vodíka, kyslíka a síry v percentách.
Tab.3: Typické údaje presnej analýzy spáliteľných zložiek mestského pevného odpadu.
Zložka |
Hmotnostné percento (suchý odpad) |
|||||
C |
H |
O |
N |
S |
A |
|
Potravinársky odpad |
48,0 |
6,4 |
37,6 |
2,6 |
0,4 |
5,0 |
Papier |
43,5 |
6,0 |
44,0 |
0,3 |
0,2 |
0,6 |
Kartón |
44,0 |
5,9 |
44,6 |
0,3 |
0,2 |
5,0 |
Plasty |
60,0 |
7,2 |
22,8 |
- |
- |
10,0 |
Textílie |
55,0 |
6,6 |
31,2 |
4,6 |
0,15 |
2,5 |
Kaučuk |
78,0 |
10,0 |
- |
2,0 |
- |
10,0 |
Koža |
60,0 |
8,0 |
11,6 |
10,0 |
0,4 |
10,0 |
Záhradný odpad |
47,8 |
6,0 |
38,0 |
3,4 |
0,3 |
5,0 |
Drevo |
49,5 |
6,0 |
42,7 |
0,2 |
0,1 |
1,5 |
Zmiešané org. látky |
48,5 |
6,5 |
37,5 |
2,2 |
0,3 |
5,0 |
Špina, popoly, tehly, atď. |
26,3 |
3,0 |
2,0 |
0,5 |
0,2 |
68,0 |
Využitie údajov Tab.3 a rovnice (3) je ilustrované na príklade 2.
Príklad 2: Je potrebné určiť chemické zloženie vzorky komunálneho odpadu, podľa zadaných údajov.
Riešenie:
1. V nasledujúcej Tab.4 je prepočet chemického zloženia 100 kg vzorky komunálneho odpadu:
Tab.4: Prepočet chemického zloženia vzorky zadaného odpadu
Zložka |
Hmotn- vlhkej vzorky kg |
Hmotn. suchej vzorky kg |
Zloženie, kg |
|||||
C |
H |
O |
N |
S |
A |
|||
Potravinársky odpad |
15 |
4,5 |
2,16 |
0,29 |
1,69 |
0,12 |
0,02 |
0,23 |
Papier |
45 |
42,3 |
18,40 |
2,54 |
18,61 |
0,13 |
0,08 |
2,54 |
Kartón |
10 |
9,5 |
4,18 |
0,56 |
4,24 |
0,03 |
0,02 |
0,48 |
Plasty |
10 |
9,8 |
5,88 |
0,71 |
2,23 |
- |
- |
0,98 |
Záhradný odpad |
10 |
4,0 |
1,91 |
0,24 |
1,52 |
0,14 |
0,01 |
0,18 |
Drevo |
5 |
4,0 |
1,98 |
1,98 |
0,24 |
1,71 |
- |
0,06 |
Celkom |
95 |
74,1 |
34,51 |
4,58 |
30,0 |
0,43 |
0,13 |
4,47 |
2. Príprava sumárnej tabuľky z horeuvedených údajov:
Zložka |
Hmotnosť, kg |
Vlhkosť |
20,90+ |
34,51 |
|
4,58 |
|
30,0 |
|
0,43 |
|
0,13 |
|
Popol |
4,47 |
3. Prepočet obsahu vlhkosti z bodu 2 na vodík a kyslík:
4. Príprava sumárnej tabuľky rovnako ako v kroku 2 s využitím údajov kroku 3:
Zložka |
Hmotnosť, kg |
Hmotnostné percento |
C |
34,51 |
36,3 |
H |
6,90 |
7,3 |
O |
48,58 |
51,1 |
N |
0,43 |
0,5 |
S |
0,13 |
0,1 |
A |
4,47 |
4,7 |
Celkom |
95,02 |
100,0 |
5. Výpočet molárneho zloženia zložiek:
Zložka |
Hmotsnosť, kg |
Kg/mol |
Mol |
C |
34,51 |
12,01 |
2,873 |
H |
6,90 |
1,01 |
6,832 |
O |
48,58 |
16,00 |
3,036 |
N |
0,43 |
14,01 |
0,031 |
S |
0,13 |
32,06 |
0,004 |
6. Určenie približného chemického vzorca s a bez síry:
- prepočet mólových pomerov
- chemický vzorec so sírou:
C718,2 H1708,0 O759 N7,8 S
- chemický vzorec bez síry:
C92,7 H220,4 O97,9 N
7. Určenie tepelného obsahu odpadu s využitím rovnice (3) a údajov z kroku 4:
51,1
Qodp = 337 (36,3) + 1 428 (7,3 - ----------- ) + 95 ( 0,1 ) = 13,546 kJ/kg
8
III. Aeróbna konverzia
Ak organické materiály, zahrňujúce potravinový odpad, plasty, kaučuk, kožu atď. sú separované z komunálneho odpadu a sú vystavené bakteriálnemu rozkladu, vzniknutý produkt sa nazýva kompost a proces rozkladu sa nazýva kompostovanie, pričom celá aérobna konverzia závisí na prístupe kyslíka k odpadu.
Množstvo potrebného kyslíka pre kompletnú aérobnu konverziu pevného mestského odpadu [4], môžeme určiť pomocou nasledovnej rovnice (4):
4a + b - 2c - 3d
b-3d
CaHbOcNd + -------------------------
O2 ---> a CO2 + --------- H2O + d NH3
(4)
4
2
Ak je čpavok ďalej oxidovaný na dusičnan NO3, množstvo kyslíka potrebného na túto oxidáciu, je možné vypočítať [2], [3], [18] z rovnice (5):
NH3 + 2O2 ---> H2O + HNO3 (5)
Výpočet podľa údajov z kapitoly I. a II. je ilustrovaný na príklade 3.
Príklad 3: Je potrebné určiť množstvo vzduchu potrebného na kompletnú oxidáciu 1 tony pevného odpadu o chemickom zložení C92,7 H220,4 O97,9 N
Riešenie:
1.Určenie množstva potrebného kyslíka pre daný odpad, podľa rovnice (4):
- Požadované koeficienty sú :
- a = 92,7
- b = 220,4
- c = 97,9
- d = 1
- Využitie koeficientov po prepočítaní rovnice (4) na molové pomery: d.
C92,7 H220,4 O97,9 N + 98,1 O2 ---> 92,7
CO2 + 108,7 H2O + NH3
( 2 916 )
(3 139) (4 080)
(1 959) (17)
- Množstvo kyslíka potrebného na 1 tonu odpadu bude:
3 139
O2 = -------- x 1 000 = 1,076 x 103 kg/tonu
2 916
2. Určenie množstva potrebného kyslíka pre oxidáciu čpavku podľa rovnice (5):
NH3 + 2O2 ---> H2O + HNO3
(17) (64)
(18) (63)
- množstvo kyslíka potrebné na 1 tonu odpadu bude:
17
64
O2 = ------- x ----- x 1 000 = 21,95 kg/tonu
2 916
17
3. Určenie potrebného množstva vzduchu, ak uvažujeme 23,15 hmotnostných percent kyslíka a hustotu vzduchu 1,2928 kg/m3:
- Celkové požadované množstvo kyslíka bude:
O2,cel = (1,076x103 + 21,95) kg/tonu = 1 098 kg/tonu
- Hmotnosť potrebného vzduchu bude:
1 098
Mvzd = ----------- = 4 743 kg/tonu
0,2315
- Objem požadovaného vzduchu bude:
4 743
Vvzd= ----------- = 3 669 m3/tonu
1,2928
IV. Anaeróbne vyhnívanie
Anaeróbne vyhnívanie, nazývané tiež anaeróbna fermentácia, je proces využívaný na produkciu metánu z pevného odpadu, ktorým je vysokokvalitné hnojivo s mnohými mineralnymi látkami, potrebnými pre pôdu. Vo väčšine prípadov produkcie metánu z pevného odpadu je táto produkcia rozdelená do troch krokov. Prvý krok zahŕňa prípravu organickej frakcie pevného odpadu pre anaeróbne vyhnívanie a bežne zahŕňa príjem, triedenie, separáciu a triedenie podľa veľkosti [12], [17]. Druhý krok zahŕňa pridávanie vlhkosti a živín, premiešavanie, pH nastavovanie na hodnotu okolo 6,7 , ohrievanie kalu na teploty od 55 °C do 60 °C a anaeróbne vyhnívanie v reaktore s kontinuálnym prúdom, dobrým premiešavaním a dobou zotrvania 5 až 10 dní. Tretí krok zahŕňa zachytávanie, uskladňovanie a ak je potrebné i separáciu zložiek vzniknutého plynu [5], [9], [16]. Pre anaeróbne vyhnívanie organického odpadu platí rovnica (6):
Ca Hb Oc Nd ---> nCw Hx Oy Nz + mCH4 + sCO2 + rH2O + (d-nz) NH3 (6)
kde s = a - nw - m
r = c - ny - 2s
Termíny Ca Hb Oc Nd a Cw Hx Oy Nz reprezentujú molárny základ zloženia materiálu na začiatku a na konci procesu [4], [6]. Pre rozklad stabilizovaného odpadu platí rovnica (7):
4a - b - 2c + 3d
4a + b - 2c -3d
Ca Hb Oc Nd + ( ------------------- )
H2O ---> (------------------- ) CH4
+
4
8
4a - b + 2c + 3d
+ (--------------------- )CO2 + dNH3
(7)
8
Príklad 4: Je potrebné určiť teoretický objem metánu z anaeróbneho vyhnívania 1 tony odpadu o zložení C92,7 H220,4 O97,9 N a hustote metánu 0,7167 kg/m3.
Riešenie:
1. Pri riešení využijeme rovnicu (7):
- koeficienty budú následovné:
- a = 92,7
- b = 220,4
- c = 97,9
- d= 1
- výsledný tvar rovnice s horeuvedenými koeficientmi bude:
C92,7 H220,4 O97,9 N + 10,6 H2O ---> 49,05
CH4 + 43,65 CO2 + NH3
(2 916)
(190,8) (784,8)
(1 920,6) (17)
2. Určenie hmotnosti metánu produkovaného z 1 tony odpadu:
784,8
CH4 = -------- x 1 000 = 269,1 kg/tonu
2 916
3. Určenie objemu vzniknutého metánu z 1 tony odpadu:
269,1
VCH4 = ----------- = 375,5 m3 / tonu
0,7167
V. Niektoré možnosti vyplývajúce zo spaľovania komunálneho odpadu
V Slovenskej republike sú na hospodárenie s odpadmi kladené dlho, stredno a krátkodobé úlohy. Tieto úlohy zahŕňajú hlavne [6], [7]:
- zneškodnenie nevhodne skladovaných nebezpečných odpadov,
- budovanie systému kontajnerizácie a siete recyklačných stredísk nebezpečných odpadov,
- spracovanie min. 80% biologických odpadov na organické hnojivá,
- zavedenie separovaného zberu a tým zníženie množstva komunálnych odpadov asi o 50%,
- zníženie počtu evidovaných skládok asi o 50%,
- zvýšenie využitia odpadov na hospodárske účely,
- zneškodnenie 50% všetkých komunálnych odpadov na skládkach a ďalšie.
Hrubý odhad potenciálu bioplynu na Slovensku sa dá vypočítať napríklad tak, že uvažujeme exkrementy z cca 0,7 milióna kráv, ktoré vyprodukujú cca 7 miliónov ton močovky, z ktorej je možné vyrobiť 0,15 miliárd m3 bioplynu ročne, čo je 1,0 miliarda kWh elektrickej energie (alebo v prípade využitia parogeneračných cyklov 0,4 miliárd kWh elektriny a 1 miliarda (3,6 PJ)) tepla [1] , čo odpovedá energetickému ekvivalentu cca 7 000 TJ/ ročne [9], [10], [11].
Tento článok bol vytvorený za podpory grantovej agentúry VEGA č. úlohy 1/9398/02.
Literatúra
- Správa o stave životného prostredia SR v roku 1999. MŽP SR a SAŽP, Bratislava, 2001.
- Tchobanoglous, G.H. et.al.: Solid Wastes: Engineering Principles and Management Issues. McGraw - Hill, New York, 1977.
- Winkler, P. F. et.al. : Size Characteristics of Municipal Solid Wastes. Compost Science, 14,5, 1973.
- Peavy, H. S. et al. : Environmental engineering. Mc Graw - Hill, New York, 1985.
- Horbaj, P.: Ekologické aspekty spaľovania v priemyselných a hutníckych agregátoch. Habilitačná práca, TU Košice, 1996.
- Kačík, F. - Kačíková, D.: Fyzikálna chémia a fyzikálno-chemické analytické metódy. Učebné texty, TU Zvolen, 1998.
- Buswell, M.A.: Production of fuel gas by anaerobic fermentation. Illinois State Water Survey, Champaign, 1930.
- Dzurenda, L. - Ladomerský, J.: Analýza procesu spaľovania dreva v roštovom kúrenisku KD 1160 v závislosti na tepelnom výkone. In: Energetické premeny v priemysle 98, Herľany, október 1998, 18-22.
- www.mpsr.sk
- www.economy.gov.sk
- www.biom.cz
- Wagnerová,E. et.al.: Skládkový plyn ako jeden z obnoviteľných zdrojov energie. MUK 50 let. Fakulta strojní. Energetika, 2000.
- Novák-Marcinčin,J. - Pavlenko,S.: Automation of pipeline energetics systems components manufactoring. In: Automation 2001, Warszawa, marec 2001, 75-82.
- Heerenklage,J. et al.: Comparison of test systems for the determination of the biodegradability of organic materials under anaerobic conditions. www.orbit-online.net
- Price,E.C. - Cheremisinoff,P.N.: Biogas production and utilization. Ann Arbor Science, Ann Arbor, Michigan, 1981.
- Hrubina,K. et al.: Mathematical modelling of technical processes. Informatech Ltd., Košice, 2001, 217.
- Andrejčák,I. - Ragan,E.: Difúzne procesy a zariadenia. ES FVT Prešov, 1999.
- Horbaj, P.: Ekologické aspekty spaľovania. Neografia Martin,a.s., 2000.
Článek: Tisknout s obrázky | Tisknout bez obrázků | Poslat e-mailem
Související články:
Odpady, vedlejší produkty nebo alternativní paliva?
Nakládání s komunálními bioodpady v České republice
Zkrácený záznam přednášky Enza Favoina ve Zlíně
Popis technologie Biofluid, Ateko a.s.
Jak snížit množství bioodpadu? Nechte vodu doma!
Mater-Bi, biodegradabilní plast nejen na výrobu sáčků pro sběr BRKO
Zjednodušený výpočet množstva bioplynu vznikajúceho z exkrementov v poľnohospodárstve, grafické určenie návratnosti investície a vhodného typu kogeneračnej jednotky
Ekologické zpracování bioodpadů na minerální hnojivo a biopalivo technologií EKOBIOPROGRES?
Množstvové zbery - poplatky podľa množstva (2) výhody a nevýhody jednotlivých druhov množstvových zberov
Spoločnosť priateľov Zeme pomohla vybudovať už 8 obecných kompostovísk
Kompostovanie a právne predpisy v SR
Od spalování k většímu třídění a kompostování bioodpadu, ekonomický pohled
Zobrazit ostatní články v kategorii Bioodpady a kompostování
Datum uveřejnění: 11.3.2003
Poslední změna: 10.3.2003
Počet shlédnutí: 9901
Citace tohoto článku:
HORBAJ, Peter: Niektoré možnosti využitia komunálneho odpadu v SR. Biom.cz [online]. 2003-03-11 [cit. 2024-10-15]. Dostupné z WWW: <https://biom.cz/czt-pestovani-biomasy-obnovitelne-zdroje-energie-bioplyn-kapalna-biopaliva-spalovani-biomasy-bioodpady-a-kompostovani-biometan/odborne-clanky/niektore-moznosti-vyuzitia-komunalneho-odpadu-v-sr>. ISSN: 1801-2655.