Biologické procesy Výhody Nedochází k produkci obtížně rozložitelných látek Proces probíhá za mírných podmínek do 80°C, bez zvýšeného tlaku, neutrálním pH Lacinější zařízení Nevýhody Zředěné prostředí, pomalejší procesy
1
Procesy aerobní – biomasa, krmiva, vyluhování kovů Procesy anaerobní – produkce ethanolu a methanu Enzymová hydrolýza – zpracování lignocelulosových materiálů => průmyslové suroviny, složky lidské výživy nebo jako krmiva
2
Likvidace odpadu se ziskem energie Využití biomasy ethanol – palivo pro automobilovou dopravu methan (bioplyn) – plynné palivo kompost Zemědělský odpad především z živočišné výroby Organický podíl komunálního odpadu a průmyslových odpadu, čistírenské kaly
3
• Methanizace Vysoký obsah vody – spalování neekonomické Kaly z čistíren odpadních vod, odpad rostlinné a především živočišné výroby a odpady z potravinářského průmyslu Mikrobiální bezodpadová technologie – biomasa, bioplyn – methan a oxid uhličitý a malé množství sulfanu, dusíku a vodíku Dvě fáze methanizace Předmethanizační fáze Methanizační fáze
4
Schéma procesů anaerobního rozkladu
polysacharidy
bílkoviny
tuky
monosacharidy
aminokyseliny
Alifatické kyseliny, glycerin
hydrolýza
Kyselina octová, nižší alifatické kyseliny, nižší alifatické alkoholy NH3, H2S, CO2, H2
předmethanizační fáze methanizační fáze
nestabilizovaná
CH4, CO2, N2, NH3, H2S
stabilizovaná 5
• Předmethanizační fáze Hydrolýza bilkovin, polysacharidů a tuků – více druhů bakterií, houby, bičíkovci, nálevníci, améby apod. Org. kyseliny, aminokyseliny, alkoholy – acetogenní bakterie – zejména kys. octová Nízkomolekulární látky rozpustné ve vodě – proteázy, amylázy, celulázy, fosfatázy
6
• Methanizační fáze Methanové bakterie – anaeroby (důkaz fluorescence koenzymu F420 a F350), metabolizují oxid uhličitý, vodík, kyselinu mravenčí. Asi 70% methanu vzniká z methylové skupiny kyseliny octové CH3COO- + H2O = HCO3- + CH4 zbývajících 30% methanu vzniká lithotrofní tvorbou CO2 + 4 H2 = CH4 + 2 H2O
7
Faktory, které ovlivňují rozklad organických látek • Složení substrátu • Přítomnost živin a minerálních solí • Hodnota pH (6,5 – 7,5) • Teplota (6 – 60 °C) kryofilní psychrofilní mezofilní termofilní
0 – 7 °C 5 – 27 °C 27 – 40 °C 45 – 60 °C
8
• Tlumící kapacita • Vhodné kmeny bakterií, jejich koncentrace a stáří (mění se s měnící se fází methanizace) • Přístupnost substrátu enzymovému rozkladu a velký povrch tuhých částic • Pomalý rozklad – celulosa, lignin, huminové kyseliny • Nepříznivě působí – těžké kovy, kyanidy, chlorované uhlovodíky a toxické látky, desinfekční prostředky • Míchání – mechanicky, recirkulace bioplynu 9
Bioplyn • Hlavní produkt methanizace • Složení závisí na druhu substrátu a podmínkách procesu
Methan 55 – 65 % Oxid uhličitý 35-45 % Dusík 0 – 3 % Kyslík a sulfan 0 – 1 %
10
Specifická produkce bioplyn Látky
Specifická produkce bioplynu (m3 plynu. kg-1 rozložitelné látky)
Obsah methanu v plynu (%)
Tuky
1,125 – 1,515
60 – 77
Uhlovodíky
0,79 – 0,875
50
Bílkoviny
0,58 – 0,75
71 – 84
Čistírenské látky Kejda
0,90
65 – 75
1,07
64 - 70 11
Využití methanizace • • • • •
Čistírny odpadních vod – snížení objemu kalů Cukrárenské odpadní vody Exkrementy hospodářských zvířat Slámový hnůj Kombinace exkrementů hospodářských zvířat s městskými a průmyslovými odpadními vodami
Využití bioplynu • •
Ohřev vody v zemědělství – příprava krmiva pro hospodářská zvířata, vyhřívání skleníků a hospodářských objektů Čistírny odpadních vod – vyhřívání methanizačních nádrží, výroba elektrické energie, která se použije pro pohon dmychadel
12
Energetický přínos Výhřevnost 17 – 26 MJ.m-3, při zpracování živočišného odpadu je výhřevnost vyšší 22 – 26 MJ.m-3 1 m3 bioplynu nahradí 0,5 kg lehkého topného oleje z exkrementů prasat - 70 m3 bioplynu za rok od 1 prasete 750 m3 od jedné dojnice 6,5 m3 od jedné nosnice •
Hygienická stránka tohoto procesu – odstranění více než 90 % patogenních bakterií
13
Kompostování • Tuhý odpad ze zemědělské výroby, potravinářského průmyslu, papírenského průmyslu, lesního odpadu, komunálního odpadu • Návrat organických látek do zemědělské půdy • Negativní vliv – tuky, detergenty, těžké kovy • Biologická přeměna org. látek na humus – aerobní i anaerobní mikroorganismy 14
Operace prováděné při kompostování 1. Třídění a separace odpadů před vlastním kompostováním 2. Zmenšení objemu částic a homogenizace odpadu 3. Vlastní biologický rozklad - kompostování
15
Tuhý organický odpad třídění Hrubý, nekompostovatelný podíl
Střední podíl
spalování
Jemný podíl
rozmělnění
zásobník
míchání Inokulovaný kompost
Vyhnilý, aktivovaný kal Intenzivní fáze kompostování Surový kompost dozrávání
Schematický postup kompostování
Vyzrálý kompost
16
17
Způsoby kompostování • • • • • • •
Podélné haldy – 3,5 m vysoké, 8 m dlouhé Čas potřebný na rozklad 3 – 6 měsíců Mechanické systémy – zkrácení doby kompostování Umělé provzdušnění Zabezpečení optimálního obsahu vody Přimíchání vyhnilého aktivovaného kalu Zaočkování mikroorganismy
18
Postup kompostování • Třídění – oddělení velkých částic a anorganického odpadu • Přídavek rašeliny, uhelného odpadu, kalů z čistírny odpadních vod • Překrytí 20 cm zeminy • Udržování teploty 55 – 60 °C • Dostatečná aerace • Vlhkost 50 – 60 % • pH neutrální • Stupeň rozložitelnosti C:N 30:1 19
Fáze kompostování • 1 fáze mezofilní – intenzivní rozvoj bakterií a plísní, rozklad lehce rozložitelných látek (cukry, škroby, bílkoviny) • 2 fáze termofilní – rozvoj bakterií a aktinomycét, odbourávání celulózy ligninu (vznik stabilních látek obsahujících humus) • 3 fáze dozrávací – dochází vlivem autochtomní mikroflóry ke stabilizaci org. látek – kompost se již nezahřívá hmota je zcela homogenní a nezapáchá
20
Přísady do kompostů Aerobní mikroorganismy zpracovávající celulózu Aerobní mikroorganismy, které mohou rozkládat organické látky při vysokých teplotách Aerobní mikroorganismy, které mohou rozkládat zvláště odolné složky kompostu
21
Organické látky vhodné ke kompostování • Tuhý komunální odpad – neobsahující popel, drcený nebo prosátý • Vyhnilé čistírenské kaly • Zemědělský odpad • Kůra a dřevní odpad • Cukrovarská a lihovarská šáma • Kapucín, uhelné kaly adop.
22
Toxické látky v kompostu • Stopové toxické prvky (Hg, Cr, As, Cd, Zn, Ni, Co, Mo) • Toxické organické látky – pesticidy a polyaromatické uhlovodíky • PCB • mykotoxiny
kov
Max. hodnot mg/kg v sušině
As
50
Cd
13
Cr
1000
Cu
1200
Hg
10
Mo
25
Ni
200
Pb
500
Zn
3000
Maximální přípustný obsah těžkých kovů v surovinách pro výrobu průmyslových kompostů 23
24
Solidifikační procesy (zpevňování) • Konečné zajištění nebezpečných odpadů • Převedení do pevné a objemově monolitní formy Cíl solidifikace: Zamezení nebo zpomalení migrace nebezpečné složky do životního prostředí Snadno manipulovatelný produkt, s mechanickými vlastnostmi zajišťujícími bezpečný provoz na místo uložení a dobrou mechanickou únosnost pro uložení ve více vrstvách Vytvoření podmínek pro snadné ukládání do požadované prostorové depozice úložiště
25
Rozhodnutí o dlouhodobém skladování odpadu na základě jeho charakteru: 1) Jako nebezpečný odpad, který je v rámci dnešních znalostí nevyužitelný, je však značně pravděpodobné, že při vývoji nových účinnějších technologií a využívání druhotných surovin se může ještě v budoucnu využít 2) Jako nebezpečný odpad, který bude s velkou pravděpodobností nevyužitelný po celou dobu jeho nebezpečnosti
26
Typy solidifikace • Tabletace – snížení objemu a povrchu odpadu, • Zpevňování hydraulickými pojivy – portlanské cementy, struskoportlanské a struskové cementy, rychlovazné cementy • Zpevňováni v tuhnoucích taveninách – bitumenové (asfaltové) živice, kamenouhelné dehty, síra. • Fixace do sádry – solidifikace elektrárenských popílků • Ocel - výhody: tuhost a relativně malá hmotnost, nevýhoda: korozivita • Fixace do betonu – vysoká pevnost v tlaku, trvanlivost, vodotěsnost, nenáročná výroba, nevýhody: malá pevnost v tahu, tvorba trhlin, velká hmotnost • Vitrifikace – přídavek sklotvorných nebo tavících přísad 27
Úpravy před solidifikací a)
Převedení nebezpečné složky odpadu do málo rozpustné formy – těžké kovy, anorganické látky b) Odstranění vlhkosti nebo těkavých složek z odpadu c) Oddělení velmi toxické složky odpadu od méně nebezpečných látek d) Převedením pastovitých, kapalných nebo prachových nebezpečných odpadů do granulované formy usnadňující dokonalejší smísení s obalovou látkou při solidifikaci. Bariéry bránící proniknutí do podzemní vody: 1. Fixační médium 2. Inženýrský systém bariér tvořený konstrukčním řešením úložiště 3. Geologické podloží s nízkým koeficientem propustnosti 28
29
