Analýza materiálových transformací v průběhu stabilizace biologicky rozložitelného materiálu. Diplomová práce

MENDELOVA ZEMĚDĚLSKÁ A LESNICKÁ UNIVERZITA V BRNĚ Agronomická fakulta

Analýza materiálových transformací v průběhu stabilizace biologicky rozložitelného materiálu

Diplomová práce

Vedoucí diplomové práce: Ing. Zdeněk Konrád, Ph.D.

Vypracoval: Bc. Lumír Havlíček Brno 2009

Prohlášení

Prohlašuji, že jsem diplomovou práci na téma „Analýza materiálových transformací v průběhu stabilizace biologicky rozložitelného materiálu“ vypracoval samostatně a použil jen pramenů, které cituji a uvádím v seznamu použité literatury této diplomové práce. Diplomová práce je školním dílem a může být použita ke komerčním účelům jen se souhlasem vedoucího diplomové práce a děkana AF MZLU v Brně.

V Brně dne 2. dubna 2009

…………………………….. Bc. Lumír Havlíček

Poděkování

Děkuji vedoucímu diplomové práce Ing. Zdeňkovi Konrádovi, Ph.D. za cenné rady a připomínky při zpracování této diplomové práce. Rovněž bych chtěl poděkovat firmě Strojírny Olšovec s.r.o. a řediteli společnosti Ing. Pavlu Stupárkovi za cenné rady a zázemí, které mi poskytl.

Abstrakt V diplomové práci bylo vytvářeno vlastní zařízení a postup pro stabilizaci biologicky rozložitelného materiálu (BRM). Je zde řešena problematika charakterizující vlastnosti vstupního substrátu do procesu stabilizace BRM, problém podmínek pro průběh fyzikálních změn v substrátu při procesu stabilizace BRM, fyzikální změny substrátu v průběhu procesu stabilizace, materiálová bilance a na konec podmínky optimalizace procesu stabilizace BRM. Hlavním znakem bylo co nejméně zatěžovat životní prostředí s cílem účinně zneškodnit BRM jako je např. sláma, hnůj, tráva (suchá nebo mladá - čerstvě nasečená) kuchyňský odpad atd. Skutečností zůstává, že technologické zařízení zvládá proces hygienizace vybraného BRM. Kromě toho dochází i k radikální redukci vody na potřebnou mez. Prvotní zkoušky potvrdily redukci vody i při 82 % vlhkosti substrátu.

Klíčová slova: Biologicky rozložitelný materiál (BRO), odpad, stabilizace biologického materiálu (SBM).

Abstract The thesis deals with an own device and procedure to stabilize the biodecomposable material (BMR). Featured are the characteristics of the substrate entering the process of BMR stabilization as well as the conditions for passing the physical changes in the substrate during the stabilization process, the physical changes of the substrate while stabilizing, material balance and finally the best possible conditions of BMR stabilization. The main point was to minimize the environment pollution attempting at effective BMR removal, such as straw, dung, grass (dry or freshly mowed), kitchen waste etc. In fact, the device technology manages the hygiene provison of the selected BMR. Apart from this, the level of water is cut down radically to the required quantity. The primary tests confirmed water reduction with even 82% of substrate moisture.

Key words:

bio-decomposable material (BMR), waste, stabilization of the biological material (SBM)

Obsah: 1

Úvod...................................................................................................................8 Využití pro technologický proces výroby bioplynu ..........................................9 Využití pro stávající kompostovací zařízení....................................................10 Využití pro stávající malé zemědělské farmy v blízkosti vesnic a rekreačních oblastech.......................................................................................10 1.4 Palivo nebo hnojivo .........................................................................................10 Cíl práce...........................................................................................................12 Literární přehled ..............................................................................................13 3.1 Zákon o odpadech a prováděcí předpisy..........................................................13 3.2 Plán odpadového hospodářství (POH) ČR ......................................................14 3.2.1 Opatření ze závazné části plánu odpadového hospodářství ČR .............15 3.3 Vývoj produkce a nakládání s bioodpady........................................................16 3.4 Produkce biologicky rozložitelných odpadů....................................................18 3.5 Informovanost a Certifikace na biologické zpracování odpadů ......................21 3.6 Co je to biomasa ..............................................................................................22 3.7 Biomasa využitelná k energetickým účelům ...................................................23 3.7.1 Energii získanou z biomasy můžeme rozdělit do pěti skupin.................23 3.7.2 Pro získávání energie se využívá: ...........................................................24 3.7.2.1 Biomasa která se záměrně pěstuje k tomuto účelu: ............................ 24 3.7.2.2 Biomasa odpadní................................................................................. 24 3.8 Způsoby využití biomasy k energetickým účelům ..........................................26 3.8.1 Termochemická přeměna biomasy (suché procesy pro energetické využití biomasy) .....................................................................................26 3.8.2 Biochemická přeměna biomasy (mokré procesy pro energetické využití biomasy) .....................................................................................26 3.8.3 Fyzikální a chemická přeměna biomasy.................................................26 3.8.4 Získávání odpadního tepla při zpracování biomasy ...............................27 3.9 Druhy a vlastnosti biologicky rozložitelných materiálů (BRM) .....................28 3.9.1 Zjišťování hodnot z odborné literatury ...................................................28 3.9.2 Zjišťování hodnot experimentálním měřením ........................................29 3.9.3 Zjišťování vlastností biologicky rozložitelných materiálů (BRM).........29 3.9.3.1 Fyzikální vlastnosti ............................................................................. 29 3.9.3.2 Chemické vlastnosti............................................................................ 30 3.9.4 Metodika pro zjišťování objemové hmotnosti........................................31 3.9.5 Metodika pro zjišťování pórovitosti surovin ..........................................33 METODIKA stabilizace biologického materiálu (SBM) ...............................35 4.1 Surovinová skladba..........................................................................................35 4.2 Teplota .............................................................................................................36 4.3 Vlhkost.............................................................................................................37 4.4 Pomůcky při měření.........................................................................................39 výsledky a diskuse ...........................................................................................41 5.1 Biologická stabilita ..........................................................................................41 5.2 Stabilizace biologicky rozložitelných materiálů (BRM) .................................41 5.3 Efektivní využití biologicky rozložitelného materiálu (BRM) a zemědělských odpadů v komunální sféře v zařízení stabilizace biologického materiálu (SBM) ........................................................................42 5.4 Bližší specifikace technologického procesu ....................................................43 1.1 1.2 1.3

2 3

4

5

5.4.1 Rychlý kompost a substrát pro výrobu bioplynu ....................................44 5.4.2 Palivo pro spalovací proces ....................................................................44 5.5 Charakteristika ekonomického přínosu při zpracování biologicky rozložitelného odpadu technologickým zařízením stabilizace biologického materiálu (SBM) ..............................................................................................45 5.5.1 Proces optimalizace a rozhodovací proces .............................................47 5.5.2 Desintegrace a separace ..........................................................................47 5.5.3 Studené odvodnění, tlakový a tepelný šok..............................................48 5.5.4 Hygienizace ............................................................................................49 5.5.5 Termické odvodnění, redukce objemu biologicky rozložitelného materiálu (BRM) a tvarování sušiny.......................................................49 5.5.6 Úprava nebo hygienizace technologické kapaliny..................................50 5.6 Teplotní průběh zařízení při startu na optimální teplotu..................................50 5.7 Materiálová bilance procesu stabilizace biologicky rozložitelného materiálu (BRM)..............................................................................................52 6 Závěr ................................................................................................................61 7 Seznam použité literatury ................................................................................63 8 Seznam obrázků...............................................................................................64 9 Seznam tabulek ................................................................................................65 10 Seznam příloh ..................................................................................................66

1

ÚVOD Po mnoho let se předpokládalo, že biologicky rozložitelný komunální odpad

(BRKO) musí být nakonec uložen na skládky. Tato představa vedla k produkci a skládkování milionů tun BRKO, které vyžadují velké výměry půdy na jejich uložení. Nepříznivě ovlivňují kvalitu životního prostředí (emisemi skleníkových plynů, znečištění podzemních vod atd.). A proto vznikl projekt pod vedením firmy Strojírny Olšovec, s.r.o., určený pro stabilizaci biologicky rozložitelných materiálů (BRM). Záměrem Strojíren Olšovec bylo a stále je, aktivně přispět tímto technologickým zařízením do stále se prohlubující problematiky likvidace BRM. Technologický proces stabilizace BRM využívá v hermeticky uzavřeném technologickém zařízení, za působení hydrotermické reakce procesu rozkladu BRM. Substrát sestavený

z BRM na základě optimalizačního programu je během tohoto

procesu vystaven působení zvýšené teplotě a mechanickému tlaku. Celý proces je programově řízený od zahájení rozhodovacího procesu optimalizace pro sestavení složení vstupního substrátu, přes mikronizaci a homogenizaci substrátu, nastavení výše času a působení teploty na substrát, až po volbu hodnoty výsledné sušiny a kvalitativních ukazatelů vystupujícího substrátu. Je všeobecně známo, že většina BRM pocházejících z činností komunální a zemědělské sféry je charakteristická především vysokým obsahem vody, což zvyšuje jeho mikrobionální nebezpečnost a především spojené vždy s vysokou energetickou náročností potřebnou ke snížení tohoto obsahu vody. Voda je základní podmínkou pro zahájení průběhu všech neřízených rozkladných procesů v BRM. Hydrotermická reakce, však dokáže tyto procesy omezovat a do určité míry zastavit. Působením zvýšené teploty a tlaku se voda obsažená v buňkách BRM uvolní a je proto nutné tuto vodu odseparovat na únosnou – požadovanou úroveň. Přitom za působení vysoké teploty a tlaku na BRM proběhne řízený proces stabilizace což je stabilizace BRM, kde jsou zastaveny všechny probíhající biologicky rozkladné procesy.

8

Technologické zařízení na SBM je především určeno pro likvidaci BRM, řízeným a optimalizovaným technologickým procesem stabilizace, který dokáže zajistit:
Zastavení probíhajícího rozkladného procesu BRM a tím zastavení úniku CO aCO2, pachů a dalších plynů do ovzduší.
BRM se rozloží na dvě složky, pevnou a kapalnou (transformace původního objemu), uvolněné plyny se v hermeticky uzavřeném prostoru technologické linky postupně vykondenzují a rozpustí se v kapalné složce vytvořené odpařením vázané vody z BRM, a pomocí mechanického tlaku ve šnecích dochází k uvolnění přebytečné vody, která je odváděná.
Rozdělení BRM na biologicky stabilizovanou pevnou a tekutou složku umožní skladovatelnost stabilizovaného BRM na dobu nezbytně nutnou, před jeho likvidací, případně před jeho dalším využitím.

Další možností využití technologického zařízení SBM je za pomocí řízeného působení teploty a tlaku na optimalizovaný substrát z BRM. Tím se vytvářejí příznivé podmínky pro možnou předpřípravu substrátu na další známé technologické procesy určené pro likvidaci BRM.

1.1 Využití pro technologický proces výroby bioplynu Řízeným působením teploty a tlaku, včetně dezintegrace a homogenizace substrátu sestaveného z BRM, se umožní zkrácení procesu hydrolýzy a acidogeneze spojené s omezením úniku CO, CO2 a dalších plynů do ovzduší. CO a CO2, jsou rozpustné v technologické kapalině. Jelikož u upraveného vystupujícího substrátu ze stabilizace, kterou jsme regulovali na požadovanou teplotu a vlhkost, se zkrátí celková doba zdržení substrátu ve fermentoru a zvýší se i výtěžnost bioplynu. U starších bioplynových stanic je možné technologické zařízení SBM využít pro stabilizaci odseparovaného digestátu a tím zamezit jeho zápach a pokračující nežádoucí biologický rozklad.

9

1.2 Využití pro stávající kompostovací zařízení Zvyšující se úrovní a počtem separace ve sběru domovních a komunálních odpadů ve městech a obcích vzniká problém. Urychlení celého procesu likvidace těchto nebezpečných odpadů. Nevznikají jenom problémy kapacitní, ale i problémy s vlastním procesem kompostování těchto odpadů. Vhodnou kombinací se dá tento vznikající technologický problém úspěšně řešit pomocí SBM.

1.3 Využití pro stávající malé zemědělské farmy v blízkosti vesnic a rekreačních oblastech V posledním období se tyto provozy stávají stále častěji kritikou obyvatel z přilehlých obydlí v blízkosti těchto farem. Tyto provozy mnohdy zaostávají za moderní potřebnou technickou, vybaveností umožňující okamžitou likvidaci BRM, ať už jsou produktem vlastní výroby, zbytků ze zemědělské činnosti a nebo v nejhorším případě vlivem onemocnění hospodářských zvířat. Technologickým zařízením SBM, se takovýto problém dá rovněž řešit. Strojírny Olšovec s.r.o., na požádaní zákazníka z NSR provedly zkoušky stabilizace koňské mrvy, která charakteristicky zapáchá. Tento zápach pak obtěžuje blízké obyvatele, ale i vlastní rekreační oblasti. Procesem stabilizace se podařilo tento zápach odstranit. Biologická hodnota koňské mrvy jako hnojiva se tímto procesem nezhoršila, naopak se stala déle skladovatelnou bez zápachu a tekutá složka vykazovala vlastnosti hodnotné zálivkové vody rovněž bez zápachu.

1.4 Palivo nebo hnojivo Jak již bylo konstatováno obsah vody v BRM velmi vážně komplikují jejich případné energetické využití. Praktické zkoušky prokázaly, že vhodnou skladbou a homogenizací BRM a dalším sušším odpadem, spojenou s vhodnou volbou parametrů

10

průběhu procesu stabilizace, se dá konečná – výstupní vlhkost substrátu do určité míry upravit. Zaleží pak jenom na dalších technických možnostech a přáních provozovatele technologického zařízení. Pro takové případy je nutné využít rozhodovacího programu zajišťujícího optimalizované rozhodnutí, za jakých podmínek je daný BRM využit v dané lokalitě.

Tyto procesy mohou být:

1. Kompostování. 2. Výroba bioplynu. 3. Přímé spalování pevné složky procesu stabilizace.

Strojírny Olšovec s.r.o., jsou si vědomi potřeby snižování energie pro zajištění procesu stabilizace. V rámci spolupráce s Mendelovou zemědělskou a lesnickou universitou v Brně a účasti jejich studentů na vývoji výše uvedeného technologického zařízení, usilují o možnosti přímého energetického využití BRM, nebo alespoň vytvoření co nejkratší cesty vedoucí k takovéto likvidaci.

11

2

CÍL PRÁCE V diplomové práci je popisováno zařízení u kterého se vytvářel vlastní postup

pro stabilizaci biologicky rozložitelného materiálu (BRM). Je zde řešena problematika charakterizující vlastnosti vstupního substrátu do procesu stabilizace BRM. Mezi hlavní vlastnosti které byly sledovány jsou:


fyzikální vlastnosti: 1. mechanické – měrná hmotnost, objemová hmotnost, rozměry částic 2. tepelné – důležité teplotní body


chemické vlastnosti: 1. pH 2. obsah látek – obsah spalitelných látek, obsah organických látek, poměr C:N, obsah živin.

Dalšími parametry, které jsou popisovány níže v diplomové práci jsou podmínky pro průběh fyzikálních změn v substrátu při procesu stabilizace BRM. Mezi tyto podmínky především patří mechanický tlak, který vzniká na šnecích a zahřátí BRM na požadovanou teplotu. Dalším sledovaným bodem byla fyzikální změna substrátu v průběhu procesu stabilizace. Mezi tyto změny byla zahrnuta vlhkost stabilizovaného materiálu, velikost částic, teplota na výstupu, objemová hmotnost. Cílem bylo prověřit materiálovou bilanci procesu stabilizace BRM. Tato materiálová bilance se vztahovala na vstupní a výstupní materiály, které byly mezi sebou porovnávány. Hlavním bodem bylo stanovit podmínky optimalizace procesu stabilizace BRM. Tyto podmínky jsou uvedeny ve výsledcích a diskusi. Hlavním cílem tohoto projektu bylo co nejméně zatěžovat životní prostředí s cílem účinně zneškodnit BRM jako je např. sláma, hnůj, tráva (suchá nebo mladá čerstvě nasečená) kuchyňský odpad atd. Skutečností zůstává, že technologické zařízení zvládá proces hygienizace vybraného BRM.

12

3

LITERÁRNÍ PŘEHLED

3.1 Zákon o odpadech a prováděcí předpisy Zákon č. 185/2001 Sb. o odpadech a o změně některých dalších zákonů, v platném znění. Zákon dává přednost využívání odpadů před jejich odstraňováním a upřednostňuje materiálové využití odpadů před využitím energetickým. Součástí této právní úpravy jsou i uvedené prováděcí předpisy k tomuto zákonu vztahující se k tématu příspěvku:


vyhláška MŽP č. 381/2001 Katalog odpadů,
vyhláška MŽP č. 382/2001 o podmínkách pro použití upravených kalů na zemědělské půdě,
vyhláška MŽP č. 383/2001 o podrobnostech nakládání s odpady,
vyhláška č. 41/2005, kterou se mění vyhláška Ministerstva životního prostředí č. 383/2001 Sb., o podrobnostech nakládání s odpady,
vyhláška MŽP č. 384/2001 o nakládání s PCB,
vyhláška MŽP a MZ č. 376/2001 Sb. o hodnocení nebezpečných vlastností odpadů (včetně novel). Zákon o odpadech a jím stanovené vyhlášky přinesly velmi silný nástroj pro snížení skládkování biologicky rozložitelného materiálu (BRM). V příloze č. 8 k vyhlášce o podrobnostech nakládání s odpady, je přehled odpadů, které je zakázáno ukládat na skládky všech skupin, kde jsou rovněž zahrnuty. Kompostovatelné odpady s výjimkou kompostovatelných odpadů v komunálním odpadu (skupiny 20 00 00 dle katalogu odpadů), pro něž je harmonogram postupného omezování jejich ukládání na skládky stanoven v době 1 přílohy č. 9 této vyhlášky a s výjimkou odpadů ukládaných do skládek již provozovaných se zavedenou výrobou bioplynu v souladu s provozním řádem skládky. Ministerstvo životního prostředí ve spolupráci s Ministerstvem zemědělství a Ministerstvem zdravotnictví vydalo v září 2008 dlouho očekávanou vyhlášku č. 341/2008 Sb., o podrobnostech nakládání s biologicky rozložitelnými odpady. Předpis uvádí seznam bioodpadů využitelných v zařízeních k využívání bioodpadů, stanovení technické a technologické požadavky na kompostárny a bioplynové stanice

13

a upravuje kvalitu výstupů z těchto zařízení, včetně stanovení množství jejich dalšího použití. Výstupy ze zařízení se nově dělí do čtyř skupin podle způsobu jejich využití. Kromě využití výstupů ze zařízení jako hnojiva na zemědělské a lesnické půdy, je možné rekultivační komposty či rekultivační digestáty jasně definované kvality využít jako

substráty

na

povrchu

terénu

v rekreačních

a

sportovních

zařízeních,

v průmyslových zónách nebo pro rekultivační vrstvy skládek. Ve vztahu k zákonu o odpadech metodický návod vysvětluje především požadavky na provoz komunitních kompostáren a malých zařízení a dále vysvětluje některá vybraná ustanovení vyhlášky č. 341/2008 Sb. příloha č.2 metodického návodu. Obsahuje doporučený obsah žádosti o vyjádření obecního úřadu obce s rozšířenou působností k provozu malého zařízení.

3.2 Plán odpadového hospodářství (POH) ČR Plán odpadového hospodářství České republiky (POH ČR) se snaží zajistit dynamický, vnitřně provázaný rozvoj celého odpadového hospodářství, který směřuje k bezpečnému způsobu nakládání s odpady, jehož prioritou je vytváření podmínek pro předcházení vzniku nadměrného množství odpadů, pro efektivní a bezpečné využívání odpadů a zásadní omezování množství vznikajících nebezpečných odpadů. Cílem POH ČR je snižování měrné produkce odpadů nezávisle na úrovni ekonomického růstu, maximální využívání odpadů jako náhrady primárních nebo energetických zdrojů a minimalizace negativních vlivů na zdraví lidí a životní prostředí při nakládání s odpady. Jedním z kvantifikovaných cílů POH ČR je snížení hmotnostního podílů odpadů ukládaných na skládky o 20 % do roku 2010 ve srovnání s rokem 2000 a s výsledkem dalšího postupného maximálního snižování. Dalším hlediskem je snížení množství biologicky rozložitelných komunálních odpadů (BRKO) ukládaných na skládky tak, aby podíl této složky činil v roce 2010 nejvíce 75 % hmotnostních, v roce 2013 nejvíce 50 % hmotnostních a výhledově v roce 2020 nejvíce 35 % hmotnostních z celkového množství BRKO vzniklého v roce1995.

14

1800 1600 Množství tisíc tun

1400 1200 1000 800 600 400 200 0 1995

2003

2004

2005

2006

2007

2010

2013

2020

Rok

Obr. č. 1: Plnění cílů POH a směrnice o skládkách odpadů v oblasti BRKO

3.2.1

Opatření ze závazné části plánu odpadového hospodářství ČR

V zájmu dosažení stanovených cílů o snížení množství BRKO ukládaných na skládky obsahuje závazná část POH ČR celkem 9 opatření:

1. vytvářet podmínky k oddělenému shromažďování jednotlivých druhů biologicky rozložitelných odpadů vznikajících v domácnostech, živnostech, průmyslu a úřadech, mimo směsných odpadů; 2. omezovat znečišťování biologicky rozložitelných odpadů jinými odpady zejména mající nebezpečné vlastnosti; 3. zvyšovat v maximální možné míře materiálové využití druhů odpadů tvořících BRKO vytříděných z komunálního odpadu, zejména papíru a lepenky; 4. zpracovat Realizační program České republiky pro biologicky rozložitelné odpady komplexně řešící nakládání s těmito odpady, zejména se zaměřením na snižování množství BRKO ukládaného na skládky; 5. podpořit vytvoření sítě regionálních zařízení pro nakládání s komunálními odpady tak, aby bylo dosaženo postupného omezení BRKO ukládaných na skládky, při vytváření regionální sítě se zaměřovat zejména na výstavbu kompostáren, zařízení pro anaerobní rozklad a mechanicko-biologickou úpravu těchto odpadů;

15

6. zpracovat na základě dat a informací zejména z krajských koncepcí nakládání s odpady analýzu kapacit, provozních podmínek a technologického vybavení současných zařízení pro materiálové využití BRKO a případně stanovit opatření pro jejich uvedení do souladu s právním řádem České republiky; 7. upřednostňovat kompostování a anaerobní rozklad biologicky rozložitelných odpadů kromě odpadů písm. c) s využitím výsledného produktu zejména v zemědělství, při rekultivacích, úpravách zeleně: odpady, které nelze takto využít, upravovat na palivo a nebo energeticky využívat; 8. dodržovat důsledně požadavek zákazu ukládat na skládky odděleně vytříděné biologicky

rozložitelné

odpady

s výjimkou

řešením

krizových

situací

způsobených živelními pohromami a jinými mimořádnými událostmi; 9. vyhodnocovat na základě ohlašování odpadů každý rok množství a úroveň snižování podílu BRKO ukládaného na skládky a zveřejňovat výsledky vyhodnocení za uplynulý kalendářní rok vždy ke dni 30. září následujícího roku ve Věstníku Ministerstva životního prostředí.

3.3 Vývoj produkce a nakládání s bioodpady Biologicky rozložitelné odpady jsou odpady, které podléhají aerobnímu nebo anaerobnímu rozkladu. Ministerstvo životního prostředí ve Věstníku uveřejnilo seznam kompostovatelných odpadů v komunálním odpadu. Za BRKO jsou považovány všechny druhy biologicky rozložitelného odpadu ve skupině 20 Katalogu odpadů. Zákon o odpadech ukládá všem původcům a oprávněným osobám, kteří nakládají s odpady, povinnost zařadit odpady podle druhů a kategorií odpadů stanovených v Katalogu odpadů, vést průběžnou evidenci odpadů podle druhů, množství a způsobů nakládání s nimi a na základě průběžné evidence, v případě dosažení limitu daného zákonem, zasílat roční hlášení o produkci a hlášení o produkci a nakládání s odpady. Evidence zařízení na využívání a odstraňování odpadů je součástí Informačního systému odpadového hospodářství. Způsob a rozsah vedení evidence je stanoven § 39 zákona č. 185/2001 Sb, vyhláškou 383/2001 Sb. § 23 a přílohou č. 22 (Zařízení na

16

využívání a odstraňování odpadů). Pokud původci a oprávněné osoby produkují nebo nakládají s více než 50 kg nebezpečných odpadů za kalendářní rok, nebo s více než 50 t ostatních odpadů za kalendářní rok, mají povinnost zasílat za každou samostatnou provozovnu každoročně do 15 února roku následujícího pravidelné a úplné hlášení ohlašovateli, o druzích a množství odpadů a o způsobech nakládání s nimi v dané provozovně příslušnému obecnímu úřadu obce s rozšířenou působností podle sídla provozovny. Informační systém odpadového hospodářství (ISOH) je celostátní databáze, ve které jsou shromažďována data o produkci a nakládání s odpady. Provozem ISOH je pověřen Výzkumný ústav vodohospodářský T. G. M. – centrum pro hospodaření s odpady v Praze (VÚT – CeHO). Data a hlášení do ISOH přicházejí z obecních úřadů obcí s rozšířenou působností (ORP). Aktualizace celostátní databáze elektronickými daty z obcí s rozšířenou působností probíhá ve dvou krocích:

1. Data jsou importována do pracovní databáze, kde je provedena většina kontrol a oprav. 2. Data jsou importována do celostátní databáze.

Rozsah a náležitosti evidence a ohlašování odpadů, zařízení a dalších údajů jsou dány zákonem č. 185/2001 Sb., část šestá Evidence a ohlašování odpadů a zařízení § 39 a 40. Vedení evidencí je upraveno zejména ve vyhlášce č. 383/2001 Sb. o podrobnostech nakládání s odpady (novela 41/2005 Sb.), část šestá Způsob vedení evidence odpadů a ohlašování odpadů v § 21 až 25 a rozsah je dán v přílohách č. 19 až č. 27 vyhlášky. Součástí hlášení o produkci je v příloze č. 20 vyhlášky č. 383/2001 Sb. informace o kvalitě kalů využitých v zemědělství. Původce odpadů v tomto případě vyplní údaje uvedené ve formuláři na listu č. 3 této přílohy.

17

3.4 Produkce biologicky rozložitelných odpadů Biologicky rozložitelný odpad tvoří kolem 30 až 40 % tuhého komunálního odpadu v celé Evropě. Jeho sběr, zpracování a odstraňování představují významný problém. Je to fermentabilní materiál, který není vhodný pro skládkování a jeho vyšší obsah vody snižuje jeho efektivnost při energetickém využití. Z těchto důvodů se hospodaření s biologicky rozložitelným komunálním odpadem dostalo do popředí pozornosti politiky EU. Z hledisky celkového množství vyprodukovaných odpadů je možno za nejvýznamnější biodegradabilní odpady považovat odpady z rostlinné a živočišné výroby. Tyto odpady mohou v zemědělských regionech tvořit až 50 % celkové produkce odpadů. Přes jejich velké množství nevzniká žádný vážnější problém s jejich nakládáním. Původci si odpady často ve vlastní režii sami zpracovávají a využívají. Další položkou je právě BRKO. Do této skupiny odpadů patří zejména odpady z domácností, městské zeleně atd. Oproti zemědělským odpadům je zde zásadní rozdíl. BRKO má velmi různorodé složení a proto bývá problém s jeho zpracováním. Kaly z čištění komunálních odpadních vod jsou rovněž zařazeny mezi biologicky rozložitelné odpady, především pro jejich nezanedbatelný obsah organické hmoty. Zde se nabízí možnost využití upravených kalů na zemědělskou půdu (vyhláška č. 382/2001 Sb. ). Tento právní předpis specifikuje požadavky nejen na upravený kal, ale i na půdu, na kterou má být využit. Požadavky zahrnují ukazatele a limity pro chemické i mikrobiologické hodnocení, množstevní a časové požadavky na aplikaci.

18

50 45

Množství [%]

40 35 30 25 20 15 10 5

2005

Obr. č. 2:

2003 04

2003 01

2002 01

Kód odpadu

2001 01

1908 05

1501 01

0303 01

0207 01

0201 06

0201 03

0

2006

Procentuální zastoupení nejvýznamnějších BRO z celkové produkce BRO

Graf č. 2 znázorňuje procentuální zastoupení jednotlivých odpadů z celkové produkce biologicky rozložitelných odpadů v letech 2005 a 2006. Jedná se o odpady, které svou produkcí překračují hranici 100 000 tun za rok. Celkem je takových druhů odpadů 10. Tabulka č. 1 pak uvádí konkrétní produkci těchto odpadů.

19

Tabulka č.1: Přehled produkce nejvýznamnějších BRO.

Produkce [t/rok]

Kód odpadu Název 020103

Odpad rostlinných pletiv

2005

2006

358047

313690

4143461

2934367

49011

151783

Zvířecí trus, moč a hnůj (včetně znečištěné slámy), 020106

kapalné odpady,soustřeďované odděleně a zpracovávané mimo místo vzniku

020701

Odpady z praní, čištění a mechanického zpracování surovin

030301

Odpadní kůra a dřevo

118955

139612

150101

Papírové a lepenkové obaly

236978

242299

190805

Kaly z čištění komunálních odpadních vod

469062

417600

200101

Papír a lepenka

193168

178178

200201

Biologicky rozložitelný odpad

139750

99580

200301

Směsný komunální odpad

2947066

1311590

200304

Kal ze septiků a žump

371709

367704

Biologicky rozložitelné odpady jsou objemově a hmotnostně významnou skupinou odpadů, která v případě uložení na sládky ohrožuje složky životního prostředí skleníkovými plyny a škodlivými průsaky. V příloze č. 5 k vyhlášce č. 294/2005 Sb. o podmínkách ukládání odpadů na skládky a jejich využívání na povrchu terénu a o změně vyhlášky č. 383/2001 Sb., o podrobnostech nakládání s odpady, je uveden seznam odpadů, které je zakázáno ukládat na skládky všech skupin nebo využívat na povrchu terénu a odpady, které lze na skládky ukládat jen za určitých podmínek. Do skupiny odpadů, které lze ukládat na skládky jen za určitých podmínek patří také:

Kompostovatelné odpady pouze jedná-li se o kompostovatelné odpady v komunálním odpadu (skupiny 20 00 00 dle katalogu odpadů), pro něž je harmonogram postupného omezování jejich ukládání na skládky stanoven v bodě 8 přílohy č. 4.

20

V příloze č. 4 k vyhlášce 294/2005 Sb. odstavec č. 8 jsou stanoveny podmínky a kritéria pro přijetí odpadu na skládku skupiny S – ostatní odpad (S-OO3).

3.5 Informovanost a Certifikace na biologické zpracování odpadů Informovanost a zvyšování odborné způsobilosti osob v oblasti ochrany životního prostředí, je v současné době nezbytností pro pracovníky v této problematice i širokou veřejnost. Mezi zásadní problémy ochrany životního prostředí patří řešení snižování tvorby veškerého odpadu produkovaného lidskou činností. Významnou oblastí, kde je možno v krátkém časovém horizontu dosáhnout zlepšení, je biologicky rozložitelný odpad. V návaznosti na Směrnici rady o skládkování odpadu 99/33/EC a plány odpadového hospodářství jak ČR tak jednotlivých krajů a regionů, je třeba podpořit rozvoj technologií pro biologickou úpravu odpadu. V ČR v současné době dochází k významnému nárůstu zájmu o dvě z řady možných technologií – kompostování a výrobu bioplynu. Masové zavádění těchto technologií však v sobě nese i určitá rizika. Veřejnost, neobeznámená s nejnovějšími poznatky uplatněnými při zavádění těchto technologií, je zatížena nepříznivými zkušenostmi z předchozího období a povětšinou umístění těchto technologií v blízkosti sídel odmítá. To brzdí jejich rychlejšímu rozvoji. Dalším rizikem je poškozování životního prostředí zapříčiněný nedostatečnou znalostí a zkušeností v oblasti zpracování biodegradabilních odpadů. V současné době dochází k přehodnocování stávajících zákonů, vyhlášek a norem tak, aby bylo umožněno rychlejší zavádění uvedených progresivních technologií do praxe. K předcházení rizik spojených s biologickým zpracováním odpadů významně přispívá certifikace osob v oblasti biologického zpracování odpadu, kterou nabízí Certifikační orgán. Vysoká úroveň znalostí legislativy, technologií i praktického provozování zařízení držitelů certifikátu je zaručena akreditací Certifikačního orgánu.

21

3.6 Co je to biomasa Ekologie definuje biomasu jako celkovou hmotu jedinců určitého druhu, skupiny druhů nebo všech druhů společenstva na určité ploše. U rostlin se vyjadřuje v hmotnosti sušiny, u živočichů také v čerstvé hmotnosti (v joulech, dříve i v kaloriích, obsahu uhlíku). U půdních a vodních organismů se vztahuje také k objemu (litr, cm3, m3). U rostlin se rozlišuje biomasa podzemní nebo nadzemní, biomasa živá nebo mrtvá (stařina). Biomasa je definována jako substance biologického původu (pěstování rostlin v půdě nebo ve vodě, chov živočichů, produkce organického původu, organické odpady). Biomase se záměrně získává jako výsledek výrobní činnosti, nebo se jedná o využití odpadů ze zemědělské, potravinářské a lesní výroby, z komunálního hospodářství, z údržby krajiny a péči o ni. Různé teoretické propočty odborníků z celého světa uvádějí roční celosvětovou produkci biomasy na úrovní 100 miliard tun, jejíž energetický potenciál se přibližně pohybuje kolem 1 400 EJ. To znamená pětkrát více, než činí roční světová spotřeba fosilních paliv (300 EJ). Čím je tedy limitováno využití biomasy k energetickým účelům a vyřešením jednoho z globálních problémů lidstva?


Produkce biomasy pro energetické účely konkuruje dalším způsobům využití biomasy (např. k potravinářským a krmivářským účelům, zajištění surovin pro průmyslové účely, uplatnění mimoprodukční funkce biomasy).
Zvyšování produkce biomasy vyžaduje rozšiřovat produkční plochy nebo zvyšovat intenzitu výroby biomasy, což přináší potřebu zvyšovat investice do výroby biomasy.
Získávání energie z biomasy v současných podmínkách s obtížemi ekonomiky konkuruje využití klasických energetických zdrojů. Tato skutečnost může být postupně měněna tlakem ekonomické legislativy.
Maximální využití zdrojů biomasy k energetickým účelům z celosvětového hlediska je problematické vzhledem k rozmístění zdrojů biomasy a spotřebičů energie, vzhledem k potížím s akumulací, transportem a distribucí získané energie.

22


Na druhé straně existují nesporné výhody využití biomasy k energetickým účelům:

o jsou menší negativní dopady na životní prostředí; o zdroj energie má obnovitelný charakter; o jde o tuzemský zdroj energie, snižuje se spotřeba dovážených energetických zdrojů; o zdroje biomasy nejsou lokálně omezeny; o účelně se využívají spalitelné někdy i toxické odpady; o řízení produkce biomasy přispívá k vytváření krajiny a péči o ni.

Do roku 1950 si zemědělství a venkovská sídla zajišťovali z větší části své energetické potřeby využitím biomasy z vlastních zdrojů. Pro tyto účely bylo určeno odhadem až 40 % zemědělské půdy. Rozvoj a zvyšující se vstupy „cizí“ energie umožnily zlepšit využití produkčního potenciálu nových druhů rostlin a živočichů a plně využít zemědělskou půdu pro produkci potravin. Současná nadprodukce potravin vyvolává možnost vrátit část zemědělské půdy původnímu účelu, tj. krytí části energetických potřeb zemědělství a venkova. Ekologie a energetika se stávají středem pozornosti podnikatelských subjektů na venkově.

3.7 Biomasa využitelná k energetickým účelům

3.7.1

Energii získanou z biomasy můžeme rozdělit do pěti skupin


fytomasa s vysokým obsahem lignocelulózy;
fytomasa olejnatých plodin;
fytomasa s velkým obsahem škrobu;
organické odpady a vedlejší produkty živočišného původu;
směsi různých organických odpadů.

23

3.7.2

Pro získávání energie se využívá:

3.7.2.1 Biomasa která se záměrně pěstuje k tomuto účelu:


cukrová řepa;
obilí;
brambory;
cukrová třtina (pro výrobu ethylalkoholu);
olejniny (z nichž je nejvýznamnější řepka olejná, pro výrobu surových olejů a metylesterů);
energetické dřeviny (vrby, topoly, olše, akáty a další stromové a keřovité dřeviny).

3.7.2.2 Biomasa odpadní.

Rostlinné zbytky ze zemědělské prvovýroby a údržby krajiny.


Kukuřičná a obilná sláma.
Řepková sláma.
Zbytky z lučních a pastevních areálů.
Zbytky po likvidaci křovin a lesních náletů.
Odpady ze sadů a vinic.

Odpady z živočišné výroby.


Exkrementy z chovu hospodářských zvířat.
Zbytky krmiv.
Odpady mléčnic.
Odpady z přidružených zpracovatelských kapacit.

24

Komunální organické odpady z venkovských sídel.


Kaly z odpadních vod.
Organický podíl tuhých komunálních odpadů.
Odpadní organické zbytky z údržby zeleně a travnatých ploch.

Organické odpady z potravinářských a průmyslových výrob.


Odpady z provozů na zpracování a skladování rostlinné produkce.
Odpady z jatek.
Odpady z mlékáren.
Odpady z lihovarů a konzerváren.
Odpady vinařských provozoven.
Odpady z dřevařských provozoven (odřezky, hobliny, piliny).

Lesní odpady (dendromasa)


Dřevní hmota z lesních probírek.
Kůra.
Větve.
Pařezy.
Kořeny po těžbě dřeva.
Palivové dřevo.
Manipulační odřezky.
Klest.

25

3.8 Způsoby využití biomasy k energetickým účelům Biomasa se v energetice využívá ve značné míře díky dobrým fyzikálním i chemickým vlastnostem. Velmi důležitým parametrem je především vlhkost, resp. obsah sušiny v biomase. Hodnota 50 % sušiny je přibližná hranice mezi mokrými procesy (obsah sušiny je menší než 50 %) a suchými procesy (obsah sušiny je větší než 50 %). Tyto dvě hledisky lze rozlišit na několik způsobů získávání energie z biomasy a přípravy biomasy pro energetické využití.

3.8.1

Termochemická přeměna biomasy (suché procesy pro energetické využití biomasy)


spalování;
zplyňování;
pyrolýza.

3.8.2

Biochemická přeměna biomasy (mokré procesy pro energetické využití biomasy)


alkoholové kvašení;
metanové kvašení.

3.8.3

Fyzikální a chemická přeměna biomasy


mechanicky (štípání, drcení, lisování, briketování, peletování, mletí atd.);
chemicky (esterifikace surových bioolejů).

26

3.8.4

Získávání odpadního tepla při zpracování biomasy

Například při kompostování, aerobním čištěním odpadních vod, anaerobní fermentaci pevných organických odpadů atd.

Přestože existuje více způsobů využití biomasy k energetickým účelům, v praxi převládá ze suchých procesů spalování biomasy, z mokrých procesů výroba bioplynu anaerobní fermentací. Z ostatních způsobů dominuje výroba metylesteru, kyselin, bioolejů získávaných v surovém stavu ze semen olejnatých rostli. K energetickým účelům lze využít v ČR asi 8 miliónů tun biomasy.

Tabulka č.2: Zdroj energetiky využitelné biomasy v ČR Biopalivo

mil. tun

Odpadní a palivové dřevo

1,7

Obilní a řepková sláma

2,7

Rychle rostoucí dřeviny a energetické plodiny

1,0

Komunální odpad

1,5

Spalitelný odpad z průmyslové výroby

1,0

Celkem

7,9

Do celkové bilance biopaliv je nutné připočítat i bionaftu. V nejbližší době se předpokládá roční produkce 120 tisíc tun (maximalní množství asi 180 tisíc tun) bionafty a asi 22 miliónů m3 bioplynu.

Stabilizace biologického materiálu (SBM) se zabývá vhodnou technologií, která umožňuje zpracovat a využít travní biomasu, která není použita pro výrobu krmiv hospodářských zvířat. Při stabilizaci travní biomasy je důležitá úprava vstupní suroviny – technologie sklizně. Stabilizace je proces, který při dosažení určitých podmínek dokáže zpracovat veškeré zbytky biologicky rozložitelných látek (tráva, seno, piliny, dřevní štěpka, sláma, hnůj, zbytky rostlin, plevelné rostliny, kuchyňský odpad apod.) a vyrobit kvalitní organické hnojivo nebo se zbavit přebytečné vody a tím získat stabilní substrát. Takto upravený substrát se dále může pomocí lisovacího zařízení stlačit a vytvořit pelety, které jsou vhodné pro spalování. 27

Znalost biochemických procesů během rozkládání a přeměny organických látek jako základní výchozí podmínky pro cílené řízení či regulaci toku procesů během stabilizace umožňují jejich využití v řízení stabilizovaného procesu. Metodika předpokládá, že stabilizační proces je veden podle správné stabilizační praxe a je k tomu použito nejlepší dostupné techniky a technologie.

3.9 Druhy a vlastnosti biologicky rozložitelných materiálů (BRM) Biologicky rozložitelné odpady jsou odpady, které podléhají aerobnímu anebo anaerobnímu rozkladu. Mezi biologicky rozložitelné odpady patří zejména zemědělské, zahradnické a lesnické BRM. Z potravinářského průmyslu jde především o papírenskocelulózařský průmysl, zpracování dřeva, kožedělní a textilní průmysl, dále papírové a dřevěné obaly, čistírenské a vodárenské kaly a v neposlední ředě i komunální BRM. Jde o kvantitativně významnou skupinu materiálů s dopadem na životní prostředí (tvorba skleníkových plynů, zejména metanu, nebezpečí ohrožení půdy, vody, zdraví lidí a zvířat). Pro potřeby zpracování BRM jakoukoliv technologií, byl zpracován následující přehled fyzikálních a chemických vlastností, které je možné do vytvořené databáze vložit. Hodnoty jednotlivých fyzikálních a chemických vlastností BRM je možné v podstatě zjišťovat dvojím způsobem:


z odborné literatury;
experimentálním měřením.

3.9.1

Zjišťování hodnot z odborné literatury

Vzhledem k tomu, že v současné době existuje velké množství zdrojů, kde lze najít fyzikální a chemické vlastnosti některých BRM a které nebývají vždy shodné, je nutné při jejich výběru postupovat rozvážně. Nelze převzít každou zjištěnou hodnotu,

28

ale je nutné hodnoty, které byly zjištěny v jednom prameni ověřit v několika dalších. Pak lze dosáhnout výsledků, které lze použít pro naplňování databáze.

3.9.2

Zjišťování hodnot experimentálním měřením

Pro

správnost

výsledků

zjišťování

fyzikálních

a chemických

hodnot

experimentálním způsobem, je nutné dodržet několik následujících kroků správného postupu:


měření provádět v experimentální laboratoři
vlastnosti ověřovat na reprezentativním vzorku dané suroviny
přesně postupovat podle předem zpracované metodiky
uskutečnit co možná největší počet měření pro jednu vlastnost a jeden vzorek.

3.9.3

Zjišťování vlastností biologicky rozložitelných materiálů (BRM)

3.9.3.1 Fyzikální vlastnosti


mechanické o měrná hmotnost [kg.m-3]; o objemová hmotnost [kg.m-3]; o sypná hmotnost [kg.m-3]; o pórovitost [%]; o rozměry částic (granulometrické rozdělení) [mm]; o sypný úhel [rad]; o drobivost (rozdíl granulomerického složení před manipulací a po ní) [%]; o tvrdost [Jank]; o přilnavost [N.m-2]; o dynamická viskozita [N.m-2.s];

29


tepelné o měrné teplo [J.kg-1.deg-1]; o spálené teplo [MJ.kg-1]; o důležité teplotní body [°C]; •

bod tuhnutí (počáteční a konečný);

•

bod vzplanutí (počáteční a konečný);

•

tavitelnost popela; 

teplota měknutí;



teplota tání;



teplota tečení;

o tepelná vodivost [W.m-1.deg-1];
difúzní o rovnovážná vlhkost systému; o měrná vlhkost [%]; o sušící konstanta [s-1]; 3.9.3.2 Chemické vlastnosti


pH;
obsah látek o obsah spalitelných látek [% suš.]; o obsah popelovin [% suš.]; o prchavá hořlavina v hořlavině [% suš.]; o obsah S [% suš.]; o obsah organických látek [% suš.]; o poměr C:N [-]; o obsah živin [% suš.] N, P2O5, K2O, CaO, MgO; o obsah toxických látek (rizikových prvků) [mg.kg-1] As, Cd, Cr, Cu, Hg, Mo, Ni, Pb, Zn.

Při jejich zjišťování byly používány metodiky, které se v laboratořích běžně pro zjišťování uvedených vlastností používají.

30

Pouze pro zjišťování objemové hmotnosti a pórovitosti surovin byly zpracovány metodiky, které proběhly v laboratoři.

3.9.4

Metodika pro zjišťování objemové hmotnosti

Pro zjišťování objemové hmotnosti surovin vhodných materiálů byla použita metoda, kdy je vážen známý objem suroviny a z navážené hodnoty je dopočítán údaj v požadovaném rozměru. Pro měření je využívána běžná váha s možností navážky do 30 kg a nádoba, u níž je ocejchován objem (30 l). Pro stanovení objemové hmotnosti surovin byl zpracován následující postup: 1. Z ověřované suroviny (celkové množství cca 1,0 m3) je odebrán vzorek pro stanovení vlhkosti. 2. Po naplnění měřicí nádoby o definovaném objemu 30 l je nádoba s ověřovanou surovinou zvážena a od zjištěné hodnoty je odečtena hmotnost měřicí nádoby. 3. Vážení probíhá celkem pro tři odebrané vzorky z celkového množství ověřované suroviny. 4. Zjišťovaná objemová hmotnost se vypočítá podle vztahu(I)

mv = k *

m1 + m2 + m3 3

[kg.m ] −3

(I )

Kde : m1 , m2 , m3 − hmotnosti vzorků mv − výsledná objemová hmotnost k − přepočítávací koeficient z litru na m 3

5. Zjištěné hodnoty se zaznamenají do protokolu o měření.

Bylo zjišťováno jaké mají suroviny vhodnou objemovou hmotnost pro stabilizaci, jako podklad pro databázi fyzikálních a chemických vlastností. BRM bylo prověřeno celkem 24.

31

Tabulka č.3: Zjištěné hodnoty objemové hmotnosti vybraných surovin

Surovina Chlévská mrva skot Chlévská mrva koně Chlévská mrva ovce Kejda prasat Kejda skotu Kejda drůbeže Drůbeží trus s podestýlkou Králičí trus s podestýlkou Sláma obilovin Sláma řepky řezaná Listí (vlhké) Listí (suché) Odpad zeleniny Stařina z luk Piliny (vlhké) Piliny (suché) Stromová kůra (vlhká) Stromová kůra (suchá) Popel ze dřeva (vlhký) Popel ze dřeva (suchý) Rybniční bahno Seno Dřevní štěpka Odpad z údržby trávníku

Vlhkost [%]

m1 [kg]

m2 [kg]

m3 [kg]

Objemová hmotnost mv [kg.m-1]

78

912

1001

1018

977

70

981

883

1019

961

67

1324

1021

874

1073

94 97 90

994 925 1000

883 1024 881

1006 1030 1002

961 993 961

54

500

425

500

475

66

900

617

910

809

17

135

130

140

135

15

68

45

55

56

35 20 85 20 65 45

268 102 894 94 255 235

274 98 922 95 269 249

259 157 1004 96 277 227

267 119 940 95 267 237

65

275

247

342

288

45

234

213

219

222

35

573

637

599

609

10

780

729

750

753

50

829

855

839

841

9 48

50 330

112 288

36 324

66 314

82

302

343

333

326

32

3.9.5

Metodika pro zjišťování pórovitosti surovin

Pro zjišťování pórovitosti surovin vhodných pro SBM byla použita metoda využívající Boyle-Mariettova zákona pro vztah mezi objemem a tlakem plynu při konstantní teplotě měření. Tato metoda je zatížená nejmenší chybou. Měření byla provedena pomocí přístroje (obr. č. 3), a pro stanovení pórovitosti surovin byl zpracován následující postup: 1. Z ověřované suroviny (celkové množství cca 0,5 m3) je odebrán vzorek pro stanovení vlhkosti. 2. Po naplnění měřicí nádoby surovinou je natlakována přetlaková nádoba kompresorem. 3. Odečte se tlak P1 v přetlakové nádobě. 4. Přepustí se vzduch z přetlakové nádoby do měřicí nádoby. 5. Odečte se tlak P2 v celé soustavě přístroje . 6. Zjišťovaná pórovitost se vypočítá z rozdílu tlaků podle vztahu (II)

M =

P1 − P2 * 100 P2

[%]

(II )

Kde : P1 − tlak v přetlakové nádobě přístroje P2 − tlak v celé soustavě přístroje po přepuštění vzduchu do měřící nádoby 7. Ověřený vzorek je z měřicí nádoby vyjmut a nahrazen dalším vzorkem odebraným z celkového množství ověřované suroviny. 8. Měření postupuje ve stejném sledu jako u prvního vzorku. 9. Pro jednu ověřovanou surovinu jsou měřeny celkem tři vzorky. 10.

Zjištěné hodnoty se zaznamenají do protokolu o měření.

33

Obr. č. 3: Schéma přístroje pro zjišťování pórovitosti surovin (1,3,5 – vzduchový ventil, 2 – měřič tlaku, 4 – spojovací potrubí, 6 – vstup od kompresoru, 7 – přetlaková nádoba, 8 – měřicí nádoba)

Pórovitost byla stanovena u 11 různých surovin. Výsledky z těchto měření jsou uvedeny v tabulce č. 4.

Tabulka č.4: Zjištěné hodnoty pórovitosti vybraných surovin Vzorek 1 Surovina

Vzorek 2

Vzorek 3

Pórovi

Vlhk

tost M

ost

[%]

[%]

P 11

P 21

M1

P 12

P 22

M2

P 13

P 23

M3

240

140

41,5

240

147

38,6

240

152

36,5

38,9

94

240

85

64,5

240

73

69,2

240

92

61,5

65,1

70

240

137

42,8

240

143

40,3

240

128

46,5

43,2

66

Rašelina

240

135

43,7

240

112

53,3

240

135

43,7

46,9

Kůra suchá

240

112

53,3

240

137

42,8

240

141

41,1

45,8

45

Kůra

240

141

41,1

240

141

41,1

240

160

33,3

38,5

65

Sláma

240

106

55,6

240

99

58,4

240

112

53,2

55,7

17

Listí

240

60

75

240

66

72,1

240

78

67,5

71,5

25

240

101

57,8

240

133

44,5

240

123

48,6

50,3

240

101

57,6

240

116

51,5

240

114

52,3

53,8

9

240

114

52,5

240

128

46,5

240

126

47,2

48,7

19

Chlévská mrva skotu Chlévská mrva koně Králičí trus s podestýlkou

Tráva sečená strojně Tráva sečená ručně Seno

Zdroj: [www.mze.cz/UserFiles/File/Bezpecnost_potravin/DatabazeVlastnostiBRO.doc]

34

4

METODIKA STABILIZACE BIOLOGICKÉHO MATERIÁLU (SBM)

4.1 Surovinová skladba Travní hmota se vyznačuje optimální chemickým složením pro SBM. Je to zejména poměr uhlíku a dusíku (C:N), který se pohybuje v rozmezí 18 – 35. Užší poměr je u sečí mladé trávy, vyšší hodnoty poměru C:N u trav vysemeněných, u vytrvalých porostů a u stařiny. Pro kompostování jsou například nepříznivé fyzikální vlastnosti travní fytomasy, zejména redukovaná objemová hmotnost trávy (přepočtená na sušinu). Tato vlastnost způsobuje obtížné míchání trávy s dalšími přídavky a v průběhu zrání velkou objemovou redukci zrajícího kompostu. Travní hmota neobsahuje vhodnou mikroflóru pro vlastní kompostování. Při nedostatečné homogenizaci trávy s dalšími přídavky vznikají ve spodních vrstvách anaerobní zóny stlačené travní hmoty, kde probíhá hnití trávy, provázené zápachem. Proto se musí do travní hmoty přidávat zemina, zejména orniční skrývka a to z důvodu zabezpečení vhodné mikroflóry. Při dobré homogenizaci dostačuje přídavek 5 % hmotnosti, při horší homogenizaci 10 % přídavku. Zeminu je možné nahradit přídavkem již vyzrálého kompostu nebo nadsítným zbytkem kompostu při jeho úpravě. Toto míchání travní hmoty s orniční skrývkou u SBM odpadá (je nežádoucí). Dalším vhodným přídavkem jak pro kompostování tak pro SBM, je lignocelulózový substrát zlepšující fyzikální vlastnosti a zabezpečující především pórovitost a přirozenou ventilaci. Zde je možno využít dřevní štěpku z průřezů při údržbě a likvidaci zeleně, drcenou stromovou kůru nebo řezanou slámu obilnin nebo olejnin. Tyto hmoty mají široký poměr C:N v rozmezí 80 – 100. Obecně lze říci, že proces rozkladu rostlinných odpadů ovlivňují fyzikálněchemické parametry vstupních surovin. Vlastnosti stabilizované hmoty (struktura, stabilita), lze výrazně ovlivnit strukturou a druhy rostlin, které stabilizujeme (rozličný obsah ligninu a celulózy jako i rozličné morfologické vlastnosti vstupních surovin). Obsah ligninu může výrazně ovlivnit rozklad, protože vytváří fyzikální a chemické bariery vůči enzymům, které zabezpečují rozklad. 35

Rozklad rostlinného materiálu není závislý jenom na obsahu ligninu, ale i na uspořádání rostlinných pletiv. Jednoděložné a dvouděložné rostliny jsou různě náchylné k rozkladu, což může být ovlivněno jejich anatomickými rozdíly. Mnoho dvouděložných rostlin má ve středu stonek silně ligninové pletivo xylém, které není lehce rozložitelné. Ostatní pletiva se rozkládají ve středu a na okraji lehce. Jednoděložné rostliny mají cévní pletiva rozloženy v celém stonku, okraj stonku může obsahovat více ligninu.

4.2 Teplota Měření teploty je základní monitorovací faktor SBM při procesu. V zařízení se používá několik teploměrů (analogových, digitálních – které umožňují automatické snímání všech monitorovacích parametrů).

Teploměr:
analogový teploměr měří teplotu substrátu v rozsahu 0 až +200 °C;
délka sondy v zařízení minimálně 0,1 m;
digitální teploměr s automatickým snímáním rozsahu -50 až +450 °C;
přesnost měření 2 % z naměřeného rozsahu. Měření: 1. Digitální teploměr vyhodnocuje teploty podle předem nadefinovaných parametrů – zastavuje a spouští ohřev jednotlivých topení.

Tento teploměr neslouží k určování teploty materiálu uvnitř stroje, ale k udržování teploty na topeních. A tak zabezpečuje kontinuální provoz. V případě poklesu teploty pod určitou hranici se stroj automaticky vypne a počká než se opět topení a materiál ve stroji zahřeje. Po dosažení této teploty je provoz automaticky spuštěn.

2. První analogový teploměr je umístěn na vstupu do stabilizační komory.

36

3. Druhý

analogový

teploměr

je

umístěn

v přepadové

komoře

u vyprazdňovacího šneku č.3.

Tyto analogové teploměry slouží ke kontrole teploty substrátu uvnitř stroje. Kontrola je prováděna vizuálně. V případě neodpovídajících parametrů se přenastaví digitální teploměr, který zastavuje a spouští ohřev jednotlivých topení tak, aby teplota substrátu odpovídala předem stanoveným podmínkám.

4.3 Vlhkost
laboratorně – gravimetrická metoda;
přenosným provozním vlhkoměrem;
orientační zkouška – senzoricky. Gravimetrická metoda stanovení vlhkosti se používá jako standardní metoda pro určování vlhkosti surovin v laboratoři.

Obsah vlhkosti (x) vyjádřený v % se vypočítá ze vztahu (III)

x=

m1 *100 m

(III )

%

m1 − úbytek na hmotnosti vzoku sušením [g ]

m − hmotnost vzorku před sušením [g ]

Určování vlhkosti přenosným provozním vlhkoměrem je metoda umožňující okamžité zjištění vlhkosti BRM s menší přesností měření. Orientační zkouškou – senzorické metoda tzv. pěstní, kdy pomocí praktických zkušeností sevřením BRM v pěsti ověříme úroveň vlhkost.

Tabulka č.5: Databáze BRO

37

Vlhkost

Organické

[%]

látky

1 Chlévská mrva koně

6

89

44,5

2,2

1,15

22

2 Chlévská mrva ovce

67,5

92

46

2,75

0,85

17

3 Chlévská mrva skot

78,5

81,5

40,8

2,1

1,25

19

4 Jateční odpad

77,5

85

42,5

7

0,3

6

5 Jímkový kal (i ze septiků)

94,5

39

19,5

3,1

0,85

6

6 Kanalizační kal

75,5

36

18

3,25

0,95

6

7 Kapucín, hnědouhelný prach

27,5

47

23,5

0,45

0,15

52

8 Kejda drůbeže

89,5

70,5

35,25

6,55

3,95

5

9 Kejda prasat

94,5

75

37,5

5,4

3,85

7

10 Kejda skotu

96,5

75,5

37,75

4

1,8

9

11 Kostní šrot

12,5

20

10

1,65

30,5

6

12 Kuchyňský odpad

72,5

81,5

40,75

1,75

0,5

23

13 Lihovarské výpalky

86,5

87,5

43,75

3,1

1,25

14

14 Listí

27,5

91

45,5

1,2

0,15

38

15 Močůvka

97,5

1,5

0,75

0,5

0,05

2

16 Nať brambor

42,5

89,5

44,75

0,75

0,25

60

17 Odpad mlýnský, krmivářský

11,5

75

37,5

1,05

0,35

36

85

87,5

43,75

2

1,05

22

12,5

90,5

45,25

0,55

0,05

82

55

98

49

0,1

0,05

490

22,5

7

3,5

0,05

3

70

70

72,5

36,25

2,1

0,15

17

23 Rybniční bahno

52,5

16,5

8,25

0,45

0,25

18

24 Sláma obilovin

16,5

94

47

0,5

0,2

94

25 Sláma řepky

16,5

96

48

0,6

0,25

80

26 Stařina z luk

20

91,5

45,75

0,9

0,5

51

27 Stromová kůra

55

96

48

0,3

0,1

160

32,5

7,5

3,75

0,35

0,85

11

29 Výhozy z příkopů

25

17,5

8,75

0,45

0,4

19

30 Výlisky z ovoce

76

85

42,5

0,35

0,2

121

50,5

75,5

37,75

1,55

0,35

24

25

10

5

0,15

0,25

33

Surovina

18 Odpad zeleniny 19 Pazdeří 20 Piliny 21 Popel ze dřeva 22 Rašelina

28 Sláma cukrovarnická

31 Vytříděný bioodpad 32

Zemina cukrovarnická a škrobárenská

38

Uhlík C Dusík N

Fosfor P 2O 5

C:N

4.4 Pomůcky při měření Nejčastěji se používal Analyzátor vlhkosti MB-45 (obr. č. 4) na určování vlhkosti BRM. Dávkování BRM na analyzátoru vlhkosti, bylo v rozmezí 1,4 – 1,6 g. Analyzátor vlhkosti nám umožňoval zjistit množství vlhkosti v %, sušinu v % a váhu navážky, sušiny. Teplota sušeného BRM na analyzátoru vlhkosti byla nastavena na 105 °C. Doba sušení byla nastavena na 30 minut. Pro stanovení vlhkosti byl stanoven postup:

1. Zapnutí analyzátoru vlhkosti 2. Vyměnit vážící misku za novou 3. Vynulovat analyzátor vlhkosti 4. Vložit měřený BRM o hmotnosti (1,4 – 1,6 g) 5. Zapnout proces sušení 6. Po 30 minutách byla zapsána vlhkost BRM 7. Pro opakované měření vlhkosti byl použit postup bodu 2 – 6

Obr. č. 4: Analyzátor vlhkosti

39

Obr. č. 5: Digitální dotykový teploměr Dále se používal digitální dotykový teploměr (obr. č. 5) na určování teploty substrátu ve stroji na SBM a jeho celkové zahřátí na optimální teplotu. Na určování teploty BRM před vstupem a po výstupu ze stroje. Dále ke kontrole teploty prolisů.

Na určování hmotnosti, jak vstupujícího BRM tak vystupujícího stabilizovaného materiálu, se provádělo na decimální váze (obr. č. 6). Na ní se vážil i prolis, který vznikl při stabilizaci.

Obr. č. 6: Decimální váha

40

5

VÝSLEDKY A DISKUSE

5.1 Biologická stabilita Biologická stabilita je důležitým parametrem materiálů organického původu. Stanovuje míru, do jaké materiál podléhá biologickému rozkladu. Biologický rozklad je za určitých podmínek doprovázen řadou nepříjemných průvodních jevů. Pro zemědělskou praxi je nutno uvést zejména tvorbu fytotoxických látek, které vznikají při nedostatečných aerobních podmínkách. U biologicky nestabilních kompostů hrozí také opětovný nárůst patogenních mikroorganismů. Dalším nepříjemným jevem může být tvorba a únik zapáchajících látek, uvolnění tepla, produkcí metanu a oxidu uhličitého a také vznikem toxických látek. Zdroj: [http://www.vuzt.eu/print_preview.php?menuid=69]

5.2 Stabilizace biologicky rozložitelných materiálů (BRM) Stabilizace je proces, který upravuje vlastnosti materiálů tak, aby nepodléhal samovolnému rozkladu. Tedy jedná se o biochemický postup snižování zbytku snadno rozložitelných organických látek a tím i celkové koncentrace organické složky v BRM. Stabilizovaný substrát se nesmí samovolně rozkládat, nesní zatěžovat okolí zápachem. Pomocí správné stabilizace dojde ke snížení biologické rozložitelnosti materiálů, dojde i k poklesu

obsahu

patogenních

mikroorganismů.

i o hygienizaci BRM.

41

Zároveň

se

může

jednat

5.3 Efektivní využití biologicky rozložitelného materiálu (BRM) a zemědělských odpadů v komunální sféře v zařízení stabilizace biologického materiálu (SBM) Velká variabilita fyzikálně chemických vlastností biologicky rozložitelného odpadu z komunální sfér. Dále k těmto odpadům patří odpady ze zemědělské činnosti. Každý odpad se vyznačuje jinou charakteristikou a množstvím, které znesnadňuje jejich další zpracovávání a využívání. Strojírny Olšovec s.r.o ve spolupráci s Mendelovou zemědělskou a lesnickou univerzitou v Brně a Vysokou školou báňskou v Ostravě, vyvinula technologické zařízení umožňující efektivní využití výše uvedených materiálů přímo na místě jejich vzniku, s dostatečnou ekonomickou efektivitou nejméně pokrývající náklady provozu na jejich likvidaci. Likvidace – zhodnocení odpadů se realizuje přímo v jejich místě vzniku (sběrný dvůr), což podporuje nejen ekologii provozování, ale i občanskou iniciativu při třídění a ukládání odpadů. Toto řešení SBM respektuje skutečnost a manipulaci s nepříjemnou prací se stále „živým“ a rozkládajícím se matriálem, až do svého konečného nezávadného přepracování. Manipulace a přímý kontakt s tímto odpadem by měla být co nejomezenější a nejkratší. I krátká hysterie v třídění domácích odpadů v ČR prokázala aktivní zájem většiny obyvatel o realizaci úklidu svého okolí při třídění a sběru domovního odpadu. Jsou-li na jedné straně pro tuto ušlechtilou činnost poskytnuty podmínky, proč by se nemohli občané nepřímo účastnit na kvalitativní přeměně BRM (příklad od energetického zabezpečení sběrného dvora, až po získání paliva pro veřejné budovy).

Navrhované řešení je tvořeno:

Souborem opatření promítnutých do technologických postupů realizovaných v příslušném technologickém zařízení minimalizující negativní vlivy charakteru a manipulace s BRM.

42

Základní a nepostradatelná opatření usnadňující rozhodovací proces:

„Kam sním,“ je vstupní elektronické vyhodnocení optimalizačního procesu zpracování BRM. Na základě vyhodnocení základních ukazatelů vstupních (počátečních) jakostních znaků budoucího ,,produktu,“ se elektronickým programem stanoví složení vstupního substrátu a nutné technologické procesy (přeměny), které musí proběhnout v technologickém zařízení SBM s cílem získat:

1. rychlý kompost; 2. substrát pro výrobu bioplynu; 3. palivo pro spalovací proces.

Ve všech uvedených případech se jedná o proces, který zajistí stabilizaci a hygienizaci vstupujícího substrátu, se stanovenou lhůtou bezpečného uložení (skladování) kvalitativně zpracovaného substrátu před dalším využitím.

5.4 Bližší specifikace technologického procesu Převážná většina BRM a zemědělské fytomasy se vyznačuje vysokým obsahem vody, která je určujícím atributem efektivního využití těchto odpadů. Odstraňování vody procesem sušení je energeticky a tím i ekonomicky vysoce nákladné. Objemy materiálů, které se vyskytují v komunální a zemědělské sféře při použití stávajících technologických prostředků jsou neekonomické. Proto bylo snahou realizátorů sestavit technologické zařízení splňující místní potřeby likvidace vybraných a občany vytříděných odpadů kategorie II, s cílem získat i z takovéhoto materiálu přidanou hodnotu.

43

5.4.1

Rychlý kompost a substrát pro výrobu bioplynu

Optimalizační program vymezí vhodnost samotného BRM nebo programem stanovené směsi z BRM pro budoucí proces přeměny, v případě kompostování (bez energetického využití). Zjednoduší se tak základní rozhodovací proces volby technologického postupu zpracování BRM. Budou-li vstupní fyzikálně chemické vlastnosti BRM vhodné, pro efektivnější zhodnocení prostřednictvím procesu výroby bioplynu, bude zvolen tento technologický postup a opačně.

5.4.2

Palivo pro spalovací proces

Optimalizační program vymezí vhodnost samotného BRM nebo programem stanovené směsi BRM pro možný technologický proces spalování, úpravou takovéhoto substrátu prostřednictvím technologie SBM. Ekonomický přínos se projeví ve vymezení užitné hodnoty substrátu vstupujícího do procesu kvalitativní přeměny BRM prostřednictvím technologie SBM a jeho zhodnocení, po výstupu vyšším stupněm využitelnosti.

44

5.5 Charakteristika ekonomického přínosu při zpracování biologicky rozložitelného odpadu technologickým zařízením stabilizace biologického materiálu (SBM) Ekonomickým projevem substrátu vymezeného procesem kompostování je určen samotným průběhem procesu přeměny. Rychle se rozkládající BRM s vysokým obsahem vody a ve značném stupni rozkladu (odpady kuchyňské, zpracování zeleniny) vyžadují pro zajištění procesu stabilizace – hygienizace značný časový průběh (dny) a energii potřebnou k odsušení vody a termické stabilizace. Využitím technologie SBM se proces stabilizace a hygienizace zkrátí na minuty, přitom energetická spotřeba je nižší než u běžně využívaných technologií (autoklávů, aerobní proces). Ekonomickým projevem upraveného substrátu pro proces výroby bioplynu je určen k získání nového energetického zdroje, především však podstatným zvýšením produkce bioplynu zajištěné právě předůpravou vstupního substrátu procesem přeměny v SBM. Možnost uplatnění tzv. ,,suché fermentace“ takového substrátu urychlí proces tvorby bioplynu zkrácením nemetanogenní části procesu vývoje bioplynu. Toto opatření se projeví i snížením investičních nákladů na pořízení bioplynové stanice, která se může tak stát součástí technologie SBM s její biologickou předůpravou. Může se tak řešit i problém maloobjemových producentů BRM. Přímé energetické využití upraveného substrátu prostřednictvím technologií SBM, je nejvyšší forma ekonomického zhodnocení BRM a zemědělské fytomasy, v podmínkách komunální sféry. Této formě však i odpovídá charakter vstupního substrátu z BRM. Charakter vystupujícího produktu je tuhé tvarované palivo ve formě brikety, spalitelné v současně používaných kotlech pro tuhá briketovaná paliva. V této části hodnocení je nutné znovu zdůraznit a připomenout, že mimo uvedené získané tuhé produkty se v průběhu všech výše uvedených přeměn BRM uvolní značné množství vody ve formě tzv. prolisu a kondenzátu, na základě velikosti vstupní a výstupní vlhkosti substrátu. Konstrukce SBM a její doplňková zařízení umožní podle podmínek zákazníka.

45

násypka BRM

šnek č. 1

chladič vzniklých par

šnek č. 2

přepadová komora

šnek č. 3 a výstup stabilizovaného materiálu

Obr. č. 7: Stroj na SBM - popis

Blokové technologické schéma:

Proces optimalizace a rozhodovací proces

Desintegrace a separace

Studené odvodnění, tlakový a tepelný šok

Hygienizace

Termické odvodnění, redukce objemu BRM a tvarování sušiny

Úprava nebo hygienizace technologické kapaliny

46

5.5.1

Proces optimalizace a rozhodovací proces

Nejdůležitějšími parametry pro vstup BRM do SBM je správná vlhkost (optimální vlhkost je 40 – 65 %) a poměr C:N. Jestli tyto parametry neodpovídají, musí se jejich poměr upravit. Úprava je provedena pomocí programu, který přesně určí poměr hmotností BRM k optimalizaci. Pokud je BRM optimalizován muže postoupit k dalšímu stupni procesu.

5.5.2

Desintegrace a separace

Dalším stupněm je separace BRM od nežádoucích příměsí (jako jsou např. kusy kamení, železa atd.). Pokud by nedošlo k separaci mohlo by dojít k poškození pohyblivých součástí stroje. K desintegraci materiálu dochází pomocí speciálně postavené řezačky na BRM. Tato řezačka BRM nařeže na požadující velikost 12 mm (obrázky 8 – 10).

Obr. č. 8:

Řezačka na BRM

47

Obr. č. 9: Řezací ústrojí

Obr. č. 10: Homogenizační a podávací ústrojí řezačky

5.5.3

Studené odvodnění, tlakový a tepelný šok

Šnek č. 1 pro tlakový a tepelný šok. Předupravený BRM se dopravuje z řezačky pomocí šnekového dopravníku do násypné části SBM. Z násypné části dále materiál postupuje šnekovým ústrojím, kde ze začátku dochází ke stlačení materiálu a tím k částečnému odvodnění. K odvodnění dochází díky spodnímu sítu. Vytlačená voda je odváděná do stabilizačního zařízení, kde bude upravena požadovanou teplotou. Posun BRM šnekem dochází k předehřátí na požadovanou teplotu. Materiál před vstupem do SBM měl v průměru 15 °C. Teplota

48

BRM při výstupu ze šneku byla 100 °C. O zahřátí se stará 6 kW elektrické topné zařízení. Při průchodu BRM na konci šneku dochází k mechanickému tlaku a tím i za velké teploty k narušení struktury BRM.

5.5.4

Hygienizace

Šnek č. 2 pro hygienizaci BRM Šnek č. 2 je napojen paralelně za šnek č. 1. K hygienizaci dochází hned po tlakovém a tepelném šoku, kdy se materiál zahřeje na požadovanou teplotu a na ní setrvá po určitou dobu. Tato doba a teplota se mění podle druhu materiálu a také jeho vlhkosti. Teplota meteriálu se pohybuje v rozmezí 100 – 130 °C. Na konci šneku se odvádějí vzniklé páry do chladícího výměníku. Pro lepší proudění vzduchu a par byl na začátku hygienizačního šneku vytvořen nasávací otvor. Tento otvor se může libovolně regulovat. Objem hygienizačního šneku činí 55 l. Nainstalované elektrické topné těleso má výkon 6 kW.

5.5.5

Termické odvodnění, redukce objemu biologicky rozložitelného materiálu (BRM) a tvarování sušiny

Šnek č. 3 pro odvodnění a tvarování. Šnek č. 3 je umístěn pod šnekem č. 2. Materiál padá šachtou ze šneku č. 2 do násypky šneku č. 3. V tomto šneku dochází k největšímu odvodnění BRM. Teplota BRM je větší jak 100 °C. Vzniklé páry jsou opět odváděny do chladícího výměníku. Jelikož materiál zde má stále velkou vlhkost, je zde vytvořeno síto na dně šneku k odvodňování přebytečné vody z BRM. Tato voda se nemusí už nijak tepelně upravovat, protože prošla hygienizací a je odváděna do nádrže. Vytlačená voda se vytváří díky mechanickému tlaku na konci šneku. Tento tlak se dá ručně upravit podle druhu materiálu. Díky mechanickému

tlaku je materiál zbaven přebytečné vody.

Výsledným produktem je stabilizovaný materiál – pelety válcovitého tvaru. Pelety pak padají do sběrného koše. Zde ještě dochází díky velké teplotě pelet k vysušování. Výměnou koncovky na šneku č. 3 se může substrát briketovat jak je uvedeno výše, nebo 49

substrát zůstane sypký – vhodné pro rychlý kompost, nebo pro bioplynové stanice na výrobu bioplynu. Nainstalované topné těleso má výkon 4 kW.

5.5.6

Úprava nebo hygienizace technologické kapaliny

První technologickou vodou je prolis, který vzniká při procesu SBM, je ze šneku

č. 1. Vzniká díky mechanickému tlaku ve šneku. Tento prolis je odváděn do nádrže. Jelikož je to vymačkaná studená voda, která neprošla stabilizací, musí se upravit. Stabilizace probíhá v nádrži při teplotě 90 °C, kam je prolis odváděn. Tím je prolis hygienizován. Druhou technologickou vodou je kondenzát. Ten vzniká při SBM, kde jsou vzniklé páry odváděny podtlakem pomocí ventilátoru do kondenzátoru. Třetí technologickou vodou je prolis, který vzniká při mechanickém tlaku ve šneku č. 3. Tento prolis není třeba nějak upravovat, jelikož prošel stabilizací a teplota na výstupu má kolem 90 °C.

5.6 Teplotní průběh zařízení při startu na optimální teplotu

Zahřátí stroje na optimální teplotu

Teplota [°C]

200 150 100 50 0 9:40

9:45

9:50

9:55

Topné těleso na šneku č. 1

10:00 10:05 10:10 10:15 10:20 10:25 10:30 10:35 Čas Topné těleso na šneku č. 2

Topné těleso na šneku č. 3

Obr. č. 11: Průběh teplot při zahřívání Při spuštění stroje (obr. č. 11) do automatického provozu z teplot na šnecích č. 1, 2, 3 (34, 30, 17 °C) trvá okolo 45 minut. Jestli teploty jsou nižší, zahřívání trvá o něco 50

déle. Proto se stanovila optimální doba zahřívání na hodinu, kdy je stroj dokonale nahřát na požadovanou teplotu i při nízkých teplotách okolí. Konečná teplota činila na šnecích

č. 1, 2, 3 (85, 180, 130 °C). Z důvodu nedokonalého prohřátí na prvním šneku, musela být teplota zvednuta na 130 °C. Ostatní teploty byly ponechány. Tento režim byl ponechán po celou zkoušku s BRM, který se ten den zpracovával. Spotřeba elektrické energie pro ohřev SBM z uvedených teplot na požadovanou teplotu činila 6 kWh.

Průběh teplot při SBM 210 190

Teplota [°C]

170 150 130 110 90 70 50 11:47 11:57 12:07 12:17 12:27 12:37 12:47 12:57 13:07 13:17 13:27 13:37 13:47 13:57 14:07 14:17 14:27

Čas Topné těleso na šneku č. 1

Topné těleso na šneku č. 2

Topné těleso na šneku č. 3

Obr. č. 12: Průběh teplot při SBM Na obr. č. 12 je znázorněn průběh teplot při SBM. Na topném tělese šneku č. 1 jsou teploty téměř konstantní, až v čase 13:27 nám teplota klesla. Tento pokles se dá vysvětlit tím, že se šnek před tímto poklesem zahřál na 110 °C. Při kontinuálním průchodu materiálu, který měl 13 °C trvalo delší dobu, než se topení dostalo zpět na provozní teplotu. Pak je provoz opět optimální. Na topném tělese šnek č. 2 se nastavené teploty pohybují v rozmezí od 175 – 180 °C. Zde je patrná setrvačnost než se ocel (stroj z čehož je vyroben) zahřeje na

51

požadovanou teplotu. Po dosáhnutí teploty vypínací 180 °C je opět setrvačnost tepla a dosáhnutí teploty na 190 °C. Na topném tělese šnek č. 3, se teplota při vstupu materiálu snížila o 20 °C. To je dáno, jak je popisováno výše, setrvačností naakumulovaného tepla oceli stroje. Po průchodu BRM se stroj dostane na optimální teplotu a pak na ni setrvá. V čase 14:22 došlo k vypnutí topných těles a k následnému chladnutí stroje.

5.7 Materiálová bilance procesu stabilizace biologicky rozložitelného materiálu (BRM) Stroj na SBM se v předcházejících měřeních nejprve testoval na průchodnost BRM, jak za studena, tak i za tepla. Při testování BRM za studena se zkoušelo odseparování vody z materiálu. Úkolem bylo dokázat odseparovat vodu z BRM, pomocí chladiče bez odsávání par ze stroje, tak i pomocí mechanického tlaku ve šneku č. 3. Pomocí odsávání par a mechanického tlaku ve šneku se podařilo přibližně z 60 kg

čerstvě nasekané trávy o vlhkosti 75,79 % odseparovat 8 kg vody. Tato voda se získala hlavně ze šneku č. 3, kde byl mechanický tlak. Kondenzát se nepodařil získat. Konečná vlhkost činila 73,4 %. Po testu za studena se stroj zahříval na provozní teplotu (teplota elektrického topení na šnecích č. 1, 2, 3 činila 115, 175, 120 °C). Opět zde byla provedena zkouška s trávou jako při pokusu za studena. Vstupní hmotnost do stroje pro stabilizaci činila 60 kg o vlhkosti 75,79 %. Hmotnost stabilizovaného substrátu činila 44 kg. Odseparovaná voda – kondenzát 6 kg a voda ze šneku č. 3 po mechanickém tlaku 10 kg. Vlhkost po výstupu ze stabilizace horkého materiálu o teplotě 90 °C činila 71,3 %. Po vychlazení materiálu na okolní teplotu (31,3 °C), jeho vlhkost činila 66,26 %. Vlhkost čerstvě nasekané trávy se po stabilizaci nějak výrazně nesnížila. Vlhkost se snížila při chladnutí stabilizovaného substrátu a to o 5 %. Proto se doporučuje za stávajících podmínek stroje tento BRM (čerstvě nasekaná tráva) samotnou trávu nezpracovávat. Důvod kontrola stabilizovaného substrátu. Po týdenní kontrole se jevil povrch jako dostačující. Po rozhrnutí, zde byly vidět plísně a nárůst teploty na 50 °C (důvodem byla velká vlhkost).

52

Pokud by se měla čerstvě nasekaná tráva stabilizovat, musí se namíchat s jinačím materiálem, který je sušší. Doporučená vlhkost po namíchání je stanovena na 60 %.

Díky poznatkům, které se získaly z předchozích měření, se testovala různá skladba materiálů s trávou. Tou nejzajímavější skladbou se jevila čerstvě nasečená tráva a štěpka. Vlhkost štěpky před smícháním činila 35,86 %, čerstvě nasečená tráva 74,3 %. Tyto dva BRM bylo nutno promíchat na 60 % vlhkost. Tato vlhkost se vypočítala teoreticky pomocí jednoduchých vlastních výpočtů v programu Microsoft Excel. Ten nám vypočítal kolik jaké suroviny máme dát smíchat. Pro 60 % vlhkost se dalo 10,48 kg štěpky a 17,6 kg čerstvě nasečené trávy. Po dokonalém promíchání bylo ověřeno praktické měření, jestli je správné. Praktický výpočet byl o 1,27 % vyšší než teoretický, což stačilo ke stabilizaci materiálu. U tohoto materiálu bylo poprvé použito odsávání par přes kondenzační zařízení. Odsávání zajišťovala odsávačka na dojení krav (lamelové čerpadlo). Tato odsávačka měla dvě vady:

1. měla velký podtlak pro tak malé zařízení; 2. při chodu byl nadměrný hluk.

Stabilizovaný substrát čerstvě nasečená tráva a štěpka měla vlhkost 36,62 %. Oproti samotné trávě, zde byla dosažena lepší vlhkost na výstupu a také se zlepšila průchodnost materiálu strojem.

Pro lepší a stabilnější substrát bylo před stabilizací použito vápno. Testovaná surovina byla opět čerstvě nasečená tráva, štěpka a vápno. Vlhkost byla stejná jako u předešlého pokusu. Poměr jednotlivých surovin byl: čerstvě nasečená tráva 22,7 kg, štěpka 13,5 kg a vápno 2 kg. Tyto materiály se řádně promíchaly. Opět byla ověřována vlhkost, která se lišila od teoretických 60 % o + 1,5 % (61,5 %). Stabilizovaný materiál měl na výstupu vlhkost 36,77 %. Což je snížení vlhkosti o 24,73 %. Tento stabilizovaný substrát po týdnu díky přídavku vápna nevykazoval žádné nežádoucí vlastnosti (ani plísně).

53

Z důvodu stále vlhkého materiálu na výstupu, bylo vytvořeno síto na dně šneku

č. 1 pro odvod přebytečné vody při mechanickém tlaku. Toto síto je umístěno 0,08 m za násypkou BRM (obr. č. 13).

síto na odvod přebytečné vody

násypka BRM

Obr. č. 13: Umístění síta Jedna z předposledních materiálových bilancí byla provedena 23.4.2009. Na stroji proběhly menší úpravy včetně přidělání síta na šneku č. 1, úpravou dopravníku mezi řezačkou a násypkou stroje na stabilizaci. Elektrické topení na stroji je nastaveno na teploty šnek č. 1, 2, 3 (130, 180, 130 °C). Toho dne byly zpracovávány lihovarnické výpalky (obr. č. 14). Jelikož jsou dost vodnaté, přidávala se k nim sláma, oba materiály měli teplotu před vstupem do SBM 13 °C. Lihovarnické výpalky o vlhkosti 84,89 % a sláma o vlhkosti 34,33 %. Zde se teoretický výpočet neprováděl. Po smísení těchto surovin v poměru lihovarnické výpalky:sláma – 122,5 kg:16,5 kg (celkem 139 kg). Z praktického stanovení vlhkost

činila 75,08 %. Vystupující substrát ze stabilizace měl vlhkost 39,95 % a teplotu 98 °C. Celkový výstup ze stroje na SBM byl 128,2 kg, z toho tvořil výstup v briketách 37,5 kg (obr. č. 15 – 16). Prolis ze šneku č. 1 nestabilizovaný 30,7 kg, prolis ze šneku

č. 3 stabilizovaný 44 kg a kondenzát (z odsátých par) 16 kg. Rozdíl mezi vstupem a výstupem ze stroje činí 10,8 kg. Tato ztráta byla způsobena zachycením materiálu ve stroji, jak v řezacím zařízení a dopravním šneku do stroje pro SBM, tak i v samotném stroji. Bohužel se nedá přesně zjistit, kde materiál zůstal ve stroji.

54

Obr. č. 14: Lihovarnické výpalky se slámou před homogenizací

Obr. č. 15: Tvorba brikety

Obr. č. 16: Brikety po stabilizace (válcového tvaru)

55

Další poslední zkouška na ověření materiálové bilance proběhla 24.4.2009. Stroj na stabilizaci BRM byl nestaven stejně jako u zkoušky z 23.4.2009. Změna nastala ve složení materiálu, který se bude zpracovávat. Teplota vstupujícího BRM do stroje byla 13 °C. Vlhkost lihovarnických výpalků činila 84,89 % a piliny o vlhkosti 40,25 %. Po smísení těchto surovin v poměru lihovarnické výpalky:piliny – 49 kg:23 kg (celkem 72 kg). Z praktického stanovení vlhkost činila 72,9 %. Vystupující substrát ze stabilizace měl vlhkost 37,58 % a teplotu 78 °C. Stabilizovaný substrát po zchlazení na okolní teplotu, měl vlhkost 30,99 %. Celkový výstup ze stroje na SBM byl 62,75 kg z toho tvořil výstup sypkého materiálu 28,7 kg, prolis ze šneku č. 1 nestabilizovaný 4,2 kg, prolis ze šneku č. 3 stabilizovaný 25,35 kg a kondenzát (z odsátých par) 4,5 kg. Rozdíl mezi vstupem a výstupem ze stroje činí 9,25 kg. Tato ztráta byla způsobena zachycením materiálu ve stroji, jak v řezacím zařízení a dopravním šneku do stroje pro SBM, tak i v samotném stroji. Bohužel se nedá přesně zjistit, kde materiál zůstal ve stroji.

Po zhodnocení těchto dvou testů se jevil test z 23.4.2009 lepší než ze dne 24.4.2009. Důvodem je menší nasákavost materiálu slámy než pilin, tudíž se materiál lépe zbavil vody, rozdíl mezi nimi činí 14,3 % oproti testu s pilinami. Materiál lihovarnické výpalky – sláma, na výstupu vytvářely soudržnou strukturu (brikety). Materiál lihovarnické výpalky – piliny, na výstupu se tvořil sypký materiál.

56

Tabulka č.6: Jakost jednotlivých druhů materiálů před vstupem a po výstupu

Vstup a Vzorek

výstup po stabilizaci

Řepné řízky + jarní

Sušina [%]

Teplota

Obsah vlhkosti pH [%]

Nerozlo- Spalitelné

při

Poměr

žitelné

látky při

měření

C:N

příměsi

550 °C

[%]

[%]

pH [°C]

Dusík dle Kjeldahla [mg/kg]

Vstup

29,3

70,8

6,08

23,5

33

1,2

89,7

13700

Výstup

39,7

60,3

5,97

23,6

44

1,1

72,4

8340

Vstup

22,8

77,2

6,93

23,2

17

0,7

88,6

26300

Výstup

58,3

41,7

6,56

23,2

41

1,6

91,7

11200

Vstup

13,5

86,5

6,05

23,8

14

0,9

88,6

32600

Výstup

21,5

78,5

6,02

23,7

20

1,2

84,1

20900

Jarní ořez z

Vstup

51,3

48,7

5,96

23,7

42

0,9

95,8

11300

ovocných stromů

Výstup

65,4

34,7

5,62

23,6

47

0,8

95,9

10100

Vstup

17,5

82,5

7,72

23,6

25

1,4

83,3

17000

Výstup

58,4

41,6

8,02

23,1

55

1,0

90,9

8230

22

1,1

88

20000

ořez z ovocných stromů Siláž + štěpka

Řepné řízky

Koňský hnůj

Proces za studena Koňský hnůj

Výstup

30,1

69,9

7,35

23,7

Porovnání tabulek – jakost jednotlivých druhů materiálů před vstupem a po výstupu s požadavky na jakost kompostu, jsou tyto požadavky splněny až na obsah C:N. Poměr C:N se ve všech případech zvedl po stabilizaci BRM, což bylo zapříčiněno tím, že po stabilizaci se snížil obsah dusíku v substrátech. Důkazem je i porovnání hodnot vstupů a výstupů dusíku dle Kjeldahla. Naopak u procesu za studena koňského hnoje se poměr C:N zvýšil díky nárůstu dusíku dle Kjeldahla. Poměr C:N se dá velice jednoduše řešit pomocí výpočtů smícháním jednotlivých BRM na požadovanou míru. Tyto výpočty byly zkušebně provedeny v programu Microsoft Excel, kde se nám vypočítají hodnoty uvedené v tabulce č. 7. Ve žluté buňce (což je výpočet C) se nastaví požadovaná hodnota na kterou chceme BRM upravit, poměr C:N. Buňky se surovinou jsou pevně stanoveny a nemění se při výpočtu. Buňky s korekcí (modře označené buňky) se podle zvoleného poměru C:N přepočítávají podle námi zvoleného poměru C:N. Tato tabulka slouží jako ukázka řešené problematiky.

57

Je velice jednoduché tento program přizpůsobit jakémukoliv BRM, v jakémkoliv množství na požadavky zákazníka.

Tabulka č.7:

Surovina

Obsah látek

Hmotn [t]

Stanovení poměru C:N

Vlhkost Org. látky

Dusík

[%]

[% suš]

[% suš]

Hmotnost látek P 2O 5

Voda

Org.

Dusík

[t]

látky [t]

[t]

P 2O 5

Dřevní odpad

200

50

98

0,1

0,1

100

98

0,1

0,1

Travní hmota

300

30

91

0,9

0,5

90

191,1

1,89

1,05

Sláma

600

15

94

0,5

0,2

90

479,4

2,55

1,02

100

85

87

2

1

85

13,05

0,3

0,15

800

77

80

2

1,2

616

147,2

3,68

2,2

Jateční odpad

261

75

80

11

0,3

195,9

52,2

7,1

0,19

Kanalizační kal

133

80

35

3

1

106,5

9,32

0,7

0,26

Suma

2395

1283,5

990,3

16,5

4,99

Odpad ze zeleniny Chlévská mrva skotu Korekce

Poměr C:N

30

:

1

C

:

N

58

Tabulka č.8: Požadavky na jakost kompostu (Jakostní znaky a nejvyšší přípustná množství sledovaných látek v průmyslovém kompostu podle ČSN 465735 „Průmyslové komposty“ z 1.6.1991)

Znak jakosti

Hodnota

Vlhkost v [%]

od zjištěné hodnoty spalitelných látek do jejího dvojnásobku, avšak min. 40,0 a max. 65,0

Spalitelné látky ve vysušeném

min. 25,0

vzorku v [%] Celkový dusík jako N přepočtený

min. 0,60

na vysušený vzorek v [%] Poměr C:N

max. 30 : 1

Hodnota pH

od 6,0 do 8,5

Nerozložitelné příměsi v [%]

max. 2,0

Homogenita celku v [%] relativních ± 30 Zdroj: http://stary.biom.cz/publikace/kompost/12.html

Tabulka č.9:

Ukazatel

Obsah živin v kondenzátech

Kondenzát koňský hnůj

Vymačkaná voda koňský hnůj

Kondenzát - Kondenzát siláž + štěpka řepné řízky

pH

9,38

7,01

7,8

7,71

Teplota při měření pH [°C]

21,5

22

21,5

22,1

<1

<1

<1

<1

Dusitany (NO2) [mg/l]

0,21

<0,01

0,53

0,78

Dusík dle Kjeldahla [mg/l]

1000

3500

150

226

Dusík celkový dle 61/2003 Sb. [mg/l]

1000

3500

150

230

Hořčík (Mg) [mg/l]

3,4

100

2,3

2,5

Draslík (K) [mg/l]

5,2

5700

8,4

4,8

Vápník (Ca) [mg/l]

5,9

330

5,7

7,3

Fosfor celkový [mg/l]

10

150

1,4

0,49

Dusičnany (NO3) [mg/l]

59

Všechny kondenzáty (což je zkapalněná pára ze SBM) vykazují vysoký obsah živin (Mg, K, Ca, P, N). Avšak největší obsah živin měla vymačkaná voda z koňského hnoje. Tato voda byla získána ze šneku č. 3, která prošla stabilizací.

60

6

ZÁVĚR Stručný

výčet

možností

využitelnosti

technologického

zařízení

SBM

necharakterizuje všemožnost tohoto technologického zařízení. Účelem je charakteristika individuálních možností vyplývajících z možného zvládnutí variability složení BRM, místních podmínek a zainteresovanosti provozovatele. Proto by bylo nesprávné uvádět vlastní ekonomické hodnoty. Skutečností zůstává, že technologické zařízení zvládá proces hygienizace vybraných BRM. Při procesu stabilizace dochází k velké redukci stabilizovaného materiálu a vody na potřebnou mez. Provozní zkoušky potvrdily redukci vody i při hodnotě 82 %. Po zhodnocení vstupujících BRM do stroje ke stabilizaci, se jevila jako optimální vlhkost v rozmezí 50 – 65 %. I při vyšších vlhkostech dochází ke stabilizaci BRM, ale po delším odležení na hromadách vykazoval nežádoucí vlastnosti (plísně). Při nižších vlhkostech materiálů se docílilo i vlhkosti 25 %, ale šnek č. 3 nebyl konstrukčně na takovou sušinu vyroben. Ve šneku vznikl takový tlak, že došlo k jeho zastavení a zaseknutí. Následovala jeho demontáž a následné vyčištění. Proto se navrhuje upravit převodovou skříň, nebo vyměnit šnek za jiný, který dokáže posunovat materiál i při vysoké sušině stabilizovaného materiálu.

Navrhované změny v procesu stabilizace

Původní myšlenka realizátora směřovala jiným směrem, než kam jsme se dopracovali nyní. Proto byl stroj zkonstruován na jiné podmínky procesu stabilizace. Původní myšlenka byla zpracovávat BRM pomocí vysokých teplot a tlaků. Proto byl tento stroj (prototyp) nadimenzován na tyto podmínky. Jelikož se stabilizuje materiál za atmosférického tlaku, není proto nutné vyrábět stroje z tak silného materiálu. Tím se zabezpečí lepší prostup tepla z elektrického topení do stroje – stabilizovaného materiálu. Nesmí se opomenout při konstrukci nového stroje, že ve šnecích vzniká mechanický tlak a tyto šneky na ně nadimenzovat. Jelikož tato problematika zatím nebyla řešena, musely se BRM na tomto stroji vyzkoušet. Při zkouškách se zjišťovaly nedostatky, které stroj má. Díky poznatkům, které se získaly, se navrhovalo řešení jak tyto nedostatky odstranit. K navrhovaným

61

řešením patří i vytvoření sít na odvodnění vlhkého materiálu na šnecích č. 1 a 3. Toto předělání se při zkouškách osvědčilo a BRM se tím odvodnil na optimální míru. Dalším předěláním prošel šnek č. 2 a to prodloužením k šneku č. 1. Při podávání materiálu ze šneku č. 1 nedocházelo k odebírání materiálu šnekem č. 2 a tím docházelo k zanášení stroje. Další změnou prošla přepadová komora ze šneku č. 2 do násypky šneku č. 3. Důvodem bylo špatné odebírání materiálu z násypky. Při chodu šneku materiál vytvořil klenbu a tím docházelo k ucpání přepadové komory. Také úpravou prošlo vyústění ze šneku č. 3, kde na něj byla vyrobena koncovka na tvorbu briket. Při průchodu touto koncovkou dochází k vytlačení stabilizovaného materiálu, který je stále hodně vlhký. Proto se navrhuje na šnek přidělat válcovitá tyč, která nám v briketě udělá uprostřed otvor. Tím se dosáhne lepšího vysušení brikety a snížení nákladů na jeho dosoušení. Velký problém byl zahřát BRM z 13 °C na 100 °C ve šneku č. 1. To bylo však způsobeno velkou rychlostí proudícího materiálu. Z důvodu splnění zpracovaného množství, které činilo 100 kg za hodinu, se nesměl šnek zpomalovat. Ve šneku č. 1 dochází k nejradikálnějšímu zahřátí materiálu v celém stroji. Proto je důležité tento problém vyřešit. I když je v následujícím šneku teplota 180 °C tento materiál se nedokáže dostatečně zahřát. Řešením by bylo pořídit silnější topné těleso, které by dokázalo BRM řádně zahřát, nebo šnek č. 1 prodloužit, aby materiál měl více času se prohřát. To bylo vyzkoušeno s materiálem, který se nechal delší dobu zahřát ve stroji. Tím se docílila správná teplota materiálu. Bohužel se zmenšilo zpracované množství BRM. Dalším řešením by bylo zmenšit průměr šneku č. 2. Tím by došlo ke zmenšení objemu a lepšímu prohřátí BRM.

Tento stroj je prozatím ve fázi výzkumu. Zabere to určitě ještě hodně času a přemýšlení, ale po odstranění následujících chyb, by měl být stroj na stabilizaci biologicky rozložitelného odpadu plně funkční.

62

7

SEZNAM POUŽITÉ LITERATURY

1. BAČOVSKÝ, J., Provozní dokumentace k SBM, Strojírny Olšovec s.r.o., 2008 – 2009 2. BROŽ, K. -- ŠOUREK, B. Alternativní zdroje energie. 1. vyd. Praha: Vydavatelství

ČVUT, 2003. 213 s. ISBN 80-01-02802-X. 3. GRODA, B. Technika zpracování odpadů. Brno: MZLU Brno, 1995. 213 s. ISBN 80-7157-164-4. 4. GRODA, B. Technika zpracování odpadů, II. Mendelova zemědělská a lesnická univerzita, 1997. 168 s. ISBN 80-7157-264-0. 5. GRODA, B. -- HÁJEK, P. Analýza bioenergetických transformací bioodpadu. Acta Mechanica Slovaca. 2000. sv. 4, č. 3, s. 363. ISSN 1335-2393. 6. GRODA, B. -- FRYČ, J. -- HÁJEK, P. -- MATOUŠKOVÁ, S. Analýza bioenergetických transformací živočišných odpadů. Acta Mechanica Slovaca. 2001. sv. 5, č. 3, s. 207--214. ISSN 1335-2393. 7. HEJÁTKOVÁ, K. (eds.), Kompostování přebytečné travní biomasy. Zera – Zemědělská a ekologická regionální agentura,o.s., Nám욍 nad Oslavou, 2007, 76 s. ISBN – 80-903548-6-6 8. JEVIČ, P. -- KÁRA, J. -- PASTOREK, Z. Biomasa - obnovitelný zdroj energie. Praha: FCC Public, 2004. 276 s. 9. Sborník z mezinárodní konference Biologicky rozložitelné odpady, jejich zpracování a využití v zemědělské a komunální praxi. Zera – Zemědělská a ekologická regionální agentura,o.s., Nám욍 nad Oslavou, 2005, 145 s. ISBN 80-903548-0-7 10. Sborník z II. Mezinárodní konference Biologicky rozložitelné odpady, jejich zpracování a využití v zemědělské a komunální praxi, Zera – Zemědělská a ekologická regionální agentura,o.s., Nám욍 nad Oslavou, 2006, ISBN 80-903548-1-5

Elektronické zdroje 1. http://biom.cz 2. www.mze.cz/UserFiles/File/Bezpecnost_potravin/DatabazeVlastnostiBRO.doc 3. http://www.vuzt.eu/print_preview.php?menuid=69 4. Portál veřejné správy České republiky http://portal.gov.cz/wps/portal/_s.155/6966/place 63

8

SEZNAM OBRÁZKŮ

Obr. č. 1: Obr. č. 2: Obr. č. 3: Obr. č. 4: Obr. č. 5: Obr. č. 6: Obr. č. 7: Obr. č. 8: Obr. č. 9: Obr. č. 10: Obr. č. 11: Obr. č. 12: Obr. č. 13: Obr. č. 14: Obr. č. 15: Obr. č. 16:

Plnění cílů POH a směrnice o skládkách odpadů v oblasti BRKO ........ 15 Procentuální zastoupení nejvýznamnějších BRO z celkové produkce BRO ........................................................................................................ 19 Schéma přístroje pro zjišťování pórovitosti surovin ............................ 34 Analyzátor vlhkosti................................................................................. 39 Digitální dotykový teploměr................................................................... 40 Decimální váha ....................................................................................... 40 Stroj na SBM - popis .............................................................................. 46 Řezačka na BRM .................................................................................... 47 Řezací ústrojí .......................................................................................... 48 Homogenizační a podávací ústrojí řezačky ............................................ 48 Průběh teplot při zahřívání...................................................................... 50 Průběh teplot při SBM ............................................................................ 51 Umístění síta ........................................................................................... 54 Lihovarnické výpalky se slámou před homogenizací............................. 55 Tvorba brikety......................................................................................... 55 Brikety po stabilizace (válcového tvaru) ................................................ 55

64

9

SEZNAM TABULEK

Tabulka č.1: Tabulka č.2: Tabulka č.3: Tabulka č.4: Tabulka č.5: Tabulka č.6: Tabulka č.7: Tabulka č.8:

Tabulka č.9:

Přehled produkce nejvýznamnějších BRO. ............................................ 20 Zdroj energetiky využitelné biomasy v ČR ............................................ 27 Zjištěné hodnoty objemové hmotnosti vybraných surovin..................... 32 Zjištěné hodnoty pórovitosti vybraných surovin .................................... 34 Databáze BRO ........................................................................................ 37 Jakost jednotlivých druhů materiálů před vstupem a po výstupu ........... 57 Stanovení poměru C:N............................................................................ 58 Požadavky na jakost kompostu (Jakostní znaky a nejvyšší přípustná množství sledovaných látek v průmyslovém kompostu podle ČSN 465735 „Průmyslové komposty“ z 1.6.1991)......................................... 59 Obsah živin v kondenzátech ................................................................... 59

65

10 SEZNAM PŘÍLOH 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.

Protokol ze dne 5.8.2008 Protokol ze dne 5.8.2008 Protokol ze dne 7.8.2008 Protokol ze dne 8.8.2008 Protokol ze dne 19.8.2008 Protokol ze dne 20.8.2008 Protokol ze dne 20.8.2008 Projekt Velké Pavlovice

66

Přílohy

1. Protokol ze dne 5.8.2008 Měření vlhkosti

Vstup: Čerstvě nasekaná tráva vlhkost 75,79 %,

hmotnost vstupu na sušičku 1,152 g hmotnost na výstupu ze sušičky 0,368 g

Výstup: Substrát o teplotě 90 °C vlhkost 71,63 %,

hmotnost vstupu na sušičku 1,024 g hmotnost na výstupu ze sušičky 0,429 g

Výstup: Substrát po 90 minutách vlhkost 66,26%,

hmotnost vstupu na sušičku 1,025 g hmotnost na výstupu ze sušičky 0,522 g

Materiálová bilance:

Cílem bylo určit množství stabilizovaného (hygienizovaného) materiálu během kontinuálního provozu

Materiál

Čerstvě nasekaná tráva

celkem

Vstup [kg] 8,0 5,9 4,0 10,25 6,0 6,70 7,00 7,30 5,80 60,95 kg

Výstup [kg] 5,50 5,50 8,30 (hodně H2O) 9,20 9,60 6 zbytky

44,1 + H2O mimo stroj cca 10 l + H2O v nádobě cca 6 l přes chladící aparaturu cca. 60,1 kg

Závěr a zhodnocení Stanovená vlhkost čerstvě nasekané mladé trávy se pohybuje v rozmezí od 66 do 85 %. Poznatek je takový, že po stabilizaci v SBM se vlhkost čerstvé trávy výrazně nesnížila. Dále se zjišťovalo množství materiálu na výstupu v podobě stabilizovaného materiálu a vody. Stabilizovaný materiál měl hmotnost 44,1 kg a voda, která byla odchycena do nádoby přes kondenzátor par 6 kg. Problém byl s vodou, která vytekla ze šneku č. 3 v množství 10 l.

2. Protokol ze dne 5.8.2008

Měření vlhkosti Vstup: Zavadlá tráva vlhkost 68,28 %,

hmotnost vstupu na sušičku 1,507 g hmotnost na výstupu ze sušičky 0,493 g

Výstup: Substrát o teplotě 90°C se nechal 5 minut odvětrat vlhkost 45,29 %, hmotnost vstupu na sušičku 1,509 g hmotnost na výstupu ze sušičky 0,824 g Tuto zavadlou trávu jsme nechali 14 hodin odstát a pak se změřila vlhkost vlhkost 10%, hmotnost vstupu na sušičku 1,510 g hmotnost na výstupu ze sušičky 1,359 g

Závěr a zhodnocení Cílem bylo stabilizovat a vysušit den předem nasekanou zavadlou trávu. Stroj byl nastaven na požadovanou teplotu a dobu zdržení. Zavadlá tráva se před vstupem musela upravit na požadovanou velikost. Zavadlá tráva, která vstupovala do stroje měla vlhkost 68,28 %. Po stabilizaci zavadlé trávy vystupoval substrát o teplotě 90 °C. Po pětiminutovém odstání se změřila vlhkost, která činila 45,29 %, což tato vlhkost je neuspokojivá. Při takovéto vlhkosti a na hromadě vytváří po několika dnech zapáchající substrát. Substrát ze stroje se nechal 14 hodin sušit na slunci. Jeho vlhkost pak činila 10 %. Substrát, který měl jen 10 % vlhkosti se jevil jako stabilní.

3. Protokol ze dne 7.8.2008

Měření vlhkosti surovin Štěpka:

vlhkost 35,86 %,

hmotnost vstupu na sušičku 1,517 g hmotnost na výstupu ze sušičky 0,973 g

Čerstvě nasečená tráva (sekačkou): vlhkost 74,30 %,

hmotnost vstupu na sušičku 1,506 g hmotnost na výstupu ze sušičky 0,387 g

Tyto dvě suroviny se promíchali na 60 % vlhkost, o hmotnostech štěpka:čerstvě nasečená tráva 10,48 kg:17,6 kg Tento poměr se pak ověřoval na sušárně vlhkost 61,27 %,

hmotnost vstupu na sušičku 1,508 g hmotnost na výstupu ze sušičky 0,584 g

Výstup: Použito odsání par pomocí vývěvy štěpka:čerstvě nasečená tráva hned odebrán: vlhkost 36,62 %,

hmotnost vstupu na sušičku 1,502 g hmotnost na výstupu ze sušičky 0,952 g

Použito odsání par pomocí vývěvy štěpka:čerstvě nasečená tráva po 5 minutách vlhkost 36,93 %,

hmotnost vstupu na sušičku 1,503 g hmotnost na výstupu ze sušičky 0,948 g

Použito odsání par pomocí vývěvy štěpka:čerstvě nasečená tráva po 5 minutách vlhkost 43,91 %,

hmotnost vstupu na sušičku 1,510 g hmotnost na výstupu ze sušičky 0,847 g

Surovina štěpka:čerstvě nasečená tráva + vápno 13,52 kg:22,7 kg + 2 kg vápna Tento poměr se pak ověřoval na sušárně vlhkost 61,5 %,

hmotnost vstupu na sušičku 1,441 g hmotnost na výstupu ze sušičky 0,555 g

Bez použití vývěvy Výstup: štěpka : čerstvě nasečená tráva + vápno po 5 minutách

vlhkost 36,77 %,

hmotnost vstupu na sušičku 1,504 g hmotnost na výstupu ze sušičky 0,951 g

Bez použití vývěvy štěpka : čerstvě nasečená tráva + vápno po 5 minutách vlhkost 48,13 %,

hmotnost vstupu na sušičku 1,496 g hmotnost na výstupu ze sušičky 0,776 g

Závěr a zhodnocení

Testovanou surovinou byla tráva a štěpka. Chtěli jsme docílit 60 % vlhkosti vstupní suroviny pro stabilizaci. Tohoto výsledku se podařilo dosáhnout pomocí softwaru, který jsme si předem připravili. Jelikož čerstvě nasečená tráva má velkou vlhkost, musela se tato vlhkost snížit pomocí štěpky. Po promíchání těchto dvou surovin se nám podařilo dostat na vlhkost 61,27 %. U tohoto testu bylo vyzkoušeno odsávání par z reaktoru (byla použita vývěva pro dojení krav). Odsávání bylo provedeno přes kondenzátor par. Po hodinovém provozu se tento kondenzátor dokázal rozehřát až na 75 °C, což v budoucnu by šlo využít pro sušení vystupujícího substrátu. Dalším poznatkem bylo porovnání vzorku přímo odebraného po stabilizaci a po pětiminutové prodlevě (vzorek se po 5 minutách ochladil z 90 °C na okolní teplotu) . Rozdíl po odebrání hned a po 5 minutách nebyl skoro žádný => vzorek se musí sušit delší dobu. Samovolné sušení trvá několik hodin. Avšak vynaloží-li se energie na sušení, zkrátí se čas sušení. Sušením se docílí stabilního substrátu o požadované vlhkosti a kvalitě. Čím sušší materiál budu dávat ke stabilizaci, tím méně energeticky náročnější bude provaz. Dalším pokusem bylo přidání do vzorku (tráva + štěpka) vápno. Vápno nám nějak dramaticky vlhkost neupravilo. Ale po promíchání vzorku s vápnem se vzorek začínal samovolně zahřívat. Pomocí vápna jsme dosáhli stabilnějšího substrátu. Nepodléhal plísním ani jiným přeměnám i při vyšším stupni vlhkosti.

4. Protokol ze dne 8.8.2008 Vlhkost kalu ČOV: vlhkost 71 %,

hmotnost vstupu na sušičku 1,500 g hmotnost na výstupu ze sušičky 0,435 g

Vložený materiál do stroje na stabilizaci Surovina Hmotnost vstup [kg] Štěpka 26,5 Tráva 8 Kal ČOV 39 Vápno 4,5

Teoretická vlhkost vypočítaná 60 % Prakticky zjištěná pomocí sušičky Vstup: Štěpka + tráva + kal ČOV + vápno vlhkost 63,02 %,

hmotnost vstupu na sušičku 1,509 g hmotnost na výstupu ze sušičky 0,558 g

Měření vlhkosti Výstup: Štěpka + tráva + kal ČOV + vápno bez použití vývěvy vlhkost 47,69 %,

hmotnost vstupu na sušičku 1,491 g hmotnost na výstupu ze sušičky 0,780 g

Výstup: Štěpka + tráva + kal ČOV + vápno s použitím vývěvy, ihned odebrán vzorek vlhkost 43,60 %,

hmotnost vstupu na sušičku 1,507 g hmotnost na výstupu ze sušičky 0,850 g

Výstup: Štěpka + tráva + kal ČOV + vápno s použitím vývěvy, po 5 minutách vlhkost 48,11 %,

hmotnost vstupu na sušičku 1,511 g hmotnost na výstupu ze sušičky 0,784 g

Výstup: Štěpka + tráva + kal ČOV + vápno s použitím vývěvy, ihned odebrán vzorek vlhkost 41,24 %,

hmotnost vstupu na sušičku 1,501 g hmotnost na výstupu ze sušičky 0,882 g

Závěr a zhodnocení V tomto testu se zkoušel kal z ČOV (který hodně zapáchal) stabilizovat pomocí trávy, štěpky a vápna. Po stabilizaci byl substrát nezapáchající. Menší problém byl s výstupem, který byl vlhký (přes 40 %). V tomto testu se osvědčila štěpka, která pomohla lépe vést materiál šnekovým ústrojím.Tím nedocházelo k zachytávání materiálu ve šnekovém ustrojí stroje. Přítomnost vápna ve vzorku tak pomohla lépe stabilizovat čistírenský kal a při smíchání došlo k samovolnému záhřevu.

Tento substrát se nechal volně ležet na přikryté ploše 11 dní. Jeho vlhkost klesla v průměru ze 45,16 % na 24,11 %.

5. Protokol ze dne 19.8.2008

Závěr a zhodnocení Testovaná byla sláma. Problém však nastal už při upravení velikosti materiálu na

řezačce, kde se sláma nahromadila a řezačka ji nemohla pořezat (tento problém byl však vyřešen úpravou stávající řezačky). Prostupnost tohoto materiálu se projevila ve třetím šneku, na kterém se vytvořila zátka, materiál dále nepostupoval. Následek: rozebrání celého šneku a jeho vyčištění (doba trvání několik hodin). Samotná sláma se ve stávajícím stroji nedá zpracovávat. I samotná vlhkost nebyla nějak výrazně stabilizací ovlivněna, rozdíl činil okolo 3 %.

6. Protokol ze dne 20.8.2008

Příprava materiálu Materiál z výroby bylin 42,5 kg + štěpka 21,5 kg Materiál z výroby bylin vlhkost 10,03 %,

hmotnost vstupu na sušičku 1,505 g hmotnost na výstupu ze sušičky 1,354 g

Vstup Štěpka + materiál z výroby bylin vlhkost 34,44 %,

hmotnost vstupu na sušičku 1,504 g hmotnost na výstupu ze sušičky 0,986 g

Výstup Štěpka + materiál z výroby bylin + odvětrání (bez vývěvy) vlhkost 28,22 %,

hmotnost vstupu na sušičku 1,499 g hmotnost na výstupu ze sušičky 1,076 g

Výstup Štěpka + materiál z výroby bylin + odvětrání + vývěva vlhkost 26,11 %,

hmotnost vstupu na sušičku 1,505 g hmotnost na výstupu ze sušičky 1,112 g

Výstup Štěpka + materiál z výroby bylin + odvětrání (bez vývěvy) vlhkost 23,69 %,

hmotnost vstupu na sušičku 1,503 g hmotnost na výstupu ze sušičky 1,147 g

Závěr a zhodnocení Firma Galena nám dodala velmi zajímavý odpad (materiál z výroby bylin), který měl vlhkost 10 %. Tento materiál jsme zkoušeli stabilizovat samotný. Materiál měl špatnou prostupnost strojem. Důvodem bylo nalepování materiálu na konci šneku, kde se materiál ztlačoval. Dalším poznatkem bylo, že tento materiál byl značně znečištěn (nacházeli jsme kamení a šrouby). Pro použití tohoto materiálu se musí použít separace těchto znečišťujících složek.

V průběhu stabilizace jsme zaznamenali hoření tohoto materiálu při výstupu. Výstupem byl černý doutnající prach.

Pro lepší prostupnost jsme bylinný odpad promíchali se štěpkou 1:1. Tím se nám i zvedla vstupní vlhkost, takže při výstupu nedocházelo k hoření. Výstupní substrát měl okolo 25 %.

7. Protokol ze dne 20.8.2008

Příprava materiálu 1 dávka: Štěpka 27,3 kg + odpad ze zeleniny 47 kg 2 dávka: Štěpka 25 kg + odpad ze zeleniny 50 kg + vápno 2 kg Vstup Štěpka + zelenina vlhkost 75,12 %,

hmotnost vstupu na sušičku 1,449 g hmotnost na výstupu ze sušičky 0,373 g

Výstup Štěpka + zelenina + odvětrání + vývěva vlhkost 55,49 %,

hmotnost vstupu na sušičku 1,503 g hmotnost na výstupu ze sušičky 0,669 g

Výstup Štěpka + zelenina + odvětrání + vývěva (odleženo na volné ploše) Méně tlaku na výstupu vlhkost 43,44 %,

hmotnost vstupu na sušičku 1,508 g hmotnost na výstupu ze sušičky 0,853 g

Výstup Štěpka + zelenina + odvětrání + vývěva (odleženo na volné ploše) Větší tlak na výstupu vlhkost 53,90 %,

hmotnost vstupu na sušičku 1,514 g hmotnost na výstupu ze sušičky 1,698 g

Výstup Štěpka + zelenina + odvětrání + vývěva (odleženo na volné ploše)

vlhkost 50,35%,

hmotnost vstupu na sušičku 5,001 g hmotnost na výstupu ze sušičky 2,483 g

Výstup Štěpka + zelenina + odvětrání + vývěva + vápno vlhkost 53,81 %,

hmotnost vstupu na sušičku 4,999 g hmotnost na výstupu ze sušičky 2,309 g

Závěr a zhodnocení Testem bylo stabilizovat kuchyňský odpad (je velmi vodnatý). Tento odpad jsme promíchali se štěpkou. Štěpka do sebe částečně nasákla vodu z kuchyňského odpadu a také se zlepšila prostupnost materiálu strojem. U tohoto materiálu se dosáhlo malého odsušení. Důvodem byla velká vstupní vlhkost a krátká doba zdržení. Také zde byla použita vývěva, která odsávala vzniklou páru z materiálu. Většího odsušení by se dosáhlo delší dobou zdržení ve stroji.

Zkouška dvou různých režimů průtoku materiálu. 1) Rychlý průtok materiálu 1,7 kg / min. = 99 kg / hod. 2) Pomalý průtok materiálu 1 kg / min. = 60 kg / hod.

Závěr a zhodnocení První měření: Pro oba dva průtoky byl použit stejný materiál a to čerstvě nasečená tráva. Výsledky, ke kterým jsme dospěli bylo, že rychlejší průtok byl lepší z důvodu vyššího prohřátí stroje. U pomalého průtoku jsme takového zahřátí nedosáhli tudíž jsme nedosáhli takového odsušení.

Druhé měření: Další den se opakoval rychlý průtok materiálu strojem (druhé měření). Cílem bylo potvrdit si hodnoty, kterých jsme dosáhli při prvním pokusu. Odchylka od prvního měření byla o 6 % vyšší. Tento problém byl zapříčiněn jinačí teplotou na stroji (jinačí teplota ± 5 °C na prvním šneku).

Třetí měření: Teplota v prvním šneku se zvýšila o 40 °C. Cílem bylo dosáhnout hodnot z prvního měření. Odchylka od prvního měření byla vyšší o 4 %. Srovnáním s druhým měřením se nám vlhkost podařila snížit o 2 %.

8. Projekt Velké Pavlovice