MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ INSTITUT CELOŽIVOTNÍHO VZDĚLÁVÁNÍ
BAKALÁŘSKÁ PRÁCE
BRNO 2011
JAN VONDRÁČEK
Mendelova univerzita v Brně Institut celoživotního vzdělávání
Technika pro zpracování biomasy Bakalářská práce
Vedoucí bakalářské práce: doc. Ing Jan Červinka, CSc
Vypracoval: Jan Vondráček Brno 2011
Zadání bakalářské práce
Abstract The main theme of of this paper is the introduction of the problem of biodegradable waste. The main purpose lies in the description of technical and technological means for the biomass processing. The paper summarises present knowledge in the topic with using essential contemporary literature. Most importantly, it focuses on the machine equipment of the composting line. Several different types of machines are introduced and compared, each of them is individually described. The paper also presents the concept of the biodegradable waste processing facility with medium capacity, designed for city or regional usage.
Prohlášení Prohlašuji, že jsem bakalářskou práci na téma Technika pro zpracování biomasy vypracoval samostatně a použil jen pramenů, které cituji a uvádím v přiloženém seznamu literatury. Bakalářská práce je školním dílem a může být použita ke komerčním účelům jen se souhlasem vedoucího bakalářské práce a ředitelky vysokoškolského ústavu ICV Mendelovy univerzity v Brně. Brno, dne………………………………… Podpis studenta…………………………
Obsah 1.
2.
Úvod............................................................................................................... 8 1.1.
Problematika zemědělských odpadů .......................................................................8
1.2.
Kompost ..................................................................................................................8
1.3.
Složení kompostu: ...................................................................................................9
1.4.
Proces založení........................................................................................................9
1.5.
Cíl kompostování ..................................................................................................10
Kompostovací linky ..................................................................................... 12 2.1.
Nezpevněná plocha ...............................................................................................12
2.2.
Kompostování na zpevněné ploše bez aktivního provzdušňování........................12
2.2.1.
3.
2.3.
Kompostování v budovách....................................................................................15
2.4.
Kompostování s aktivním provzdušňováním........................................................16
2.5.
Shrnutí a porovnání ...............................................................................................16
Stroje a zařízení kompostovacích linek ....................................................... 17 3.1.
Štěpkovače a drtiče................................................................................................17
3.1.1.
Drtiče ............................................................................................. 17
3.1.2.
Štěpkovače ..................................................................................... 18
3.2.
Překopávače ..........................................................................................................19
3.2.1.
Traktorové překopávače ................................................................ 20
3.2.2.
Samojízdné překopávače ............................................................... 25
3.2.3.
Zhodnocení .................................................................................... 28
3.3.
Prosévací a separační zařízení...............................................................................28
3.3.1.
Vibrační třídiče s rovinným sítem ................................................. 28
3.3.2.
Rotační třídění s válcovým sítem................................................... 29
3.4.
4.
Stanovení výpočtu velikosti kompostovacích ploch...................... 13
Ostatní zařízení kompostárny................................................................................31
3.4.1.
Zařízení pro evidenci příjmu surovin............................................. 31
3.4.2.
Zařízení na vlhčení kompostu........................................................ 31
3.4.3.
Plachty k přikrývání pásových hromad kompostu......................... 31
3.4.4.
Zařízení pro manipulaci s kompostovací plachtou ........................ 32
3.4.5.
Teploměry...................................................................................... 32
Návrh vlastní linky....................................................................................... 33 4.1.
Stanovení výkonnosti ............................................................................................33
4.2.
Výběr strojní linky ................................................................................................33
4.3.
Určení výkonnosti .................................................................................................34
4.4.
Náklady kompostárny ...........................................................................................35
4.5.
Zhodnocení, závěr .................................................................................................35
5.
Ekonomika kompostování ........................................................................... 35
6.
Závěr ............................................................................................................ 36
7.
Seznam použité literatury ............................................................................ 37
1. ÚVOD Předmětem bakalářské práce je úvod do problematiky zpracování biologicky rozložitelných odpadů (dále jen BRO). Mezi základní témata, která jsou dále podrobně rozpracována, patří především popis technických a technologických prostředků pro zpracování biomasy, s důrazem na strojní vybavení kompostovacích linek. Součástí práce je také návrh zařízení pro zpracování BRO se středně velkou kapacitou (např. pro městské nebo oblastní využití).
1.1. Problematika zemědělských odpadů Zemědělská
výroba
byla
v
minulosti
organizována
jako
bezodpadové
hospodářství a hospodářské fekálie a rostlinné zbytky využitelné jako hnojivo nebo krmivo nebyly považovány za odpad. Bez těchto hmot je totiž nemyslitelné udržovat, případně zlepšovat, půdní úrodnost a většina zemědělských farem je i v současnosti bezodpadovým hospodářstvím s uzavřeným koloběhem látek podle schématu: půda → krmivo → zvíře → exkrementy → půda. V současnosti jsou budovány velkochovy zvířat bez návaznosti na rostlinnou výrobu, což může způsobovat problém se zpracováním hnoje, hnojůvky, močůvky, kejdy atd. Dalším problém může nastat s přebytkem zemědělských meziproduktů, např. slámy, plev apod. Způsob nakládání s meziprodukty zemědělské výroby a s případnými zemědělskými odpady musí být v souladu s požadavky vodohospodářské ochrany (Zákon č. 138/73 Sb. "o vodách", vyhl. č. 6/77 Sb. "o ochraně jakosti vod"). Tyto hmoty je nutno vyhovujícím způsobem skladovat, vhodně s nimi manipulovat, zpracovávat jen na povolených zařízeních a upravovat je takovým způsobem, aby neohrožovaly přírodní a životní prostředí.
1.2. Kompost Kompostování je biologická metoda využívání BRO, kterou se za kontrolovaných podmínek aerobních procesů (za přístupu vzduchu) a činností mikroorganismů přeměňuje BRO na kompost. Kompostování je aerobní proces přeměny organických materiálů vlivem mikrobiální aktivity na kompost. Podle velikosti a způsobu kompostování rozeznáváme
8
tři základní způsoby kompostování: domácí kompostování, komunitní kompostování a komunální kompostování. Při kompostování hraje důležitou roli surovinová skladba, přesněji poměr uhlíku a dusíku (C:N), dostatečné množství strukturního materiálu, které dovolí přístup kyslíku, přítomnost mikroorganizmů a vhodná vlhkost kompostu. Při domovním a komunitním kompostování je aerace zajišťována převážně přírodními fyzikálními pochody – difuzí a konvekcí. Doporučuje se však provádět také manuální překopávání například vidlemi či lopatou minimálně jednou za půl roku. Při
komunálním
kompostování
je
aerace
ve
větší
míře
realizována
mechanizovaným překopáváním pomocí překopávačů. Aeraci lze také zajistit nucenou aerací, kdy je výměna vzduchu do kompostovaného materiálu zabezpečena vháněním či odsáváním vzduchu (zdroj: http://cs.wikipedia.org).
1.3. Složení kompostu: Správné složení kompostu je základem pro jeho správnou tvorbu. Rozlišují se dvě skupiny odpadu – zelený (bohatý na dusík – ovoce, zelenina, čerstvá tráva a listí, hnůj, močůvka, čajové a kávové zbytky) a hnědý (bohatý na uhlík – dřevní štěpka, suché listí, sláma, novinový papír, obaly a skořápky od vajíček). Zelený odpad se vyznačuje měkkostí a vlhkostí, patří do něj tráva, zbytky zeleniny a ovoce. Hnědý je suchý a tvrdý, např. větve, papír.
1.4. Proces založení Surovinovou skladbou čerstvého kompostu se rozumí hmotnostní poměr jednotlivých odpadů nebo hmot, které navážíme do kompostové zakládky. Organická hmota odpadů představuje pestrý sortiment látek, různě odolných mikrobiologickému rozkladu. Různou rychlost rozkladu organických zbytků je možno si vysvětlit různým poměrem uhlíku a dusíku (C:N). V kompostářské praxi vycházíme ze zjištění, že obsah uhlíku představuje cca polovinu obsahu organické hmoty (spalitelných látek). Kompostované hmoty s poměrem C:N užším než 10:1 se rozkládají velmi rychle a jsou mikrobiologicky dobře využitelné. Naopak hmoty se širokým poměrem C:N nad 50:1 se rozkládají velmi pomalu. Abychom docílili u zralého kompostu C:N v rozmezí 25-30:1 (vysoká stabilita a agronomická účinnost) je třeba optimalizovat C:N v čerstvém kompostu v rozmezí 30-35:1. V průběhu zrání (fermentace) kompostu ubývá část uhlíku při přeměně na kysličník uhličitý a poměr C:N se zužuje. Nadměrně široký poměr C:N
9
prodlužuje zrání kompostu. V případě, že do půdy aplikujeme kompost nebo kteroukoliv jinou hmotu se širokým poměrem C:N, pokračuje její rozklad v půdě, k čemuž se spotřebovává půdní dusík, kterého se pak nedostává rostlinám. Při příliš úzkém poměru C:N v čerstvém kompostu (pod 20:1) převyšuje obsah dusíku metabolickou potřebu mikroorganismů, přeměňujících organické látky na látky humusové. Doba zrání kompostu se tím rovněž prodlužuje a produktivita tvorby humusových látek klesá. Poměr C:N optimalizujeme při sestavování surovinové skladby na 30-35:1 tak, že k hmotám se širokým poměrem (sláma, kůra, piliny, listí, pazdeří, papír) přidáváme odpady s úzkým poměrem (kejda, drůbeží trus, chlévská mrva, fekálie) nebo je možno přidávat dusík v dusíkatém hnojivu (síran amonný, močovinu) nebo ve formě odpadních čpavkových vod. Pro komerční průmyslový kompost je povolen max. poměr C:N 30:1.
1.5. Cíl kompostování Cílem kompostování je zpětné uvedení organických zbytků do koloběhu látek v přírodě. Humus a jeho kyseliny jsou důležité pro vytváření optimální drobtovité struktury a kyprosti půdy a zajišťují v půdě dostatečnou kapacitu živin a vody. Kompost usnadňuje zpracování půdy, zvyšuje vodní jímavost a retenční kapacitu, zkypřuje utužené a těžké půdy, regeneruje půdu, podporuje život v půdě, redukuje choroby rostlin a škůdce, omezuje kyselost půd a stabilizuje hodnotu pH, snižuje vodní erozi, redukuje spotřebu vody, zabraňuje vysychání, dlouhodobě zásobuje rostliny důležitými živinami. Půdní mikroorganismy využívají humus jako trvalý zdroj živin. Efektivita reprodukce humusu je u kompostů nesrovnatelně větší než u jiných organických hnojiv. Kompost vytváří mimořádně stabilní, vysoce hodnotnou organickou strukturu půdy. Obsahuje všechny důležité hlavní a stopové živiny. Kompost je hygienicky nezávadný. Kvalitní kompost je zcela zbaven klíčivých semen a oddenků plevelů. Uvolňování živin z kompostu je pozvolné. Výživná hodnota kvalitního kompostu může rovněž nahradit značnou část průmyslových hnojiv, což kromě přímého ekonomického efektu má významný přínos ekologický (zdroj www.BIOM.cz).
10
Obrázek 1-graf výhody kompostování, zdroj Agrointeg 11.04.2011
Tento graf ukazuje, že nejvýhodnějším stylem hnojení je kombinace kompostu a minerálních hnojiv. Náklady na minerální hnojiva tvoří v zemědělství velkou položku. Tato položka se dá snížit používáním kompostu, protože při hnojení kompostem se sníží hektarová dávka minerálních hnojiv.
Obrázek 2 - kompostárna v Rakousku, zdroj Agrointeg 20.04.2011
11
2. KOMPOSTOVACÍ LINKY 2.1. Nezpevněná plocha Kompostování na nezpevněné ploše je velmi nevyhovující, co se týče odpadového hospodářství. Je dnes velmi málo využívané. Využíváno je spíše u zahrádkářů a malých pěstitelů pouze pro vlastní použití.
2.2. Kompostování na zpevněné ploše bez aktivního provzdušňování Dnes nejvíce používaný způsob kompostování. Jedná se o zpevněnou plochu, která je řádně vyspádována, utěsněna a vodohospodářsky zajištěna před nežádoucím vniknutím vody dle platných norem odpadového hospodářství, na kterou se zakládají jednotlivé komposty.
Obrázek 3 - kompostování na volné ploše, zdroj Biom 18.04.2011
Vybavení linek závisí na velikosti a ročním zpracování biomasy. Může se používat vybavení s kolovým traktorem, nebo složení z jednoúčelových strojů. U všech možných způsobu je potřebná odtoková jímka, která musí být vodohospodářsky zajištěna. •
Linka vybavená kolovým traktorem Základem linky je traktor s požadovaným výkonem, překopávač mostový (nebo
jiný), prosévací zařízení, štěpkovač, krycí fólie, popřípadě další vybavení. 12
•
Linka vybavená jednoúčelovými stroji Sestává z jednoúčelových strojů. Zejména ze samojízdného překopávače a dalších
potřebných strojů (podobně jako u výše popsaného typu). Porovnání těchto dvou možností je velmi těžké, jednoúčelové stroje mají zpravidla větší výkonnost, ovšem pořizovací cena je mnohem vyšší. Což znamená, že je tato varianta vhodná pro velkokapacitní kompostárny. Za to u vybavení s kolovým traktorem pořizujeme univerzální stroj, který může sloužit i v dalších službách či zemědělském odvětví a dokupujeme připojitelné stroje (překopávač, drtič,atd.).
2.2.1. Stanovení výpočtu velikosti kompostovacích ploch. •
Výpočet velikosti pro dané množství surovin podle složení zakládky v daném kompostovacím cyklu, kdy je dané zastoupení jednotlivých surovin a jejich objemová hmotnost (M1, M2,…M) se stanovuje pro celkové množství kompostovaných surovin Mc(t) za rok: M c = M 1 + M 2 + ...M c
•
(t)
Objemová hmotnost ρ s (t.m-3) výsledného kompostu, při zanedbání změn vlhkosti, se stanoví ze vztahu:
ρs = •
M 1 .ρ1 + M 2 .ρ 2 + ...M c .ρ c Mc
(t.m-3)
Používaná kompostovácí technologie a využívané technické prostředky (překopávač kompostu) určují rozměry trojúhelníkové nebo lichoběžníkové pásové hromady, z nichž lze potom stanovit plochu průřezu A (m2) Trojúhelníkový průřez A =
Lichoběžníkový průřez Kde:
A=
B.h 2
(m2)
( B + B1 ) .h 2
(m2)
h - výška pásové hromady (m2) B – šířka základny pásové hromady – pracovní záběr překopávače (m) B1 – horní šířka pásové hromady – lichoběžníkový průřez (m)
•
Objem kompostu připadající na metr čtverečný kompostovací plochy P (m3.m-2) je dán poměrem:
13
P=
A.L A = B.L B
Kde:
(m3.m-2)
A – plocha průřezu pásové hromady (m2) B - Šířka základny pásové hromady – pracovní záběr překopávače (m) L – Délka hromady (m)
•
Potřebnou velikost kompostovací plochy S (m2) lze potom vypočítat ze vztahu:
S=
Mc T 1 . . ρ s 52 P
Kde:
(m2)
T – doba trvání jednoho kompostovacího cyklu v týdnech (od navezení surovin po vyskladnění kompostu) 52 – počet týdnů v roce (nekompostuje-li se celoročně, je třeba toto číslo upravit podle počtu týdnů, kdy se skutečně kompostuje)
•
Výpočet kompostárny při známé velikosti kompostovací plochy Pokud je k dispozici plocha o velikosti Sc (m2), musí rozvaha o jejím využití
začínat volbou technologie, která bude na dané ploše využívána, což znamená určit: šířku pásové hromady B (m) velikost plochy průřezu A (m2) počet pracovních mezer jejich šířku B2 (m2) Potom bude výpočet kapacity kompostárny postupovat v následujících krocích: Plocha pro uložení hromad S (m2) se stanoví: S = n.L.B = Kde:
1 .S c k
(m2)
n – počet pásových hromad L – délka pásové hromady (m) B – šířka základny pásové hromady (m) Sc – skutečná kompostovací plocha (m2) k – koeficient zvoleného způsobu překopávání (m2)
Pro výpočet kapacity kompostárny je třeba uvažovat s celkovou pracovní plochou Sp (m2), která zahrnuje i plochu pro pracovní mezery. To je stanoveno ve vztahu.
S p = S.
B B + B2
Kde:
S – plocha potřebná pro uložení hromad (m2).
(m2)
B – šířka základny pásové hromady – pracovní záběr překopávače (m) 14
B2 – šířka pracovní mezery (m) Složení jednotlivých kompostů určíme stejně jako v předchozím případě viz výše. Kapacita kompostárny M (t . rok-1) se pak vypočítá ze vztahu: M=
S p .ρ s .52.P
Kde:
T
(t . rok-1)
Sp – pracovní plocha (m2) – pásové hromady včetně pracovních mezer
ρ s – předpokládaná objemová hmotnost výsledného kompostu (t.m-3) P – objem kompostu připadající na 1 m2 kompostovací plochy (m3.m-2) T – doba trvání jednoho kompostovacího cyklu (Plíva, 2005)
2.3. Kompostování v budovách Jedná se o budovu, ve které je zpevněná plocha, která je vyspádována a odizolována. Kompostování v budovách má velkou výhodu, jelikož není závislé na okolním počasí (především vydatných dešťových srážkách) a lze ho popřípadě i
částečně korigovat. Nevýhodou je prvotní investice, která je vyšší než u kompostování na volné ploše. Tento způsob je výhodný pro ty, kdo chtějí kompostovat velké množství BRO a aktivně se zapojovat do tržní ekonomiky a prodeje. Dále pro velké zemědělské statky, které vyrobený kompost vyhnojí na svých vlastních polnostech, čímž zároveň ušetří i na nákupu minerálních hnojiv. Výpočet kapacity takové budovy se odvíjí od výpočtu ročního zpracování BRO, viz předchozí případ. Co se týče vybavení takových linek, využívají se spíše samojízdné překopávače, které potřebují méně místa na překopávání (nepotřebují průjezdovou uličku na traktor) a jsou i efektivnější. Možné vybavení těchto kompostáren je i COMPO-BOX, což je zařízení umístěné v budově kde dochází k rychlému zkompostování materiálu, který se poté vyvozí a nechá se uzrát. Další vybavení je prakticky stejné jako u kompostování na volné ploše.
15
2.4. Kompostování s aktivním provzdušňováním Pro rychlejší zkompostování BRO je zde další možnost technologického postupu: aktivní vhánění vzduchu do pásových hromad. V prvních fázích kompostování se vzduch vysává do bio filtru (což je navrstvený strukturní materiál) kvůli minimalizaci zápachu při kompostování. V další fázi se již vzduch vhání. Vybavení této linky je rozšířené o vzduchové potrubí ve zpevněné ploše, ventilátory, již zmiňovaný bio filtr a dále je možné použít i celý počítačový systém, který hlídá kompostování v optimálních podmínkách a určuje, jak mají byt provedeny zásahy.
Obrázek 4- pokládka provzdušňovacích trubek- zdroj Agrointeg, 01.04.2011
2.5. Shrnutí a porovnání Výběr linky je velice důležitý. Vždy se odvíjí od požadovaného zpracování BRO. Pro menší kompostárny - obecní či regionální - je vhodná metoda kompostování na zpevněné ploše. Naopak pro velké kompostárny s velkým příjmem BRO je vhodný styl s aktivním provzdušňováním.
16
3. STROJE A ZAŘÍZENÍ KOMPOSTOVACÍCH LINEK 3.1. Štěpkovače a drtiče Drtiče a štěpkovače můžeme dělit podle faktorů, které jsou významné pro kvalitu jejich práce. U obou kategorií platí, že jsou nezbytné pro úpravu surovin s převažujícím podílem odpadního dřeva a do základního vybavení každé kompostovací linky patří vždy alespoň jeden z nich. Obě kategorie strojů rovněž odpovídají požadavku na výrazné zmenšení objemu surovin. Stroje musí rozdrtit organické zbytky na malé
částice o objemu 0,5 až 5cm3 a tím vytvořit homogenní hmotu, která umožňuje rychlý start kompostovacího procesu (Plíva, 2009).
3.1.1. Drtiče Drtiče slouží k rozmělňování surovin. Drtí a trhají je na částice, které jsou ve svých rozměrech značně odlišné a mají poměrně velký povrch, což je pro kompostovací proces velkou předností. Z rozboru drtičů vyplývá, že jejich rozmělňovací účinek závisí na typu drtícího ústrojí, tvaru a počtu kladívek, cepů, nožů, otáčkách motoru a nastavení drtícího koše (Plíva, 2009).
•
Drtič PIRANA Drtič větví Pirana je strojní zařízení sloužící k drcení větví, dřeva a dřevního
odpadu na štěpky vhodné ke spalování nebo kompostování. Drtič má samočinné podávání a jeho hodinový výkon je 2m3. tabulka 1, technická data drtič PIRANA
Technické parametry: jednotka Min. výkon traktoru 90 kW Výkon dieselového motoru 70/80/120 kW Výkon elektromotoru 37 kW Max. průměr dřevní hmoty 200 mm Počet kladiv 64 Hmotnost stroje (traktorová verze) 1800 kg Hmotnost (vlastní pohon) 2700 kg 3 Teoretický hodinový výkon 2 m
17
Obrázek 5 - Drtič PIRANA- zdroj bystron, 13.04.2011
•
Drtič S 7000 M Typ S 7000 se výkonově pohybuje mezi malou a střední třídou drtičů. Drtící
zařízení se skládá z rotoru se 64 volně uloženými kladivy ve 4 řadách a z protiostří k zajištění kvalitního rozdrcení a rozvláknění dřevní hmoty. Násypka je uzpůsobena pro kombinaci ručního a strojního nakládání materiálu.
3.1.2. Štěpkovače Štěpka vyprodukována štěpkovači má relativně malou aktivní plochu, která přichází do styku s bakteriemi zajišťujícími rozklad. To má za následek delší dobu kompostování, a tím i zvýšení nákladů. Další nevýhodou štěpkovačů je poměrně vysoká pracnost, zdlouhavost procesu štěpkování a vzhledem k tomu, že pracovní ústrojí má pevné nože (dochází k hoblování), jsou vhodné pouze pro dřeva bez příměsi, jinak nastává částečné poškození pracovní plochy. Naopak, předností štěpkovačů je schopnost stroje produkovat téměř rovnoměrné velikosti pro beztřískovém dělení dřeva. Z toho důvodu jsou štěpkovače upřednostňovány při zpracování dřevních surovin pro energetické využívání nebo pro pěstitelské a dekorativní účely. U štepkovačů má na
18
rozměry vliv typ pracovního ústrojí, jeho otáčky, rychlost a podávání materiálu (Plíva, 2009). •
Štěpkovač LASKI LS 12O D Stroj pro štěpkování dřeva a kulatiny do průměru 560mm. Štěpky se vyfukují
fukarem s nastavitelnou troubou v množství cca 12m3/hod na přistavený valník nebo na určené místo. Vzhledem k vlastnímu pohonu naftovým motorem s výkonem 21kW (28,5 HP) a možnosti náklonu až 25 stupňů v každém směru je štěpkovač velmi pohyblivý a dokáže se dostat až na místo, kde štěpkovaná dřevní hmota vzniká.
Obrázek 6- štěpkovač, zdroj agroimport 20.04.2011
Přepravní rychlost: 4km.h-1 - Výkon : ca. 12m3.hod-1 - Maximální doporučený průměr větví: 150mm - elektronická regulace
3.2. Překopávače Překopávání kompostu je nejdůležitější pracovní operace v celém technologickém postupu rychlokompostování. Jeho účelem je provzdušnit kompost, a tím dosáhnout optimálního průběhu mikrobiální činnosti. Z hlediska dosahované výkonnosti, celkového využití pracovního času, kvality práce, ale i prostorových nároků na kompostovací plochu jsou nejvýhodnější překopávače pracující kontinuálně. Stroje s přerušovaným pracovním cyklem (nakladače) se používají pouze jako nouzové řešení a nelze je pro překopávání pásových hromad v žádném případě používat.
19
Při kompostování na volné ploše v pásových hromadách lze překopávače kompostu dělit podle různých hledisek (například podle energetického zdroje, způsobu agregace, pracovního ústrojí výkonnosti a podobně). (Plíva, 2009).
3.2.1. Traktorové překopávače Energetickým prostředkem je kolový traktor. Překopávače se dále mohou rozdělovat na překopávače nesené vpředu, nesené vzadu a tažené.
Nesené vpředu Nejvýznamnějším zástupcem kategorie překopávačů nesených vpředu je Rakouský stroj Track Turn. Jedná se o mobilní traktorový překopávač kompostu s centrálním rotorem a přehazováním kompostu do strany. Nezáleží na tom, jestli překopáváte trojúhelníkové, lichoběžníkové nebo stolové zakládky. Trac Turn zvládne každý kompost do výšky hromady 2,3m, přičemž na šířce zakládky nezáleží. Během jedné jízdy Trac Turn promísí až 3,7m širokou zakládku. Pro maximální výkon 1.500 m3.h-1 Trac Turn požaduje příkon tažného prostředku 200kW. Vyžaduje traktor s dostatečnou hmotností a možností reversního řízení (plazivé rychlosti).
Obrázek 7 - Track Turn zdroj agrointeg, 20.03.2011
20
tabulka 2, Technická data Track Turn
Technické parametry: Pracovní šířka: Pracovní výška: Pracovní výkon: Potřebný výkon: Provozní rychlost: (dle Hmotnost: cca. (bez traktoru)
3,7 2,3 1000 – 2000 260 50 - 500 6000
jednotky m m 3 -1
mh PS mh kg
-1
Transport: délka: 5,0 m šířka: 2,8 m Tento překopávač má další výhodu v převážení na speciálním podvozku, které je ukázáno na obrázku.
Obrázek 8 - Track Turn, trasnport stroje zdroj agrointeg, 20.03.2011
Nevýhodou tohoto stroje je jeho vysoká pořizovací cena a náročnost traktoru na výkon, sílu v hydraulice a plazivou rychlost. Je vhodný pro velké kompostárny, popřípadě pro služby - tomu napomáhá i jeho převozní schopnost.
21
Nesené vzadu Jedná se o nejpoužívanější model překopávačů, takzvané mostové. Připojení je v tříbodovém závěsu a hnací sílu získávají buď od vývodového hřídele, nebo hydromotorem na překopávači. Zároveň je těchto překopávačů nejširší nabídka. Od malých záběrů (což je zhruba 2m), až po velké (4m). To umožňuje potenciálním zákazníkům velký výběr podle jejich požadavků. Překopávat lze trojúhelníkové a lichoběžníkové zakládky. Prvotní náklady jsou přiměřené, ovšem musí být zakoupen i traktor o požadovaném výkonu, který lze využít i pro jiné účely. U menších překopávačů je požadovaný výkon motoru od 20kW.
Překopávač CMC-ST-200 U překopávače kompostu ST 200 se podařilo využít předností taženého překopávače kompostu i pro malé traktory. Jednoduchým zavěšením na závěs traktoru je stroj rychle připraven k použití. CMC - ST 200 s pracovní šířkou 2m má maximální objem zakládky 1m3 na běžný metr. To je dostačující pro potřebné zahřátí materiálu, aby byl garantován bezchybný aerobní průběh procesu.
Obrázek 9 - ST 200, transportní poloha, zdroj agrointeg 22.03.2011
22
tabulka 3, technická data ST 200
Technická data: Maximální šíře zakládky: Maximální výška Délka rotoru: Transportní výška: Rozměry pro transport: Transportní hmotnost: se závažím: Pneu: Příkon traktoru: Výkonnost: Pracovní rychlost:
jednotky 2.200 mm 1.000 mm 2.000 mm 3.000 mm 3.300 x 1.650 mm 600 kg 1.300 kg 11.5/80x15 od 20 PS 300 m3/h / 30 PS -1 200 m-750 mh
Obrázek 10 - ST 200 při překopávání, zdroj agrointeg 21.03.2011
Překopávač TA 400 Pro velké kompostárny s kolovým traktorem, je tento stroj vhodným řešením. Výkonný, regulovatelný, hydraulicky řízený pásový podvozek vně dvou traktorových pneumatik na vnitřní straně.
23
Obrázek 11 - TA 400 zdroj agrointeg, 23.03.2011 tabulka 4, technická data TA 400
Technická data: Maximální šíře zakládky: Maximální výška Délka rotoru: Transportní hmotnost Pneu: 1 Příkon traktoru: Výkonnost: Pracovní rychlost:
4.400 2.000 4.000 4.000 1.5/80-15 od 100 1.200 200-750
jednotky mm mm mm Kg PS 3 -1
mh -1 mh
(podle materiálu) I převoz takto velkého stroje není nijak problematický. Je řešen kloubem, který se pro převoz uvolní a stroj se zařadí za traktor.
24
Obrázek 12 - TA 400, transport stroje zdroj agrointeg, 25.03.2011
3.2.2. Samojízdné překopávače Samojízdné překopávače se využívají u kompostáren, kde není k dispozici energetický prostředek. Jsou většinou výkonnější, ale jejich pořizovací cena je vyšší. Rozdělují se podle energie, která stroj pohání. Může ji dodávat motor spalovací nebo elektrický. Pro menší kompostárny jsou rozhodně vhodnější překopávače elektrické, zato velkoplošně kompostárny ocení překopávač spalovací.
25
Překopávač SF-300 Stroj vyvinutý v roce 1992. V průběhu let dále vyvíjený.
Obrázek 13 - SF 300 zdroj agrointeg 23.03.2011 tabulka 5, technická data SF 300
Technická data: Motor: chlazený Maximální Maximální výška Délka rotoru: Transportní výška: Rozměry pro transport: Transportní hmotnost: Pojezd: Pohon: Hydraulika:
jednotky John-Deere 93 KW vodou šíře zakládky: 3.200 mm 1.600 mm 3.000 mm 3.000 mm 4.000 x 2.550 mm 4500 kg hydrostatický pohon 4 - kol elektro-hydraulický Sauer – Sundstrand -
26
Překopávač SF 200 Malý elektrický překopávač, který je vhodný pro malá zařízení. Kvalita kompostu je však naprosto srovnatelná s velkými stroji.
Obrázek 14 - SF 200 zdroj agrointeg, 01.04.2011 tabulka 6, technická data SF 200
Technická data: Maximální šíře zakládky: Maximální výška Délka rotoru: Transportní výška: Rozměry pro transport: Transportní hmotnost: Elektrický pohon: Rotor: Pojezd: Pojezd: Kapacita překop.: Provozní rychlost:
jednotky 2.200 mm 1.000 mm 2.000 mm 1.400 mm 2.600 x1.200 x1400 mm 500 kg 2x4 2 x 0,5 2 x pásová kola 300 200-500
(podle materiálu)
27
KW KW 3 -1
mh -1 mh
3.2.3. Zhodnocení Rozhodnutí výběru překopávače je dle mého názoru to nejvýznamnější, na výběr je ze široké nabídky strojů. Vždy záleží na parametrech kompostárny a objemu ročně zpracované biomasy. Samojízdné překopávače jsou obecně efektivnější, ovšem pořizovací cena je mnohem vyšší a vyplatí se spíše u velkých kompostáren (s výjimkou překopávače elektrického, který je vhodným řešením pro malé kompostárny, kde není možné využít kolový traktor).
3.3. Prosévací a separační zařízení Prosévací zařízení slouží k úpravě kompostu při vyšším podílu nerozložených a nerozložitelných částic. Kompostárnu je vhodné vybavit prosévacím zařízením s odpovídajícím výkonem, které umožňuje třídit hotový kompost na dvě (i více) frakcí určených k expedici nebo dalšímu zpracování v kompostovacím procesu. Podle požadavku na finální produkt se volí různé typy prosévacích zařízení. Separátory se používají zejména při kompostování bioodpadů z odděleného sběru biologicky rozložitelného komunálního odpadu. Důvodem je množství plastových a jiných příměsí, které se musí oddělit po prosetí kompostu prosévacím zařízením. To znamená, že nadsítný materiál je dotříděn na kovový odpad, lehké příměsi, kameny a čistý nadsítný BRO (Plíva, 2009).
3.3.1. Vibrační třídiče s rovinným sítem Principem činnosti je přerušovaný posun ve směru spádnice po šikmo uloženém rovinném sítu. Výhodou je jejich konstrukční jednoduchost, vysoká životnost a malá energetická náročnost. Zařízení mají výkonnost 5 až 15m3.h-1, která závisí na charakteru prosévané suroviny a na požadované velikosti částic. Většinou jsou provedena jako stacionární, neboť potřebují pevné ukotvení rámu stroje, ale existují i vibrační síta mobilní. Energetické nároky na pohon vibračních sít jsou asi 0,8 až 1kW.m-2 plochy síta (Plíva, 2009).
Star Screen Efektivní prosévací zařízení pro individuální požadavky. Díky rotujícím prosévacím hvězdicím nedochází k zalepování síta jako u bubnových třídičů a nedochází ke snížení výkonu. 28
Obrázek 15 - Star Screen zdroj CODET, 03.04.2011 tabulka 7, technická data Star Screen
Technická data: Hmotnost: Velikost ok síta: Pohon:
jednotky 13000 Kg 0-10, 0-60, 0-200 mm dieselový motor -
3.3.2. Rotační třídění s válcovým sítem Principem činnosti je plynulý posun materiálu vnitřním povrchem rotujícího válcového síta, které má mírně šikmou horizontální osu otáčení a je uložené na otočných rolnách. U vodorovně uložených sít je pro pohyb materiálu uvnitř vložená šroubovice. Hlavní výhodou válcových sít je jejich vysoká výkonnost, která je dána dobrou průchodností surovin přes samočisticí elementy. V případě potřeby lze tato síta jednoduchým způsobem doplnit kartáči na jejich čištění. Materiál je do určité výšky unášen po obvodu síta a poté vlivem vlastní gravitace padá a proces se opakuje (Plíva, 2009).
29
Bubnová prosévačka NOVER Jedná se o bubnové síto střední velikosti, které je velmi dobře mobilní a lehce nakladatelné na nákladní automobil. tabulka 8, technická data bubnové prosévačky NOVER
Technická data: Výkonnost (dle druhu substrátu) Příkon Výška stroje Šířka stroje Délka stroje Velikost ok síta (zákl. provedení) Hmotnost
jednotky 15-25 2,95 1650 2020 3300 20x20 890
3 -1
mh kW mm mm mm mm kg
Obrázek 16- bubnová prosévačka, zdroj agrointeg, 03.04.2011
30
3.4. Ostatní zařízení kompostárny 3.4.1. Zařízení pro evidenci příjmu surovin V případě, že kompostárna musí zajišťovat pravidelný příjem surovin ke zpracování a distribuce kompostu je prováděna ve větších množstvích, je nezbytná malá kancelář pro vedení evidence pohybu a kvality surovin, popř. hotového kompostu a technické zařízení pro určování přijímaného, popř. odváženého množství. Pro tyto případy se používají běžné mostní váhy různé nosností nebo přenosné nájezdové váhy. Tato zařízení určují hmotnostní množství zpracovaných surovin (Plíva, 2009).
3.4.2. Zařízení na vlhčení kompostu Nejjednodušší úprava vlhkosti kompostované zakládky je pomocí ručního postřikovače hromad hadicí, která je napojena na rozvod vody nebo na čerpadlo. Z hlediska dávkování je to však způsob velmi pracný a nepřesný, co se týče požadovaného množství zálivkové tekutiny k optimalizaci průběhu kompostovacího procesu. Vhodnějším řešením je napojení hadice přímo na pojíždějící překopávač kompostu, který je vybaven rozvodem k jednotlivým postřikovacím tryskám, které zabezpečují postřik hromady kompostu během překopávání. Nezbytností tohoto způsobu je však zařízení pro odvinování, resp. navinování hadice během pojezdu stroje. Jeho největší nevýhodou je poté snížení manévrovatelnosti překopávače kompostu. Z tohoto důvodu je nejvýhodnějším řešením zařízení pro vlhčení kompostu v hromadách během překopávání, které je součástí překopávače. Jedná se o sestavu složenou z přídavné nádrže, která je umístěna přímo na překopávače kompostu a z aplikačního systému (čerpadlo, rozvod, trysky), jimž je možné dávkovat vodu - nebo vodu obohacenou různými biotechnologickými přípravky, kejdu, vodu ze zachycených jímek apod. - přímo do kompostovacích hromad při jejich překopávání (Plíva, 2009).
3.4.3. Plachty k přikrývání pásových hromad kompostu Základní vlastností těchto plachet je jejich schopnost zachytit vodu na povrchu pásové hromady kompostu a přitom umožňovat dostatečnou výměnu plynů. Vyplavování kompostu musí být minimalizováno z důvodu ztráty živin a prodyšnost plachty musí zajistit aerobní průběh kompostovacího procesu.
31
Dalším přínosem používaní plachet je zrovnoměrnění teplotního pole v celém průřezu pásové hromady, což znamená, že při použití plachty nedochází k intenzivnímu ochlazování povrchu pásové hromady. Plachta musí být také odolná proti ultrafialovému záření a v neposlední řadě musí zajistit i optimální vlhkost surovin, založených do kompostu (Plíva, 2009).
3.4.4. Zařízení pro manipulaci s kompostovací plachtou Manipulace s kompostovací plachtou může být zajištěna buď ručně (běžné u menších kompostáren, což je však způsob značně obtížný), anebo pomocí mechanizace. Proto jsou v současné době překopávače kompostu vybavovány automatickým navíječem plachet (Plíva, 2009).
3.4.5. Teploměry Pro správné řízení procesu kompostování je důležité znát teplotu zakládky. K tomu slouží teploměry. Můžou se využívat i speciální teploměry, které měří teplotu v několika vrstvách a rovnou ji zaznamenávají. V žádné kompostárně by neměly takové teploměry chybět.
32
4. NÁVRH VLASTNÍ LINKY V dnešní době je možná domluva malých vesniček, popřípadě i měst, ohledně jednotného zpracování BRO. Což v praxi znamená, že se vybuduje více sběrných míst BRO, který se pravidelně odváží do kompostárny. Tyto kompostárny jsou většinou středně velké. Jejich provoz je většinou omezen jen na letní, jarní a podzimní období a to z důvodu, že je zajištěn dostatek materiálu pro kompostování.
4.1. Stanovení výkonnosti Stanovením výkonnosti se rozumí stanovení množství BRO, které bude muset kompostárna zpracovat za jednu sezónu. To vyplývá z počtu domácností, ze kterých se bude BRO odebírat či z velikosti travních ploch obcí, které se do kompostovaní zapojí. Dále záleží na tom, kolik si kompostárna nasmlouvá biologicky rozložitelného komunálního odpadu od ostatních zájemců o zpracování. Toto množství se může rovnat zhruba 1500t za jednu kompostovací sezónu. Díku tomu, že známe množství BRO, můžeme vypočítat plochu, která bude potřebná pro jeho zpracování. Pokud je to možné, je lepší mít plochu větší, aby se mohla kompostárna dále rozšiřovat, pokud poroste zájem o zpracování BRO. Velikost kompostárny bude přibližně 1700m2 – výpočet byl provedený na základě výše uvedených možností výpočtu.
4.2. Výběr strojní linky Zvolená kompostárna je střední velikosti. Podle této velikosti bude určena i linka. Kompostárna bude na zpevněné vodohospodářsky zajištěné ploše. Technické vybavení je vhodné řešit kolovým traktorem, který se dá dále využívat například pro svoz BRO, popřípadě pro služby a v zimním období se s ním mohou udržovat i obecní cesty. Z toho vyplývá i další vybavení: překopávač tažený vpředu či vzadu. Postačovat bude stacionární síto, jelikož není potřeba ho převážet na jiné místo. Štěpkovač nebo drtič by se mohl volit převozný za traktorem, například drtič PIRANA, který má možnost za sebe připojit vlečku, do které je štěpka rovnou foukaná. To vše z důvodu možnosti přivážet hotovou štěpku rovnou do kompostárny. Tímto způsobem nevzniká nutnost ji skladovat.
33
Obrázek 17-drtič PIRANA zdroj bystron, 04.04.2011
4.3. Určení výkonnosti Výkonnost záleží na vybraných strojích. Samozřejmě nesmí být nižší, než je roční zpracování BRO. Vždy by měla být minimálně o 30% vyšší, jelikož by se mělo počítat s možným dočasným vysazením strojů. Pro tento typ kompostárny by byl vhodný překopávač CMC-ST-250. Je to překopávač vhodný do menších a středních provozoven. Hodinová výkonnost toho stroje je 800 m3h-1. Výpočtem se zjistilo, že tento stroj bude bez problému stačit na zpracování požadovaného množství BRO. Pokud by stroj pracoval 5 hodin denně, trvalo by mu překopávání 154 dní. To vyplývá z objemové hmotnosti prvotní zakládky. Minimální výkon traktoru je 50 PS a pro správnou funkčnost je vhodné, aby stroj měl plazivé rychlosti a to hlavně v případě vyšší zakládky, složené z těžšího materiálu. Dále je potřeba zvolit prosévací zařízení. Nejvhodněji se jeví stroj NOVER – bubnová prosévačka, která bude na tento požadovaný výkon stačit. Nakonec je potřeba vybrat ostatní vybavení jako jsou teploměry, krycí plachta, zavlažovací rám, který je možný přikoupit na překopávač, a další příslušenství.
34
4.4. Náklady kompostárny Jako první je potřeba zmínit, že obecní kompostárny mají možnost získat až 90% dotace na projekt, výstavbu a vybavení kompostovací linky. Náklady na zpevněnou plochu
cca 1 200 000 Kč
Náklady na odpadní jímku
cca 350 000 Kč
Náklady na stroje: Traktor s čelním nakladačem
cca 1 100 000 Kč
Překopávač
cca 350 000 Kč
Drtič
cca 50 000 Kč
Prosévací zařízení
cca 150 000 Kč
Ostatní vybavení
cca 80 000 Kč
Celkové náklady 3 280 000 Kč.
4.5. Zhodnocení, závěr Schválení takového projektu může trvat několik měsíců až dva roky a řídí se vyhláškou č. 341/2008 Sb. Územní řízení probíhá podle zákona č. 183/2006 Sb. Projektové dokumentace jednotlivých stupňů jsou stanoveny především vyhláškou č. 499/2006 Sb. Náklady na zřízení kompostárny nejsou tak velké, jak by se předpokládalo. Vybudování je poměrně časově náročné. Bohužel v dnešní době ještě není vybudována tržní síť pro prodej kompostu.
5. EKONOMIKA KOMPOSTOVÁNÍ Celá ekonomika kompostování je ovlivněna mnoho faktory, které se mohou lišit případ od případu - podle místních podmínek. Rizikem kompostování BRO na pásových hromadách může být ekonomická neefektivnost provozu kompostárny. Náklady na její provoz by měly být nižší, než je cena ukládání odpadů na skládky. Současné nízké poplatky za ukládání odpadu na skládky nejsou příliš motivační a rovněž díky nákladům na zpracování BRO nemohou kompostárny zatím skládkám cenově konkurovat. Rovněž je stále problémem nezájem o vyrobený kompost jak ze strany zemědělců, tak i firem provádějících rekultivace nebo údržbu parků a zahrad. Po zemědělce není příliš atraktivní využívat kompost kvůli nákladům na jeho aplikaci v porovnání s náklady na aplikaci a účinnost průmyslových hnojiv. Náklady na hnojení tuhými minerálními hnojivy se pohybují okolo 200 až 35
300Kč.ha-1, tzn. že např. náklady na hnojení hnojem se při dávce 30t.ha-1 pohybují okolo 2500 až 6000Kč.ha-1, přičemž obdobnou výši nákladů lze očekávat i u aplikace kompostu. Rozvoj technologie kompostování rovněž omezuje nízká efektivnost celého procesu, plynoucí z výše zmiňovaných faktorů. Náklady na přípravu kompostárny se mohou rozdělit do několika skupin.
•
Náklady spojené s přípravnou fází řízení
•
Náklady spojené se zřízením kompostárny
•
Náklady spojené s výstavbou
•
Náklady spojené s provozem a na provoz strojů
(Plíva, 2009)
6. ZÁVĚR Kompostovaní je biologický proces, kterým získáváme kvalitní hnojivo pro zlepšení fyzikálních i chemických vlastností půdy. V dnešní době je kompost velice málo využívaným hnojivem a využívají ho především bio-farmy. Což ovšem neznamená, že kvalita je nevyhovující. Další výzkumy ukazují, že nejvýhodnější kombinace hnojiv je právě zmiňovaný kompost v kombinaci s hnojivy průmyslovými, které se přidávají v daleko menších hektarových dávkách. Závěrem lze říci, že existuje velké množství možností, jak sestrojit kompostovací linku a jak ji technický vybavit. Realizace kompostárny není finančně jednoduchou záležitostí, ale dají se využít dotace. Jak pro vybavení technické, technologické, tak i pro zpracování projektu. Odbyt finálního kompostu nemá zatím u nás vybudovanou stabilní tržní síť. Dá se předpokládat, že s postupem času se odbyt bude zvyšovat, jelikož se bude více dbát na zpracování BRO ekologickým způsobem. Do tohoto zpracování rozhodně kompostování patří.
36
7. SEZNAM POUŽITÉ LITERATURY [1] PLÍVA, P. a kol. Kompostování v pásových hromadách na volné ploše. 1. vyd. Praha : Profi Press, 2009. ISBN 978-80-86726-32-8. [2] PLÍVA, P., Altmann, V.,Jelínek, A., Kollárová, M.: Technika pro
kompostování v pásových hromadách. [Techniques for composting in belt heaps]. Praha: VÚZT, 2005, ISBN: 80-86884-02-3. [3] ZEMÁNEK, P.: Speciální mechanizace- mechanizační prostředky pro
kompostování (učebnice), MZLU, Brno, 2001, ISBN: 80-7157-561-5. [4] GRODA, B.: Technika zpracování odpadů, skripta MZLU v Brně, 1995, ISBN 80-7157-164-4. [5] PLÍVA, P. a kol.: Zakládání, průběh a řízení komponovacího procesu. [Foundation, course and control of composting proces]. Praha: VÚZT 2006, ISBN: 80-86884-11-2. [6] ZEMÁNEK, P., Veverka, V.: Ekonomika provozu kompostárny.In: Komunální technika, roč. 1 č. 9/2007, ISSN: 1802-2391. [7] ELEKTRONICKÉ ADRESY: http://www.agriimport.cz http://www.agrointeg.cz http://www.biom.cz http://www.bystron.cz http://www.ukzuz.cz http://www.vurv.cz http://www.vuzt.cz http://www.zeraagency.eu http://cs.wikipedia.org [8] Katalogy a prospekty firem, katologové listy jednotlivých strojů a zařízení [9] Související legislavita a předpisy zákona č. 183/2006 Sb vyhláškou č. 499/2006 Sb. zákon č. 138/73 Sb.
37
