valorificarea deseurilor

PROCEDEE DE VALORIFICARE A DE ŞEURILOR

23. 23.1.

1

PROCEDEE DE VALORIFICARE A DE ŞEURILOR Valorificarea materialelor refolosibile colectate selectiv

Materialele valorificabile colectate selectiv sunt supuse mai întâi valorific ării materiale. materiale. La valorificarea material ă nu se produce o modificare fizica. De şeul separat, pe cât posibil pe sortimente pure, este supus unui proces de prelucrare mecanică, pentru a fi transformat din nou într-un produs din acelaşi material. Fracţiunile de deşeu care pot fi valorificate material sunt : sticla; metalele feroase; metalele neferoase; materiale plastice; substanţe minerale. Pentru obţinerea materialelor din deseu (sticl ă, plastic, substanţe minerale) cu o calitate adecvată valorificării materiale (puritatea sortimentelor), trebuie neap ărat să se realizeze o colectare selectivă a acestor deşeuri. O separare ulterioar ă din gunoiul amestecat se poate face numai cu eforturi mari şi conduce în general la un rezultat nerentabil. La valorificarea materiilor prime din fracţiunea de de şeu plastic se produce mai intai transformarea chimic ă a materialului de bază petrochimic, din care se pot obţine ulterior noi produse din plastic. In acest caz, materialele nu trebuie s ă fie sortate pe sortimente pure, iar micile impurit ăţi care se mai intalnesc nu sunt un motiv de excludere a materialului de la utilizare. La valorificarea material ă a deşeurilor, sarcina întreprinderilor publice şi private de gospodărire a de şeurilor începe cu colectarea şi se termină cu predarea deşeurilor, prelucrate corespunzător sau împachetate (în funcţie de tipul de deşeu şi destinaţia utilizării), către unităţile de producţie, respectiv întreprinderile industriale prelucr ătoare. !

!

!

!

!

Manual privind activitatile specifice din domeniul gestiunii deseurilor municipale


2

Fig. 23 − 1: Deşeuri din ambalaje (cartonaje, tabl ă de oţel, folii de plastic) în stadiu comercializabil 23.1.1. Valorificarea hârtiei şi a cartonului După colectarea fracţiunii HCC în containere depozit, în alte recipiente sau sub formă de baloturi, se realizeaz ă confecţionarea formelor optime în vederea transportului. Cu ajutorul unei prese pentru baloturi, materia prim ă secundară este predată mai departe (de ex. baloturi 1.100 x 1.100 x 1.400 mm), unui întreprinz ător specializat de reciclare şi transport sau direct la întreprinderea de valorificare a deşeurilor. In instala ţiile industriei prelucr ătoare se realizează următorii paşi de prelucrare :



3

Fig. 23 − 2: Presă pentru baloturi pentru hârtie veche, carton şi cartonaje 23.1.2. Valorificarea sticlei Pe lângă tehnicile colect ării şi transportului, la reciclarea sticlei mai exist ă puţine cerinţe (în privinţa tehnicii metodologice) impuse întreprinderii de gospod ărire a deşeurilor . Astfel, la colectarea în containere depozit, acestea sunt golite în vehicule de colectare, iar sticla este predat ă direct industriei prelucr ătoare. La colectarea în recipiente de 1,1 mc sau în pubele mari de 240 l, acestea sunt golite de obicei de un vehicul cu înc ărcare spate si cu umplere corespunzătoare. Mai nou, se folosesc şi autoîncărcătoare cu basculare peste cap pentru sistemele de colectare a sticlei vechi în aceste recipiente. Aceste vehicule sunt dotate cu recipiente de schimb, care pot fi containere cu mai multe compartimente pentru diferitele culori ale sticlei. Containerele de schimb pot fi înc ărcate într-un alt camion şi transportate direct la beneficiarul lor. Astfel se renun ţă la un proces de reîncărcare întrun buncăr, care duce adesea la impurificarea sticlei vechi. In industria prelucr ătoare se realizează umătorii paşi de prelucrare.



23.1.3.

4

Valorificarea fierului vechi

Sarcinile întreprinderilor de reciclare privind valorificarea metalelor feroase constau în: • colectarea lor dindeseuri; • separarea fierului vechi de alte componente ale produselor (de ex. la demontarea autovehiculelor vechi) ; • eventual mărunţirea p ărţilor de fier vechi; • confecţionarea formei pentru transport (cu presa pentru fierul vechi). Transportul către oţelării se realizează de obicei pe calea ferata. La valorificarea vehiculelor vechi, trebuie anihilate in special pericolele asupra mediului din vecin ătatea întreprinderii de valorificare. Astfel, uleiurile de motor şi pentru angrenaje scurse reprezintă un pericol pentru apa freatic ă, iar produsele de răcire conţin, când vorbim despre aparate mai vechi, clorfluorocarboni - responsabili de deteriorarea stratului de ozon si deci dăunătoare climei. Cutiile de băuturi din tablă albă sunt colectate în containere cu mai multe compartimente, care sunt apoi golite, de obicei, în bunc ăre şi de aici reîncărcate în containere de transport. 23.1.4. Valorificarea metalelor care nu contin fier Pentru valorificare, de şeurile din metale neferoase sunt colectate în principal de întreprinderi specializate de reciclare – din industrie şi de unităţile de producţie. În cursul separării materialelor valorificabile din de şeul menajer, din metalele neferoase sunt colectate selectiv (aproape exclusiv) urmatoarele: • ambalajele din aluminiu; • bateriile şi acumulatorii mici. Procedura tehnica este exact ca la metalele feroase (tabla alb ă) si se realizeaza numai în proporţie redusă de catre întreprinderile de management al de şeurilor. La colectarea comună a cutiilor pentru băuturi cu aalte deseuri, separarea tablei albe (metal feros) de aluminiu (metal neferos) se poate face cu ajutorul magne ţilor. 23.1.5. Valorificarea materialelor plastice La valorificarea materialelor plastice colectate selectiv, un procent insemnat de deşeuri provine din producţia de ferestre, u şi şi mobile. La comercializare, pe primul loc se situeaza foliile de ambalaje şi resturi de polistiren. Producătorul de gunoi menajer (consumatorii) furnizeaz ă în domeniul materialelor plastice mai ales ambalaje de la b ăuturi, cu precădere PET-uri. Recipientele Manual privind activitatile specifice din domeniul gestiunii deseurilor municipale


5

de băuturi din PET formează în Europa o mare parte a gunoiului menajer. Din acest motiv, in diferite ţări (de ex. Italia) a început colectarea separat ă pe sortimente a recipientelor din PET. În cursul valorificării, întreprinderile de management al de şeurilor, respectiv firmele de reciclare, au sarcina de a preg ăti ambalajele PET pentru transportul către întreprinderile prelucrătoare. In acest sens, sunt disponibile instala ţii pentru: • perforarea recipientelor din PET; • presarea PET-urilor în a şa-numitele „brikett-uri“ sau baloturi. Baloturile pot fi transportate cu camioane, iar „brikett“-urile de PET presate, se pot transporta analog materialelor în vrac.

Fig. 23 − 3: Recipiente de băuturi din PET, presat în baloturi, gata de transport 23.1.6. Valorificarea materialelor amestecate La colectarea amestecurilor de materiale valorificabile (de ex. în sistemul DSD din Germania pentru de şeuri din ambalaje) o parte din efortul colect ării (efectuat de producătorul de deşeu) este transferată instalaţiilor de sortare automatizate. Amestecurile de materiale valorificabile, colectate cum s-a prezentat în capitolul 20, sunt formate din deşeuri de: Manual privind activitatile specifice din domeniul gestiunii deseurilor municipale


6

Plastic • • • •

Folii; Bidoane; Pahare; Ambalaje.

Metal Cutii de ambalaj şi capace din tablă albă; Cutii de ambalaj din aluminiu; • • Alte metale (bucăţi mici). Materiale mixte • Bacsuri de băuturi; Ambalaje vacuum; • Ambalaje pentru îngheţare. • •

Separarea amestecului de materiale valorificabile se realizeaz ă în staţii de sortare ale întreprinderilor de reciclare specializate. La utilizarea unui sac de materiale valorificabile în sistemul de colectare, pentru deschiderea sacilor de materiale valorificabile este necesar un dispozitiv mecanic (scarificator pentru saci). Instala ţiile de separare automate sunt construite special pentru: 23.1.6.1.

Separarea metalelor

Operatia de separare se face cu ajutorul unor magne ţi situaţi pe margine, care colectează metalele feroase (cutii din tabl ă albă, capace de tablă) din fluxul de amestecuri de materiale valorificabile m ărunţite. Aluminiul, ca metal neferos poate fi selecţionat de asemenea automat din amestec, prin tehnica inducţiei (prin intermediul unui separator cu curent turbionar). 23.1.6.2.

Separarea materialelor plastice

23.1.6.2.1. Separarea materialelor uşoare Fracţiunile de plastic u şoare (folii, polistiren şi material spongios) pot fi separate din amestecul de materiale valorificabile prin vânturare, la fel ca si buc ăţile de hârtie care sunt separate astfel.



7

23.1.6.2.2. Recunoaşterea tipurilor de materiale plastice Pentru recunoaşterea tipurilor de materiale plastice a aparut, de putin timp, metoda de măsurare prin reflexia razelor infraro şii. Obiectul din plastic este analizat de un detector IR direct de pe banda transportoare. În func ţie de tipul de plastic, obiectul este transferat de banda transportoare într-un recipient, printr-un procedeu cu jet de aer sub presiune. Dintre tipurile de materiale plastice usor de recunoscut prin acest procedeu, fac parte polietilena (PE), policlorura de vinil (PVC) şi polietilena tereftalică (PET). In plus agregatele de sortare optică facilitează recunoaşterea obiectelor individuale în func ţie de proprietăţile lor optice (formă, culoare, transparenţă). In acest mod se poate renunţa la sortarea manuală, extrem de costisitoare. Fracţiunile de plastic pure, astfel obţinute, pot fi supuse în final valorific ării materiale. 23.1.6.3.

Determinarea componentelor materialelor mixte

Materialele mixte conţin deseori o componentă semnificativa de carton, acoperită cu o folie de plastic sau metal. Astfel de învelişuri ale materialelor pot fi separate numai prin tratare chimică, operatie care se poate realiza numai în cadrul unui proces special, în instalaţii din industria hârtiei sau a metalelor. 23.1.7. Separarea cu ajutorul forţei de gravitaţie Prin acest procedeu, hârtia poate fi separată de alte materiale din ambalaje intrun pulper (rezervor cu malaxor). De asemenea, materialele plastice sunt sortate în func ţie de densitatea lor, in centrifuge de sortare, tehnică ce se potriveşte cel mai bine separării PVC-ului şi polistirenului (PS). 23.1.8. Valorificarea materialelor lemnoase din construcţie Deşeurile lemnoase se obţin îndeosebi în lucr ările de demolări de clădiri. Lemnul din construcţii poate fi valorificat termic sau material . In decizia de alegere a caii de valorificare, relevant ă este o eventuală pretratare a lemnului de construcţii cu produse de protecţie. Dacă substanţele dăunătoare sunt absente, există posibilitatea unei utilizări pentru producţia plăcilor de şpan aglomerat. Pentru România este recomandabilă o reutilizare a resturilor de lemn, deoarece piaţa materialelor lemnoase oferă suficiente cantitati. Un mod de primire şi predare a masei lemnoase utilizabile poate fi implementat în cadrul unui concept de gospod ărire a deşeurilor. 23.1.9. Valorificarea substanţelor minerale In deşeul din localităţi se află si substanţe minerale, valorificabile la lucr ările de construcţie şi demolare (CEE-număr 170101 ÷ 170104). Manual privind activitatile specifice din domeniul gestiunii deseurilor municipale


8

Molozul din beton şi ţiglă poate fi prelucrat in instala ţii de concasare, până la amestecuri minerale pentru lucr ările stradale (ca straturi portant şi de protecţie împotriva îngheţului). Pentru obţinerea de material cu o granulometrie adecvata (de ex. pentru contrucţii de drenaj), trebuie s ă se facă o sortare prealabila intr-o staţie de cernere. 23.2. Obţinerea de substanţe refolosibile din deşeurile mixte Materialele valorificabile din de şeul mixt pot fi separate în cadrul pretrat ării deşeului, înainte de îndepărtare. Tehnica mecanic ă de tratare, care permite de ex. separarea metalelor sau a altor materiale valorificabile, poate precede sau completa urmatoarele metode: tratarea mecanico-biologică a deşeului rezidual • la tratarea deşeului mixt în vederea stabilizării acestuia (tratarea mecanico−biologică a deşeului = TMB) pot fi separate în prealabil materiale valorificabile. tratarea biologică a deşeului verde şi a celui biologic • pungile de plastic constituie impurit ăţile din deşeul biologic, iar foliile din plastic cernute, care pot fi rar valorificate rentabil, trebuie indepartate prin depozitare finala. • tratarea termică a deşeurilor la prelucrarea de şeului rezidual, înainte de pretratarea termic ă sau valorificare, metalele trebuie sa fie separate. 23.2.1. Separarea fierului din deşeurile mixte Deşeul mixt mărunţit în prealabil este dus cu ajutorul unui transportor mobil cu bandă sub un magnet, unde metalele feroase sunt atrase magnetic şi transferate întrun container. 23.2.2. Separarea materialelor plastice din deşeurile mixte La pretratarea biologico-mecanic ă a deşeurilor, foliile de plastic sunt « suflate » din deşeul mixt, în vânturătoare. De asemenea, la pretratarea anaerob ă a deşeurilor, materialele plutitoare din plastic pot fi separate prin procedeul umed. 23.2.3. Separarea sticlei din deşeurile mixte La tratarea anaerobă a deşeurilor, resturile de sticlă din deşeul mixt pot fi extrase ca aşa-numita „fracţiune a materialelor grele“, dar o valorificare rentabil ă a resturilor de sticlă din deşeul amestecat nu este încă posibilă.



9

23.2.4. Valorificarea materialelor plastice mixte Materialele plastice mixte colectate separat pot fi utilizate ca materie prim ă – agent reducător la producţia de fier brut. Prin folosirea plasticului, p ăcura utilizata in prezent poate fi înlocuită în raport de 1:1. În cursul valorific ării materiale, aglomeratele plastice mărunţite pot fi utilizate la ob ţinerea de produse din beton sau înlocuitori ai lemnului (stâlpi, palisade pentru gr ădini, piloni pentru zidurile de protecţie fonică). Prin piroliză, sub influenţa căldurii şi a aerului, materialul organic poate fi descompus. La piroliza materialelor plastice, catenele lungi moleculare sunt rupte şi descompuse în fragmente moleculare mai mici, care in final pot fi astfel transformate în gaz de sinteză şi metanol. Într-un alt procedeu de valorificare a materiilor prime (procedeul BASF), plasticul mixt este redus la un produs intermediar şi transformat apoi in olefină (hidrocarbura). 23.2.5. Reciclarea deşeurilor mixte de pe şantiere Exista intreprinderi de salubrizare foarte specializate care preiau de şeurile mixte de pe şantiere si le supun unei valorific ări. Fracţiunile obţinute in acest caz sunt: • resturi de plastic (în principal folie) ; • metale; • lemn de construcţii; • substanţe minerale. Cea mai mare parte este reprezentat ă de substanţele minerale. Acestea (beton, pietriş, ţiglă, frize) sunt sparte şi cernute, iar amestecurile de minerale ob ţinute sunt comercializate, pe cât este posibil.

În România, în multe zone se pot obţine pietriş şi nisip foarte ieftin, astfel încât comercializarea substanţelor minerale ca amestec reciclat este putin probabila. Deoarece este vorba despre un material inert, nimic nu împiedic ă insa depozitarea molozului la deponii speciale. 23.2.6. Substanţele refolosibile provenite din incinerarea deşeurilor La anumite procese ale incinerării rezultă zguri în care au ajuns si metale din deşeul mixt, care ar putea fi valorificate.



10

23.3. Determinarea completă a componentelor deseurilor mixte La anumite procedee de tratare ale deşeului mixt, sunt urm ărite concepte, în care separearea mecanică a fracţiunilor de deşeuri, ca procese primare şi de start, nu joacă nici un rol. 23.3.1. Tratare mecanică integrală Tratarea mecanică integrală sau separarea intensivă reprezintă un procedeu de tratare a deşeurilor cu ajutorul căruia gunoiul menajer şi deşeurile amestecate din unităţi de producţie pot fi prelucrate şi valorificate în diferite sectoare ale industriei separat după fracţiuni. Important este aici să se determine mecanic componentele deşeului şi să fie separat de la inceput în componentele sale de bază. Deşeul din localităţi poate fi separat în fractiuni principale prin metode tehnice succesive, numite « paşi de prelucrare », care pot fi : • mărunţire; • separare mecanica a metalelor neferoase; • uscare; • separare a altor fractiuni (electrostatic ă, prin curent turbionar, prin cernere, vânturare etc.); • sortare după granulaţie. Fracţiunile materiale astfel obţinute sunt uscate, afânate, depozitate şi pot fi dezodorizate şi igienizate prin trat ări speciale. În primul pas de prelucrare, metalul feros se separ ă magnetic, iar deşeul ramas este trecut prin maşini de mărunţire şi cernere şi adus la o granulaţie unitară. În final, deşeul este uscat şi cernut în diferite granula ţii, dupa care prin vânturare se separ ă din nou deşeul, în fracţiuni cu greutate specific ă diferită (fracţiuni uşoare şi grele). Fracţiunea grea, la rândul ei, se separ ă în fracţiuni de metal neferos, substanţe minerale, plastic sau organice. In funcţie de puritatea sortimentelor şi de cerintele pie ţei, fracţiunile pot fi valorificate, existănd posibilităţi de utilizare ca materii prime secundare pentru produc ţia de : • cartonaje şi hârtii de calitate inferioar ă ; • plăci decapate înt ărite cu fibre; • produse din materiale plastice mixte; • oţel (agent reducător pentru procesele din furnale); • produse din metale feroase; • materiale şi părţi minerale de construc ţie ; • composturi; Manual privind activitatile specifice din domeniul gestiunii deseurilor municipale


11

combustibili înlocuitori. Necesarul de energie este mare pentru uscarea materialelor, dar poate fi acoperit prin utilizarea combustibilului inlocuitor produs printr-un proces de valorificare. La procedeele „Orfa“, macinarea de şeului amestecat se realizează până la o mărime a granulei de 0,8 pân ă la10,0 mm. Datorită anumitor proprietăţi ale materiilor prime, se poate realiza o separare a materialului m ăcinat pe fracţiuni, care conţin iniţial mai multe materiale. Astfel, se ob ţin de fracţiuni granulate având preponderent componente de : • metal feros; • metal neferos; • material plastic; • materiale inerte; • organice (granulat); • fibre de diferite m ărimi (frac ţiune organisc ă fină) ; • praf. Acestea sunt specificate la utilizarea in proceselor industriale avand un grad de omogenitate si puritate mare, iar materialul este prelucrat ca o materie primă. •

23.3.2. Piroliza deşeului In natură, procesul prin care s-au format petrolul şi c ărbunii constituie un proces de piroliza. La transformarea termica a lemnului în c ărbuni, în cuptoare cu c ărbune, are loc de asemenea, un proces pirolitic. Prin aplicarea acestui proces natural in instala ţii tehnologice si cu ajutorul tehnicilor moderne, ia na ştere un procedeu utilizabil şi la tratarea deşeurilor. In acest caz, sunt separate materialele organice, ca hârtia, lemnul şi materialele plastice, care la temperatură mare şi aport limitat de oxigen, se transforma în produse solide şi gazoase. Gazul reultat poate fi valorificat energetic, iar r ămăşiţele solide (cocs de piroliză) pot fi valorificate material. 23.3.2.1.

Procese de gazeificare a substanţelor solide cu conţinut de carbon

Oxidarea completă a compusilor carbonului în dioxid de carbon (CO 2) este un proces derulat în mai multe etape. Mai întâi se formeaz ă monoxidul de carbon (CO), iar apoi, în a doua etapă de oxidare, dioxidul de carbon (CO 2). La formarea monoxidului de carbon se eliberează relativ puţină căldură, deoarece în CO încă mai este disponibilă o mare parte din energia chimic ă. De-abia în a doua etapă (la formarea CO2), această energie este consumată. Manual privind activitatile specifice din domeniul gestiunii deseurilor municipale


12

Acest mecanism si succesiune de reacţii pot fi utilizate la tratarea materialelor reziduale cu conţinut în carbon, deci la anumite de şeuri. 23.3.2.2.

Piroliza în valorificarea deşeurilor

La utilizarea pirolizei in procesul de valorificare a de şeurilor, o parte a materialului solid cu continut de carbon este transformat în gaz util. Aici se ia în considerare mecanismul dat mai sus şi, în procesul de gazeificare, se introduce exact atâta oxigen cât este necesar pentru formarea CO.

Material solid cu conţinut în carbon

Gaz (CO)

agent de gazeificare

material inert (cocs de piroliz ă)

Pentru alegerea agentului şi temperaturii de gazeificare, compozi ţia şi deci şi conţinutul de energie al gazului sunt importante. Ca agen ţi de gazeificare se pot utiliza printre altele, oxigenul, aburul, aerul sau hidrogenul. Gazul format poate fi utilizat energetic. O tehnologie eficient ă o reprezintă producerea curentului electric utilizand un motor pe gaz şi un generator, căldura rezultată putand fi de asemenea folosită. Cocsul de piroliză poate fi valorificat pe diferite c ăi, fie în form ă mărunţită, ca adaos la materialele de construcţii (de ex. la fabricarea ţiglei), fie ca p ărţi metalice ce pot fi cernute din cocsul de piroliză. Continuarea tratării cocsului de piroliză f ără partea de metal este posibilă, caz in care se produce o separare a cocsulul în gaz de sintez ă cu un conţinut mare de CO şi zgură vitroasă sau cristalină. Aceste componente se pot utiliza la fel ca şi produsele din piroliză, adica sub forma de adaos inert la materialele de construcţii. Cu ajutorul pirolizei se poate descompune deşeul din materiale plastice (care nu este separat pe sortimente pure), prin procedee chimice, în substan ţele de bază, uleiuri şi gaze. Aplicarea pirolizei la deşeul mixt, cu un con ţinut mare de material plastic şi alte materiale organice este exemplificata la procesul de conversie Noell (vezi Capitolul 25), Manual privind activitatile specifice din domeniul gestiunii deseurilor municipale


13

unde, pe lângă valorificarea termică, se realizează şi o valorificare material ă a gazului de sinteză. De asemenea, trebuie amintit si procedeul PKA, la care cocsul de piroliz ă se introduce într-un reactor de topire ob ţinandu-se gaz de sinteză şi material solid granulat vitros. În Aalen/Germania func ţionează din 1998 o astfel de instalaţie de piroliză pentru prelucrarea a 24.000 t de gunoi menajer. 23.4. Procedee biologice de valorificare a substanţelor din deşeuri In cadrul conceptelor integrate de gospod ărire a deşeurilor, aceste procedee pot reprezenta o componentă importantă. Prin reintroducerea fractiunilor reziduale organice colectate separat, în circuitul substan ţelor, se poate obţine o uşurare evidentă a deponiilor pentru deşeul din localităţi, iar fracţiunea termic valorificabil ă este optimizată în ceea ce priveşte compoziţia şi puterea ei calorică. Se pot valorifica biologic, în principal, de şeuri organice din gospodării ca şi resturi de plante de origini diverse. Întrucat in structura material ă a acestor deşeuri se constată diferenţe semnificative, procedeele şi tehnicile trebuie adaptate fiecarui tip de deseu. In mare, procedeele se împart în procedee aerobe (compostare) şi procedee anaerobe (fermentare), dar exista si combinaţii ale acestor procedee de bază. 23.4.1. Condiţiile pentru tratarea biologică a deşeurilor organice 23.4.1.1.

Condiţiile biologice şi biochimice în procesele / procedeele aerobe

Descompunerea biomasei de origine vegetal ă sau animală se realizează în natură prin organiseme unicelulare (microorganisme), f ără a fi necesar nici-un aport energetic. Este vorba despre grupele principale descompunatoare, respectiv ciupercile şi bacteriile. Prin faptul că sunt mici (bacterii ~ 1 /1000 mm) raportul suprafaţa/volum este foarte mare, si deoarece transformarea materialelor de c ătre microorganisme este proporţională cu suprafaţa specifică (şi nu cu masa) rezult ă un randament de descompunere foarte mare pe care-l realizeaza aceste organisme. Un alt element de performan ţă a microorganismelor este faptul că pot descompune diferite substanţe şi sunt adaptabile în scurt timp la condiţii de mediu schimbatoare. Deoarece bacteriile nu sunt supuse proceselor de metabolism fixe, ci dispun de o mare adaptabilitate, au capacitatea s ă descompună toate substanţele organice naturale şi o mare parte din compusii organici artificiali. Substanţele care pot fi descompuse de microorganisme sunt specifice majorit ăţii tipurilor de deşeu din localităţi, respectiv: • deşeuri din producţia de alimente şi din pregătirea mâncărurilor ; deşeuri vegetale din grădini, parcuri etc ; • • deşeuri din hârtie, carton, textile din fibre naturale, celuloz ă ; Manual privind activitatile specifice din domeniul gestiunii deseurilor municipale


14

fecale, excremente; deşeuri din lemn; • deşeuri de la abatoare. • Cele mai importante procese biologice şi biomecanice de descompunere şi transformare, ce caracterizeaza procedeele aerob-microbiene de tratare a de şeurilor, sunt: • descompunerea celulozei şi chitinei; descompunerea xilanului; • • descompunerea ligninei; formarea humusului; • • formarea metanului; amonificare/nitrificare; • nitrificare/denitrificare. • •

Descompunerea celulozei şi chitinei Substanţa vegetală, în procesul de compostare, este format ă în proporţie de 40−70% din celuloză. Celuloza este o componentă esenţială a pereţilor celulari ai plantelor inferioare sau superioare şi contribuie decisiv la rezistenta ei şi la permeabilitatea pentru apă. Celuloza este un polimer format din molecule de glucoz ă, aşa-numitele hexoze. În condiţii aerobe, celuloza este descompus ă de ciuperci şi bacterii specializate, proces care este relativ insensibil la modificările pH-ului şi la temperaturile ridicate din compost. Chitina este o substanta formata din molecule de acetilglucosamin-N, care sunt structurate asemănător celulozei si reprezinta o componentă esenţială a pereţilor celulari ai ciupercilor. Descompunerea xilanului Xilanul este de asemenea o componentă principală a substanţei vegetale. Acţionează ca material de depozitare şi de susţinere al plantelor. Paiele con ţin de ex. până la 30% xilan, iar lemnul de foioase 20 −25%. Xilan-ul este descompus în mediu acid, , în principal de ciuperci şi în mediu bazic (pH > 7) de bacterii. Pe ansamblu, descompunerea xilanului este un proces care se realizează mai uşor decât descompunerea celulozei şi de către un număr mai mare de tipuri de microorganisme. Ca hidrat de carbon, xilanul este format din hexoze, pentoze şi acizi. Descompunerea ligninei Formarea ligninei, prin efectele ei, este numit ă şi „lemnificarea“ substanţei vegetale. 18−30% din masa uscată a substanţei vegetale constă în lignina şi reprezintă Manual privind activitatile specifice din domeniul gestiunii deseurilor municipale


15

partea lemnoasă a unei plante. Lignina const ă din molecule de compusi aromatice legate tridimensional, la care unitatea de baz ă este diferita de la planta la planta. De exemplu, la conifere, este alcoolul coniferil, la foioase - alcoolul sinapinal, iar la ierburi – alcoolul cumar. Prin reac ţii enzimatice şi chimice, din aceşti monomeri se formează lignina polimerică. Descompunerea efectivă a ligninei se realizeaz ă foarte lent si numai de catre tipuri specializate de ciuperci in conditii de mediu extrem de variabile. Optim pentru descompunerea ligniei, realizat ă prin procese metabolice oxidative, este intervalul de temperatură 45°C−50°C. Formarea humusului O dată cu descompunerea ligninei începe formarea substan ţelor humice. Motivul este că în timpul intervenţeiei microbiene asupra structurii ligninei sunt stimulate şi reacţii chimice. Acestea duc la polimerizarea moleculelor rupte la descompunerea ligninei şi la alte produse metabolice microbiene. Substan ţa organică se denaturează, iar din componentele materialului de fermenta ţie se formează humusul. Prin formarea humusului, în timpul descompunerii ligninei, azotul liber este legat şi îmbogăţeste materialul nou format. Formarea metanului Bacteriile metanogene există exclusiv în mediu anaerob. La introducerea oxigenului ele dispar imediat. Formarea metanului este facilitat ă de o temperatură între 40°C şi 60°C si o valoare a pH-ului între 6,5 şi 8,5. La începutul procesului de fermenta ţie, este disponibila o mare diversitate materială, respectiv substanţe uşor valorificabile, formate din molecule simple ce se pot descompune usor. In compostul finit, formarea metanului nu se mai realizeaz ă, deoarece aceasta condiţie nu mai este îndeplinita. Ammonificarea Amonificarea este un proces de bază în descompunerea biomasei respectiv în metabolismul microorganismelor. Prin descompunerea proteinelor, sunt pusi la dispoziţie aminoacizi, care degradaţi (mineralizaţi) sunt în continuare prelucra ţi si devin componente de bază ale descompunerii biomasei. De asemenea la începutul procesului de compostare, prin amonificare se formează proteine, valorificate de microorganisme pentru aprovizionarea cu azot. Cantitatea de azot mineral (aici NH 4-N) din materialul în fermenta ţie poate deveni problematic, deoarece in anumite conditii, la valori ale pH-ului >7 amoniacul se poate degaja. Aceasta reprezintă o poluare a mediului şi are ca urmare o pierdere de azot a îngrăşământului format din compost. Nitrificare / Denitrificare



16

În procesul de nitrificare , într-o prima etapă, amoniacul este oxidat la nitrit (NO2), iar, în a doua etapă se realizează oxidarea la nitrat (NO3). Bacteriile nitrificatoare (nitrificanţi) necesită un mediu aerob, performanţa nitrificării fiind influentata de schimbările temperaturii şi ale valorilor pH-ului. Formarea nitratului se realizeaz ă mai ales în zonele de margine ale gr ămezilor de gunoi din spaţiile deschise, nu îns ă şi la temperaturi >40% în instala ţii închise. Concentraţiile mari de azot mineralizat prezente în procesul de compostare pot conduce la poluări ale apei freatice, prin sp ălarea nitraţilor de catre apele de precipitatii. La denitrificare , microorganismele iniţial aerobe, puse în condi ţii anaerobe, î şi obtin necesarul de oxigen din NO2 /NO3 folosindu-l ca agent oxidant pentru descompunerea legăturilor organice. Iau na ştere, ca urmare a procesului reducere, protooxidul de azot (N2O) şi azot elementar (N2.). Denitrificarea apare în compost dacă, în zona grămezilor cu concentraţii mari de mitrat se realizează condiţii anaerobe. Procesul este puţin sensibil la mediu, si se realizeaza mai puter nic la valori ale pH-ului ~ 7 şi la temperaturi de aproape 30 °C. 23.4.1.2. anaerobe

Condiţiile biologice şi biochimice în procesele procedeele

Mecanismul de reacţie La fermentaţie (un proces anaerob care se produce în absen ţa oxigenului din aer), se descompune substanţa organică într-un recipient închis (reactor). Ca produse de descompunere se obţin gazul metan (CH4) şi dioxidul de carbon (CO 2). In condiţii anaerobe, substanţa organică este descompusă după următoarea ecuaţie chimică:

Cn Ha Ob + (n x a/4 − b/2) H2O + (n/2 + a/8 − b/4) CH4

→

(n/2

−

a/8

+

b/4) CO2

Din punct de vedere biochimic, microorganismele regenereaz ă purtătorii de energie în cadrul metabolismului lor, prin oxidarea carbonului legat organic (C nHaOb) pana la CO2. O parte a carbonului legat organic trebuie s ă accepte electroni elibera ţi în procesul de oxidare, deoarece O2 ca acceptor de electroni nu este disponibil. Carbonul redus se combină apoi cu hidrogenul (CH 4), formându-se gazul metan. Manual privind activitatile specifice din domeniul gestiunii deseurilor municipale


17

În general, descompunerea anaerob ă a substanţei organice trebuie considerat ă ca fiind un proces metabolic complicat. În etapele succesive de descompunere, grupuri de organisme specializate sunt active – dacă dispun de un echipament enzimatic suficient. Aceste organisme necesită conditii de mediu constante şi o mare stabilitate de proces, care trebuie realizate printr-un efort tehnologic corespunz ător, dacă se doreşte obţinerea unei cantit ăţi mari de gaz. In procesul anaerob, cantitatea de energie a microorganismelor pe unitatea cantitativă este relativ redusă. Motivul este că se obţine ca produs metabolic, un gaz cu un conţinut ridicat de energie cum este CH 4,. Pentru acoperirea necesarului lor de energie, organismele trebuie s ă aibă o rata mare de descompunere. Această performanţă (de descompunere crescută), este caracteristică pentru procesul de fermenta ţie. Compoziţia biogazului Gazele formate în procesul de fermentaţie, metanul şi dioxidul de carbon, se gasesc într-un anumit raport cantitativ, influen ţat de diferiţi factori. Pe de-o parte, compoziţia deşeurilor organice influen ţează raportul CH4 /CO2. La descompunerea anaerobă a hidraţilor de carbon, se formează biogaz cu o compoziţie de CH4 /CO2 = 1 /1. Acest raport poate avansa până la CH4 /CO2 ≅ 2/1, cu cât este mai mare partea unor proteine şi grăsimi bogate în carbon. O astfel de compoziţie a deşeurilor duce atât la o producţie mai mică de CO2, cât şi la un consum de ap ă pentru a acoperi necesarul de hidrogen (H2) în vederea form ării CH4. Soluţiile influenţează în continuare compoziţia biogazului. CO 2 extras din biogaz este precipitat sub formă de carbonat. Gradul de producere a procesului de precipitare este, de asemenea, dependent de compoziţia deşeurilor. Conţinutul de sulf şi azot în deşeul fermentat influen ţează cantitatea urmelor de gaze din biogaz, în special con ţinutul de amoniac (NH 3) şi hidrogen sulfurat (H 2S). Totuşi, aceste gaze, foarte corozive şi inhibitoare ale fermenta ţiei, se obţin în cantitate foarte mică la fermentaţia deşeurilor biologice « normale ». La utilizarea biogazului în motoare pe gaz, nu este în mod normal necesară epurarea gazelor. 23.4.1.3.

Dotarea tehnică a staţiilor de tratare biologică a deşeurilor

Inainte de tratarea biologică propriu-zisă, deşeurile organice, sunt supuse unei prelucrări atat de ansamblu cat şi de detaliu. Impurităţile care pot dăuna procesului tehnologic sunt indepartate. Dotarea tehnică, utilizată independent de procesul propriu-zis al trat ării biologice a deseurilor, este descrisă în continuare. In general, se utilizeaza urm ătoarele instalaţii şi aparate: instalaţii de transport; • • maşini de mărunţire; instalaţii de cernere; • Manual privind activitatile specifice din domeniul gestiunii deseurilor municipale


18

separatoare cu magnet pentru metale feroase; separatoare pentru metale neferoase; • vânturătoare; • • separator al materialelor dure; • pulpere/rezervoare cu malaxor; aparate de răsturnare a grămezilor; • buncăre de depozitare şi dozare; • instalaţii de epurare a aerului rezidual ; • • cântare. Folosirea unui procedeu de fermentaţie nu necesită de obicei utilizarea agregatelor furnizate de un anumit produc ător, deoarece nu exista strictete în privinţa cerinţelor impuse. Totuşi, cerinţele din tehnologia aleasa trebuie respectate cel putin la agregatele de prelucrare şi clasare. De asemenea, trebuie s ă se asigure o bună adaptare la : • consistenţa şi compoziţia deşeurilor; cantitatea livrată şi performanţa în îndeplinirea sarcinilor ; • • condiţiile de la faţa locului şi din împrejurimi (protecţie fonică etc.) ; orarul zilnic de func ţionare ales şi deci randamnetul. • Timpul de funcţionare, în cadrul functionarii unei instala ţii (măsurare), este stabilit de obicei la cca. 5,5 h/zi. Agregatele de prelucrare sunt supuse unor standarde înalte din punct de vedere mecanic şi al calitatilor anticorosive. Aceste cerin ţe sunt respectate cerintele privind : activitatile de întreţinere şi curăţare ; • livrările de material f ără impurităţi (puţine devieri) ; • construcţia simplă şi execuţia constantă; • • constanţa fizica şi chimică a materialului supus tratarii biologice. •

23.4.2. Compostarea În întreaga Europă, compostarea a devenit o componentă importantă a conceptelor de management integrat al deşeurilor. Dacă pot fi garantate, pe termen lung, sigurnaţa calităţii şi comercializarea produsului compost, se poate atinge, prin compostarea deşeurilor organice naturale, o prelungire a durabilitatii instala ţiilor primare de salubrizare.



23.4.2.1.

19

Cerinţe privind procesul de compostare

Compostarea substanţei organice este metoda de tratare a deşeurilor care imită cel mai bine procesele din circuitul natural al carbonului. Degradarea natural ă a legăturilor organice ale carbonului nu are loc îns ă numai în procesul aerob de compostare, ci şi prin fermentaţia anaerobă sau alte procedee de descompunere. Tipul de organisme specializat pentru un proces de descompunere atinge maximul populaţional acolo unde materialul de descompus este compatibil cu procesele lor metabolice, in condiţii de mediu cele mai potrivite. Aceasta înseamnă că, dacă procesul de compostare este realizat ca proces aerob de descompunere, condiţiile procesului trebuie s ă fie adaptate cerinţelor microorganismelor. 23.4.2.1.1. Condiţii legate de material Microorganismele cultivate în tehnica aerob ă de compostare sunt diverse şi puţin pretenţioase în privinţa materialelor pe care trebuie sa le descompuna (omogenitate a materialului de input). 23.4.2.1.2. Condiţii biologice Purtătoare a procesului de tratare biologică prin compostare este biomasa microbiană (= masa microbilor) a caror dezvoltare este dependentă de : • temperatură; • disponibil de oxigen; • compoziţia chimica şi structura materialului; • valoarea pH-ului. Biomasa descompune substanţa organică şi obţine astfel energie şi substanţa necesare pentru dezvoltarea propriei mase corporale. Procesele de baz ă ale transformării microbiene a substanţelor sunt descrise în Capitolul 23.4. 1.1. Pentru creşterea optimă a biomasei trebuie să existe disponibile într-un raport adecvat urmatoarele : • carbon; • azot; • substanţe nutritive de bază; • urme de substanţe nutritive ; • toate celelalte elemente active necesare. Pentru asigurarea condiţiilor de bază la transformarea microbian ă a substanţelor, trebuie controlat şi eventual reglat raportul C:N, toate celelalte substan ţe fiind prezente în cantitati diferite în procesul fermenta ţii. Manual privind activitatile specifice din domeniul gestiunii deseurilor municipale


20

În funcţie de disponibilitatea surselor de carbon şi azot şi de tipul acestora, bimasa se formează cantitativ şi calitativ. Compoziţia depinde deci de oferta de substanţe, iar cantitatea biomasei – de disponibilitatea substan ţelor. Dacă anumite substanţe hrănitoare nu mai sunt la dispoziţie, microorganismele mor selectiv şi alte populaţii devin sursă de substanţe hrănitoare. 23.4.2.1.3. Condiţii metodologice si tehnice Elementele principale ale desf ăşurării procedeelor din instalaţiile de compostare sunt prezentate în Fig. 23−5. Procedeele de compostare oferite pe piaţă se deosebesc în principal prin sistemul de fermentaţie. Exista in ultimul timp procedeul fermentaţiei intensive, la care apar diferen ţe considerabile de tehnica metodologic ă pentru controlarea proceselor de descompunere.

livrare

pregătirea materialului

Sistem de compostare

tehnologia fermentaţiei intensive

tehnologia postfermentaţie

prelucrare

depozitare / distribuire

Fig. 23− 5: Sistemul de bază ale unei instalaţii de compostare



21

Pregătirea materialelor Prin pregătirea materialelor, atât condiţiile materiale, cât şi cele metodologicotehnice ale procesului de compostare sunt optimizate. Operatiile par ţiale sunt: • pregătirea de şeului biologic pentru procesul de fermenta ţie ; • extragerea substanţelor străine care deranjeaz ă procesul şi a fracţiunii cu granulaţie superioară (impurităţi). În cursul pregătirii materialelor se realizeaz ă o mărunţire şi o defibrare a particulelor organice. Astfel, suprafaţa specifică a deşeului biologic şi deci suprafaţa de intervenţie a microorganismelor se măresc, iar obţinerea de date despre materialele organice este facilitată. În acelaşi timp, prin amestecare, se obţine o compoziţie omogenă a materialelor. Dacă materialul de intrare este de şeu biologic, colectat cu precădere din gospodării şi bucătării, adeseori structura materialului trebuie îmbun ătăţită ulterior. De obicei se adaugă crengi mărunţite, obţinute în campaniile de t ăiere a copacilor şi arbuştilor. Extragerea impurităţilor De obicei, există şi impurităţi ajunse în materialul de compostat datorate distribuirii neglijente a frac ţiunilor (arunc ări greşite) din deşeul din localităţi. Este vorba despre bucăţi de plastic, sticlă, metal etc, care sunt separate în cursul pregătirii materialului, eventual şi după fermentaţie in funcţie de procedeu şi de tipul de material. Metalul este deja sortat, cu ajutorul instala ţiilor cu magneţi, în timpul pregătirii materialelor. În general, pe lâng ă instalaţiile tehnice, se apelează şi la colectarea manuală. Prelucrare Prin procesul prelucr ării trebuie să înţelegem mai întâi cernerea în func ţie de fracţiuni a produsului final. Diferitele utiliz ări ale compostului necesită granulaţii în material adaptate destinaţiei finale. Pe lângă clasarea în mare, în cursul unui „finishing“ se separ ă materialele dure (de ex. pietrele) balistic, iar materialele u şoare (de ex. bucăţi de plastic) – prin vânturare. Procesul de fermentaţie Condiţiile de mediu optime, intervalul optim de tempertaur ă şi timpul necesar proceselor microbiene de bază în cadrul compostării au fost puse faţă-n faţă de Grabbe (1996). Atingerea obiectivelor procesului (de ex. igienizarea) este dependent ă considerabil de temperatura procesului.



Transform ări microbiene amonificare

Condiţii de mediu

22

Condi ii de temperatur ă < 40 °C < 50 °C

< 60 °C

> 60 °C

Timp necesar

aerob + anaerob pH-indiferent ore

anaerob pH 6,5 − 8,5

nitrificare

denitrifcare

aerob pH 4 − 8

anaerob pH- indiferent

săpt.

ore

formarea metanului descompunerea celulozei

aerob + anaerob pH- indiferent

descompunerea ligninei

aerob pH- indiferent

Obiectivele procesului

igienizare

dezodorizare

Fig. 23−6:

aerob + anaerob pH- indiferent


formarea humusului


legături de azot


ore − ani

luni

ore − zile

ore − zile

luni

săpt. – luni

distribuirea eficien ţei

Desf ăşurarea procesului biologic la compostarea substan ţelor reziduale biogene; cf. Grabbe ( 1996)

Observăm că descompunerea ligninei şi formarea humusului reprezint ă factorii care determină durata necesară de fermentaţie.



23.4.2.2.

23

Deşeurile caracteristice în procesul de compostare

Potrivite pentru procesul de tratare prin compostare sunt urm ătoarele tipuri de deşeuri: • deşeu biologic din gospodării (deşeuri din buc ătărie – de la pregătirea mâncărurilor, părţi vegetale, resturi de mâncare) ; • deşeuri din grădină (resturi de legume, plante ornamentale, t ăieturi din copaci şi arbuşti, iarbă şi frunze) ; • deşeuri din parcuri (t ăieturi din copaci şi arbuşti, gazon, frunze) ; • eventual nămol de la staţia de epurare (în procent mic de mas ă) ; • deşeuri agricole; • deşeuri forestiere în cazuri speciale (coaj ă de copac, paie tocate). În procesul de compostare, aceste de şeuri pot fi compostate în totalitate prin microorganisme. Respectarea unor condi ţii de mediu adecvate este totuşi esenţailă pentru activitatea lor. Astfel, la compozi ţia meterialului de input de la instala ţia de compostare, trebuie să fim atenţi ca o compoziţie prea omogenă a grămezii de compost să nu influen ţeze negativ condiţiile de mediu. Într-o grămadă omogenă de deşeu din gazon de ex. se poate obţine o aerisire bună numai prin răsturnări foarte dese. Procesele de putrezire trebuie combătute. În schimb, într-un amestec bine structurat de de şeu verde (de ex. material de crengi şi tulpini trecut prin shredder, de şeu verde din grădini şi deşeu biologic), aerisirea grămezii de compost şi aprovizionarea microorganismelor cu oxigen sunt garantate cu un efort redus. 23.4.2.3.

Echiparea şi funcţionarea staţiilor de compostare

Înainte de echiparea unei sta ţii de compostare trebuie verificat dacă se poate asigura o valorificare continu ă a compostului produs. Trebuie determinate următoarele: • estimarea cantităţii deşeurilor de tratat biologic; • estimarea potenţialului de desfacere (inclusiv valorificare proprie) ; • conceptul de desfacere (plan de marketing) ; • conceptul structurii de comercializare. Corespunzător acestor cerinte, rezultă capacitatea necesară echipamentelor de tratare şi depozitare. Staţiile de compostare se împart în mai multe sectoare func ţionale: • pretratare; • fermentare; • pregătire a compostului şi depozitare. Manual privind activitatile specifice din domeniul gestiunii deseurilor municipale


24

Capacitatea echipamentelor din aceste sectoare trebuie astfel m ăsurată, încât cantităţile obţinute să poată fi întotdeauna prelucrate. Aici trebuie ţinut cont de oscilaţiile sezoniere. Acela şi lucru este valabil pentru capacitatea necesar ă de depozitare a produsukui compost obţinut. Desfacerea lui, prin utilizare lui, este de asemenea variabilă în funcţie de perioada de vegetaţie. Pe suprafeţele de tratare, depozitare şi pregătire de la staţiile de compostare se obţine apă reziduală. Aceste suprafeţe trebuie izolate conform legislaţiei apelor şi construcţiilor (de ex. prin straturi de asfalt). Apa colectată trebuie astfel condusă şi îndepărtată, încât subsolul şi suprafeţele învecinate să nu fie poluate. Acoperi şurile practicate pe aceste suprafete diminueaz ă considerabil cantitatea de apă poluată. Staţiile de compostare trebuie racordate sistemului de alimentare cu ap ă, deoarece există nevoia de apă pentru : • optimizarea condiţiilor de mediu la fermentaţie (eventual udarea grămezilor de compost); • curăţarea maşinilor şi aparatelor; • asigurarea spaţiului social pentru angaja ţi; • asigurarea conditiilor pentru prevenirea unor eventuale incendii. O re ţea de alimentare cu apă cu puncte de primire (hidran ţi) în sectorul întreg al instalaţiilor este întemeiată. Pentru optimizarea procesului de compostare şi minimizarea simultană a emisiilor gazoase (în principal mirosuri!), primirea, tratarea biologic ă şi pregătirea trebuie să se realizeze în sistem închis. De aceea, pentru captarea şi tratarea aerului residual, este recomandabil un sistem ghidabil şi orientabil. Dacă tratarea deşeurilor se face în hale închise, trebuie avute în mod special în vedere condiţiile de lucru pentru personal. Polu ările datorate concentraţiilor mari de microorganisme (de ex. spori de ciuperci), miros şi gaze dăunătoare trebuie evitate. Pe lângă emisiile gazoase, se mai obţin la tratarea biologică a deşeurilor următoarele resturi: • resturi de la culegere; • resturi de la cernere; • apă de infiltra ţii din compostare; • resturi din sedimentarea apei de infiltra ţii din compostare ; • spălări ale apelor de ploaie. Resturile din sedimentarea apei de infiltra ţii din compostare pot fi introduse în procesul de compostare. Apele trebuie utilizate cu prec ădere la udarea materialului. Alte rămăşiţe, pe cât posibil, trebuie valorificate.



23.4.2.4.

25

Metode de compostare

Metodele de compostare existente şi utilizate actualmente în Europa central ă se deosebesc în principal prin : • tehnica răsturnării materialului pentru compost ; • derularea procesului biologic; • tehnica de aerisire pentru procesul de fermenta ţie ; • durata procesului de fermentaţie intensiv ă ; • gradul de maturare al materialului final ; Fermentaţia intensivă susţinută mecanic este urmată la cele mai multe metode de o postfermentaţie, pentru a atinge un grad înalt de maturitate. La o utilizare specială, puternic automatizată, a compostării în grămezi încapsulate are loc un proces integrat de fermentaţie intensivă, aataat principală caat şi ulterioară. Tipurile de metode sau tehnici de compostare sunt: • compostarea în grămezi (deschise sau încapsulate) ; • compostarea în tunel sau şiruri; • compostarea în boxe; • compostarea în containere; • compostarea în tambur; • compostarea în rico şeu. 23.4.2.4.1. Compostarea în grămezi La compostarea în grămezi deşeul biologic este aşezat în grămezi triunghiulare sau trapezoidală (plan liniar) sau grămezi plate (plan plat). Cerinţa de obţinere a unui compost înalt calitativ este aportul continuu suficient de oxigen (din aer) distribuit omogen în secţiunea transversală a grămezilor. Aportul de oxigen se realizează prin următoarele procedee: Fără ventilaţie forţată prin: • difuzie; • convecţie termică; • contact cu aerul înconjur ător prin răsturnarea grămezilor. Cu ventilaţie forţată prin injectare sau prin sucţiune • lănci de aerisire în gr ămadă ; • soluri de aerisire sub gr ămadă. Compostarea în grămezi deschise Manual privind activitatile specifice din domeniul gestiunii deseurilor municipale


26

Compostarea în grămezi deschise f ără ventilaţie forţată este metoda aplicabilă cu cel mai redus efort tehnic. De aceea compostarea în gr ămezi deschise se recomandă, dacă se iau în considerare mijloacele financiare limitate ale acestei metode, ca utilizare standard sau de dezvoltare în România. Durata fermentaţiei este de 3-6 luni, în funcţie de frecvenţa răsturnării. Utilizarea poate avea loc cu succes la întreprinderi de salubrizare mai mici sau ca instala ţie descentralizatp a compostării deşeurilor biologice în mai multe puncte de amplasare ale zonei de salubrizare. M ărimea instalaţiei este limitată de obicei la < 10.000 Mg/a. Pentru protecţia contra intemperiilor şi comparabilitatea conţinutului în ap ă al compostului, un acoperiş este bine venit. Astfel se reduce cantitatea apei de infiltra ţii. R ăsturnarea grămezilor se realizează prin maşini automate sau manevrate. Agregatele pot fi dotate cu dispozitive de irigare. Grămezile triunghiulare, la sistemele productive, sunt parcurse în direc ţie longitudinală de un rulor compactor cu cupe şi astfel sunt amestecate şi aerisite simultan. Aparatul, care se întinde deasupra gr ămezii în formă de pod şi care este deservit de pe pod, merge pe ro ţi sau şenile. Grămezile trapezoidale sunt dărâmate pe de-o parte cu aparate de rulare şi construite din nou în paralel. Fig. 23 − 7: Aparat de răsturnare pentru grămezi din compostarea deschisă



27

Compostarea în grămezi cu hală închisă Instalaţii mai mari de compostare sunt construite încapsulat în hale închise, adeseori pentru evitarea mirousurilor. Pentru a men ţine redusă suprafaţa de fermentaţie şi deci şi suprafaţa halei, se folosesc grămezi plate compacte şi cât mai înalte. Acestea sunt răsturnate în hala închis ă prin sisteme de roţi cu cupe sau amestecate cu freza cu melc. Instalaţiile încapsulate sunt dotate cu ventila ţie prin injectare sau sucţiune, deoarece aceste sisteme înalt tehnologizate trebuie utilizate cu un grad ridicat de eficien ţă. La o durată de tratare de 1,5−3 luni, aceste instala ţii pot produce composturi cu grad III − IV de fermentaţie.

Fig. 23 − 8 Maşină de răsturnareKOCH (randament până la 200 m³/h) 23.4.2.4.2. Compostare în tunel sau şiruri La această metodă de compostare, compostul este aşezat în direcţie longitudinală în spaţii de tratare sub formă de tunel sau jgheab (şiruri) şi tratate în acest timp. Şirurile de fermenta ţie în formă de jgheab au pereţi solizi. Şirurile pot fi ventilate individual. Un aparat de r ăsturnare răstoarnă compostul separat în fiecare şir. Manual privind activitatile specifice din domeniul gestiunii deseurilor municipale


28

La compostarea în tunel şirurile sunt acoperit deasupra şi astfel „încapsulate“ în ceea ce priveşte răspândirea emisiilor. Conducerea aerului rezidual este astfel optimizată. După 1-3 luni se pot obţine composturi până la gradul IV. irigare

compost

ventialre

Fig. 23 − 9: Compostare în tunel Bioferm. Aparat de amestecare şi transport, sursa: Firma Umweltschutz Nord GmbH 23.4.2.4.3. Compostarea în boxe Compostarea în boxe reprezintă o variantă a fermentaţiei intensive, din care se obţine un compost verde de grad I − II. După această fermentaţie intensivă se realizează de obicei pregătirea în continuare a compostului pân ă la gradul III, IV sau V într-o postfermentaţie. Aceasta se realizează prin compostarea cu grămezi trapezoidale sau plate. Camerele de fermenta ţie (reactoarele) din compostarea în boxe au un volum de cca. 60 m³. Procesul de fermentaţie intensivă din aceste reactoare durează una până la două săptămâni. Procesul se realizează la ventilaţie forţată prin solul permeabil al boxelor. Aerul rezidual din spaţiul închis al reactoarelor este colectat complet şi tratat (dezodorizat).



29

În procesul scurt de fermentaţie intensivă este dorit a se realiza un înalt randament de descompunere a materialului organic, de aceea este necesar ă o reglare optimă a parametrilor procesului. Simultan, trebuie s ă se asigure o igienizare a materialului. Pentru atingerea acestor obiective, conditiile de mediu specifice fermentaţiei sunt supravegheate cu ajutorul computerului, iar con ţinutul de CO2, de O2 şi temperatura trebuie sa se situeze in limite standardizate. Prin supravegherea continua a acestor parametrii şi a performanţei de aerisire, procesul de fermentaţie poate fi optimizat, astfel încât s ă ia naştere un minim de emisii gazoase, iar apa de infiltra ţii din sistemul închis este colectat ă şi reintrodusă în proces. 23.4.2.4.4. Compostarea în containere Spre deosebire de compostarea în boxe, la aceast ă metodă fermentaţia intensivă se realizează nu în reactoare fixe, ci în recipiente mobile (containern) cu un volum de cca. 22 m³. Celelalte componente ale procesului sunt asem ănătoare. Containerele sunt umplute cu de şeu biologic şi transportate către locul de fermentaţie. Aici sunt racordate la conductele de conducere (aer proasp ăt, aer rezidual, apă de infiltrţii). Metoda poate fi de asemenea caracterizat ă ca „încapsulată “. După deschiderea containerelor de fermenta ţie, compostul este aşezat în grămezi pentru faza postfermentaţiei şi tratat în continuare. 23.4.2.4.5. Compostarea în tambur Compostarea în tamburul rotitor trebuie caracterizat ă fermentaţie intensivă, unde procesul de fermentaţie este continuat până la igienizarea completă. Durata de tratare se limitează la una până la şapte zile. Prin depozitarea continuă a materialului în tambur se ajunge la o amestecare optim ă şi deci la o bună aerisire a materialului. aprovizionarea cu O2 este eventual sprijinită de ventilaţia forţată. Compostarea în tambur este o metodă tipică de prefermentare – înaintea fermentării propriu-zide în grămezile plate sau trapezoidale. Metoda conduce la o mărunţire şi amestecare bune ale materialului şi de aceea are o largă răspândire la pretratarea deşeului rezidual şi a gunoiului în totalitate. 23.4.2.4.6. Compostarea în ricoşeu Metoda cu ricoşeu este oferită de firma Rethmann. Se deosebe şte esenţial de toate metodele de compostare deoarece materialul destinat ferment ării nu este tratat sub formă de grămadă sau material în vrac, ci deşeurile biologice presate sunt supuse unei descompuneri puternice prin ciuperci. Corpurile presate sunt depozitate pe palete în hale de fermenta ţie şi se încălzesc aici în procesul de fermenta ţie până la 70°C.



30

Corpurile presate au un con ţinut de apă de pornire de 50−62%. Paralel cu descompunerea biologică, ele se usucă prin transport capilar la suprafaţa materialului presat. Conţinutul final de ap ă este de cca. 20%. După cca. 1−1 ½ luni, materialele presate preiau o form ă uscată stabilă şi demonstrează o reactivitate caracterizată de o capacitate scăzută de a prelua apă. 23.4.3. Fermentarea deşeurilor biologice 23.4.3.1.

Tipurile de deşeuri care fermentează

Structura şi consistenţa deşeurilor biologice din locuin ţe, unităţi de producţie şi agricultură nu sunt unitare. De şeurile pot avea formă solidă, lichidă sau pastoasă. Instalaţiile de pregătire şi tehnologia centrală de tratare trebuie să fie coordonate în funcţie de ce structură conţine deşeurile pentru tratarea biologic ă. Materialul bogat în structură poate fi trata cu ajutorul compostării. Materialul nestructurat nu este potrivit mai ales din cauza unui aport suficient de oxigen. De şeurile f ără structură care pot fi descompuse biologic ar trebuie să fie supuse de aceea tratării anaerobe (fermentare). Ca material de input caracteristic pentru tratarea anaerob ă pot fi considerate următoarele nămoale şi deşeuri care pot fi descompuse biologic: deşeuri biologice din bucătării mari, restaurante si cantine ; • deşeuri biologice din gospodării (atâta timp cât acestea nu sunt supuse • compostării necostisitoare, prin amestecarea cu de şeul verde) ; deşeuri biogene din unit ăţi de producţie; • • deşeuri cu conţinut de grăsimi şi uleiuri de origine nonmineral ă ; urină şi excremente lichide. • Tehnica de tratare a fermenta ţiei trebuie aleas ă pe baza următoarelor criterii: conţinut în apă; • • conţinut în azot; conţinut în grăsime; • cerinţe legate de igienizare; • omogenitatea materialului de input (compozi ţia şi concentraţia anumitor • grupe de material). Emisiile de gaze sin procesul de fermentaţie sunt stabilite prin compoziţia materialului de input. De şeurile bogate în grăsimi şi albumină favorizează produsul de gaze. Conţinutul în substanţă uscată al deşeului joacă aici un rol esenţial.



23.4.3.2.

31

Echiparea şi funcţionarea staţiilor de fermentare

23.4.3.2.1. Parametri de bază tehnico-metodologici şi parametri ai procesului Desf ăşurarea procesului în cadrul utiliz ării înalt tehnologice a fermentării pentru tratarea deşeului din localităţi se împarte în două etape principale succesive: etapa pretratarii mecanice în această etapă sunt separate, prin tehnic ă de separare mecanică uscată sau mărunţite, materialele care nu fermenteaz ă sau care dăunează fermentării (impurităţi). Obiectivul este obţinerea unei cantităţi omogene cu un con ţinut cât mai mare de substanţe care se pot descompune uşor, în care s ă fie antrenat cât mai pu ţin balast. După separarea impurităţilor mai mari, de şeul este mărunţit în etapa mecanic ă, prin care suprafaţa specifică a materialului se m ăreşte şi deci se realizează o accelerare a proceselor biologice. Simultan se îmbun ătăţeşte capacitatea de transport şi omogenitatea în spiritul unei tehnici metodologice optime. etapa tratării biologice în această etapă a procesului se realizează determinarea componentelor materialelor care pot fi descompuse biologic înainte de procesul de fermentare propriuzis, ca şi posttratarea resturilor din fermentaţie în vederea stabilizării. Epuizarea materialelor valorificabile se realizeaz ă prin valorificarea resturilor de fermentaţie compostate, ca şi prin captarea gazelor din fermentare, valorificate, la rândul lor, energetic. !

!

Metodele ofertanţilor de instalaţii înalt tehnologice pentru fermentarea de şeurilor din localităţi se deosebesc mai ales din perspectiva • temperaturii procesului; alcătuirii reactoarelor şi recipientelor; • conţinutului în ap ă al materialului din fermenta ţie ; • tehnicii metodologice pentru amestecarea materialului din fermenta ţie. • Temperatura procesului În funcţie de temperatura procesului se realizează o ordonare în proces mezofil cu un interval de temperatură de 35 – 40°C • • proces termofil cu un interval de temperatură de 55 – 60°C În intervalele de temperatur ă numite, diferite tipuri de microorganisme participante la procesul de fermentare î şi ating maximul de descompunere a materialelor.



32

Deoarece reactorul de fermentare pentru varianta termofil ă a procesului trebuie să fie încălzit mai puternic, rezultatul este prost din perspectiva energiei. O parte a gazului obţinut este refolosit în interiorul procesului. La procesul termofil este avantajoasă perioada mai redusă de reacţie. Alcătuirea reactoarelor şi recipientelor Fiecare etapă a cineticii de reacţie la fermentare se poate desf ăşura împreună cu celelalte sau în compartimente de reactor separate. Prin separarea etapelor procesului integral rezultă posibilitatea optimizării reacţiei. Procesul integral al ferment ării se accelerează astfel. Totuşi, efortul tehnic este aici mai mare, iar costurile pentru investiţie, funcţionare şi întreţinere – corespunzătoare. Deosebim: metoda cu o singură etapă: aici hidroliza, alterarea şi formarea gazelor • (metanizare) au loc în acela şi recipient; • metoda cu două etape: aici hidroliza şi alterarea se produc în acela şi recipient, iar formarea gazelor (metanizarea) se produce într-un al doilea recipient; metoda cu trei etape: aici metodei cu dou ă etape i se adaugă un al treilea • reactor pentru sprijinirea unei descompuneri mai puternice a fibrelor celulozice. Conţinutul în apă al materialului din fermenta ţie În funcţie de conţinutul în apă deosebim între metoda umedă, unde substanţa uscată este < 20 % din greutate; • metoda uscată, unde substanţa uscată este > 30 % din greutate. • Conţinutul în substanţă uscată determină volumul reactorului, necesar pentru fluxul de realizat dintr-o substan ţă de fermentare – în cursul trat ării. Astfel, la metoda umedă, necesarul de volum de recipient este mai mare. Acestui dezavantaj i se opune avantajul că la metoda umedă transportul se poate face prin echipamentele convenţionale ale tratării nămolurilor de la staţia de epurare. În plus, la metoda umedă, amestecarea de către reactor este îmbunătăţită. Tehnica metodologică pentru amestecarea materialului din fermenta ţie În mare, tehnicile sunt urm ătoarele: malaxoare pentru amestecare mecanic ă; • amestecare pneumatică prin reintroducerea biogazului în reactor • (recirculare); împrejmuirea reactoarelor, eventual cu recircularea suspensiei din • fermentare.



33

23.4.3.2.2. Cerinţe tehnice generale pentru construirea şi funcţionarea instalaţiilor de fermentare Necesarul de suprafaţă La instalaţiile de tratare anaerobă a deşeurilor, necesarul de suprafa ţă este cu cca. 15% mai mic decât la staţiile de compostare. In funcţie de metodă, acest avantaj al tehnicii anaerobe se poate mări. Necesarul de suprafaţă pentru o instalaţie de fermentare pentru 15.000 Mg deşeu biologic/an Livrare 500 m² Pregătire 600 m² 1.500 m² Fermentare inclusiv postfermentaţie Pregătirea compostului 400 m² Suprafaţa de depozitare a compostului fermentat 2.000 m² Rezervoare de gaz, f ăclie 400 m² Biofiltru 250 m² Suprafaţa totală (f ără suprafeţele carosabile) 5.650 m² Ape uzate Materialele reziduale de la fermentare p ărăsesc reactorul cu un con ţinut mare în apă. Înainte de continuarea tratării lor (postcompostare) trebuie să fie deshidratate. Apa uzată formată poate fi încărcată cu substanţe organice şi anorganice. În func ţie de metodă, rezultă cantităţi specifice de ape uzate, după cum urmeazăt:



34

Cantităţi specifice de ape uzate [Litru/Mg de input]

BTA-o etapă BTA-2 etape

Fig. 23 − 10:

PAQUES

THYSSEN

WABIO

KOMPO

DRANCO

Cantităţi specifice de ape uzate în funcţie de metodă, cf. KERN, MÜLLER, WIEMER (1994)

Valoarea medie este între 225 şi 450 l/Mg de deşeu biologic introdus, cu valori NOC între 1.250 şi 5.000 mg/l. Substanţele din apa uzată pot fi în mare parte greu de descompus. Raportul BSB5 /NOC este mic, cu valori de 0,05 până la 0,2 gering. Compoziţia apei uzate este asemănătoare celei a apei de infiltraţii de la deponia de gunoi menajer. În bilan ţul apelor uzate trebuie luate în considerare apa din postcompostare şi eventual conţinuturile în ap ă ale materialului de input. Emisii de miros prin aerul uzat La metoda tratării anaerobe a de şeurilor biologice trebuie ţinut cont de emisiile de miros. Sectoare unde trebuie avut în mod special grij ă sunt • sectorul de descărcare (golirea gunoierelor) ; • pregătirea de şeului proaspăt; • pregătirea resturilor din fermenta ţie; • postcompostare (fermentare aerobă); • confecţionare (cernere, ambalare) a compostului finit. Punctul de descărcare şi sectoarele de preg ătire trebuie să fie încapsulate, adică împrejumite de o hală închisă. Aerul uzat încărcat cu substanţe mirositoare poate fi astfel colectat şi apoi epurat în biofiltre. Compostarea r ămăşiţelor fermentării are loc de asemenea în sistem închis, unde se utilizeaz ă sistemele de fermentare intensivă (de ex containere de fermentare). Confec ţionarea produsului final are loc de cele mai multe ori în aer liber. Etapa de fermentare propriu-zisă nu produce aer uzat de tratat, deoarece are loc în sistem închis. Manual privind activitatile specifice din domeniul gestiunii deseurilor municipale


23.4.3.3.

35

Metode de fermentare

Se vor prezenta aici instalaţii de referinţă pentru diferitele tipuri de metode, iar, pe baza acestor instalaţii, realizate printr-un etalon înalt tehnic, se vor detalia metodele. EXEMPLE DE METOD Ă/INSTALAŢIE Tip de metodă

Metodă / producător

Locaţie

Începerea funcţionării

Proces mezofil metodă uscată, cu o sg. etapă, mezofilă, amestecare pneumatică

metodă umedă, cu o sg. etapă, mezofilă, amestecare mecanică metodă umedă, cu două etape, mezofilă, amestecare mecanică

VALORGA

Amiens (Franţă)

Octombrie 1988

WABIO / VAASA

Vaasa (Finlanda)

Martie 1990

Helsingør (Danemarca) Breda (Olanda) Zobes (Germania)

August 1987

DRANCO

Brecht (Belgia)

Iunie 1992

KOMPOGAS

Rümlang (Elveţia)

Ianuarie 1992

BTA PAQUES DSD − CTA

Septembrie 1991

1987

Proces termofil metodă uscată, cu o sg. etapă, termofilă, recirculare a conţinutului reactorului, reactor vertical metodă uscată, cu o sg. etapă, termofilă, amestecare mecanică, reactor orizonatal



36

23.4.3.3.1. Tip de metodă: metodă uscată , cu o singură etapă , mezofilă Instalaţia VALORGA din Amiens (Franţa) are un debit anual de 55.000 t de gunoi menajer nesortat. Deşeul este tratat aici anaerob, timp de 15-20 de zile. Pretratare În etapa pretratării, deşeul este mărunţit şi se operează o separare în frac ţiuni • Gaz / materiale inerte (pentru deponie); Metale feroase (pentru valorificare); • Fracţiune organică, fină (pentru fermentare). • Fermentare Reactorul cu o singură etapă este încărcat cu deşeu conţinând substanţă uscată în proporţie de 30−35 % din greutate. Fermentarea se realizeaz ă la 37°C la o funcţionare continuă. Biogazul obţinut este condensat şi trecut de mai multe ori prin reactor (recirculare). Posttratare a resturilor din fermentaţie Resturile sunt deshidratate la 50% din greutate mas ă uscată. Printr-o postfermentare de 6 luni se ob ţine un compost de fermentaţie, utilizat în viticultur ă. 23.4.3.3.2. Tip de metodă: metodă umedă , cu o singură etapă , mezofilă Instalaţia WABIO din Vaasa (Finlanda) are un debit anual de 2 1.000 t de gunoi menajer şi de 5.000 t de n ămol de la staţia de epurare. Deşeul este tratat anaerob pentru 15−20 de zile. Pretratare În această etapă deşeul este mărunţit şi separat pe fracţiuni (pentru deponie); • Fracţiune inflamabil ă (pentru valorificare); • Metal feros (pentru deponie) ; • Fracţiuni mari (pentru fermentare). • Fracţiune organic ă Fermentare Gunoiului menajer i se adaug ă nămol de la staţia de epurare şi apă din proces. Staţionează cca. 24 de ore în recipientul de preg ătire. Reactorul într-o singur ă etapă este încărcat cu suspensia de nămol şi gunoi menajer, cu un con ţinut de 15% din greutate substanţă uscată. Suspensia fermentează la cca. 35°C. Biogazul obţinut este condensat şi circulă de mai multe ori prin reactor (recirculare). Func ţionarea este continuă. Posttratare a resturilor din fermentaţie Manual privind activitatile specifice din domeniul gestiunii deseurilor municipale


37

Resturile se deshidratează până la cca. 45% din greutate mas ă uscată. Materialul este depozitat ecologic sau poate fi utilizat pentru recultivarea deponiilor. 23.4.3.3.3. Tip de metodă: metodă umedă , cu două etape, mezofilă Instalaţia BTA din Helsingør (Danemarca) are un debit anual de 20.000 t de deşeu biologic. Deşeul este tratat aici anaerob timp de 4−6 zile, ceea ce este o caracteristică a metodelor cu mai multe etape. Pretratare În această etapă deşeul este mărunţit, fracţiunile metalice feroase (impurit ăţi din aruncări greşite) sunt separate prin magnet şi valorificate. Prin adaosul apei din proces se obţine o suspensie, din a cărei greutate 10% reprezintă masă uscată. Din suspensie sunt extrase materialele u şoare flotante şi cele grele, decantate şi îndepărtate la deponie. Suspensia de de şeu biologic este pretratată termic-alcalin, timp de cca. o or ă, la 70 °C. Efecte pozitive asupra randamentului de descompunere în procesul de hidroliz ă ulterior are o valoare a pH-ului mai mică. Fermentare Procesul de fermentare în dou ă etape se realizează la funcţionare continuă în • Rectorul de hidroliză (10% din greutate substan ţă uscată, 35°C) ; • Reactorul de metanizare (< 1% din greutate substanţă uscată, 35°C). Hidroliza se realizează eficient la un pH scăzut, metanizarea – la o valoare neutr ă a pH-ului. Posttratare a resturilor din fermentaţie Resturile sunt deshidratate până la cca. 50% din greutate mas ă uscată. Postfermentarea se realizează pe o durată mică (una până la patru săptămâni în funcţie de destinaţia compostului). Valorificarea compostului din fermentaţie se face în grădini. 23.4.3.3.4. Tip de metodă: metodă uscată , cu o singură etapă , termofilă , cu recirculare Instalaţia DRANCO din Brecht (Belgia) are un debit anual de 10.000 t de deşeu biologic. Deşeul este tratat aici anaerob pentru un timp de 18-21 de zile. Pretratare Deşeul biologic este mărunţit şi separat într-un ciur rotativ în frac ţiunile Manual privind activitatile specifice din domeniul gestiunii deseurilor municipale

valorificarea deseurilor

Recommend Documents