11. prosince 2009, Brno Připravil: Ing. Pavel Mach, DiS. Technika zpracování odpadů

Transkript

1 11. prosince 2009, Brno Připravil: Ing. Pavel Mach, DiS. Technika zpracování odpadů Technika a technologie kompostování organických odpadů

2 strana 2 Historie kompostování jedna z nejstarších recyklačních technologií římský učenec Collomela popsal jak mají být odpady ze zemědělství míchány, vrstveny, překopávány a využity jako hnojivo pojmenování kompost vzniklo z latinského slova composta (compostium skladba) k rozvoji kompostování došlo v důsledku intenzivního využívání půdy a potřeby dalších zdrojů živin počátkem 80. let 20. století se ve větší míře začíná uplatňovat speciální technika pro kompostování, nastává hlubší povědomí nutnosti péče o půdu a životní prostředí

3 strana 3 Kompostování aerobní biologický rozkladný proces, kterým napodobujeme odbourávání a přeměny organických látek v přírodě (rozklad a humifikace) a urychlujeme je primárním účelem je rozložit původní organické látky v kompostovaných surovinách a odpadech a převést je na stabilní humusové látky, které se aplikací do půdy přetváří na půdní humus kompost směs organických a minerálních látek oživená užitečnou mikroflórou, v níž probíhají nebo již proběhly procesy biologického rozkladu a humifikace

4 strana 4 Kompost směs organických a minerálních látek oživená užitečnou mikroflórou, v níž probíhají nebo již proběhly procesy biologického rozkladu a humifikace čerstvý kompost zralý kompost

5 strana 5 Druhy kompostů statkové chlévská mrva, hnůj, sláma, natě, znehodnocená krmiva zemina, rybniční bahno kejda, močůvka průmyslové domovní odpady, průmyslové odpady čistírenské kaly zemědělské odpady speciální (zahradnické) listí (listovka) drny (drnovka) vřes (vřesovka)

6 strana 6 Způsoby kompostování polní zakládky stálé kompostárny biofermentory vermikomposty domácí kompostování

7 strana 7 Proces kompostování Základem procesu kompostování je biodegradace organické hmoty vlivem působení aerobních mikroorganismů v kombinaci s některými dalšími chemickými reakcemi. Zastoupení mikroorganismů není stálé a je závislé na složení kompostu a stupni humifikace (Groda et al., 1995).

8 strana 8 Průběh kompostování téměř stejný u všech variant kompostování odlišnost je pouze v rychlosti probíhajících dějů pro začátek kompostovacího procesu musí být připravena směs optimálního složení a vhodné konzistence poměr C : N 30 až 35 : 1 vlhkost 50-70% provzdušnění kyprost a vlhkost různorodost materiálu zrnitost a homogenita teplota, ph (6-8) technologický proces

9 strana 9 Materiál je příliš suchý Optimální vlhkost materiálu Materiál je příliš vlhký

10 strana 10 Fáze kompostovacího procesu Kompostování je kontinuální proces u kterého nelze přesně vymezit jednotlivé časové úseky a průběh tlení, ale lze jej rozdělit do tří základních fází, jež jsou od sebe snadno rozeznatelné. fáze rozkladu ( mineralizace ) fáze přeměn fáze syntézy ( zralosti )

11 strana 11 Fáze rozkladu délka 3-4 týdny teplota ve středu kompostu stoupá na 50 až 70 C rozklad lehce rozložitelných sloučenin, např. cukry, bílkoviny a škrob konečným produktem rozkladu jsou malé stavební kameny - např. dusičnany, oxid uhličitý, čpavek, aminokyseliny živiny vázané v organické hmotě se uvolňují a zčásti přecházejí až do původní minerální formy

12 Rozdělení teplot v kompostu strana 12

13 strana 13 Fáze přeměn délka 5-7 týdnů teplota pozvolna klesá mineralizované živiny jsou jako základní kameny zabudovány do humusového komplexu původní vzhled, struktura a pach hmoty se ztrácí kompost získává stejnoměrně hnědou barvu, drobtovitou strukturu a má lehkou vůni po lesní zemině v tomto stádiu má kompost nejlepší hnojařský účinek

14 strana 14 Fáze syntézy teplota klesá na hodnotu teploty okolí kompost získává stále více zemitou strukturu živný humus se přeměňuje na trvalý humus hnojařský účinek je slabší (živiny jsou pevněji vázány) zvyšuje se kvalita a stabilita humusu

15 Graf průběhu teploty a fáze tlení v průběhu kompostování strana 15 Fáze rozkladu Fáze přeměn Fáze syntézy

16 strana 16 Celkové snížení hmotnosti od začátku procesu kompostování, včetně ztrát při zpracování, může dosáhnout až 60%. Pokles objemu je ještě větší z důvodu zhutnění materiálu.

17 strana 17 Materiály vhodné pro kompostování Z dostupné literatury i praktických znalostí lze vyvodit, že ke kompostováním je možné použít jakýkoliv materiál, který podléhá biologickému rozkladu, tj. všechno, co vzniká na zahradě, v domácnosti, v rostlinné a živočišné zemědělské výrobě apod.

18 Zdroje materiálů do zakládky kompostu strana 18

19 strana 19 rostlinné odpady ze zahrady tráva, celé rostliny, listí, větve stromů a keřů, odpady ze sklizně zeleniny, sláma, piliny, dřevní popel atd. organické odpady z domácnosti květiny, zbytky ovoce a zeleniny, kávová sedlina, skořápky, srst, vlna atd. odpady z chovu zvířat chlévská mrva, kejda, exkrementy, podestýlka atd. kaly z čistíren odpadních vod

20 strana 20 Materiály zcela nevhodné do kompostu textilie, sklo, umělé hmoty (s výjimkou tzv. kompostovatelných plastů) popel briket a uhlí, dřevo ošetřené lakem, sáčky z vysavačů, chemikálie, léky, zbytky masa, kosti, oleje, mléčné výrobky apod.

21 strana 21 Skladba kompostovací zakládky Surovinová skladba kompostu a technologie jeho výroby by měla být optimalizována tak, aby výsledný produkt procesu kompostování obsahoval co nejvíce humusových látek s převahou humínových kyselin a svým účinkem dlouhodobě zvyšoval úrodnost půdy. Výsledný produkt by měl být odolný dalšímu intenzivnímu rozkladu a poměr C:N by měl být u vyzrálého kompostu maximálně 30:1.

22 strana 22 Surovinovou skladbu kompostu lze optimalizovat: výběr odpadů a hmot, určení jejich hmotnosti, odhad vlhkosti, obsahu organických látek, dusíku a P 2 O 5 jednotlivých odpadů a hmot, propočet složení kompostové zakládky (vlhkost, N, P 2 O 5, C:N), korekce surovinové skladby, propočet opravené surovinové skladby zakládky, odhad ztrát v průběhu zrání kompostu, výpočet předpokládaného množství a složení kompostu.

23 strana 23 Vlhkost [%], obsah organické hmoty a živin [% suš.] v materiálech vhodných do kompostu vlhkost org. látky N P 2 O 5 K 2 O CaO MgO Chlévská mrva skot ,8-1,1 1,1-1,4 2,5-2,9 2,0-2,4 0,4-0,7 Chlévská mrva koně ,9-2,5 1,0-1,3 1,9-2,3 1,1-1,3 0,2-0,5 Chlévská mrva ovce ,5-3,0 0,7-1,0 2,0-2,3 0,8-1,1 0,1-0,4 Močůvka * 0,1-0,9* 0,0-0,1* 0,1-1,7* 0,0-1,1* 0,0* Kejda prasat ,0-6,7* 0,5-0,7* 0,13-0,14* 0,19-0,27* 0,18-0,2* 0,05-0,06* Kejda skotu ,5-5,7* 0,3-0,4* 0,06-0,1* 0,25-0,4* 0,1-0,12* 0,03-0,04* Kejda drůbeže ,1-11,4* 1,0-1,2* 0,28-0,3* 0,4-0,42* 1,0-1,11* 0,06-0,1* Sláma obilovin ,96 0,4-0,6 0,1-0,3 0,9-1,1 0,3-0,4 0,1-0,2 Sláma řepky ,5-0,7 0,2-0,3 1,1-1,4 1,2-1,5 0,2-0,3 Nať brambor ,7-0,8 0,2-0,3 1,3-1,6 0,2-0,4 0,1-0,2 Listí ,9-1,5 0,1-0,2 0,2-0,5 1,7-3,0 0,1-0,2 Odpad zeleniny ,5-2,5 0,8-1,3 1,0-2,0 0,8-2,0 0,2-0,4 Stařina luk ,8-1,0 0,4-0,6 1,0-1,8 0,9-1,7 0,1-0,2 Výhozy z příkop ,3-0,6 0,3-0,5 0,4-0,7 2,0-7,0 0,6-1,2 Kuchyňský odpad ,2-2,3 0,3-0,7 0,4-0,8 1,9-3,00 0,3-0,6 Výlisky z ovoce ,1-0,6 0,1-0,3 0,3-0,6 0,1-0,3 0,0-0,1 Piliny ,0-0,2 0,0-0,2 0,0-0,1 0,1-0,2 0,0 Stromová kůra ,2-0,4 0,0-0,2 0,0-0,3 0,1-0,3 0,0

24 strana 24 Vlhkost [%], obsah organické hmoty a živin [% suš.] v materiálech vhodných do kompostu Zemina cukrovarnická a škrobárenská vlhkost org. látky N P 2 O 5 K 2 O CaO MgO ,1-0,2 0,1-0,4 0,2-1,2 2,06,0 0,0-0,3 Šáma cukrovarnická ,2-0,5 0,7-1,0 0,1-0, ,0-4,5 Kanalizační kal ,0-4,5 0,6-1,3 0,3-0,8 2,5-10,4-1,0 Jímkový kal ,2-4,0 0,5-1,2 0,3-0,8 1,5-6,0 0,2-0,4 Popel ze dřeva ,0-0,1 2,0-4,0 6, ,0-7,0 Vytříděný bioodpad ,2-1,9 0,2-0,5 0,3-0,6 1,5-2,5 0,2-0,5 Pazdeří ,4-0,7 0,0-0,1 0,0-0,1 0,3-0,5 0,0 Rybniční bahno ,3-0,6 0,2-0,3 0,4-0,6 2,5-3,5 0,1-0,5 Lihovarnické výpalky ,9-3,3 1,1-1,4 6,0-6,5 0,1-0,3 0,0-0,1 Kostní škrob ,4-1, ,1-0, ,0-6,0 Hnědouhelný prach ,2-0,7 0,0-0,3 0,1-0,3 0,2-0,8 0,1-0,2 Odpad mlýnský, krmivářský ,8-1,3 0,2-0,5 0,3-1,0 0,9-4,0 0,1-0,3 Rašelina ,2-3,0 0,1-0,2 0,1-0,3 0,5-1,0 0,1-0,3 Jateční odpad ,0-9,0 0,2-0,4 0,2-0,6 0,6-1,0 0,1-0,3 Kukuřičná sláma ,5 0,2 Odpadní dřevo, réví ,2 0,0

25 strana 25 Základní pravidla kompostování Téměř všechny organické odpady z domácnosti a zahrady jsou vhodné ke kompostování, nejsou-li znečištěny škodlivými látkami. Při zakládání kompostu musí být dbáno na vyvážený poměr mezi materiálem bohatým na dusík a materiálem bohatým na uhlík. Rozdrcení materiálu před založením kompostu urychluje tlení a usnadňuje práci s kompostem. Místo pro kompostování by mělo být voleno v polostínu a dostupné za jakéhokoliv počasí.

26 strana 26 Vzduch potřebný ke tlení se dostává do kompostu, když materiál ke kompostování zakládáme v kyprém stavu na vrstvu rozdrcených zbytků dřevin. K urychlení tlení stačí, když je do zakládky přimícháno malé množství zahradní půdy nebo již vyzrálého kompostu. Při zakládání a v průběhu kompostování dbáme na stejnoměrnou vlhkost materiálu. Aby kompostované materiály vlivem slunce a větru nevysychaly a živiny se vlivem deště nevyplavily, zakryjeme kompost půdou nebo vrstvou trávy.

27 strana 27 Přehazováním během kompostování se materiály znovu promíchají a do kompostu se dostává vzduch. Podle počátku, zastoupení materiálů, a také účelu použití lze kompost používat již po třech až šesti měsících.

28 strana 28 Kompostovací technologie Z technologického hlediska se rozlišují tři hlavní způsoby výroby kompostů: kompostování v plošných zakládkách kompostování v pásových zakládkách intenzivní kompostovací technologie kompostování v biofermentorech (bioreaktorech) kompostování v boxech nebo žlabech

29 strana 29 Kompostování v plošných zakládkách nejstarší kompostovací technologie kompost se zakládal z vrstev chlévské mrvy, slámy a dalších odpadů do výšky 0,50 m a zpravidla byl zavlažován močůvkou překopání hlubokou orbou zakládka byla po dobu 2-3 roky využívána jako tzv. tučný hon k pěstování krmných plodin nebo teplomilných zelenin po zrušení tučného honu kompost rozvezen na zbývající části pozemku

30 strana 30 Kompostování v pásových zakládkách kompostovaný materiál se vrství do pásových hromad trojúhelníkového nebo lichoběžníkového průřezu délka hromad je omezena délkou stanoviště minimální doporučená šířka je 2,0 m z technického hlediska bývá běžná šířka 2,5 m až 4,0 m výška profilu je dána charakterem materiálu (zrnitost, sypný úhel, vlhkost)

31 Trojúhelníkový profil pásové hromady kompostovací zakládky strana 31 šířka pásové hromady - B výška profilu - H 2,0 m 1,1 1,2 m 2,5 m 1,3 1,5 m 3,0 m 1,5 1,8 m 4,0 m 2,2 m

32 Trojúhelníkový profil pásové hromady kompostovací zakládky strana 32 Výhody: lepší uplatnění komínového efektu, tj. přirozené provětrávání lepší odvod tepla, kompost se nepřehřívá Nevýhody: ztížená aplikace kejdy do zakládky silná zranitelnost deštěm doporučená šířka zakládky do 2,5 m; při šířce nad 3,0 m je potřebné častější překopávání

33 Lichoběžníkový profil pásové hromady kompostovací zakládky strana 33 šířka pásové hromady - B výška profilu - H 3,0 6,0 m 1,5 2,5 m

34 Lichoběžníkový profil pásové hromady kompostovací zakládky strana 34 Výhody: lepší využití ploch lepší udržení teploty menší zranitelnost deštěm lepší aplikace tekuté složky Nevýhody: výrazně horší provětrávání profilu nutnost častějšího překopávání

35 Kompostování v plošných zakládkách strana 35 doba zrání v pásových hromadách 3-6 měsíců délku trvání ovlivňuje zejména surovinová skladba, homogenita zakládky, kvalita a počet překopávek a také třeba roční období urychlení celého procesu lze docílit: optimalizací surovinové skladby, sledováním procesních podmínek, mechanizací rozhodujících operací v technologickém procesu, zakrýváním kompostovacích hromad geotextilií.

36 strana 36 Intenzivní kompostovací technologie všechna tato zařízení intenzifikují především první rozkladnou fázi intenzifikace provzdušnění vede k dosažení vyšších teplot a tím ke zkrácení celé fáze intenzivní proces v první fázi nabourá svou razancí organickou hmotu takovým způsobem, že i další fáze kompostování proběhnou rychleji rozeznávají se dva typy zařízení pro intenzivní kompostování: polouzavřená kompostovací zařízení boxy, žlaby uzavřená kompostovací zařízení bioreaktory

37 strana 37 Kompostování v kompostovacích boxech polouzavřená kompostovací zařízení umístěny pod střechou z důvodu ochrany zakládky před převlhčením deštěm z betonových monolitických desek délky m, šířky 3-4 m a výšky 2,5-3 m čelo každého boxu je otevíratelné zavlažovací zařízení zabezpečující potřebnou vlhkost provzdušňování materiálu zajišťují ventilátory, které vhání vzduch přes rošty na dně boxů

38 Kompostování v kompostovacích boxech strana 38 překopávací zařízení je neseno na jeřábové kočce a zasáhne snadno kterékoliv místo v každém boxu pracovním orgánem překopávače je šroubovice opatřená trny, které zabezpečují průběžnou mechanickou destrukci částic doba kompostování v 1 boxu trvá 2-4 měsíce

39 Kompostování v kompostovacích boxech strana 39 Schéma kompostovacího zařízení pro kompostování v boxech

40 strana 40 Kompostování v kompostovacích žlabech kompostovací prostory mají tvar žlabů nad žlabem se pohybuje mobilní provzdušňovací a homogenizační zařízení přijímací bunkry umožňují míchání různých surovin a optimalizaci zakládky zavážecí zařízení je nepojízdné a je umístěno na jednom konci žlabu zavážení kompostu se provádí jednou až dvakrát denně systém ROYER žlaby šířky 2,8 m, výšky 2,5 3,0 m BACKHUS žlaby šířky 3,0 4,5 m, výšky 2,0 m

41 Kompostování v kompostovacích žlabech strana 41 Schéma kompostování v kompostovacích žlabech

42 strana 42 Kompostování v bioreaktorech zcela uzavřené aparáty kontejnerového typu ve tvaru boxu nebo válce, často tepelně izolované přívod kyslíku se realizuje provzdušňováním vrstvy kompostovaného materiálu ze spodu práce v režimu vsádkovém nebo kontinuálním bioreaktory můžeme rozdělit: rotační biostabilizátory uzavřené kompostovací boxy věžové bioreaktory tunelové bioreaktory

43 strana 43 Vermikompostování specifická technologie kompostování s využitím žížal červený kalifornský hybrid žížal Eisenia foetida princip výroby kompostu, zde tzv. biohumusu: schopnost žížal přeměňovat ve svém trávicím traktu přijaté organické látky 40 % využijí pro svůj metabolismus a 60 % pro tvorbu biohumusu nutnost zajištění velmi specifických podmínek: teplota prostředí C vlhkost substrátu % ph prostředí neutrální substrát nesmí obsahovat zvýšené množství čpavku a bílkovin žížaly nesnášejí přímé sluneční světlo, silnější vítr

44 strana 44 Strojní linky pro kompostování mechanizační prostředky jsou sestavovány do strojních linek dvou typů: linky pro výrobu hrubého kompostu linky pro úpravu a expedici vyrobeného kompostu návrh strojní linky pro kompostování rovněž ovlivňuje forma prodeje kompostu: prodej ve velkém hrubý kompost je volně ložený na dopravním prostředku prodej v malém kompost je drcen, proséván, popř. obohacován mikroprvky a pytlován po 3, 5, 10, 20 a 50kg moderní linky umožňují kombinaci obou typů prodeje

45 strana 45 Linka pro výrobu hrubého kompostu nákladní automobil s přívěsem - navážení tuhých komponentů a rozvoz hotového kompostu traktor s přívěsy - operativní přeprava materiálu fekální vůz, cisterna - navážení tekutých a kašovitých komponent mostní váhy drtič, štěpkovač nakladač (kompostu) - přemisťování, vrstvení, nakládání překopávač kompostu - promíchávání, provzdušňování kompostu během zrání

46 strana 46 Linka pro výrobu jemného kompostu Volba strojů je ovlivněna kvalitou hrubého kompostu a požadavky na parametry jemného kompostu. drtič s mísičem - úprava jemného kompostu, možnost zamíchání obohacujících mikroprvků, dávkovač - dávkování mikroprvků a jiných příměsí prosévací zařízení - prosévání hrubého kompostu pytlovací váhy - dávkování a balení v požadovaných hmotnostech pro drobný prodej mostní váhy - vážení při expedování hrubého kompostu, popř. vážení jednotlivých komponent při zakládání kompostu

47 Kombinovaná kompostovací linka strana 47

48 strana 48 Stroje pro drcení komponentů Biomasa a většina ostatních kompostovaných materiálů vyžaduje pro snadnou homogenizaci rozmělnění nebo podrcení. Obecně z hlediska kompostování platí: s velikostí částic materiálu jejich oxidační a styčná plocha biodegradabilní proces probíhá účinněji čím lépe materiál degraduje, tím větší mohou být jeho částice v zakládce čím menší částice jsou požadovány, tím jsou větší ekonomické náklady na jejich rozmělnění

49 strana 49 Základní požadavky na stroje pro drcení a štěpkování materiálu: rozdrtit materiál na částice o objemu 5-50 mm 3 zpracovat materiál suchý, polosuchý i vlhký konstrukční řešení musí zamezit častému ucpávání pracovní ústrojí musí být odolné proti otěru drceným materiálem konstrukce musí splňovat podmínky BOZP (ochranné kryty, míra hluku apod.)

50 strana 50 Pro účely kompostování se využívají 3 skupiny strojů: drtiče štěpkovače míchače - drtiče

51 strana 51 Drtiče určeny pro drcení tenkých větví, zelené hmoty, kůry a ostatních měkkých odpadů působením pracovního ústrojí je materiál lámán, štípán, rozmělňován na menší částice výkon a kvalita rozmělnění je dána typem pracovního ústrojí, které může být: talířové nožové spirálové kladívkové kombinované

52 strana 52 Rozdělení drtičů podle způsobu pohonu: drtiče s elektrickým pohonem drtiče s pohonem spalovacím motorem drtiče s pohonem od vývodového hřídele traktoru podle způsobu přepravy: přenosné převozné nesené traktorové na jednonápravovém nebo dvounápravovém podvozku

53 Rozdělení drtičů strana 53 podle výkonu motoru: drtiče s motorem 1-3 kw pro domácí použití drtiče s motorem 3-10 kw pro profesionální údržbu zeleně drtiče s motorem kw a více pro specializované firmy

54 strana 54 Štěpkovače určeny k beztřískovému dělení dřeva napříč nebo podél jeho vláken pro úpravu odpadního dřeva z ovocných výsadeb, z údržby parků nebo podíl z vytříděného TKO pro štěpkování se nejlépe hodí dřevo čerstvé, mokré, z hlediska druhu mokré, rovné u štěpkovačů se využívají typy pracovního ústrojí: diskové (kotoučové) bubnové spirálové (šnekové)

55 strana 55 Rozdělení štěpkovačů podle provedení: traktorové samojízdné s vlastním motorem přívěsné s vlastním motorem podle velikosti: I. kategorie - malé - vlastní podvozek, připojitelné za traktor II. kategorie - střední - jedno, dvounápravový přívěs III. kategorie - velké - nesené na traktorovém podvozku nebo samojízdné

56 strana 56 Překopávače kompostu překopávání je nejdůležitější pracovní operací v celém procesu kompostování určeny k provzdušnění kompostovaného materiálu, a tak k zintenzivnění mikrobiální činnosti požadavky na překopávače kompostu: kvalitní promíchání a provzdušnění materiálu v celém profilu zakládky narušení, příp. rozmělnění slehlého materiálu formování překopávaného materiálu do zakládky určeného profilu vysoká výkonnost, regulace pracovní rychlosti, dobré pojezdové vlastnosti

57 strana 57 Rozdělení překopávačů podle energetického prostředku: traktorové nesené návěsné přívěsné samojízdné se spalovacím motorem s elektromotorem podle výkonnosti: malé - do 200 t.h -1 (do 300 m 3.h -1 ) střední t.h -1 ( m 3.h -1 ) velké - nad 400 t.h -1 (nad 600 m 3.h -1 )

58 Rozdělení překopávačů strana 58 podle pracovního ústrojí: rotorové s přesunem hmoty dozadu s přesunem hmoty do strany dopravníkové s přesunem hmoty dozadu s přesunem hmoty do strany

59 strana 59 Prosévače kompostu rozdělení různých druhů látek na základě rozdílných mechanicko-fyzikálních vlastností před kompostováním je nutno oddělit nežádoucí příměsi (kameny, folie, kovové části atd.) při finalizaci je potřebné zajistit vyrovnanou velikost zrn expedovaného kompostu z konstrukčního hlediska dělíme prosévací zařízení na: vibrační prosévací síta (rovné síto) rotační třídiče (válcové síto) rotační rošty (tzv. aktivní rošty)

60 Prosévače kompostu strana 60 mobilní drtič a rotační třídič DOPPSTADT mobilní rotační třídič DOPPSTADT

61 strana 61 Technicko-ekonomické hodnocení kompostovací linky vyčíslení celkových provozních nákladů na výrobu 1 t kompostu za určité období do celkových provozních nákladů je nutné zahrnout: náklady na vstupní materiály náklady na nakládání, vážení a dopravu náklady na provoz strojů na úpravu komponent náklady na provoz strojů na úpravu profilu a vrstvení náklady na překopávání náklady na vyskladnění (finalizace), náklady na kompostoviště náklady na obsluhu kompostárny z jednotlivých nákladů jsou určeny celkové náklady kompostárny a z celkové produkce kompostárny za sledované období lze určit náklady na výrobu 1 t kompostu