Biologické procesy. Nevýhody Zředěné prostředí, pomalejší procesy

Transkript

1 Biologické procesy Výhody Nedochází k produkci obtížně rozložitelných látek Proces probíhá za mírných podmínek do 80 C, bez zvýšeného tlaku, neutrálním ph Lacinější zařízení Nevýhody Zředěné prostředí, pomalejší procesy 1

2 Procesy aerobní biomasa, krmiva, vyluhování kovů Procesy anaerobní produkce ethanolu a methanu Enzymová hydrolýza zpracování lignocelulosových materiálů => průmyslové suroviny, složky lidské výživy nebo jako krmiva 2

3 Likvidace odpadu se ziskem energie Využití biomasy ethanol palivo pro automobilovou dopravu methan (bioplyn) plynné palivo kompost Zemědělský odpad především z živočišné výroby Organický podíl komunálního odpadu a průmyslových odpadu, čistírenské kaly 3

4 Methanizace Vysoký obsah vody spalování neekonomické Kaly z čistíren odpadních vod, odpad rostlinné a především živočišné výroby a odpady z potravinářského průmyslu Mikrobiální bezodpadová technologie biomasa, bioplyn methan a oxid uhličitý a malé množství sulfanu, dusíku a vodíku Dvě fáze methanizace Předmethanizační fáze Methanizační fáze 4

5 Schéma procesů anaerobního rozkladu hydrolýza polysacharidy bílkoviny tuky monosacharidy aminokyseliny Alifatické kyseliny, glycerin předmethanizační fáze Kyselina octová, nižší alifatické kyseliny, nižší alifatické alkoholy NH 3, H 2 S, CO 2, H 2 methanizační fáze nestabilizovaná stabilizovaná CH 4, CO 2, N 2, NH 3, H 2 S 5

6 Předmethanizační fáze Hydrolýza bilkovin, polysacharidů a tuků více druhů bakterií, houby, bičíkovci, nálevníci, améby apod. Org. kyseliny, aminokyseliny, alkoholy acetogenní bakterie zejména kys. octová Nízkomolekulární látky rozpustné ve vodě proteázy, amylázy, celulázy, fosfatázy 6

7 Methanizační fáze Methanové bakterie anaeroby (důkaz fluorescence koenzymu F420 a F350), metabolizují oxid uhličitý, vodík, kyselinu mravenčí. Asi 70% methanu vzniká z methylové skupiny kyseliny octové CH 3 COO - + H 2 O = HCO 3- + CH 4 zbývajících 30% methanu vzniká lithotrofní tvorbou CO H 2 = CH H 2 O 7

8 Faktory, které ovlivňují rozklad organických látek Složení substrátu Přítomnost živin a minerálních solí Hodnota ph (6,5 7,5) Teplota (6 60 C) kryofilní 0 7 C psychrofilní 5 27 C mezofilní C termofilní C 8

9 Tlumící kapacita Vhodné kmeny bakterií, jejich koncentrace a stáří (mění se s měnící se fází methanizace) Přístupnost substrátu enzymovému rozkladu a velký povrch tuhých částic Pomalý rozklad celulosa, lignin, huminové kyseliny Nepříznivě působí těžké kovy, kyanidy, chlorované uhlovodíky a toxické látky, desinfekční prostředky Míchání mechanicky, recirkulace bioplynu 9

10 Bioplyn Hlavní produkt methanizace Složení závisí na druhu substrátu a podmínkách procesu Methan % Oxid uhličitý % Dusík 0 3 % Kyslík a sulfan 0 1 % 10

11 Specifická produkce bioplyn Látky Specifická produkce bioplynu (m 3 plynu. kg -1 rozložitelné látky) Obsah methanu v plynu (%) Tuky 1,125 1, Uhlovodíky 0,79 0, Bílkoviny 0,58 0, Čistírenské látky 0, Kejda 1,

12 Využití methanizace Čistírny odpadních vod snížení objemu kalů Cukrárenské odpadní vody Exkrementy hospodářských zvířat Slámový hnůj Kombinace exkrementů hospodářských zvířat s městskými a průmyslovými odpadními vodami Využití bioplynu Ohřev vody v zemědělství příprava krmiva pro hospodářská zvířata, vyhřívání skleníků a hospodářských objektů Čistírny odpadních vod vyhřívání methanizačních nádrží, výroba elektrické energie, která se použije pro pohon dmychadel 12

13 Energetický přínos Výhřevnost MJ.m -3, při zpracování živočišného odpadu je výhřevnost vyšší MJ.m -3 1 m 3 bioplynu nahradí 0,5 kg lehkého topného oleje z exkrementů prasat - 70 m 3 bioplynu za rok od 1 prasete 750 m 3 od jedné dojnice 6,5 m 3 od jedné nosnice Hygienická stránka tohoto procesu odstranění více než 90 % patogenních bakterií 13

14 Kompostování Tuhý odpad ze zemědělské výroby, potravinářského průmyslu, papírenského průmyslu, lesního odpadu, komunálního odpadu Návrat organických látek do zemědělské půdy Negativní vliv tuky, detergenty, těžké kovy Biologická přeměna org. látek na humus aerobní i anaerobní mikroorganismy 14

15 Operace prováděné při kompostování 1. Třídění a separace odpadů před vlastním kompostováním 2. Zmenšení objemu částic a homogenizace odpadu 3. Vlastní biologický rozklad - kompostování 15

16 Tuhý organický odpad Hrubý, nekompostovatelný podíl třídění Střední podíl Jemný podíl spalování rozmělnění zásobník Vyhnilý, aktivovaný kal míchání Intenzivní fáze kompostování Surový kompost Inokulovaný kompost dozrávání Schematický postup kompostování Vyzrálý kompost 16

17 17

18 Způsoby kompostování Podélné haldy 3,5 m vysoké, 8 m dlouhé Čas potřebný na rozklad 3 6 měsíců Mechanické systémy zkrácení doby kompostování Umělé provzdušnění Zabezpečení optimálního obsahu vody Přimíchání vyhnilého aktivovaného kalu Zaočkování mikroorganismy 18

19 Postup kompostování Třídění oddělení velkých částic a anorganického odpadu Přídavek rašeliny, uhelného odpadu, kalů z čistírny odpadních vod Překrytí 20 cm zeminy Udržování teploty C Dostatečná aerace Vlhkost % ph neutrální Stupeň rozložitelnosti C:N 30:1 19

20 Fáze kompostování 1 fáze mezofilní intenzivní rozvoj bakterií a plísní, rozklad lehce rozložitelných látek (cukry, škroby, bílkoviny) 2 fáze termofilní rozvoj bakterií a aktinomycét, odbourávání celulózy ligninu (vznik stabilních látek obsahujících humus) 3 fáze dozrávací dochází vlivem autochtomní mikroflóry ke stabilizaci org. látek kompost se již nezahřívá hmota je zcela homogenní a nezapáchá 20

21 Přísady do kompostů Aerobní mikroorganismy zpracovávající celulózu Aerobní mikroorganismy, které mohou rozkládat organické látky při vysokých teplotách Aerobní mikroorganismy, které mohou rozkládat zvláště odolné složky kompostu 21

22 Organické látky vhodné ke kompostování Tuhý komunální odpad neobsahující popel, drcený nebo prosátý Vyhnilé čistírenské kaly Zemědělský odpad Kůra a dřevní odpad Cukrovarská a lihovarská šáma Kapucín, uhelné kaly adop. 22

23 Toxické látky v kompostu Stopové toxické prvky (Hg, Cr, As, Cd, Zn, Ni, Co, Mo) Toxické organické látky pesticidy a polyaromatické uhlovodíky PCB mykotoxiny kov As Cd Cr Cu Hg Mo Ni Pb Zn Max. hodnot mg/kg v sušině Maximální přípustný obsah těžkých kovů v surovinách pro výrobu průmyslových kompostů 23

24 24

25 Solidifikační procesy (zpevňování) Konečné zajištění nebezpečných odpadů Převedení do pevné a objemově monolitní formy Cíl solidifikace: Zamezení nebo zpomalení migrace nebezpečné složky do životního prostředí Snadno manipulovatelný produkt, s mechanickými vlastnostmi zajišťujícími bezpečný provoz na místo uložení a dobrou mechanickou únosnost pro uložení ve více vrstvách Vytvoření podmínek pro snadné ukládání do požadované prostorové depozice úložiště 25

26 Rozhodnutí o dlouhodobém skladování odpadu na základě jeho charakteru: 1) Jako nebezpečný odpad, který je v rámci dnešních znalostí nevyužitelný, je však značně pravděpodobné, že při vývoji nových účinnějších technologií a využívání druhotných surovin se může ještě v budoucnu využít 2) Jako nebezpečný odpad, který bude s velkou pravděpodobností nevyužitelný po celou dobu jeho nebezpečnosti 26

27 Typy solidifikace Tabletace snížení objemu a povrchu odpadu, Zpevňování hydraulickými pojivy portlanské cementy, struskoportlanské a struskové cementy, rychlovazné cementy Zpevňováni v tuhnoucích taveninách bitumenové (asfaltové) živice, kamenouhelné dehty, síra. Fixace do sádry solidifikace elektrárenských popílků Ocel - výhody: tuhost a relativně malá hmotnost, nevýhoda: korozivita Fixace do betonu vysoká pevnost v tlaku, trvanlivost, vodotěsnost, nenáročná výroba, nevýhody: malá pevnost v tahu, tvorba trhlin, velká hmotnost Vitrifikace přídavek sklotvorných nebo tavících přísad 27

28 Úpravy před solidifikací a) Převedení nebezpečné složky odpadu do málo rozpustné formy těžké kovy, anorganické látky b) Odstranění vlhkosti nebo těkavých složek z odpadu c) Oddělení velmi toxické složky odpadu od méně nebezpečných látek d) Převedením pastovitých, kapalných nebo prachových nebezpečných odpadů do granulované formy usnadňující dokonalejší smísení s obalovou látkou při solidifikaci. Bariéry bránící proniknutí do podzemní vody: 1. Fixační médium 2. Inženýrský systém bariér tvořený konstrukčním řešením úložiště 3. Geologické podloží s nízkým koeficientem propustnosti 28

29 29