Metody biotechnologii w ochronie
środowiska

Biotechnologie
unieszkodliwiania odpadów

Metody biotechnologii w ochronie

środowiska

Postępowanie z odpadami reguluje Ustawa o

odpadach z 27 kwietnia 2001 roku.

Ustawa definiuje szereg pojęć, miedzy

innymi:

-odpady,
- odpady komunalne,
- odpady ulegające biodegradacji,
- unieszkodliwianie odpadów,
- składowisko odpadów,
- komunalne osady ściekowe,
- stosowanie komunalnych osadów

ściekowych.

Odpady – oznaczają każdą substancję lub

przedmiot należący do jednej z kategorii

określonych w załączniku 1 do ustawy,

których posiadacz pozbywa się, zamierza się

pozbyć, lub do ich pozbycia się jest

zobowiązany.

Odpady komunalne – uznaje się odpady

powstające w gospodarstwach domowych

oraz odpady pochodzące od innych

wytwórców odpadów, mające podobny

charakter lub skład do odpadów

powstających w gospodarstwach domowych,

a nie zawierające odpadów niebezpiecznych.

Metody biotechnologii w ochronie
środowiska

Metody biotechnologii w ochronie
środowiska

Odpady ulegające biodegradacji – to odpady

ulegające rozkładowi tlenowemu lub
beztlenowemu przy udziale
mikroorganizmów.

Unieszkodliwianie odpadów – procesy

przekształceń o charakterze
biologicznym, fizycznym i chemicznym
(załącznik nr 6), które powodują, że
odpady zostaną doprowadzone do stanu,
gdzie nie będą stwarzały zagrożeń dla
życia i zdrowia ludzi oraz dla środowiska.

Metody biotechnologii w ochronie
środowiska

Recykling organiczny – obróbka tlenowa, w

tym kompostowanie, lub beztlenowa
odpadów, które ulegają rozkładowi
biologicznemu w kontrolowanych
warunkach przy wykorzystaniu
mikroorganizmów, prowadząca do
powstania materii organicznej lub metanu.

Składowanie odpadów na składowisku nie

jest traktowane jako recykling organiczny.
Za recykling nie uważa się odzysku energii.

Metody biotechnologii w ochronie
środowiska

Składowiska odpadów:

-

składowiska odpadów niebezpiecznych,

-

składowiska odpadów obojętnych,

-

składowiska odpadów innych niż

niebezpieczne i obojętne.

Komunalne osady ściekowe – osady

pochodzące z komór fermentacyjnych

oraz innych instalacji służących do

oczyszczania ścieków komunalnych oraz

innych ścieków o składzie zbliżonym do

składu ścieków komunalnych.

Metody biotechnologii w ochronie

środowiska

Charakterystyka ilościowa odpadów komunalnych

dla Śląska

Rodzaje odpadów

Wskaźnik nagromadzenia
odpadów kg/M·a
duże
miasta

małe
miasta

wieś

z gospodarstw
domowych

224

210

116

z obiektów
infrastruktury

110

90

45

wielkogabarytowe

20

15

15

budowlane

40

30

30

z ogrodów i parków

12

12

5

z czyszczenia ulic i
placów

15

8

-

niebezpieczne w odp.
kom.

3

2

2

Razem

424

367

223

Metody biotechnologii w ochronie środowiska

Odpady komunalne tylko z gospodarstw

domowych (2002 r.)

Kraj

odpady

struktura odpadów, %

wytw
o-
rzone
kg/M
·a

skład
o-
wane
%

papie
r i
karto
n

tworzyw
a
sztuczne

szkł
o

metal
e

frakcj
a org.

USA

440

57

36

11

5

8

24

Japon
ia

270

11

33

13

5

3

34

Europ
a

180-

580

13-

98

13-

71

0,5-15

2-

13

1-7

22-

49

Produkcja osadów ściekowych (kg/cap·a), w latach
1992-1998 wraz z prognozą na lata 2000-2005.
Źródło Raport EC z 1999 roku.

0

5

10

15

20

25

30

35

40

Austria

Belgia

Dania

Finlandia

Niemcy

Irlandia

Portugalia

1992
1995
1998
2000
2005

 

JEDNOSTKOWE KOSZTY ZAGOSPODAROWANIA

ODPADÓW KOMUNALNYCH - w przeliczeniu na 1

mieszkańca

wyszczególnienie

w roku

2006

zł/M, rok

w roku

2014

zł/M, rok

unieszkodliwianie odpadów
komunalnych ulegających
biodegradacji

3,3

19,6

unieszkodliwianie odpadów
wielkogabarytowych

1,2

4,4

unieszkodliwianie odpadów
budowlanych

0,8

5,3

unieszkodliwianie odpadów
niebezpiecznych wytwarzanych w
grupie odpadów komunalnych

0,9

4,8

składowanie pozostałych odpadów

50,9

47,5

Razem

57,2

81,6

(źródło: na podstawie danych opracowanych przez IETU).

Metody biotechnologii w ochronie
środowiska

Zgodnie z dyrektywą Unii Europejskiej

93/31/EC z dnia 26.04.1999 roku i
ustawie z dnia 29 lipca 2005 r. o zmianie
ustawy o odpadach oraz o zmianie
niektórych ustaw (Dz. U. 2005 Nr 175,
poz. 1458) gmina musi zapewnić
selektywną zbiórkę odpadów ulegających
biodegradacji, aby ograniczyć masę
odpadów biodegradowalnych
kierowanych na składowisko.

Metody biotechnologii w ochronie
środowiska

Do dnia 31 grudnia 2010 r. do nie więcej niż

75% wagowo całkowitej masy odpadów
komunalnych ulegających biodegradacji,

Do dnia 31 grudnia 2013 r. do nie więcej niż

50% wagowo całkowitej masy odpadów
komunalnych ulegających biodegradacji,

Do dnia 31 grudnia 2020 r. Do nie więcej niż

35% wagowo całkowitej masy odpadów
komunalnych ulegających biodegradacji,

w stosunku do masy tych odpadów

wytworzonych w 1995 roku.

Metody biotechnologii w ochronie
środowiska

Krajowy plan gospodarki odpadami (M.P. z 2003r., Nr
11, poz. 159)

Metody biotechnologii w ochronie
środowiska

Prognoza ilości odpadów komunalnych (mln Mg) wg
Ministerstwa Środowiska (Krajowy plan Gospodarki
Odpadami 2010 (Projekt), styczeń 2006)

Metody biotechnologii w ochronie
środowiska

Obecny sposób gospodarowania

odpadami ulegającymi biodegradacji:

Kompostowanie - 4,3% masy

bioodpadów,

Recykling papieru i tektury - 1,2% masy

bioodpadów

Razem: 5,5% masy odpadów

ulegających biodegradacji

Składowanie - 94,5% masy bioodpadów.

Metody biotechnologii w ochronie
środowiska

Planowany odzysk i unieszkodliwianie odpadów

komunalnych ulegających biodegradacji w latach 2010-

2018 w Polsce

Metody biotechnologii w ochronie
środowiska

Ulegające biodegradacji odpady

mogą być unieszkodliwiane w
instalacjach:

-

fermentacji metanowej z
odzyskiem biogazu,

-

kompostowania,

-

innych (nie opartych na
procesach biologicznych –
spalanie, itp.)

Metody biotechnologii w ochronie
środowiska

Fermentacja odpadów komunalnych

nie

odbiega od technologii stosowanych w
przypadku osadów ściekowych,
wysoko obciążonych ścieków czy też
odpadów z produkcji zwierzęcej.
Różnice występują w budowie
reaktorów, ale przede wszystkim, w
rozwiązaniach instalacji
przygotowania surowców do
fermentacji i ich końcowej obróbki po
fermentacji.

Metody biotechnologii w ochronie
środowiska

białka, tłuszcze, węglowodany

aminokwasy, glicerol, kwasy tłuszczowe,
cukry proste

kwasy tłuszczowe,
alkohole

mrówcza
ny,
wodór,
CO

2

octany

propioniany,
maślany,
kaproniany,
waleriany

octany

wodór, CO

2

+

metan (CH

4

) + CO

2

faza
metanogenna

hydroliza

faza acidogenna

faza
acetogenna

Metody biotechnologii w ochronie
środowiska

Surowce do fermentacji metanowej:
- wysegregowane odpady kuchenne,

-

odpady ogrodowe i odpady z utrzymania
zieleni miejskiej (bez tzw. grubizny),

-

odpady komunalne niesortowane,

-

odpady spożywcze z zakładów
zbiorowego żywienia i obiektów
użyteczności publicznej,

-

odpady z przemysłu rolno-spożywczego,

-

osady ściekowe .

Metody biotechnologii w ochronie
środowiska

Biogaz jako produkt fermentacji metanowej

Skład: ∽ 60 % metan, ∽ 40% CO

2

, ∽ 1%: amoniak,

siarkowodór, wodór, merkaptany i in.

60% metanu w biogazie odpowiada ∽ 6 kWh/m

3

,

co pozwala uzyskać ∽ 360 – 480 kWh/Mg

odpadów.

Metody biotechnologii w ochronie
środowiska

Fermentacja metanowa odpadów

- cechy

różnicujące technologie:

wilgotność substratu:

-fermentacja „na mokro” (zaw. s.m.

<15%) i „na sucho” (zaw. s.m. 15 - 40%),

temperatura fermentacji:

-fermentacja mezofilowa (35 - 40°C) i

termofilowa (55 - 60°C),

Stopień fermentacji:

-technologie jedno – i wielostopniowe,

przepływ substancji:

-ciągły lub okresowy.

Metody biotechnologii w ochronie
środowiska

Ilość obiektów produkujących biogaz z odpadów

w krajach UE (w roku 2002)

Metody biotechnologii w ochronie
środowiska

Technologia

Zalety

Wady

Fermentacja

na mokro

(zaw. s.m.

<15%)

korzystniejsza

wymiana

energii i

materii

większa

pojemność

reaktorów

duże

przepływy

substancji

Fermentacja

na sucho

(zaw. s.m. 15

- 40%)

mała objętość

reaktora

małe

przepływy

substancji

wysokie

jednostkowe

obciążenie

reaktora

i

niebezpieczeńs

two niepełnej

fermentacji

Metody biotechnologii w ochronie
środowiska

Przepustowość zakładów fermentacji
odpadów w Europie

Metody biotechnologii w ochronie
środowiska

Przepustowość zakładów fermentacji odpadów w
Europie

Metody biotechnologii w ochronie
środowiska

Przepustowość zakładów fermentacji
odpadów w Europie

Metody biotechnologii w ochronie
środowiska

Technologia

Zalety

Wady

Fermentacj

a
mezofilowa
(35-40ºC)

małe
zapotrzebowa
nie energii
procesowej

brak pełnej
higienizacji
produktu

Fermentacj
a
termofilowa
(55-60ºC)

większa
szybkość
rozkładu
większa
higienizacja
produktu

czasami
mniejsza
produkcja
energii netto

Metody biotechnologii w ochronie
środowiska

Przepustowość zakładów fermentacji
odpadów w Europie

Metody biotechnologii w ochronie
środowiska

Technologia

Zalety

Wady

Fermentacja
jednostopni
owa

proste
prowadzenie
procesu,
niższe nakłady
inwestycyjne i
eksploatacyjne

brak możliwości
oddziaływania na
poszczególne
procesy,
niebezpieczeństwo
hamowania
procesu przez
nadmierne
zakwaszenie wsadu

Fermentacja
dwustopnio
wa

wysoka stabilność
procesu i
możliwość wpływu
na jego przebieg,
większa możliwość
regulacji
parametrów
procesu

bardziej złożony
proces
technologiczny

Metody biotechnologii w ochronie
środowiska

Przepustowość zakładów fermentacji odpadów w Europie

Metody biotechnologii w ochronie
środowiska

Technologia

Zalety

Wady

Fermentacja
ciągła

wyższa
wydajność
procesu,
równomierna
produkcja
biogazu

wyższe koszty
inwestycyjne,
niebezpieczeństwo
niepełnej
higienizacji
produktu

Fermentacja
okresowa

tańsze reaktory,
cały wsad ma
ten sam czas
zatrzymania

z reguły kilka
reaktorów,
nierównomierność
produkcji biogazu

Metody biotechnologii w ochronie
środowiska

Ilość obiektów produkujących biogaz z odpadów w

Polsce

(w roku 2005)

Metody biotechnologii w ochronie
środowiska

Metody biotechnologii w ochronie
środowiska

Metody biotechnologii w ochronie
środowiska

Kompostownia

Metody biotechnologii w ochronie
środowiska



Kompostowanie

odpadów polega

na niskotemperaturowym
tlenowym rozkładzie substancji
organicznych pochodzenia
komunalnego, przemysłowego i
rolniczego (biomasy) z udziałem
mikroorganizmów.

Metody biotechnologii w ochronie
środowiska

Najprostsza metoda:

kompostowanie w pryzmach,

napowietrzanych przez przerzucanie
lub sztucznie (system napowietrzania
zainstalowany pod pryzmami).

Konieczne jest umieszczenie pryzm w
pomieszczeniach zamkniętych (odory)
oraz założenie odpowiedniego systemu
odprowadzania powietrza z biofiltrem.
Metody te są opłacalne dopiero przy
zdolności przerobowej powyżej 15 tys.
Mg/rok.

Metody biotechnologii w ochronie
środowiska



Dla zakładów o zdolności
przerobowej do około 10 tys.
Mg/rok opracowano

metody

kompostowania w boksach

/

kontenerach. Zdolność
przerobową można zwiększyć
powyżej 15 tys. Mg/rok przez
zastosowanie większej ilości
boksów.

Metody biotechnologii w ochronie
środowiska



Elementy systemu:

skład morfologiczny

odpadów,

udział frakcji podatnych na

rozkład biologczny,

udział frakcji niepodatnych

na rozkład biologiczny,

odczyn,
obecność substancji

toksycznych,

obecność

mikroorganizmów –ich

aktywność i zdolność do

rozkładu substratów,

związki biogenne,
wilgotność

Elementy otoczenia:
temperatura otoczenia,
intensywność

napowietrzania,

sposób prowadzenia

procesu,

rodzaj urządzeń do

przygotowania
odpadów,

rodzaj urządzeń do

prowadzenia
procesu,

czas trwania procesu

Metody biotechnologii w ochronie
środowiska

SYSTEM
HERHOFA

Metody biotechnologii w ochronie
środowiska

Rozkład temperatury w czasie
dojrzewania

Metody biotechnologii w ochronie
środowiska

Metody biotechnologii w ochronie
środowiska

komp10[1].jpg