Wpływ dodatku biowęgla na emisje w procesie kompostowania odpadów organicznych

Transkrypt

1 BIOWĘGIEL W POLSCE: nauka, technologia, biznes 2016 Serock, maja 2016 Wpływ dodatku biowęgla na emisje w procesie kompostowania odpadów organicznych dr hab. inż. Jacek Dach, prof. nadzw.* dr inż. Krystyna Malińska** prof. dr hab. Jacek Przybył* *Instytut Inżynierii Biosystemów Uniwersytet Przyrodniczy w Poznaniu **Instytut Inżynierii Środowiska Politechnika Częstochowska

2 Kompostowanie zaliczane jest do procesu odzysku R3: Recykling lub regeneracja substancji organicznych, które nie są stosowane jako rozpuszczalniki (włączając kompostowanie i inne biologiczne procesy przekształcania) Kompostowanie jest to rozkład materii organicznej prowadzony przez mikroorganizmy i zachodzący w warunkach TLENOWYCH. Kompostowanie pozwala m.in. na: Sanitację produkowanego kompostu Uzyskanie nawozu o potencjalnie wysokiej wartości rolniczej Odparowanie nadmiaru wody (oszczędności przy transporcie) Odzysk wielu odpadów organicznych Rozkład różnych niebezpiecznych substancji (antybiotyki, pestycydy, hormony i in.)

3 Najważniejsze parametry wpływające na proces kompostowania - aeracja - wilgotność / sucha masa - masa usypowa i stopień rozdrobnienia - wielkość i kształt pryzm lub instalacji - stosunek C : N Mniej istotne: - odczyn odpadów - dodatek wyspecjalizowanych bakterii

4 AERACJA (0,6 4 m 3 / t / h dla mieszanki osadu ściekowego i odpadów zielonych) Dostarczenie tlenu przez cały okres kompostowania to niezbędny warunek dla osiągnięcia fazy termofilnej, czyli nagrzania się kompostowanej masy do o C. Dostarczenie tlenu może odbywać poprzez: - wtłaczanie powietrza do pryzm lub złoża za pośrednictwem różnego rodzaju porowatych przewodów lub kanałów powietrznych w płycie kompostowej - wskutek napowietrzenia pryzmy aeratorem, co powoduje powstanie porowatej struktury wnętrza, a tym samym zapewnia bierną wentylację. Po opadnięciu pryzmy należy wykonać kolejne napowietrzenie aby przywrócić jej porowatą strukturę

5 Wzrost temperatury jest niezbędny do uzyskania: spadku masy kompostowanej biomasy (średnio 30-60%), w wyniku odparowania wody i rozkładu frakcji organicznej; sanitację uzyskanego kompostu; polepszenia właściwości fizycznych kompostu (dobra jednorodność, ph 8-8,5, brak odoru)

6 Kompostowanie w wyniku napowietrzania systemami napowietrzającymi i z dodatkowym mieszaniem materiału:

7 Kompostowanie z zastosowaniem maszyn: - Rozrzutnik obornika

8 Kompostowanie z zastosowaniem maszyn: - Aeratory samojezdne - wysoka cena - mało mobilne (nadają się do zastosowań w jednej lokalizacji) - wysoka jakość pracy, ale niezbędna płyta kompostowa (raczej nie nadają się do pracy w terenie)

9 Kompostowanie z zastosowaniem aeratora ciągnikowego

10 Wykorzystanie aeratora korzystne przy kompostowaniu odpadów rolniczych

11 EMISJE GAZOWE Najważniejsze emisje w czasie kompostowania: Dwutlenek węgla + para wodna Amoniak Metan (oznaka nieprawidłowego procesu!) Siarkowodór N x O i inne śladowe gazy Organiczne związki lotne (odory) Aerozole biologiczne Wobec braku ustawy antyodorowej największym obecnie problemem prawnym w trakcie kompostowania jest emisja amoniaku.

12 Emisja metanu jest znikoma przy prawidłowo prowadzonym kompostowaniu, natomiast utrzymuje się przez cały okres składowania beztlenowego. Występowanie emisji CH 4 w czasie fazy termofilnej jest oznaką niedostatecznego napowietrzenia i może występować najczęściej przy zbyt małej zawartości słomy (lub innego materiału strukturalnego) oraz zbyt dużej wilgotności.

13 Emisja amoniaku: - Podstawowy sposób zmniejszenia to podniesienie początkowego poziomu C/N powyżej 20; - Możliwe są też inne sposoby (stosowanie dodatków pochłaniających amoniak lub specjalistycznych materiałów okrywających pryzmy); - Ze względów ekonomicznych (ograniczenia dodatku materiałów strukturalnych) rzeczywisty poziom C/N na kompostowniach jest znacząco niższy, co powoduje w konsekwencji większą emisję amoniaku. Stąd konieczne jest poszukiwanie alternatywnych materiałów strukturalnych i o wysokiej zawartości węgla (tańszych i przydatnych w kompostowaniu)

14 Jednym z najbardziej obiecujących materiałów jest słoma kukurydziana (duża masa plonów, b. duża dostępność)

15 Większość osadów ściekowych w Polsce ma bardzo niekorzystny, wąski stosunek C/N wynikający z dużej zawartości Ntot Osad 60 g N/kg s.m. Osad 50 g N/kg s.m. Osad 40 g N/kg s.m. Osad 30 g N/kg s.m. 30 Poziom C/N Osad 30 g N/kg s.m. Osad 40 g N/kg s.m. 0 Osad 50 g N/kg s.m. 35% 50% Udział osadu [%] 65% 75% Osad 60 g N/kg s.m. Typ osadu Porównanie poziomów C/N w zależności od zawartości Ntot w osadzie i udziału osadu w kompostowanej mieszance

16 Zmiany stężenia amoniaku w pryzmie w czasie kompostowania: bardzo silny, skokowy WZROST gdy temperatura osiąga >60 o C 1400 Osad Osad 2 Osad 3 Stężenie amoniaku [ppm Czas kompostowania [dnie] Przebieg stężenia amoniaku w kompostowanym osadzie ściekowym: Osad 1 40% zawartości osadu w s.m., dodatek słomy, kory i trocin, Osad 2 40% zawartości osadu, dodatek zrębków drzewnych i słomy, Osad 3 75% osadu, dodatek słomy i trocin

17 Wielkość strat amoniaku w wyniku jego emisji w czasie kompostowania: Przy niekorzystnym C/N straty mogą osiągnąć 30-40% ogółu N! 18 Osad Osad 2 Osad 3 Emisja N-NH 3 [kg / t s.m.] Czas kompostowania [dnie] Emisja skumulowana amoniaku w czasie kompostowania przykładowych mieszanek osadów ściekowych: Osad 1 40% zawartości osadu w s.m., dodatek słomy, kory i trocin, Osad 2 40% zawartości osadu, dodatek zrębków drzewnych i słomy, Osad 3 75% osadu, dodatek słomy i trocin

18 WPŁYW DODATKU BIOWĘGLA NA PROCES KOMPOSTOWANIA I EMISJE GAZOWE

19 Badania realizowano z wykorzystaniem 8-komorowego bioreaktora do modelowania procesów kompostowania bioodpadów

20 Wpływ dodatku biowęgla na dynamikę procesu kompostowania pomiotu (temperaturę i emisję CO2)

21 Warianty: kontrola, 5% i 10% dodatku biowęgla Efekty: - dynamizuje kompostowanie (wyższa temperatura, skrócona faza termofilna); - zwiększa skumulowaną emisję C-CO2

22 Wpływ dodatku biowęgla na emisję amoniaku w czasie kompostowania obornika kurzego

23 Warianty: 0, 1, 5 i 10% dodatku biowęgla Efekty: temperatura w czasie kompostowania

24 Warianty: 0, 1, 5 i 10% dodatku biowęgla Efekty: zużycie tlenu w czasie kompostowania

25 Warianty: 0, 1, 5 i 10% dodatku biowęgla Efekty: skumulowana emisja amoniaku (g/t suchej masy)

26 Wnioski: - Dodatek biowęgla zwiększa dynamikę procesu kompostowania pomiotu kurzego i skraca fazę termofilną. - Obserwuje się wyraźny wpływ dodatku biowęgla na emisje gazowe w czasie kompostowania. - Wraz ze zwiększeniem dodatku biowęgla zmniejszają się straty azotu w wyniku emisji amoniaku w wybranych bioodpadach.

27 1. Załadunek treści żołądkowej na rozrzutnik obornika Dziękuję za uwagę 2. Formowanie i napowietrzanie pryzmy