Opracował: Mateusz Grudzina technolog ZZO Nowy Dwór Ogólnopolska konferencja Bioodpady 1-2 października 2014r. Poznań - Berlin KOMPOSTOWANIE FRAKCJI PODSITOWEJ W PROCESIE TLENOWYM W PRYZMACH POD WIATĄ PARAMETRY PROCESU, A MODERNIZACJA Zakład Zagospodarowania Odpadów w Nowym Dworze to mechaniczno-biologiczna instalacja do przetwarzania odpadów komunalnych, która zgodnie z Wojewódzkim Planem Gospodarki Odpadami Województwa Pomorskiego leży w regionie południowo-zachodnim tego województwa. Obsługuje ponad 150 tys. mieszkańców dwóch powiatów: chojnickiego i człuchowskiego. Od 4 kwietnia 2013r. posiadamy status RIPOKU i przyjmujemy odpady od 12 gmin wspomnianych powiatów. Jesteśmy jedynym RIPOK-iem w regionie. Zakład został przeznaczony do zagospodarowania 35 000 Mg odpadów rocznie i składa się z następujących obiektów: - sortowni przeznaczonej na przetwarzanie zmieszanych odpadów komunalnych i doczyszczanie odpadów selektywnie zebranych; - kompostowni pryzmowej z wentylaltorownią i biofiltrami; - wiaty przyjmowania odpadów do kompostowania; - placu gotowego kompostu; - placu na odpady budowlane; - kwatery balastu; - kwatery azbestu; - podczyszczalni odcieków; - hali wstępnego demontażu sprzętu AGD i RTV oraz warsztatu naprawczego. Zakład został zaprojektowany i wybudowany w latach 2008-2012, a więc w okresie w którym pojawiły się zarówno wytyczne dotyczące wymagań dla procesów kompostowania, fermentacji i mechaniczno-biologicznego przetwarzania odpadów wydanych przez Departament Gospodarki Odpadami Ministerstwa Środowiska, jaki również projekt rozporządzenia Ministra Środowiska w sprawie mechaniczno-biologicznego przetwarzania zmieszanych odpadów komunalnych. W związku z powyższym poczyniliśmy szereg kroków już na etapie opracowywania dokumentacji projektowej, a także budowy zakładu mających na celu dostosowanie pierwotnie zaprojektowanej wiaty do kompostowania do nadchodzących zmian w przepisach prawa. Dostosowano instalację m.in. w następującym zakresie: - skierowanie frakcji 0-80 mm odsianej na sicie w sortowni do procesu stabilizacji tlenowej zamiast zakładanej pierwotnie 20-80 mm; - wprowadzono dodatkowe urządzenia do oczyszczania oraz nawilżania powietrza procesowego dostarczanego do biofiltra. - wybudowano ściany podłużne do wysokości 3,5 m; - zamontowano bramy plandekowe w ścianach szczytowych i ścianie podłużnej wiaty. Nie mniej jednak uzyskane przez Wykonawcę robót budowlanych w ramach projektu pozwolenie zintegrowane obwarowane jest zapisem świadczącym o konieczności dostosowania instalacji MBP w terminie 36 miesięcy od wejścia w życie obecnie obowiązującego rozporządzenia.
Konieczność dostosowania polega na przystosowaniu kompostowni pryzmowej do wymogów zawartych w 4. rozporządzenia obecnie obowiązującego, tj. przez co najmniej pierwsze 2 tygodnie proces odbywa się w zamkniętym reaktorze lub w hali, z aktywnym napowietrzaniem, z zabezpieczeniem uniemożliwiającym przedostawanie się nieoczyszczonego powietrza procesowego do atmosfery, do czasu osiągniecia wartości AT4 (rozumianej jako aktywność oddychania parametr wyrażający zapotrzebowanie tlenu przez próbkę odpadów w ciągu 4 dni) poniżej 20 mg O2/g suchej masy, ponieważ wybudowana w ramach projektu kompostownia pryzmowa to cały czas wiata - zadaszona konstrukcja stalowa z 3,5 m ścianami podłużnymi. Opis technologii procesu stabilizacji tlenowej frakcji podsitowej pod witą do kompostowania: Obecnie wybudowana kompostownia posiada wydajność 18 000 Mg/rok. W jej skład wchodzą: - wiata kompostowni z kanałami napowietrzającymi; - wentylatorownia; - bofiltry w ilości 2 sztuk. W bieżącym roku, w okresie od stycznia do czerwca skierowaliśmy do procesu stabilizacji tlenowej 7 326,02 Mg frakcji podsitowej odsianej na sicie o oczku 80 mm, co stanowi około 51 % dostarczanych odpadów komunalnych zmieszanych. Frakcja ta przewożona jest w kontenerach do sąsiadującej z sortownią wiaty do kompostowania. Tam materiał usypywany jest w pryzmy, i następnie poddawany procesowi stabilizacji tlenowej do czasu osiągnięcia parametru AT4 poniżej 10 mg O2/g suchej masy lub jednego z dwóch pozostałych parametrów poniżej wartości wymaganej rozporządzeniem. Technologię do stabilizacji tlenowej dostarczyła firma Vauche z Francji, jako podwykonawca firmy Skanska generalnego Wykonawcy całego zakładu. Głównym obiektem, w który odbywa się sterowanie procesem jest wentylatorownia, bezpośrednio sąsiadująca z wiatą do kompostowania. Zamontowano w niej następujące urządzenia: instalację ssącą (wyposażaną w wentylator, studzienki przelotowe, czujniki pomiarowe), płuczkę chemiczną, system zraszania z pompą i elektrozaworami, zbiornik czystej wody, podposadzkowy zbiornik na odcieki, zbiornik magazynowy kwasu siarkowego.
Elementy technologii: Płyta napowietrzająca Kompostownia umożliwia stabilizację tlenową jednocześnie 8 pryzm. Każde z miejsc przewidziane pod pryzmę posiada po 2 kanały napowietrzające, umożliwiające jednocześnie aktywne napowietrzanie poprzez zasysanie powietrza procesowego, jak i również odprowadzanie odcieków powstających w trakcie procesu. Ze względu na negatywny system napowietrzania, w kanałach panuje podciśnienie. Płyta napowietrzająca pozwala na: - wentylację pryzm; - dostarczenie powietrza bakteriom, powodującym tlenowy rozkład frakcji podsitowej; - regulowanie temperatury pryzm i uniknięcie przegrzania pryzm; - regulowanie stopnia wilgotności w pryzmach; - ograniczenie wilgotności uwalnianej przez pryzmy w hali kompostowni; - zasysanie części powietrza z wiaty, umożliwiając jego wymianę. System wentylacji W kompostowni znajduje się jeden system wentylacji system wyciągu powietrza przechodzącego przez pryzmę. W wentylatorowni zamontowany został jeden kolektor ssący podwieszony do konstrukcji budynku, umieszczony ponad ośmioma studzienkami przelotowymi, podłączonymi do wspólnego wentylatora o mocy 75 kw. Kolektory powietrza z poszczególnych pryzm doprowadzają powietrze zasysane z procesu do pomieszczenia wentylatorowni, gdzie po przejściu przez zainstalowane w studzienkach przelotowych czujniki m.in. pomiaru stężenia tlenu, dwutlenku węgla i temperatury kierowane jest do dwustopniowego procesu dezodoryzacji tj: - procesu chemicznego w płuczce umożliwiającej wstępne oczyszczanie powietrza z amoniaku poprzez dodawanie kwasu siarkowego. Płuczka reguluje również wilgotność powietrza oraz temperaturę przed ostatecznym oczyszczeniem powietrza z odorów; - procesu biologicznego na złożu naturalnym. Biofiltry w ilości 2 sztuk o łącznej powierzchni czynnej 360 m 2 wypełnione są naprzemiennie 30 cm warstwą kory i torfu do wysokości 1,5 m. Tak skonstruowany system umożliwia przedostawanie się do atmosfery tylko powietrza oczyszczonego.
System nawadniania pryzm i odbioru odcieku Kompostownia wyposażona jest w system nawilżania pryzm. System zapewnia wyrównanie utraty wilgotności przez pryzmy podczas procesu stabilizacji i wentylacji. Sterowanie pracą systemu odbywa się za pomocą elektrozaworów umożliwiających nawadnianie czystą wodą lub odciekiem. Z systemem zraszania współpracuje przerzucarka Backhus, która oprócz napowietrzania poprzez przerzucanie pryzm dodatkowo posiada możliwość ich zraszania za pomocą przystosowanego wózka nawadniającego dostarczonego w zestawie z urządzeniem. Odcieki z pryzm trafiają do kanałów posadzkowych, a następnie grawitacyjnie spływają do rur systemu odsysania. Na poziomie studzienek przelotowych następuje oddzielenie odcieku, który spływa do podposadzkowego zbiornika magazynowego na odciek o objętości ponad 100 m 3, znajdującego się w wentalatorowni. Stężenia gazów w zbiorniku m.in. metanu kontrolowane jest przez system Gazex. Schemat systemu zraszania:
Parametry procesu stabilizacji tlenowej frakcji podsitowej pod witą do kompostowania: Proces stabilizacji tlenowej w zastosowanej technologii jest procesem zautomatyzowanym i sterowanie każdą z 8 pryzm odbywa się indywidualnie. Formowanie każdej z nich odbywa się w ciągu maksymalnie jednego tygodnia. W tym okresie na pryzmę zostaje dowieziona frakcja podsitowa w ilości około 300-350 Mg, w zależności od wilgotności materiału wsadowego, która jest zmienna w zależności m.in. od pory roku prowadzenia procesu. Uformowana pryzma poddawana jest procesowi intensywnego napowietrzania, podczas którego monitorowane są takie parametry jak: stężenie tlenu i dwutlenku węgla w zasysanym powietrzu oraz ilość przepływającego powietrza przez pryzmę. W momencie uformowania każda pryzma zostaje zaopatrzona w trzy sondy temperaturowe z trzema punktami pomiarowymi każda, aby ocenić stopień rozkładu temperatur wewnątrz warstw pryzmy. Najistotniejsza z punktu prowadzenia procesu jest informacja dotycząca zawartości tlenu oraz temperatury w powietrzu poprocesowym, które wpływają na sterowanie procesem wentylacji. Dostarczona technologia umożliwia prowadzenie procesu w trzech trybach: tlenowym, temperaturowym i ręcznym. Dla dwóch pierwszych został wyznaczony dolny i górny poziom odpowiednio tlenowy i temperaturowy regulujący intensywność wentylacji. W przypadku trybu tlenowego progi te wynoszą: dolny 15% i górny 18%, w przypadku temperaturowego: dolny 20 ºC, górny 50 ºC. Jeśli temperatura jest wyższa od maksymalnej, w celu schłodzenia pryzmy i uniknięcia przegrzania następuje uruchomienie wentylacji. Jeśli temperatura jest niższa od poziomu minimalnego rozpoczęcie procesu oraz wzrost temperatury następuje poprzez wyłączenie wentylacji. Odwrotnie natomiast w trybie tlenowym, w którym niski poziom tlenu wymusza wentylację, natomiast wysoki poziom tlenu zatrzymuje wentylator. Wentylacja możliwa jest za pomocą wentylatora o wydajności 18 000m 3 /h, wystarczającego do zasysania około 2 000 m 3 /h powietrza, przypadającego na każdą pryzmę. Oczywiście faktyczny przepływ powietrza procesowego uzależniony jest od stopnia ustabilizowania materiału oraz trybu prowadzenia procesu, o którym mowa wyżej. Proces stabilizacji tlenowej prowadzony jest w ciągu 8-10 tygodni, przy czym pierwsze 3 tygodnie to intensywna stabilizacja W tej fazie obserwujemy wysokie temperatury wewnątrz pryzm rzędu 70-75 C. Aby zapewnić optimum temperaturowe procesu około 65 C przerzucanie z nawadnianiem w tym okresie odbywa się średnio raz w tygodniu. Intensywność nawadniania uzależniona jest od stopnia wilgotności materiału, która utrzymywana jest na poziomie około 50%. Założenia dostawcy technologii nie obejmowały zautomatyzowanego pomiaru wilgotności, dlatego parametr ten mierzony jest przez technologa organoleptycznie i umożliwia w wystarczającym stopniu ocenę stopnia nawodnienia poszczególnych pryzm. Wartość AT4 po trzytygodniowej stabilizacji waha się w granicach 13-15 mg O2/g suchej masy i spełnia warunki rozporządzenia MBP. W kolejnych tygodniach stanowiących fazę dojrzewania obserwujemy spadek temperatury do około 55 C i po około 10 tygodniach łącznej stabilizacji tlenowej uzyskujemy wartość AT4 i pozostałych dwóch parametrów tj. straty przy prażeniu i ogólnego węgla organicznego również na poziomie spełniającym wymagania rozporządzenia.
10 AT 4 po 10 tygodniowej stabilizacji 9 8 8,79 8,90 7 6 7,13 AT 4 5 4 3 2 3,96 3,23 1 0 VII VIII IX X XI XII I II III IV V VI VII VIII 2013 2014 czas 14 OWO po 10 tygodniowej stabilizacji OWO 12 10 8 6 9,37 10,80 11,20 11,70 8,61 11,00 12,00 9,43 9,77 13,30 10,00 8,12 12,40 10,20 4 2 0 VII VIII IX X XI XII I II III IV V VI VII VIII 2013 2014 czas
40 Strata przy prażeniu po 10 tygodniowej stabilizacji 35 30 32,90 34,40 Strata 25 20 15 10 18,10 16,60 28,40 14,90 19,60 21,50 25,90 23,60 22,00 16,10 15,90 27,30 5 0 VII VIII IX X XI XII I II III IV V VI VII VIII 2013 2014 czas Otrzymany stabilizat charakteryzuje się około 20% ubytkiem masy w stosunku do wsadu i wilgotnością około 30 %. 40 Wilgotność po 10 tygodniowej stabilizacji 35 30 37,00 33,80 Wilgotność 25 20 15 10 25,00 21,00 5 0 VII VIII IX X XI XII I II III IV V VI VII VIII 2013 2014 czas Cały proces stabilizacji tlenowej kontrolowany jest w wentylatorowni oraz sterowni znajdującej się w budynku administracyjnym. Każdy sygnał z zamontowanych sond i czujników monitorowany jest w tych dwóch miejscach. System wizualizacji umożliwia podgląd wszystkich badanych parametrów oraz dokonywanie zmian w zależności od potrzeb eksploatatora instalacji i tym samym sterowanie procesem bez konieczności wychodzenia z budynku administracyjnego.
Dzięki niemu wszystkie dane są rejestrowane i archiwizowane, w celu tworzenia raportów, wykresów z przebiegu stabilizacji w poszczególnych etapach procesu. Modernizacja obiektu w celu dostosowania wiaty do kompostowania: Mimo zadowalających wyników wymaganych parametrów procesu przepisy prawa w zakresie prowadzenia procesu obligują nas do szczelnego zamknięcia części obiektu, aby zapewnić wymagania zawarte w 4. obowiązującego rozporządzenia MBP. W związku z powyższym planujemy zastosować następujące rozwiązanie: - proces prowadzony będzie z wykorzystaniem obecnie funkcjonującej technologii dostarczonej przez Vauche przez co najmniej pierwsze 2 tygodnie w szczelnie zamkniętych reaktorach wybudowanych wewnątrz wiaty kompostowni, co zabezpieczy przedostawanie się nieoczyszczonego powietrza do atmosfery. W tym celu przeznaczymy część powierzchni kompostowni na wybudowanie 4 szczelnych boksów wraz z polami odkładczymi w miejscach dotychczasowych 4 pryzm. Materiał zgromadzony na polach odkładczych będzie wprowadzany do reaktorów za pomocą ładowarki kołowej, każdorazowo po zgromadzeniu odpowiedniej ilości frakcji podsitowej. Konstrukcja ścian reaktorów wykonana będzie w technologii żelbetowej, z wykorzystaniem obecnych ścian zewnętrznych. Ściany oddzielające sąsiednie boksy wraz ze ścianą oporową wykonane zostaną do wysokości obecnie wybudowanych ścian zewnętrznych tj. do 3,5 m. Powyżej tej wysokości planuje się wykonanie ścian zarówno zewnętrznych, wewnętrznych, jak i oporowej i stropu w konstrukcji lekkiej, zapewniających hermetyczne środowisko stabilizacji tlenowej. Wysokość reaktorów będzie wynosiła około 5,5 m, co zapewni sprawne i bezpieczne poruszanie się ładowarki kołowej, obsługującej kompostownię.
Po wprowadzeniu partii materiału do reaktora, zostanie on zamknięty za pomocą szczelnych bram. Każdy z reaktorów będzie wykorzystywał istniejące podposadzkowe kanały napowietrzające, zasysające odciek i powietrze z materiału wsadowego. Dodatkowo zastaną zamontowane niezależne wentylatory w tylnych ścianach boksów, zapewniające odpowiednią cyrkulację powietrza w ich wnętrzu. Zasysane powietrze kierowane będzie do istniejącej płuczki chemicznej oraz biofiltrów. Każdy z reaktorów zostanie wyposażony w podwieszany system zraszania umożliwiający równomierne nawodnienie całego wsadu, który zostanie włączony w istniejącą w kompostowni sieć nawadniania. Proces w reaktorach będzie prowadzony do czasu osiągnięcia parametru AT4 poniżej 20 mg O2/g suchej masy. Szacujemy, iż czas ten może wynieść od 2 do 3 tygodni. Po fazie intensywnej materiał zostanie przewieziony z reaktorów na drugą część wiaty, która nie została zabudowana i stanowić będzie plac dojrzewania. W tej fazie możliwe będzie sterowanie procesem i wykorzystanie przerzucarki jak dotychczas. Przewidujemy 5-6 tygodniowy czas trwania fazy dojrzewania, korzystając z doświadczeń już zdobytych podczas przebiegu procesu pod wiatą.