04.Tratare biologica

5/12/2018 04.Tratare biologica - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/04tratare-biologica 1/21

TTrraattaarreeaa bbiioollooggiiccăă CCoommppoossttuull şşii mmeettaanniizzaarreeaa

Compostarea Compostarea reprezinta procesul de descompunere pe cale biologica a substantelororganice de către microorganisme (in principal bacterii si fungi) intr-un produs stabil,nepoluant,cu înalta valoare nutritiva pentru plante si cereale, un foarte bun adaos la stareafizica si chimica a solurilor.In timpul procesului de compostare se desfasoara doua procese biologice (de

descompunere si de sinteza),care se intrepatrund si se interconditioneaza.Procesul este controlat in ceea ce priveste accelararea descompunerii, optimizarea eficientei

si minimizarea impactului asupra mediului si populatiei, se poate aplica deseurilor verzi sideseurilor solide municipale si se desfasoara in doua faze :

a) tratarea mecanica;b) descompunerea (fermentarea).

Biodeseurile, deseurile care pot fi tratate biologic,sunt,in principal, urmatoarele:- fractia biodegradabila din deseurile menajere si asimilabile;- deseuri din gradini si parcuri;- deseuri din piete si complexe alimentare;- resturi biodegradabile din industria alimentara;- namol rezultat din statiile de epurare orasenesti.In general, statiile de compostare pot ficlasificate,dupa capacitatea de prelucrare,astfel:

a) capacitate mica – intre 1.000 si 3.000 t/an; maxim 6.000 locuitori;b) capacitate medie – intre 3.000 si 10.000 t/an; maxim 20.000 locuitori;c) capacitate mare – peste 10.000 t/an; peste 20.000 de locuitori.

Fermentareaa. Factorii principali care favorizeaza fermentarea aeroba.

Oxigenul din aer . In mod teoretic cantitatea de aer care asigura oxigenul necesar pentrufermentarea deseurilor menajere tratate mecanic este de 4,5 - 5 litri aer pe Kg de materieuscata (la deseurile cu umiditate de 45%) si pe ora. Acolo unde este posibil, este preferabil caaceasta cantitate de aer sa fie sporita. Aerarea se poate face prin mai multe sisteme, conform procedeului de compostare adaptat,astfel:

aerare simpla, prin rasturnarea gramezilor de compost, in cazul compostarii pe platforme

in aer liber;introducerea aerului prin conducte perforate in cazul unor compostari in gramezi;introducerea de aer rece sau cald in camerele de fermentare;

prin realizarea unei usoare depresiuni in camera de fermentare;prin amestecarea continua cu ajutorul unor utilaje speciale.

Aceste sisteme pot fi combinate.



Apa - în functie de cantitatea de materii organice, existente in deseuri, procentul deumiditate optim pentru fermentare trebuie sa fie urmatorul:

cand continutul de materii organice al reziduurilor este <50% umiditatea trebuie sa fie decirca 45%;

cand continutul de materii organice >50% umiditatea trebuie sa fie de circa 50 - 55%.

Pentru a controla procesul de fermentare, este necesar ca materialul de compostat sa fie feritde ploaie, deoarece o umiditate prea mare poate duce la fenomene specifice fermentariianaerobe.

Compozitia deseurilor .Este unul dintre factorii importanti in declansarea procesului de fermentare. Daca deseurileau o incarcare mare in materii fermentabile si temperatura mediului este mare, procesul decompostare se declansaza rapid si se poate desfasura corespunzator, daca este condus bineprin introducerea cantitatii necesare de aer. Dimpotriva, daca deseurile au o incarcare redusain substante organice, in special in perioadele de iarna, fermentarea este intarziata siintroducerea de aer suplimentar, nu face decat sa dauneze procesului de fermentare (aparitia

si dezvoltarea de mirosuri neplacute).

b. Factorii auxiliari care favorizeaza fermentarea aeroba.

omogenitatea amestecului;

granulatia deseurilor supuse fermentarii;modul de asezare a deseurilor macinate in gramezi sau in recipienti de fermentare;incetinire vitezei de crestere a temperaturii.

c. Fazele procesului de fermentare aeroba.

faza latenta: corespunde perioadei de timp necesar colonizarii microorganismelor in

noul mediu creat; aceasta faza incepe practic din perioada de depozitare î n recipienti deprecolectare si colectare si dureaza pana la inceperea cresterii temperaturii;

faza de crestere : este cea de marire a temperaturii si depinde de compozitia deseurilor,umiditate, aer;

faza termofila: reprezinta perioada corespunzatoare celei mai inalte temperaturi; aceastafaza poate dura perioade mai lungi sau mai scurte, dupa cum se actioneaza asupra mediuluicu aer sau apa, in functie de cantitatea de substante organice fermentabile si de gradul deizolare termica realizat. In faza termofila se poate actiona mai eficient asupra fermentarii.

faza de maturizare sau de crestere : corespunde unei fermentari secundare, lente,favorabila umezelii, respectiv transformarii unor compusi organici in humus sub actiunea

microorganismelor.

d. Compozitia medie a unui esantion de compost

Raportul carbon / azot este un factor care reflecta stadiul evolutiei fermentarii deseurilor.Compostul obtinut poate fi considerat bun pentru agricultura daca prezinta, in medie,urmatoarele caracteristici:

granulometrie: 90% din compost sa fie cernut cu ciurul de 35 mm;



procentul de carbon sa fie > 5% din materiile uscate;

procentul de azot > 0,3% din materiile uscate;raportul carbon / azot cuprins intre 20 - 30 in deseurile initiale, poate duce dupa

compostare la un raport de 10 - 15. Levigatul Levigatul rezultat din statiile de compostare a deseurilor verzi poate avea o incarcare mare insubstante organice (exprimata in CCO-Cr), fenoli si azotati, Producerea de levigat poate firedusa sau prevenita prin monitorizarea si corectarea nivelului de umiditate in compost siprin folosirea de spatii de compostare acoperite.In cazul spatiilor de compostare descoperite se pot amenaja canale de colectare a levigatului,stocare si repompare in compost in functie de necesitati (asigurarea nivelului de umiditateoptim al compostului).Excesul de levigat poate fi introdus in sistemul de canalizare, stocat si pompat in reteaua decanalizare orasenesca sau in bazinul vidanjabil.

Compusi organici volatili (COV)

Compusii organici volatili (ex. benzene, chloroform, tricloretilena) prezinta un isc potentialpentru statiile de compostare. Aceste substante pot sa apara in statia de compostare atuncicind anumite deseuri de lemn,de ex., au fost admise la compostare chiar daca au fost tratatesolventi si vopseluri.Combinarea procesului de aerare fortata, amestecarea deseurilor si temperatura ridicata poateelibera COV in spatiile de lucru sau/si in atmosfera. Acest proces are loc in perioada de compostare si COV sunt evacuati in atmosfera fie direct(compostare in spatii deschise) fie prin sistemele de ventilatie (compostare in spatii inchise). Tehnicile de eliminare sunt foarte costisitoare si este de preferat folosirea unor masuri delimitare a aparitiei care constau intr-un examen foarte atent la primirea deseurilor si

neacceptarea deseurilor care pot genera, prin tratare, aparitia de COV.

Refuzurile, cu exceptia deseurilor feroase si neferoase, rezultate din activitatea decompostare sunt deseuri cu putere calorifica mare si este preferabila incinerarea acestora.Daca in zona nu este in functiune un incinerator, este posibila depozitarea controlata la undepozit de deseuri nepericuloase definit conform O.M. nr. 757/2004 pentru aprobareaNormativului tehnic pentru depozitarea deseurilor.Exemplu de proces de compostare :Platformele ecologice pentru compostarea gunoiuluide grajd



Fig.nr.1 Statia de compostare comunala

Fig.nr.2 Colectarea si stocarea temporara a gunoiului de grajd in gospodarii individuale



Fig.nr.3 Recipienti de colectare

La nivelul gospodăriilor individuale care au primit platforme, colectarea gunoiului de grajd se vaface initial pe aceste platforme, dimensionate să asigure un timp de depozitare de circa o lunăpentru o gospodărie cu un număr mediu de animale. Dacă este cazul, urina colectată dinadăposturi se toarna peste gunoiul din platformă pentru a fi absorbită de acesta

Fig.nr.4 Gramezi de gunoi de grajd in timpul compostarii

La platforma comunală gunoiul va fi descărcat sub formă de grămezi sau şiruri, ulterior urmândca acestea să fie sistematizate cu ajutorul încărcătorului frontal sub forma unor şiruri paralelecu peretii laterali ai platformei. Şirurile vor avea o sectiune trapezoidală cu înăltimea de circa 2 m şi



lătimea la bază de circa 3-4 m. Primul şir va fi format în centrul platformei, astfel încât să existespatiul necesar pentru mutarea laterala a acestuia în scopul unei bune aerări a materialului.Frecventa cu care se va face întoarcerea şirurilor va fi determinată în mod practic în functie defelul în care va decurge procesul de compostare aerobă

Fig.nr.5 Platforma-bazin pentru colectarea fractiei lichide

Având în vedere caracterul pilot al platformelor de gunoi, durat de depozitare şitehnologia de compostare vor fi stabilite pe parcursul utilizării acestora în functie decompozitia materialului colectat.

Tehnologii de tratare termică a deşeurilor

Gestionarea corespunzatoare a deseurilor de orice natura impune schimbarea radicalaa opticii privind modul de colectare si stocare temporara,valorificarea sau eliminareafinala a acestora.

Legislatia specifica privind gestionarea deseurilor in Romania reprezinta expresianecesitatilor de conservare a resurselor naturale si, acelasi timp, suma dezideratelorimpuse de Comunitatea Europeana.

Noua legislatie impune,de exemplu, o noua viziune privind proiectarea, executarea siexploatarea depozitelor de deseuri de orice natura, dar in special distrugerea in condiiii



de securitate ecologica a unor largi categorii de deseuri care prin natura lor constituiefactori de risc pe termen lung.Procesele de tratare termică a deşeurilor reprezintă o opiune fezabilă după variantele

de valorificare (colectare, sortare, reciclare) şi înaintea depozitării controlate adeseurilor.

Scopul general al incinerării deşeurilor este:- reducerea la maxim posibil a potenialului de risc şi poluare;- reducerea cantităii şi volumului de deşeuri;- conversia substanelor rămase într-o formă care să permită recuperarea saudepozitarea acestora;- transformarea şi valorificarea energiei produse.

În funcie de fiecare tip de deşeuri se poate ine cont de exemplu de următoarele

criterii la întocmirea programului de incinerare:- valoarea calorică;- coninutul de apă;- coninutul de halogeni (F, Cl, Br, I);

- coninutul de sulf şi azot;- coninutul de metale grele;- coninutul de compuşi organici termostabili (de ex. hidrocarburi policiclicearomatice)

Tratarea termica a deseurilor poate fi realizata prin mai multe metode,tehnici siprocese,dintre care enumeram:1. Incinerarea ;2. Piroliza ;3. Piro/Gazeificarea ;

4. Procedeul cu plasma



1.Incinerarea

Incinerarea consta in eliminarea unui deseu prin arderea sa intr-o instalatie de incinerare la otemperatura mai mare de 850°C

Instalaia de incinerare poa t e f i o instalaie tehnică fixă sau mobilă şi echipamentul destinat tratamentului termic al deşeurilor, cu sau fără recuperarea căldurii de ardere rezultate.

Incinerarea poate fi aplicata atit deseurilor menajere cit si deseurilor cu regim special(industriale periculoase , toxice , spitalicesti).

In cazul deseurilor menajere ,de exemplu, o tona de deseuri menajere incinerate ducela productia de :- 230-250 kg de cenusa- 25-40 kg reziduuri de epurare de gaze- 20-22 kg de feroase- 0,5-1,5 kg de neferoase-

6000Nm3 de gaze(8% din produsele rezultate in urma incinerarii).Costurile de exploatare ale unei instalatii de incinerare depind de compozitia

deseurilor si de puterea lor calorifica si variaza intre 23-38 €/tona. Valorificarea si comercializarea energiei pot determina scaderea costurilor de

exploatare.Schema tehnologica a unei instalatii de incinerare ,cu purificarea umeda a gazelor,este

prezentata in fig.nr.1



Fig.nr.1 Schema simplificata cu intrarile si iesirile intr-o uzina de incinerare(cu tratament umed al gazelor)

Pentru buna realizare a combustiei deseurilor, trebuie controlati urmatorii parametri :- Temperatura de combustie care variaza intre 1000°C - 1400°C ;- Timpul de sejur – este durata in timpul careia moleculele sunt expuse la temperaturiinalte. Acest timp trebuie sa fie suficient de lung pentru a asigura desfasurarea completa adiferitelor reactii. Timpul de sejur va fi cu atat mai scurt cu cat temperaturile sunt mairidicate.- Turbulenta – turbulenta permite buna amestecarea a combustibililor si a aeruluicomburant.

Cele mai nocive emisii rezultate din procesul de incinerare sint dioxinele si furanii.Acestemolecule sunt foarte periculoase pentru mediul inconjurator si pentru sanatatea umana.

Detectarea dioxinelor si a furanilor se realizeaza printr-un control riguros,constant ,costisitor.

Rezultatele masuratorilor variaza in functie de temperatura gazelor de combustie si timpul lorde trecere prin cuptorul incineratorului. Daca temperatura gazelor depaseste 1000 C sitimpul de trecere este de 2 secunde, majoritatea dioxinelor sunt distruse. S-a demonstrattotusi ca dioxinele se pot forma in momentul racirii gazelor de combustie. Metodele deprelevare si analizele permit acum detectarea pana la nanograme pe kg de deseuri.

Noile incineratoare sunt controlate, avand mai putin de 0,1ng/Nm3 de dioxine (valoarea

medie 0,07 ng/Nm3).

In urmatoarele doua figuri sint reprezentate doua instalatii de incinerare



Fig.nr.2 Instalatie de incinerare

Procedeul de incinerare

Aer primar Zguri

cuptor Evacuarea

cenusilor

Iesire

gaze

Spre tratarea gazelor Cazanul de abur

Deseuri



Fig.nr.3. installatie de incinerare cu recuperarea caldurii



Tabelul nr.1 avantajele si dezavantajele incinerarii Avantajele si dezavantajele incinerarii Avantaje DezavantajeReducerea volumului cu 90% Cenusi, reziduuri poluante Tratare rapida Probleme de rentabilitate pentru unitati mici

Nu exista pretratare Eficacitatea productiei de energie electricaeste scazuta in marea parte a cazurilor Adaptare la cantitati mari Investitii ridicateNu se produce metan Costuri de functionare ridicatePosibilitate de recuperare si valorificareenergetica

Impiedica toate inflexiunile politicii dedeseuri

Posibilitate de recuperare a metalelor Opozitia populatiei in crestereGarantie de termen lung

2. Piroliza

Piroliza consta in degradarea termica a materiei organice in absenta oxigenului Termoliza termoliza consta in descompunerea unui deseu prin incalzirea sa intr-un

cuptor in lipsa oxigenului ( la o temperatura cuprinsa intre 450-750°C)

Piroliza conduce la o descompunere a materiei organice, care se transforma in:- un compus combustibil solid, care este separat de inerte si de metale,comparabil cu uncarbune de calitate inferioara. El poate fi in continuare spalat, racit, declorat- un compus gazos, constituit dintr-o fractie condensabila (ulei: vapori de benzina si deapa) si o fractie necondesabila (H2, CH4, CO, hidrocarburi), care in continuare este tratataprin combustie

Pentru o tona de deseuri menajere brute tratate, dupa uscare (-200 kg de apa) se produccirca 400 kg de gaze si 400 kg de materie solida.

Acest tip de tratare termica permite distrugerea tuturor materiilor organice. Totusi, in cazul deseurilor menajere, produsii susceptibili de a fi preferabil tratati in piroliza,in detrimentul incinerarii sunt:- materiale care sufera schimbari de faze, precum plasticul materiale care contin sarurisau metale fuzibile sau volatilizabile la temperaturi clasice de incinerare (NaCl, FeCl2, Zn, Pb)- materiale cu continut mare de clor, sulf sau azot ,materiale cu continut mare de cenusa



Fig.nr.3 reprezentarea schematica a pirolizei

De scurt timp, exista piroliza la temperatura inalta (2000oC)

Se disting 2 mari categorii de cuptoare de termoliza:- cu incalzire indirecta, gazele si solidele de termoliza fiind recuperate separat de gazul decombustie- cu incalzire directa, o parte de produsi de termoliza (gaz si/sau solid) fiind arse directin cuptor. Doar solidul poate fi valorificat.Pentru aceste 2 mari categorii de cuptoare, cuptoarele se pot clasifica in functie de incarcare(cuptoare rotative, cuptoare in pat fluidizat si cuptoare in pat fix).

Tinand cont de principiile fizico-chimice care sunt la baza acestui tip de procedeu, esteposibila atat tratarea deseurilor cu putere calorifica ridicata (diferite pneuri, deseuri de vopsitorie si solvanti, uleiuri uzate etc) cat si cu putere calorifica redusa (pamant contaminat,namol de la statiile de epurare…)

Tabelul nr.2 Diferente intre piroliza si incinerarePiroliza Incinerarea

Tipul reactiei Descompunere termica Transformarea materiei organice

OxidareOxidarea materiei organice

Atmosfera Reducatoare Oxidanta Temperatura 400-800 800-1200

Produsi de reactie Carbonati, condensat si gaz combustibil CO2, H2O, minerale solide

Avantajele pirolizei sunt:- pentru unitatile de termoliza simple, piata vizata este cea de mici unitati (<50000 T/an)- o recuperare naturala a clorului, fara formari de dioxine (absenta aerului) in timpulreactiei de termoliza.- gaze evacuate in cantitate inferioara: -30% in raport cu incinerarea cu gratar clasic

Deseuri de la

dezasamblare auto

Pneuri uzate

Deseuri periculoase

Namoluri

Plastic

Refuzuri de sortare

Combustie

Reciclare

Valorificare

Gazeificare

Ener ie termica

Combustibil azos

Gaz de sinteza

Metale

Negru de fum

Hidrocarburi

Combustibili alternativi

Depozitare deseuri



- gaze evacuate de calitate mai buna (acest lucru inainte de tratare; este necesar oricum de aavea un sistem complet de tratare a gazelor); putine metale grele sublimate in gaze, din cauzatemperaturii scazute de tratare a deseurilor.- Mai putini reziduuri de subprodusi solizi de combustie.- Obtinerea gazului combustibil care este valorificat sub forma de energie primara.

Printre inconvenientele legate de acest procedeu :- natura reziduului solid care poate pune probleme cu tratarea- sensibilitate in privinta securitatii

3. Piro/Gazeificarea

Gazeificarea termica a deseurilor menajere difera de piroliza prin faptul ca descompunereatermica are loc in prezenta unei cantitati limitate de oxigen si aer.Gazul generat poate fi utilizat in incalzitoare sau epurat si utilizat in turbinele din camera de

combustie.Gazeificarea deseurilor consta intr-o operatie de piroliza in care o parte din deseuri sunt arse(zona oxidanta) pentru a furniza caldura necesara la intretinerea pirolizei (zona reducatoare,endotermica). Aceasta caldura este adusa de catre gazul cald provenit din zona oxidanta, deaceasta vorbindu-se in acest caz de piroliza/gazeificare.Se produce in general la temperaturi inalte (1 200 – 2 000oC).

Ansamblul piroliza/combustie partial se realizeaza prin:- aport intern de caldura (combustie partiala)- aport de aer sau oxigen (combustie reducatoare)La traversarea unui amestec apa-aer, gazeificarea transforma deseurile in principal in

monoxid de carbon. Reactiile urmatoare explica formarea acestor gaze:CO2 + C → 2CO (H = +172.52 kJ/mol)2C + O2 → 2CO (H = -110.56 kJ/mol)

Reactia eterogena a apei gazoase :

H2O(g) + C → CO + H2 (H = +131.34 kJ/mol)2 H2O(g) + C → CO2 + 2 H2

Reactia omogena a apei gazoase :

H2O + CO → CO2 + H2 (H = -41.18 kJ/mol)

In functie de conditiile de gazeificare, a fost observata si formarea metanului CH4 , rezultandurmatoarele ecuatii:

C + 2 H2 → CH4 (H =-74.87 kJ/mol)CO + 3H2 → CH4 + H2O2CO + 2 H2 → CH4 + CO2



Formarea metanului se opreste cand se atinge o temperature de reactie ridicata.Produsii care contin sulf sunt transformati in atmosfera in acid sulfhidric H2S.



Fig.nr. 4 Etajarea pe zone in gazeificator :

Tabelul nr.3 Bilantul de materiale si PCI pentru termoliza

Bilant de materiale si PCl pentru deseurile tratate prin termolizaDeseurimenajere

Anvelope RBA Materialeplastice

Namoluri

Gaz (kg/t) 480 560 450 680 660Potentialenergetic PCl(MJ/kg)

17 40 12 28 Neprecizat

Semicocs(kg/t) 300 330 300 280 340

Metale/substanteinerte (kg/t) 100 :120 150 100 :150 40 -

Potentialenergeticsemicocs(MJ/kg)

18 29 7 5 7

PCl – pt 1 kg de carbon – 30 MJ/kg - pt 1 kg de combustibil – 38 MJ/kg RBA – deseuri rezultate de la dezasamblarea autovehiculelor

DeseuriGaze

Uscare

Piroliza

Gazeificare

Racirea cenusii

Reziduu solid

Aer, O2, H2O



Concluzii:

Pentru a trata termic deseurile este absolut necesara cunoasterea compozitiei acestorasi a puterii calorifice inferioare;

Un incinerator poate fi considerat rentabil din punct de vedere energetic si economic,

cand puterea calorifica inferioaraa deseurilor depaseste 2000 kcal/kg;Din calculele efectuate pentru deseurile menajere din Bucuresti a rezultat o puterecalorifica inferioara intre 1250-1500 kcal/kg;

Cunoasterea puterii calorifice reale a deseurilor conduce la dimensionarea siconstruirea gratarelor incineratoarelor, pentru a nu deteriora echipamentele;

De exemplu, pentru un incinerator de 150000t/an, deseurile avand o putere calorificainferioara de 1300 kcal/kg, bugetul este de circa 90 milioane euro, aceasta insemnand un costde tratare de circa 30 €/t de deseuri.

Pentru a construi un incinerator este nevoie de circa 4-5 ani, iar durata de functionareeste de minim 25 ani.

Exista o opozitie pentru tratarea termica prin incinerare din cauza problematicii

dioxinelor, care este reala, dar care ,uneori,este exagerata , mai ales din motive emotionale.Diferitele moduri de tratare termica sunt in realitate complementare, adaptate

situatiilor locale, in context istoric sau geografic particular;Nu exista o solutie unica,nici una privilegiata,ci doar solutii adaptate de la caz la caz.



Schemele diferitelor procedee de incinerare



Procedeul semi umed

Procedeul umed



Autor,

Dr.ing.chim.Irina Petruc

Agenia pentru Protecia Mediului Iaşi

04.Tratare biologica

Documents

Transcript of 04.Tratare biologica