Biotehnologii de Tratare a Deseurilor

23
Biotehnologii de tratare a deşeurilor

description

tema de casa

Transcript of Biotehnologii de Tratare a Deseurilor

biotehnologii de tratare a deseurilor

Biotehnologii de tratare a deeurilor

2011

Pentru a defini ct mai corect biotehnologia proteciei mediului, precum i domeniul su de studiu, trebuie s precizm de la bun nceput ce reprezint biotehnologia, ca o disciplin deja consacrat n sfera larg a cercetrii tiinifice i tehnice actuale.Conform definiiilor recente, biotehnologia reprezint:1) o tiin care studiaz procesele de bioproducie bazate, preponderent, pe activitatea microorganismelor i a principalelor componente ale acestora, precum i pe utilizarea celulelor i a esuturilor aparinnd organismelor superioare, sau2) o tiin multidisciplinar care integreaz cunotinele de microbiologie,3) biochimie, biologie molecular, biologie celular, imunologie, enzimologie, genetic,biofizic, bioinginerie, inginerie chimic, matematic, cu scopul bine determinat de a utiliza microorganismele vii i componentele lor, precum i alte tipuri de celule sau esuturi de origine vegetal sau animal, pentru obinerea de produse utile n agricultur,zootehnie,alimentaie, medicin, industria farmaceutic.n sens restrns, Biotehnologia proteciei mediului reprezint tiina care promoveaz aplicarea metodelor i procedeelor care utilizeaz sistemele biologice i procesele specifice induse de acestea pentru controlul i gestionarea resurselor biotice i abiotice, n scopul integrrii armonioase a societii umane n mediul natural.

Fig.1-Convergena multidisciplinar n definirea Biotehnologiei proteciei mediului ca tiin

Deeul reprezint orice substan, preparat sau orice obiect din categoriile stabilite de legislaia specific privind regimul deeurilor, pe care deintorul l arunc, are intenia sau obligaia de a-l arunca (O.U.G 195/2005).Pornind de la numeroasele definiii aledeeurilors-a ncercat o clasificare a acestora, dup criterii care s permit obinerea ulterioar de statistici comparabile i compatibile n rile Uniunii Europene. n aceast direcie, Consiliul UE elaboreaz Directiva75/442/CEE amendat ulterior de Directiva 91/156/CEE care clasific deeurile dup surs,

procese i direciile din care provin.

O clasificare a deeurilor ar putea fi fcut n funcie de urmtoarele criterii:

1. n funcie de sursele majore, n ordinea contribuiei, se deosebesc:

deeuri agricole

deeuri miniere i de la cariere

deeuri de fabricaie (industriale)

deeuri municipale

deeuri de la generarea energiei

2. Sub aspectul compoziiei chimice deeurile se mpart n:

deeuri organice (resturi vegetale i animaliere, hrtie, cartoane, textile, mase plastice, lemn, plut, resturi de la prelucrarea pieilor i blnurilor, nmoluri organice); deeuri anorganice (metale i nemetale, sticl, ceramic, zgur, cenu, nmoluri anorganice, materiale din construcii betoane, tencuieli).

3. dup caracteristicile principalilor constitueni se disting:

deeuri combustibile (hrtie, cauciuc, textile, mase plastice, lemn);

deeuri fermentabile (resturi alimentare, fructe i legume);

deeuri inerte (sticl, metale, ceramic).

4. funcie de gradul de agresivitate fa de mediu:

deeuripericuloase(explozive,oxidante,inflamabile,iritante,toxice, cancerigene, corozive, infecioase, etc.); deeuri inerte.

Deeurile biodegradabile reprezint o categorie de deeuri format din:

o fracie important din deeurile municipale (40 70%);

deeuri rezultate din activitile agricole i zootehnice;

deeuri de la prelucrrile agro-industriale;

nmolul de la staiile de epurare a apelor.

Cantitile n care sunt produse aceste deeuri sunt dependente de gradul de urbanizare i dezvoltare economico-social, de mediul de trai (urban sau rural), de tipul de comer, de anotimp sau procesul tehnologic folosit n industrie sau agricultur, etc.

Principalele tehnici de tratare a deeurilor sunt:

1. tratare biologic

digestia aerob (compostarea);

digestia anaerob.

2. tratare termic: incinerare, gazeificare sau piroliza.

3. depozitare controlat.

Stocarea n depozite (ecologice sau nu) a deeurilor municipale biodegradabile nu este o soluie viabil i distrugerea lor termic nu este satisfctoare din cauza emisiilor nocive i a reziduurilor foarte concentrate i poluante care rezult din acest proces. Din aceste motive, la nivel mondial se recomand aplicarea altor metode i tehnologii care vizeaz n special valorificarea acestora.

Tehnologii de tratare biologic

Plecnd de la capacitatea deeurilor biodegradabile de a fermenta, n vederea implementrii unor tehnici eficiente de tratare a acestei categorii de deeuri, au fost dezvoltate i mbuntite numeroase tehnologii, care n unele cazuri funcioneaz n paralel sau nlocuiesc tehnicile de incinerare i depozitare controlat. Acestea prezint marele avantaj c reduc volumul de deeuri, producnd n schimb dou produse extrem de utile: compostul i biogazul.Dintre biotehnologiile aplicate n valorificarea i tratarea deeurilor de o atenie deosebit se bucur n ultimul timp tehnologiile de digestie:aerob compostarea;

anaerob fermentarea (digestia) anaerob.

Acestea prin produsele principale generate se aliniaz noilor tendine din Uniunea European privind obinerea de energie din noi resurse i nlocuirea produselor chimice de condiionare a solului cu produse ecologice, cu impact negativ redus asupra faunei i florei.

Compostarea

Compostarea este o metod ecologic de procesare a deeurilor biodegradabile, prin transformarea lor ntr-un produs nepoluant numit compost, cu nalt valoare nutritiv pentru plante i cereale, respectiv un foarte bun amendament al strii fizice i chimice a solurilor. Ea reprezint totalitatea transformrilor fizice, chimice i biochimice pe care le sufer deeurile biodegradabile, de la forma iniial i pn ajung n diferite stadii de humificare. Este un proces biologic natural, aerob i exoterm, n care microorganismele convertesc deeurile biodegradabile n CO2, vapori de ap i compost.Procesul de compostare are ca rezultat stabilizarea deeurilor i reducerea volumului

acestora. Separarea la surs a deeurilor este esenial, reducnd substanial costurile procesului de compostare. Trebuie evitat compostarea deeurilor municipale colectate n amestec, deoarece n aceast situaie se nregistreaz un coninut ridicat de metale grele, cum ar fi: Cd, Pb, Cu, Zn i Hg. Datorit condiiilor referitoare la concentraia de metale grele admis n compost se recomand a se evita colectarea materialelor biodegradabile din mediile urbane dense.

n funcie de procesele predominante, compostarea are dou faze eseniale, care se ntreptrund:1. faza de descompunere este alctuit dintr-o etap mezofil, n care temperatura crete treptat i rapid pn la 40 - 45 C i o alta termofil, care dureaz mai mult i n care temperatura n masa de compostare crete pn la 65- 70 C, faz n care predomin procesele biologice de descompunere a materiei organice proaspete.2. faza de maturare este cea n care intensitatea proceselor de descompunere scade

treptat, predominnd procesele microbiologice de biosintez a substanelor humice, prin reacii specifice de polimerizare i policondensare.

Figura 1. Schema de principiu a procesului de compostare

Substanele organice, dup distrugerea forei de organizare a vieii, coeziunii i a regenerrii din ele, ncep s se descompun imediat. Agenii care determin procesele de descompunere care au loc pe parcursul compostrii sunt bacteriile i fungii. Acetia pot fi clasificai n microorganisme mezofile i termofile.Microorganismele mezofile (cele care cresc cel mai bine la temperatura de 25 - 45 C) sunt dominante n masa de compostare n faza iniial a procesului cnd temperaturile sunt relativ sczute. Aceste organisme folosesc oxigenul disponibil pentru a transforma carbonul din materialele compostabile n vederea obinerii de energie, producnd astfel CO2, ap i cldur ca rezultat al proceselor metabolice.Dac grmada de compostare este suficient de mare pentru a izola straturile interne de temperatura mediului nconjurtor i nu au loc amestecri sau aerri artificiale, cea mai mare parte din cldura produs de microorganisme va fi reinut n interiorul grmezii. n straturile centrale izolate, temperatura masei compostabile va crete aproape peste nivelul de toleran al microorganismelor mezofile, acestea fiind distruse sau inactivate.

Microorganismele termofile, care prefer temperaturi ntre 45 70 C, devin active n acest interval i consum materialele disponibile, nmulindu-se rapid i nlocuind mezofilele n cele mai multe seciuni ale grmezii de compostare. Ele se dezvolt de obicei, dup 5 10 zile de compostare i genereaz o cantitate de cldur mult mai mare dect mezofilele, temperaturile ce se ating n aceast perioad fiind suficient de ridicate pentru a inactiva cei mai muli ageni patogeni i semine de buruieni.Bacteriile termofile continu s descompun materialele att timp ct exist nutrieni i surse de energie. Pe msur ce aceste surse scad, termofilele mor i temperatura din grmezi ncepe s scad. n acest moment, bacteriile mezofile ii reiau activitatea n procesul de descompunere pn cnd toate sursele disponibile de energie sunt epuizate.Dintre microorganisme, bacteriile au rolul cel mai semnificativ n procesul de compostare, fiind primele care ocup grmada de compostare i descompun proteinele primare i carbohidraii mai repede dect alt tip de microorganisme.Ex: Bacillus vulgatus, Bacillus mesentericus, Bacterium fluorescens, Micrococcus luteus,Micrococcussulfureus,Streptococcuspyogenes,etc.,bacteriinitrificatoare, mixobacterii.

Fungii, au rol important, dar pe parcursul compostrii, cnd grmada ncepe s se usuce, deoarece acetia pot tolera mai uor dect bacteriile mediile cu umiditate redus. Unele tipuri de fungi pot necesita o cantitate mai mic de azot comparativ cu bacteriile, fiind astfel apte pentru descompunerea materialelor celulozice pe care bacteriile nu le pot descompune. Deoarece fungii sunt activi n grmezile de compostare, s-a atras atenia asupra dezvoltrii unor specii optime, n mod particular cele aparinnd genului Aspergillus.

n ceea ce privete capacitatea staiilor de compostare, se cer respectate cel puin urmtoarele codiii:amplasarea staiilor de compostare n centrul ariei de colectare;

selectarea locaiei trebuie s ia n considerare condiiile de clim specifice pentru a minimiza impactul emisiilor (miros suprtor) asupra mediului;distana dintre cea mai apropiat gospodrie i staia de compostare trebuie s fie de cel puin 500 m conform Ordinului 536/23.06.1997 pentru aprobarea Normelor de igien i recomandrilor privind mediul de via al populaiei;fiecare staie de compostare trebuie s includ faciliti de pretratare prin mcinare, sitare, presortare i amestecare a materiei biodegradabile (prin aceasta se asigur c

staia de compostare poate s utilizeze materie biodegradabil din diferite surse: gospodrii private, instituii publice, restaurante, industrii, piee i zone verzi publice);pentru a minimiza emisiile mirositoare va fi necesar ca, n anumite regiuni, s se prevad faze de digestie anaerob (cldiri nchise) premergtoare compostrii propriu-zise;toate staiile de compost trebuie s includ tehnologii de ambalare a compostului pentru introducerea acestuia pe pia.

Aplicarea compostrii pentru tratarea deeurilor biodegradabile are ca efect:

reducerea polurii mediului cu deeuri organice;

inactivarea agenilor patogeni pentru plantele de cultur, om i animale, datorit

temperaturilor ridicate din timpul fazei termofile i prin procesele de fermentare;

repunerea n circuitul ecosistemului a materiei organice i a elementelor nutritive prin intermediul solului.

Utilizri ale compostului

Compostul este bogat n substane biodegradabile i nutritive N, P, K, Ca, Mg. Compostul duce la o ridicare a coninutului de humus, a capacitii de prevenire a eroziunii, a activitii solului, la o mbuntire a structurii pmntului, a controlului cldurii, a apei i a rezervelor de substane nutritive n pmnt. n cazul solurilor nisipoase compostul mbuntete capacitatea de reinere a apei i diminueaz uscarea, n cazul solului argilos acesta mrete capacitatea de permeabilitate a aerului i a apei i reduce prin aceasta splrile de suprafa. Se mrete capacitatea de ptrundere i cretere n adncime a rdcinilor i pmntul este afnat.Compostul este un produs finit care se poate utiliza n agricultur iar depozitarea compostului nu prezint nici un impact negativ asupra mediului nconjurtor. Compostul de bun calitate este un produs valoros care se poate utiliza n agricultur, horticultur, sere, etc. compostul de slab calitate poate fi utilizat pentru acoperirea depozitelor de deeuri.

Digestia anaerobDigestia anaerob este un proces biologic, de descompunere a materiei organice umede care se desfoar n incinte nchise, n absena oxigenului molecular i a luminii i n prezena mai multor specii de bacterii. n acest proces microorganismele descompun materia organic n substane cu molecul simpl i un amestec de gaze. Amestecul gazos este format din CH4 (max. 80%) i CO2 (min. 20%) alturi de care se ntlnesc cantiti mici de H2, H2S, mercaptani, vapori de ap i urme de NH3, N2 i se numete biogaz.Deeurile care pot fi tratate prin digestie anaerob sunt cele cu un coninut mare n

substane organice, cum ar fi: deeuri menajere, nmoluri organice, resturi vegetale, gunoi de grajd, deeuri de la abatoare, deeuri din zootehnii, etc.Digestia anaerob este prezentat schematic n figura de mai jos:

Figura 2. Schema de principiu a procesului de digestie anaerob

Microorganismele implicate n acest proces sunt prezentate n urmtorul tabel:

Tip bacteriiRol n proces

Hidroliticedescompun macromoleculele biodegradabile n substane mai simple

Acidogeneutilizeaz ca substrat compuii organici simpli eliberai de bacteriilehidrolitice i produc acizi organici cu lan scurt, care la rndul lor reprezint substratul pentru grupele urmtoare de bacterii

Acetogeneutilizeaz ca substrat produii sintetizai de bacteriile acidogene; rezultacetat, hidrogen i anhidride carbonice

OmoacetogeneSintetizeaz acetat plecnd de la anhidride carbonice i hidrogen

Metanogeneproduc metan

acetoclasticeproduc metan i anhidride carbonice din acid acetic

hidrogenotrofeproduc metan plecnd de la anhidride carbonice i hidrogen

Principalele scopuri ale aplicrii digestiei anaerobe n tratarea deeurilor sunt:

1. Producerea biogazului n urma digestiei anaerobe a deeurilor organice este cel mai mare beneficiu. Astfel, se recupereaz mare parte din energia potenial a materiei organice. Biogazul poate fi folosit n uniti gospodreti pentru gtit, nclzit, iluminat, dar i

n instituiile mai mari la conservarea resurselor energetice locale epuizabile (crbune, petrol, gaze naturale).n mediu rural, aceast tehnologie se poate aplica cu succes pentru majoritatea deeurilor preponderent organice, iar folosirea biogazului ca surs de energie poate duce la independena energetic a gospodriei sau fermei.2. Stabilizarea deeurilor

Reaciile biochimice care se produc n timpul digestiei anaerobe reduc coninutul de compui organici din deeuri cu 30 pn la 60% i se produce un nmol stabilizat care poate fi folosit ca fertilizator pentru sol.3. Formarea de nutrieni

Nutrienii (compui cu N, P i K) prezeni n deeurile organice se gsesc, de obicei, legai n structuri organice complexe, fiind greu asimilabili de ctre plante n aceast form. Dup realizarea digestiei anaerobe, cel puin 50% din azotul prezent este transformat n ioni de amoniu, acesta putnd fi transformat n continuare n nitrii i nitrai care sunt uor asimilai de ctre plante.

4. Inactivarea microorganismelor patogene

n timpul procesului de anaerob, deeurile sunt meninute n lips de oxigen timp ndelungat (15 30 zile) la temperaturi de aprox. 35 C. Aceste condiii sunt suficiente pentru a inactiva o mare parte din bacteriile patogene, virusuri, protozoare, etc.

Digestia anaerob are ca rezultat reducerea volumului deeurilor cu stabilizarea acestora i obinerea de fertilizatori pentru sol biogaz. Prin aceast metod pot fi tratate toate tipurile de deeuri biodegradabile ns cel mai bine se preteaz deeurile provenite de la fermele de animale (bovine, porcine). Fezabilitatea metodei depinde de existena unei piee de desfacere a produilor. O importan foarte mare o are separarea la surs a deeurilor.n general staiile de tratare biologic trebuie s ndeplineasc anumite criterii de amplasare, n funcie de reglementrile naionale referitoare la protecia zonelor rezideniale.

Bibliografie:

Mihai Nicu, Daniela uteu, Tehnologii de tratare i valorificare a deeurilor,

Vol. 5: Tehnologii de digestie a deeurilor biodegradabile, Editura Ecozone, Iai,

2009.

Lcrmioara Istrate, Maria Harja, Biotehnologii n protecia mediului, Editura

Tehnic-Info Chiinu, 2006.

http://www.ecomagazin.ro/biotehnologia-protectiei-mediului-combustibilii- alternativi/