Deseuri si Tehnologii de Valorificare

Deeuri i Tehnologii de Valorificare

Ovidiu NEME ( Tiberiu RUSU ( Vasile-Filip SOPORAN

Mecanisme de degradare a materiei organice din depozitele de deeuri

Degradarea materiei organice pe cale biologic este un proces complex, de durat i este puternic influenat de o mulime de factori att interni ct i externi. Aceti factori sunt greu de prognozat i de stpnit, prin urmare nu se pot da date precise privind mecanismul derulrii acestui proces.

Conform datelor din literatur, biodegradarea deeurilor organice n condiiile depozitrii n gropi parial sau total amenajate se deruleaz n 5 etape. Durata de desfurare a procesului de degradare variaz n timp n funcie de structura deeurilor i de condiiile de depozitare.

Pornind de la aceste aspecte, etapele de desfurare a procesului de degradare sunt stabilite doar principial, deoarece nu dispunem de date certe privind structura deeurilor depozitate de-a lungul timpului, gradul de compactare al acestora, durata de depozitare pe sectoare, celule etc. De asemenea nu se poate preciza cantitatea de gaze i durata procesului fr a efectua determinri amnunite pe teren i sub aspectul compoziiei, strii deeurilor, etapa n care se gsete gunoiul n acel moment etc.

Aa cum am precizat, pe parcursul depozitrii sale, deeul parcurge 5 etape ale procesului de biodegradare. Aceste etape sunt evideniate n figura 5.3. Fiecare etap are anumite caracteristici definitorii, dup cum urmeaz:

Fig. 5.3. Structura procesului de producere a biogazului din deeuri

Etapa I - etapa aerob are loc imediat dup depozitarea deeului pe platforma depozitului. Substanele uor degradabile reacioneaz cu oxigenul prezent deoarece deeul nu este acoperit cu un strat impermeabil i nu este tasat. Oxigenul se gsete n porii deeului i la suprafaa acestuia. Astfel se formeaz CO2. Ca urmare a reaciilor de oxidare aerob temperatura compostului crete uor. Aceast faz este relativ scurt.

Etapa II - este tot o etap caracteristic proceselor aerobe din punct de vedere chimic dar cantitatea de oxigen liber este mai mic i treptat se dezvolt condiiile caracteristice proceselor anaerobe. Are loc un proces de fermentare din care rezult acizii grai ce influeneaz pH-ul deeului, respectiv acesta scade. Gazul care se degaj n aceast etap este n mare parte CO2.

Etapa III - este etapa anaerob nu mai exist oxigen liber, acesta fiind consumat de bacteriile anaerobe. Sub aciunea bacteriilor metanogene, n condiii propice, se produce gazul metan CH4. La nceputul etapei se produc concomitent CH4 i CO2 dar spre sfritul etapei, cantitatea de CO2 scade i crete cantitatea de CH4. Pe msur ce acizii organici sunt descompui, de bacteriile anaerobe, crete pH-ul deeului i cantitatea de amoniac ce se produce, deoarece acestea nu mai reacioneaz n condiii anaerobe.

Etapa IV - este denumit etapa metanic stabil deoarece n aceast etap se produce cea mai mare cantitate de gaz metan. Acizii organici se descompun rapid rmnnd n sistem ca i ncrctur organic doar compuii greu biodegradabili.

Etapa V - este etapa de scdere a produciei de gaz metan, n deeu rmn doar derivaii greu biodegradabili.

Primele dou etape sunt greu de delimitat i prin urmare ele se trateaz mpreun. n principiu durata primelor dou cicluri este de 2 ani. Durata depinde de mai muli factori dintre care cel mai important lucru este temperatura. Temperatura ridicat accelereaz procesul de fermentare n timp ce temperaturile sczute prelungesc procesul. Trebuie avute n vedere i condiiile de depozitare a deeurilor, n sensul c procesul poate fi accelerat printr-o compactizare avansat n straturi subiri i prin realizarea unor celule de depozitare mai mici.

Etapele III i IV dureaz de regul 5 ani n condiii normale, dar durata acestora depinde n mare msur de umiditatea stratului de gunoi biodegradabil. Procentul ridicat de umiditate mrete procesul de biodegradare. De aceea este bine s se monitorizeze zona de depozitare sub aspectul cderilor de precipitaii. Dac se dorete accelerarea producerii de gaz metan i reducerea ciclului de obinere al acestuia se poate mrii gradul de umiditate prin recircularea leiei bogate n substane biodegradabile i realizarea unui sistem de captare a gazelor rezultate pentru scderea presiunii gazului metan din strat.

Etapa V, etapa final, depinde de modul de desfurare a celorlalte etape i poate dura zeci de ani pn la stabilizarea definitiv a proceselor biochimice. Teoretic n aceast etap problema cea mai important, sub aspectul polurii mediului, o reprezint emanaiile de amoniac.

n conformitate cu literatura de specialitate cantitatea de biogaz ce poate fi produs utiliznd o ton de gunoi variaz n funcie de compoziia acestuia. Pentru a putea face comparaii s-a stabilit ca referin cantitatea de carbon legat chimic prezent n substanele biodegradabile i se fac raportri la o ton de carbon biodegradabil. Teoretic dintr-o ton de carbon biodegradabil se pot obine 1868 m3 de gaz metan. Practic vorbind cantitatea de biogaz este influenat de o serie de factori interni i externi, unii care favorizeaz formarea de gaz metan iar alii care o defavorizeaz. Cercetrile efectuate de specialiti n rile cu tradiie n acest domeniu, arat ca producerea de biogaz este influenat de anumite particulariti locale i c se poate estima obinerea n medie a 370 m3 de gaz metan pe tona de gunoi menajer.

Dup cum s-a mai artat producerea de biogaz depinde n cea mai mare parte de structura deeurilor dar i de factori cum ar fi:

pierderea de gaze n natur prin neetaneiti,

pierderi n perioada descompunerii aerobe a compuilor organici,

infiltraii de aer n stratul de gunoi ce pot cauza procese de degradare aerob fr producere de gaz metan,

posibile infiltraii de aer n reeaua de captare a gazului metan.

Aceti factori depind de calitatea operaiilor de izolare, etanare i captare a gazului metan din stratul de gunoi menajer.

Lund n considerare toi aceti factori care nu pot fi estimai cu precizie s-a ajuns la concluzia ca dintr-o ton de gunoi menajer se obin 200 m3 de biogaz. Din cauza imposibilitii captrii n totalitate a gazelor produse din aceast cantitate se pierde aproximativ 50 % i doar restul poate fi captat.

n consecin pentru proiectarea sistemului de captare a biogazului i estimarea produciei totale de biogaz se poate lua n calcul o producie de 100 m3 de biogaz pe tona de gunoi menajer depozitat pe o perioad de 15 - 20 de ani.

Prin asigurarea unor condiii optime pentru desfurarea procesului de fermentare anaerob procesul poate fi redus la 5 - 10 ani, fapt ce duce la creterea debitului de gaz. Aceasta presupune ns amenajarea celulelor de depozitare a gunoaielor.

Cercetrile realizate pe plan mondial privind structura chimic a biogazului produs din deeurile urbane au scos n eviden faptul ca exist variaii semnificative n compoziia biogazului, care au la baz urmtorii factori:

structura deeului,

condiiile de depozitare,

etapa de transformare n care se gsete gunoiul,

nivelul presiunii gazului n interior,

gradul de compactare al gunoiului,

gradul de izolare fa de ptrunderea aerului n interior,

prezena substanelor toxice, nocive etc.Ca urmare s-a considerat util s se fac o analiz a gazelor emanate din diferite gropi de gunoi din ar deoarece exist anumite variaii ale compoziiei gunoaielor funcie de nivelul de dezvoltare i civilizaie al oraului. S-au fcut forri experimentale s-au prelevat probe de gaz i s-a fcut analiza cromatografic a gazului. S-au gsit diferene de compoziie chimic chiar i pentru aceleai gropi de gunoi, pentru c n general gunoiul menajer nu este un material omogen ci unul foarte neomogen att din punct de vedere chimic ct i fizic dar i din punct de vedere al vrstei i al etapei de transformare.

n tabelul 5.1 este prezentat sinteza determinrilor realizate asupra unor probe de biogaz.

Tabelul 5.1. Compoziia biogazului

Nr. Crt.Componentul prezent n biogazUnitatea de msurIntervalul de variaie al componentului

1Gaz metan - CH4%30 - 65

2Dioxid de carbon - CO2%20 - 40

3Amoniac - NH4%5 - 40

4Hidrogen - H2%1 - 3

5Oxigen - O2%0 - 5

6Argon - Ar%0 - 0,4

7Hidrogen sulfurat - H2S%0 - 0,01

8Sulfai%0 - 0,01

9Clorhidrai%0,002 - 0,005

Metodele de colectare a gazelor produse n urma fermentaiei gunoaielor difer n funcie de scop. Dac se dorete evacuarea gazelor (la nchiderea unui depozit mai vechi) atunci se realizeaz o colectare numit pasiv. Scopul acestei colectri este evacuarea n atmosfer a gazelor produse pentru a evita acumularea de gaze combustibile. Acest tip de colectare se practic n cazul unor depozite vechi care nu mai prezint interes economic. Dac se dorete colectarea i valorificarea energetic a gazelor produse atunci avem de a face cu un sistem de colectare activ a acestora, ceea ce presupune investiii mai mari.

Colectarea pasiv a biogazului

Se bazeaz pe presiunea natural din groapa de gunoi sau celulele de fermentare.

Fig. 5.4. Sistem de colectare pasiv a biogazului.Puurile pasive sunt amplasate pn la adncimi de 10 - 15 m de la nivelul superior al gunoiului. Un astfel de pu de captare pasiv a gazului este prezentat n figura 5.4.

Colectarea activ a biogazului

n principiu, aceast metod nu se deosebete semnificativ de cea pasiv, cu precizarea c sistemul de evacuare a gazului format n stratul de gunoi este cuplat la o serie de conducte de colectare centralizat a acestuia i care dispune de un sistem de suflant sau compresor, care creaz o depresiune n sistem i astfel foreaz evacuarea gazului din interiorul stratului. n acest caz se pun probleme mai speciale de etanare a volumului de gunoi i a sistemului de conducte pentru a nu ptrunde aer din exterior n stratul de gunoi. Din aceste consideraii n cazul colectrii active a gazelor trebuie s se acorde o atenie deosebit etaneitii gropii de gunoi.

Un astfel de sistem de colectare activ trebuie s dispun de urmtoarele componente:

Puuri colectoare,

Conducte de transport,

Suflant sau compresor,

Sistem de nmagazinare a gazelor captate.

Dac se dorete realizarea unui studiu privind debitul i compoziia gazelor produse n stratul de gunoi se poate realiza o sond de monitorizare a gazului. Aceast sond se poate realiza prin introducerea ntr-o sond de colectare pasiv a unui tub de mici dimensiuni (diametru de 50 mm) cu orificii n partea de jos i realizarea unei etanri la partea superioar fa de sonda cu diametrul de 200 mm. Tubul central cu diametrul de 50 mm este filetat la partea superioar i astfel se poate monta un sistem de captare a gazelor.

Stabilirea distanelor dintre sonde este dictat de raza de aciune a unei sonde. Msurtorile efectuate pentru a determina distana de aciune a unei sonde s-au fcut n situaia sistemelor de sonde legate la o suflant. S-a determinat pierderea de presiune pe stratul de gunoi, considerndu-se c o sond acioneaz pn la o depresiune minim de circa 2,5 mm coloan H2O. Pierderea de presiune depinde n cea mai mare parte de compactitatea stratului de gunoi. Ca urmare rezultatele nu pot fi dect informative, pentru c nu dispunem de date certe privind structura i gradul de compactizare a gunoiului. Chiar i n acelai depozit de gunoi au fost observate variaii mari privind distana pn la care a sczut depresiunea sub 2,5 mm col. H2O. Distana a variat ntre 25 i 90 m n funcie i de nlimea stratului de gunoi, deci distana dintre sonde va fi dubl ntre 50 i 180 m.

Presiunile la gura sondelor variaz n funcie de etapa de transformare n care se gsete gunoiul, dar variaiile sunt ntre valorile 127 i 380 mm col. H2O.

Literatura de specialitate din Statele Unite ale Americii recomand urmtoarea formul pentru a determina mai precis raza de aciune a unei sonde:

(19)n care: k - indice de permeabilitate intern a stratului de gunoi, n cm2, pbi - presiunea biogazului n interiorul celulei de fermentare, n Pa/m2, R - raza de aciune a sondei, n m, b - vscozitatea biogazului, n Pa.sec, r - raza interioar a conductei sondei, n m, pv - captarea specific a volumului de biogaz, n m3/m.h, d - densitatea gunoiului compactat, n Kg/m3, Qb - debitul de producere a bigazului, n m3/sec, Ea - eficiena sistemului de colectare a gazelor produse, n %, Lc - lungimea zonei de captare a sondei, n m, M - capacitatea celulei de fermentare, n tone, pbc - presiunea la capul sondei, n Pa/m3, hc - adncimea celulei de fermentare, n m.

Calculul numrului de sonde se face pe baza a dou criterii i anume:

Criteriul de acoperire a suprafeei totale,

Criteriul distanei dintre sonde de 40 metri.

Suprafaa de aciune a unei sonde este suprafaa cercului cu raza de 20 metri, deci:

(20)

mprind suprafaa total a depozitului de gunoi la suprafa de aciune a unei sonde se obine numrul teoretic de sonde, fr a ine seama de efectul de margine.

Stabilirea dimensiunii unei sonde se face n funcie de grosimea stratului de gunoi, iar deasupra solului nlimea s fie de minim un metru. Partea superioar a tubului de PCV se curbeaz pentru a nu ptrunde apa pluvial n stratul de gunoi.

Tubul este prevzut cu orificii la partea inferioar pentru captarea gazelor i etanat la sol la partea superioar conform desenului din figura 5.4. Se recomand ca la realizarea tubului s se utilizeze un material rezistent la coroziune, respectiv PCV sau oel inoxidabil, iar diametrul tubului se recomand s fie de 200 mm.

109

_1268945648.unknown

_1163928048.unknown