TTrraattaarreeaa bbiioollooggiiccăă CCoommppoossttuull şşii mmeettaanniizzaarreeaa

Compostarea Compostarea reprezinta procesul de descompunere pe cale biologica a substantelor organice 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 starea fizica 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 si deseurilor 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.

Fermentarea a. Factorii principali care favorizeaza fermentarea aeroba. Oxigenul din aer. In mod teoretic cantitatea de aer care asigura oxigenul necesar pentru fermentarea deseurilor menajere tratate mecanic este de 4,5 - 5 litri aer pe Kg de materie uscata (la deseurile cu umiditate de 45%) si pe ora. Acolo unde este posibil, este preferabil ca aceasta 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 de umiditate optim pentru fermentare trebuie sa fie urmatorul:

cand continutul de materii organice al reziduurilor este <50% umiditatea trebuie sa fie de circa 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 ferit de ploaie, deoarece o umiditate prea mare poate duce la fenomene specifice fermentarii anaerobe. Compozitia deseurilor. Este unul dintre factorii importanti in declansarea procesului de fermentare. Daca deseurile au o incarcare mare in materii fermentabile si temperatura mediului este mare, procesul de compostare se declansaza rapid si se poate desfasura corespunzator, daca este condus bine prin introducerea cantitatii necesare de aer. Dimpotriva, daca deseurile au o incarcare redusa in substante organice, in special in perioadele de iarna, fermentarea este intarziata si introducerea 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 în recipienti de precolectare 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; aceasta faza poate dura perioade mai lungi sau mai scurte, dupa cum se actioneaza asupra mediului cu aer sau apa, in functie de cantitatea de substante organice fermentabile si de gradul de izolare 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 in substante organice (exprimata in CCO-Cr), fenoli si azotati, Producerea de levigat poate fi redusa sau prevenita prin monitorizarea si corectarea nivelului de umiditate in compost si prin 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 umiditate optim al compostului). Excesul de levigat poate fi introdus in sistemul de canalizare, stocat si pompat in reteaua de canalizare orasenesca sau in bazinul vidanjabil. Compusi organici volatili (COV) Compusii organici volatili (ex. benzene, chloroform, tricloretilena) prezinta un isc potential pentru statiile de compostare. Aceste substante pot sa apara in statia de compostare atunci cind anumite deseuri de lemn,de ex., au fost admise la compostare chiar daca au fost tratate solventi si vopseluri. Combinarea procesului de aerare fortata, amestecarea deseurilor si temperatura ridicata poate elibera 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 de limitare 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 de compostare 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 un depozit de deseuri nepericuloase definit conform O.M. nr. 757/2004 pentru aprobarea Normativului tehnic pentru depozitarea deseurilor. Exemplu de proces de compostare :Platformele ecologice pentru compostarea gunoiului de 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 va face initial pe aceste platforme, dimensionate să asigure un timp de depozitare de circa o lună pentru o gospodărie cu un număr mediu de animale. Dacă este cazul, urina colectată din adăposturi 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 urmând ca acestea să fie sistematizate cu ajutorul încărcătorului frontal sub forma unor şiruri paralele cu 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 existe spatiul 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 de felul 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 şi tehnologia de compostare vor fi stabilite pe parcursul utilizării acestora în functie de compozitia materialului colectat.

Tehnologii de tratare termică a deşeurilor Gestionarea corespunzatoare a deseurilor de orice natura impune schimbarea radicala a opticii privind modul de colectare si stocare temporara,valorificarea sau eliminarea finala a acestora. Legislatia specifica privind gestionarea deseurilor in Romania reprezinta expresia necesitatilor de conservare a resurselor naturale si, acelasi timp, suma dezideratelor impuse de Comunitatea Europeana. Noua legislatie impune,de exemplu, o noua viziune privind proiectarea, executarea si exploatarea 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 constituie factori de risc pe termen lung. Procesele de tratare termică a deşeurilor reprezintă o opţiune fezabilă după variantele de valorificare (colectare, sortare, reciclare) şi înaintea depozitării controlate a deseurilor. Scopul general al incinerării deşeurilor este: - reducerea la maxim posibil a potenţialului de risc şi poluare; - reducerea cantităţii şi volumului de deşeuri; - conversia substanţelor rămase într-o formă care să permită recuperarea sau depozitarea acestora; - transformarea şi valorificarea energiei produse. În funcţie de fiecare tip de deşeuri se poate ţine cont de exemplu de următoarele criterii la întocmirea programului de incinerare: - valoarea calorică; - conţinutul de apă; - conţinutul de halogeni (F, Cl, Br, I); - conţinutul de sulf şi azot; - conţinutul de metale grele; - conţinutul de compuşi organici termostabili (de ex. hidrocarburi policiclice aromatice) Tratarea termica a deseurilor poate fi realizata prin mai multe metode,tehnici si procese,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 o temperatura mai mare de 850°C Instalaţia de incinerare p o a t e f i o instalaţie 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 duce la 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 temperaturi inalte. Acest timp trebuie sa fie suficient de lung pentru a asigura desfasurarea completa a diferitelor reactii. Timpul de sejur va fi cu atat mai scurt cu cat temperaturile sunt mai ridicate. - Turbulenta – turbulenta permite buna amestecarea a combustibililor si a aerului comburant.

Cele mai nocive emisii rezultate din procesul de incinerare sint dioxinele si furanii.Aceste molecule 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 lor de trecere prin cuptorul incineratorului. Daca temperatura gazelor depaseste 1000 C si timpul de trecere este de 2 secunde, majoritatea dioxinelor sunt distruse. S-a demonstrat totusi ca dioxinele se pot forma in momentul racirii gazelor de combustie. Metodele de prelevare 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 Dezavantaje Reducerea volumului cu 90% Cenusi, reziduuri poluante Tratare rapida Probleme de rentabilitate pentru unitati mici Nu exista pretratare Eficacitatea productiei de energie electrica

este scazuta in marea parte a cazurilor Adaptare la cantitati mari Investitii ridicate Nu se produce metan Costuri de functionare ridicate Posibilitate de recuperare si valorificare energetica

Impiedica toate inflexiunile politicii de deseuri

Posibilitate de recuperare a metalelor Opozitia populatiei in crestere Garantie 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 un carbune de calitate inferioara. El poate fi in continuare spalat, racit, declorat - un compus gazos, constituit dintr-o fractie condensabila (ulei: vapori de benzina si de apa) si o fractie necondesabila (H2, CH4, CO, hidrocarburi), care in continuare este tratata prin combustie Pentru o tona de deseuri menajere brute tratate, dupa uscare (-200 kg de apa) se produc circa 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 saruri sau 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 de combustie - cu incalzire directa, o parte de produsi de termoliza (gaz si/sau solid) fiind arse direct in 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, este posibila 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 incinerare

Piroliza Incinerarea Tipul reactiei Descompunere termica

Transformarea materiei organice Oxidare Oxidarea 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 timpul reactiei 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

Energie termica

Combustibil gazos

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 a avea un sistem complet de tratare a gazelor); putine metale grele sublimate in gaze, din cauza temperaturii 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 descompunerea termica 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, de aceasta 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 , rezultand urmatoarele ecuatii: C + 2 H2 → CH4 (∆H =-74.87 kJ/mol) CO + 3H2 → CH4 + H2O 2CO + 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 termoliza Deseuri

menajere Anvelope RBA Materiale

plastice Namoluri

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

17 40 12 28 Neprecizat

Semicocs(kg/t) 300 330 300 280 340 Metale/substante inerte (kg/t)

100 :120 150 100 :150 40 -

Potential energetic semicocs(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

Deseuri Gaze

Uscare

Piroliza

Gazeificare

Racirea cenusii

Reziduu solid

Aer, O2, H2O

Concluzii:

Pentru a trata termic deseurile este absolut necesara cunoasterea compozitiei acestora si 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 putere calorifica inferioara intre 1250-1500 kcal/kg;

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

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

Pentru a construi un incinerator este nevoie de circa 4-5 ani, iar durata de functionare este 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

Agenţia pentru Protecţia Mediului Iaşi