Органічні відходи - відділені з ТПВ, або отримані безпосередньо від перевізника (заклади харчування, школи, тощо) можуть бути перероблені за двома напрямами: або біотермічне перероблення з отриманням компосту (біодобрива), або анаеробне оброблення з отриманням біогазу та органо-мінеральних добрив.
Біо-добрива (компостування)
Компостування органічних відходів є прийнятою практикою в країнах Європейського союзу. Технологія є стандартизованою. Якщо є потреба в компості, або-ж виробництво біогазу є нерентабельнім, чи малий об’єм його видобутку не дозволяє запустити об’єкт енергогосподарства, то - доцільно використовувати технологію промислового або відкритого біотермічного перероблення органічних відходів (компостування).
Система біотермічного перероблення органічних відходів з отриманням компосту передбачає: систему конвеєрів, бункер-приямок, подрібнювальне обладнання для подрібнювання органічної речовини, яка є у складі ТПВ, біобарабани (або біотермічні камери, котловани, ділянки чи штабелі), подрібнювальне обладнання для подрібнювання компосту з магнітним сепаратором, грейферний кран.
На першому етапі органічна речовина (харчові відходи, відходи рослинного походження тощо), отримана після сортування ТПВ на барабанному сепараторі, стрічковим конвеєром подавається до бункера-накопичувача. Об'єм бункера–накопичувача збалансований з добовою потужністю процесу так, щоб органічна речовина затримувалась в ньому не більше 8 годин у разі компостування в штабелях, біотермічних камерах і котлованах, та не більше 24 годин у разі промислового методу компостування.
Після бункера-накопичувача органічна речовина надходить на компостування.
Цех компостування органічної речовини має включати:
- відділення попереднього подрібнення;
- аераційне відділення;
- відділення проведення процесу компостування;
- відділення подрібнення готового компосту;
- склад зберігання готового компосту.
Для подрібнення органічної речовини, що надходить на компостування, використовують барабанні грохоти або дробарки. Під час остаточного подрібнювання можливо використовувати також шахтні млини.
У відділенні проведення процесу компостування (залежно від технології) розташовують:
- штабелі з природною аерацією;
- штабелі з примусовою аерацією;
- біотермічні камери;
- котловани;
- споруди для промислового компостування.
Біотермічні камери та безкамерне компостування з примусовою аерацією дозволено застосовувати для малих міст та селищ з населенням до 50 тис. мешканців, польове компостування - в містах з населенням 50-500 тис мешканців. В населених пунктах з населенням більше ніж 500 тис. мешканців дозволено використовувати промислове компостування.
Основним обладнанням головного корпусу є горизонтальні барабани, що обертаються (біобарабани). Перероблення здійснюють за двохдобовим чи трьохдобовим циклом.
Розмір відділення дозрівання компосту після циклу оброблення у біобарабанах визначають з урахуванням об’єму органічної речовини та геометричних параметрів штабелів.
Відділення зберігання готового компосту розташовують по периметру ділянок компостування. Розмір відділення визначають із розрахунку 6-місячного утворення компосту з урахуванням геометричних параметрів штабелів.
Готовий компост є кінцевим продуктом для реалізації.
Біогаз
Система анаеробного оброблення (зброджування) органічної речовини, що є у складі ТПВ складається з:
- системи конвеєрів,
- бункер-приямок,
- подрібнювальне обладнання,
- проціджувачі,
- насоси,
- метантенки,
- газгольдери,
- теплообмінники,
- обладнання для очищення біогазу.
Усі ТПВ, що надходять на підприємство, проходять дозиметричний контроль згідно з вимогами Основних санітарних правил забезпечення радіаційної безпеки України.
Виробництво біогазу здійснюють шляхом анаеробного оброблення (зброджування) органічної речовини (харчових відходів, відходів рослинного походження тощо), вилученої з ТПВ.
Органічна речовина, придатна для анаеробного зброджування, має відповідати таким вимогам:
- бути свіжою;
- бути гідравлічно-транспортабельною,
- не містити включень розміром більше 30 мм і твердих мінеральних частинок, щільність яких перевищує 1100 т/м3.
Оптимальні параметри маси для анаеробного зброджування: вологість – від 90 % до 92%; зольність – від 15 % до16%; рН – від 6,9 до 8,0; вміст жирних кислот – від 600 мг/л до 1500мг/л; лужність – від 1500 мг CaCO3/л до 3000 мг CaCO3/л; C: N – від 10 до 16.
Для забезпечення оптимального співвідношення C: N і одержання більшої кількості біогазу, дозволено додавати у масу, що зброджується, інші органічні відходи (сирий осад комунальних стічних вод, гній різних видів тварин). Маса, що зброджується, не повинна вміщувати речовини, які пригнічують життєдіяльність метаноутворюючих організмів, у концентрації вище допустимої. До цих речовин відносяться:
- різні форми азоту,
- більшість важких,
- лужних,
- лужноземельних металів,
- сульфідів,
- кисню,
- антибіотиків,
- дезінфікуючих засобів та інших речовин.
Вихід біогазу з відходів харчової промисловості
|
Субстрат |
Суха речовина % |
Органічна суха речовина % |
Вихід біогазу м3/т |
Метан CH4 % |
|
Очистки сої |
90.0 |
95.1 |
516.7 |
52.7 |
|
Картопляна барда, свіжа |
6.0 |
86.7 |
35.0 |
56.3 |
|
Вівсяні пластівці |
91.0 |
98.1 |
619.7 |
53.5 |
|
Пивна дробина, свіжа |
24.0 |
95.5 |
122.2 |
59.3 |
|
Висівки |
89.0 |
86.5 |
262.4 |
50.7 |
|
Силосована пивна дробина |
26.0 |
95.2 |
136.5 |
59.1 |
|
Яблучна мезга |
22.0 |
97.6 |
111.6 |
51.7 |
|
Соєва мука |
87.0 |
93.3 |
551.6 |
61.2 |
|
Пшеничня барда, рідка |
6.0 |
94.0 |
36.1 |
58.9 |
|
Кукурудзяний глютен |
90.5 |
97.9 |
597.1 |
66.0 |
|
Лактоза |
100.0 |
99.7 |
756.0 |
50.0 |
|
Цільне коров’яче молоко |
13.5 |
94.7 |
114.9 |
62.8 |
|
Пивні дріжджі |
10.0 |
91.8 |
60.7 |
62.1 |
|
Пивні дріжджі, сухі |
90.0 |
91.9 |
505.8 |
61.0 |
|
Старий хліб |
65.0 |
97.2 |
482.0 |
52.8 |
|
Відходи пекарень |
87.7 |
97.1 |
650.6 |
52.8 |
|
Відходи сироварні |
79.3 |
94.0 |
673.8 |
67.5 |
|
Харчові відходи с низьким вмістом жиру |
14.4 |
81.5 |
75.4 |
59.8 |
|
Харчові відходи с високим вмістом жиру |
18.0 |
92.3 |
126.5 |
62.0 |
|
Пахта, свіжа |
8.0 |
92.3 |
54.4 |
59.2 |
|
Казеїн |
88.0 |
93.1 |
567.4 |
69.1 |
|
Обезжирене молоко, сухе |
94.1 |
91.7 |
628.7 |
57.7 |
|
Рапсова мука |
88.6 |
92.1 |
496.1 |
59.8 |
|
Мука соняшникова |
89.4 |
91.9 |
488.2 |
61.3 |
|
Різні харчові відходи |
40.0 |
50.0 |
120.0 |
60.0 |
|
Жир |
95.0 |
92.0 |
874.0 |
68.0 |
|
Гліцерин |
100.0 |
99.5 |
845.7 |
50.0 |
|
Льняне масло |
99.9 |
99.9 |
1222.6 |
68.0 |
|
Рапсове масло |
99.9 |
99.9 |
1197.6 |
68.0 |
|
Соєве масло |
99.9 |
99.9 |
1222.6 |
68.0 |
|
Соняшникове масло |
99.9 |
99.9 |
1222.6 |
68.0 |
Характеристики біогазу
|
Характеристики |
Компоненти біогазу |
Біогазова суміш (CH4-60%, CO2-40%) |
||||
|
CH4 |
CO2 |
H2 |
H2S |
N2 |
||
|
Об’ємна доля, % |
55-70 |
20-44 |
1 |
1 |
<3 |
100 |
|
Об’ємна теплота згорання, МДж / м3 |
35,8 |
- |
10,8 |
22,8 |
- |
21,5 |
|
Межа займистості (вміст в повітрі), % |
5-15 |
- |
4-30 |
4-45 |
- |
5-12 |
|
Температура займистості, С |
+650 - +750 |
- |
+585 |
- |
- |
+650 - +750 |
|
Нормальна щільність, г / л |
0,72 |
1,98 |
0,9 |
1,54 |
- |
1,2 |
Зброджування проводиться в біореакторах-метантенках, які є герметичними, з тепло-гідроізоляцією, мають пристрої завантаження органічної речовини і вивантаження збродженої органічної речовини та відведення біогазу. Процес завантаження - вивантаження здійснюється автоматично та безперервно. Для інтенсифікації метаногенеза, біореактори треба обладнані механізмами для примусового перемішування, руйнування кірки і підігрівання.
Зброджування доцільно проводити з підігріванням і підтриманням температур: + 33 °С± 2 °С (мезофільний режим), + 53 °С± 2 °С (термофільний режим). Тривалість зброджування органічної речовини у біореакторі залежить:
- від фізико-хімічних властивостей органічної речовини;
- від температурного режиму;
- від заданого ступеня розкладу органічної речовини.
Тривалість процесу: для мезофільного режиму від 10 діб до 30 діб, для термофільного режиму - від 7 діб до 15 діб. Місткість метантенків залежить від фактичної вологості органічної речовини та добової дози завантаження, яку визначають на основі експериментальних даних та наступних проектних розрахунків. Вологість зброджуваної маси, що вивантажується з метантенка, приймають залежно від співвідношення компонентів, що завантажуються, за сухою речовиною.
Анаеробне зброджування включає в себе такі процеси:
- Гідроліз;
- Окислення;
- Утворення оцтової кислоти;
- Утворення метану;
Процеси анаеробного зброджування можуть бути одноступеневими або багатоступеневими. При одноступеневому зброджуванні, всі чотири анаеробні етапи проходять в одному реакторі, тобто не розділені в часі чи в просторі. Багатоступеневі процеси (до 4-х) зброджування дозволяють збільшити вихід біогазу, але мають більш високі інвестиційні затрати за рахунок додаткового обладнання та реакторів.
До складу будівель цеху анаеробного оброблення входять:
а) Будівлі з підготовки органічної речовини, до анаеробного зброджування, де розміщено:
- обладнання для подрібнення органічної речовини (дробарка);
- обладнання для розведення водою подрібненої органічної речовини до вологості 90-92% (насоси, резервуари);
- обладнання для видалення включень розміром більше, ніж 30 мм (проціджувачі);
- обладнання для безперервної подачі підготовленої органічної речовини до теплообмінників для підігрівання та завантаження її до реакторів (резервуарів метантенків).
б) Споруди анаеробного зброджування, до яких належать:
- реактори з обладнанням перемішування; насосна станція для завантажування органічної речовини та допоміжного рециркуляційного перемішування органічної речовини;
- газозбірний пункт для збирання біогазу від реакторів метантенків та видалення з нього конденсованої води;
- галерея з вежею ліфта;
- газгольдери для акумулювання біогазу;
- газова свіча з пунктом управління (факельна установка), де спалюється надлишок біогазу у випадку аварійної ситуації;
- резервуар зберігання перебродженої маси;
- центрифуги для відділення твердих частин та рідини;
- пастеризатор для компосту;
- насоси рециркуляції та при необхідності очисні споруди для надлишкової води.
в) Споруди для енергетичної утилізації біогазу метантенків з одержанням електричної та теплової енергії, до яких належать:
- обладнання з підготовки біогазу для використання його у якості палива у котлах або двигун-генераторах;
- теплова установка (теплообмінне обладнання). Теплообмінне обладнання використовується для нагрівання органічної речовини, що завантажується в метантенки, теплоносієм – циркуляційною оборотною водою системи рекуперації скидного тепла від котла з турбоагрегатом або когенераційної енергоустановки; насосна станція циркуляційного оборотного водопостачання системи рекупераційного тепла від котла або когенераційної установки та теплообмінного устаткування для нагрівання органічної речовини, що завантажується у метантенки.
Зброджена органічна суспензія проходить через центрифугу. Зневоднена тверда фракція характеризується високою однорідністю і являє собою високоякісну сировину для отримання компосту. При необхідності можлива її пастеризація. Після чого компост зберігається в резервуарі для перебродженої маси.
Отриманий біогаз спалюється в спеціальних котлах або двигун-генераторах для отримання теплової та/або електричної енергії.
