Fakultet inţenjerskih nauka

Univerzitet u Kragujevcu

Predmet:

Upravljanje otpadom

Tema:

OTPAD KAO IZVOR ENERGIJE

Studenti: Profesror:

Aleksandar Radovanović 326/2013 Joviĉić Nebojša

2

SADRŢAJ

9.1 OSNOVNI POJMOVI I DEFINICIJE ...................................................................................... 4

9.1.1 ZAŠTO KORISTITI OTPAD U VIDU ENERGIJE? ......................................................................... 4

9.1.2 KORIŠĆENJE KOMUNALNOG ĈVRSTOG OTPADA U ENERGETSKE SVRHE ................................ 5

9.1.3 SAKUPLJANJE OTPADA ......................................................................................................... 8

9.1.4 OSNOVNI FAKTORI U PLANIRANJU I SPROVOĐENJU .............................................................. 8

9.1.5 ZAKONSKI OKVIR ZA ISKORIŠĆAVANJE OTPADA U VIDU ENERGIJE U EU .............................. 9

9.2 VRSTE OTPADA KOJE SE MOGU KORISTITI ................................................................ 10

9.2.1 KARAKTERISTIKE ĈVRSTOG KOMUNALNOG OTPADA ......................................................... 10

9.2.2 FIZIĈKE OSOBINE KOMUNALOG OTPADA ............................................................................ 11

9.2.2.1 Morfološki sastav ĉvrstih otpadaka ........................................................................... 11

9.2.2.2 Srednja gustina .......................................................................................................... 11

9.2.2.3 Vlaţnost ..................................................................................................................... 12

9.2.2.4 Toplotna moć ............................................................................................................. 12

9.2.3 HEMIJSKI SASTAV OTPADA ................................................................................................ 13

9.3 TEHNOLOGIJE ZA ISKORIŠĆENJE ENERGIJE IZ OTPADA ......................................... 15

9.3.1 OSNOVNI POSTUPCI ZA ENERGETSKO KORIŠĆENJE OTPADA ............................................... 15

9.3.2 BIOHEMIJSKA KONVERZIJA ................................................................................................ 15

9.3.3 TERMOHEMIJSKA KONVERZIJA .......................................................................................... 16

9.4 SAGOREVANJE (INSINERACIJA) ..................................................................................... 19

9.4.1 TEHNOLOGIJE INSINERACIJE BEZ PRETHODNOG SORTIRANJA ILI OBRADE .......................... 20

9.4.2 "WATERWALL" TEHNOLOGIJA INSINERACIJE ..................................................................... 22

9.4.3 INSINERATORI SA FLUIDIZOVANIM SLOJEM ........................................................................ 22

9.4.4 KONTROLISANJE I SMANJENJE ZAGAĐENJA VAZDUHA ....................................................... 23

9.4.4.1 Produkti insineracije: ................................................................................................. 23

9.4.4.2 Preĉišćavanje dimnih gasova ..................................................................................... 24

9.5 PIROLIZA .............................................................................................................................. 25

9.6 GASIFIKACIJA ..................................................................................................................... 29

9.7 ANAEROBNA DIGESTIJA .................................................................................................. 32

9.7.1 TEHNOLOGIJA ANAEROBNE DIGESTIJE ............................................................................... 32

9.7.2 SUPSTRAT KAO KLJUĈNI FAKTOR ....................................................................................... 32

9.7.3 EVROPSKI POTENCIJAL DIGESTIJE ORGANSKOG OTPADA .................................................... 34

9.7.4 POTENCIJAL SRBIJE DIGESTIJE ORGANSKOG OTPADA ......................................................... 34

9.7.5 PERSPEKTIVA ANAEROBNE DIGESTIJE ................................................................................ 35

9.7.6 KORIŠĆENJE IZDVOJENOG MATERIJALA IZ PROCESA ANAEROBNE DIGESTIJE ..................... 35

3

9.7.7 NEPOVOLJNI UTICAJI MEHANIĈKO-BIOLOŠKOG TRETMANA OTPADA NA ZDRAVLJE I

OKOLINU .................................................................................................................................... 35

9.7.8 TROŠKOVI PRERADE OTPADA ANAEROBNOM DIGESTIJOM .................................................. 36

9.8 DEPONIJSKI GAS ................................................................................................................. 37

9.8.1 SASTAV DEPONIJSKOG GASA .............................................................................................. 40

9.8.2 HEMIJSKI PROCESI U DEPONIJI PRI STVARANJU DEPONIJSKOG GASA ................................... 42

REFERENCE: .............................................................................................................................. 44

4

9.1 OSNOVNI POJMOVI I DEFINICIJE

9.1.1 Zašto koristiti otpad u vidu energije?

Smanjenje zaliha mineralnih izvora energije – nafte, prirodnog gasa i uglja je evidentno.

Poslednjih decenija, društvo je postalo svesno i negativnih efekata koje izaziva debalans CO2 i

drugih gasova koji uvećavaju efekat staklene bašte – GHG („Greenhouse Gases“). Rešenje se

vidi u većem korišćenju novih i obnovljivih izvora energije (NOIE), u koje spada i korišćenje

komunalnog ĉvrstog otpada kao energenta.

Najpre je rešavan jednostavniji zadatak, da se obnovljivi izvori energije koriste za

dobijanje toplotne energije – za grejanje i procesne potrebe. Poslednjih godina, sve više se

podstiĉe proizvodnja najplemenitijeg oblika energije – elektriĉna energija. Dosadašnja iskustva

pokazala su da je proizvodnja elektriĉne energije vetrogeneratorima i korišćenjem fotovoltaţnih

ćelija skupa i zavisi od raspoloţivosti tih izvora. Pored korišćenja energetskih potencijala

vodotokova i biomase, komunalni ĉvrsti otpad predstavlja jedan od najznaĉajnijih potencijalnih

obnovljivih izvora energije.

Evropska unija proklamovala je obavezu korišćenja OIE – Obnovljivih Izvora Energije.

To je definisano takozvanim Belim Papirom, a realizacija je podstaknuta podsticajnim merama.

Belim Papirom definisano je da EU do 2010. godine ostvari udeo primarne energije obnovljivih

izvora energije od najmanje 12%. U javnosti je manje poznato da je posebnom direktivom

(Anonim, 2001. godine) predvineno da udeo elektriĉne energije proizvedene iz obnovljivih

izvora dostigne 22,1%. U Tabeli 1 prikazan je oĉekivan doprinos pojedinih zemalja, „starih“

ĉlanica.

Tabela 1 Postojeća, 1997, i planirana proizvodnja električne energije iz novih i obnovljivih

izvora energije (NOIEe) u „starim“ članicama EU (Anonim, 2001)

Od jedne tone otpada moguće je dobiti 650 kilovatĉasova elektriĉne energije. Stepen

iskorišćenosti otpada za elektriĉnu energije je 25 do 30 odsto, a za toplotnu energiju od 75 do 80

odsto. Toplotna vrednost otpada raste sa stepenom nejgove reciklaţe, budući da u osnovnom

obliku otpad i nema posebno visoku vrednost.

5

9.1.2 Korišćenje komunalnog čvrstog otpada u energetske svrhe

Ma kako neobiĉno ili ĉak neverovatno zvuĉalo, deponije, otpad, Ċubre i kanalizacija će biti

vaţni izvori energije u budućnosti. Ta budućnost je već stigla u razvijene zemlje Evropske unije

koje koriste veliki deo otpada kao energent, za grejanje gradova ili proizvodnju elektriĉne

energije, a prema strategiji EU do 2020. godine alternativni izvori energije dobiće još više na

znaĉaju.

Porast cena energenata, ostvarenje manje zavisnosti od uvoza energenata, kontrola

gasova koji izazivaju efekat staklene bašte - GHG („Greenhouse Gases“), u saglasnosti sa Kjoto

protokolom i smanjenje negativnih uticaja na ţivotnu sredinu su razlozi za istraţivanje i razvoj

postupaka za ponovno iskorišćenje otpada širom sveta. Osim ekonomskih efekata, glavni razlozi

koji ograniĉavaju razvoj ponovnog iskorišćenja otpada su kulturološki, ali i to što su za

energetsko korišćenje otpada koji po pravilu ima nisku toplotnu moć, potrebne predradnje koje bi

omogućile višu efikasnost i smanjenje negativnih uticaja na ţivotnu sredinu. Ovi problemi

posebno poganaju zemlje u tranziciji i razvoju, kakva je Srbija. Kasni se s sprovoĊenjem mera za

pravilno prikupljanje i korišćenje otpada, što ima negativne ekološke i ekonomske posledice.

Teško je proceniti koliĉinu ponovnog iskorišćenja otpada u vidu energije širom sveta jer

zavisi od toplotne moći, koja moţe varirati u zavisnosti od sastava otpada. Plastika, papir i tekstil

imaju više toplotne moći od ostalih sastavnih delova, od kojih neki i nisu gorivi. Stepen

ponovnog iskorišćenja zavisi i od energetske efikasnosti tehnologije koja se koristi. Energetski

ekvivalent 170 miliona tona komunalnog otpada koji se tretira insineracijom, iznosi oko 220

miliona barela nafte, tj, oko 600.000 barela dnevno. SAD dnevno troše oko 20 miliona barela

nafte. Ovakav energetski doprinos omogućava balansiranje energetskih potreba, posebno u

zemljama OECD. Procenjuje se da bi energija koja je na potencijalno na raspolaganju u 400

postrojenja za insineraciju u EU pokrila energetske potrebe 27 miliona stanovnika, što odgovara

populaciji Danske, Finske i Holandije. Trţište insineracije u EU 15 procenjeno je na 9 milijardi

evra. U Japanu, 236 postrojenja za insineraciju proizvode energiju ekvivalentno nuklearnoj

elektrani. Trţište sagorevanja u Japanu je procenjeno na 4 milijarde US$.

Neke zemlje imaju relativno visok odnos komunalnog otpada po stanovniku, koji se

tretira insineracijom. To je uglavnom sluĉaj u nekim azijskim zemljama, Japan i Singapur i

nekim evropskim Danska, Švajcarska, Holandija, Norveška, Švedska i Francuska, koje su su

ovaj vid energije definisale kao „zelenu”. Ostale zemlje kao što su Velika Britanija, SAD i

Kanada nisu još u potpunosti razvile ovu delatnost. Evropska unija postavila je cilj da 12%

ukupne primarne energije i 22,1% elektriĉne energije, mora biti proizvedeno iz obnovljivih

izvora do 2010. godine. Cilj je da se ograniĉi i stabilizuje organski udeo u otpadu, da se obezbedi

gorivo koje se dobija iz otpada („Refuse Derived Fuel“ – RDF) i promoviše razvoj ponovnog

iskorišćenja otpada u vidu energije.

Korišćenje opasnog otpada i onog koji nije definisan kao opasan za dobijanje energije,

danas je veoma rasprostranjeno i podrazumeva insineraciju otpada radi dobijanja energije.

To moţe da se definiše kao korišćenje obnovljvih izvora energije, koje doprinosi

smanjenju emisije gasova koji izazivaju efekat staklene bašte i ispunjavanju zahteve definisane

Kjoto protokolom. Pri sprovonenju inisneracije otpada u većini sluĉajeva dobija se koliĉina

energije, toplotne i/ili elektriĉne, veća od one koja se koristi za rad postrojenja, tj. obavljanja

osnovnog zadatka, uklanjanja, odnosno neutralizacije otpada.

6

Trenutno u oko 35 zemalja postoji više od 600 postrojenja za insineraciju u kojima se

koristi energija otpada. U ovim postrojenjima tretira se 170 miliona tona komunalnog otpada

godišnje, od ĉega oko 70% u EU, Japanu i SAD-u.

Slika 1. Količine komunalnog otpada tretiranog insineracijom u odabranim zemljama

(ukupno 124 miliona tona)

Deponovanje je trenutno u svetu najrasprostranjeniji metod tretmana otpada. U zemljama

u razvoju, ilegalno deponovanje i nezvaniĉno recikliranje (zasnovano na radu najsiromašnije

gradske populacije), još uvek ostaje najpopularniji naĉin odlaganja otpada. Iako se deponovanje

nalazi na samom dnu hijerarhije upravljanja otpadom, predstavlja najzastupljeniji metod

upravljanja otpadom i u panevropskim zemljama. U EU, 31% generisanog otpada se deponuje,

42% se reciklira, 6% se tretira insineracijom u cilju dobijanja energije, a za 21% je neodreĊeno

(podaci iz 19 zemalja ĉlanica). Dosledne informacije o metodama odlaganja otpada u EECCA

(„East Europe, Caucasus and Central Asisa“) i SEE zemljama nisu dostupne. Menutim, u

Ruskoj federaciji deponovano je izmenu 40% i 57% ukupnog generisanog otpada iz industrije u

periodu 2002 – 2004. godine.

Slika 2. Količine komualnog otpada tretiranog insineracijom po stanovniku, u odabranim

zemljama (kg po stanovniku godišnje)

7

Deponije komunalnog otpada omogućavaju proizvodnju biogasa razlaganjem

(fermentacijom) otpada. Ovako dobijeni biogas uglavnom se sastoji od metana i ugljen –

dioksida (gasovi sa najvećim uticajem na efekat staklene bašte).

Kada se jednom sakupi, biogas se moţe ponovno koristiti u vidu elektriĉne energije. U

SAD-u, 340 od 2975 deponija iskorišćava generisani biogas. Sakupljanje deponijskog gasa je

sada obavezno i u Evropi. Ĉak i zastarele deponije treba modernizovati da bi se moglo obezbediti

sakupljanje generisanog biogasa. U budućnosti bi razvoj deponija i bioreaktora trebalo poboljšati

tehniĉki i ekonomski, kao i sa aspekta zaštite ţivotne sredine, sa ciljem unaprenenja proizvodnje

biogasa.

Jednostavno je nemoguće dobiti taĉne informacije o svim postrojenjima za iskorišćavanje

deponijskog gasa širom sveta, zato što svega nekoliko zemalja ima centralizovane podatke. Ovo

znaĉi da samo vlasnici postrojenja, konsultanti i/ili kompanije koji su dobro upoznati sa

situacijom u odrenenoj zemlji, mogu imati podatke o tim postrojenjima. U SAD su informacije

dostupne preko Agencije za zaštitu ţivotne sredine SAD (US EPA) kroz program mogućnosti

iskorišćenja metana sa deponija („Landfill Methane Outreach Program“ – LMOP). Kanada,

„Environmental Canada“ poseduje centralizovane informacije, dok u Velikoj Britaniji „Biogas

Association“ ima pregled postrojenja za iskorišćavanje deponijskog gasa.

Razvoj postrojenja za iskorišćavanje deponijskog gasa poĉeo je 1975 godine u

Kaliforniji. Neka od tih prvih postrojenja su sada zatvorena, usled smanjenja produkcije gasa

tokom godina do odrenene granice, gde bi nastavak rada postrojenja postalo neprofitabilan.

Ubrzo nakon toga, poĉeo je razvoj u Evropi. Danas se veći broj postrojenja nalazi u Evropi nego

u SAD-u (Tabela2).

Kapacitet postrojenja u Evropi je niţi nego u SAD-u. U svetu, danas postoji više od 1150

postrojenja za iskorišćavanje deponijskog gasa u energetske svrhe.

U Tabeli 1 je dat pregled postrojenja po zemljama. Ipak, informacije o nekim zemljama

treba uzimati sa rezervom, zato što nije bilo moguće pribaviti taĉne informacije iz svih zemalja.

Ukupni kapacitet postrojenja za iskorišćavanje deponijskog gasa u svetu iznosi oko 3930 MW.

Iako većina postrojenja nije locirana u SAD-u, zbog velikih kapaciteta postrojenja koja se tamo

nalaze, najveća proizvodnja energije iz deponijskog gasa je upravo tamo (Tabela 2).

Tabela 2Postrojenja za iskorišćavanje deponijskog gasa u Svetu (prikazano po regionima)

Tretiranje otpada se podstiĉe sa ciljem smanjivanja emisija gasova koji izazivaju efekat

staklene bašte. Kjoto protokol omogućava kompanijama u industrijalizovanim zemljama da

dobiju sertifikate za redukovanje emisija, investiranjem u efektivno smanjivanje nivoa gasova

8

koji izazivaju efekat staklene bašte u zemljama u razvoju. Zbog toga Mehanizam Ĉistog Razvoja

(„Clean Development Mechanism“ - CDM) koriste kompanije investirajući u zemlje u razvoju.

Već se krenulo sa realizacijom nekih projekata, kao što su sakupljanje i sistemi proizvodnje

obnovljive energije iz otpada. Metan proizveden na deponijama moţe se iskoristiti za dobijanje

sertifikata za smanjenje emisije, koji zajedno sa dozvoljenom trgovinom emisija CO2, predstavlja

proizvode „carbon“ trţišta formiranih u okviru Kjoto protokola.

9.1.3 Sakupljanje otpada

Pod pojmom sakupljanje otpada podrazumeva se uklanjanje otpada sa mesta nastanka i

njegov transport do mesta odlaganja –deponije, ili mesta njegove obrade – postrojenje za tretman

otpada. Sakupljanje otpada moţe u pojedinim sluĉajevima da bude izuzetno kompleksan problem

s obzirom da promenljivost koliĉine generisanog otpada tokom vremena u nekoj sredini, usled

lokalnih karakteristika koje se mogu ogledati u lakšem ili teţem pristupu lokacijama za

sakupljanje otpada i drugih karakteristika lokalnog karaktera. Pravilno sakupljanje svih vrsta

otpada, pa i komunalnog podrazumeva odvojeno sakupljanje razliĉitih vrsta otpada u

konkretnom sluĉaju odvojeno sakupljanje komunalnog od industrijskog, medicinskog i drugih

vrsta otpada, koji ne bi trebalo da se mešaju i zajedno odlaţu na deponiju. Sem malih izuzetaka u

Srbiji se ne obavlja posebno sakupljanje pomenutih vrsta otpada, a ĉak ako se to i uĉini sav otpad

na kraju zajedno biva odloţen na deponiju. Trenutno na trţištu postoji veliki broj razliĉitih

kontejnera, kanti, kesa i drugi posuda za sakupljanje. Jednostavniji i ekonomiĉniji sistem

sakupljanja otpada iziskuje standardizovanje posuda za sakupljanje, osnosno korišćenje nekoliko

razliĉitih veliĉina koje će biti odabrane pre svega u zavisnosti od oblika stanovanja

(individualno, više domaćinstava…), ali i dinamike sakupljanje.

9.1.4 Osnovni faktori u planiranju i sprovođenju

Osnovni najznaĉajniji faktori koji se moraju razmatrati i uzeti u obzir prilikom planiranja

bilo kojeg „Waste-to-Energy“ (od otpada do energije) postrojenja, kao i za odabir najpogodnije

tehno-ekonomski prihvatljive tehnologije su:

Cena sakupljanja i transporta otpada

Kapacitet tretmana

Lokalni uslovi - postojeća praksa upravljanja otpadom

Fiziĉke i hemijske karakteristike otpada

Sezonske fluktuacije u kvalitetu i kvantitetu otpada

Odlaganje – tretman nastalih nusprodukata/efluenata

Krajnja upotreba energije

Investicioni troškovi

Uticaj na ţivotnu sredinu

9

9.1.5 Zakonski okvir za iskorišćavanje otpada u vidu energije u EU

U zemljama Evropske Unije, okvir za sadašnje podsticajne mere za iskorišćavanje otpada

u vidu energije, a time i za gradnju postrojenja za iskorišćavanje energetskog potencijala otpada,

postavljen je sledećim dokumentima:

Kjoto protokol – konvencija Ujedinjenh nacija o klimatskim promenama, 1997. god.

Direktiva 2001/77/EC Evropskog parlamenta i Evropskog saveta od septembra 2001.

god. O promociji proizvodnje elektriĉne energije na svom energetskom trţištu od

obnovljivih izvora energije,

Direktiva 2003/87/EC Evropskog parlamenta i Evropskog Saveta od oktobra 2003. god.

O uspostavljanju mogućnosti trgovanja emisijama gasova "staklene bašte" menu

zemljama Evropske unije,

Direktiva 2003/96/EC Evropskog saveta od oktobra 2003. godine o reformi okvira za

porez na energetske proizvode i elektriĉnu energiju,

Direktiva1999/31/EC Evropske Unije o deponovanju otpada.

10

9.2 VRSTE OTPADA KOJE SE MOGU KORISTITI

9.2.1 Karakteristike čvrstog komunalnog otpada

Celokupna industrijska delatnost, proizvodnja energije, poljoprivredna delatnost i

aktivnosti u komunalnoj infrastrukturi, osim svojih primarnih proizvoda, "proizvode" i otpadne

gasovite, teĉne i ĉvrste materijale (komponente) koji direktno ugroţavaju ţivotnu sredinu.

Negativan uticaj ovih materijala moţe se donekle ublaţiti razvojem i korišćenjem efikasnijih

tehniĉkih i tehnoloških procesa i ureĊaja, bezbednim deponovanjem, stalnom i kvalitetnom

kontrolom.

U ukupnom otpadu preovlaĊuju industrijski i komunalni otpad, pri ĉemu klasifikacija

otpada veoma mnogo varira od zemlje do zemlje, u zavisnosti od vaţećih zakona i pravilnika.

Uobiĉajeno je da se otpad urbanih sredina i komercijalni otpad jednim imenom naziva ĉvrsti

komunalni otpad ili smeće.

Masa i sastav otpada zavisi od brojnih faktora kao što su: klima, ekonomska razvijenost

posmatranog regiona, veliĉina grada, naĉin stanovanja i socijalne s pecifiĉnosti, naĉin

sakupljanja i transporta ĉvrstog komunalnog otpada, kao i vrsta industrijskih procesa od kojih

potiĉe otpad.

Dnevna (godišnja) masa ĉvrstog komunalnog otpada po stanovniku, razlikuje se od

zemlje do zemlje, pri ĉemu je u razvijenim zemljama viša (1,4 kg/st/dan) u odnosu na srednje

razvijene ili nerazvijene zemlje (0,2 - 0,7 kg/st/dan). U zemljama OECD, godišnji porast

nastalog ĉvrstog komunalnog otpada iznosi 1,7% a u zemljama EU 1%. Proseĉan porast

nastajanja ĉvrstog komunalnog otpada u Srbiji je 1%.

Struktura odnosno sastav ĉvrstog komunalnog otpada se znaĉajno promenio tokom

poslednjih pedesetak godina, pri ĉemu je opadao udeo mineralnih komponenata kao sto je pepeo

a povećavao se udeo: hartije, plastike i stakla. Promena odnosa udela ovih komponenata u

ĉvrstom komunalnom otpadu uslovljena je rastom udela ambalaţe u smeću (sve veće korisćenje

gotovih proizvoda prehrambene industrije itd.), povećanim tiraţom štampe, naĉinom grejanja itd.

Na sastav otpada znaĉajno utiĉe i godišnje doba. Primećeno je poveţanje udela otpada

hrane u jesenjem periodu, dok je tokom zime povećan udeo mineralnih komponenata kao

posledica individualnog grejanja. Primetan porast vrednih odnosno reciklabilnih otpada u

periodu decembar - januar, moze se objasniti Boţićnim i Novogodišnjim praznicima kada je

znaĉajno povećana potrošnja ambalaţe, papira, stakla i veĊtaĉkih materijala.

Za izbor tehnologije i opreme za transportovanje, prijem, separaciju i usitnjavanje,

sagorevanje i deponovanje otpada veoma je znaĉajan frakcioni sastav ĉvrstog komunalnog

otpada. Da bi se taĉno utvrdio frakcioni sastav cvrstog komunalnog otpada, merenja treba da se

vrše u toku cele godine.

Paţljiva procena procentualog udela biorazgradivih/sagorljivih konstituenata, vlaţnosti i

hemijskog sastava je neophodna za odabir najpogodnije tehnologije. Otpad biljaka iz dvorišta i

prodavnica, poljoprivrednih i jedinica za proizvodnju hrane, sadrţi visoke koncentracije

biorazgradljivih materija, i pogodan je za iskorišćenje u vidu energije kroz anaerobnu

dekompoziciju. Ĉvrsti otpad koji ima veliki udeo produkata od papira i drveta, pogodan je za

insineraciju.

Kompozitni ĉvrsti otpad u AP Vojvodini je okarakterisan uglavnom kao biorazgradiv i

nije veoma pogodan za insineraciju. Otpad je uglavnom bogat biorazgradivim materijama i

11

sadrţajem vlage, i pogodan je za tretiranje anaerobnim putem na sanitarnim deponijama ili u

anaerobnim digestorima. U sluĉajevima kada otpad sadrţi visoki procenat gorivih materija, a

nizak udeo neorganskih, inertnih materija i vlage, moţe da se obranuje insineracijom,

gasifikacijom i pirolizom.

9.2.2 Fizičke osobine komunalog otpada

9.2.2.1 Morfološki sastav čvrstih otpadaka

Morfološki sastav komunalnog ĉvrstog otpada u stvari predstavlja sadrţaj pojedinih vrsta

otpadaka u odnosu na ukupnu masu otpada. OdreĊuje se procenom na osnovu raspoloţivih

podataka za gradove sa sliĉnim stepenom standarda stanovništva i iskustvenih podataka

dobijenih od komunalne organizacije koja se bavi prikupljanjem i distribucijom otpada ili

ekperimentalno na osnovu prosejavanja otpadaka na organizovanim deponijama. Morfološki

sastav industrijskog otpada odreĊuje se na osnovu postojećih vrsta privrednih delatnosti u

posmatranoj opštini, stepena organizovanosti u smislu odvajanja sekundarnih sirovina, primene

reciklaţe, otkupa sekundarnih sirovina i postojeće discipline u proizvodnim pogonima.

9.2.2.2 Srednja gustina

Srednja gustina predstavlja jedan od osnovnih parametara za proraĉune vezane za broj i

veliĉinu kontejnera, broj i tipove transportnih sredstava, mehanizaciju potrebnu za rad na

deponijama, odlaganje otpadaka uopšte, kao i za proraĉun veliĉine potrebnog prostora za

deponovanje ĉvrstih otpadaka. Srednja gustina se odrenuje laboratorijskim putem na osnovu

srednjeg uzorka, a izraţava se u t/m3 ili kg/l.

ρsr – srednja gustina

m - masa otpadaka sa tarom

m - masa tare (t)

V - zapremina tare

Srednja gustina zavisi od srednje gustine pojedinih komponenata, morfološkog sastava i

vlaţnosti ĉvrstih otpadaka.

Tabela 3 Gustine pojedinih tipova otpadaka

.

12

Gustine pojedinih komponenata su promenljive i zavise od oblika otpada u kome se

nalaze pojedine komponnete (od dimenzija i kontura), od njihovih fiziĉko-hemijskih osobina, i

od nivoa prerade pre nego što su postale otpad. U tabeli 3 su date gustine pojedinih tipova

otpadaka, odnosno kompnenata, koje najĉešće ĉine ĉvrsti otpad koji dospeva na deponije.

9.2.2.3 Vlažnost

Vlaţnost predstavlja vaţno svojstvo ĉvrstih otpadaka za regulisanje biohemijskih procesa

pri tretiranju otpadaka, kao i dimenzionisanje transportnih sredstava, antikorozivnu zaštitu istih,

kao i za izbor metoda dispozicije.

Za utvrnivanje opšte vlaţnosti ĉvrstih otpadaka na bazi labaratorijskih podataka, koristi

se formula:

gde je:

W - opšta vlaţnost (%)

m1 - prethodna masa uzorka (g)

m2 - masa apsolutno suvog uzorka (g)

V - zapremina uzorka (cm3).

Vlaţnost otpadaka iz domaćinstava zavisi od odnosa u masi pojedinih vrsta otpadaka,

naroĉito od osnovnih komponenata papira i otpadaka od hrane i njihove vlaţnosti kao i od uslova

lokaliteta gde se oni sakupljaju (uticaj klime). Vlaţnost otpadaka od domaćinstava se kreće u

granicama od 30 – 60%, i najveća je u jesenje doba.

9.2.2.4 Toplotna moć

Toplotna moć ĉvrstih otpadaka predstavlja vaţno svojstvo za konaĉan izbor metoda

dispozicije, i izraţava se kroz kJ/kg. Ona se utvrnuje raĉunskim putem ili eksperimentalnim

spaljivanjem. Toplotna moć zavisi od sastava otpadaka i njihove mogućnosti gorenja (dobre:

papir, tekstil, plastiĉne mase, drveni otpaci i sl.;loše: metal, staklo, kamen i sl.). Na koliĉinu

komponenata koje mogu da gore utiĉe stepen opremljenosti podruĉja koje se tretira, oblik

grejanja, klimatski uslovi i sl. Sadrţaj komponenata koje dobro gore u otpacima iz domaćinstva

je 50 – 88%. Toplotna moć nekih vrsta otpadaka prikazana je u Tabeli 4.

Tabela 4 Toplotna moć nekih vrsta otpadaka.

13

Tabela 5. Toplotna moć konvencionalnih vrsta goriva

9.2.3 Hemijski sastav otpada

Podaci o hemijskom sastavu komunalnog ĉvrstog otpada dobijeni su pomoću analize toka

supstanci u tri postrojenja za mehaniĉki tretmana otpada u Austriji (Skutan i Bruner, 2006.

godine). Ova analiza ne obuhvata analizu svog generisanog komunalnog ĉvrstog otpada već

samo otpada koji preostaje nakon primarne separacije.

Postrojenje u Oberpullendorf-u, jedno od postrojenja u kojima je vršena analiza, poseduje

tri razliĉitite jedinice za mehaniĉki tretman, tako da je u tom postrojenju analiza obavljena za sve

tri jedinice za tretman. Analizom tokova supstanci izvršena je indirektna analiza komunanog

ĉvrstog otpada.

Izvršena je analiza hemijskog sastava izlaznih produkata iz postrojenja za mehaniĉki

tretman, kao i masenih bilansa (balansa) postrojenja. Preko masenog toka i koncentracije

supstanci izraĉunat je proseĉni hemijski sastav komunalnog ĉvrstog otpada.

Svi izlazni produkti iz postrojenja za mehaniĉki tretman su uzorkovani. U svrhu analize

grube (krupne) frakcije, uzorkovano je nekoliko stotina kilograma. Prilikom merenja proseĉnih

koncentracija teških metala, neophodno je uzimanje ovako velikih uzoraka (bez obzira na

smanjenje heterogenosti usled mehaniĉkog tretmana). Veći komadi metala izdvojeni su iz svih

uzoraka pre nego što su materijali ustinjeni (iseĉeni) na komade veliĉine manje od 15 mm. Masa

usitnjenih (iseĉenih) uzoraka smanjena je na pribliţno 15 kg. Ovakvi uzorci od 15 kg, kao i

izdvojeni metali su isušeni i prebaĉeni u laboratoriju. Laboratorijski uzorci su u tri koraka

usitnjeni na komadiće manje od 0,5 mm. Tokom ovog tretmana, metali su ponovo izdvojeni. U

uzorcima manjim od 0,5 mm analiziran je sadrţaj teških metala i fosfora pomoću ICP-a, nakon

mikrotalasne digestije. Analiza ugljenika, azota i fosfora izvršena je analizom sagorevanja

pomoću infracrvene detekcije. Svi izdvojeni metali su ruĉno sortirani u zavisnosti od tipa

materijala. Materijali koje nije bilo moguće identifikovati su rastvoreni u vodenom medijumu, a

zatim analizirani pomoću ICP.

Zbog uzimanja u obzir sadrţaj metala u analizi ukupnog sadrţaja teških metala, rezultati

se dosta razlikuju od podataka dostupnih u literaturi. Razlike se primećuju naroĉito u sadrţaju

bakra, cinka, hroma i nikla, koji su prisutni u proizvodima od metala tj. metaliziranim

proizvodima (bakar u elektriĉnoj opremi, bakar i cink u legurama mesinga, nikl i hrom u

legurama nernajućeg ĉelika). Dobijene vrednosti ukupnog sadrţaja veće su od do sada

dokumentovanih vrednosti.

14

Tabela 6. Hemijski sastav otpada

15

9.3 TEHNOLOGIJE ZA ISKORIŠĆENJE ENERGIJE IZ OTPADA

9.3.1 Osnovni postupci za energetsko korišćenje otpada

Energija se moţe dobiti iz organske frakcije otpada, biorazgradive kao i ne –

biorazgradive, preko dve osnovne metode:

1) Termohemijska konverzija - predstavlja termiĉku dekompoziciju organske materije, a

kao rezultat dobija se toplotna energija ili gorivo, gasovito, teĉno ili ĉvrsto i

2) Biohemijska konverzija - ovaj proces se zasniva na enzimatskoj dekompoziciji

organskih materija pomoću mikroorganizama, a kao rezultat dobija se metan.

Procesi termohemijske konverzije su pogodni kada je u reĉ o tretmanu otpada koji sadrţi

visok udeo organskih materija koji nisu biorazgradivi, a sadrţaj vlage je relativno nizak.

Najznaĉajniji postupci su insineracija i piroliza/gasifikacija. Procesi biohemijske konverzije, sa

druge strane, pogodniji su za otpad koji sadrţi visoki udeo organskih biorazgradljivih materija i

visok sadrţaj vlage. Najznaĉajniji postupci su anaerobna digestija, kao i generisanje deponijskog

gasa.

9.3.2 Biohemijska konverzija

Postupak dobijanja biogasa je poznat u Kini i Indiji već dugi niz godina, da bi se tek

šezdesetih godina ovog veka, sa nastankom energetske krize, poĉeo primenjivati u Evropi i

Americi. Anaerobno vrenje ĉini osnovu tehnološkog procesa dobijanja biogasa i predstavlja

proces truljenja organskih komponenata sadrţanih u biomasi, na odreĊenoj temperaturi i bez

prisustva vazduha. Kao osnovna sirovina za dobijanje biogasa koristi se stajnjak stoke sa

poljoprivrednih gazdinstava. Osim biogasa, kao proizvod nastaje i Ċubrivo za poljoprivredu.

Teĉni stajnjak moţe biti teĉan ili poluteĉan, s obzirom da se sastoji od ţivotinjskih ekskremenata,

ostataka hrane i teĉnosti od pranja staja a u zavisnosti od naĉina gajenja stoke.

Produkcija gasa zavisi i od vrste stoke, pri ĉemu je proseĉan prinos biogasa po stoĉnoj

jedinici - uslovnom grlu (m3/danu): za krave muzare 0.85 - 1.55, goveda 0.51-1.02, svinje 0.9 -

3.97, ovce 0.28 - 0.96, konje 0.7 - 1.05 i piliće (brojlere) 1.53 - 2.86. Biogas se moţe dobiti i iz

otpadnih voda fabrika alkohola, skroba, sećera, prerade voća i povrća, kanalizacionih voda (0.24

- 0.78 m3/kg organske suve komponente), stabljika kukuruza (0.51 m3/kg organske suve

komponente), deteline i trave (0.45 - 0.56 m3/kg organske suve komponente).

Biogas se sastoji od metana (55 - 70% zapreminski udeo), CO2 (27 - 44%), vodonika

(pribliţno 1%), sumpor-vodonika (pribliţno 3%) i azota. Donja toplotna moć biogasa iznosi 20 -

25 MJ/m3, a temperatura paljenja je 650 - 750

0C. Relativno visoka toplotna moć ĉini ga

interesantnim izvorom energije, pri ĉemu se u svim oblastima primene ponasa kao prirodni gas,

ali su energetski rezultati koji se postiţu uvek nesto niţi (koeficijenat korisnog dejstva pri zameni

konvencionalnih goriva biogasom iznosi 0.4 - 0.7).

Đubre koje stvaraju farme i gradovi je organska materija i kao takva biorazgradiva. Na

deponijama se moţe prirodnim procesom izdvojiti metan koji se moţe iskoristiti kao gorivo. Ĉak

i primitivan naĉin odlaganja Ċubreta ima mogućnost upotrebe. Isto se moţe uraditi i sa

kanalizacijom. Beograd je jedan od retkih evropskih gradova koji u Dunav ispušta netretiranu

kanalizaciju, a kanalizacioni gas je energent koji se mnogo iskorišćava, a dobije se i ĉista voda.

Recimo 5.000 krava stvara Ċubre iz kog se moţe izdvojiti biogas dovoljan za elektranu snage

jedan megavat.

16

Osim za zagrevanje vode u kotlovima (obiĉno na samim stoĉarskim farmama) i motorima

sa unutrašnjim sagorevanjem, korišćenje biogasa za dobijanje elektriĉne energije postaje sve

prihvatljivije sa stanovišta ekonomije i zaštite ţivotne sredine. U praksi se nalazi veći broj

agregata za proizvodnju elektriĉne energije snage 80 - 350kW. Donja granica ekonomskog

korišćenja biogasa u proizvodnji elektriĉne energije je pri snazi motora od 100 kW.

Karakteristike titpiĉnog postrojenja instaliranog u Švedskoj su:

• protok otpada: 300001 fekalija i 5000 t organskog otpada godišnje iz klanice,

• rezervoar otpada: zapremine 800 m3 (100 t/dan),

• vreme pasterizacije: 1 h na temperaturi od 70°C,

• reaktor: zapremina 2250 m3; temperatura reakcije 38°C,

• protok gasa: 3000 - 4000 m3/dan,

• proizvedena elektriĉna energija: 450 kW,

• proizvedena toplota za grejanje: 636 kW (grejanje 350 stanova).

Iz gasa nastalog u reaktoru se izdvaja H2S, a zatim se gas suši. Osušeni gas se

gasovodom, dugim 2 km vodi u gasni motor za proizvodnju elektriĉne energije. Deo gasa se

meša sa prirodnim gasom i sagoreva u vrelovodnim kotlovima.

Na osnovu ukupno procenjenog broja stoke u Republici Srbiji i mase stajnjaka koja se

proizvodi, godišnja produkcija gasa bi mogla iznositi pribliţno 1.4 milijarde m3 gasa (pri

1.013.105 Pa i 00C), sto je ekvivalentno masi od 700000 t teĉnog goriva (nafte). S obzirom da se

ne moţe prikupiti sav nastali stajnjak i kako je u našim uslovima veoma prisutan pašnjaĉki naĉin

uzgoja stoke, realna godišnja produkcija gasa bi mogla iznositi 260 miliona m3 gasa, ĉemu je

ekivalentno 130000 t teĉnih goriva.

9.3.3 Termohemijska konverzija

Sve stroţije zakonske norme graĊenja odrţavanja ureĊenih deponija, teškoće pri

proširenju postojećih i izboru novih lokacija, nameću korišćenje termiĉkih procesa u sklopu

kompleksnog lanca postupaka uklanjanja ĉvrstog komunalnog otpada. Eksperimentalna

ispitivanja karakteristika ĉvrstog komunalnog otpada iz naših gradova, kao i inostrana iskustva,

pokazuju da postoji odreĊeni udeo otpada koji se ne moţe reciklirati a moţe se ukloniti

postupkom termiĉke prerade sa iskorišćenjem toplote i preĉišćavanjem dimnih gasova.

Pri analizama postupaka sagorevanja smeća usvaja se vrednost donje toplotne moći 6000

- 12000 kJ/kg. Industrijski otpad imaju manji maseni udeo vlage (1 - 50%), pri ĉemu je vrednost

donje toplotne moći 5000 - 30000 kJ/kg.

Pri tome treba znati da:

• otpad koji "proizvede" 70 stanovnika omogućava grejanje jednom stanovniku,

• termiĉka prerada 1 t otpada stvara 1.5 - 2 t pare niskog pritiska (20 bar, 300°C),

• termiĉka prerada 1 t otpada stvara 300 - 350 kWh elektriĉne energije,

• energetska vrednost 1 t otpada odgovara masi 150-250 kg ekstra lakog goriva.

17

Postupci prerade ĉvrstog komunalnog otpada sa iskorišćenjem energije u cilju dobijanja

tople (procesne) vode i za proizvodnju elektriĉne energije su:

1) Sagorevanje u cilju korišćenja energije sadrţane u dimnim gasovima,

2) Piroliza-razgradnja otpada na visokim temperaturama u cilju dobijanja gasovitih,

teĉnih i ĉvrstih produkata, koji sadrţe hemijsku energiju (gorivi gas, teĉno gorivo, polukoks,

koks...),

3) Gasifikacija-razgradnja otpada na visokim temperaturama u cilju dobijanja gasovitih,

teĉnih i ĉvrstih produkata, koji u sebi sadrţe hemijsku energiju (gorivi gas, teĉno gorivo,

polukoks, koks, ... ), pri ĉemu se u reaktorski prostor, pored otpada, ubacuju vodena para, vazduh

ili samo tehniĉki kiseonik (zavisno ad postupka gasifikacije ).

Da bi se otpad mogao iskoristiti kao gorivo, potrebno ga je prethodno pripremiti za

proces sagorevanja. S obzirom da otpad sadrzi odredeni udeo komponenata koje predstavljaju

sekundarne sirovine (papir, tekstil, metali, plastiĉne mase i sl.), kao i nesagorive komponente,

pre postupka sagorevanja potrebno je obaviti separaciju.

Zato savremena postrojenja za uklanjanje otpada sadrţe:

• sistem za pregled i prethodnu separaciju otpada,

• sistem za usitnjavanje,

• sistem za magnetnu separaciju,

• sistem za prosejavanje,

• sistem za manipulaciju, transport otpada, izdvajanje materijala, pripremljenog ostatka za

sagorevanje i drugih komponenata.

Posle izdvajanja sekundarnih sirovina, organskih (za postupak kompostiranja) i

nesagorljivih komponenata, ostatak predviĊen za sagorevanje ima višu toplotnu moć, manju

masu i zapreminu. Tako pripremljen otpad se naziva „gorivo od otpada“ . Tu mešavinu treba

razlikovati od ostatka dobijenog na osnovu efikasnih postupaka separacije na mestu izvora

nastajanja otpada. Preostali otpad iz procesa primarne separacije nema svojstva povoljna za

sagorevanje sa iskorišćenjem koliĉine toplote i obiĉno se odlaze na deponiju.

Neophodne karakteristike pri analizi otpada kao goriva su: homogenost, promena sastava,

frakciona analiza, specifiĉna površina, koeficijent provoĊenja toplote, temperatura paljenja i

reaktivna sposobnost, mogucnost skladištenja, nasipna gustina, udeo vlage i pepela, udeo

isparljivih komponenata, gornja i donja toplotna moć, taĉka topljenja pepela, hidrodinamiĉki

otpor strujanju sloja i udeo zagaĊujućih komponenata. Izlazne komponente iz procesa termiĉke

prerade zavise od karakteristika otpada na ulazu u proces, rešenja reaktora i pogonskih uslova.

18

Slika 3 Mogući načini korišćenja energije iz otpada

19

9.4 SAGOREVANJE (INSINERACIJA)

Insineracija je proces kontrolisanog sagorevanja otpada, sa ciljem uništavanja ili

transformisanja otpada u sastojke koje su manje opasni, manje kabasti, i sastojke koje je lakše

kontrolisati. Insineracija predstavlja proces koji se moţe koristiti za tretiranje raznih tipova

otpada, ukljuĉujući komunalni ĉvrsti otpad, komercijalni, kao i odrenene tipove industrijskog

otpada. Pored deponovanja, insineracija predstavlja najzastupljeniji postupak upravljanja ĉvrstim

komunalnim otpadom.

Slika 4 Postojenja za inseneraciju otpada [3]

Prednosti postupka insineracije su:

Smanjenje zapremine i teţine otpada, posebno kabastog ĉvrstog otpada sa gorivim

sadrţajem,

Destrukcija i detoksifikacija odrenenih tipova otpada, ĉineći ih pogodnijim za kona-ĉno

odlaganje: zapaljive kancerogene materije, patološki kontaminirani materijali, toksiĉna

organska jedinjenja, biološki aktivni materijali koji mogu uticati na rad postrojenja za

tretiranje otpadnih voda iz kanalizacije,

Destrukcija organskih komponenti biorazgradivog otpada, koje nakon deponovanja

direktno generišu deponijski gas (LFG) i

Zamena fosilnih goriva.

20

Nedostaci insineracionih tehnologija uglavnom se odnose na štetnu emisiju produkata

procesa, zaganenje vazduha. U produktima insineracije nalaze se dioksini i teški metali, koji,

ukoliko se ne ukolone, imaju negativan uticaj na ţivotnu sredinu. Zbog toga je u mnogim

zemljama propisano koje su graniĉne vrednosti dozvoljene, te se odobrava gradnja i korišćenje

samo onih postrojenja koja ih ispunjavaju. Definisana su ograniĉenja i postupci za uklanjanje

sledećih materija:

Ĉvrste ĉestice u produktima sagorevanja, leteći pepeo,

Teški metali, kao što su ţiva, kadmijum, olovo, arsen, cink, hrom, bakar, nikl, itd u

produktima sagorevanja i pepelu,

Kiseli i korozivni gasovi kao što su hlorovodonik, fluorovodonik, sumpordioksid, i oksidi

azota,

Produkti nekompletnog sagorevanja, kao što su ugljen monoksid, dioksini, furani, i

policikliĉni aromatiĉni ugljovodonici,

Kontaminirane otpadne vode i

Kontaminirani pepeo.

Jaki zagovornici ove tehnologije dokazuju da su standardi emisije u vazduh jasno i

striktno odreneni i da su ove tehnologije bezbedne. Na ţalost, i pored strogih propisa, još uvek

postoje mnoge nepoznanice o dugoroĉnim posledicama sprovonenja insineracije ĉvrstog

komunalnog otpada po zdravlje ljudi.

Ostala pitanja i problemi koji se odnose na korišćenje insineracije kao postupka za

tretiranje otpada su:

Visoka ulaganja s reprekusijama na ekonomske pokazatelje,

Nefleksibilnost u izboru metode odlaganja otpada kada je odluĉeno da se otpad preranuje

insineracijom, te neophodnost uspostavljanja dugoroĉnih ugovora,

Insinerator se projektuje na osnovu odrenene toplotne vrednosti otpada; uklanjanjem

materijala kao što su papir i plastika, radi recikliranja, toplotna moć se smanjuje, te se

time menjaju parametri rada insineratora.

9.4.1 Tehnologije insineracije bez prethodnog sortiranja ili obrade

Komunalni ĉvrsti otpad moţe biti razliĉitog sastava i veliĉine. Sastoji se od organskih

materija (sagorivih materijala) i od neorganskih (nesagorivih) materija. Veliĉina ĉestica moţe

biti razliĉita, od prašine do kabastih materijala, kao što su nameštaj i razni kućni urenaji i aparati.

Proseĉna donja toplotna moć tipiĉnog komunalnog ĉvrstog otpada iznosi oko 10 MJ/kg.

Odrenivanje toplotne moći i drugih karakteristika komunalnog ĉvrstog otpada definisano je u

pred standardu CEN/TS 15359 – „Solid recovered fuels – Specification and classes“. U tabeli 6

predstavljena je analiza toplotne moći komponenata komunalnog ĉvrstog otpada.

Za rad postrojenja za insineraciju elektriĉne snage 1 MW, potrebno je, u toku 24 h, oko

45 t komunalnog ĉvrstog otpada. Prema analizama sprovedenim u SAD, gradovi bi mogli da

obezbede oko 10% potreba u elektriĉnoj energiji od komunalnog ĉvrstog otpada. Takone,

primenom insineracije, smanjuje se površina koja je potrebna za odlaganje ĉvrstog komunalnog

otpada, a cene tih površina neprekidno rastu.

Pored uobiĉajenih operativnih troškova, pri analizi ekonomskih pokazatelja postrojenja

za insineraciju mora se sprovesti analiza troškova ţivotnog ciklusa. Ona obuhvata i troškove

saniranja postrojenja nakon prestanka rada.

21

Tipiĉan kapacitet insineratora je 10 do 15 t otpada na sat, mada postoje i znatno manji, sa

uĉinkom od 1t na sat do 2 t na sat.

Tabela 7. Toplotna moć komponenti komunalnog čvrstog otpada

Uspešnot sagorevanja otpadnih materijala u insineratoru zavisi od vremena, temperature i

intenziteta mešanja otpada i vazduha. Zahtevi koje treba da ispuni dobro postrojenje za

insineraciju su:

Vreme zadržavanja u peći - mora biti minimun 2 sekunde radi efektivnog sagorevanja

organskog materijala,

Prosečna temperatura 850˚C (izmerena preko vremensko-temperaturnog profila kroz

visinu loţišta) i

Mešanje s vazduhom – unutar komore za sagorevanje mora se obezbediti dobro mešanje s

vazduhom, bez „mrtvih“ zona; u suprotnom bi sagorevanje bilo nepotpuno, a emisija

nepoţeljnih jedinjenja visoka.

Pogodnost primene zavisi od vrste i sastava otpada, a naroĉito od njegovih gorivih

karakteristika. Komunalni ĉvrsti otpad, ĉija je vlaţnost ispod 60%, sadrţaj pepela ispod 25%, i

udeo lako isparljvih materija ne prelazi 50%, moţe odrţavati sagorevanje bez ikakvih potreba za

dodavanjem pomoćnog goriva.

Na slici 5 dat je šematski prikaz tipiĉnog insineratora. Operacije i koraci koji se

odigravaju u insineratoru za komunalni ĉvrsti otpad su sledeći:

Otpad je odloţen u skladište, gde se uz pomoć kranske dizalice uklanjaju preveliki delovi

i otpad meša da bi se ostvarila što bolja homogenost,

Uz pomoć kranske dizalice, otpad se prebacuje u usipni koš s urenajem za doziranje,

odakle se obiĉno pomoću hidrauliĉkog klipa ubacuje na sito,

Prosejava se i ubacuje u loţište,

Primarni i sekundarni vazduh dozira se i ubacuje na više mesta; sekundarni vazduh hladi

rešetku i dogreva se (dobrim doziranjem i rasporedom primarnog i sekundarnog vazduha

smanjuje se koliĉina NOx u produktima sagorevanja, ali i udeo nesagorelih materija),

Pepeo se na kraju rešetke prihvata i odvodi na daljnji tretman,

22

Produkti sagorevana zagrevaju vodu u razmenjivaĉu toplote, a u pregrejaĉu se generiše

para, koja se dovodi do parne turbine, i

OhlaĊeni produkti sagorevanja prolaze kroz merne urenaje za kontrolu zagaĊenja,

ukljuĉujući skrubere (radi uklanjanja kiselih gasova), elektrostatiĉke taloţnike (radi

uklanjanja prašine) i/ili filtera (radi uklanjanja finih ĉestica) i ponekad aktivni ugljenik

(za dodatnu kontrolu ţive i dioksina) pre ispuštanja u atmosferu.

Slika 5 Šematski prikaz insineratora

9.4.2 "Waterwall" tehnologija insineracije

„Waterwall“ tehnologija se zasniva na insineraciji komunalnog ĉvrstog otpada direktno u

loţištu, obiĉno bez bilo kakve prethodne prerade. Osnovni proizvod koji se dobija je para. Zbog

redukovanja veliĉine otpada, u nekim postrojenjima se pre procesa sagorevanja obavlja

usitnjavanje. Ovakva praksa olakšava i ponovno korišćenje materijala. Ovo povećava

investicione troškove opreme i rada postrojenja. Ponovno korišćenje materijala predstavlja

opciju uz pomoć koje se postiţe raniji povrat investicija. Razvrstavanjem/sortiranjem

komunalnog ĉvrstog otpada moţe se smanjiti ili eliminisati potreba za usitnjavanjem.

„Waterwall“ insineracija nije nova tehnologija. Ona datira još pre poĉetka II Svetskog rata u

Evropi. Danas projektanti u Evropi favorizuju koncept od nekoliko malih modularnih peći koje

rade paralelno. U SAD je praksa da se koriste veća postrojenja, a ne modulne jedinice.

9.4.3 Insineratori sa fluidizovanim slojem

Insineratori sa fluidizovanim slojem sastoje se od komore u kojoj se nalazi sloj peska ili

nekog sliĉnog inertnog materijala. Kroz sloj peska prostrujava prethodno zagrejani vazduh,

dovodeći ga u stanje lebdenja. U zagrejani sloj ubacuje se gorivo, otpad prethodno sagoreva.

Povišenjem temperature dolazi do paljenja otpada. Uz pomoć peska skida se pepeo s ĉestica koje

sagorevaju i ostvaruje bolje mešanje s vazduhom. Da bi sagorevanje bilo uspešno, otpad treba

prethodno usitniti. TakoĊe, temperatura topljenja pepela otpada mora da bude iznad radne

temperature urenaja.

23

Prednosti sagorevanju u fluidiziranom sloju su:

1) Ostvaruje se visoka efikasnost sagorevanja na relativno niskoj temperaturi, ĉak i 500

°C,

2) Pri radu s temperaturom oko 850 °C postiţu se dobri rezultati, uklanjanje SO2/SO3

3) Hlanenje sloja se odigrava sporo, tako da je moguće brzo ponovno paljenje 8 h do 16 h

nakon gašenja,

4) Dobra je fleksibilnost u pogledu doziranja otpada i

5) Ukoliko je urenaj dobro izolovan, ostvaruje se visok stepen iskorišćenja.

Nedostaci tehnologije:

Veliĉina ĉestica otpada koji se dozira mora biti manja od 300 mm,

Za fluidizovanje sloja zrnastih ĉestica neophodan je veliki protok vazduha,

Upravljanje sagorevanjem u fluidiziranom sloju je sloţeno i

Moguće taloţenje silicijumom materijala – šljake, što ograniĉava radnu temperaturu na

850 °C do 950 °C.

Sistemi insineracije sa fluidizovanim slojem mogu veoma efektivno obavljati insineraciju

vlaţnih otpada kao i kanalizacionog i fekalnog mulja, koji se inaĉe sagorevaju bez dodavanja

pomoćnog goriva. Na ovaj naĉin mogu se eliminisati problemi u koje spadaju i stvaranje štetnih

neprijatnih mirisa na deponijama, koji nastaju prilikom truljenja otpadaka i mulja. Pri

sagorevanju plastiĉnih materijala, koji imaju izuzetno visoku toplotnu moć, pesak dobro

rasporenuje toplotu. Kao rezultat toga, ne dolazi do stvaranja klinkera, koji mogu biti formirani

usled lokalno visokih temperatura u razliĉitim delovima insineratora. Zbog toga je spaljivanje

plastike u insineratorima stabilan proces.

Ovo znaĉi da se otpadi, ukljuĉujući i plastiku, mogu sakupljati i zatim bez ikakvih

problema spaljivati u insineratorima. Zbog visokog toplotnog kapaciteta peska, u insineratoru ne

dolazi do znaĉajne promene temperature ĉak i nakon njegovog gašenja. Kada u istom danu

dolazi do ponovnog paljenja insineratora, njegova unutrašnja temperatura dostiţe brzo vrednost

radne temperature.

9.4.4 Kontrolisanje i smanjenje zagađenja vazduha

9.4.4.1 Produkti insineracije:

„Siftings“ – fini materijali, ukljuĉujući pepeo, komadiće metala, staklo keramika, i

nesagorele organske supstance, koje padaju kroz rešetku,

„Rezidual“ – ostatak, talog, odnosi se na sve ĉvrste materijale koji preostaju nakon

insineracije otpada; rezidual se uklanja kontinualno ili šarţno,

Klinker i leteći pepeo - klinker koji iznosi 10% of the refuse input is the fused ashes,

metal i ostali nesagorljivi materijali sa rešetke; koristi se kao komponenta u proizvodnji

cementa, betona ili prilikom izgradnje puteva; leteći pepeo nastaje u urenaju za

preĉišćavanje gasa (skruberu); koliĉina pepela koja nastaje obiĉno se kreće od 12 kg/t do

15 kg/t otpadaka; koristi se i za proizvodnju cementa, betona cigli i prilikom izgradnje

puteva i

Suspendovane čvrste čestice – dimni gasovi sadrţe suspendovane ĉvrste ĉestice;

uklanjanje ovih ĉestica moţe se vršiti uz pomoć raznovrsne opreme; efikasnost fabriĉkih

filtera iznosi blizu 100%, dok efikasnost uklanjanja elektrostatiĉkih filtera moţe iznositi

od 96% do 100%; skruberi sa mokrim postupkom imaju efikasnost uklanjanja od 94% do

24

97%; ciklonski separatori su manje efikasni sa efikasnošću uklanjanja 60% do 65%, dok

je efikasnost uklanjanja taloţnih komora samo 10% do 30%; efikasnost uklanjanja

„Wetted baffle spray“ je 10% do 53%.

9.4.4.2 Prečišćavanje dimnih gasova

Kako su standardi kvaliteta vazduha postali mnogo stroţiji, kontrola emisija iz

postrojenja za insineraciju i pirolizu postaje sve znaĉajniji faktor prilikom konstruisanja tih

postrojenja. Glavni sastojci gasova koji nastaju prilikom procesa sagorevanja, a koji su znaĉajni

sa aspekta zaganenja vazduha, su ĉvrste ĉestice, neprijatni mirisi, sumpor i oksidi azota. Postoje

dva praktiĉna naĉina za kontrolisanje takvih emisija: (1) bolji dizajn i/ili proces sagorevanja i (2)

upotreba dodatne opreme koja moţe sluţiti kao urenaj za sakupljanje ili uklanjanje sa ciljem

smanjenja emisija odrenene supstance.

Najvaţniji polutanti vazduha koji nastaju prilikom sagorevanja ĉvrstih goriva su ĉestice.

Emisije potpuno oksidovanih gasova kao što je SO2 i NOx obiĉno ne predstavljaju problem, dok

se problem nesagorivih produkata sagorevanja, kao što su ugljovodonici, koji mogu izazvati

neprijatne mirise, moţe rešiti boljim kontrolisanjem procesa oksidacije.

25

9.5 PIROLIZA

Tehnologija pirolize je oblik insineracije pri kojoj se na visokoj temperaturi obavlja

hemijska dekompozicija organskog materijala u odsustvu kiseonika. Piroliza se obiĉno odigrava

pod pritiskom, na temperaturi iznad 430 ˚C. U praksi, nije moguće da se postigne potpuno

ostranjivanje kiseonika. Zbog toga dolazi do oksidacije, sagorevanja dela materijala.

Slika 6 Šematski prikaz procesa pirolize [4]

Tokom procesa pirolize, organske ĉestice se tranformišu u gasove, male koliĉine teĉnosti

i ĉvrste ostatke koji sadrţe ugljenik i pepeo. Gasovi koji se ispuštaju uglavnom se tretiraju u

sekundarnoj jedinici za termiĉku oksidaciju. Oprema, kao što su elektrostatiĉki taloţnici, takone

se upotrebljava za uklanjanje ĉvrstih ĉestica.

Kod procesa pirolize u reaktorski prostor se dovodi otpad, koji se termiĉki razgraĊuje

toplotom dovedenom izvan reaktorskog prostora. Piroliza se danas uglavnom primenjuje pri

preradi industrijskog otpada. Temperatura u rotacionim pećima kreće se u granicama 700÷800ºC,

a u retortnim pećima 410÷460ºC. Dosadašnja istraţivanja pokazuju da se pirolizom iz jedne tone

ĉvrstog otpada moţe dobiti 70-÷90kg koksa, 300÷500 m3 gasa i 300÷350 kg pare. Pri optimalno

voĊenom procesu pirolize, pirolitiĉki gas ima toplotnu moć i do 26100 kJ/kg.

S obzirom na ĉinjenicu da je većina organskih supstanci termiĉki nestabilna, moţe se

postići da se te supstance podele u gasove, teĉne i ĉvrste delove ako se izloţe naizmeniĉnom

termiĉkom krekingu i skupljanju u atmosferi iz koje je odstranjen kiseonik. Ovaj proces nazvan

je piroliza. Za razliku od procesa spaljivanja, koji je veoma egzoterman, proces pirolize je

izuzetno endoterman. Upravo zbog ove ĉinjenice, alternativni naziv za pirolizu je destruktivna

destilacija.

Zavisno od tipa korišćenih reaktora za pirolizu, fiziĉki oblik ĉvrstih otpadaka koji se

podvrgavaju pirolizi moţe da se kreće od neusitnjenih sirovih otpadaka do fino-zrnastog dela

otpadaka koji ostaju nakon dve etape usitnjavanja i vazdušne klasifikacije.

26

Karakteristike tri najvaţnije komponente koje nastaju tokom pirolize su:

Gasoviti deo sastavljen uglavnom od vodonika, metana, ugljomonoksida i nekih drugih

gasova, zavisno od organskog sadrţaja materijala koji se podvrgava pirolizi.

Deo koji se sastoji od smole i nafte, koji je teĉan na sobnoj temperaturi i u kome se

nalaze hemikalije kao što su aceton i metanol.

Ugalj, koji se sastoji od skoro ĉistog ugljenika i inertnih elemenata koji su ušli u proces.

Tabela 8 Sastav gorivog gasa dobijen pirolizom otpadaka

Materija Sadržaj

CH4 5%

CO 40%

CO2 23%

H2 26%

Organska jedinjenja 1%

Azot 1%

Toplotna vrednost 12 850-13 800 kj/m3

UtvrĊeno je da preraspodela ĉvrstih, teĉnih i gasovitih delova izuzetno varira sa

temperaturom na kojoj se vrši piroliza. Neki ilustrovani podaci o udelu pojedinih agregatnih

stanja u funkciji temperature su dati u tabeli 9. [1]

Tabela 9 Proizvodi pirolize

Temperatura,

Otpaci, kg Gasovi, % Kiseline i

smole,

%

Ugalj, %

480 100 12,33 61,08 24,71

650 100 18,84 18,64 59,18

815 100 23,69 59,67 17,24

920 100 24,36 58,70 17,67

Postoji nekoliko varijacija ureĊaja za sprovonenje pirolize: rotaciona peć, peć sa

rotirajućom osnovom i peć sa fluidizovanim slojem. UreĊaji su po konstrukciji sliĉni

insineratorima, ali se postupak odvija pri vrlo malim koliĉinama vazduha.

27

Rotaciona peć je obloţena vatrostalnim materijalom, postavljena je pod odreĊenim

nagibom, a rotacioni cilindar ima ulogu grejne komore. Rotacione peći su ĉesto opremljene

gorionikom na komori za dogorevanje, komorom za brzo hlaĊenje i sistemom za kontrolu

zagaĊenja vazduha. Rotaciona peć ima ulogu komore za sagorevanje koja radi na temperaturi do

980 ˚C. Gasovi iz insineratora moraju se tretirati sistemom za kontrolu zagaĊenja vazduha, radi

uklanjaja ĉvrstih ĉestica i neutralisanja i uklanjanja kiselih gasova (HCl, NOx, i SOx). Kućišta

vrećastog filtera, venturi skruberi i elektrostatiĉki taloţnici sa mokrim postupkom uklanjaju

ĉvrste ĉestice, dok skruberi sa zbijenim slojem („packed – bed“) i „spray driers „uklanjaju kisele

gasove.

Slika 7 Šematski prikaz pirolize u rotacionoj peći

Protoĉni/cikulacioni fluidizovani sloj (CFB – „Circular Fluidized Bed“) koristi vazduh

velike brzine za cirkulisanje i suspendovanje otpadnih ĉestica u toplotnoj petlji (heating loop).

Radi na temperaturi do 430 ˚C. CFB koristi vazduh velike brzine za cirkulisanje i suspendovanje

otpadnih ĉestica u okviru zatvorenog ciklusa sagorevanja Radna temperatura je do 870 ˚C.

Eksperimentalno postrojenje, infracrveno, koristi elektrootporne grejne elemente ili indirektno

zapaljene „radiantne“ U-cevi za zagrevanje materijala prolazeći kroz komoru na pokretnoj traci.

Radna temperatura je do 870 ˚C. Otpad se dozira u primarnu komoru i izlaţe infracrvenom

zraĉenju (temperatura do 1010 ˚C), koje se obezbenuje uz pomoć štapova silicijum-karbida (SiC)

iznad prenosne trake. Vazduh pod pritiskom ubacuje se duvaljkama na odabranim lokacijama

duţ trake, radi kontrolisanja stepena oksidacije doziranog otpada.

28

Slika 8 Šematski prikaz pirolize u protočnom fluidizovanom sloju [5]

Glavne primene procesa pirolize su za tretiranje i destrukciju poluisparljivih organskih

komponenti, goriva i pesticida u zemljištu. Proces se moţe primenjivati za tretiranje organskih

komponenata otpada iz rafinerija, uglja i katrana, zemljišta zaganenog kreozotom,

ugljovodonika, isparljivih organskih jedinjenja (VOCs – volatile organic compounds).

Mogućnosti pirolize su ograniĉene kada je u pitanju tretiranje opasnog otpada koji sadrţi PCB,

dioksine, i ostale organske zaganujuće materije.

Piroliza je perspektivna tehnologija u tretiranju organskih kontaminanata u zemljištima i

uljevitim/naftnim muljevima. Hemijski kontaminanti za koje postoje podaci su PCB, dioksini,

PAH-ovi, i mnoge druge organske zagaĊujuće materije. Piroliza nije efikasna u uništavanju ili

fiziĉkom odvajanju neorganskih hemikalija iz zagaĊenog medijuma. Isparljivi metali mogu se

uklanjati kao rezultat viših temperatura povezanih sa procesom, ali ipak ne dolazi do njihovog

neutralisanja. Tehnologija je po svoj prilici ekonomiĉnija kada su u pitanju manji uĉinci, kao što

je tretiranje odrenenih vrsta zagaĊenih zemljišta. Menutim, kada su u pitanju primene za

komunalni otpad, a u nekim sluĉajevima i industrijski, troškovi primene ove tehnologije su viši

nego za druge. [2]

29

9.6 GASIFIKACIJA

Ovaj tretman otpada odnosi se na sagrevanje otpada koji sadrţi ugljenik u prisustvu

vazduha ili pare radi dobijanja gorivih gasova. Tehnologija je zasnovana na poznatom procesu

proizvodnje gasa iz uglja i zahteva industrijska postrojenja.

Slika 9 3D model postrojenja za gasifikacij

Gasifikacija je proces gde se hemijski i fiziĉki menja sastav biomase uz pomoć toplote u

atmosferi osiromašenom kiseonikom. Krajnji proizvod gasifikacije ukljuĉuje ĉvrstu materiju,

pepeo i ćumur, teĉnosti i sinterovani gas. Sinteterovani gas ima kalorisku vrednost ili toplotnu

moć jednaku 25% toplotne moći prirodnog gasa ako se koristi vazduh za sagorevanje ili 40% ako

se koristi vazduh obogaćen kiseonikom. Hemijski gledano, proces se odvija na sledeci naĉin:

Slika 10 Piroliza ugljeničnih goriva Slika 11 Gasifikacija šljake

30

U gasifikatoru, ugljeniĉni materijal prolazi kroz nekoliko razliĉitih procesa:

Dehidratacija ili isušivanje se odvija na temperaturi od oko 100°C. Obiĉno je dobijena

para pomešana sa gasom i moţe doći do odigravanja sporednih hemijskih reakcija,

najĉešće do reakcije vode i gasa ukoliko je temperatura dovoljno visoka (pogledati pod

5.)

Porces pirolize se odigrava na 200-300°C. Dolazi do štetnih isparavanja i proizvodnje

šljake, što dovodi do gubitka mase od 70% na ugalj. Proces uveliko zavisi od osobine

ugljeniĉnog materijala i odreĊuje strukturu i sastav šljake, što će potpomoći reakcije

gasifikacije.

Proces sagorevanja se odvija dok produkti isparavanja i neki delovi ćumura reaguju sa

kiseonikom do primarne forme ugljen –dioksida i malih koliĉina ugljen-monoksida, što

obezbeĊuje toplotu za sporedne reakcije gasifikacije. Onovna reakcija ovog procesa je:

Proces gasifikacije se odvija kad ćumur reaguje sa ugljenikom i parom što proizvod

ugljen-monoksid i vodonik. Hemijska reakcija za ovaj process je:

Kao dodatak, povratna reakcija izmedju gasne faze i vode vrlo brzo dostiţe ravnoteţu na

temperature u gasifikatoru. Ovo odrţava ravnoteţu koncentracija ugljen-monoksida, pare,

ugljen-dioksida i voodonika.

U suštini, ograniĉena koliĉina kiseonika ili vazduha ulazi u reactor da bi se dozvolilo da

se deo organske materije “spali” da bi nastali ugljen-monogsid i energija, što pomaţe u odvijanje

sekundarne reakcije koja konvertuje ostali deo organskog otpada u vodonik i dodatni ugljen-

monoksid. Dalje reakcije se dešavaju kada formiran ugljen-monoksid i rezidualna voda iz

organskog materijala reaguju stvarajući metan i višak ugljen-dioksida. Ova treća reakcija se

dešava obilnije u reaktorima što povećava vreme zadrţavanja reagujućih gasova i organskih

materijala, ukljuĉujući toplotu i pritisak. Katalizatori se koriste u sofisticiranijim reaktorima da bi

se povećao doprinos reakcija.

Postrojenja za gasifikaciju otpada primarno proizvode gas koji sadrţi ugljen-monoksid i

vodonik (85%) plus ugljovodoniĉna ulja i pepeo. U emisiji gasova u atmosferu ovih postrojenja

nalaze se azotni oksidi, sumpor dioksid, partikularne ĉestice, ugljen monoksid, ugljen dioksid,

metan, hlorovodonik, fluorovodonik, amonijak, teški metali poput ţive i kadmijuma, dioksina i

furana.

31

Slika 12 Šematski prikaz postrojenja za gasifikaciju otpada [6]

Ovakav tip postrojenja za gasifikaciju sastoji se iz dve komore, primarna radi sa

manjkom vazduha a sekundarna sa viškom vazduha. Otpad koji ulazi u primarnu komoru je

prošao kroz predtretman u vidu polu pirolize ĉime je otpustio vlagu i opasne komponente.

Toplota za proces je stvorena kontrolisanim sagorevanjem ugljenika iz otpada. Sinterovani gas

koji je proizveden ima visoku kaloriĉnu vrednost i moţe se koristiti kao sirovina za sagorevanje

u sekundarnoj komori. Zatim se sinterovanom gasu dodaje vazduh za sagorevanje, ĉineći ga

veoma lako zapaljivim i sklonim samozapaljenju. Sekundarna komora je opremljena

konvencionalnim gorionikom kojim se odrţava potrebna temperatura za rad. Kombinovani

gasovi sagorevaju u sekundarnoj komori.

Gasifikacija drvenog otpada moţe da reši vrlo znaĉajan ekološki problem kontaminacije

tla, vodotokova i vazduha, koji nastaje na mestu odlaganja otpada iz pilana, drvopreraĊivaĉke

industrije, industrije papira, šumskog i poljoprivrednog ĉvrstog otpada. Na ovaj naĉin energetski

potencijal starog i otpadnog drveta se moţe plasirati potrošaĉima koji su udaljeni od deponija

drvenog otpada, tako sto se gas transportuje do potrošaĉa energije ili se elektriĉna energija

plasira u elektro distribucionu mreţu i tako dolazi do potrošaĉa.

32

9.7 ANAEROBNA DIGESTIJA

9.7.1 Tehnologija anaerobne digestije

Anaerobna digestija predstavlja biohemijski proces pri kojem, u odsustvu kiseonika,

bakterije razlaţu organske materije, proizvodeći biogas.

Biogas se sastoji od 55% do 70% metana (CH4) i 30% do 45% ugljendioksida (CO2) i

moţe se koristiti za proizvodnju energije spregom motor s unutrašnjim sagorevanje – generator.

Toplotna moć bigasa je 20 – 25 MJ/Nm3. Primenjuje se i metanizacija gasa, kada se iz njega

izdvaja ugljen-dioksid, te je po sastavu sliĉan prirodnom gasu. Tada moţe da se ubacuje u mreţu

za distribuciju prirodnog gasa, ili da se koristi kao gorivo za motore s unutrašnjim sagorevanjem

koji su za to prilagoneni.

Proseĉna proizvodnja metana po metriĉkoj toni tretiranog otpada (mulja, Ċubriva) kreće

se izmeĊu 50 Nm3/t i 90 Nm

3/t, dok je za komunalni ĉvrsti otpad nešto veća i iznosi 75 Nm

3/t –

120 Nm3/t otpada. Teĉni ostatak fermentacije sa visokim sadrţajem nutricijenata i frakcije

vlakana moţe da se koristiti za Ċubrenje u poljoprivredi.

Ova tehnologija je ranije bila fokusirana na tretman kanalizacionog mulja i

poljoprivrednog Ċubriva. Danas su razvijena mnogo modernija postrojenja za obradu

komunalnog ĉvrstog otpada, industrijskog ĉvrstog otpada, i industrijskih otpadnih voda.

Problem mogu izazivati neĉistoće, promenljivi sadrţaj lipida, proteina, i ugljovodonika.

Usled mogućih posledica zbog prisutnih neĉistoća, moraju se preduzeti odreneni koraci u vidu

predtretmana, koji podrazumevaju redukovanje veliĉine ĉestica i uklanjanje neĉistoća, koji su

neophodni da bi se obezbedile stabilne performanse procesa digestije.

9.7.2 Supstrat kao ključni faktor

Karakterizacija tipova otpada moţe se izvršiti na osnovu njihove HPK (hemijski potreban

kiseonik). HPK se odnosi na ukupnu koliĉinu potrebnog kiseonika za konvertovanje u

ugljendioksid i vodu, i predstavlja meru organskog sadrţaja otpada. Sistemi su tako konstruisani

da mogu obranivati suspstrate sa malom koncentracijom HPK (<25 gO2/l sirovog materijala), na

primer:

Anaerobni UASB - „Upflow anaerobic sludge bed“ reaktor,

Anaerobni EGSB – „Expanded granular sludge blanket“reaktor i

Reaktor sa unutrašnjim protokom (IC).

CSTR – „Continuous stirred tank reaktor“- Anaerobni reaktor s popolnim premešanjem ili

PFTR – „Plug flow tube reactor“ anaerobni reaktor koriste se za tretiranje supstrata sa visokom

HPK i visokim sadrţajem masti, lipida i ĉestica. Ovakvi fermentori rade sa visokim ulaznim

zapreminskim opterećenjima (ulaznim zapreminskim protocima), u porenenju sa sistemima koji

su razvijeni za male HPK koncentracije, sa ciljem garantovanja kompletne anaerobne digestije.

Stopa ulaznog zapreminskog opterećenja HPK predstavlja dnevnu koliĉinu organske

materije, izraţenu u dozi HPK/m3 zapremine digestora dnevno ili u kgHPK/m3/dan. Jedan od

33

glavnih ciljeva bio je razvoj tehnologije za tretman tokova koji imaju i veliku zapreminu i visoku

koncentraciju supstrata.

Jedna austrijska kompanija razvila je takozvani hibridni reaktor sa visokim opterećenjem

(High Load Hybrid Reactor), koji je projektovan za tretman velikih zapremina organskog otpada

i tokova ostataka od biogoriva, koji podrazumevaju kompleksne supstrate. Tehnologija

objedinjuje standardni sistem digestora (visok sadrţaj ĉvrstih materija i HPK u supstratu), sa

UASB digestorom koji ima izuzetne performanse. Kombinacija procesa, fermentora i tehnologija

mešanja omogućava obradu razliĉitih vrsti organskih ostataka. Sa stopom punjenja (ulaznog

zapreminskog opterećanjea) ≥15 kgHPK/m3 fermentora dnevno.

Prednosti koje proizvonaĉi istiĉu u odnosu na tradicionalna biogas postrojenja su:

Malo hidrauliĉko vreme zadrţavanja – zapremina fermentora ne mora biti velika,

Prevencija stvaranja pene i plutajućih slojeva – visoka stopa ulaznog punjenja (stopa

zapreminskog opterećanja),

Intenzivni kontakt izmenu supstrata i mikorganizama – visoka stopa degradacije i

brza proizvodnja gasa

Ne postroji potreba za dodavanjem hemikalija i regulacijom pH – ušteda troškova i

Nema akumulacije taloţnih sedimenata (peska) u sistemu – omogućene su

kontinualne operacije.

Slika 13 Šematski prikaz postupka anaerobne digestije

34

Ovakva tehnologija je prvi put instalirana i Italiji 2005 godine, i radi kontinualno već

sedam godina. Postrojenje se sastoji od dva fermentora zapremine 2900 m3 koji obranuju oko

120000 tona prethodno obranenog organskog otpada godišnje.

Ovim se dobija stopa ula-znog zapreminskog opterećenja (stopa punjenja) od 12

kgHPK/m3/dan do 15 kgHPK/m3/dan, odakle se proizvodi 1.250 Nm3/h biogasa. Biogas se

koristi za pokretanje postrojenja za kombinovanu proizvodnju elektriĉne i toplotne energije od

3,0 MWe (elektriĉne energije).

Obavljene studije od strane preduzeća Enbasys, koja obuhvataju 33 postrojenja za obradu

komunalnog ĉvrstog otpada anaerobnom digestijom širom sveta, pokazala su da fermentor

proseĉne zapremine (6220 m3) konvertuje 54.900 t komunalnog ĉvrstog otpada u biogas.

Ovo je ekvivalentno iznosu od 9 t godišnje po m3 zapremine fermentora. Postrojenje u

Italiji obranuje 21 t prethodno tretiranog organskog otpada po m3 zapremine fermentora, ĉime se

postiţe znatno veća efikasnost sistema (specifiĉni protok otpada) nego kod konvencionalnih

postrojenja.

Tehnologija hibridnog reaktora sa visokim opterećenjem („High Load Hybrid Reactor“)

predstavlja kulminaciju desetogodišnjeg iskustva u projektovanju, inţenjerstvu, izgradnji, radu i

istraţivanju u oblasti tehnologije anaerobne digestije.

9.7.3 Evropski potencijal digestije organskog otpada

Trenutno se u Evropskoj uniji iz biomase proizvodi 4% od ukupnih energetskih potreba,

što je ekvivalentno koliĉini od 69 miliona tona nafte (toe). Prema Akcionom Planu Evropske

komisije za Biomasu, ovaj iznos bi se do 2010. trebao povećati na 150 toe. Povećanje ovih

veliĉina moţe dovesti do:

1) Raznovrsnosti snabdevanja energijom u Evropskoj uniji,

2) Znaĉajnog smanjenja emisija gasova koji izazivaju efekat staklene bašte (209 miliona

tona),

3) Direktnog zapošljavanja 250 do 300.000 ljudi i

4) Potencijalno niţe cene nafte kao rezultat manje potraţnje

Veći deo komunalnog ĉvrstog otpada (MSW) u Evopskoj uniji, trenutno se odlaţe na

deponiju (49%), zatim sledi insineracija (18%), pa recikliranje i kompostiranje (33%). U novim

zemljama ĉlanicama, situacija se veoma brzo razvija, ali je ipak i dalje glavna destinacija

komunalnog ĉvrstog otpada (MSW-a) deponija. Prema Evropskoj agenciji za zaštitu ţivotne

sredine (EEA), 30%-40% komunalnog ĉvrstog otpada koji se generiše širom Evrope moţe se

koristiti za anaerobnu digestiju.

U 2005. god., u Evropi (EU–25) generisano je 120 miliona tona otpada koji se mogao

tretirati anaerobnom digestijom i iz kojeg bi se moglo proizvesti oko 9 miliona m3 biogasa, ili

naftnog ekvivalenta od 4,6 miliona tona. [2]

9.7.4 Potencijal Srbije digestije organskog otpada

U cilju podsticanja korišćenja biomase za proizvodnju energije, Vlada republike Srbije je

usvojila Akcioni plan za biomasu (Sl. Glasnik RS 56/2010) kojim je definisana strategija za

korišćenje biomase kao obnovljivog izvora energije imajući u vidu potencijale, nacionalne

strategije, zakonske propise i evropske direktive. Akcioni plan za republiku srbiju je izraĊen u

skladu sa obavezama iz Ugovora o energetskoj zajednici i u duhu nove Direktive EU o

35

obnovljivoj energiji (Direktiva 2009/28/EC), kao i u skladu sa preporukom EU (COM/2005/628)

iz 2005. Godine o izradi akcionih planova za biomasu u cilju povećanja njenog korišćenja u

zemljama ĉlanicama EU.

Jedan od najvaţnijih zadataka pri izradi akcionog plana za biomasu je bio da se utvrde

problemi u procesu korišćenja biomase i definišu aktivnosti, odgovornost i rokovi za njihovo

prevazilaţenje. Za rešavanje većine indetifikovanih problema definisan je vremenski okvir do

kraja 2012. Godine, a dugoroĉne aktivnosti su naznaĉene.

Praćenje realizacije akcionog plana za biomasu će vršiti Nacionalni savet za odrţivi

razvoj. Akcioni plan za biomasu je izraĊen u saradnji sa ekspertima iz Holandije u G2G

programa. Ukupan energetski potencijal biomase u Republici Srbiji procenjen je na 2,7 miliona

toe (tona ekvivalentne nafte) i ĉine ga ostaci u šumarstvu i drvnoj industriji (oko milion toe),

ostaci u ratarstvu, stoĉarstvu, voćarstvu, vinogradarstvu i primarnoj preradi voća (oko 1,7

miliona toe). Energetski potencijal biomase u stoĉarstvu koji je pogodan za proizvodnju biogasa

je procenjen na 42 000 toe.

9.7.5 Perspektiva anaerobne digestije

Postoji veliki broj faktora koji će doprineti povećanom interesovanju za tehnologije kao

što je anaerobna digestija. Neki od njih su:

povećana potraţnja za energijom u svetu, posebno u Kini i Indiji,

rastuća cena energije, i veoma vaţna energetska zavisnost u mnogim zemljama,

klimatske promene zahtevaju hitne reakcije i aktivnosti i

45% zemljišta u Evropi ima mali sadrţaj organskih materija i smanjenu plodnost.

Najpraktiĉnije rešenje za zaštitu ţivotne sredine predstavljaće dobijanje energije iz

otpada, ne samo iz komunalnog ĉvrstog otpada, nego i iz ostataka iz industrije. Anaerobna

digestija ima znaĉajan potencijal za industrije sa organskim tokovima otpada, kao što je

proizvodnja hrane, industrija tekstila i papira, farmaceutska industrija i proizvodnja biogoriva.

Anaerobna digestija kombinuje nekoliko prednosti. Kao tehnologija se moţe smatrati CO2

neutralnom, zato što nema dodavanja CO2 u atmosferu. Hibridni reaktor sa visokim

opterećenjem mogao bi biti kljuĉ za razvoj potencijala anaerobne digestije, kao postupka

upravljanja otpadom. Reaktor razlaţe otpad proizvodeći biogas i Ċubrivo koje ima visok sadrţaj

hranljivih materija (azota, fosfora i kalijuma). Da bi se iskoristio potpuni potencijal otpada,

neophodno je da industrija upravljanja otpadom bude u mogućnosti da razvije trţište za sve

nastale nusproizvode. [2]

9.7.6 Korišćenje izdvojenog materijala iz procesa anaerobne digestije

Materijal dobijen iz procesa anaerobne digestije pri procesu mehaniĉko-biološkog tretmana

koristi se na više razliĉitih naĉina:

Dobijeni proizvod moţe da se kompostira i odlaţe na deponije,

Kompostiranjem se dobija humusni materijal,

Izdvajanjem vlage, bez daljeg tretmana koristi se kao Ċubrivo,

Izdvaja se vlaga i materijal se spaljuje.

9.7.7 Nepovoljni uticaji mehaničko-biološkog tretmana otpada na zdravlje i okolinu

Svi procesi i postrojenja za tretman otpada u odreĊenoj meri nepovoljno utiĉu na zdravlje

i okolinu. Najznaĉajniji uticaji tehnologije mehaniĉko-biološkog tretmana otpada su:

36

zagaĊenje vazduha,

zagaĊenje vode,

zagaĊenje zemljišta i

potencijalno štetan uticaj na zdravlje.

9.7.8 Troškovi prerade otpada anaerobnom digestijom

Podaci troškova postrojenja za anaerobnu digestiju nisu toliko publikovani da bi mogli da se izvedu

reprezentativni zakljuĉci. Postoje podaci za pojedina konkretna postrojenja i oni će biti prikazani u tabeli:

Tabela 10 Troškovi prerade otpada anaerobnom digestijom

Država Troškovi, €/t

Belgija 62

Finska 42

Francuska 41

Nemaĉka 153

Holandija 82

Švedska 50

37

9.8 DEPONIJSKI GAS

Danas postoji veliki imperativ da se strateški kontroliše upravljanje emisijama

antropogenog porekla u koje se svrstavaju i emisije deponijskih gasova sa deponija komunalnog

otpada. Metan i ugljendioksid su gasovi koji ĉine glavne komponente deponijskog gasa. Ugljen-

dioksid je gas sa izuzetno negativnim efektom staklene bašte, dok metan ima 23 puta veći

potencijal globalnog zagrevanja od ugljen dioksida za period 100 godina. Korišćenje

deponijskog gasa (LFG) kao energenta je jedna od metoda za upravljanje emisijama sa deponije.

Za korišćenje deponijskog gasa kao energenta neophodan preduslov je formiranje optimalnog

sistema za izdvajanje gasova, baza podataka o snazi izvora gasa, ukljuĉujući i podatke prostornoj

distribuciji gasa.

Slika 14 Postrojenje za izdvajanje deponijskog gasa [7]

Na deponijama se u poĉetku odvijaju aerobni procesi na raĉun kiseonika koji se nalazi u

šupljinama otpadaka. Paralelno, zbog deficita kiseonika nastaju anaerobni procesi praćeni

pojavom gasova, pre svega metana, i to već posle dva meseca. U zavisnosti da li je kiseonik

neophodan, razlikuju se aerobna ili anaerobna grupa mikroorganizama. Kod aerobnog razlaganja

produkti razgradnje su ugljendioksid, voda, razni oksidi. Anaerobno razlaganje je dvofazno, gde

se prvo organske materije u kiseloj sredini razlaţu na meĊuprodukte (alkoholi, amonijak,

aldehidi, vodoniksulfid i dr.), da bi se, zatim, u drugoj fazi, ovi meĊuprodukti dalje razlagali u

gasove truljenja (metan, ugljendioksid), amonijak i razna sumporna jedinjenja. Razlaganje

organskih materija, aerobno ili anaerobno, praćeno je oslobaĊanjem toplote, a temperatura u telu

deponije zavisi od naĉina odlaganja otpada, brzine odvoĊenja toplote iz slojeva deponije,

sadrţaja vlage i spoljne temperature.

Ĉvrsti otpad se tokom stajanja na deponiji razlaţe i modifikuje pod dejstvom fiziĉkih,

hemijskih i bioloških procesa. Prvo se odigravaju fiziĉke promene, tj., dolazi do kompresije

otpada, a zatim se u toku narednih godina odvija kontinualno sleganje, što je posledica

konsolidacije i njegovog biološkog razgraĊivanja. Na ovaj naĉin visina deponovanog sloja se

moţe smanjiti za oko 30%. U prvom sloju nasutih otpadaka, dok još ima kiseonika u šupljinama,

odvijaju se aerobni procesi. Kasnije, sa potrošnjom kiseonika dolazi do anaerobnog razlaganja

38

zbog biotermiĉkog raspadanja, pri ĉemu se kao prateće pojave javljanju procedni filtrat i gasovi

usled ĉega dolazi do sleganja deponije.

Slika 15 Razlaganje otpada i razvoj deponijskih gasova

Ĉvrsti otpad podleţe razliĉitim fazama razlaganja, kao što je to prikazano na slici 19.

Prva faza razlaganja se odvija pod dejstvom aerobnih bakterija pri ĉemu se stvaraju

ugljendioksid, voda i nitrati. Ova faza je okarakterisana niskom pH vrednošću, visokom

proizvodnjom isparljivih kiselina, visokom potrošnjom kiseonika (HPK), visokom

provodljivošću i malom proizvodnjom metana.

Druga i treća faza se odigravaju pod dejstvom anaerobnih bakterija koje razlaţu isparljive

kiseline na metan i ugljen dioksid (50:50), što vodi ka povećanju vrednosti pH i smanjenju HPK,

tj. do ostvarenja anaerobnih uslova. Provodljivost se tokom druge i treće faze znatno sniţava.

U drugoj fazi, fazi stvaranja kiselina, sloţene organske materije u otpadu se raspadaju na

prostija organska jedinjenja, alkohole, aldehide i metan koji se dalje oksidišu do organskih

kiselina. Bakterije pod ĉijim se katalitiĉkim uticajem odvijaju ovi procesi razvijaju se pomoću

toplote koja se oslobaĊa u toku pomenutih procesa oksidacije organskih jedinjenja.

Treća faza anaerobnog raspadanja je, tzv., metanogeneza, jer iz proizvoda druge faze pod

katalitiĉkim dejstvom fermenata metanskih bakterija, odnosno razlaganjem organskih kiselina

nastaju metan i ugljen dioksid. Kiseonik, od koga se stvara ugljen dioksid, uzima se direktno iz

organskih jedinjenja ili iz neorganskih disosovanih jedinjenja.

Prva, druga i treća faza traju relativno kratko, oko 180 do 200 dana. U ĉetvrtoj, metanskoj

fazi deponija sazreva, odnosno dolazi do uravnoteţavanja anaerobnih procesa u okviru kojih se

relativno ujednaĉeno oslobaĊaju CO2 i CH4.

39

Na proces formiranja deponijskog gasa utiĉu brojni faktori: karakter otpada, kiseonik u

deponiji, sadrţaj vlage, temperatura i vreme kada je otpad odbaĉen.

a) Karakter otpada

Bakterijskim aktivnostima generiše se deponijski gas, rast koliĉina generisanog gasa je

povezan sa procentom organskog otpada u deponiji, sa povećanjem procenta organskog otpada

povećava se i koliĉina generisanog gasa. OdreĊene vrste organskog otpada sadrţe velike koliĉine

hranljivih sastojaka za bakterije (natrijum, kalijum, kalcijum i magnezijum) što prouzrokuje veću

aktivnost bakterija, a samim tim i veću koliĉinu generisanog gasa. OdreĊene vrste otpada sadrţe

jedinjenja koja negativno utiĉu na aktivnost bakterija, uzrokujući smanjenje generisanja gasa. U

sluĉaju bakterija koje proizvode metan štetno dejstvo predstavlja prisustvo soli u visokim

koncentracijama.

b) Kiseonik u deponiji

Produkcija metana poĉinje kada se sav kiseonik potroši. Što je više kiseonika u deponiji,

to aerobne bakterije duţe razlaţu otpad. Ako je otpad samo delimiĉno prekriven slojem zemlje ili

se frekventno meša, biće prisutno više kiseonika, tako da će aerobne bakterije ţiveti duţe i duţi

period će proizvoditi ugljen-dioksid i vodu. Ako je otpad kompaktan, proizvodnja metana će

poĉeti ranije, odnosno ĉim anaerobne bakterije zamene aerobne bakterije. Anaerobne bakterije

poĉinju proizvodnju, samo kada aerobne bakterije potroše kiseonik, tako da bi bilo kakvo

prisustvo kiseonika u deponiji dovelo do usporenja produkcije metana. Promene atmosferskog

pritiska mogu takone da utiĉu da se kiseonik iz okoline nane u deponiji, i ta mogućnost postoji

kod slojeva na manjim dubinama u kojima bi tada došlo do aerobne faze razgradnje otpada.

c) Vlažnost

Prisustvo odrenene koliĉine vode u deponiji povećava produkciju gasa, jer vlaga podstiĉe

rast bakterija i transport hranljivih sastojaka do svih delova deponije. Sadrţaj vlage od 40% i više

dovodi do maksimalne produkcije gasa. Kompaktnost otpada utiĉe na smanjenje produkcije gasa,

jer je povećana gustina deponije i smanjena infiltracija vode u sve slojeve otpada. Proizvodnja

gasa je veća u sluĉaju jakih padavina i / ili ako su prisutni propusni pokrovni slojevi koji

omogućavaju dovod dodatnih koliĉina vode u deponiju

d) Temperatura

Temperatura povećava bakterijsku aktivnost, što direktno ima za posledicu povećanje

produkcije gasa. Sa druge strane, niske temperature inhibiraju bakterijsku aktivnost, tako da

bakterijska aktivnost pada drastiĉno ispod 10°C. Vremenske promene imaju znaĉajan uticaj na

plitke deponije. Ovo je posledica toga što bakterije nisu izolovane u odnosu na temperaturne

promene, kao što je to sluĉaj sa dubokim deponijama gde debeli slojevi tla pokrivaju otpad. U

pokrivenoj deponiji se odrţava stabilna temperatura, što dovodi do povišenja produkcije gasa.

Bakterijska aktivnost oslobaĊa toplotu, stabiliše temperature deponije izmenu 25°C i 45°C, dok

je pojava temperature i do 70°C registrovana u nekim deponijama. Više temperature stvaraju

povoljne uslove za volatilizaciju i hemijske reakcije. Kao opšte pravilo se moţe uzeti da se

emisije NMOC (ugljovodonika nementanskog tipa) udvostruĉe na svakih 18°C.

e) Starost otpada

Otpad koji je kasnije deponovan će generisati više gasa od onog koji je na deponiji duţe

vreme. Deponije obiĉno generišu znaĉajne koliĉine gasa izmenu jedne i tri godine. Maksimumi

generisanja gasa su u periodu od pet do sedam godina, nakon što je otpad odloţen na deponiju.

Nakon 20 godina po deponovanju, generisanja deponijskog gasa je minimalno i u tragovima, dok

40

se manje koliĉine gasa mogu generisati i posle pedeset godina. Razliĉiti delovi deponije mogu

biti u razliĉitim fazama dekompozicije otpada, što zavisi od starosti otpada.

9.8.1 Sastav deponijskog gasa

Osnovni faktori koji utiĉu na produkciju koliĉine i sastava gasova jesu vrsta i svojstva

otpada. Iz jednog kubnog metra ĉvrstog otpada izdvaja se pribliţno 0.5 m3 gasova. Sastav

izdvojenih gasova zavisi od visine prekrivnog sloja. U većini sluĉajeva, više od 90% zapremine

gasova, sastoji se od metana i ugljendioksida. Kada je metan prisutan u vazduhu (specifiĉna

teţina metana je manja od specifiĉne teţine vazduha) u koncentracijama 5 do 15%, eksplozivan

je. Budući da nema kiseonika u telu deponije kada koncentracija metana dostigne tu kritiĉnu

granicu, nema opasnosti ni od eksplozije. I pored toga poţeljno je ispuštati metan u vazduh, ili ga

sakupljati za proizvodnju energije. Inaĉe se metan, zahvaljujući naĉinu deponovanja, preko

prekrivnih slojeva prazni svakodnevno u atmosferu, s tim što se tada moţe desiti da doĊe do

njegovog nagomilavanja u zgradama ili nekim drugim zatvorenim prostorijama. Uz

odgovarajuću ventilaciju metan ne predstavlja problem.

Tipiĉan sastav gasa koji se izdvaja sa gradske deponije, na koju se odlaţe otpad iz

domaćinstva i industrijski otpad, dat je u tabeli 11.

Tabela 11 Zapreminski sastav gasa koji se izdvaja sa gradske deponije

Komponenta Sadrţaj, % vol.

Metan 47.4

Ugljen-dioksid 47.0

Azot 3.7

Kiseonik 0.8

Ugljovodonici 0.3

Vodonik 0.1

Ugljen-monoksid 0.1

Komponente u tragovima 0.5

Kao što je prethodno reĉeno, sastav gasa na deponijama prvenstveno zavisi od vrste i

slojeva otpada, kao i mikrobioloških procesa koji se odvijaju na deponiji. Izdvajanje gasa se

odvija u tri razliĉite faze sa tri razliĉite vrste bakterija koje dominiraju u pojedinim fazama. U

prvoj fazi osnovni gasoviti produkt je ugljendioksid. U drugoj fazi nastavlja se proces izdvajanja

ugljendioksida i poĉinje izdvajanje metana. Već u ovoj fazi uspostavlja se ravnoteţa izmeĊu ova

dva produkta, koji ĉine 90% zapremine gasa.

41

Tabela 12 Mere dopuštene koncentracije i maseni sastav komponenata na gradskim Deponijama

Komponenta MDK

mg/m3

A

mg/m3

B

mg/m3

C

mg/m3

D

mg/m3

Benzen 3.75 4.20 - 4 2

Toluen 375.00 42.00 95 1 -

Ksilen 435.00 77.00 54 1 -

Propil benzen 245.00 94.00 120 1 -

Vinil hlorid 10.00 - - - 2

Tetrahloretilen 335.00 - 30 - 1

Metan etiol 1.00 - 87 - 60

Butan etiol 1.50 - 3 - -

Metanol 260.00 - 210 - -

A,B,C i D – ispitivane deponije u SAD

Smatra se da do stvaranja metana dolazi već nakon dva meseca od poĉetka rada deponije.

Dodatno se stvaraju i druge komponente i sloţena organska hemijska jedinjenja koja prodiru u

atmosferu deponije. Kod deponija na kojima se odlaţe industrijski otpad i otpad iz domaćinstava,

ĉesto se dešava da prisustvo nekih organskih jedinjenja preĊe graniĉnu koncentraciju, kao što je

prikazano u tabeli 12. Maksimalna dozvoljena koncentracija (MDK) predstavlja onu koliĉinu

toksiĉnih ili štetnih materija ĉijem se dejstvu mogu izloţiti organizam ĉoveka, ţivotinjski ili

biljni organizmi, bez štetnih posledica i za duţe vreme.

Drugi najveći produkt u strukturi deponijskog gasa je ugljendioksid, koji predstavlja

smetnju u odvoĊenju (degazaciji deponije) zbog svoje gustine. Ugljendioksid ima 1,5 puta veću

gustinu od vazduha, odnosno 2,8 puta je teţi od metana. U telu deponije teţi da se kreće na dole.

Koliĉina gasa koja se stvara na deponiji kao posledica mikrobioloških procesa koji se

odvijaju u telu deponije, vrlo je promenjiva veliĉina. Zavisi od koliĉine i vrste otpada, vremena

deponovanja i meteoroloških uslova. Ne postoji obrazac po kome bi se mogla taĉno izraĉunati

koliĉina gasa, ali se na osnovu iskustvenih podataka usvaja da se iz 1 m3 ĉvrstog otpada izdvaja

pribliţno 0.4-0.5 m3 gasa. Sa slike 20 vidi se da se najveća koliĉina gasa izdvoji u periodu od

prve do 15 godine funkcionisanja deponije, sa maksimumom u drugoj i trećoj godini. Posle ovog

perioda produkcija gasa ima nagli pad, a posle 20. Godine eksploatacije deponije, svodi se na

konstantnu vrednost. [1]

42

Slika 16 Dijagram produkcije gasa u zavisnosti od vremena

9.8.2 Hemijski procesi u deponiji pri stvaranju deponijskog gasa

Deponijski gas, ukljuĉujući nemetanska organska jedinjenja, moţe biti proizveden

reakcijama odrenenih jedinjenja prisutnih u otpadu. Na primer, ako hlorni izbeljivaĉ i amonijak

doĊu meĊusobno u kontakt u deponiji tada se proizvodi amonijum hlorid (NH4Cl), gas koji

nepovoljno utiĉe na odvijanje procesa u deponiji. Bakterije razgraĊuju otpad u ĉetiri faze. Sastav

proizvedenog gasa se menja tokom svake od ĉetiri faze razgradnje. Kako deponije obiĉno

prihvataju otpad u vremenskom periodu od 20 do 30 godina, tako da se otpad u deponiji

istovremeno moţe naći u više faza razgradnje. Stariji otpad u jednom delu deponije moţe biti u

fazi razliĉitoj od one u kojoj se nalazi otpad kasnije deponovan.

Faza I - aerobna faza

Tokom prve faze razgradnje, aerobne bakterije pri ishrani koriste kiseonik, pri ĉemu se

raskidaju dugi molekularni lanci kompleksnih jedinjenja koja saĉinjavaju organski otpad: ugljeni

hidrati, proteini i masti. Nusproizvod ovog procesa je ugljen-dioksid. Na poĉetku ove faze

koncentracija azota je visoka (oko 20% kiseonika i 80% azota), ali ova koncentracija opada kako

se „deponija kreće“ kroz faze razgradnje otpada. Faza I se odvija dok se raspoloţivi kiseonik ne

istroši. Prva faza moţe trajati danima ili mesecima, zavisno od toga koliko je kiseonika prisutno

u trenutku kada je otpad odloţen na deponiju, a nivoi kiseonika će varirati u zavisnosti od toga

koliko je kompaktna deponija. Aerobna dekompozicija glukoze :

Faza II - anaerobna faza, nemetanska

Ova faza razgradnje poĉinje kada se iskoristi sav kiseonik. Anaerobnim procesima,

bakterije pretvaraju jedinjenja formirana procesima aerobnih bakterija u sirćetnu, mleĉnu,

mravlju i druge kiseline i alkohole kao što su metanol i etanol. Zbog ovih procesa, pH sredina

deponije postaje kisela. Kako se kiseline mešaju sa vlagom prisutnom u deponiji, dolazi do

rastvaranja nutrijenata za bakterije, tako da azot i fosfor postaju dostupni razliĉitim vrstama

bakterija. Gasoviti nusproizvodi ovih procesa su ugljen-dioksid i vodonik. Menutim, ako

43

kiseonik dospe u deponiju, mikrobiološki procesi će se vratiti u prvu fazu, fazu aerobne

razgradnje.

U ovoj fazi, kao proces, prvo se javlja hidroliza (ekstracelularni, enzimski proces) pri

ĉemu se organske materije transformišu na komponente koje su rastvorljive u vodi. Ovaj proces

zahteva znaĉajno prisustvo vlage, kao i fiziĉki kontakt izmenu mikroorganizama i otpada.

Organski otpad se razlaţe u enzimski-katalizovanim reakcijama na osnovne komponente:

1) celuloza i glukoza

2) protein i amino kiseline

3) skrob i glukoza

4) masti i masne kiseline

Gasovite komponente se ne generišu tokom faze hidrolize. Formirane šećere

monosaharida i više organske kiseline, kroz razliĉite metaboliĉke procese, transformišu se

mikrobima, u jednostavnije organske kiseline, vodu, ugljen-dioksid, amonijak, i vodonik (H2).

Tokom ove faze, u kojoj se odigrava fermetacija kiselina, generiše se CO2 neposredno nakon

poĉetka procesa. Prema Farquhar (1989), razliĉita istraţivanja pokazuju razliĉit sastav gasova:

50-70% CO2 posle 11 do 23 dana, ili ĉak 90% CO2 posle 40 dana.

Sumarno ova faza se moţe prikazati sledećim reakcionim mehanizmima:

IIa. Hidroliza: bez produkcije gasova

IIb. Anaerobna kisela fermentacija glukoze (nastaju gasovi CO2 i H2).

Faza III - anaerobna, metanska, nestabilna

Faza III razgradnje poĉinje kada odreĊene vrste anaerobnih bakterija konzumiraju

organske kiseline proizvedene u fazi II i poĉnu da formiraju acetate. Ovaj proces uzrokuje da

deponija postane bliţa pH vrednosti 7 (neutralni medij) koja odgovara bakterijama koje

proizvode metan. Metanske i kiselinske bakterije imaju odreĊenu vrstu simbiotske veze.

Kiselinske bakterije proizvode jedinjenja kojima se hrane metanske bakterije. Metanske bakterije

se hrane ugljen dioksidom i acetatima, ĉije je veliko prisustvo veoma toksiĉno za kiselinske

bakterije. Trajanje faze III moţe poĉeti od 180. dana od deponovanja otpada i trajati do 500.

dana nakon deponovanja. [2]

Faza IV - anaerobna, metanska, stabilna

Faza IV razgradnje poĉinje kada i sastav i produkcija deponijskog gasa postanu relativno

konstantni. Deponijski gas tada sadrţi oko 45-60 % metana, 40-60 % ugljen dioksida i 2-9 %

ostalih gasova. Gas se proizvodi konstantno u ĉetvrtoj fazi obiĉno 20 godina, pri ĉemu se

emitovanje gasa moţe nastaviti i posle 50 godina. Produkcija gasa moţe trajati duţe, posebno,

ako su prisutne veće koliĉine organskog otpada. III & IV Metanska enzimska reakcija glukoze

(proizvode se gasovi CO2 i CH4):

44

REFERENCE:

[1]Skripta „Upravljanje ĉvrstim otpadom” , Nebojša Joviĉić,

[2]Skripta „Upravljanje ĉvrstim otpadom”, Dr Goran Vujić

[3]https://encrypted-tbn2.gstatic.com/images?q=tbn:ANd9GcTU-

Cfyvun6n9kIQWhUmtBHzQGTlMAeNM8ctmbmw3ZKa89r8RMl

[4]http://www.avellobioenergy.com/documents/filelibrary/documents/visio_files/Fast_Pyrolysis_

Applications_3_0387533A2F8B7.png

[5]http://energyfromwasteandwood.weebly.com/uploads/3/1/0/1/3101108/447508_orig.png?343

[6]https://encrypted-tbn2.gstatic.com/images?q=tbn:ANd9GcTVf0cmr-S8DbqlgEvwI6fF-zWM-

X3GePYq38-RQgb57yw39LYi

[7]http://www.chevron.com/articleimages/latest/news_204496/d9aa6e75-162b-407c-8e80-

7d45695f6dc9/image-Landfill-GasPlant.jpg.cvxn