Ugrás a tartalomhoz

Komposztálás, biogáztermelés

Dr. Kocsis István (2011)

Szent István Egyetem

8. fejezet - A prizmás és az aktív levegőztetett komposztálás

8. fejezet - A prizmás és az aktív levegőztetett komposztálás

Bevezetés

A komposztálás több évtizedes hagyományokkal rendelkező hulladék-ártalmatlanítási eljárás, amely a műszaki fejlődés nyomán számos különböző üzemtípusban valósítható meg.

Az egyes komposztáló üzemek (eljárások) a technológia körülményeitől, az adott alkalmazási helyzettől függően több szempont szerint is osztályozhatók.

A legelterjedtebb besorolás szerint a 36. ábrán látható csoportokat különböztethetünk meg.

36. ábra. A komposztálás módszerei

Magyarországon jelenleg két komposztálási technológia a meghatározó:

  • prizmás és

  • aktív levegőztetett komposztálás.

A két technológia közötti különbséggel, a komposztálás idejével, költség alakulásával, helyigényével, beruházás-igényével több munka is foglalkozik. Kevesebb a vizsgálati eredmény a végtermék összehasonlításában. A kész komposztok minőségi különbsége nem érthető meg az anyagátalakulási folyamatok, konkrétan a C/N forgalom elemzése nélkül.

Követelmények

  • Ismerje és tudja a prizmás és az aktív levegőztetett komposztálási eljárás alapvető különbségeit!

  • Ismerje a komposztálás lépéseit a prizmás komposztálás esetében!

  • Ismerje a komposztálás lépéseit az aktív levegőztetett komposztálás esetében!

  • Tudja felsorolni a komposztálás gépeit!

  • Tudja megfogalmazni a két komposztálás előnyeit/hátrányait, gazdaságosságát, a keletkező komposzt minőségét!

Prizmás komposztálás

37. ábra. Nyílttéri komposztálás alapműveletei

Az egész eljárás nyílt téren megy végbe, a keverést, prizmázást markolóval végzik, a prizmák érleléséhez vagy markolót, vagy erőgépre szerelt forgató adaptert, vagy önjáró forgató berendezést alkalmaznak (38. ábra).

38. ábra. Komposztáló (prizmaforgató) önjáró gép

A szabadtéri komposztálás legismertebb, és legelterjedtebb módja a háromszög keresztmetszetű, hosszan elnyúló prizma alakzatban tárolt alapanyag feldolgozása. A prizma keresztmetszet méretei a további feldolgozási technológiától függően viszonylag tág határok között változhatnak. A prizma méretein kívül igen lényeges még a prizmák közötti távolság, attól függően, hogy önjáró vagy vontatott gépegységet alkalmaznak.

Kisebb mennyiségű komposzt előállítás nem igényel különleges gépsort. Ez esetenként olyan telepen, amelyik rendelkezik szerves trágyaszóróval, és az azt kiszolgáló markolóval, ennek a két gépnek az egyidejű működtetésével minden különösebb beruházás nélkül megoldható.

Nagyobb mennyiség esetén az erőgéphez kapcsolt adaptert, vagy önjáró keverő-levegőztető gépet alkalmaznak.

Az eljárást egyes esetekben kombinálják perforált csöves alsó levegőztetéssel is.

A komposztálás klasszikus módja, amikor a folyamat nyílt téren játszódik. Nyitottsága révén az időjárás változásainak is kitett. A komposztálandó anyagot 1,5-2 m magas, 3-6 m alapszélességű, 0,7-1,2 m széles tetejű prizmába rakják. Az átforgatás ideje évszaktól, a kazal hőgörbéjétől függően történik. Minél kisebb a kezdeti hézagtér, annál gyakrabban szükséges az átforgatás. Nyáron sűrűbben kell forgatni, mint tavasszal vagy ősszel. Ha a tömörödés gyors (pl. kevés a szálas anyag), a gyors felmelegedést gyors lehűlés is követheti. Ekkor szintén gyakoribb az átkeverés.

Ha szalmát, faforgácsot stb. keverünk a komposztálandó anyaghoz, megjavul a levegőzöttség, de leromolhat a C/N-arány, mert a tipikus hőgörbe nem alakul ki. A komposztálás anyagmérlegének felállítása után lehet eldönteni, hogy az átkeverést, vagy a porozitásnövelő anyagok használatát részesítjük előnyben.

A prizmás komposztálás változtatható elemei a következők:

  • a szerves hulladék aprítottságának mértéke;

  • az adalékanyag mennyisége és minősége;

  • az átforgatások gyakorisága.

Ha a vízoldható C-tartalom (cukrok, szerves savak, valamint zsírok alakjában) olyan mennyiségben van jelen a hulladékban, hogy az átkeverés révén biztosított oxigénből képes 60°C-on tartani a hőgörbét, akkor az átforgatásokat kell előnyben részesíteni. Amennyiben a hulladék cellulóz-dominanciájú, az adalékanyaggal történő komposztálás a célravezetőbb.

A prizmás komposztálás technológiai szintje a szervestrágya-kezelés színvonalához hasonló. A feldolgozás üzemszervezése, volumene, a munka szakaszossága szintúgy megfelel a szerves trágya kezelésének. Talajerő-gazdálkodási értéke is megközelíti az istállótrágyáét. A prizmás komposztálás a kerti hulladékok esetében nagyobb, a városok hulladékánál kisebb mennyiségű hulladékfeldolgozást jelent. A beruházási igény aránylag alacsony, mivel alkalmassá tehető a talajjavító anyagokkal történő komposztálásra is.

Forgatáskor az anyagok keverednek, a részecskék aprózódnak, a bennrekedt hő felszabadul, víz párolog el, és a gázok távoznak. Bár a rend levegőzik a forgatással, a pórusokba jutott új oxigént a mikroszervezetek gyorsan felhasználják (nem több mint 30 percen belül). A forgatás legfontosabb hatása a porozitás visszanyerése a szerkezet újraépítésével. Az anyagok egymással a belső, magasabb hőmérsékletű és a külső, jobban levegőzött terek közötti helycserélése egyenlő mértékű komposztálódást tesz lehetővé, és hozzájárul a gyommagvak, patogének és légylárvák pusztulásához.

A forgatás eszközei

Lehetnek speciális komposztkeverő gépek és univerzális, más célra is alkalmazható gépek. Az átforgatás ideje függ a gépek teljesítményétől. A speciális gépek nagymértékben lecsökkentik a munkafolyamat időigényét és élőmunka-igényét.

Prizmák és rendek kezelése

Nagyon fontos a forgatás munkaterve, a forgatás sűrűsége függ a lebomlás mértékétől, a nedvességtartalomtól, a porozitástól és a megkívánt komposztálási időtől.

A folyamat kezdetén – mivel a lebomlás intenzívebb – a forgatást sűrűbben kell végezni, míg a komposztálási szakasz végén ritkábban. Magas N-tartalmú keverékeknél kezdetben akár napi forgatás is szükséges lehet.

A rend hőmérséklete és szaga is jelzi a forgatás szükségességét. A szagok jelzik a több oxigén szükségességét, tehát forgatás kell. Ha a kazal átlaghőmérséklete túlzottan lecsökken, szintén forgatni kell. A túlzott hőmérséklet (60 °C felett) is forgatást igényel. Ha ez a magas hőmérséklet forgatással nem szabályozható, a kazalméretet kell csökkenteni. Lényeges probléma a legyek jelenléte. A szaporodási ciklusukat figyelembe véve kell a forgatásokat végezni. Ez minimum 4-5 nap.

A komposztálás harmadik hetére a rendek szinte felére esnek össze. Ekkor célszerű két rendet összeforgatni.

A komposztálás megszokott időtartama általában 8 hét, ha a cél a 3 hét alatti komposztnyerés, akkor az első héten napi 1-2, a továbbiakban pedig 3-5 naponként szükséges a forgatás.

A prizmás komposztálás egyik elterjedt eljárása a Willisch-eljárás.

Willisch-eljárás

A Willisch-eljárás lényege, hogy szilárd hulladékot és a víztelenített szennyvíziszapot kaszkád-malomban együtt aprítják, az aprított és összekevert anyagot egyidejűleg rostálják (39. ábra).

Az őrlővel együtt forgó szitán át nem hulló nagyobb darabokból mágnessel a vasat kiválasztják, a maradékot deponálják. A szitán áthulló anyagot egy forgó dobszitába juttatják, majd a 15-40 mm közötti anyaghányadot – mágneses vasleválasztás után – az őrlőbe visszaforgatják. A dobszitán áthulló anyagból légosztályozással a maradék üveget, kerámiát, fémet leválasztják és a 15 mm-nél kisebb anyagot speciális nyílt érlelő kamrákba töltik.

39. ábra. Willisch eljárás

Aktív levegőztetett rendszerek

Ezzel a módszerrel a komposztálás folyamata közvetlenül irányítható és nagyobb kazlak kialakítása is lehetséges. Helyes működés esetén a komposztálás ideje 3-5 hétre csökkenthető.

Ebben a rendszerben a komposztkeverék egy faforgácsból és szecskázott szalmából, vagy egyéb porózus anyagból álló alapra van helyezve. Ebben a bázisanyagban van elhelyezve a levegőztető csőrendszer. A szükséges levegőmennyiséget egy ventillátor szolgáltatja, amely szívó-, illetve fújó rendszerben alkalmazható.

Ennél a rendszernél szükség lehet a rendek takarására, amely lehet 15 cm-es vastagságban érett komposzt, vagy speciális PVC fólia.

Fontos a kazalméret és a ventillátor teljesítmény összehangolása.

Fontos az egyenletes levegőszállítás, levegőmennyiség a kazal teljes hosszában.

A levegőztetett kazlak háromszög alakúak, 3-5 m szélesek, a levegőztető cső hosszirányban fut végig a gerinc alatt.

Ha a komposzt porozitása nem megfelelő, azaz a levegő nem tud rajta kellően átáramolni, szükség lehet segédanyagok bekeverésére: Érett komposzt, kukoricacsutka, szalma, fakéreg, levelek, akár hulladék papír is lehet.

A levegőztetés szabályozása

Lehet folyamatos üzemű levegőellátás és szakaszos üzemű. A folyamatos üzemnél kisebb nyomás is elegendő, kisebb szállított légmennyiség, mivel az folyamatosan történik.

Szakaszos üzemben a ventillátorok szabályozása kétféle lehet:

  • Időzített. Ekkor az üzemelő és a nem üzemelő időtartam aránya 1:1, vagy 1:2, de 30 percnél hosszabb üzemszünet nem ajánlatos. De ezen időintervallumokat a komposztálandó anyag minősége, a kazal nagysága, és a helyi adottságok együtt határozzák meg. Ez a módszer olcsóbban kivitelezhető.

  • Hőmérsékelt-szabályozással: elektronikus hőmérséklet-szabályozók vezérlik a ventillátorokat a hőmérséklet függvényében. Nemcsak a ki-be kapcsolást, de a szállított levegő mennyiségét is szabályozhatjuk frekvencia-szabályozókkal. Ez azonban jelentősen megdrágítja a berendezés beruházási költségeit. Fontos, hogy a kazalra jellemző átlaghőmérsékletet vegyük figyelembe.

A két módszer közül a hőmérséklet alapú szabályozású komposztálás adja a jobb komposztálási eredményt.

Levegőztető rendszer

Ventillátorok

Általánosságban elmondható, hogy az időzítéses módszer kisebb ventillátor-teljesítményt igényel, míg a hőmérséklet-szabályozású nagyobbat és oda drágább, kifinomultabb szabályozó rendszer is szükséges.

Csőrendszer

Anyaga általában műanyag. Általában 600 m3/perc szállítóteljesítménnyel. Időzítős rendszernél 100 mm átmérőjű, míg a hőmérséklet-szabályozósnál 200 mm átmérőjű csövek szükségesek. Ha az adott átmérőjű cső nem áll rendelkezésre, dupla csősor alkalmazható.

A levegő egyenletes elosztása miatt általánosságban elmondható, hogy az időzítéses rendszernél maximum 20 m, míg a hőmérséklet-szabályozósnál maximum 15 m legyen a csőhossz, különben a levegő-ellátottság egyenetlenné válik.

Szívás-nyomás

Szívott rendszernél kisebb gondot okoz a szagtalanítás. Ez egy központi szagszűrő elemmel megoldható, viszont nagyobb ventillátor-teljesítményt igényel. A kondenzvizet is le kell választani a ventillátor védelme érdekében.

Nyomott rendszernél: a szagszűrés nagyobb problémát okoz. Vastagabb szigetelő komposztréteg szükséges, viszont ez a rendszer jobb és egyenletesebb levegőáramlást biztosít kisebb ventillátor-teljesítmény mellett. A nyomott rendszer hatásosabban oldja meg a kazal hűtését, tehát ezt lehet a hőmérséklet-szabályozós rendszerrel társítani.

Félig zárt Gore-komposztálási rendszer munkafázisai

  • Nyersanyag fogadás, mérlegelés.

  • Előkészítés, keverés, homogenizálás.

  • Kezelő-prizmákban történő elhelyezés: a prizmában aktív levegőztetés valósul meg, a bekeverést követően nincs átforgatás.

  • Hat hét intenzív szakasz után az utóérlelő térre történő kitermelés.

  • Kihelyezés előtt kondicionálás: rostálás.

A Gore-komposztálási rendszer előnyei

  • Az üzemeltetés során a rendszer számítógéppel kontrolált és szabályozott ( oxigén tartalom, hőmérséklet);

  • energiatakarékos üzemeletetés – csak a kritikus értékek alatt indul a levegőztetés;

  • a kezelés során szükséges hőmérséklet a prizma minden részén elérhető – téli időszakban is;

  • a féligáteresztő membrán a keletkező szagmolekulák 97%- át nem engedi át – szagemisszió kicsi;

  • az intenzív szakaszban nincs forgatás (szaghatás csökken, kevesebb gépi üzemóra); a csapadékvíz kilúgozó hatásával nem kell számolni.

40. ábra. Membrántakaróval takart zárt rendszerű, prizmakomposztálás

Zárt rendszerű komposztálás munkafázisai

  • Nyersanyag fogadás, mérlegelés.

  • A nyersanyag tároló cellába történő elhelyezése.

  • Előkészítés, keverés, homogenizálás.

  • Kezelő-kamrákba történő beadagolás: a kamrában aktív levegőztetés valósul meg, a bekeverést követően nincs átforgatás.

  • Két hét intenzív szakasz után az utóérlelő térre történő kitermelés.

  • Kihelyezés előtt kondicionálás: rostálás.

A zárt rendszerű komposztálás előnyei

  • Az üzemeltetés során a rendszer számítógéppel kontrolált és szabályozott (oxigén tartalom, hőmérséklet);

  • energiatakarékos üzemeletetés – csak a kritikus értékek alatt indul a levegőztetés;

  • a kezelés során szükséges hőmérséklet a kamra minden részén elérhető – téli időszakban is;

  • a keletkező szagmolekulákat a szűrőrendszer nem engedi át – szagemisszió nincs;

  • az intenzív szakaszban nincs forgatás (kevesebb gépi üzemóra);

  • a csapadékvíz kilúgozó hatásával nem kell számolni.

Zárt levegőztetett rendszerek előnyei a nyílt prizmás forgatásos komposztálási rendszerekkel szemben – üzemeltetési szempontból

  • Az intenzív szakasz a külső környezettől függetleníthető;

  • ugyanakkora alapterületen sokkal több anyag kezelhető, rövidebb idő alatt – támfalak, silófalak levegőztetés;

  • kevesebb a kézi- és gépimunka igény;

  • az üzemeltetés során a rendszer számítógéppel kontrolálható és szabályozható;

  • energiatakarékos üzemeletetés – csak a kritikus értékek alatt indul a levegőztetés;

  • a kezelés során szükséges hőmérséklet a téli időszakban is megfelelő.

Zárt levegőztetett rendszerek előnyei a nyílt prizmás forgatásos komposztálási rendszerekkel szemben – környezetvédelemi szempontból

  • BAT technológia;

  • az intenzív levegőztetés aerob környezetet teremt, így a szagmolekulák keletkezésének lehetősége csökken;

  • zárt rendszernél a szagmolekulák lefoghatók - GORE, Biofilter alkalmazása ;

  • az intenzív szakaszban nincs forgatás (szag, kevesebb gépi üzemóra);

  • a komposzttérre eső csapadékvíz elválasztható a technológiából származó csurgalékvíztől;

  • a kilúgozó hatásával nem kell számolni;

  • kevesebb segédanyag szükséges

Zárt levegőztetett rendszerek előnyei a nyílt prizmás forgatásos komposztálási rendszerekkel szemben – termék-előállítás szempontból

  • Gyors intenzív szakasz - olcsóbb termék előállítás;

  • külső környezet minőségrontó hatásainak kizárása (csapadék kilúgozó hatása kizárt, hőmérséklet állandó);

  • sterilizáció hatékonysága évszaktól független;

  • termék alapfeltétele az állandó minőség biztosítása megoldható.

MUT-Dano-eljárás

Európában a legelterjedtebb eljárás a MUT-Dano féle, ún. bio-stabilizátoros eljárás lényege, hogy az érlelés egy nagy (kb. 3,5 m átmérőjű), levegőztetett, enyhe lejtéssel elhelyezett, lassan forgó acélhengerben megy végbe. A szeméthez szennyvíziszapot adagolnak, a víztartalomtól függően 1:3-1:5 arányban. Az aprítatlan hulladék-anyag folyamatosan, lassan mozog előre. Az átfutás ideje a bio-stabilizátorban három-hét nap, eközben ventillátorral a lebomlás elősegítésére a belső térbe friss levegőt vezetnek be. A lebomlás során keletkező gázzal és vízgőzzel telített elhasznált levegőt a szaghatás megelőzésére bioszűrőn keresztül bocsátják ki a rendszerből. Forgás közben az anyag keveredik és kisebb-nagyobb aprító hatás is létrejön.

A fenti stabilizátorból kikerülő előérlelt anyagot rostálják, aprítják, és szabad téren prizmákban tovább érlelik (41. ábra).

41. ábra. MUT-DANO eljárás

Az eljárás során a fémhulladék mágneses leválasztással, az üveghulladék rostálás után, mint másodnyersanyag visszanyerhető, a maradék nem komposztálható anyaghányad egyéb komposztálási eljárásokkal összehasonlítva – kevesebb.

A MUT-DANO üzemben általában hulladékégető nincs, de adott esetben a csatlakoztatás megoldható. Ilyen komposztüzem működik Dániában, Svédországban is. Az üzem viszonylag kis területet igényel, környezetvédelmi szempontból lakott területen is telepíthető.

Dano-Bio-elven működő berendezések szerte a világon több mint 250 településen üzemelnek. Hazánkban Keszthelyen működik egy MUT-DANO komposztüzem 100 t/nap névleges kapacitással.

BAV alagútreaktor

A BAV alagútreaktort a Mannesmann cég dolgozta ki és aprított, előosztályozott szilárd szerves hulladék iszappal közös komposztálásra használható. A reaktorban az anyag mozgatását hidraulikus előtoló lap biztosítja, a levegőellátás a reaktor fenékrészén egyenletesen elosztottan történik. A reaktor nem nélkülözheti az előérlelt nyerskomposzt prizmás utóérlelését (42. ábra).

42. ábra. BAV-rendszerű alagútreaktor (Mannesmann-Anlagenbau AG) 1. iszapvíztelenítés; 2. iszapszivattyú; 3. iszaptartály; 4. és 5. adalékanyag tárolók; 6. szalagmérleg; 7. keverő; 8. szállítóheveder; 9. kaparóláncos anyagelosztó; 10. alagútreaktor; 11. levegőellátó ventillátor; 12. szennyezett levegő elszívó ventillátor; 13. utóérlelés prizmákban A. adagolókamra; B. hidraulikus tolólap; C. levegőbetáplálás; D. levegőelszívás; E. mérőszondák (hőmérséklet, nedvesség, oxigén)

Összefoglalás

A prizmás komposztálás során az anyagátalakulási folyamatok szakaszosak. Ennek az az oka, hogy a szálas, levegőzöttséget biztosító cellulóz egy része mineralizálódik, a kazal bezömül, a levegő kiszorul. Ezt jól jelzi a respiráció kisebb sebessége, a karbonsavak nagyobb koncentrációja, valamint az

arány, mely többszöröse az aktív levegőztetett módon előállított komposztnak. A karbonsavak és a magasabb mineralizálható hányad bomlása révén elhúzódó respiráció lerontja a csírázási %-ot is.

Az aktív levegőztetett rendszer jobb levegő-ellátottságot biztosít. Ennek következménye, hogy rövidebb idejű a komposztálás (kb. fele), a könnyen bomló szén nagyobb hányadban távozik CO2 formában a légtérbe. A karbonsavak mennyisége kicsi, a magvak csírázását gátló körülmények alig érvényesülnek. Az

arány kicsi, vagyis biztosított a nitrifikáció lezajlása.

A két technológia végterméke abban tér el egymástól, hogy a kiindulási paraméterek gyorsabban és nagyobb mértékben változnak az aktív levegőztetett rendszernél. A prizmás komposztálásnál az anyagátalakulás szakaszos. Az aerob szakaszok közé anaerob szakaszok iktatódnak, mely megnöveli a kevésbé humifikálódott frakció részarányát.