Обзор на възможностите и класификация на съществуващите съоръжения за компостиране на биоразградими отпадъци

Антон Антонов*

*Технически университет – Варна, 9010 Варна, България, ул. “Студентка” №1

Резюме. Изследвани са съществуващите съоръжения за компостиране на биоразградими отпадъци в страните от Европейския съюз. Направен е сравнителен анализ на съоръженията и технологиите от гледна точка на тяхната ефективност и възможност за бърза доставка и експлоатация в условията на малки и средни населени места в земеделски и животновъдни райони. Изведени са обобщаващи заключения.

Ключови думи: съоръжения, технологии, компостиране, биоразградими отпадъци

ВЪВЕДЕНИЕ

Терминът „компостиране" се използва за дефиниране на процеса на контро­лирано биологично узряване, където в аеробни условия от органичната ма­терия от животински и растителен произход се получават материали с по-проста молекулна верига, по-стабилни, хигиенични, богати на хумусни със­тавки и в крайна сметка полезни за земеделските култури и за възстановява­не на органичната материя в почвите [4, 5].

Процесът се извършва благодарение на различни видове микроорганизми, действащи в аеробна среда: бактерии, гъбички, актиномицети, водорасли, протозои, които присъстват естествено в органичните биомаси или са из­куствено добавени (въведени) [2, 3, 6].

1. Машини за компостиране .

1.1. Машини за смилане.

Раздробяването на органичната материя на парченца с размери 25-75 мм, които се считат за оптимални, има за цел да увеличи контактната й повърх­ност с бактериалната флора, улеснявайки по този начин биологичната й ак­тивност, като в същото време размерът на частичките от изходния материал се доближава до този, който трябва да притежават те в крайния продукт. Машините за раздробяване на материала, използвани при процесите на ком­постиране, при които се получава качествен компост (предимно смилане на лигно-целулозни материали), се различават от онези, използвани при обра­ботка на неразделени отпадъци, при които нормално смилането се отнася до материала, събран преди селекцията, от която ще бъде получена орга­нична фракция, която да бъде подложена на аеробна стабилизация. [1,12]

При раздробяване на БО се използват машини с един или два зъбни ротора, тъй като се обработват маси, които изискват значително по-голе­ми мощности в сравнение с онези, нужни при раздробяване на лигно-целулозния материал, който се използва като структуриращ компонент при компостирането. Машината за смилане може да подпомага смесването на различните про­дукти, съставящи субстрата за компостиране (трева, слама, храсти и клони, корени и използвани дървета, касетки от плодове и зеленчуци, палети) но доброто смесване на продуктите зависи все пак и от внимагаето, отделено на достатъчно точното дозиране на различните материали.[1,12]

Машините за смилане са монтирани върху подвижно или не­подвижно шаси, което се придвижва от трактор, като само в изключителни случаи шасито е самоходно. Обикновено машините за смилане се задвижват от дизелови мотори с мощност най-малко 100kW, като могат да достигнат до 300kW при машини с капацитет 200м³/ч.

Само при малки съоръжения необходимата мощност може да бъде снижена с карданна връзка.

Дробилният апарат може да бъде решен по различни начини:

• 
  с винтов транспортьор с периферни режещи остриета;
  
• 
  с чукова мелница;
  
• 
  със зъбчат ротор; .[1, 9]
  

В дробилно-смесителните коли, приспособени за процеса на компостиране, се използват от 2 до 4 винтови транспортьора, които се различават от онези в колите unifeed нo това, че притежават здрави режещи остриета (обикнове­но с триъгълно сечение) освен общата повишена здравина на машината. Тези устройства дават чудесни резултати при работа с органична материя с растителен произход, като клоните или дължината на другите лигнинови материали трябва да бъдат от порядъка на 70-80 мм. .[1,14]

Роторът работи на извънредно нисък режим на ротация (около 300 оборота за минута) и може да бъде снабден с хидравлична система за регулиране скоростта на въртене в зависимост от съпротивлението на материала: по този начин е възможно да се използва напълно инсталираната мощност, без да се образуват задръствания. Машините, които работят с тази система, фун­кционират непрекъснато и са с мощност до 300kW и работен капацитет до 120м³/час.[1,14]

1.2. Машини за сепариране.

В предприятията за компостиране, работещи със смесени органични отпадъци - със земеделски произход, с отпадъци от поддържане на градската зеленина, с лигно-целулозни отпадъци, с БО, в крайния продукт остават час­тици от пластмаса, които е добре да бъдат отстранени, за да не се отразят отрицателно върху цената на компоста. Понеже сепарацията е затруднена при влажен продукт, т. е. по време на на­товарване на машината за предпочитане е тази операция да бъде извършена на края на процеса. Най-често използваните за тази цел машини са тип въздушни сепаратори, които отделят лекия материал, като например пластмасово фолио, във въз­душен поток, използвайки различната обемна маса на материалите. Мощ­ността, необходима за работен капацитет от около 40м³/час, е 20 kW. Обик­новено машината се използва свързана с подходящо сито.[1,10]

1.3. Машини за изстискване.

Тези машини се използват с бункери от типа „скъсай торбичката" в места­та, където се компостира мократа фракция на БО, събирани от врата до врата. Задачата им е да елиминират излишъка от вода от влажния матери­ал, който ще се компостира. Получената с помощта на изстискване течност се подлага на анаеробна ферментация, при което се получава биогаз. Машината, която се използва за тази цел, се състои от едно или две винтови устройства, въртящи се с малка скорост във вътрешността на цилиндър от перфорирана ламарина. [1]

1.4. Машини за смесване.

Необходимостта от хомогенен субстрат е от голямо значение за успешното завършване на компостирането в купове в статично състояние, понеже след преобръщането не следва размесване. Това се прави, за да бъде гарантира­но еднакво развитие на процеса върху цялата купчина и за да може крайният материал да бъде изцяло с едно и също качество. В устройствата с механич­но преобръщане началната хомогенизация на масата е по-малко важна, тъй като последователните размесвания водят постепенно и до този резултат. И все пак в по-голямата част от случаите се получава добро размесване на различните материали за компостиране още по време на разтрошаването им. Освен най-често срещаните хоризонтални смесители на пазара се предлагат вертикални смесители, които притежават цилиндричен бункер с диаме­тър 2,0-3,0 м и височина 1,5-2,0 м, в чийто център се намира вертикален въртящ се ствол с група бъркалки с режещи остриета. Обикновено в най-често срещащите се смесители работният цикъл е пре­къснат; разтоварването на продукта се извършва от дъното на машината посредством транспортна лента. [1]

1.5. Машини за разбъркване (хомогенизиране) .[1,10,15].

Обикновено смесителните машини тръгват фронтално срещу купа; някои обработват купа по цялата му ширина само с едно преминаване (обхващат само от една негова част) и следователно трябва да преминат много пъти, за да преобърнат целия куп.

В зависимост от структурните и функционалните им характеристики смеси­телните машини се делят на няколко категории, показани в табл. 1.

РАБОТЕН АПАРАТ	със зъбчата елеваторна лента с винтово устройство с фреза + елеваторна лента
ПРИВЕЖДАНЕ В ДВИЖЕНИЕ	самоходни теглени или носени от трактор
ПРЕНАСЯНЕ НА МАТЕРИАЛА	с надлъжно пренасяне със странично пренасяне

Най-често срещаните машини, които работят в устройства с купове, са от типа самоходни с надлъжно транспортиране на продукта; най-разпростра­нената технология е тази на обкрачващи купа машини.

Апаратът за смесване се състои от хоризонтален ротор, перпендикулярен на посоката, в която се движи напред машината, носещ две винтови спирали с остриета, една дясна и една лява, които прибират материала към центъра; в центъра, към ствола, обикновено са монтирани лопати, които да изгребват назад продукцията.

Размерите на обработваните от тези машини купове варират в зависимост от наличните мощности - разбира се, те са по-големи при самоходните ма­шини.

Най-мощните самоходни машини, снабдени с мотори от 250-350 kW, имат работен капацитет 2500-3000м³/час; онези от класата 150-200 kW обработ­ват 1500-2000м³/час.

Машините, теглени странично от трактор, са подходящи за разработка на работни площадки със средно малки размери; използват се предимно в областта на земеделието за третиране на животински изпражнения или на биомаси, генерирани в земеделското производство.

Машини за размесване с наклонена подемно транспортна лента. Машините за размесване с наклонена подемна лента се използват от много десетилетия насам; макар че винаги са били източник на проблеми поради деликатността си (особено ако са лишени от предна защита); те предизвик­ват интерес, защото осигуряват по-добро снабдяване с кислород на матери­ала в сравнение с онези с винтов ротор, поради по-дългия контакт на биома­сата с атмосферния въздух.

Понастоящем на пазара има самодвижещи се машини за размесване с ра­ботна ширина до 3 метра, способни да обработват купове до 3 метра висо­чина. Инсталираната мощност достига 150 kW за работен капацитет до 1800 м³/час.

1.6. Машини за сортиране.

Отстраняването на грубия материал, който, като се изключат частиците с оптимални размери за компост, понякога достига до повече от 30%, се из­вършва в края на процеса със селекциониращи машини. .[1,10,15]

1.7. Машини за пакетиране.

Преди продажбата компостът може да бъде опакован в торби: това е реше­ние, подходящо главно за материали, които идват от зоотехническия сектор, за които пазарът запазва защитни цени. Тази операция се извършва или с прости устройства, които изискват много ръчен труд, или с автоматизирани такива.[1].

2. Съоръжения и инсталации за компостиране[1].

Процесът на компостиране понастоящем е известен с две различни дейности: с производство на подобряващи почвата материали като компост нужни за земеделието, и с производство на биостабилизиран продукт, който да бъде изхвърлен.

В първия случай процес e компостиране, а във втория - процес на аеробна стабилизация.

Съгласно тези схващания изглежда, че методите на компос­тиране от осемдесетте години трябва да се смятат за отживели благодаре­ние на непрекъснатото модернизиране на технологиите - на което сме сви­детели и днес и което се налага преди всичко от промените на материалите, изисквани от новата постановка на проблема „отпадъци".

Анализът на видовете инсталации за компостиране води до разделянето им на:

- отворени системи

- затворени системи

Отворени системи са онези, при които процесите се извършват на открито или в не напълно затворени помещения;

Затворени системи са онези, при които процесите се извършват в ограничени помещения, където е възможен контрол на въздуха, който излиза от куповете.

За първата фаза на процеса, както и при складирането на различните биома­си, все повече се прибягва към затворени системи с цел да бъде спряна еми­сията на вредни газове в атмосферата. Нещо, което днес представлява най-големият проблем на такива производства и особено на производства, пред­назначени да обработват биомаси с бързо биологично разграждане.

В зависимост от начините на натоварване на съоръженията системите могат да бъдат разделени на:

- непрекъснати системи

- системи с прекъснато действие

В зависимост от вида на производството на компост, те могат да бъдат раз­делени на:

- компостиране на купове

- компостиране в реактор

Различните видове инсталации за компостиране в купове, в зависимост от системата за снабдяване с кислород на масата, могат да бъдат разделени на:

- статични купове

- купове с принудителна вентилация

- купове с механично преобръщане

- купове с механично преобръщане и принудителна вентилация

Като биореактори могат да бъдат дефинирани всички устройства, които имат конструктивни характеристики, различни от проста настилка - както е в устройствата с купове, описани по-горе и са снабдени с модерна техно­логия.

Това са устройства, използвани в първата фаза на процеса (ускорено окисление по биохимичен път), която се нуждае от контрол на по-високо ниво от този във втората фаза, особено що се отнася до въпросите, свързани с околната среда. В по-голямата част от тези съоръжения в действителност се пречиства отделеният въздух, за да се ограничи емисията в атмосферата на газови и прахообразни замърсители.

Независимо от типа на конструкцията на съоръжения, при които се осъществява контролиран процес с датчици, които измерват температу­рата на въздуха и контролират хода на биологичните процеси посредством молекулния кислород О₂ и/или СО₂

Към биореакторите се отнасят:

- вертикални биореактори хоризонтални биореактори

- трекови с пътеки (писти)

- клетъчни с биоклетки

- с контейнер

- с тунел

- с въртящ се цилиндър

Освен по структурните им характеристики устройствата се делят и на неп­рекъснати и прекъснати: при първите товаренето на материала се извърш­ва непрекъснато, обикновено денем; при вторите - само след изтеглянето на готовия продукт.

Може да бъде направена още една класификация, основана на подвижност­та или неподвижността на масата, а именно статични и динамични биореактори.

3. Сравнителен обзор.

С влизането в сила на първия закон за защита на околната среда (319/1976), известен като закона на Мерли, отнасящ се до защита на водите от замърся­ване (който постави началото на интереса на медиите към екологичните проб­леми), се появи необходимостта и при компостирането да се премине към производствени решения, съобразени със защитата на околната среда. Първата крачка в тази посока e да не се разрешава компостиране върху терен, който не е водонепропусклив, като с това се тръгне към нова и по-модерна концепция за процеса[1].

В същото време повишеното генериране на градски отпадъци и трудности­те, с които е свързано управлението на съдържащата се в тях органична фракция, показаха много ясно ползата от компостирането като техника за оползотворяване на отпадъците.

По този начин компостирането започна да придобива характеристиките на индустриален процес и от периодичното разбъркване на куповете на полето се премина към първите истински биологични реактори, за да се стигне до днешните предприятия с компютризиран контрол. По време на тази фаза на развитие, започнала в началото на осемдесетте години, на общественото внимание са се наложили два нови проблема: единият - свързан със замърсяването на въздуха, а другият - с разделното събиране на органичната фракция на общинските отпадъци.

Първият проблем, свързан със закон 203/1988 (отнасящ се до замърсяването на атмосферата), по много категоричен начин постави условия за проекти­ране на установките за компостиране, като едно от тях е работата за първата фаза от процеса задължително да се извършва в затворени помещения; вто­рата, свързана със закон 22/1997 (закон за отпадъците, известен като декрет Ронки), въведе като задължително разделното събиране на домакинските отпадъци, така че да се намали не само общото количество на събираните отпадъци, но да се намали и органичната материя в сметищата[1].

4. Изводи и заключения.

4.1. Във всички биореактори фазата на биоокисление се оказва с по-малка продължителност, отколкото при традиционните устройства за компостиране на купове: вместо нормално за 20-30 дни, както е при първите, тук това се извършва за 7-15 дни в зависимост от обработвания материал. За да се по­лучи този резултат, все пак процесът трябва да бъде оптимизиран, било по отношение на качеството на началния материал, било по отношение на дру­ги параметри, определящи процеса.

4.2. За да се постигне по добро качество на компоста и възможност за бърза реализация е необходимо да се използват инсталациите и съоръженията с по-висока степен на автоматизация.

4.3. Отделните машини са по-подходящи за малки обеми и собствени нужди на малки общини и населени места.