Proces kompostowania w Miejskim Przedsiębiorstwie Gospodarki

Archives of Waste Management
Archiwum Gospodarki Odpadami
and Environmental Protection
http://ago.helion.pl
ISSN 1733-4381, Vol. 6 (2007), p-97-108
Proces kompostowania w Miejskim Przedsiębiorstwie
Gospodarki Komunalnej w Katowicach
Czop M., Hatlapa K.
Katedra Technologii i Urządzeń Zagospodarowania Odpadów, Politechnika Śląska,
ul. Konarskiego 18, 44-100 Gliwice
tel. +48 32 237 12 13, fax +48 32 237 11 67,
e-mail: monika.czop@ polsl. pl
Streszczenie
W niniejszym artykule zostały omówione zagadnienia związane z prowadzeniem procesu
kompostowania odpadów niesortowanych oraz analiza jakości otrzymywanego kompostu w
Miejskim Przedsiębiorstwie Gospodarki Komunalnej w Katowicach. Realizowany proces
kompostowania oparty jest na duńskiej technologii DANO przy współpracy austriackiej
firmy MUT.
W artykule zostały zaprezentowane wyniki analiz fizykochemicznych dojrzałego kompostu
otrzymywanego w okresie czasu 2001 – 2006, oraz wyniki mikrobiologiczne nawozu z lat
2001- 2004.
Artykuł jest części pracy inżynierskiej zrealizowanej w Katedrze Technologii i Urządzeń
Zagospodarowania Odpadów.
Abstract
Composting processes In Municipal Waste Management Company in Katowice
In the article composing of unsorted waste has been discussed as well as analysis of
compost quality produced In Municipal Waste Management Company in Katowice.
Composting is based on Danish technology DANO with cooperation with Austrian
company MUT.
Physics and chemical analysis of compost produced in years 2001-2006 have been
presented as well as results of microbiological analysis of compost produced In years 20012004.
The article is based on the study carried out In Chair of Waste Management and
Technologies of Waste Management.
98
Archiwum Gospodarki Odpadami i Ochrony Środowiska, vol. 6(2007)
1. Wstęp
Odpady komunalne stanowią jedno z podstawowych i najbardziej uciążliwych źródeł
zanieczyszczenia środowiska, wprowadzając niebezpieczne substancje do wszystkich jego
elementów. Przez odpady komunalne należy rozumieć odpady powstające
w gospodarstwach domowych, a także odpady nie zawierające odpadów niebezpiecznych
pochodzące od innych wytwórców odpadów, które ze względu na swój charakter lub skład
są podobne do odpadów powstających w gospodarstwach domowych.
Unieszkodliwianie odpadów komunalnych, mające na celu minimalizację ich ilości,
obejmuje kilka sposobów. Najważniejsze z nich to:
o
recykling, czyli odzysk surowców wtórnych,
o
termiczne przekształcanie odpadów, czyli spalanie,
o
kompostowanie, jako metoda biologicznego przetwarzania.
Odpady pochodzące z gospodarstw domowych w dużej części składają się z materii
organicznej. Przetwarzanie tych odpadów metodami biologicznymi pozwala na odzyskanie
określonej ilości materii w postaci nawozu lub gazu, a jednocześnie umożliwia
zmniejszenie strumienia odpadów kierowanych na składowiska. Jedną z tych metod jest
kompostowanie, czyli proces bazujący na naturalnych procesach zachodzących w
przyrodzie, a jedynie udoskonalony przez człowieka w celu zwiększenia jego efektywności.
Istniejące systemy kompostowania można podzielić na dwie zasadnicze grupy:
o
kompostowanie w warunkach naturalnych,
o
kompostowanie w warunkach sztucznych.
Kompostowanie odpadów to metoda oparta na naturalnych procesach zachodzących
w środowisku przy udziale mikroorganizmów, zintensyfikowana w sztucznie
wytworzonych optymalnych warunkach. W wyniku tego procesu substancje organiczne
wchodzące w skład odpadów komunalnych w ilości ok. 30%, a często przekraczające tę
wartość, są zawracane do naturalnego obiegu materii w środowisku. Najważniejsze grupy
odpadów kierowanych do procesu kompostowania to:
o
odpady biologiczne (gromadzone selektywnie odpadki kuchenne i ogrodowe),
o
odpady z ogrodów i parków (trociny, kora drzewna, liście itp.),
o
komunalno-podobne odpady z przemysłu i rzemiosła (węgiel brunatny, szlamy
z rowów, zmiotki uliczne),
o
odpady z kuchni,
o
organiczne pozostałości
i warzywne),
o
osad z oczyszczalni ścieków .
przemysłu
spożywczego
(wytłoki
owocowe
Archiwum Gospodarki Odpadami i Ochrony Środowiska, vol. 6(2007)
99
2. Kompostowanie odpadów komunalnych w MPGK Katowice Sp. z o.o.
Miejskie Przedsiębiorstwo Gospodarki Komunalnej Sp. z o.o. w Katowicach obsługuje
85% miasta. W 1993 roku przekształcone zostało w spółkę, w skład której wchodzą trzy
podstawowe wydziały:
o
wywozu odpadów,
o
oczyszczania,
o
utylizacji odpadów.
Wydział Utylizacji Odpadów zlokalizowany jest na obrzeżach miasta Katowice przy
ul. Milowickiej. W jego skład wchodzą trzy podstawowe działalności:
o
selektywna zbiórka surowców,
o
kompostownia,
o
sortownia.
Wydział Utylizacji Odpadów powstał w 1989 roku, kiedy to wybudowano kompostownię.
Niesortowalne odpady zebrane z terenu miasta Katowic kierowane są do procesu
kompostowania opartego na duńskiej technologii DANO zrealizowanej przez austriacką
firmę MUT. Schemat instalacji prezentuje rysunek 2.1. Od dnia rozpoczęcia pracy
kompostowni część elementów uległa zastąpieniu nowymi lub nowocześniejszymi jednak
przebieg procesu jest niezmienny od prawie 20 lat.
Bilans materiału kierowanego do procesu kompostowania przedstawia się następująco:
o
o
o
o
o
wsad – niesegregowany odpad komunalny
balast (odpad positowy)
ferromagnetyki
straty na odparowaniu
kompost – w zależności od jakości wsadu
100 %
55 – 60 %
1%
20 %
9 – 24 %
2.1. Proces technologiczny.
Proces technologiczny rozpoczyna się przy wjeździe na teren kompostowni, gdzie każdy
samochód dowożący odpady jest ważony i rejestrowany. Odpady rozładowywane są w hali
najazdowej do bunkra zbiorczego(rysunek 2.2).
100
Archiwum Gospodarki Odpadami i Ochrony Środowiska, vol. 6(2007)
Rysunek 2.2. Widok na bunkier zbiorczy (od strony bram) – foto K. Hatlapa.
Rysunek 2.1. Schemat kompostowni Wydziału Utylizacji Odpadów MPGK Katowice Sp. z
o.o. (technologia Mut – Dano)- schemat z MPGK Katowice
(1 – hala wysypowa, 1a – drzwi rolkowe, 2 – hala załadowcza, 2a – bunkry załadowcze, 3 –
suwnica z chwytakiem polipowym, 4 – przenośnik podający, 5 – taśmociąg zasypowy, 6,9
– wentylator odsysający, 7 – biostabilizator, 8 – komora sit wielokątnych, 8a – sita
Archiwum Gospodarki Odpadami i Ochrony Środowiska, vol. 6(2007)
101
wielokątne, 9a – filtr ziemny, 10,11,12,16,18 – taśmociągi, 13,14 – separator magnetyczny
(elektromagnes), 15 – sita Livella, 17 – separator części twardych, 19 – ugniatacz odpadów
positowych, 20 – kontenery na odpady positowe, 21 – tor i wózki przesuwne, 22 –
zasobniki złomu, 23 – zasobnik świeżego kompostu,24 – ładowarka, 25 – maszyna do
pielęgnacji pryzm, 26 – pole pryzmowe (kompostowe), 27 – zbiornik retencyjny, 28 –
pompownia wody, 29 – zbiornik szlamu, 30 pompownia szlamu.)
Stąd za pomocą chwytaka przenoszone są na taśmociągi płytowe. Taśmociągi te
transportują odpady do bębnów biostabilizatorów stanowiących główny element ciągu
technologicznego. W systemie MUT-DANO pracują dwa ciągi technologiczne z
biostabilizatorami o wydajności 100 Mg/dobę.
Rysunek 2.3. Biostabilizator – foto K. Hatlapa.
Biostabilizator jest to stalowa rura o długości 36 m, pojemności 374 m3 i średnicy
wewnętrznej 3,6 m wypełniona odpadami i poddawana obrotom wzdłuż dłuższej osi przez
24 godziny na dobę z odpowiednimi prędkościami (rysunek 2.3). Na cykl pracy
biostabilizatora składają się dwie zmiany, podczas których bęben obraca się z różną
prędkością:
o
I zmiana - 1,6 obr./min,
o
II zmiana - 0,8 obr./min.
Praca biostabilizatora jest wykonywana w cyklu automatycznym. Czas kompostownia
partii odpadów w biostabilizatorze trwa 24 – 36 godzin. Bęben biostabilizatora jest
wyposażony w wentylację odciągową, zainstalowaną od strony wysypowej bębna.
W odpadach przebywających w biostabilizatorze zachodzą następujące procesy:
samozmielenie i rozdrobnienie (redukcja objętości świeżych odpadów), mieszanie i
homogenizacja (ujednolicenie), higienizacja (w temperaturze 55 ºC giną bakterie
chorobotwórcze), suszenie (wydziela się ciepło), częściowa tlenowa fermentacja.
102
Archiwum Gospodarki Odpadami i Ochrony Środowiska, vol. 6(2007)
W celu zapewnienia optymalnego przebiegu procesów w biostabilizatorze kontrolowane są
następujące parametry:
o
wysokość napełnienia,
o
wilgotność,
o
temperatura,
o
napowietrzanie,
o
obciążenie prądowe bębnów.
Kompost surowy po opuszczeniu biostabilizatora wymaga uszlachetnienia, czyli usunięcia
zanieczyszczeń nie będących kompostem (elementów balastowych). Bezpośrednio z bębna
kompost surowy trafia na sita wielokątne o średnicy oczek 80 mm, na których odbywa się
odsiew zgrubny. Zanieczyszczenia zatrzymane na sitach usuwane są taśmociągiem na
zewnątrz hali, gdzie zsypywane są do kontenera i wywożone na składowisko jako odpad
positowy. Nad taśmociągiem z odpadami positowymi znajduje się duży elektromagnes
usuwający z nich ferromagnetyki. Kompost po przejściu przez sita wielokątne kierowany
jest taśmociągami na sita wibracyjne Liwella o średnicy oczek 14 mm. Umieszczone nad
taśmociągami mniejsze elektromagnesy usuwają z kompostu ferromagnetyki. W ostatniej
fazie kompost przechodzi przez separatory części twardych, gdzie oddzielane są elementy
ceramiki, szkło, kamienie i inne materiały nie będące kompostem. Tak uszlachetniony
kompost, nazywany świeżym, krytym taśmociągiem odprowadzany jest do zasobnika na
polu kompostowym. Z zasobnika na polu kompostowym (rys.3.) kompost świeży jest
rozwożony ładowarką i układany w pryzmy, w których zachodzą procesy dojrzewania
(rysunek 2.4).
Pryzma jest to podłużny stos kompostu (długości 50 – 110 m, szerokości podstawy ok. 6 m
i wysokości ok.2m) o w przybliżeniu trójkątnym przekroju poprzecznym. W pryzmach,
przy zachowaniu właściwych warunków wilgotności i napowietrzania, zachodzą procesy
dojrzewania kompostu. Podczas dojrzewania kompostu prowadzona jest bieżąca kontrola
jego jakości w laboratorium kompostowni. Pryzmy dojrzałego kompostu zostają usunięte, a
kompost z nich, zwieziony na jeden wspólny zwał kompostu dojrzałego. Dojrzały kompost
odbierany jest w postaci masy nawozowej o konsystencji zbliżonej do torfu tworzenie
terenów zieleni miejskiej, zalesianie, uprawę roślin. Uprzednio jednak muszą zostać
wykonane badania jego jakości przez firmę z zewnątrz, której się to zleca. Badania
wykonywane są w zakresie bakteriologicznym (obecność bakterii chorobotwórczych),
parazytologicznym (obecność pasożytów pasożytów i ich jaj) oraz fizykochemicznym
(podstawowe właściwości fizykochemiczne, w tym zawartość metali ciężkich).
Na podstawie uzyskanych wyników badań kompost zaliczany jest do jednej z trzech klas.
Ilość uzyskanego kompostu uzależniona jest od składu morfologicznego odpadów
poddanych kompostowaniu. Uwzględnić należy również straty związane z reakcjami
zachodzącymi
w biostabilizatorze i w pryzmach oraz ilość odpadów positowych i innych elementów
balastowych.
Archiwum Gospodarki Odpadami i Ochrony Środowiska, vol. 6(2007)
103
Przybliżony bilans masowy procesu kompostowania:
o
o
o
o
odpady positowe
złom
kompost
straty kompostowania – reszta.
50 – 58 %
1–2%
19 – 32 %
Rysunek 2.4. Widok na zasobnik kompostu świeżego i pole pryzmowe – foto K. Hatlapa.
3. Wyniki
Ostatecznego badania kompostu po procesie dojrzewania oraz orzeczenie o jego
przydatności do celów rekultywacyjnych dokonuje specjalistyczne laboratorium
zewnętrzne w zakresie:
-
bakteriologicznym (bakterie chorobotwórcze),
-
parazytologicznym (pasożyty i ich jaja),
-
fizykochemicznym (w tym zawartość metali ciężkich).
Wyniki badań fizykochemicznych oraz mikrobiologicznych kompostu otrzymanego
w technologii Mut-Dano w Katowicach w latach 2001-2006 zestawiono w tabeli 3.1 oraz
zaprezentowano na wykresach 3.1 – 3.3.
Analizując wyniki badań należy zwrócić uwagę na ponadnormatywne stężenie metali
ciężkich w kompoście, co powoduje obniżenie jego jakości przy jednoczesnym
zmniejszeniu możliwości jego wykorzystania jako nawozu pod uprawę roślin.
Kompost wytworzony w Katowicach charakteryzuje się niską zawartością substancji
organicznych, ich zawartość nie przekracza 40 %.
104
Archiwum Gospodarki Odpadami i Ochrony Środowiska, vol. 6(2007)
Na podstawie wyników badań kompost otrzymany w technologii Mut – Dano w
Katowicach został wpisany w oparciu o normę BN – 89/9103 – 09 do trzeciej klasy jakości,
a co za tym idzie może być stosowany jedynie do celów rekultywacyjnych.
Tabela 3.1. Zestawienie wyników badań kompostów z kompostowni w Katowicach w
latach 2001 – 2006.
Wskaźniki
Jednostka
2001
2002
2004
2006
Klasa I
Klasa
II
Klasa
III
Właściwości fizykochemiczne
-
8,28
7,53
7,28
7,90
6,5 –
8,0
6,5 –
8,0
6,0
9,0
Zawartość substancji organicznych
% s. m
31,67
35,80
32,33
24,40
40
30
20
Wilgotność
% s. m
30,67
41,27
39,68
39,20
25
40
Fosfor ogólny
% s. m
0,82
0,93
0,56
0,56
0,6
0,4
0,3
Odczyn (pH)
-
25
40
-
–
50
Zawartości metali ciężkich
Ołów
mg / kg s.m
454,58
200,32
289,17
372,00
350
500
800
Kadm
mg / kg s.m
8,22
7,82
6,60
5,83
5
15
25
Chrom
mg / kg s.m
131,70
87,35
85,17
64,40
300
500
800
Cynk
mg / kg s.m
2506,25
2406,25
1740,33
1855,00
1500
2500
2500
Miedź
mg / kg s.m
384,58
389,58
327,67
279,00
300
600
800
Nikiel
mg / kg s.m
66,43
65,55
48,50
45,00
100
200
200
Rtęć
mg / kg s.m
3,20
2,12
0,10
2,40
5
10
10
Wskaźniki mikrobilogiczne
Miano coli
cm3
0,0019
0,0568
0,1483
-
0,001
0,001
nie
określa
Miano coli typu kałowego
cm3
0,0088
0,1918
>2
-
0,01
0,01
nie
określa
Miano Clostridium perfrngens
cm3
> 20
0,0019
0,0917
-
0,0001
0,0001
nie
określa
105
Archiwum Gospodarki Odpadami i Ochrony Środowiska, vol. 6(2007)
140,00
120,00
100,00
y = -3,3488x3 + 20130x2 - 4E+07x + 3E+10
80,00
Stężenie metali
[mg/kg s.m]
60,00
40,00
y = 0,4787x2 - 1922,9x + 2E+06
20,00
y = 0,0201x2 - 80,987x + 81631
0,00
2000
2001
y = 0,392x2 - 1571x + 2E+06
2002
2003
2004
2005
2006
2007
Czas [lata]
Kadm
Chrom
Nikiel
Rtęć
Rysunek 3.1. Zmiana zawartości metali ciężkich w kompoście w latach 2001 – 2006.
3000,00
2500,00
2000,00
2
y = 47,383x - 190017x + 2E+08
Stężenie metali
[mg/kg s.m]
1500,00
1000,00
2
y = -2,2519x + 9000,6x - 9E+06
500,00
3
2
y = -20,063x + 120617x - 2E+08x + 2E+11
0,00
2000
2001
2002
2003
2004
2005
2006
Czas [lata]
Ołów
Cynk
Miedź
Rysunek 3.2. Zmiana zawartości metali ciężkich w kompoście w latach 2001 – 2006.
2007
106
Archiwum Gospodarki Odpadami i Ochrony Środowiska, vol. 6(2007)
45,00
14,00
3
2
y = 0,7874x - 4733,8x + 9E+06x - 6E+09
40,00
12,00
35,00
2
y = -0,9578x + 3836,2x - 4E+06
10,00
30,00
8,00
25,00
[%]
pH
2
y = 0,1373x - 550,12x + 551152
20,00
6,00
15,00
4,00
10,00
2,00
5,00
3
2
y = 0,0289x - 173,8x + 348204x - 2E+08
0,00
2000
2001
2002
2003
2004
2005
2006
0,00
2007
Czas [lata]
Zawartość substancji organicznych
Wilgotność
Fosfor
pH
Rysunek 3.3. Zmiana wartości fizykochemicznych w kompoście w latach 2001-2006.
Ponadnormatywna zawartość cynku, ołowiu jest bardzo trudna do wyeliminowania ze
względu na charakter skażenia środowiska Górnego Śląska stanowiącego zagłębie górniczo
- hutnicze. W związku z tym zanieczyszczenia znajdujące się w powietrzu wraz z opadami
atmosferycznymi padają na pryzmy dojrzewającego kompostu zmieniając jego skład.
Przyczyny tego problemu można również dopatrywać się w odpadach kierowanych do
kompostowania a zbieranych na terenach w pobliżu w/w zakładów.
3. Wnioski
Na podstawie badań wykonanych przez Główne Laboratorium Analiz Chemicznych IUNG
w Puławach wydano opinię o wartości nawozowej i możliwości przyrodniczego
wykorzystania kompostu - odpadu o kodzie 19 05 03 wytwarzanego z odpadów
komunalnych w Wydziale Utylizacji Odpadów Miejskiego Przedsiębiorstwa Gospodarki
Komunalnej Sp.z o.o. Katowice, która stwierdza, iż „badany odpad posiada wartości
nawozowe w związku z tym może być wykorzystywany w rolnictwie do celów
nawozowych, lecz tylko w polowej uprawie. Odpad może być wykorzystywany także poza
rolnictwem np.:
o
przy zakładaniu skwerów, placów zieleni, trawników, terenów zieleni miejskiej
i przemysłowej,
o
w szkółkach drzew i krzewów owocowych,
o
w szkółkach leśnych,
Archiwum Gospodarki Odpadami i Ochrony Środowiska, vol. 6(2007)
107
o
przy zadrzewianiu i zalesianiu terenów,
o
na przekładki technologiczne na składowiskach odpadów komunalnych,
o
do roślinnego utrwalania powierzchni składowisk odpadów komunalnych,
przemysłowych i innych,
o
do rekultywacji gleb użytkowanych rolniczo i nie rolniczo,
o
jako komponent do produkcji kompostów.
Analizując dane przedstawione na wykresach, uwagę zwraca obecność dużych ilości
metali ciężkich w kompoście. Spowodowane jest to m.in. silnym zanieczyszczeniem
środowiska w aglomeracjach Górnego Śląska oraz charakterem odpadów kierowanych do
procesu. Od roku 2004 obserwuje się spadek zawartości m.in. niklu, miedzi, cynku, co
wynikać może z zamykania niektórych zakładów przemysłowych produkujących duże
ilości tych metali jako produktów ubocznych stosowanej technologii. Rośnie natomiast
zawartość związków ołowiu i cynku, co powoduje obniżenie jakości kompostu,
jednocześnie zmniejszając możliwości jego wykorzystania. Porównując wyniki widzimy,
że w 2001 roku zawartość metali ciężkich w kompoście była bardzo wysoka. Przykładowo
różnica zawartości ołowiu między 2001 rokiem a 2004 wynosi prawie 80 mg/kg s. m.
Można tłumaczyć to niedostatecznym oczyszczaniem gazów odlotowych z zakładów
przemysłowych znajdujących się w okolicy kompostowni. Zmniejszająca się zawartość
metali ciężkich to również efekt zamykania zakładów i kopalń w okolicy Katowic, z czym
związana jest redukcja zanieczyszczeń w powietrzu.
Stopniowy wzrost wartości odczynu w czasie dojrzewania kompostu świadczy o
wytworzeniu nowych szczepów bakterii, a zatem o jest potwierdzeniem prawidłowego
przebiegu procesu. Zalecane jest jednak zwiększenie wilgotności dla kompostu
dojrzewającego 212 dni. Wartość wilgotności spadła poniżej 40 %, co w warunkach
atmosferycznych panujących podczas wykonywania badań (temperatura powietrza
wynosząca ok. 40°C utrzymywała się przez kilkanaście dni, brak opadów) może
spowodować zwolnienie procesów zachodzących w dojrzewającej pryzmie. Niewielka
zawartość substancji organicznej spowodowana jest składem odpadów kierowanych do
procesu, w związku z czym wartość ta będzie utrzymywała się na tym poziomie przez cały
czas trwania procesu. Niska zawartość substancji organicznych, która powinna przekraczać
wartość 40%, jest prawdopodobnie spowodowana zbyt małą zawartością odpadów
organicznych kierowanych do procesu kompostownia. Jedną z możliwości poprawienia
tego wyniku może być dodatek do kompostowanych odpadów liści, będących ważnym
źródłem substancji organicznych.
Pozostałe wartości parametrów pozostają w normie i są porównywalne do wartości
otrzymywanych podczas badań przeprowadzanych w laboratorium kompostowni w
ostatnich latach.
Literatura
[1] K. Hatlapa „Ocena przebiegu procesu kompostowania odpadów komunalnych na
podstawie MPGK Katowice Sp. z o.o.” praca inżynierska, Gliwice 2007,
108
Archiwum Gospodarki Odpadami i Ochrony Środowiska, vol. 6(2007)
[2] Materiały udostępnione przez firmę MPGK Katowice Sp. z o.o.
[3] A. Wyciślik, M.J. Miroń „Nowoczesne metody w analityce odpadów przemysłowych”
[4] Instytut Gospodarki Odpadami, Katowice 1996
[5] K. d´Obyrn, E. Szalińska „Odpady komunalne zbiórka, recykling, unieszkodliwianie”
Wydawnictwo PK, Kraków 2005r.
[6] B. Bilitewski, G. Härdtle, K. Marek „Podręcznik gospodarki odpadami teoria i
praktyka” Wydawnictwo Seidel – Przywecki Sp. z o.o., wydanie pierwsze, Warszawa
2003