Τεχνικές Χαμηλού Κόστους για εντατική Βιο-αποσύνθεση και Ωρίμανση σε εγκαταστάσεις ΜΒΕ
Karsten Runge
Η Μηχανική Βιολογική Επεξεργασία (ΜΒΕ) των οικιακών αποβλήτων χρησιμοποιείται όλο και περισσότερο στη διαχείριση αποβλήτων πολλών κρατών. Οι εγκαταστάσεις (MBE) λειτουργούν ως συμπλήρωμα είτε ως επιλογή χαμηλού κόστους των εγκαταστάσεων αποτέφρωσης.
MBΕ – Τωρινή κατάσταση
Σήμερα στην Ευρώπη λειτουργούν πολλές εγκαταστάσεις Μηχανικής Βιολογικής Επεξεργασίας. Μόνο στη Γερμανία υπάρχουν 48 οι οποίες έχουν δυνατότητα επεξεργασίας 6 εκατομμυρίων τόνων/ανά χρόνο, περίπου το 25% των αστικών αποβλήτων της Γερμανίας. Αν και οι τεχνικές Μηχανικής – Βιολογικής Επεξεργασίας δεν έχουν αναπτυχθεί όσο πρέπει στην Ευρώπη, και ενώ κάποιες αντίστοιχες εγκαταστάσεις χρησιμοποιούνται μόνο για προ – επεξεργασία πριν την αποτέφρωση, η Μηχανική Βιολογική Επεξεργασία έχει πολλά πλεονεκτήματα σε σχέση με τη διάθεση των αποβλήτων στους ΧΥΤΑ. Λόγω του γεγονότος ότι δεν γίνεται διαχωρισμός των αποβλήτων και ότι τα οικιακά απόβλητα περιέχουν πολλές οργανικές ουσίες, η Μηχανική – Βιολογική Επεξεργασία, θα είχε ως αποτέλεσμα την εξοικονόμηση χώρου στους ΧΥΤΑ καθώς και στη μείωση των εκπομπών βλαβερών ουσιών έως και 90%.
MBΕ – δυνατότητες βελτιστοποίησης
Η κύρια αποστολή των εγκαταστάσεων μηχανικής – βιολογικής επεξεργασίας κατά την αερόβια επεξεργασία είναι η δημιουργία ιδανικών συνθηκών ώστε οι μικρο-οργανισμοί να μεγιστοποιήσουν την αποσύνθεση των οργανικών. Αυτό απαιτεί αρκετό νερό και οξυγόνο, καθώς και βέλτιστες θερμοκρασίες. Μια συνεχής τριπλή φάση (Αέρας – Νερό – Εισερχόμενο υλικό) θεωρείται υψίστης σημασίας.
Βιολογική επεξεργασία
Σχεδιασμός της Διαδικασίας
Συνήθως η αερόβια βιο-αποσύνθεση πραγματοποιείται σε δύο βήματα: Εντατική βιο-αποσύνθεση για δύο ή τρείς εβδομάδες ακολουθούμενη από ωρίμανση για τέσσερις έως οχτώ εβδομάδες. Πρακτικά η βιολογική επεξεργασία μπορεί να αποτελείται από ένα βήμα αναερόβιας ακολουθούμενο από ένα βήμα αερόβιας ή να αποτελείται από δύο ανεξάρτητα βήματα αερόβιας επεξεργασίας.
Η εντατική βιο-αποσύνθεση χαρακτηρίζεται από εντατικό αερισμό του εισερχόμενου υλικού. Δυναμικά συστήματα ωρίμανσης (δυναμικοί σωροί) συμπληρώνονται από κανονική ανάδευση και άρδευση ενώ ευέλικτες ρυθμίσεις για την ανάδευση δεν είναι συνήθως δυνατές σε αυτό το σύστημα. Τα στατικά συστήματα δεν προορίζονται για ανάδευση. Ως αποτέλεσμα οι τεχνικές απαιτήσεις της εντατικής βιο-αποσύνθεσης δεν ικανοποιούνται λόγω των δυσμενών συνθηκών. Το πρόβλημα μεταφέρεται συνεπώς στο επόμενο στάδιο επεξεργασίας.
Η ωρίμανση στις περισσότερες τέτοιου είδους εγκαταστάσεις πραγματοποιείται σε σωρούς υλικών οι οποίοι αναδεύονται. Ορισμένες εγκαταστάσεις τελειοποιούν την διαδικασία ωρίμανσης με ένα υπόγειο σύστημα αερισμού. Το επιθυμητό επίπεδο σταθερότητας του υλικού επιτυγχάνεται μετά από περίπου δύο εβδομάδες, ανάλογα με την ένταση της επεξεργασίας.
Η διαδικασία μπορεί να βελτιστοποιηθεί μέσω εντατικής επεξεργασίας του υλικού. Συχνή ανάδευση μπορεί να μειώσει αρκετά την περίοδο ωρίμανσης ενώ συστηματική άρδευση είναι υψίστης σημασίας καθώς ένα μεγάλο ποσοστό υγρασίας εξαφανίζεται λόγω των υψηλών θερμοκρασιών. Ειδικά συστήματα ανάδευσης συμπεριλαμβάνουν και ειδικό μηχάνημα για ταυτόχρονη άρδευση. Έτσι, ταυτόχρονη ανάδευση και ομοιογενής άρδευση πραγματοποιούνται σε ένα βήμα. Επιπλέον η δυναμικότητα ανάδευσης πρέπει να είναι αρκετή, ώστε να είναι δυνατή η επεξεργασία όλων των σωρών σε μία ημέρα –αν αυτό είναι απαραίτητο.
Ευελιξία της Διαδικασίας
Η απαιτούμενη διάρκεια της βιολογικής διαδικασίας, έχει σχέση με το οργανικό περιεχόμενο του εισερχομένου υλικού. Είναι κυρίως ανάλογη με την ποσότητα των οικιακών αποβλήτων, αλλά και της ποιότητας της προηγούμενης προ – επεξεργασίας μέσω του μηχανικού διαχωρισμού. Συνήθως οι υπολογισμοί για την διάρκεια, γίνονται εμπειρικά. Με τον ίδιο τρόπο υπολογίζεται η χωρητικότητα. Υποθέτουμε μια σχετικά σταθερή ποιότητα και συνεπώς μια αντίστοιχα σταθερή διάρκεια επεξεργασίας. Στην πράξη, οι υποθέσεις αυτές διαψεύδονται. Οι υπεύθυνοι των εγκαταστάσεων αναφέρουν μεγάλες διακυμάνσεις στα ποσοστά των οργανικών. Αποκλίσεις μεγαλύτερες του 200% από τον μέσο όρο έχουν διαπιστωθεί. Επειδή το οργανικό περιεχόμενο του υλικού ποικίλει όσον αφορά στη σύσταση, απαιτείται ευελιξία όσον αφορά στη διάρκεια και στην ένταση της βιολογικής επεξεργασίας.
Καθώς η εντατική βιο–αποσύνθεση επιτρέπει επεξεργασία σε τούνελ ή κουτιά κομποστοποίησης, είναι δυνατό να τεθούν υπό επεξεργασία μεμονωμένοι σωροί κάθε φορά. Η ωρίμανση στις περισσότερες εγκαταστάσεις δεν επιτρέπει τέτοιου είδους επεξεργασία καθώς εκεί η διαδικασία γίνεται σε τραπεζοειδείς σωρούς, των οποίων η ξεχωριστή αποθήκευση και επεξεργασία είναι αδύνατη. Αυτό απαιτεί βελτιστοποίηση.
Άσκηση της διαδικασίας ωρίμανσης σε τριγωνικούς και όχι σε τραπεζοειδείς σωρούς επιτρέπει την μεμονωμένη αποθήκευση και επεξεργασία σωρών με μεγαλύτερη συχνότητα ανάδευσης ή άρδευσης εάν είναι απαραίτητο. Το μειονέκτημα της κομποστοποίησης σε τριγωνικούς σωρούς που σχετίζεται με την μεγαλύτερη κατάληψη χώρου, εύκολα καταρρίπτεται λόγω των συντομότερων περιόδων ωρίμανσης.
Έξοδα Επεξεργασίας
Η επεξεργασία του εισερχομένου υλικού μέσω της ανάδευσης και άρδευσης, δημιουργεί έξοδα που δεν αγνοούνται. Συνεπώς η επιλογή της κατάλληλης τεχνολογίας πρέπει να είναι σωστά μελετημένη.
Υπολογισμός του κόστους λειτουργίας της ωρίμανσης στη Μηχανική – Βιολογική Επεξεργασία:
- Εισερχόμενο υλικό στην ωρίμανση:40.000 τόνοι ανά έτος
- Ειδικό βάρος :0,55 t/m³
- Χρόνος Ωρίμανσης: 6 εβδομάδες
- Υλικό στην περιοχή ωρίμανσης: περίπου 8.400 m³ υλικού/περίοδο ωρίμανσης
- Δυνατότητα Ανάδευσης: 200 m³/h με εμπρόσθιο φορτωτή
- 1.000 m³/h με αναδευτήρα τραπεζοειδών σωρών
- 2.000 m³/h με αναδευτήρα τριγωνικών σωρών
- Έξοδα ανάδευσης: 50- €/h εμπρόσθιος φορτωτής
- 100,- €/h αναδευτήρας τραπεζοειδών σωρών
- 85,- €/h αναδευτήρας τριγωνικών σωρών
- Συχνότητα αναστροφής: 2 φορές την εβδομάδα
- Ώρες λειτουργίας μηχανήματος: 4.368 h/έτος εμπρόσθιος φορτωτής, 875 h/έτος αναδευτήρας τραπεζοειδών σωρών, 437h/a αναδευτήρας τριγωνικών σωρών
- Συνολικό κόστος: Εμπρόσθιος φορτωτής: 218.400,- €/έτος, Τραπεζοειδείς σωροί: 87.500,- €/έτος, Τριγωνικοί σωροί: 37.145,- €/a
Πρακτική Εμπειρία – Παραδείγματα
MBΕ Cröbern
Το εργοστάσιο MBΕ Cröbern στα νότια της Λειψίας, έχει άδεια για 300.000 τόνους τον χρόνο και είναι συνεπώς το μεγαλύτερο στη Γερμανία. Η βιολογική επεξεργασία αποτελείται από δύο στάδια: Εντατική αερόβια βιο–αποσύνθεση σε στατικά τούνελ κομποστοποίησης, ακολουθούμενη από στεγασμένη ωρίμανση για αρκετές εβδομάδες.
Το αρχικό σχέδιο για την ωρίμανση βασιζόταν σε 5 περιοχές κομποστοποίησης με ένα τραπεζοειδή σωρό σε κάθε μια. Αυτοί έπρεπε να αναδεύονται μία ή δύο φορές την εβδομάδα. Δύο αυτοκινούμενοι αναστροφείς τραπεζοειδών σωρών επρόκειτο να χρησιμοποιηθούν. Το 2005 αντιμετωπίστηκαν δυσκολίες όσον αφορά τη διατήρηση των απαραίτητων τιμών σταθερότητας της ωρίμανσης του υλικού. Αυτό συνέβη επειδή κάποιες περιοχές των σωρών ήταν είτε πολύ υγρές, είτε πολύ στεγνές ή η σύνθεση τους δεν ήταν κατάλληλη για τέτοιου είδους διαδικασία ωρίμανσης. Όταν η διαδικασία ωρίμανσης δεν ήταν επιτυχής σε ένα τμήμα του σωρού, σταδιακά όλος ο σωρός έπρεπε να αναστραφεί, ακόμα και αν δεν ήταν απαραίτητο για όλες τις περιοχές. Αυτό είχε ως αποτέλεσμα υπερβολική χρήση του αναδευτήρα, κόστος λειτουργίας υψηλό και πολύ χαμένο χρόνο για τις εργασίες συντήρησης και επισκευών.
Για λυθεί αυτό το πρόβλημα, συζητήθηκε η αναδιοργάνωση της περιοχής ωρίμανσης σε μικρότερους σωρούς. Η εταιρία που λειτουργεί την εγκατάσταση, η WEV, δοκίμασε τη δυνατότητα της βελτιστοποίησης των τιμών σταθερότητας που απαιτούνται για την ωρίμανση, με συγκριτική επεξεργασία τριγωνικών σωρών και ενός τραπεζοειδούς. Μετά την πάροδο δύο μηνών και πολλών τεστ , η ωρίμανση αποφασίστηκε να γίνεται σε τριγωνικούς σωρούς.
MBΕ Rosenow
Η εγκατάσταση MBΕ Rosenow έχει άδεια 125.000 τόνους τον χρόνο και εφαρμόζει αερόβια επεξεργασία δύο σταδίων. Η εντατική βιο–αποσύνθεση διαρκεί δύο εβδομάδες σε στατικά τούνελ, με μια αναστροφή όταν φορτώνεται και εκφορτώνεται το υλικό από τα τούνελ. Η ωρίμανση γίνεται σε στεγασμένο χώρο. Από τις αρχές του 2005 έως και το 2008 η ωρίμανση γινόταν σε έξι δυναμικούς τραπεζοειδείς σωρούς οι οποίοι αναδεύονταν δύο φορές την εβδομάδα, και αρδεύονταν ανάλογα με τις ανάγκες. Στις αρχές του 2008 ξεκίνησε η αναδιοργάνωση σε τριγωνικούς σωρούς.
Σύμφωνα με τον ιδιοκτήτη της εγκατάστασης ABG η νέα τεχνική κομποστοποίησης δημιουργεί καλύτερα αποτελέσματα στη διαδικασία ωρίμανσης δίνοντας στην εταιρία τη δυνατότητα να πετύχει το επιθυμητό επίπεδο σταθερότητας του επεξεργαζόμενου υλικού.
MBΕ Schwanebeck
Η εγκατάσταση του Schwanebeck αδειοδοτήθηκε το 1997 και μετά από δύο επεκτάσεις, έχει συνολική δυνατότητα επεξεργασίας 88.500 τόνους τον χρόνο. Η εγκατάσταση επεξεργάζεται όχι μόνο το οργανικό κλάσμα που προκύπτει από τη δική της εγκατάσταση , αλλά δέχεται και άλλων εγκαταστάσεων επεξεργασίας αστικών αποβλήτων.Η βιολογική επεξεργασία περιέχει εντατική βιο–αποσύνθεση σε τούνελ κομποστοποίησης ακολουθούμενη από ωρίμανση σε τριγωνικούς σωρούς σε στεγασμένο χώρο. Αρχικά η ωρίμανση γινόταν σε τραπεζοειδείς σωρούς, αλλά από το 2006 αναδιοργανώθηκε σε τριγωνικούς. Ο στόχος ήταν η πιο έντονη επεξεργασία των τριγωνικών σωρών και την ίδια στιγμή ή μείωση του όγκου του αποθηκευμένου υλικού, ώστε να δημιουργηθούν καλύτερες συνθήκες ωρίμανσης.
Δυναμική κομποστοποίηση σε τούνελ – ένα πιλοτικό σχέδιο
Στη Μεγάλη Βρετανία, η ζήτηση για τεχνολογίες Μηχανικής Βιολογικής Επεξεργασίας αυξάνεται λόγω των νομικών περιορισμών και των αυξανόμενων τιμών όσον αφορά στη διάθεση των αποβλήτων. Στον χώρο ενός πιλοτικού σχεδίου, εξετάζεται ο συνδυασμός ήδη γνωστών τεχνολογιών για εντατική κομποστοποίηση καναλιών με τεχνολογίες κομποστοποίησης μέσα σε στατικό τούνελ. Η νέα αυτή διαδικασία μπορεί να περιγραφεί ως Δυναμική κομποστοποίηση σε τούνελ. Το υλικό στο αεριζόμενο τούνελ, αναστρέφεται εντατικά με σκοπό τη βελτιστοποίηση της διαδικασίας ωρίμανσης. Ο σχεδιασμός του τούνελ επιτρέπει μεγάλη μείωση των εκπεμπόμενων αερίων, και συνεπώς μεγάλη μείωση του κόστους λειτουργίας. Οι εκπομπές περιορίζονται σε ένα συγκεκριμένο χώρο. Ο αναστροφέας επιταχύνει από το εξωτερικό του τούνελ, δημιουργώντας επιθετικό περιβάλλον. Αυτό ενισχύει την ασφαλή λειτουργία και αυξάνει την διάρκεια ζωής του εξοπλισμού.
Υπάρχουν δυνατότητες ώστε να βελτιστοποιηθεί η ωρίμανση του υλικού που προκύπτει από μηχανική – βιολογική επεξεργασία. Ένας τρόπος ο οποίος συγκεντρώνει μεγάλες πιθανότητες επιτυχίας είναι η αναδιοργάνωση των σωρών από τραπεζοειδείς σε τριγωνικούς. Το κόστος λειτουργίας θα μειωθεί και θα υπάρξουν θετικές επιδράσεις στη διαδικασία ωρίμανσης, πτυχές του όλου εγχειρήματος οι οποίες πρέπει να αναλύονται ενδελεχώς πριν από την δημιουργία κάποιας εγκατάστασης.
Συνδυάζοντας την ήδη αποδεδειγμένη τεχνολογία με μια νέα διαδικασία με τούνελ, η διαδικασία ωρίμανσης βελτιώνεται ενώ την ίδια στιγμή μειώνεται το κόστος λειτουργίας. Επιπρόσθετα, η τοποθέτηση του αναδευτήρα έξω από το "επιθετικό" περιβάλλον κομποστοποίησης διευρύνει τη διάρκεια ζωής του εξοπλισμού και αυξάνει την αποδοτικότητά του.