Управление на зелени и хранителни отпадъци

Биоразградимите отпадъци от паркове и градини и хранителните и кухненски отпадъци от домакинствата, ресторантите, сектора на кетъринга и търговията се класифицират като биоотпадъци. Най-значимата заплаха за околната среда, свързана с този вид отпадъци, е генерирането на метан при разлагането им в депата. Очаква се този проблем да бъде ограничен в голяма степен на територията на държавите членки на ЕС с изпълнение на задължението по Директива 1999/31/ЕО за намаляване на депонираните биоотпадъци до 35% от нивата през 1995 г.
Нормативният документ не предоставя предписания за специфични методи за третиране на отклонените от депата отпадъци. Най-съществената полза от прилагането на подходящо управление на хранителните и зелените отпадъци е получаването на компост с добро качество, който може да бъде използван като почвен подобрител, или на биогаз.

Компостиране
Процесът се дефинира като биологичното разлагане на биоразградимите твърди отпадъци при контролирани, предимно аеробни условия, до стабилно състояние, предоставящо възможност за екологосъобразно съхранение и приложение в земеделието. За осъществяването на процеса, освен микроорганизми – бактерии, гъби и актиномицети, е необходимо да бъдат осигурени и определени стойности на работните параметри – температура, pH, влажност, размер на частиците. От съществено значение са и съдържанието на макро- и микронутриенти, съотношението въглерод/азот (C/N) и скоростта на аерация.
Въпреки че няма строго определени граници, процесът може да бъде разделен условно на три етапа – консумация на наличните захари от бактериите, съпроводена с бързо повишаване на температурата; разграждане на целулозата от бактериите и актиномицетите; разлагане на по-трудно разградимите лигнини от гъбите при охлаждане на компоста. При компостиране в атмосферата се отделят следните емисии:

• прах и газови емисии като въглероден диоксид (в най-голяма степен), както и амоняк, метан и летливи органични съединения (някои от които могат да са в резултат от използването на биофилтри с дървесни материали);
• биоаерозоли – предимно при обръщането на компостираните материали;
• миризми – те могат да бъдат контролирани чрез биофилтри при провеждане на процеса на закрито.

Откритите системи за уиндроу компостиране представляват нискотехнологично решение, изискващо минимални инвестиции по отношение на оборудване. По време на активната фаза на компостиране суровинните материали се натрупват на дълги купчини с малка височина, след което се оставят за определен период от време за узряване на компоста.

Все по-често обаче този метод се използва само за зелени отпадъци. Тенденцията е към използване на високотехнологични реактори за съвместно компостиране на хранителни отпадъци и други ферментиращи материали.

В допълнение към откритото уиндроу компостиране е налична широка гама други технологии за производството на компост. Тя включва реактори, тунели и статични купчини. По-интензивните от тези технологии се прилагат предимно за т. нар. проблемни биоразградими отпадъци, например утайки от пречиствателни станции за отпадъчни води (ПСОВ) и хранителни отпадъци. При тези методи е възможно по-високо ниво на контрол на процесните параметри, с което да се постигне елиминиране на патогенните микроорганизми.

Също така началната фаза на разграждане може да протече за по-малък период от време в сравнение с уиндроу системите, което е важно, когато се изисква бърза обработка на отпадъците. Всички технологии обаче включват фаза на зреене на компоста, чиято продължителност варира в зависимост от използвания метод и изискванията за качество на крайния продукт. Обикновено, за постигане на много висока степен на узряване на компоста този етап продължава от 90 до 120 дни.

Процесни параметри при компостиране
Процесът на компостиране в по-малка или голяма степен се повлиява негативно от температури над 65°C. Причината за това е, че високата температура или забавя дейността на микроорганизмите, или ги убива, освен ако не са термофилни. Вследствие на това в съвременната практика е прието, че трябва да се избягват температури над 60°C.

Стойността на pH на компостираната маса обикновено варира с времето, като при началото на процеса се наблюдава спад поради синтезирането на органични киселини. Впоследствие pH нараства до около 9, което отразява използването на киселините от микроорганизмите. Тъй като първоначално ниската стойност на pH не инхибира микроорганизмите, не е желателно да се прилага буфериране, тъй като то може да има негативен ефект върху процеса. Например използването на калциева основа може да доведе до загуба на амонячен азот при относително повишените температура и pH с напредването на процеса на компостиране. В някои случаи обаче добавянето на този химикал може да подобри физичното състояние на компостираната маса, изпълнявайки функцията на влагоабсорбент.

Важна характеристика на компостирането е тясната връзка между влагосъдържанието на биоотпадъците и аерацията – особено при уиндроу компостирането. В основата на тази връзка е фактът, че главният източник на кислород за микробните популации е въздухът в порите на субстрата, където се задържа и свободната влага. Затова следва да се постигне баланс между влагосъдържанието и наличния кислород.

Когато компостирането се провежда в реактори, влагосъдържанието не е от толкова критично значение за аерацията, тъй като при тези системи отпадъците се разбъркват механично и почти непрекъснато. Влагосъдържанието на субстрата трябва да се поддържа над 40-45%, тъй като под 12% микробиалната активност спира.

Един от най-важните параметри за процеса е C/N съотношението. Теоретично то трябва да е 25/1, тъй като въглеродът е много по-необходим на микроорганизмите, отколкото азотът. Високи стойности на съотношението могат да бъдат регулирани чрез добавянето на отпадъци с по-високо азотно съдържание или ако е икономически целесъобразно – на азотен тор като карбамид или амониев сулфат.

Анаеробно разграждане
Третирането на зелени и хранителни отпадъци чрез контролирано анаеробно разграждане трансформира органичната материя в биогаз и твърд продукт – дигестат. Анаеробното разграждане се прилага и в индустрията за отпадъци с много висока стойност на химичната потребност на кислород (ХПК), както и за утайки от ПСОВ. Получаването на биогаз от процеса е едно от основните му предимства – той е възобновяем енергиен ресурс, който може да се използва за производство на електрическа и топлинна енергия или да се оползотвори като гориво (газообразно или втечнено).

Анаеробното разграждане е сложен биохимичен процес, който включва бактериалното разлагане на биоотпадъците в отсъствието на кислород. В процеса се различават 4 фази. В първия етап, хидролиза, полимерните компоненти на отпадъците (въглехидрати, протеини, мазнини) се разграждат до съединения с по-малка молекулна маса (аминокиселини, захар и мастни киселини). По време на тази фаза се отделя и водород, който може да се използва директно за формирането на метан.

Получените междинни продукти продължават да се разграждат по време на втория етап, ацидогенеза (ферментация), до летливи мастни киселини, въглероден диоксид и водород. Процесът продължава с фазата на ацетогенеза, в която междинните продукти от предходния етап се превръщат в оцетна киселина, водород и въглероден диоксид. В последния етап, метаногенеза, микроорганизмите формират метан и въглероден диоксид.

В процеса въглеродът от отпадъците се превръща предимно в метан и въглероден диоксид, след което се отделя като биогаз. Той може да бъде изгорен в котел за получаване на топлинна енергия или в системи за когенерация. Биогазът може да бъде модифициран и в биометан чрез отстраняването на въглеродния диоксид, след което да бъде подаден в газоснабдителната мрежа или да бъде оползотворен като гориво за превозни средства.

Описание на процеса
Основните променливи при анаеробното разграждане са методът за осъществяване на контакт между отпадъците и микроорганизмите, и влагосъдържанието на отпадъците. Процесът започва с приемане на предвидените за третиране биоотпадъци, претеглянето им и записването на характеристиките и количеството им. Дизайнът на приемната зона се определя от вида на субстрата, контрола на атмосферното замърсяване и хигиенните изисквания.

С цел подобряване на процеса на разграждане наличните в отпадъчния поток материали като пластмаса, (включително биоразградими торбички), метали и други едрогабаритни елементи се отстраняват. Следва редуциране на размера на частиците за получаване на хомогенен материал, което подпомага анаеробното разграждане и улеснява преработката.

Намаляването на размера на частиците може да се осъществи чрез мелници, шредиращи машини и др.
За да се подобри разграждането на отпадъците и да се загрее субстратът, отпадъците могат да бъдат подложени на предварително аеробно разлагане за период от 2 до 4 дни. Този етап може да се проведе директно във ферментаторите или в отделни съоръжения, например тунели за компостиране, оборудвани със системи за аерация за намаляване на емисиите на миризми и биоаерозоли. Загретият материал спомага за понижаване на количеството енергия, необходимо за подгряване на анаеробния реактор.

Като междинен етап след механичната обработка и преди подаването на отпадъците в реактора може да се приложи и термично разлагане. То подобрява разградимостта на субстрата, което може да доведе и до по-висок добив на биогаз. Този процес се използва предимно за трудно разградими биоотпадъци с високо съдържание на фибри и лигнин.

В зависимост от работната температура и процента сухо вещество в реактора се различават няколко вида системи за анаеробно разграждане – термофилни (55°C), мезофилни (40°C), сухи (15-40% сухо вещество) и мокри (сухото вещество е под 15%). Прието е, че колкото по-висока е температурата, толкова по-бързо протича процесът. Термофилният процес обаче може да се контролира по-трудно и изисква повече енергия за загряване на субстрата и компенсиране на големите топлинни загуби от резервоарите.

Влагосъдържанието и разградимостта на отпадъците са много важни фактори при избора на технология. Например кухненските отпадъци, които могат да бъдат с прекалено висока влажност, за да бъдат компостирани, могат да са отлична суровина за анаеробно разграждане. Провеждането на термофилен процес се изисква и когато субстратът е с високо съдържание на мазнини.