Mechanicko-biologická úprava odpadů

Velkou výhodou proti spalování je flexibilita procesu, která je v podstatě neomezená a spalovny v tomto ohledu nemohou konkurovat. MBÚ lze velice snadno přizpůsobit změnám v množství odpadu i změnám v jeho složení. Ekologické a ekonomické výhody MBÚ závisí na mnoha lokálních podmínkách, a proto je třeba vždy při rozhodování o jeho použití posuzovat konkrétní situaci v zájmové oblasti.

MBÚ se prakticky využívá 10 let především v SRN, Rakousku a Švýcarsku. V SRN pracuje již několik desítek zařízení. MBÚ je kompatabilní se Směrnicí EU o skládkách, která požaduje implementaci předúpravy ve všech členských zemích EU.

Technologie MBÚ zahrnuje mechanický a biologický stupeň. Může být aplikován jako samostatný proces nebo jako integrální část komplexního systému. Materiálové toky lze obecně ohraničit následujícími podíly: 30 až 40 % je frakce ke skládkování, 30 až 40 % k výrobě paliva z odpadů (PZO) a 20 až 30 % jsou procesní ztráty, především methan při anaerobním fermentačním procesu a neošetřitelné zbytky pro spálení.

-       Mechanická část je zaměřena na odstranění složek tuhého komunálního odpadu (TKO), které by narušovaly biologickou úpravu a které jsou recyklovatelné. Odpad se rozděluje na dvě a více frakcí. Materiál v nich má definované kvality a dále se s ním nakládá specificky. Mechanická část úpravy se skládá především z různých sít, drtičů a separačních zařízení pracujících na nejrůznějších principech. Hlavním cílem je vydělit materiál s vysokou výhřevností jako jsou lepenky, plasty, papír, dřevo apod.

-      Biologický stupeň může být tvořen aerobním rozkladem, anaerobní rozkladem (fermentací) nebo kombinovanými postupy. Aerobní postupy se používají nejčastěji. Technologicky se realizují jako aerované hromady s nucenou aerací či bez ní, rozkladem v uzavřených kontejnerech, bubnech, tunelech apod. Anaerobní procesy zahrnují stupeň s produkcí bioplynu. V tomto případě je možné získat energii a celková energetická bilance může být i kladná, takže je možný zisk energie. Hlavní výhodou je podstatné snížení spotřeby zemního plynu na předúpravu odpadů. Anaerobní vyhnívaní může probíhat v jednom stupni nebo vícestupňově, kontinuálně nebo vsádkově. Uspořádání procesu závisí především na množství zpracovávaného materiálu a jeho kvalitě, především biodegradovatelnosti složek.   

V současné době prakticky využívané systémy ještě nejsou  dokonalé a je možná jejich intenzifikace, inovace, zvyšování účinnosti a integrace do dalších procesů pro úpravu odpadů. Stále existuje mnoho možností jak procesy vylepšit.

Aerobní systémy jsou podstatně více homogenní z hlediska probíhajících biologických pochodů, ale vykazují mnohem větší rozdíly v intenzitě a době trvání.

Provzdušňované hromady se provozují přímo na skládce a nejjednodušší technická řešení vyžadují minimální investiční náklady a budování technologického zařízení. V nejjednodušším případě je možné aeraci realizovat mechanickým přehazováním. Nucená aerace se provádění většinou perforovanými trubkami umístěnými pod a uvnitř hromad, z nichž je odsáván vzduch. K potlačení zápachu je odsátá vzdušnina vedena na biofiltry či jiná čistící zařízení. V některých případech se ještě před aerobním rozkladem materiál drtí na menší částice a upravuje tak, aby byl co nejvhodnější pro kompostování. Tvar figury může být různý. Nejběžnější jsou tvaru hranolu s trojúhelníkovou podstavou. Některé technologie využívají centrálního provzdušňování, takže figura je navršena jako kužel, který má v centru podstavy provzdušňovací zařízení. Modifikací provzdušňování existuje několik desítek a není jasné, které ze známých typů a uspořádání je nejvhodnější či ekonomicky nejpřijatelnější.   

Doba úpravy ve větraných hromadách je velmi rozdílná a dá se ohraničit 5 až 15 měsíci. Po intenzivní části procesu pak následuje období s mnohem menší biologickou aktivitou. V této části biologické úpravy odpadů již není ve většině případů používáno nucené provzdušňování.

Většina současných pracujících provozů obsahuje uzavřený, řízený, intenzivní biologický stupeň. S ohledem na omezení emisí do ovzduší na minimum, je odpadní vzduch čištěn biofiltry či bioskrubry. Další možností je katalytické spalování. Tato varianta je však ekonomicky velice náročná. V SRN jsou emise z úpravy odpadů legislativně stanoveny na 55 g uhlíku na 1 tunu zpracovaného odpadu analogicky k limitům pro spalování odpadů.

Alternativou k MBÚ je technologie biologického vysoušení. Cílem tohoto postupu je příprava PZO, které se nazývá „suchý stabilizát“. V tomto případě se v uzavřených boxech provádí aerobní rozklad za velmi intenzivního vzdušnění. Celý proces aerobního rozkladu trvá pouze týden. Výsledkem je suchý materiál jen s mírně sníženým obsahem organického uhlíku. Rozkládají se pouze snadno rozložitelné látky. Ztráta výhřevnosti je velmi malá. Suchý stabilizát se velice snadno frakcionuje. Vydělují se kovy (železné i neželezné), sklo a další anorganické podíly. Zbylý materiál má výhřevnost 15 až 18 MJ.kg^-1, především zásluhou vysokého obsahu plastů, papíru a dřeva. Toto palivo může být používáno jako alternativa k fosilním palivům např. v elektrárnách či cementárnách. V Německu je tato technologie aplikována v provozním měřítku již v několika instalacích s kapacitou 75000 až 150000 t.r^-1.

Cílem MBÚ je získat pro skládkování materiál, který má minimální vliv na životní prostředí. Jedna ze základních podmínek pro dosažení uvedeného je podstatné omezení biologické činnosti a aktivity ve skládkovaném materiálu po ošetření. MBÚ se proto snaží snížit obsah organického uhlíku na minimum a tak poskytnout stabilizovaný produkt. TKO obsahuje různá množství cukrů, celulosy, tuků, ligninu a ostatních organických sloučenin, jako jsou plasty. Jen relativně malý podíl však je snadno biodegradovatelný. Část ho je rozkládána již v průběhu skladování a dopravy TKO. Protože od června 2005 platí v SRN a Rakousku zákaz skládkování odpadu bez předchozí úpravy, je mechanicko biologická úprava jedním z postupů, který splňuje podmínky legislativní. V SRN dnes pracuje celkem 42 zařízení pro MBÚ, v Rakousku 6. Další úpravny jsou v Itálii (asi 6), Norsku (1), Nizozemí (6) a některých dalších státech.  Maximální kapacity dosahují 200 000 tun zpracovaného TKO za rok.

Typický průběh aerobního rozkladu organických látek z TKO je následující. Hlavní degradační proces probíhá v prvních týdnech. V případě aerované hromady za 10 týdnů sníží obsah organických látek na 40 % původního obsahu. Během zbývajícího času (až 45 týdnů) degradace pokračuje, avšak úbytek organických látek je již mnohem menší. Po ukončení procesu zbývá v ošetřeném odpadu přibližně 30 % původního množství organických látek. Celulosový podíl se rozkládá z 85 %, degradovatelný organický uhlík je biologicky rozložen z 95 % a necelulosové cukry až z 94 %.

Hlavním faktorem, který ovlivňuje rychlost rozkladu a účinnost procesu je intenzita aerace. Spotřeba kyslíku se odhaduje z biologické spotřeby na rozklad organických látek a energetické rovnováhy. Musí však být zohledněna i technologická bezpečnost procesu. Specifická aerační rychlost pro biologický rozklad se pohybuje v širokém rozmezí od cca 800 do 3500 m³ na tunu odpadu, aby bylo dosaženo 60 % degradace  organického podílu. V praxi se však aplikuje několikanásobně větší množství vzduchu na tunu odpadu. Hlavním důvodem je zabránění vzniku lokálních anaerobních zón. Jejich vznik způsobuje množství těžko řešitelných technologických problémů.

Využití anaerobní fermentace popřípadě anaerobních a aerobních procesů v kombinaci podstatně snižuje náklady na úpravu odpadu. Nevýhodou je mimo jiné nižší stabilita procesu. Tento nedostatek je možné částečně eliminovat použitím několikastupňového procesu (4 až 5 stupňů). Vícestupňový proces se však poměrně obtížně řídí.

Vysokých degradačních rychlostí bylo dosaženo ve čtyřstupňovém anaerobním procesu s vloženými přechodnými aerobními obdobími, ve kterých byly degradovány ligninové látky lignovorními houbami (houby působící bílou hnilobu dřeva). Poslední krok sloužil ke konverzi jednoduchých organických látek vytvořených v předešlých krocích na bioplyn. Výtěžnost bioplynu dosahovala 90 % teoretické hodnoty. Poslední krok v tomto sekvenčním postupu musí být aerobní z několika důvodů. Dva hlavní jsou odstranění zbytkových organických látek a kontrola zápachu.

Nový postup mechanicko-biologické předúpravy odpadů zaručuje dosažení vysoké stability odpadu a zajišťuje tak dosažení vlastností, které omezují negativní vlivy skládkování na životní prostředí na minimum.

Kromě stabilizace se dosahuje i snížení objemu a hmotnosti. Kromě toho je možné z části odpadů produkovat i vysoce kvalitní palivo popřípadě bioplyn. Mechanicko biologická úprava odpadů je flexibilní proces, který má možnost velkého množství technologických řešení. Postup lze velmi dobře technologicky přizpůsobovat nejen zpracovávanému množství odpadů, ale i jeho složení či požadovaným konečným produktům.

Z výše uvedeného je zřejmé, že biologické způsoby úpravy odpadů jsou technologie, které nejen zlevňují nakládání s odpady, ale v některých případech přinášejí i mnohem šetrnější řešení než konkurenční postupy. Některé technologie mají inovační charakter a bezesporu lze očekávat jejich rozšiřování. Příkladem může být biologické reduktivní srážení kovů a radionuklidů.

Autor: Ing. Matějů