Odpady zanieczyszczają glebę, wody i powietrze, a poprzez emisję dwutlenku węgla i metanu do atmosfery przyczyniają się do zmian klimatu. Jak podaje Komisja Europejska utylizacja odpadów żywnościowych kosztuje europejskiego podatnika 55-90 euro za tonę, przy jednoczesnej emisji 170 mln ton dwutlenku węgla. Rozwiązaniem tego problemu może być ich przekształcenie w energię lub inne bioprodukty, stworzenie przy tym nowych miejsc pracy i zapewnienie wzrostu gospodarczego.
Aktualnie frakcja biodegradowalna stanowi blisko 37 % masy wszystkich wytwarzanych w Polsce odpadów komunalnych, co daje nam rocznie ok. 3 mln ton bioodpadów kuchennych i ok. 1 mln ton odpadów zielonych i ogrodowych. Większa część odpadów ulegających biodegradacji pochodzi jednak z przemysłu, w tym głównie z rolnictwa, sadownictwa, leśnictwa, łowiectwa i innych branż, które zajmując się przetwarzaniem produktów pochodzenia naturalnego. Dużą grupę odpadów, które można poddać biologicznym procesom przetwarzania stanowią osady generowane w komunalnych i przemysłowych oczyszczalniach ścieków. Preferowanymi sposobami zagospodarowania wymienionych grup odpadów są fermentacja metanowa i kompostowanie uznane za najbardziej przyjazne dla środowiska. Odzysk surowców (materiałowy i energetyczny) z odpadów jest też możliwy przy wykorzystaniu termicznych metod unieszkodliwiania. Nie istnieje jeden scenariusz postępowania z tą bardzo szeroką i różnorodną grupą odpadów. Każdorazowo inwestor musi brać od uwagę zarówno aspekty ekonomiczne, technologiczne jak i środowiskowe.
Technologie odzysku materiałowego i energetycznego odpadów ulegających biodegradacji – kierunki rozwoju
Do najstarszych procesów biotechnologicznych wykorzystywanych w gospodarce odpadami i pozwalających na stosunkowo prosty odzysk z nich surowców należą kompostowanie i fermentacja metanowa. Kompostowanie jest metodą unieszkodliwiania odpadów polegającą na ich rozkładzie przez mikroorganizmy w warunkach tlenowych. Powstały produkt może być stosowany w rolnictwie jako nawóz organiczny. W przypadku fermentacji metanowej, w warunkach beztlenowych związki organiczne przekształcane są w ditlenek węgla i metan. Zaletą procesu fermentacji metanowej jest zmniejszenie objętości odpadów oraz wytworzenie biogazu, którego wartość opałowa jest zbliżona do gazu średniokalorycznego i wynosi od 6-7 kWh/m3. Biogaz może być wykorzystany do produkcji energii elektrycznej, cieplnej, elektrycznej i cieplnej w jednostkach kogeneracyjnych, wprowadzany do sieci gazowej albo zostać wykorzystany jako paliwo do silników oraz w różnych procesach technologicznych. Na udoskonaleniem omówionych technologii wciąż pracuje wiele ośrodków naukowych i badawczych. Prace skupiają się przede wszystkim na poprawą ich efektywności oraz uzyskaniem produktu dobrej jakości, który może zostać ponownie wykorzystany (kompost, poferment, biogaz). Działania te można podzielić na dwie grupy. Do pierwszej zaliczamy technologie wstępnego kondycjonowania materiału poddawanego przetwarzaniu oraz prowadzenie jednoczesnej stabilizacji różnych grup odpadów np. ko-fermentacji. Efekty badań realizowanych na Wydziale Infrastruktury i Środowiska Politechniki Częstochowskiej (https://is.pcz.pl/pl/) wykazały, że możliwe jest stabilne i efektywne prowadzenie procesu ko-fermentacji komunalnych osadów ściekowych i odpadów zwierających wysokie stężenie substancji inhibitujących takich jak wyższe kwasy tłuszczowe czy amoniak. Uzyskanie produktu dobrej jakości jest możliwe kiedy do procesu wykorzystywane są „czyste” substraty np. selektywnie zebrana frakcja bioodpadów. Wytworzone w ten sposób komposty mogą z powodzeniem zostać wykorzystane w rolnictwie i ogrodnictwie. Niestety znaczna cześć odpadów zwiera substancje, które stanowią poważne zagrożenie dla środowiska (np. metale ciężkie, PCB, WWA), przez co nie mogą zostać wykorzystane przyrodniczo. Coraz ostrzejsze wymagania prawne oraz wdrażanie idei Gospodarki o Obiegu Zamkniętym wytyczyły nowe kierunki rozwoju technologii przetwarzania odpadów podatnych na rozkład biologiczny. Eliminacja substancji niebezpiecznych z odpadów biodegradowalnych jest bardzo trudna i droga. O ile możliwe jest usunięcie ze ścieków np. ołowiu, miedzi, chromu, cynku w oparciu o metody sorpcyjne koagulacyjne i strąceniowe, elektrochemiczne, czy też procesy membranowe, to zastosowanie tych technik do eliminacji metali ciężkich z osadów ściekowych jest na dzień dzisiejszy nieuzasadnione ekonomicznie. Intensywne prace trwają natomiast nad odzyskiem z odpadów substancji możliwych do ponownego wykorzystania przemysłowego. W ostatnich latach obserwowany jest wzrost liczby opracowanych technologii odzysku fosforu (produkcja struwitu - fosforanu amonowo-magnezowego) ze ścieków i osadów ściekowych, popiołów generowanych w trakcie termicznego przekształcania osadów ściekowych oraz pozostałościach po produkcji zwierzęcej. Trwają również intensywne prace nad rozwojem technologii produkcji biopolimerów z materiałów odpadowych. Do produkcji poliaktydu (PLA) można wykorzystać np. kukurydzę lub odpady generowane w trakcie ich przetwarzania. Polihydroksyalkanolany (PHA) mogą być wytwarzane np. z melasy, serwatki, trzciny cukrowej i osadów ściekowych. Tak wytworzone biopolimery mogą z łatwością zostać przetworzone w procesie kompostowania lub fermentacji.
.jpg)
Rys. W pełni biodgeradowane klipsy do podtrzymywania pomidorów (https://organic-plus.is.pcz.pl/pl/o-projekcie-organic)
Część odpadów ulegających biodegradacji, głównie z sektora rolniczego to doskonały substrat dla biorafinerii. Aktualnie widoczna jest tendencja zastępowania rafinerii instalacjami do przerobu biomasy na paliwa, chemikalia i energię. Działająca od 5 lat w USA birafineria celulozowa, należąca do firmy DuPont produkuje rocznie ponad 113 mln czystego etanolu celulozowego, a emisja gazów cieplarnianych przy jego zużyciu jest o 90 % niższa, niż w przypadku benzyny.
Bezpieczeństwo środowiskowe odpadów ulegających biodegradacji w gospodarce o obiegu zamknietym
Problematyka bezpiecznego zagospodarowania osadów ulegających biodgeradacji jest przedmiotem zainteresowania zarówno inżynierów środowiska, ekologów, toksykolgów, jak i całego sektora odpadowego. Idea gospodarki obiegi zamkniętego zakłada oszczędzanie kapitału naturalnego, optymalizację wykorzystania newralgicznych (”wyczerpujących się”) surowców (np. fosfor) oraz recykling organicznych i nieorganicznych substancji. Przesunięcie paradygmatu dotyczącego przetwarzania bioodpadów w kierunku gospodarki o obiegu zamkniętym oferuje korzyści zarówno dla zdrowia publicznego, środowiska jak i gospodarki. Oprócz zmniejszenia zagrożeń dla zdrowia publicznego oraz obciążenia dla środowiska daje możliwość przekształcenia odpadów w bezpieczny produkt, może tworzyć nowe możliwości biznesowe (np. dochód ze sprzedaży produktów wytworzonych na bazie bioodpadów) a nawet być siłą napędową dla zmian w zakresie ich zbiórki czy przetwarzania. Jak dowodzi międzynarodowy zespól naukowców z Polski, RPA, Czech, Francji oraz Norwegi realizujących projekt pt. Bezpieczeństwo środowiskowe bioodpadów w gospodarce obiegu zamkniętego (https://envisafebioc.is.pcz.pl/pl/o-projekcie), finansowany przez Narodową Agencję Wymiany Akademickiej, kluczowa jest identyfikacja zanieczyszczeń występujących w osadach ściekowych i bioodpadach oraz metod pozwalających na ocenę ich toksyczności. Wprowadzanie do gleb ustabilizowanych osadów ściekowych czy też przetworzonych bioodpadów (np. w postaci kompostów) poza korzyścią wynikającą z obecności w nich materii organicznej i nutrietów niesie ze sobą ryzyko implementacji substancji mogących negatywnie oddziaływać na organizmy żywe. Tylko identyfikacja i monitoring takich substancji gwarantuje aktywne włączenie odpadów ulegających biodegradacji do biogospodarki o obiegu zamkniętym.
Międzynarodowy zespół naukowców realizujących projekt Bezpieczeństwo środowiskowe bioodpadów w gospodarce obiegu zamkniętego w trakcie wizyty studyjnej w oczyszczalni ścieków Tychy-Urbanowice, która jako pierwsza w Polsce wdrożyła w swojej działalności założenia gospodarki o obiegu zamkniętym
https://is.pcz.pl/pl/studia-stacjonarne/studia-i-go-stopnia-in%C5%BCynierskie/in%C5%BCynieria-%C5%9Brodowiska-profil-
Aktualnie frakcja biodegradowalna stanowi blisko 37 % masy wszystkich wytwarzanych w Polsce odpadów komunalnych, co daje nam rocznie ok. 3 mln ton bioodpadów kuchennych i ok. 1 mln ton odpadów zielonych i ogrodowych. Większa część odpadów ulegających biodegradacji pochodzi jednak z przemysłu, w tym głównie z rolnictwa, sadownictwa, leśnictwa, łowiectwa i innych branż, które zajmując się przetwarzaniem produktów pochodzenia naturalnego. Dużą grupę odpadów, które można poddać biologicznym procesom przetwarzania stanowią osady generowane w komunalnych i przemysłowych oczyszczalniach ścieków. Preferowanymi sposobami zagospodarowania wymienionych grup odpadów są fermentacja metanowa i kompostowanie uznane za najbardziej przyjazne dla środowiska. Odzysk surowców (materiałowy i energetyczny) z odpadów jest też możliwy przy wykorzystaniu termicznych metod unieszkodliwiania. Nie istnieje jeden scenariusz postępowania z tą bardzo szeroką i różnorodną grupą odpadów. Każdorazowo inwestor musi brać od uwagę zarówno aspekty ekonomiczne, technologiczne jak i środowiskowe.
Technologie odzysku materiałowego i energetycznego odpadów ulegających biodegradacji – kierunki rozwoju
Do najstarszych procesów biotechnologicznych wykorzystywanych w gospodarce odpadami i pozwalających na stosunkowo prosty odzysk z nich surowców należą kompostowanie i fermentacja metanowa. Kompostowanie jest metodą unieszkodliwiania odpadów polegającą na ich rozkładzie przez mikroorganizmy w warunkach tlenowych. Powstały produkt może być stosowany w rolnictwie jako nawóz organiczny. W przypadku fermentacji metanowej, w warunkach beztlenowych związki organiczne przekształcane są w ditlenek węgla i metan. Zaletą procesu fermentacji metanowej jest zmniejszenie objętości odpadów oraz wytworzenie biogazu, którego wartość opałowa jest zbliżona do gazu średniokalorycznego i wynosi od 6-7 kWh/m3. Biogaz może być wykorzystany do produkcji energii elektrycznej, cieplnej, elektrycznej i cieplnej w jednostkach kogeneracyjnych, wprowadzany do sieci gazowej albo zostać wykorzystany jako paliwo do silników oraz w różnych procesach technologicznych. Na udoskonaleniem omówionych technologii wciąż pracuje wiele ośrodków naukowych i badawczych. Prace skupiają się przede wszystkim na poprawą ich efektywności oraz uzyskaniem produktu dobrej jakości, który może zostać ponownie wykorzystany (kompost, poferment, biogaz). Działania te można podzielić na dwie grupy. Do pierwszej zaliczamy technologie wstępnego kondycjonowania materiału poddawanego przetwarzaniu oraz prowadzenie jednoczesnej stabilizacji różnych grup odpadów np. ko-fermentacji. Efekty badań realizowanych na Wydziale Infrastruktury i Środowiska Politechniki Częstochowskiej (https://is.pcz.pl/pl/) wykazały, że możliwe jest stabilne i efektywne prowadzenie procesu ko-fermentacji komunalnych osadów ściekowych i odpadów zwierających wysokie stężenie substancji inhibitujących takich jak wyższe kwasy tłuszczowe czy amoniak. Uzyskanie produktu dobrej jakości jest możliwe kiedy do procesu wykorzystywane są „czyste” substraty np. selektywnie zebrana frakcja bioodpadów. Wytworzone w ten sposób komposty mogą z powodzeniem zostać wykorzystane w rolnictwie i ogrodnictwie. Niestety znaczna cześć odpadów zwiera substancje, które stanowią poważne zagrożenie dla środowiska (np. metale ciężkie, PCB, WWA), przez co nie mogą zostać wykorzystane przyrodniczo. Coraz ostrzejsze wymagania prawne oraz wdrażanie idei Gospodarki o Obiegu Zamkniętym wytyczyły nowe kierunki rozwoju technologii przetwarzania odpadów podatnych na rozkład biologiczny. Eliminacja substancji niebezpiecznych z odpadów biodegradowalnych jest bardzo trudna i droga. O ile możliwe jest usunięcie ze ścieków np. ołowiu, miedzi, chromu, cynku w oparciu o metody sorpcyjne koagulacyjne i strąceniowe, elektrochemiczne, czy też procesy membranowe, to zastosowanie tych technik do eliminacji metali ciężkich z osadów ściekowych jest na dzień dzisiejszy nieuzasadnione ekonomicznie. Intensywne prace trwają natomiast nad odzyskiem z odpadów substancji możliwych do ponownego wykorzystania przemysłowego. W ostatnich latach obserwowany jest wzrost liczby opracowanych technologii odzysku fosforu (produkcja struwitu - fosforanu amonowo-magnezowego) ze ścieków i osadów ściekowych, popiołów generowanych w trakcie termicznego przekształcania osadów ściekowych oraz pozostałościach po produkcji zwierzęcej. Trwają również intensywne prace nad rozwojem technologii produkcji biopolimerów z materiałów odpadowych. Do produkcji poliaktydu (PLA) można wykorzystać np. kukurydzę lub odpady generowane w trakcie ich przetwarzania. Polihydroksyalkanolany (PHA) mogą być wytwarzane np. z melasy, serwatki, trzciny cukrowej i osadów ściekowych. Tak wytworzone biopolimery mogą z łatwością zostać przetworzone w procesie kompostowania lub fermentacji.
Rys. W pełni biodgeradowane klipsy do podtrzymywania pomidorów (https://organic-plus.is.pcz.pl/pl/o-projekcie-organic)
Część odpadów ulegających biodegradacji, głównie z sektora rolniczego to doskonały substrat dla biorafinerii. Aktualnie widoczna jest tendencja zastępowania rafinerii instalacjami do przerobu biomasy na paliwa, chemikalia i energię. Działająca od 5 lat w USA birafineria celulozowa, należąca do firmy DuPont produkuje rocznie ponad 113 mln czystego etanolu celulozowego, a emisja gazów cieplarnianych przy jego zużyciu jest o 90 % niższa, niż w przypadku benzyny.
Bezpieczeństwo środowiskowe odpadów ulegających biodegradacji w gospodarce o obiegu zamknietym
Problematyka bezpiecznego zagospodarowania osadów ulegających biodgeradacji jest przedmiotem zainteresowania zarówno inżynierów środowiska, ekologów, toksykolgów, jak i całego sektora odpadowego. Idea gospodarki obiegi zamkniętego zakłada oszczędzanie kapitału naturalnego, optymalizację wykorzystania newralgicznych (”wyczerpujących się”) surowców (np. fosfor) oraz recykling organicznych i nieorganicznych substancji. Przesunięcie paradygmatu dotyczącego przetwarzania bioodpadów w kierunku gospodarki o obiegu zamkniętym oferuje korzyści zarówno dla zdrowia publicznego, środowiska jak i gospodarki. Oprócz zmniejszenia zagrożeń dla zdrowia publicznego oraz obciążenia dla środowiska daje możliwość przekształcenia odpadów w bezpieczny produkt, może tworzyć nowe możliwości biznesowe (np. dochód ze sprzedaży produktów wytworzonych na bazie bioodpadów) a nawet być siłą napędową dla zmian w zakresie ich zbiórki czy przetwarzania. Jak dowodzi międzynarodowy zespól naukowców z Polski, RPA, Czech, Francji oraz Norwegi realizujących projekt pt. Bezpieczeństwo środowiskowe bioodpadów w gospodarce obiegu zamkniętego (https://envisafebioc.is.pcz.pl/pl/o-projekcie), finansowany przez Narodową Agencję Wymiany Akademickiej, kluczowa jest identyfikacja zanieczyszczeń występujących w osadach ściekowych i bioodpadach oraz metod pozwalających na ocenę ich toksyczności. Wprowadzanie do gleb ustabilizowanych osadów ściekowych czy też przetworzonych bioodpadów (np. w postaci kompostów) poza korzyścią wynikającą z obecności w nich materii organicznej i nutrietów niesie ze sobą ryzyko implementacji substancji mogących negatywnie oddziaływać na organizmy żywe. Tylko identyfikacja i monitoring takich substancji gwarantuje aktywne włączenie odpadów ulegających biodegradacji do biogospodarki o obiegu zamkniętym.
Międzynarodowy zespół naukowców realizujących projekt Bezpieczeństwo środowiskowe bioodpadów w gospodarce obiegu zamkniętego w trakcie wizyty studyjnej w oczyszczalni ścieków Tychy-Urbanowice, która jako pierwsza w Polsce wdrożyła w swojej działalności założenia gospodarki o obiegu zamkniętym
https://is.pcz.pl/pl/studia-stacjonarne/studia-i-go-stopnia-in%C5%BCynierskie/in%C5%BCynieria-%C5%9Brodowiska-profil-
Dołącz do nas na Facebooku!
Publikujemy najciekawsze artykuły, wydarzenia i konkursy. Jesteśmy tam gdzie nasi czytelnicy!
Kontakt z redakcją
Byłeś świadkiem ważnego zdarzenia? Widziałeś coś interesującego? Zrobiłeś ciekawe zdjęcie lub wideo?
