biogazowni przetwarzających odpady komunalne

Identyfikacja i charakterystyka źródeł odorów w biogazowniach przetwarzających odpady komunalne

Nieodłącznym elementem infrastruktury miejskiej oraz zrównoważonego rozwoju miast jest gospodarka odpadami [1]. Biogazownie przetwarzające odpady komunalne są częścią instalacji mechaniczno-biologicznego przetwarzania odpadów. Analizowane inwestycje niosą wiele korzyści zarówno środowiskowych (zagospodarowanie odpadów), jak również energetycznych (wytwarzanie energii elektrycznej i cieplnej z odpadów) [2].

1. Wprowadzenie

Funkcjonowanie części mechanicznej instalacji opiera się na wysortowywaniu odpadów surowcowych przy użyciu wyspecjalizowanych urządzeń, takich jak separatory oraz ręcznym doczyszczaniu w kabinach sortowniczych wydzielonych frakcji odpadów. Do części biologicznej kierowane są odpady ulegające biodegradacji (zebrane selektywnie bądź jako frakcja pochodząca z obróbki mechanicznej odpadów zmieszanych), które poddawane są procesowi fermentacji metanowej. Przez cały okres trwania procesu wytwarzany jest biogaz, który jest ujmowany, uzdatniany, a następnie poddawany kogeneracji (produkcja energii) lub spalany w pochodni, w przypadku niezadowalających parametrów biogazu.

Biogaz, który jest gazem o właściwościach palnych, składa się głównie z metanu, ale również innych związków, w znacznie mniejszych ilościach. Zawartość poszczególnych komponentów wchodzących w skład mieszaniny biogazu została przedstawiona w tabeli nr 1.

Tabela 1. Skład mieszaniny biogazu (opracowanie własne na podstawie [3])

Składnik Zawartość
metan, CH4 50-75%
dwutlenek węgla, CO2 25-45%
siarkowodór, H2S 20-20000 ppm
tlenek węgla, CO 0-2,1%
azot, N2 <2%
tlen, O2 <2%
wodór, H2 <1%
inne śladowe ilości

Metan jest gazem bezwonnym, ale niektóre związki towarzyszące, nawet w śladowych ilościach, mają charakterystyczną, nieprzyjemną woń.

Na obszarze Polski na koniec 2017 r. funkcjonowało osiem biogazowni przetwarzających odpady komunalne. W przyszłości prawdopodobnie powstanie ich znacznie więcej, ze względu na to, iż analizowane inwestycje wpisują się w założenia gospodarki o obiegu zamkniętym (GOZ) [4]. W biogazowniach w Polsce dominuje przetwarzanie odpadów ulegających biodegradacji wydzielonych mechanicznie ze strumienia odpadów zmieszanych. Zmiany, które zostaną wdrożone na podstawie aktów wykonawczych do ustawy o odpadach, sprzyjać będą modyfikacji materiału wsadowego do komór fermentacyjnych na odpady ulegające biodegradacji zebrane selektywnie. Biogazownia przetwarzająca ten rodzaj odpadów w myśl ustawy z dnia 20 lutego 2015 r. o odnawialnych źródłach energii [5] stanowi źródło energii odnawialnej.

W artykule przedstawiono rodzaje źródeł emisji odorów w zakładach zagospodarowania odpadów komunalnych wyposażonych w instalację biogazową. Na przykładzie badań przeprowadzonych w jednym z analizowanych zakładów oraz uzyskanych wyników dokonano charakterystyki zidentyfikowanych źródeł emisji odorów.

2. Biogazownie przetwarzające odpady komunalne w Polsce

2.1 Lokalizacja i charakterystyka badanych biogazowni

Biogazownie przetwarzające odpady komunalne w Polsce zlokalizowane są we wschodniej, południowej oraz zachodniej części Polski. Ich dokładne rozmieszczenie zaprezentowano na rys. 1.

Lokalizacja biogazowni przetwarzających odpady komunalne w PolsceRys.1. Lokalizacja biogazowni przetwarzających odpady komunalne w Polsce (opracowanie własne na podstawie https://www.google.pl/maps)

Na rys. 1 numerami od 1-6 oznaczono biogazownie, w których uzyskano zgody na przeprowadzenie badań dotyczących identyfikacji oraz charakterystyki źródeł odorów. W dwóch pozostałych zakładach otrzymano odpowiedź odmowną. Poniżej przedstawiono kolejno nazwy analizowanych zakładów:

1 – Zakład Zagospodarowania Odpadów w Białej Podlaskiej,

2 – Zakład Zagospodarowania Odpadów w Wólce Rokickiej,

3 – Zakład Gospodarki Odpadami w Jarocinie,

4 – Zakład Mechaniczno-Biologicznego Przetwarzania Odpadów w Stalowej Woli,

5 – Zakład Unieszkodliwiania Odpadów w Promniku,

6 – Zakład Kompleksowego Zagospodarowania Odpadów Komunalnych w Tychach.

Dwa zakłady nieposiadające oznaczenie numerycznego to Zakład Gospodarowania Odpadami w miejscowości Gać oraz Zakład Zagospodarowania Odpadów w Trzebani. W tab. 2 przedstawiono charakterystykę zakładów poddanych analizie.

Tab. 2. Charakterystyka biogazowni przetwarzających odpady komunalne (opracowanie własne na podstawie [6-11])

uciążliwości odorowe przy biogazowniach

Z tab. 2 wynika, iż moc przerobowa instalacji biogazowej badanych zakładów waha się od 15 000-30 000 Mg/rok. W każdej z biogazowni wykorzystywany jest proces fermentacji w technologii suchej, w większości obiektów w warunkach termofilowych. Rozpatrując sposób prowadzenia procesu, zdecydowanie dominuje fermentacja w warunkach dynamicznych, zachodząca w komorach fermentacyjnych z zainstalowanymi mieszadłami. Tylko w jednym z zakładów (w Wólce Rokickiej) zastosowana została fermentacja w warunkach statycznych.

Analizując rodzaj wsadu do procesu fermentacji, najczęściej poddawane są obróbce odpady ulegające biodegradacji wydzielone mechanicznie ze strumienia odpadów zmieszanych. Tylko w jednym z zakładów (w Białej Podlaskiej) do komory fermentacyjnej podawane są odpady ulegające biodegradacji zebrane selektywnie. Wyłącznie w tym zakładzie poferment poddawany jest jednostopniowej stabilizacji tlenowej (na placu dojrzewania). W pozostałych zakładach poferment stabilizowany jest dwustopniowo, również w warunkach tlenowych Pierwszy stopień stabilizacji prowadzony jest w tunelach, a drugi na placu dojrzewania.

Procesowi fermentacji lub kofermentacji mogą być poddawane również inne odpady, które ulegają rozkładowi biologicznemu. Rodzaje tych odpadów wraz z kodami przedstawione zostały w tab. 3.

Tab. 3. Rodzaje odpadów poddawanych procesowi fermentacji w funkcjonujących w Polsce biogazowniach przetwarzających odpady komunalne [opracowanie własne na podstawie 6-11

Rodzaje odpadów poddawanych procesowi fermentacji

Każdy z badanych zakładów zaopatrzony jest w instalację służącą dezodoryzacji gazów procesowych. Do najczęściej stosowanych urządzeń dezodoryzacyjnych należą płuczka chemiczna oraz biofiltr. Poza wymienionymi, w analizowanych zakładach wykorzystywana jest także płuczka wodna oraz bariera dezodoryzacyjna.

2.2 Schemat technologiczny biogazowni przetwarzających odpady komunalne

Typowy ciąg technologiczny biogazowni przetwarzających odpady komunalne obejmuje część mechaniczną, w której wydzielane są odpady surowcowe, jak również frakcja, która kierowana jest do części biologicznej (o granulacji 0-80 mm). Najczęściej jest ona dodatkowo rozdzielana za pomocą sita na dwie frakcje: 60-80 mm (w przewadze frakcja „twarda”) oraz 0-60 mm (gdzie dominują odpady „miękkie”). W okresie grzewczym (jesienno-zimowym) kolejnym etapem jest ponadto wydzielanie frakcji 0-15 mm, która zawiera głównie popiół z palenisk domowych. Do procesu fermentacji kierowana jest frakcja 0-60 mm. Produkt końcowy po zakończeniu procesu fermentacji jest odwadniany, a następnie wraz z frakcją 60-80 mm poddawany stabilizacji tlenowej. Ujmowany z komór fermentacyjnych biogaz jest uzdatniany i przekształcany w energię, a jeśli jego parametry są niezadowalające, spalany w pochodni.

Blokowy (ogólny) schemat procesu technologicznego charakteryzujący pracę większości zakładów gospodarki odpadami komunalnymi w Polsce wyposażonych w instalację biogazową został przedstawiony na rys. 2.

Ogólny schemat technologiczny biogazowni przetwarzających odpady komunalneRys. 2. Ogólny schemat technologiczny biogazowni przetwarzających odpady komunalne w Polsce (opracowanie własne)

2.3 Źródła emisji odorów w biogazowniach przetwarzających odpady komunalne

Przeprowadzone w analizowanych zakładach wizje lokalne pozwoliły na określenie źródeł powstawania odorów, do których należą:

  • hala rozładunkowa odpadów oraz magazyn odpadów;
  • hala przygotowania materiału wsadowego do procesu fermentacji oraz jego tymczasowego magazynowania;
  • mieszalnik wsadu, występujący w niektórych zakładach, którego drzwi otwierane są kilka razy w ciągu doby w celu przeprowadzenia czynności kontrolnych warunków panujących w komorze fermentacyjnej (temperatura i wilgotność);
  • hala odwadniania pofermentu;
  • hala stabilizacji tlenowej pierwszego stopnia;
  • plac dojrzewania pryzm odpadów (stabilizacji tlenowej drugiego stopnia) (rys. 3);
  • wyjście z instalacji dezodoryzującej powietrze procesowe – powierzchnia biofiltra;
  • boksy do magazynowania odpadów;
  • stacja uzdatniania, magazynowania i kogeneracji biogazu (rys. 4).

Plac stabilizacji tlenowej drugiego stopnia odpadów [fot. M. Wiśniewska]

Rys. 3. Plac stabilizacji tlenowej drugiego stopnia odpadów [fot. M. Wiśniewska]

Układ uzdatniania, magazynowania i kogeneracji biogazu [fot. M. Wiśniewska]

Rys. 4. Układ uzdatniania, magazynowania i kogeneracji biogazu [fot. M. Wiśniewska]

Analizując wyżej wymienione źródła należy zaznaczyć, iż w większości z nich mamy do czynienia ze źródłami emisji niezorganizowanej [12]. W literaturze można znaleźć informacje na temat odorantów emitowanych w biogazowniach przetwarzających odpady komunalne. Niewątpliwie należą do nich: amoniak, siarkowodór oraz lotne związki organiczne [13]. Potrzebne są jednak dalsze badania w tym zakresie, uzupełniające i systematyzujące tę wiedzę.

2.4 Wyniki badań przeprowadzonych w jednym z zakładów

W celu dokonania charakterystyki wskazanych źródeł występowania odorów, przeprowadzono badania pilotażowe w jednym z zakładów. Badania obejmowały pomiar stężenia siarkowodoru, amoniaku, lotnych związków organicznych i siarczku dimetylu oraz określenie stężenia zapachu i intensywności zapachu metodą oceny sensorycznej w sześciostopniowej skali 0-5, gdzie „0” oznacza „Brak zapachu” (tab. 4). Amoniak, siarkowodór, lotne związki organiczne oraz zapach wymienione są w konkluzjach BAT w odniesieniu do przetwarzania odpadów [13, 14] jako te parametry, których stężenia należy okresowo monitorować. Pomiarów stężeń gazów w powietrzu dokonano za pomocą detektora gazów MultiRae Pro (lotne związki organiczne i amoniak) oraz chromatografu gazowego Photovac Voyager (siarczek dimetylu DMS oraz siarkowodór). Badania olfaktometryczne, polegające na wyznaczeniu krotności rozcieńczenia powietrza zanieczyszczonego powietrzem oczyszczonym (D/T) przeprowadzono za pomocą olfaktometru terenowego Nasal Ranger. Na podstawie odczytanych wartości D/T obliczono stężenia zapachu [ou/m3] w każdym z badanych punktów [15, 16].

Tab. 4. Skala intensywności zapachu metodą oceny sensorycznej [15, 17]

Na rys. 5 przedstawiono lokalizację punktów pomiarowych na terenie zakładu, w którym przeprowadzono badania pomiarowe, zaś w tabeli nr 5 zaieszczono wyniki tych badań.

Lokalizacja punktów pomiarowych na terenie jednego z zakładówRys. 5. Lokalizacja punktów pomiarowych na terenie jednego z zakładów [opracowanie własne na podstawie: https://www.google.pl/maps]

Tab. 5. Wyniki przeprowadzonych badań w jednej z biogazowni przetwarzającej odpady komunalne [opracowanie własne]

Wyniki przeprowadzonych badań w jednej z biogazowni

Analiza wyników przedstawionych w tab. 5 wskazuje, iż największe stężenia odorów (zapachu) występują w części biologicznej instalacji, głównie w hali odwadniania pofermentu. Zastosowana w Zakładzie technologia fermentacji (sucha mezofilowa, w warunkach dynamicznych) nie wymaga otwierania komory fermentacyjnej. Materiał wsadowy jest regularnie podawany ze zbiornika buforowego, poddawany ujednorodnieniu w komorze za pomocą mieszadeł, a następnie (po zakończeniu procesu fermentacji) odwadniany. Z danych przedstawionych w tabeli wynika również, iż w hali odwadniania pofermentu występują jedne z najwyższych stężeń odorantów (szczególnie LZO oraz NH3). Duże stężenia odorantów odnotowano także w innej części instalacji biologicznego przetwarzania – w hali przygotowania wsadu (szczególnie LZO oraz H2S), a także w hali stabilizacji tlenowej (zwłaszcza LZO). Na uwagę zasługują również wyniki uzyskane na powierzchni biofiltra. Stężenie amoniaku na wysokim poziomie (14000 ppb) świadczyć może o nieskutecznej pracy płuczki chemicznej służącej do usuwania amoniaku.

Dane literaturowe wskazują, iż dla siarkowodoru próg wyczuwalności węchowej, czyli najmniejsze stężenie, przy którym ludzki węch wyczuwa dany zapach, wynosi 8,1 ppb (0,0123 mg/m3), dla amoniaku 5200 ppb (3,9 mg/m3) [12, 18], a dla siarczku dimetylu 1 ppb (0,0025 mg/m3) [19]. Dane te znajdują odzwierciedlenie w obserwacjach punktów pomiarowych oraz w otrzymanych wartościach stężeń związków.

3. Podsumowanie i wnioski

Istotny dla pracy biogazowni jest wzrost świadomości mieszkańców, co do wagi selektywnego zbierania odpadów, w tym frakcji BIO, a także reorganizacja obowiązujących systemów zbiórki odpadów, która może stać się czynnikiem sprawczym dla modyfikacji wsadu do procesu fermentacji w tego typu zakładach. Analizowane zakłady, dzięki możliwościom przetwarzania różnego rodzaju odpadów, mogą stanowić alternatywę dla przetwarzania nie tylko odpadów komunalnych, ale także odpadów pochodzących zarówno z oczyszczalni ścieków, jak również z przemysłu spożywczego.

Biogazownie przetwarzające odpady komunalne, oprócz niewątpliwych korzyści związanych z gospodarką odpadami, a tym samym zrównoważonym rozwojem miast, stanowią także źródło emisji odorów. W pracy przedstawiono źródła powstawania odorów oraz ich charakterystykę. Na podstawie danych literaturowych oraz własnych analiz ustalono metodykę badań, którą wykorzystano w trakcie badań pilotażowych na terenie jednego z zakładów.

Przeprowadzone badania wykazały, iż największe stężenia odorantów oraz odorów występują w części biologicznej instalacji. Wysokie stężenia odorantów związane są także z przygotowaniem wsadu. Badania, których wyniki zaprezentowano w niniejszym artykule, mogą służyć również do kontroli instalacji dezodorujących, na co wskazują wyniki uzyskane na powierzchni biofiltra.

Biogazownie przetwarzające odpady komunalne stanowią korzystny kierunek gospodarki odpadami. Zastosowanie fermentacji metanowej w pierwszej fazie rozkładu odpadów (najbardziej uciążliwej zapachowo) narzuca konieczność pełnej hermetyzacji procesu ze względu na jego beztlenowy charakter. W przypadku zastosowania stabilizacji tlenowej ten wymóg technologiczny nie musi być tak restrykcyjnie przestrzegany.

4. Literatura

  1. Wiśniewska M., Lelicińska-Serafin K., The effectiveness of the mechanical treatment of municipal waste using the example of a selected installation, E3S Web of Conferences, vol. 45, DOI:10.1051/e3sconf/20184500102, 2018.
  2. De Baare L., Mattheeuws B., Anaerobic Digestion of the Organic Fraction of Municipal Solid Waste in Europe – Status, Experience and Prospects, RR, vol. 3, 517-526, 2013; http://www.ows.be/wp-content/uploads/2013/02/Anaerobic-digestion-of-the-organic-fraction-of-MSW-in-Europe.pdf.
  3. Czekała W. i in., Produkcja biogazu z odpadów komunalnych, Technika Ogrodnicza Rolnicza Leśna, Nr 5, str. 21-25, 2016.
  4. Decyzja Parlamentu Europejskiego i Rady nr 1386/2013/UE z dnia 20 listopada 2013 r. w sprawie ogólnego unijnego programu działań w zakresie ochrony środowiska do 2020 r. Dobra jakość życia z uwzględnieniem ograniczeń naszej planety. (Dz. U. UE. Nr 354/171), 2013.
  5. Ustawa z dnia 20 lutego 2015 r. o odnawialnych źródłach energii (tekst jednolity Dz. U. z 2018, poz. 2389).
  6. Marszałek Województwa Lubelskiego, Decyzja Nr RŚ-V.7222.6.2015.MCHW w sprawie pozwolenia zintegrowanego dla Zakładu Zagospodarowania Odpadów w Białej Podlaskiej, 2016.
  7. Marszałek Województwa Lubelskiego, Decyzja Nr RŚ-V.7222.2.2016.ILU w sprawie pozwolenia zintegrowanego dla Zakładu Zagospodarowania Odpadów w Wólce Rokickiej, 2016.
  8. Marszałek Województwa Podkarpackiego, Decyzja Nr OS.I.7222.52.35.2017.MD w sprawie pozwolenia zintegrowanego dla Zakładu Mechaniczno-Biologicznego Przetwarzania Odpadów Komunalnych w Stalowej Woli, 2016.
  9. Marszałek Województwa Świętokrzyskiego, Decyzja Nr OWŚ-VII.7222.9.2016 w sprawie pozwolenia zintegrowanego dla Zakładu Gospodarki Odpadami w Promniku, 2016.
  10. Marszałek Województwa Wielkopolskiego, Decyzja Nr DSR-II-2.7222.72.2016 w sprawie pozwolenia zintegrowanego dla Zakładu Zagospodarowania Odpadów w Jarocinie, 2016.
  11. Marszałek Województwa Śląskiego, Decyzja Nr OS-PZ.7222.00072.2016 w sprawie pozwolenia zintegrowanego dla Zakładu Kompleksowego Zagospodarowania Odpadów w Tychach, 2016.
  12. Kośmider J., Mazur-Chrzanowska B., Wyszyński B., Odory, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa, 2012.
  13. Decyzja Wykonawcza Komisji (UE) 2018/1147 z dnia 10 sierpnia 2018 r. ustanawiająca konkluzje najlepszych dostępnych technik (BAT) w odniesieniu do przetwarzania odpadów zgodnie z dyrektywą Parlamentu Europejskiego i Rady 2010/75/UE, 2018.
  14. Dyrektywa Parlamentu Europejskiego i Rady 2010/75/UE z dnia 24 listopada 2010 r. w sprawie emisji przemysłowych (zintegrowane zapobieganie zanieczyszczeniom i ich kontrola), 2010.
  15. Barczak R., Kulig A., Charakterystyka metod badawczych wykorzystywanych w ocenie oddziaływania zapachowego, [w:] Współczesne problemy inżynierii i ochrony środowiska. Kulig A. (red.), Prace Naukowe Politechniki Warszawskiej. Inżynieria Środowiska, nr 74, Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, ISBN 9788378146469, s. 25-62, 2017.
  16. Wiśniewska M., Kulig A., Lelicińska-Serafin K., Identification and preliminary characteristics of odour sources in biogas plants processing municipal waste, SHS Web of Conferences, vol. 57, DOI:10.1051/shsconf/20185702016, 2018.
  17. Kulig A., Metody pomiarowo-obliczeniowe w ocenach oddziaływania na środowisko obiektów gospodarki komunalnej, Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, Warszawa, 2004.
  18. Amoor J. A., Hautala E., Odour as an Aid to Chemical Safety, JAT, 3, 272-290, 1983.
  19. Hyun-Keun S., Jae-Hwan S., Emission Characteristics and Factors of Selected Odorous Compounds at a Wastewater Treatment Plant, Sensors, vol. 9, 311–326, 2009.

Marta Wiśniewska, Andrzej Kulig, Krystyna Lelicińska-Serafin, Politechnika Warszawska, Wydział Instalacji Budowlanych, Hydrotechniki i Inżynierii Środowiska

fot. na otwarcie M. Wiśniewska

 

Forum Eksploatatora Artykuł pochodzi z dwumiesięcznika „Forum Eksploatatora”; (2/2019 marzec/kwiecień 2019). Tekst opublikowany w ramach współpracy z Wydawnictwem Seidel-Przywecki Sp. z o.o.

reklama

partner portalu

partner merytoryczny

partner portalu

reklama

reklama

reklama

reklama

reklama

reklama

 

reklama

partner medialny