PL204784B1

PL204784B1 - Appliance for intensifying biochemical processes inside municipal waste dumps

Info

Publication number: PL204784B1
Application number: PL371702A
Authority: PL
Inventors: Mirosław Krzemieniewski; Marcin Zieliński
Original assignee: Univ Warmi & Nacute Sko Mazurs
Priority date: 2004-12-13
Filing date: 2004-12-13
Publication date: 2010-02-26
Also published as: PL371702A1

Description

Przedmiotem wynalazku jest urządzenie do intensyfikacji przemian biochemicznych we wnętrzu składowiska odpadów komunalnych.The subject of the invention is a device for the intensification of biochemical changes inside a municipal waste landfill.

Odpady komunalne deponowane na składowiskach podlegają przemianom biochemicznym. Zawarta w odpadach materia organiczna ulega mineralizacji, przy czym w zależności od wieku wysypiska oraz głębokości zalegania proces może odbywać się w warunkach tlenowych bądź beztlenowych. W eksploatacji wysypisk wyróżnia się trzy fazy: tlenową, fermentacji kwaśnej oraz fermentacji metanowej. Faza tlenowa trwa do około 1 miesiąca w tym czasie powietrze dociera do całej głębokości warstwy odpadów. Powstające odciekło swym składem przypominają ścieki deszczowe. Wraz z wyczerpaniem tlenu w hałdzie w wyniku przemian biochemicznych oraz dzięki zwiększeniu wysokości warstwy odpadów składowisko przechodzi w fazę fermentacji kwaśnej. Faza fermentacji kwaśnej trwa od 2 do 5 lat. W wyniki procesów beztlenowego rozkładu materii organicznej powstają w hałdzie odpadów kwasy organiczne, a wartość odczynu odcieków może spadać nawet poniżej 4 pH. W fazie fermentacji metanowej zachodzi rozkład obecnych w odpadach odpadów komunalnych kwasów organicznych do prostych związków to jest metanu i dwutlenku węgla. Powstaje tak zwany gaz wysypiskowy. W czasie eksploatacji składowiska dochodzi do stratyfikacji procesów biochemicznych w hałdzie odpadów. W warstwie powierzchniowej dominują procesy tlenowe, w głębszych warstwach zachodzi fermentacja kwaśna i metanowa. W najgłębszych, najstarszych warstwach hałdy zachodzi fermentacja metanowa. Faza w jakiej znajduje się składowisko zależy od dominujących w niej procesów. W chwili gdy zaczyna dominować fermentacja metanowa uważa się, że składowisko weszło w okres fazy metanowej.Municipal waste deposited in landfills undergoes biochemical changes. The organic matter contained in the waste undergoes mineralization, and depending on the age of the landfill and the depth of the deposition, the process may take place under aerobic or anaerobic conditions. There are three phases in the operation of landfills: oxygen, acid fermentation and methane fermentation. The oxygen phase lasts up to about 1 month, during which time the air reaches the entire depth of the waste layer. The resulting drainage resembles rain sewage. Along with the depletion of oxygen in the heap as a result of biochemical changes and due to the increase in the height of the layer of waste, the landfill goes into the acid fermentation phase. The acid fermentation phase lasts from 2 to 5 years. As a result of the processes of anaerobic decomposition of organic matter, organic acids are formed in the waste heap, and the pH value of the leachate can drop even below pH 4. In the methane fermentation phase, the organic acids present in the municipal waste are decomposed into simple compounds, i.e. methane and carbon dioxide. So-called landfill gas is produced. During the operation of the landfill, the biochemical processes in the waste dump are stratified. Aerobic processes dominate in the surface layer, while acid and methane fermentation take place in the deeper layers. Methane fermentation takes place in the deepest, oldest layers of the heap. The phase of a landfill depends on the processes that dominate it. When methane fermentation begins to dominate, it is believed that the landfill has entered the methane phase.

W wyniku przemian biochemicznych fermentacji metanowej w składowiskach odpadów dochodzi do powstania biogazu. Prawidłowo zaprojektowane i eksploatowane składowiska posiadają systemy studni odgazowujących do ujmowania i odprowadzania biogazu. Ujmowanie biogazu jest istotne ze względu na bezpieczeństwo obiektu i ochronę przed samozapłonem oraz stanowi źródło cennego surowca energetycznego. Skład i ilość powstającego biogazu zależy od rodzaju odpadów oraz przebiegu procesów biochemicznych we wnętrzu hałdy. Przyjmuje się, że przeciętnie, przy odpowiednio prowadzonym odgazowywaniu biogaz wysypiskowy w 60% składa się z metanu CH4 natomiast w pozostał ej części jest to gł ównie dwutlenek wę gla CO2. W chwili obecnej aby uzyskać biogaz o odpowiednich parametrach umożliwiających jego wykorzystanie do celów energetycznych potrzeba ok. 5 lat.As a result of biochemical changes in methane fermentation, biogas is generated in landfills. Properly designed and operated landfills have degassing well systems for the collection and discharge of biogas. Capture of biogas is important for the safety of the facility and protection against self-ignition, and is a source of valuable energy raw material. The composition and amount of the generated biogas depends on the type of waste and the course of biochemical processes inside the heap. It is assumed that on average, with properly conducted degassing, landfill biogas consists of 60% methane CH4, while the remaining part is mainly carbon dioxide CO2. At present, about 5 years are needed to obtain biogas with appropriate parameters enabling its use for energy purposes.

Według wynalazku urządzenie do intensyfikacji przemian biochemicznych we wnętrzu składowiska odpadów komunalnych składa się z generatorów mikrofal - magnetronów, które połączone są z falowodami zakoń czonymi koń cówkami aplikacyjnymi.According to the invention, the device for intensifying biochemical changes inside a municipal waste landfill consists of microwave generators - magnetrons, which are connected with waveguides terminated with application tips.

Energia mikrofal dostarczana jest bezpośrednio do mikroorganizmów prowadzących przemiany związków organicznych znajdujących się w odpadach. Dzieje się tak za sprawa selektywności oddziaływania mikrofal. Z uwagi na fakt, że ogrzewanie ustaje w momencie wyłączenia dopływu promieniowania istnieje możliwość precyzyjnego sterowania temperaturą we wnętrzu hałdy odpadów. Dzięki otrzymanej dawce energii wzrasta aktywność biologiczna bakterii, intensywniej wykorzystują one związki organiczne zawarte w odpadach, co podnosi ogólną sprawność procesu. W miejscu zastosowania promieniowania następuje przyspieszenie przemian biochemicznych, szybciej zachodzi produkcja biogazu o wysokiej zawartości metanu. Wprowadzenie do hałdy odpadów promieniowania mikrofalowego podniesie szybkość przemian fermentacyjnych. Przykładowo dzięki podniesieniu temperatury z 20°C do 30°C pozwoli na blisko dwukrotne skrócenie niezbędnego czasu fermentacji przy jednoczesnym wzroście ilości produkowanego biogazu o około 20%.Microwave energy is supplied directly to the microorganisms which transform organic compounds in waste. This is because of the selectivity of the microwave interaction. Due to the fact that heating stops when radiation is turned off, it is possible to precisely control the temperature inside the waste heap. Thanks to the received dose of energy, the biological activity of bacteria increases, they use organic compounds in waste more intensively, which increases the overall efficiency of the process. In the place where radiation is applied, biochemical transformations are accelerated and biogas with a high methane content is produced faster. Introducing microwave radiation to the waste heap will increase the speed of fermentation changes. For example, by increasing the temperature from 20 ° C to 30 ° C, it will allow for a nearly two-fold reduction in the necessary fermentation time, while increasing the amount of biogas produced by about 20%.

Przedmiot wynalazku zostanie przedstawiony w przykładzie wykonania na rysunku przedstawiającym urządzenie na składowisku w schemacie ogólnym.The subject of the invention will be presented in the embodiment in the drawing showing the device in a landfill in a general diagram.

Na szczycie zamkniętej kwatery hałdy odpadów 1 umieszcza się generatory mikrofal - magnetrony 2. Generatory 2 połączone są z falowodami 3. Falowody 3 wprowadzone są do hałdy odpadów 1. Końcówka 4 falowodu 3 aplikująca promieniowanie umieszczona jest w najgłębszych warstwach odpadów, w strefie gdzie zachodzi fermentacja metanowa. Ilość i rozmieszczenie generatorów 2 umożliwia równomierne podgrzanie całego rozpatrywanego obszaru.At the top of the closed waste heap 1 there are microwave generators - magnetrons 2. Generators 2 are connected to waveguides 3. Waveguides 3 are introduced to the waste heap 1. The end 4 of the waveguide 3 applying radiation is placed in the deepest layers of waste, in the zone where fermentation takes place methane gas. The number and arrangement of the generators 2 make it possible to evenly heat the entire area under consideration.

Działanie urządzenia jest następujące:The operation of the device is as follows:

Promieniowanie mikrofalowe z generatorów 2 wędruje falowodami 3 do wnętrza hałdy odpadów 1. Końcówka 4 aplikująca promieniowanie znajduje się w hałdzie na głębokości, w której dominują procesy fermentacji metanowej. W wyniku działania mikrofal wzrasta temperatura w pobliżu końcówki 4The microwave radiation from the generators 2 travels through waveguides 3 into the waste heap 1. The radiation application tip 4 is located in the heap at a depth where methane fermentation processes dominate. The temperature increases near tip 4 with the microwaves

PL 204 784 B1 aplikującej. W strefach gdzie nastąpił wzrost temperatury przyspieszeniu ulegają procesy biochemiczne, wzrasta szybkość oraz ilość powstającego biogazu, który poprzez studnie odgazowujące 5 jest odprowadzony do dalszego wykorzystania. Wraz ze starzeniem wysypiska i wyczerpywaniem się materii organicznej końcówka 4 podciągana jest do góry.From the applicant. In the zones where the temperature has increased, biochemical processes are accelerated, the speed and the amount of generated biogas increases, which is discharged through degassing wells 5 for further use. With the aging of the landfill and the depletion of organic matter, the tip 4 is pulled upwards.

Claims

A device for the intensification of biochemical changes inside a municipal landfill, characterized by the fact that it consists of microwave generators - magnetrons (2), which are connected to waveguides (3) with application terminals (4).