SI9200232A - Postopek za posebno pospešeno aerobno mikrobiološko razgradnjo bioloških substanc - Google Patents

Abstract

Postopek za posebno pospešeno aerobno mikrobiološko razgradnjo bioloških substanc, ki so prekrite s pokrivno plastjo, pri čemer preko plinskih dovodnih napeljav usmerjen zrak dovajamo z atmosferskim nadtalkom, v danem primeru z nadaljnjim dodatkom kisika, k biološkim substancam odlagališča, ki je s tem prisilno prezračeno in preko plinskih odvzemnih napeljav odvzamemo pline od bioloških substanc, zlasti odsesamo. S tem postopkom znižamo razvijanje neprijetnih vonjev in nevarnosti, ki nastanejo zaradi eksplozivne zmesi zrak/plin in omogočimo hitro razgradnjo in s tem mineraliziranje biogenih substanc pri razgradnji deponije odpadkov.

Description

Postopek za posebno pospešeno aerobno mikrobiološko razgradnjo bioloških substanc

Izum se nanaša na postopek za posebno pospešeno aerobno mikrobiološko razgradnjo bioloških substanc, npr. hišnih odpadkov z biološkimi odpadnimi snovmi, ki so prekriti s pokrivno plastjo, npr. prsti, ilovice, folijo.

Hišni pa tudi industrijski odpadki imajo vedno večji delež pri mikrobiološko razgradljivih substancah in sicer bioloških substancah. Te substance so kratkotrajno podvržene mikrobiološki fermentaciji, zaradi česar je poleg higieničnega stališča potrebno misliti na redno in kratkoročno odstranjevanje. Večino odpadkov zbranih od občin ali organizacij lahko bodisi sežgejo, pri čemer v tem primeru nastale dimne pline podvržejo naknadni obdelavi in morajo žlindro shraniti ali jo tudi direktno deponirajo. Pri tovrstnih deponijah odpadkov morajo po eni strani skrbeti za to, da je onemogočen direkten dostop do talne vode. To lahko dosežejo ali s primerno geološko izbiro odlagališča ali tudi s preskrbo primernih ločilnih plasti. Nadalje ko dosežejo določeno končno višino, takšne deponije odpadkov praviloma zatesnijo s pokrivno plastjo, ki lahko sestoji npr. iz ilovice ali prsti. V normalnem primeru, kadar so odpadki take deponije podvrženi anaerobni fermentaciji, morajo skrbeti za odvajanje plinov, ki so po eni strani neprijetnega vonja in po drugi strani eksplozivni. Zato je znano, da pri takih deponijah predvidijo najrazličnejše zgrajene sisteme za odvajanje plina, pri čemer je vsebnost gorljivih plinov lahko tako visoka, da ne iz2 vajajo več samo zgorevanje plinov, ampak vodijo pline do neke energetske uporabe. Tako lahko npr. poganjajo plinske motorje ipd.

Če morajo deponijo odpadkov prestaviti, je zato, da se izognejo kontaminaciji okolja, npr. talne vode ali tudi, da mesto deponije uporabijo v drug namen potrebno, da deponirane substance dekontaminirajo, da so brez vonja in istočasno prevedejo v obliko, da vsaj pri premestitvi, npr. na novo deponijo, ne pride do nikakršnih neprijetnih vonjev.

V ta namen so že predlagali, da je treba preprečiti anaerobno fermentacijo s katero so praviloma pojasnjeni neprijetni vonji, z zmrzovanjem substratov, kot npr. delno fermentiranih hišnih odpadkov. Čeprav je tak postopek popolnoma funkcionalen obstaja pomanjkljivost v tem, da je potrebna zelo visoka potrošnja energije za ohladitev substratov in končno pride pri razgradnji deponije odpadkov do povišane potrošne energije, da material, podoben kamnu, ki kot vezivo rabi zmrznjeno vodo, razdrobijo v velikosti primerne za transport.

Znan je tudi že postopek pri katerem s prisilno uvedbo zraka, v danem primeru obogatenega s kisikom, izvirno prisotno anaerobono fermentacijo prevedejo v aerobno fermentacijo. Pri fermentaciji, ki traja nekaj dni do nekaj tednov, je nato zagotovljeno, da med razgradnjo deponije odpadkov in prevažanjem substanc ne pride do neprijetnih vonjev, ker je prisotna aerobna fermentacija. Za pospeševanje aerobne razgradnje substratov v deponijah odpadkov lahko v danem primeru s kisikom obogaten zrak vnesejo tudi s sunki v valovih v substrat, pri čemer istočasno izvedejo odsesavanje zraka skupaj s fermentacijskimi plini. Čeprav je takšen postopek, kar se tiče neprijetnih vonjev, popolnoma uspešen pa obstaja ravno v začetni fazi počasen začetni potek, pri čemer obstaja nevarnost, da visokoeksplozivne zmesi metana/zraka v daljšem časovnem obdobju izhajajo v prostost.

Cilj predloženega izuma je, da zagotovimo postopek, ki poleg zmanjševanja neprijetnih vonjev, npr. pri razgradnji deponije odpadkov dopušča tudi, da se izognemo motnjam, ki npr. nastanejo z eksplozivno zmesjo zrak/plin in dopušča zelo hitro razgradnjo in s tem mineraliziranje biogenih substanc.

Postopek v smislu izuma za posebno pospešeno aerobno mikrobiološko razgradnjo bioloških substanc, npr. hišnih odpadkov z biološkimi odpadnimi snovmi, ki so prekriti s pokrivno plastjo, npr. prsti, ilovice, folijo in v danem primeru od talne vode ločeni z vsaj eno ločilno plastjo, npr. plastjo ilovice, folijo, zlasti za prekinitev mikrobiološke razgradnje reakcijskih produktov z neprijetnim vonjem za vsaj pretežno stabiliziranje vonja, v danem primeru za prenos starih deponij, pri čemer preko plinskih dovodnih napeljav vodimo usmerjen zrak z atmosferskim nadtlakom, v danem primeru z nadaljnjim dodatkom kisika, k biološkim substancam odlagališča, ki je z le-temi prisilno prezračeno in preko plinskih odvzemnih napeljav odvzamemo plin od bioloških substanc, zlasti odsesamo, obstaja v bistvu v tem, da usmerjeno dovajamo preko plinskih dovodnih napeljav zlasti za vsaj 5,0 vol.%, prednostno za vsaj 10,0 vol.% manjšo količino zraka, prednostno integrirano nekaj minut zlasti integrirano 5 do 10 sekund ter jo preko plinskih odvzemnih napeljav odsesamo kot plinsko količino in da so v danem primeru plinske dovodne napeljave k biološkim substancam napram organskim substancam na katere deluje neusmerjen zrak omejene z odvzemnimi plinskimi napeljavami. Deponije odpadkov, ki so na strani, ki je izpostavljena atmosferi, pokrite z ilovico ali prstjo, torej deponije bioloških substanc, imajo praviloma anaerobno fermentacijo. Z dovodom zraka, ki je v danem primeru obogaten s kisikom lahko anaerobono fermentacijo prevedemo v aerobno fermentacijo brez neprijetnih vonjev. Tudi te pline, ki nastanejo pri fermentaciji naj ne bi direktno spuščali v atmosfero, ampak jih vodimo preko plinskih odvzemnih napeljav npr. v biološki filter. Z odsesavanjem plinov in dovodom zraka fermentacijo pospešimo. S tem, da odsesamo večjo količino zraka kot jo prisilno dovedemo, dosežemo, da ne pride do svojevoljnega izhajanja plinov iz deponije, pri čemer tako svojevolno izhajanje obsega dve bistveni pomanjkljivosti. Po eni strani se zlasti v začetni fazi razvijajo neprijetni vonji, ker plini izhajajo neobdelani v atmosfero in po drugi strani je prav tako v začetni fazi možna posebno velika nevarnost zaradi eksplozij. Z ukrepom, da omejimo plinske dovodne napeljave k biološkim substancam, napram organskim substancam na katere deluje neusmerjen zrak, s plinskimi odvzemnimi napeljavami preprečimo, da bi z usmerjenim dovodom zraka izgnali plin pri deponiji, ki še ni prisilno prezračena, ampak se tam prav tako v omejenem območju obdrži določen podtlak, tako da tudi tam ne pride do dodatnega izhajanja plina in s tem pogojenih pomanjkljivosti.

Če plinske dovodne napeljave k biološkim substancam opremimo z vseh strani s plinskimi odvzemnimi napeljavami, zlasti za omejitev odlagališča s prisilnim prezračevanjem, s tem zagotovimo posebno dobro prezračevanje znotraj deponije, ker po eni strani plin dovajamo s tlakom in ta plin na sosednjih mestih odsesamo, pri čemer je po drugi strani, s tem, da so plinske dovodne napeljave z vseh strani obdane s plinskimi odvzemnimi napravami, torej npr. na štirih straneh, zagotovljeno, da zaradi uvedenih plinov ne vodimo nobenih deponijskih plinov v prostost, ampak jih lahko preko odsesalnih napeljav vodimo v obdelavo.

Če plin odsesamo iz horizonta, ki je globlji od tistega kjer dovajamo zrak lahko s tem, samim po sebi enostavnim ukrepom, preprečimo nekontrolirano izhajanje plinov iz deponije, ker so plini, zlasti tisti z neprijetnim vonjem, težji kot zrak.

Če vsebnost kisika v zraku, ki ga dovajamo preko plinskih dovodnih napeljav za zrak vsaj enkrat povečamo, lahko tako izvedemo stalno prevedbo anaerobne fermentacije v aerobno fermentacijo, ne da povzročimo toksične učinke na prisotne aerobno delujoče mikroorganizme, neaktivne v deponiji.

Če poteka vpihovanje zraka ali zmesi zraka-kisika diskontinuirno, lahko tako dosežemo impulze rasti za pospeševanje presnove.

Če zraku, ki ga dovajamo preko plinskih dovodnih napeljav dodamo vodno paro, lahko tako zagotovimo, da je pri samih po sebi suhih deponijah, ki imajo tudi samo majhen dovod izcedne vode po več tednih dolgem dovajanju zraka sama vlažnost v substratu dovolj visoka, da zagotovi fermentacijo.

Če zlasti pred dovajanjem zraka preko plinskih dovodnih napeljav in/ali plinskih odvzemnih naprav, mikroorganizme, npr. suspendirane v vodi, dovedemo biološkim substancam, s tem omogočimo postopek cepljenja, ki npr. pri deponijah, ki se dolgo časa nahajajo v anaerobni fermentaciji ali tudi pri deponijah v katerih se s premočno eksotermno fermentacijo mikroorganizmi uničijo, omogočimo ponovno izvedbo fermentacije.

Če preko plinskih dovodnih napeljav in/ali plinskih odvzemnih napeljav dovajamo hranilne snovi, elemente v sledovih ali podobno k biološkim substancam za njihovo pospešeno fermentacijo, lahko tako na posebno enostaven način odpravimo primanjkljaj teh substanc.

Če izmerimo temperaturo organskih substanc in/ali odvedenih plinov in dovod zraka in/ali vsebnost kisika nato uravnavamo, lahko tako vzdržujemo optimalni potek razgradnje, ne da s tem uničimo mikroorganizme zaradi previsokih temperatur.

Če pri prekoračenju zgornje temperaturne meje prednostno 50 °C, posebno 70 °C uvedemo zrak brez nadaljnjega dodatka kisika, nakar pri padcu temperature posebno pod 40 °C, vsebnost kisika spet zvišamo, lahko tako zadržimo posebno visoko fermentacijsko hitrost, ne da pri tem povzročimo uničenje mikroorganizmov, ki so odgovorni za razgradnjo organskih substanc.

Če pri prekoračenju zgornje temperaturne meje prednostno 50 °C, posebno 70 °C odsesani plin, z dušikom in/ali ogljikovim dioksidom obogatene pline, zlasti njihove tehnične pline ponovno dovajamo preko plinskih dovodnih napeljav k biološkim substancam, pride tako s kisikom obogaten plin k biološkim substancam, tako da je zagotovljen posebno hiter padec fermentacijske hitrosti.

Če odsesane pline zažgemo s tem, zlasti na začetku odsesavanja posebno varno odstranjujemo pline.

Če odsesane pline preko biofiltra oddajamo v okolje, je pri normalnem obratovanju posebno prednostno nadaljnje stabiliziranje vonja odsesanih plinov, ker preko mikroorganizmov, ki so prisotni v biofiltru, pride do nadaljnje mikrobiološke razgradnje, pri čemer v biofiltru nahajajoči humus na osnovi njegovega ionsko izmenjalnega učinka zadrži kisle in alkalne substance in nadalje služi kot adsorpcijsko sredstvo na osnovi njegove strukturirane zgradbe.

V nadaljevanju je predloženi izum na osnovi shematske predstavitve bliže pojasnjen.

Deponija 1 vertikalno obsega 9 m in sestoji pomešana iz gradbenega odpadnega materiala, hišnih odpadkov in industrijskih odpadkov. Da preprečimo prepuščanje izcedne vode samo po sebi, je opremljena z neprepustno plastjo 2, ki ima poleg ilovice polipropilensko folijo. Deponija ima na njeni zgornji površini pokritje 3 iz zmesi prsti in ilovice. Plinske dovodne napeljave 4 segajo preko dovodne cevi 5 in suličastih cevi 6 v deponijo odpadkov. Suličaste cevi so perforirane in rabijo kot deli za uvajanje zraka v deponijo. Suličaste cevi lahko po potrebi namestimo tudi poševno ali horizontalno. Kompresor 7, ki v 10 sekundah dovede deponiji 14,5 Nm³ zraka, glede na atmosferski tlak, sesa zrak iz atmosfere in diskontinuirno kisik iz vsebnika 8.

Zrak lahko tako po ločilniku olja, ki ni predstavljen, preko vlažilnika 9 pride v dovodne napeljave 4. Nadtlak atmosfere lahko znaša do 10 χ 10⁵ Pa, pri čemer lahko izvedemo tudi posamezne sunke tlaka za boljše penetriranje plinov v deponiji v razmikih nekaj sekund v velikostnem redu milisekund, V predloženem primeru delamo z nadtlakom 3 χ 10⁵ do 4 χ 10⁵ Pa. Preko vakuumske črpalke 10, ki deluje pri tlaku 0,1 x 10⁵ Pa in povzroči v odsesalnih suličastih ceveh 11 tlak 0,6 χ 10⁵ Pa, odsesamo 16 Nm³ plina glede na atmosferski tlak. Plini pridejo nato v biofilter 12 v katerem so razvrščene v bistvu biološko aerobno razkrojene substance. Biofilter 12 ima pretok, ki ustreza odsesani količini plina. Odvodne napeljave 13 povezujejo odsesalne suličaste cevi 11 z vakuumsko črpalko 10, pri čemer je vakuumska črpalka priključena na pripravo za zgorevanje 14.

Pri izvedbi postopka v smislu izuma delamo tako, da preko odsesalnih suličastih cevi 11, ki so nameščene globlje kot suličaste cevi 6, odsesamo deponijski plin, ki se nahaja v deponiji. Tlak v vakuumski črpalki je približno 0,1 χ 10⁵ Pa. Da zagotovimo hitrejše odsesavanje, lahko dodatni del suličastih cevi 6, ki so določene za dovod zraka in kisika, priključimo na odvzemne napeljave 13. Pline najprej zažgemo v pripravi za zgorevanje 14. Istočasno dovajamo deponiji s kompresorjem 7 zrak, ki ga vodimo preko vlažilnika 9 in preko predhodno vklopljenega ločilnika olja, preko plinske dovodne napeljave 4 s suličastimi cevmi 6. Istočano odvzemamo preko odsesalnih suličastih cevi 11 tudi plin od organskih substanc, ki imajo sedaj preusmerjeno razgradnjo iz anaerobne v aerobno fermentacijo. Ta plin pride sedaj preko biofiltra 12 v okolje. Istočasno merimo temperaturo substrata kot tudi odvzetega plina. Če temperatura substrata preseže 50 °C ali najvišje 70 °C, zaustavimo dovod kisika, ki ga dodajamo za zvišanje fermentacije iz vsebnika kisika kompresorju 7 in s tem suličastim cevem 6. Ta koncentracija kisika lahko znaša do dodatka 20 vol.% kisika. Pri takem povišanju temperature je sedaj po eni strani prekinjen dodaten dovod kisika. Če nadalje želimo znižati reakcijsko hitrost lahko vakuumsko črpalko 12 povežemo s kompresorjem 7, tako da odsesane pline ponovno uvajamo v deponijo, tako da lahko vsebnost kisika v plinih uvedenih v deponijo napram zraku še nadalje znižamo. Ko dosežemo želene temperature lahko ponovno uvajamo v deponijo normalni zrak oz. zrak z dodatkom kisika. Namesto odsesanih plinov je lahko tudi tehnično čisti dušik ali ogljikov dioksid. V primeru, da fermentacija ne poteka v želenem merilu oz. se prekine je možno, da bodisi mankljaj določenih hranljivih snovi oz. elementov v sledovih vodi do upočasnevanja rasti mikroorganizmov ali, da se iz drugih razlogov, zlasti previsoke temperature, mikroorganizmi uničijo. V tem primeru lahko tako preko odsesalnih napeljav kot tudi dovodnih napeljav dovajamo raztopine hranljivih snovi v danem primeru raztopine elementov v sledovih ali tudi suspenzije mikroorganizmov s čimer po kratkem času spet dosežemo delovanje brez motenj.

Po ustrezni preusmeritvi anaerobne fermentacije v aerobno fermentacijo pride do stabiliziranja vonja deponije, tako da lahko izvedemo mehanično razgradnjo samo s kasnejšo obdelavo, pri čemer je možna lažja razgradnja deponije. Če ne želimo obdelave lahko dosežemo pospešen zaključek celotne fermentacije in s tem v zvezi nevarnost eksplozije in neprijetne vonje.

Če dosežemo po približno 2 do 3 tednih stabiliziranje vonja v deponiji lahko tako suličaste cevi za dovod zraka kot tudi za odsesavanje plinov odstranimo in prestavimo na novo še neobdelano polje deponije. Deponijo z odstranjenimi cevnimi napeljavami lahko nato mehanično razgradimo, pri čemer lahko fini delež izkoristimo kot humus. Namestitev poteka tako, da za omejitev dovoda zraka proti deponiji, ki še ni obdelana in prezračena, omejimo dovod zraka s plinskimi odvzemnimi napeljavami. Napeljave za odvzem oz. dovod plina v deponijo lahko naredimo iz perforiranih cevi, vodnjakov, napolnjenih z drobljencem ali iz drugih primernih priprav.

Pri izdelavi cevnih napeljav moramo biti pozorni, da čim višji je podtlak v cevni napeljavi tem višja mora biti prosta dolžina poti molekul in s tem prav tako večji presek cevne napeljave. Če nismo pozorni, pri takem ravnanju pride do zelo hitrega padca tlaka znotraj podtlačnih plinskih napeljav. Material za dovodne napeljave zraka ni podvržen nobenim kemičnim zahtevam, tako da tukaj pride v poštev uporaba običajnih materialov. Plini odsesani iz deponije pa so lahko kemično agresivni, npr. vsebujejo kisle sestavine, tako daje potrebna ustrezna izbira materiala v primeru, da naprave dolgoročno uporabljamo.

Za cepljenje z mirkoorganizmi lahko naredimo vodne izvlečke iz aerobno strohnjenega materiala, kot npr. humusa ali podobnega ali tudi iz substanc prisotnih v biofiltru.

Plinske odvodne napeljave imajo lahko lopute proti eksploziji, da se pri motnjah v postopku izognemo uničenju naprave.

Za reguliranje tlaka v suličastih ceveh lahko pred le-temi predvidimo ventile, ki jih ročno daljinsko upravljamo ali ventile, ki se dajo avtomatsko naravnati. Pri suličastih ceveh za odsesavanje lahko predvidimo tudi še priprave znotraj suličastih cevi, za naravnavanje preseka odprtin preko katerih poteka odsesavanje, npr. v obliki vrtljivih loput.

Da prispevamo k impulzom rasti mikroorganizmov in s tem k pospešeni presnovi organskih substanc, lahko izvedemo vpihovanje zraka ali zmesi zraka - kisika, npr. v sunkih, počasi ali s hitro naraščajo hitrostjo strujanja.

Za

1. Porr Umwelttechnik Aktiengesellschaft

2. G. Hinteregger & Sohne Baugesellschaft m.b.H.

3. Griin und Bilfienger Baugesellschaft m.b.H.

Claims (13)

1. PATENTNI ZAHTEVKI

   1. Postopek za posebno pospešeno aerobno mikrobiološko razgradnjo bioloških substanc, npr. hišnih odpadkov z biološkimi odpadnimi snovmi, ki so prekriti s pokrivno plastjo, npr. prsti, ilovice, folijo, v danem primeru ločenih od talne vode z vsaj eno ločilno plastjo, npr. ilovnato plastjo, folijo, posebno za prekinitev mikrobiološke razgradnje reakcijskih produktov z neprijetnim vonjem za vsaj pretežno stabiliziranje vonja, v danem primeru za prenos starih deponij, pri čemer vodimo preko dovodnih napeljav za plin usmerjen zrak z atmosferskim nadtlakom, v danem primeru z nadaljnjim dodatkom kisika, k biološkim substancam prisilno prezračenega odlagališča in preko plinskih odvzemnih napeljav pline odvzemamo od bioloških substanc, zlasti odsesavamo, označen s tem, da preko plinskih dovodnih napeljav usmerjeno dovajamo posebno za vsaj 5,0 vol.%, prednostno za vsaj 10 vol.% manjšo količino zraka, prednostno integrirano nekaj minut zlasti integrirano 5 do 10 sekund, preko plinskih odvzemnih napeljav odsesamo kot plinsko količino in da so v danem primeru plinske dovodne napeljave k biološkim substancam napram organskim substancam na katere deluje neusmerjen zrak omejene s plinskimi odvzemnimi napeljavami.
2. 2. Postopek po zahtevku 1, označen s tem, da plinske dovodne napeljave k biološkim substancam opremimo z vseh strani s plinskimi odvzemnimi napravami zlasti za omejitev prisilno prezračenega odlagališča.
3. 3. Postopek po zahtevku 1 ali 2, označen s tem, da plin odsesamo iz globljega horizonta kot dovajamo zrak.
4. 4. Postopek po zahtevkih 1, 2 ali 3, označen s tem, da vsebnost kisika v zraku, ki ga dovajamo preko plinskih dovodnih napeljav zvišamo vsaj v enem koraku.
5. 5. Postopek po enem od zahtevkov 1 do 4, označen s tem, da zrak ali zmes zrakakisika dovajamo diskontinuirno zlasti vpihavamo.
6. 6. Postopek po enem od zahtevkov 1 do 5, označen s tem, da zraku, ki ga dovajamo preko plinskih dovodnih napeljav dodamo vodno paro.
7. 7. Postopek po enem od zahtevkov 1 do 6, označen s tem, da posebno pred dovajanjem zraka preko plinskih dovodnih napeljav in/ali plinskih odvzemnih napeljav dovedemo mikroorganizme, npr. suspendirane v vodi, k biološkim substancam.
8. 8. Postopek po enem od zahtevkov 1 do 7, označen s tem, da preko plinskih dovodnih napeljav in/ali plinskih odvzemnih napeljav dovajamo hranilne snovi, elemente v sledovih ali podobno, za pospešeno fermentacijo bioloških substanc.
9. 9. Postopek po enem od zahtevkov 1 do 8, označen s tem, da merimo temperaturo organskih substanc in/ali odvedenih plinov ter uravnavamo dovod zraka in/ali vsebnost kisika v odvisnosti od temperature.
10. 10. Postopek po zahtevku 9, označen s tem, da ko dosežemo zgornjo temperaturno mejo, prednostno 50 °C, posebno 70 °C uvajamo zrak brez nadaljnjega dodatka kisika, nakar pri padcu temperature posebno pod 40 °C vsebnost kisika spet povišamo.
11. 11. Postopek po zahtevku 9 ali 10, označen s tem, da ko dosežemo zgornjo temperaturno mejo, prednostno 50 °C, posebno 70 °C odsesani plin, z dušikom in/ali ogljikovim dioksidom obogateni plin, zlasti njihove tehnične pline dovajamo preko plinskih dovodnih napeljav k biološkim substancam.
12. 12. Postopek po enem od zahtevkov 1 do 11, označen s tem, da odsesane pline zažigamo.
13. 13. Postopek po enem od zahtevkov 1 do 12, označen s tem, da odsesane pline izpuščamo v okolje preko biofiltra.

    Za

    1. Porr Umwelttechnik Aktiengesellschaft

    2. G. Hinteregger & Sohne Baugesellschaft m.b.H.

    3. Griin und Bilfienger Baugesellschaft m.b.H.