SK8896Y1

SK8896Y1 - Zariadenie na spracovanie organických odpadov a spôsob spracovania odpadu

Info

Publication number: SK8896Y1
Application number: SK158-2019U
Authority: SK
Inventors: Eva Jančová; Slávka Jančová
Original assignee: Conformity S R O
Priority date: 2019-10-28
Filing date: 2019-10-28
Publication date: 2020-10-02
Also published as: CZ34133U1; SK1582019U1; CZ2020259A3; CZ309061B6

Abstract

Zariadenie na spracovanie organických odpadov má vnútri umiestnené tri samostatné komory z nehrdzavejúcej ocele, prvú komoru (1a), druhú komoru (1b) a tretiu komoru (1c), pričom každá z komôr má vlastné tlakovacie potrubie s prepúšťacím ventilom (2) a výhrevné hady (3) na ohrev komôr, a komory (1a), (1b), (1c) sú spojené s fermentorom (14), pričom sú vzájomne prepojené hadicovým potrubím (4), a to je ďalej spojené s miešacími časťami (5) zariadenia, ktoré sú poháňané kompresorom (6), a sú pripojené cez prvý ventil (10) a následne umiestnený externý hadicový systém (9) k vonkajšej potrubnej trase (7) producenta na vypúšťanie enzymaticky upraveného odpadu (8), pričom zariadenie má výstup cez druhý ventil (11) napojený na externý fermentor (14), dofermentor (13) alebo na externé bioplynové zariadenie (12). Na spracovanie organických odpadov sa použije zariadenie tak, že miešacie časti (5) zariadenia sa pripoja k vonkajšej potrubnej trase (7) producenta, odkiaľ sa vpustí odpad (8) cez externý hadicový systém (9) a prvý ventil (10).

Description

Oblasť techniky

Riešenie sa týka zariadenia na spracovanie organických odpadov a spôsobu spracovania nespotrebovateľných organických odpadov na ekologický obnoviteľný zdroj energie alebo na sekundárny zdroj živín pre poľnohospodársku výrobu.

Doterajší stav techniky

Na Slovensku sa pri činnosti poľnohospodárskych, potravinárskych, farmaceutických, ako aj vodárenských spoločností vytvárajú odpady charakterizované v zmysle zákona o odpadoch 79/2015 Z. z ako (O) „ostatné“.

Ide o nasledujúce druhy odpadov:

02	Odpady z poľnohospodárstva, záhradníctva, lesníctva, poľovníctva a rybárstva, akvakultúry a z výroby a spracovania potravín
03	Odpady zo spracovania dreva a z výroby papiera, lepenky, celulózy, reziva a nábytku
18	Odpady zo zdravotnej alebo veterinárnej starosthvostialebo s nimi súvisiaceho výskumu okrem kuchynských a reštauračných odpadov, ktoré nevznikli z priamej zdravotnej starostlivosti
19	Odpady zo zariadení na úpravu odpadu, z čistiarní odpadových vôd mimo miesta ich vzniku a úpravní pitnej vody a priemyselnej vody
20	Komunálne odpady (odpady z domácností a podobné odpady z obchodu, priemyslu a inštitúcií) vrátane ich zložiek z triedeného zberu

Základnou časťou týchto odpadov sú organické zložky tvoriacou 30 - 90 % podiel ich zloženia.

Z praxe sú známe rôzne riešenia spracovania organických odpadov.

Pevný odpad sa odstraňuje bežne štyrmi spôsobmi:

1. Riadené skládkovanie:

- hoci ide o najmenej vhodný spôsob likvidácie odpadu, likviduje saním asi 70 - 90 % svetového odpadu.

2. Spaľovanie:

- najmodernejší spôsob likvidácie.

3. Kompostovanie:

- môže nahradiť priemyselné hnojivá.

4. Spracovanie odpadov:

- umožňuje využiť odpad ako druhotnú surovinu (recyklácia), podmienkou znovuvyužitia odpadu je jeho triedenie.

Mnohé spôsoby a technológie spracovania odpadu boh prezentované na konferencii Priemyselná emisie 2018, ktorá sa konala v Bratislave v októbri 2018. Na konferenen vystúpil napríklad prof. Ing. Igor Bodík, PhD., Oddelenie environmentálneho inžinierstva FCHPT STU, s prezentáciou na tému „Odstraňovanie prioritných látok a mikropolutantov z odpadových vôd degradačnými procesmi“ alebo prof. Ing. Ján Derco, DrSc., Oddelenie environmentálneho inžinierstva FCHPT STU, s témou „Stratégie anaeróbneho spracovania biologicky rozložiteľných odpadovsvysokýmobsahomdusíkaa síry“.

Najčastejším spôsobom spracovania organických odpadov je ich skladovanie a kompostovanie, založené na postupnomrozklade odpadu.

V dôsledku vysokého podielu organických látok sú takéto odpady produktom s veľmi nepríjemným sprievodným zápachom, obzvlášť pri procese skládkovania, prípadne kompostovania, kedy sa organická časť odpadu dlhodobo odbúrava procesom prirodzeného organického rozpadu (vyhnívania), s následnou tvorbou odpadových plynov. Tieto plyny unikajú zvyčajne voľne do ovzdušia, čo má obťažujúci dopad na okolie, najmä na obývané rezidentné zóny. Okremzápachu spôsobujú takéto plyny aj zvyšovanie obsahu škodlivých skleníkových plynov v ovzduší.

Značná časť organických odpadov obsahuje zároveň ďalšie škodlivé látky, tzv. ..mikropolutanty. ktoré sa dostávajú do organického odpadu vylúčením z tráviaceho traktu zvierat, človeka (napríklad steroidné a antibiotické liečivá), ale aj z poľnohospodárskej výroby (napríklad herbicídne látky, pesticídne postrek} ). Tieto látky sú pre životné prostredie škodhvé a vysoko problematické, nakoľko sú neodbúrateľné bežnými postupmi, atak sa stávajú súčasťou kolobehu vody.

S K 8896 Υ1

Podstata technického riešenia

Cieľom predkladaného technického riešenia je zabezpečiť také spracovanie organických odpadov, ktoré odstráni zápach pri skladovaní a spracovaní odpadu a zároveň bude ekologické.

Základom spracovania organických odpadov podľa tohto riešenia je maximálna možná biodegradácia odpadu na plyn v krátkom časovom intervale a v priestorovo riadenom procese spracovania. Na spracovanie odpadu sú použité enzýmy.

Zariadenie na spracovanie organických odpadov má vo svojom vnútri umiestnené tri samostatné komoiy z nehrdzavejúcej ocele, pričom každá z komôr má vlastný tlakovací prepúšťací ventil a vnútorné výhrevné potrubné hady určené na ohrev komôr. Komory sú vzájomne prepojené potrubím, a to je ďalej spojené s miešacími časťami zariadenia poháňanými kompresorom

Miešacie časti zariadenia sú pripojené cez ventil a následne umiestnený hadicový systém k vonkajšej potmbnej trase na vypúšťanie cnzy matičky upraveného odpadu, pričom zariadenie je na výstupe napojené na externý ľermentor, dofermentor alebo na externé bioplynové zariadenie.

V prvom kroku spracovania odpadu sa urobí predpríprava: najprv sa odoberú vzorky odpadu z celého procesu tvorby odpadu v prevádzke producenta odpadu, a na ich základe sú vyhodnotené základné parametre odpadu: PH, obsah sušiny, obsah dusíkatých látok ako celkový N, obsah fosforu ako celkový P, obsah rizikových látok v zmysle zákona o odpadoch a hodnoty mikropolutantov.

V druhom kroku je vykonaný test odpadu a jeho následná biodegradácia v laboratórnych podmienkach, kde sa stanovípresná účinná dávka enzýmov a presné zloženie apomer enzýmov pre danévzorky odpadu.

V treťom kroku je nastavená dávka enzýmov doručená producentovi odpadu. V každom procese tvorby odpadu producenta odpadu je určený pomer a dávkovanie zmesi enzýmov. Takto stanovenú dávku enzýmov potom producent denne pridáva do procesov, v ktorých vzniká odpad. Po čase zdržania odpadu vo výrobe producenta v intervale od 24 hodín do 30 dní nasleduje vypustenie cnzy matičky upraveného odpadu do pristaveného stacionárneho alebo mobilného miešacieho zariadenia.

Spracovanie cnzy matičky upraveného odpadu sa vykonáva okamžite, aby sa predišlo neriadenému procesu tvorby plynu. Zariadenie sa pripojí k potmbnej trase producenta na vypúšťanie cnzymaticky upraveného odpadu cez hadicový systéma cez následne umiestnený ventil na komorovom systéme sapostupným nasávaním odpad nasáva do prvých dvoch komôr. Súbežne s procesom nasávania sa spustí proces ohrevu komôr, tento proces trvá do napustenia oboch komôr a do dosiahnutia prevádzkovej teploty 65 °C. Nasleduje otvorenie komory číslo tri a spustenie procesu cirkulácie. Komora číslo tri obsahuje enzým pripravený na domiešanie do dvoch plných komôr. Následným miešaním a obehom všetkých troch komôr je zmes pripravená na transfer do bioply nového zariadenia.

Miešanie zmesi trvá 10 hodín, za stáleho ohrevu komôr a udržiavania maximálnych prevádzkových podmienok na zabezpečenie aktivity enzýmu. V procese miešania sa vytvárajú plyny, ktoré sa vyrovnávajú vo všetkých tlakových komorách prepúšťacím ventilom Pri procese miešania sa vytvára mierna pena v celkovej výške nad hladinou cca do 10 cm

V následnom kroku sa uskutoční meranie hodnoty pH pripravenej zmesi. Zo zmesi sa odoberie vzorka, táto sa ochladí na 20 °C a odmeria sa jej pH. Požadované pH má byť v rozmedzí 6,5 ± 0,2. V prípade odchýlky sapH upraví chloridom železitým alebo 24 % hmotn. čpavkovou vodou.

Proces miešania sa potom zastaví, miešacie časti zariadenia sa spoja cez ventil a hadicu s potrubnou trasou producenta a nasleduje pomalý výtlak z komôr do fermentora. Výtlak trvá niekoľko hodín pri regulovaní tlaku tak, aby pena nepresiahla prípustnú hladinovú hodnotu do 10 cm Potom nasleduje fáza splynenia zmesi. Čas zdržania zmesi vo fermentore príjemcu je 20 - 30 dní za stáleho miešania.

V následnom kroku sa zmes presúva do dofermentora príjemcu alebo do koncového skladu externého bioplynového zariadenia. Nasleduje čas zdržania 60 - 90 dní. Potom je potrebné zabezpečiť odčerpanie vody.

V poslednom kroku sa odoberie vzorka zvyškovej hmoty na analýzu a vyhodnotenie jej parametrov v zmysle zákonu o hnojivách - ako sekundárneho zdroja živín.

Pri tomto technickom riešení sa spracovaním odpadu vytvorí ekologický obnoviteľný zdroj živín s primárnou energetickou spotrebou a následnou sekundárnou spotrebou živín v poľnohospodárstve.

Prehľad obrázkov na výkresoch

Na obr. 1 je zobrazené zariadenie na spracovanie organických odpadov pri pohľade zboku, v priereze.

Na obr. 2 je zobrazené zariadenie na spracovanie organických odpadov pri pohľade zhora, v priereze, bez externých častí zariadenia.

S K 8896 Υ1

Príklady uskutočnenia

Príklad 1

Zariadenie na spracovanie organických odpadov má vnútri umiestnené tri samostatné komory z nehrdzavejúcej ocele: prvú komoru la, druhú enzymatickú komoru 1b a tretiu komoru 1c, pričom každá z komôr má vlastné tlakovacie potrubie s prepúšťacím ventilom 2 a výhrevné potrubné hady 3 určené na ohrev komôr. Komory la, 1b, 1c sú spojené s fermentorom 14, pričom sú vzájomne prepojené hadicovým potrubím 4, a to je ďalej spojené s miešacími časťami 5 zariadenia, ktoré sú poháňané kompresorom 6.

Miešacie časti 5 zariadenia sú pripojené cez ventil 10 a následne umiestnený externý hadicový systém 9 kvonkajšej potrubnej trase 7 producenta na vypúšťanie cnzynraticky upraveného odpadu 8, pričom zariadenie je na výstupe cez druhý ventil 11 napojené na externý fermentor 14, dofermentor 13 alebo na externé bioplynové zariadenie 12.

Zariadenie na spracovanie organických odpadov môže byť mobilné.

Pred začiatkom spracovateľského procesu sa odoberú vzorky odpadu z celého procesu tvorby odpadu v prevádzke producenta odpadu, vyhodnotia sa základné parametre odpadu: PH, obsah sušiny, obsah dusíkatých látok ako celkový N, obsah fosforu ako celkový P, obsah rizikových látok, ako je napríklad arzén, vápnik, kadmium, chróm, meď, ortuť, draslík, K2O, horčík, nikel, olovo, selén, zmok, hodnoty mikropolutantov.

Nasleduje test odpadu a jeho biodegradácia v laboratórnych podmienkach diskontinuálnou mezofilnou anaeróbnou digesciou bez miešania (test BMP - Biochemical Methane Potential) pomocou bankových bioreaktorov. Postup vychádza z normy ČSN EN ISO 11734, respektíve z metodického návodu RNDr. Bubeníkovej. Reaktory sú umiestnené vo vodnom prostredí pri teplote 40 °C ± 0,5 °C. Na stanovenie endogénnej produkcie bioplynu a metánu sú použité 2 bio reaktory. Počas 40 dní je zapisovaná teplota (teplota bioplynu), barometrický tlak a prírastok objemu bioplynu. Pri dostatočnom množstve bioplynu v byrete (nad 150 nú) je spravené meranie obsahu metánu prenosným analyzátorom bioplynu Geotechnical Instruments (UK) Ltd. „Biogas5000“ s duálnymi infračervenými senzormi CH4 (0 - 70 % ± 0,5 %) a CO2 (0 - 60 % ± 0,5 %) a elektrochemickými senzormi 02 (0 - 25 % ± 1,0 %), H2 (0 - 2000 ppm ± 2,0 % FS) a H2S (0 - 5000 ppm ± 2,0 % FS) analyzátorom Geotech Biogas5000 (CH4 0 - 70 % ± 0,5 %). pH bolo merané prístrojom WTW 340i so sondou SenTix41, na sušenie bol použitý analyzátor vlhkosti KERN DLB 160 3A s halogénovou lampou a žíhanie bolo vykonané termogravimetrickým analyzátorom LEČO TGA 701. Pri teste sa stanoví dávka enzýmu pomerom k tvorbe plynu a obsahu sušiny.

	t	ililiil	Prudukt	llillll			Stod*» ϊίϊίχΐίίϊίί;		i	I·
x lakáza	70 %	70 %	40 %	15 %	70%	40%	15%		20 %	20%
x cehrläza				60%			60%	70 %'
x ainyläza			10%	5 %		10%	5 %	20 %	30 %	^: 30 %·
x lipázä	20 %	30 %	20 %	5%	30%·	20 %	5 %		20%	20%
x pektináža	10 %		30 3i	15 3¾		30%	15 %	10 %	25 %	25 %
Mediátor (g/liter enzýmu)	2				2:	2	.*)			2
Odporúčané dávkovanie (litre/siichá tojra)	3 ¢1 -3)	3 í 1 - 5)	3 Í2 - 7)	10 (5-15;	ír? 1	(2-7)	10 (5- 15)	10 (5 - 15)	3 (1 -5)	(1 -5)

Tabuľka 1 Zloženie zmesi enzýmov, príklad

V treťom kroku sa prenesie nastavená dávka zmesi k producentovi odpadu. Takto stanovená dávka enzýmov sa denne pridáva do procesov so vznikom odpadu, pričom v každom procese tvorby odpadu je určený pomer a dávkovanie zmesi enzýmov. Po čase zdržania odpadu vo výrobe producenta od 24 hodín do 30 dní nasleduje vypustenie cnzynraticky upraveného odpadu do pristaveného zariadenia na spracovanie organických odpadov. Zariadenie môže byť mobilné. Mobilné miešacie zariadenie má kapacitu miešania 30 m³ odpadu denne rozdelenú do troch samostatných komôr z nehrdzavejúcej ocele. Postupný m nasávaním s a odpad nasáva do prvých dvoch komôr s celkovou kapacitou nasávania 5 m³/hod.

S K 8896 Υ1

Spracovanie organických odpadov sa uskutoční tak, že miešacie zariadenie 5 sa pripojí k vonkajšej potrubnej trase 7 producenta, odkiaľ sa vpustí do zariadenia upravený odpad 8 cez externý hadicový systém 9 a prvý ventil 10, pričom odpad 8 sa postupným nasávaním nasáva do prvých dvoch komôr - do prvej komory la admhej enzymatickej komory 1b, a súbežne s procesom nasávania sa začne proces ohrevu komôr la, 1b, pričom tento proces trvá celkovo 3-5 hodín až do úplného napustenia oboch komôr a do dosiahnutia ich prevádzkovej teploty 65 °C. Potom sa otvorí tretia komora 1c a začne sa proces cirkulácie zmesi vo všetkých komorách, pričom tretia komora 1c obsahuje enľýmna domiešanie do dvoch plných komôr la, 1b. Odpad 8 sa ďalej spracúva miešaním, pričom obieha vo všetkých troch komorách, miešanie trvá 10 hodín za stáleho ohrevu komôr, v ktorých sa udržujú prevádzkové podmienky na udržanie aktivity enzýmu. Pri miešaní vznikajúce plyny sa vyrovnávajú vo všetkých tlakových komorách ich prepúšťacím ventilom 2. Po zmiešaní sa zo zmesi odoberie vzorka, ochladí sa na 20 °C a odmeria sa jej pH, pričom ak namerané pH zmesi nie je v rozmedzí 6,5 ± 0,2, tak sa pH upraví pridaním chloridu železitého alebo 24 % hmotn. čpavkovej vody. Proces miešania sa potom zastaví a miešacie časti 5 zariadenia sa napoja cez prvý ventil 10 a následne umiestnený externý hadicový systém9 k vonkajšej potrubnej trase 7 producenta a pomalým výtlakom sa dostane zmes upraveného odpadu 8 z komôr do fermentora 14, pričom výtlak trvá 3 hodiny s regulovanýmprocesomtlaku. Potom nasleduje fáza splynenia zmesi, pričom čas zdržania zmesi vo fermentore 14 príjemcu je 20 - 30 dní. Následne sa zmes presúva do externého dofermentora 13 alebo do koncového externého skladu bioplynového zariadenia 14, kde je ešte čas zdržania 60 - 90 dní. Po tomto čase nasleduje odčerpávanie vody a následne sa odoberie vzorka zvyškovej hmoty na analýzu a vyhodnotenie parametrov vzorky ako sekundárneho zdroja živín.

Ako enzým na spracovanie odpadu sa použije napríklad LIGNO KAL. Aktivita anaeróbneho prostredia enzýmu LIGNO KAL je taká, že za stáleho miešania spracuje 1,38 % organickej hmoty denne. Odpad 8 obsiahnutý v komorách la, 1b sa v tomto prípade zmieša s enzýmomza stáleho miešania zmesi a primiešaní sa vznikajúce plyny vyrovnávajú prepúšťacím ventilom 2 vo všetkých tlakových komorách la, 1b, 1c tak, že množstvo vznikajúcich plynov sa udržuje v rozmedzí 250 m³ až 550 m³/m³ zmesi.

Priemyselná využiteľnosť

Zariadenie na spracovanie organických odpadov a spôsob spracovania nespotrebovateľných organický ch odpadov podľa tohto technického riešenia sa využije v oblasti poľnohospodárskych, potravinárskych, farmaceutických, ako aj vodárenských spoločností na ekologické spracovanie odpadu a jeho premenu na obnoviteľný zdroj energie alebo na sekundárny zdroj živín pre poľnohospodársku výrobu.

S K 8896 Υ1

Zoznam vzťahových značiek prvá komora (la) druhá komora (1b) tretia komora (1c) tlakovacie potrubie s prepúšťacím ventilom (2) výhrevné potrubné hady (3) hadicové potrubie (4) miešacie časti (5) zariadenia kompresor (6) potrubná trasa (7) producenta odpad (8) externý hadicový systém(9) prvý ventil (10) druhý ventil (11) externé bioplynové zariadenie (12) dofermentor (13) fermentor (14)

Claims

NÁROKY NA OCHRANU

1. Zariadenie na spracovanie organických odpadov, vyznačujúce sa tým, že v jeho vnútri sú umiestnené tri samostatné komory z nehrdzavejúcej ocele, prvá komora (la), druhá komora (1b) a tretia komora (1c), pričom každá z komôr má vlastné tlakovacie potrubie s prepúšťacím ventilom (2) a výhrevné hady (3) na ohrev komôr, a komory (la), (1b), (1c) sú spojené s fermentorom (14), pričom sú vzájomne prepojené hadicovým potrubím (4), a to je ďalej spojené s miešacími časťami (5) zariadenia, ktoré sú poháňané kompresorom (6), a sú pripojené cez prvý ventil (10) a následne umiestnený externý hadicový systém (9) k vonkajšej potrubnej trase (7) producenta na vypúšťanie cnzy matičky upraveného odpadu (8), pričom zariadenie má výstup cez druhý ventil (11) napojený na externý fermentor (14), dofermentor (13) alebo na externé bioplynové zariadenie (12).
2. Zariadenie na spracovanie organických odpadov podľa nároku 1, vyznačujúce sa tým, že je mobilné a má kapacitu miešania 30 m³ odpadu denne.
3. Spôsob spracovania organických odpadov v zariadení definovanom v nárokoch 1 alebo 2, vyznačujúci sa tým, že miešacie časti (5) zariadenie sa pripoja k vonkajšej potrubnej trase (7) producenta, odkiaľ sa vpustí odpad (8) cez hadicový systém (9) a prvý ventil (10), pričom odpad (8) sa postupne nasáva do dvoch komôr, do prvej komory (la) a do druhej komory (1b), a súbežne s procesom nasávania sa začne proces ohrevu komôr (la), (1b), ktorý trvá celkovo 3 až 5 hodín až do úplného napustenia oboch komôr (la), (1b) a do dosiahnutia ich prevádzkovej teploty na úrovni 65 °C, potom sa otvorí tretia komora (1c) a začne sa proces cirkulácie zmesi v komorách, pričom tretia komora (1c) obsahuje enzým, ktorý sa domiešava do odpadu (8) obsiahnutého v plných komorách (la), (1b), potom sa odpad (8) ďalej mieša a obieha vo všetkých troch komorách, pričom miešanie trvá 2 až 10 hodín za stáleho ohrevu komôr, v ktorých sa udržujú prevádzkové podmienky vhodné na zabezpečenie aktivity enzýmu, pričom pri miešaní vznikajúce plyny sa vyrovnávajú vo všetkých tlakových komorách (la), (1b), (1c) ich prepúšťacím ventilom (2), a po zmiešaní sa zo zmesi odoberie vzorka, ktorá sa ochladí na 20 °C a odmeria sa jej pH, pričom ak namerané pH zmesi nie je v rozmedzí 6,5 ± 0,2, tak sa pH zmesi upraví pridaním chloridu železitého alebo 24 % hmotn. čpavkovej vody, proces miešania sa potom zastaví a miešacie časti (5) zariadenia sa napoja cez prvý ventil (10) a následne umiestnený hadicový systém (9) k vonkajšej potrubnej trase (7) producenta na vypúšťanie cnzy matičky upraveného odpadu (8), potom sa pomalým výtlakom dostane zmes upraveného odpadu (8) z komôr (la), (1b), (1c) do fermentora (14), pričom výtlak trvá 3 hodiny s regulovaným procesom tlaku, ďalej nasleduje fáza splynenia zmesi, pričom čas zdržania zmesi vo fermentore (14) je 20 až 30 dní, potom sa zmes presunie do externého dofermentora (13) alebo do externého bioplynového zariadenia (12), kde je ešte čas zdržania 60 až 90 dní, po tomto čase sa odčerpá zo zmesi voda a následne sa odoberie vzorka zvyškovej hmoty na analýzu a vyhodnotenie parametrov vzorky ako sekundárneho zdroja živín.
4. Spôsob spracovania organických odpadov podľa nároku 3, vyznačujúci sa tým, že odpad (8) vstupujúcido zariadenia z potrubnej trasy (7) producenta je cnzy matičky upravený.
5. Spôsob spracovania organických odpadov podľa nárokov 3 alebo 4, vyznačujúci sa tým, že odpad (8) obsiahnutý v komorách (la), (1b) sa zmieša s en^mom za stáleho miešania zmesi a pri miešaní vznikajúce plyny sa vyrovnávajú prepúšťacím ventilom (2) vo všetkých tlakových komorách (la), (1b), (1c) tak, že množstvo plynov sa udržuje v rozmedzí 250 m³ až 550 m³/m³ zmesi.