CZ107793A3 - Způsob zpracování biologických odpadů - Google Patents

Abstract

Zpftsob zpracování dvou druhů biologických odpadů, které se spolu mísí, homogenizují a vlhčí a ukládají se plošně do produkčně-reprodukčnfch reaktorů na které se pfisazuje násada žížal typu Eisenia fetida. Šaržovým způsobem se po ukončení produkčně-reprodukčního procesu odebírá vrchní vrstva obsahujícínamnoženéjedince k další násadě a odebíraný zbytek tvoří vermikompost, dokonale stabilizované hnojivo.

Description

Způsob zpracování biologických odpadů

Oblast techniky

Vynález se týká způsobu zpracování biologických odpadů, zejména organických komunálních odpadů, biologických zemědělských odpadů a průmyslových odpadů organického původu na ekologické hnojivo.

Dosavadní stav techniky

Efektivní zpracování a komplexní hodnotných složek exkrementů hospodářských zvířat se provádí obvykle po předchozím anaerobním vytápěním vyhnívání. Při mechanickém odklizu tekutého hnoje u bezstelivových velkochovů hospodářských zvířat se sušinou tekutého hnoje v rozmezí 5 až 10% hmot., se spotřebuje v celoročním průměru v klimatických podmínkách střední Evropy asi 25 až 30% celkové produkce kalového plynu pro vlastní technologický proces. Tato okolnost velmi ztěžuje využívání kalového plynu ze všech druhů čistíren odpadních vod, které používají ke zpracování kalů anaerobního vyhřívaného vyhnívání. Při využití kalové vody a fugátu (filtrátu) při hnojivé závlaze je nutné počítat se skladovacími prostory na kalovou vodu o kapacitě odpovídající nejméně 120 až 150 dennímu zdržení. Při skladování v otevřených nádržích dochází k úniku značné části amoniakálního dusíku do ovzduší vlivem rozkladu labilních amoniakálních solí v kalové vodě a tím i k druhotnému znečištění ovzduší, půdy a podpovrchových vod v okolí skladovací nádrže. Kromě toho je třeba počítat s tím, že závlahová plocha musí být dimenzována tak, aby pro 60 až 80 m³ kalové vody ročně byla k dispozici závlahová plocha 1 ha, aby nedošlo k přehnojení dusíkem.

Zpracování odvodněného vyhnilého tekutého hnoje se provádí termofilním kompostováním za přídavku dalších substrátů, např. prosevu z městských odpadů, cukrovarských kalů apod. na humózní hnojivá. Používané přísady komplikují a prodražují zpracování, aniž by podstatně zlepšovaly hnojivé vlastnosti výsledného produktu. Uvedené komplikace způsobují, že uvedený způsob zpracování exkremen2 tů z velkochovů hospodářských zvířat není příliš rozšířen.

Při biologickém čištění celé řady odpadních vod, především ze zpracování dřeva při výrobě dřevovláknitých desek, buničiny, polobuničiny a papíru, ale i dalších vod např. z chemického průmyslu nebo pivovarského, které nedosahují vůbec, nebo v nedostatečné míře sloučeniny dusíku a fosforu, které jsou nutné pro úspěšný průběh biologického čištění, je nutné dávkovat sloučeniny dusíku a fosforu, tzv. živiny. Většinou se používá k dávkování živin roztoků amonných solí, nebo sodného amoniaku a kyseliny fosforečné, nebo rozpustných fosforečňanů. Dávkování živin do průmyslových odpadních vod se provádí většinou v takovém množství, aby poměr znečištění vyjádřený BSK₅ k obsahu dusíku a fosforu v odpadní vodě přiváděné do biologické čistírny byl 100:5:1, minimálně 100:4:0,8. Množství dávkovaných živin jsou u biologických čistíren velkých průmyslových závodů značné. Kromě finančních nákladů na úhradu živin vyžaduje dávkování výstavbu objektů pro skladování, zařízení na dávkování, údržbu celého systému a soustavnou organizační činnost, aby byly včas zajištěny dodávky živin.

Je také znám technologicky a investičně náročný způsob zhodnocení kalu obsahujícího organické účinky, zejména odpadajícího jako vedlejší produkt čištění městských odpadních vod a vyhnilého anaerobním způsobem, při němž se vyhnilý kal tepelně zpracovává zahříváním na teplotu minimálně 80°C, načež se případně ještě ochlazuje na teplotu 80 až 40°C. Poté se tepelně zpracovaný vyhnilý kal, popřípadě za přítomnosti koagulačního činidla, rozdělí na koncentrát kalu a živný roztok a přídavkem alkoholu s 1 až 3 atomy uhlíku, zpravidla metanolu, minimálně jedné anorganické soli obsahující dusík a popřípadě prekursoru vitaminu B nebo skupiny vitaminů B, jakož i biolátek k živnému roztoku se vytvoří živná půda. Živná půda se očkuje kalem vyhnilým anaerobním způsobem a naočkovaná živná půda se fermentuje anaerobně při teplotě 26 až 38°C a z fermentační kapaliny vzniklé během fermentace se oddělí biomasa, která se pak suší. Kromě náročného řídícího systému si tato technologie vyžaduje gravitační sedimentační nádrže, čerpadla, duplikátory, míchací zařízení, dekantační odstředivky, fer3 mentor, dávkovači zařízení pro metanol, vitamínový aditiv (kyselinu nikotinovou) a další.

Jsou známy dále způsoby likvidace tekutých nebo ztekutitelných potravinářských odpadů, resp. vedlejších produktů z potravinářských výrob u nichž se mohou vyskytovat lipidy a jejich degradační produkty, obvykle v emulgované nebo rozpustné formě, proteiny, volné aminokyseliny, sacharidy a polysacharidy a z nich vznikající produkty včetně glycidů, jednoduché cukry a jejich deriváty, celulózu, škroby i dextriny, produkty kvašení cukrů, mastné kyseliny i alkoholy a minerální látky přírodního organického materiálu. Nejsou přípustné pouze látky všeobecně toxické pro mikroorganizmy a látky inhibující metanogenní procesy. Obvykle vyžadují likvidace těchto odpadů jako předstupeň jejich zpracování na hodnotný biologický humózní substrát aplikaci chemických procesů, převážně pak spalování. U odpadů s vysokým obsahem vody je likvidace obtížná, spalovací proces je energeticky náročný nebo je nutné tyto odpady předupravit nebo zahustit. Biologické čištění a následné zpracování odpadů ve specializovaných čistírnách není jednak vhodné pro všechny druhy potravinářských odpadů,např. pro vody s plovoucím tukem a co je hlavní, nedosahuje se bez dočištění ekologicky přípustných norem pro kvalitu vypouštěných vod. Nevýhodou je také malá univerzálnost technologického procesu pro odlišné typy odpadů a také to, že vřazená čistící jednotka musí pracovat nepřetržitě, at už zcela kontinuálně nebo v šaržovém procesu se zásobní nádrží. Obtížně se přitom zvládají nárazové výkyvy v kvalitě i kvantitě vstupujících látek, nesnadno se realizují jednorázové likvidace nebo kampaňový provoz. Pokrokem v předúpravě těchto látek pro výrobu biologicky cenných substrátů je likvidace tekutých nebo ztekutitelných potravinářských odpadů jejich vtlačováním do lože skládky tuhého komunálního odpadu, která je v biologicky aktivním stadiu metanogenního kvašení se současným odčerpáváním vznikajícího plynu a recirkulací průsakových vod. Technologie ovšem vyžaduje, aby se odpad před vtlačováním do lože komunální skládky chemicky, enzymaticky nebo biologicky upravoval, např. propichovým kvašením nebo ohřevem pod bod varu vody. Technologické zařízení si vyžaduje zásobní nádrže s mísiči a vtláčecí čerpadla, která vhání nutrient do sítě vtlá4 čecích vrtů v loži skládky komunálního odpadu.

Obtížným problémem je zpracování kejdy z ekrementů užitkových zvířat na biologicky netoxické kapalné hnojivo, jímž lze dávkovat organicky méně nebo málo hodnotné tuhé komponenty pro přípravu hnojivového substrátu. Kejdu je možno zpracovávat několika způsoby. Prvním je její rozvoz na pole, přičemž se využívá sorpčních vlastností půdy k její likvidaci, ale je vyloučeno její použití ve vegetačním období a kromě toho je značné bakteriologicky znečištěná. Aerobně-biologické čištění kejdy je investičně a většinou i energeticky náročné. Přitom významná část organických látek a většina ostatních cenných hnojivých látek, zejména čpavek,se zničí nebo projde čističkou a nevyužije se. Kromě toho v zimním období je v důsledku nízké biologické aktivity mikroorganizmů účinnost této technologie nevyhovující. Dalším způsobem je kombinace anaerobního vyhnívání a aerobního dočištění, které je dosud technologicky nejdokonalejším řešením.

V anaerobním vyhnívání produkují ve fermentoru při teplotě 35 až 40°C anaerobní bakterie bioplyn, tj. v podstatě směs metanu a oxidu uhličitého. Přitom se ale ve zpracovávané kejdě rozloží tolik odbourátelných uhlíkatých látek, že jejich poměr k dusíkatým látkám poklesne pod kritickou hodnotu, která je podmínkou pro aktivitu baktérii. Tento problém se řeší bud přídavkem odbouratelné uhlíkaté látky, například metanolu, nebo snížením obsahu dusíkatých látek odčpavkováním. Druhá možnost je výhodnější. Odpadní voda po metanové fermentaci, mechanické separaci tuhého podílu a odčpavkování je aerobně dočistitelná s podstatné menšími investičními a provozními náklady než surová po samotné mechanické separaci. Nevýhodou, podobně jako u některých dříve zmíněných technologií, jsou značné investiční náklady zejména v části anaerobního čištění. Tuto nevýhodu lze částečně zmírnit modifikací popsané technologie tím, že se kejda po mechanické separaci tuhého podílu zalkalizuje vápněním. Čpavek se uvolní z chemické vazby, přičemž tenze jeho par nad odpadní vodou se citelně zvýší. Tím se sníží množství energie pro vypuzení čpavku z odpadní vody a výhodně lze využít druhotného efektu alkalizace, při níž se sraženina uhličitanu vápenatého váže na jemné nerozpuštěné organické nečistoty. Tato dobře sedimentující sraženina (kal) tvoří základní složku stabilizovaného biologického substrátu. Tento způsob však má za následek degradaci cenných biologických látek a kalcinace si vyžaduje poměrně nákladné investiční zařízení.

Podstata vynálezu

Uvedené nedostatky odstraňuje způsob zpracování biologických odpadů používající násady žížal rodu Eisenia fetida k přeměně biologických odpadních látek na stabilizované, ekologicky čisté hnojivo a podstata vynálezu spočívá v tom, že jako vstupní látky se použijí nejméně dva typy A, B biologických odpadních látek, které se spolu mísí, homogenizují a vlhčí a k takto připravené směsi se přidává plošně násada žížal rodu Eisenia fetida a po tímto vyvolaném reprodukčně-produkčním procesu se odebírá z produkčně-repro dukčního reaktoru vrchní, reprodukční vrstva s namnoženými žížalami k použití pro další násadu a spodní, produkční vrstva transformovaná do biologicky stabilizovaného humózního substrátu se odebírá k použití jako hnojivový produkt.Typem A odpadů jsou zejména exkrementy užitkových zvířat, například kejda, chlévská mrva a pod., fermentovaná organická hmota, například tlející sláma, zbytky rostlinného původu a pod. a odpadní substráty z bioreaktorů po anaerobním kvašení, například výlisky z tekuté frakce bioreaktoru, sedimenty, filtráty a pod. a druhý typ B odpadů tvoří zejména komunální a organický odpad, například desintegrované zbytky z jatek, drůbežáren, krev a pod., organický odpad zpracovatelského průmyslu, například z papíru, cukrovarů a pod. a kaly z čistíren odpadních vod. Poměr vstupní látky typu A k typu B je 35 až 45 ku 55 až 60, vyjádřeno v objemových procentech, jejichž relativní vlhkost se po smísení a homogenizaci směsi upravuje na 70 až 90% a acidita, resp. alkalita směsi se upravuje výhodně například vápenným mlékem na pH = 6,5 až 8,0. Ke směsi vstupních látek A + B se přidává plošně, v horizontální rovině násada obsahující 500 + 60 vyvinutých jedinců žížal z rodu Eisenia fetida v 1 dm³, rozprostírá se na zhomogenizovanou směs vstupních látek A+B v množství 50+6 tisíc jedinců zizal na 1 m , přičemž plocha násady udržované v teplotním rozmezí 8 až 36°C se doplňuje každých 5 až 15 dnů o další vrstvu směsi A + B v množství 50 + 5 kg na 1 m² produkční plochy. Poté, kdy základní vsázka směsi vstup6 nich látek typu A + B spolu s doplňovanými vsázkami této směsi dosáhne výšky min. 45 cm, se odebírá vrchní, produkční vrstva z produkčně-reprodukčního reaktoru, obsahující namnožené žížaly, jako nová násada do produkčně-reprodukčního procesu.

Výsledným produktem tohoto postupu je vermikompost, stabilní a výsoce účinné hnojivo, bez zápachu s vysokým obsahem humusu, mikrorganizmů, živin a stimulátorů. Vyznačuje se vysokou zúrodňovací schopností, která je dána vysokým obsahem stabilních organických látek a mikroorganizmů. Obsahuje 40 až 60% organických látek dokonale stabilizovaných. Pro srovnání obsahuje stabilizovaných organických látek rašelina 10%, zralý hnůj skotu 12%. Vermikompost má velmi dobré chemické vlastnosti, napomáhá mineralizaci dusíkatých látek, zvyšuje iontovou výměnu, regulaci růstu a snižuje zpětný rozklad draslíku. Jeho biologické vlastnosti jsou určeny dobrým obsahem mikroorganizmů, jejich účinností a pozitivním působením při likvidaci toxických látek chemických hnojiv. Vermikompost ovlivňuje protipatogenní činnost a tím zvyšuje přirozenou odolnost rostlin. Obsažené enzymy ovlivňují biologicky aktivní procesy a obsahem humátu zvyšují výrazně klíčivost semen. Podporuje příjem živin a regeneruje bakteriální flóru a tím úrodnost jalových půd a reguluje zvýšení podílu a účinnost dusičnanů v půdě. Přítomnost hormonů a enzymů, které podporují enzymatickou a hormonální činnost v rostlinách, stimulují a řídí tvorbu kořenů absorbcí živných prvků, růst, kvetení a tvorbu plodů. Vermikompost umožňuje až 50%-ní náhradu průmyslových hnojiv, zvyšuje efektivnost v zahradnictví a květinářství při setí, přesazování a pěstování ovocných a okrasných stromů a keřů. Vermikompost se dá dobře využít k extrakci huminových kyselin, které se také používají v kosmetickém průmyslu.

Přiklad provedení vynálezu

Způsob zpracování biologických odpadů a jejich zpracování postupem podle vynálezu na biologicky stabilizované hnojivo - vermikompost se provádí v plošných produkčně-reprodukčních reaktorech bud krytých, vyhřívaných v chladném klimatickém období odpadní kondenzační vodou z parovodních ohřívačů otápěných bioplynem nebo na otevřených záhonech. Záhony se zakládají v šířce 2 až 2,4 m v libovolní délce u nichž je vhodné dodržovat mírný sklon pro odtok přebytečné vody. Venkovní záhony se chrání proti vysychání například jutovými přehozy.

Pro založení 1 m² záhonu se použije například 0,25 m vysoká vrstva chlévské mrvy jako základu pro založeni záhonu, 0,4 m^J separované, tuhé frakce, chlévské mrvy, ovčího, králičího a koňského hnoje. Chlévská mrva a separovaná prasečí kejda se ponechají vyhřát 4 až 6 týdnů a ostatní odpady se poté do nich vmíchávají. K této složce A se poté vmíchává složka B v objemu 0,6 m³ obsahující vlákniny a celulózy, jako například karton, bavlněný odpad, plevy, sláma, listí a organický komunální odpad, pozůstávající s výhodou z jatečních zbytků. Násada žížal v záhonu obsahuje přibližně 50.000 jedinců na 1 m², což představuje u jednoho záhonu s 40 m² plochy potřebu asi 2 mil. žížal. Jeden milion žížal spotřebuje za měsíc asi tunu krmivá a vyprodukuje 400 až 500 kg vermikompostu. Záhon se přikrmuje shora v množství asi 2.000 kg směsi A + B každých 14 dnů až do přibližné výšky záhonu 0,65 m. Tímto postupem může v jednosměrném provozu jeden pracovník zvládnoust výrobu vermikompostu na ploše až 5.000 m². Po dosažení požadované výšky záhonu se odebírá vrchní vrstva v síle 0,10 až 0,20 m v níž se nachází rozmnožené žížaly ve velmi vysoké koncentraci a přenesou se k další násadě. Zbytek záhonu se odebere až na základní vrstvu, dosušuje se a dopravuje se k odběru, expedici nebo do balírny.

Orientační slož Organická hmota Dusík celkem Draslík celkem PCB

Bakterie í vermikompostu v 50 - 60 %

1,5 - 2 %

- 2 % max. 0,05 mg/kg 4 mil./kg sušině:

Org. uhlík Fosfor celkem Vápník celkem pH

- 40 % 3 - 4 %

- 4 % 7-8

Claims (5)

1. PATENTOVÉ NÁR-OKY.“ ⁵ ο

   I I

   1. Způsob zpracování biologických odpadů s použitím násady žížal rodu Eisenia fetida k přeměně biologických odpadních látek na stabilizované ekologicky čisté hnojivo, vyznačuj ící se t í m, že jako vstupní látky se použijí nejméně dva typy A, B biologických odpadních látek, které se spolu mísí, homogenizují a vlhčí a k takto připravené směsi se přidává plošně násada žížal rodu Eisenia fetida a po tímto .vyvolaném reprodukčně-produkčním procesu se odebírá z produkčně-reprodukčního reaktoru vrchní, reprodukční vrstva s namnoženými žížalami k použití pro další násadu a spodní, produkční vrstva transformovaná do biologicky stabilizovaného humózního substrátu se odebírá k použití jako hnojivový produkt.
2. 2. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že typem A odpadů jsou zejména exkrementy užitkových zvířat, například kejda, chlévská mrva a pod., fermentovaná organická hmota, například tlející sláma, zbytky rostlinného původu a pod. a odpadní substráty z bioreaktorů po anaerobním kvašení, například výlisky z tekuté frakce bioreaktorů, sedimenty, filtráty a pod. a druhý typ B odpadů tvoří zejména komunální a organický odpad, například desintegrované zbytky z jatek, drůbežáren, krev a pod., organický odpad zpracovatelského průmyslu, například z papíru, cukrovarů a pod. a kaly z čistíren odpadních vod.
3. 3. Způsob podle nároků la2, vyznačující se tím, že, poměr vstupní látky typu A k typu B je 35 až 45 ku 55 až 60, vyjádřeno v objemových procentech, jejichž relativní vlhkost se po smísení a homogenizaci směsi upravuje na 70 až 90% a acidita, resp. alkalita směsi se upravuje výhodně například vápenným mlékem na pH = 6,5 až 8,0.
4. 4. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že ke směsi vstupních látek A + B se přidává plošně, v horizontální rovině násada obsahující 500 + 60 vyvinutých jedinců žížal z rodu Eisenia fetida v 1 dm³,rozprostírá se na zhomogenizovanou směs vstupních látek A+B v množství 50 +6 tisíc jedinců žížal na 1 m², přičemž plocha násady udržované v teplotním rozmezí 8 až 36°C se doplňuje každých 5 až 15 dnů o další vrstvu směsi A+B v množství 50 + 5 kg na 1 m² produkční plochy.
5. 5. Způsob podle nároků la4, vyznačující se tím, že poté, kdy základní vsázka směsi vstupních látek typu A+B spolu s doplňovanými vsázkami této směsi dosáhne výšky min. 45 cm,se odebírá vrchní, produkční vrstva z produkčně-reprodukčního reaktoru, obsahující namnožené žížaly, jako nová násada do produkčně-reprodukčního procesu.