ZPŮSOBY VYUŽÍVÁNÍ A ODSTRAŇOVÁNÍ ODPADŮ

Fyzikální a chemické zpracování odpadů

Cílem fyzikálního a chemického zpracování odpadů je umožnění regenerace surovin, získání druhotných surovin či energie, odstraňování nebo snížení toxicity nebo snížení nebezpečnosti odpadů a zmenšení objemu odpadů. Některé odpady lze zpracovat přímo u výrobce, nebezpečné chemické odpady, zejména složité směsi, je třeba většinou přepracovat ve zpracovatelských střediscích.

Přepracování průmyslových odpadů u producenta

První fáze zpracování odpadů probíhá vždy u producenta. Ten je k této činnosti stimulován ekonomickými nástroji – cenou surovin včetně vody, cenou energie a úplatami za vznik odpadů a za nakládání s odpady v dalších stupních zpracování. Ke zpracování odpadů se používá celá řada fyzikálních, chemických a biologických procesů:

• separace recyklovatelných a druhotných surovin, např. magnetickými odlučovači, síty, filtrací, odstřeďováním, dekantací

• separace rozpuštěných látek ionexy, extrakcí, elektrochemicky, chemicky

• zmenšování objemu mletím, lisováním, odstraňováním vody sušením, membránovými procesy, odpařováním

• detoxikace rozkladem toxických složek (např. u kyanidů je u producenta povinné)

Přepracování průmyslových odpadů ve zpracovatelských střediscích

Tato střediska provádějí komplexní zpracování průmyslových odpadů za úplatu. Komplexností zpracování se liší od přepracovatelských závodů. Zajišťují svoz odpadů, jejich přepracování a trvalé uložení nevyužitelných zbytků a přejímají po převzetí odpadů veškerou zodpovědnost za jejich odstranění. Cílem přepracování odpadů svezených do střediska je

• znovu získat alespoň část cenných druhotných surovin přítomných jako škodlivá příměs nebezpečných odpadů (chlorovaná rozpouštědla, některé kovy)

• kombinací fyzikálních a chemických procesů odstranit další přítomné nebezpečné složky (separací, dekantací nebo chemickou přeměnou)

• dvoustupňovým rozkladem (chemickým a tepelným) zajistit vysoký stupeň rozložení zvláště nebezpečných odpadních látek, jako jsou PCB, zbytky pesticidů, chlorovaných uhlovodíků .

• tepelnými postupy (vysokoteplotním spalováním nebo pyrolýzou) odstranit spalitelné organické podíly za současného využití uvolněného tepla k výrobě páry

• dále již nezpracovatelné zbytky, pokud ještě obsahují škodlivé látky jako těžké kovy a rozpustné soli, před jejich konečným uložením na skládce nebo využitím ve stavebnictví imobilizovat do vodou nevyloužitelné formy (zpevňování cementací, bitumenací, vitrifikací)

Typy nebezpečných chemických odpadů:

regenerovatelné odpady

- kontaminovaná organická rozpouštědla . Suroviny pro regeneraci rozpouštědel jsou většinou kontaminovány halogenovanými uhlovodíky (trichlorethan, trichlorethylen, tetrachlorethylen) z odmašťovacích lázní nebo z výroby barev a nátěrů. Stripováním a destilací lze získat 70-80% směsi rozpouštědel, které lze použít např. k výrobě barev.

- odpadní vody obsahující těžké kovy. Pokud odpadní vody neobsahují příliš bohatou směs těžkých kovů, lze tyto kovy za ekonomicky výhodných podmínek regenerovat fyzikálně chemickými metodami (např. z odpadních vod z galvanického zpracování kovů lze přítomné kovy získat pomocí ionexů)

- odpadní oleje obsahující vodu a kaly lze regenerovat sedimentací, stripováním rozpouštědel nebo filtrací, odstředěním nebo jinými dělicími technikami.

spalitelné odpady

Všechny nebezpečné odpady, s výjimkou některých anorganických odpadů a výbušnin, lze spalovat. Účinnost rozkladu a tudíž odstranění nebezpečných látek závisí na teplotě a době zdržení ve spalovacím prostoru. Pro většinu nebezpečných organických odpadů, např.pesticidů, je spalování často nejvýhodnějším způsobem jejich rozkladu. Materiály určené ke spalování nesmí obsahovat toxické prvky, které se v průběhu spalování uvolňují a odcházejí v kouři a výbušné látky, které při zpracování mohou explosivně reagovat.

nebezpečné odpady, které lze detoxikovat

Mezi odpady, které lze detoxikovat chemickými metodami, patří odpady obsahující kyanidy nebo chromany pocházející z galvanického zpracování kovů. Kyanidové odpady se např. detoxikují oxidací chlornanem:

CN^- + ClO^- → CNO^- + Cl^-

K detoxikaci méně toxických kyanátových iontů lze použít aeraci nebo reakci s chlornanem:

2 CNO^- + 3 ClO^- + H₂O → 2 CO₂ + N₂ + 3 Cl^- + 2 OH^-

Chromany lze redukovat železnatými ionty, které jsou obsaženy v kyselých mořících lázních (jedná se o redukci rozpustných sloučenin toxických sloučenin Cr⁶⁺ na nerozpustné netoxické sloučeniny Cr³⁺) :

CrO₄^2- + 3 Fe²⁺ + 8 H⁺ → Cr³⁺ + 3 Fe³⁺ + 3 H₂O

Pesticidy a jiné látky obsahující chlor lze rozložit dechloračními procesy, např. působením oganokovových sloučenin se sodíkem (vznikají sodné soli)

Odpady s obsahem těžkých kovů a kyselin - neutralizace a vysrážení kovů ve formě oxy-hydroxidů.

nebezpečné odpady, které nelze zpracovat spalováním nebo detoxikací

Některé látky se v odpadech vyskytují v tak malých množstvích, že provoz takového procesu je ekonomicky nevýhodný, do střediska některé odpady přicházejí bez dokumentace.. Nutno analyzovat a pak za určitých podmínek (toxické složky do spalin, nebezpečí exploze) odstranit spálením, je třeba stabilizovat a řízeně skládkovat. Zcela jiným druhem nebezpečných odpadů vyžadujících speciální zacházení jsou výbušniny nebo tlakové lahve s plyny. Takové odpady většinou likvidují pyrotechnici.

Fyzikální způsoby zpracování odpadů

Základní krok - separace - oddělení vrstev, filtrace, odstředění. Vyčištěná voda může pak odcházet do vodoteče.

Další - sedimentace, dekantace, rozrážení emulzí

Přenos fází - extrakce, adsorpce, vymražování, krystalizace, odpařování, stripování vzduchem a vodní parou, destilace.

Molekulární separace (membránová separace) -  reverzní osmóza (protlačování skrze membránu, elektrodialýza (membránou procházejí ionty)

Adsorbce (z kapalin a plynů), destilace, odpařování, sušení...

Chemické způsoby zpracování odpadů

Tuhé i kapalné chemické odpady lze za určitých podmínek detoxikovat chemickými reakcemi

Zpravidla je nutné rozpustit je ve vhodných rozpouštědlech, přičemž nejvhodnějším rozpouštědlem je voda. V organických rozpouštědlech se detoxikační reakce provádějí jen výjimečně (jejich odstranění je problematické).

Mezi běžné procesy chemického zpracování odpadů patří

• neutralizace kyselých nebo alkalických odpadů

2 H⁺ + Ca(OH)₂ → Ca²⁺ + 2 H₂O

kyselý odpad

2 OH^- + H₂SO₄ → 2 H₂O + SO₄^2-

alkalický odpad

• oxidačně-redukční reakce – toxický kyanidový ion lze oxidovat na méně toxický kyanátový

          CN^-     +        (O)      →  CNO^-

kyanid.odpad      oxid.činidlo     kyanát

Jiným příkladem je redukce rozpustných toxických sloučenin Cr⁶⁺ na nerozpustné a netoxické sloučeniny Cr³⁺:

2 CrO₄^2- + 3 SO₂ + 4 H₂O → 2 Cr(OH)₃ + 3 SO₄^2- + 2 H⁺

• hydrolyzní procesy – detoxikace kyanidů za vzniku amoniaku a mravenčanu sodného

NaCN + 2 H₂O → NH₃ + HCOONa

• srážení – odstranění rozpustných látek ve formě nerozpustných kalů. Nejčastěji se používá hydroxid vápenatý, kterým se odstraňují těžké kovy nebo anionty:

M²⁺ + Ca(OH)₂ → M(OH)₂ + Ca²⁺

2 F^- + Ca(OH)₂ → CaF₂ + 2 OH^-

elektrolýza

ionexová separace

dehalogenace (PCB sodíkem)

Detoxikace a rozklad důležitých laboratorních odpadů

Složení těchto odpadů je různorodé a s časem se může měnit. Dělí se podle vlastností a podle dostupných možností jejich odstranění.

• odpadní laboratorní materiály představují neškodné tuhé anorganické a organické odpady. Pokud neobsahují nebezpečné nebo radioaktivní látky, lze je bez nebezpečí odstraňovat společně s komunálními odpady nebo spalovat.

• chlorovaná rozpouštědla a jiná organická rozpouštědla a kapaliny, pokud neobsahují nebezpečné a radioaktivní materiály a pokud nereagují s vodou nebo vzájemně mezi sebou. Celkový obsah chloru nemá být vyšší než 5%. Proto je třeba dávat přednost málochlorovaným rozpouštědlům před vícechlorovanými a snažit se o jejich maximální regeneraci. Neregenerovatelná rozpouštědla a organické kapaliny se shromažďují a odesílají ke spalování.

• nebezpečné materiály zahrnují toxické, korozivní, oxidující, pyroforické, snadno zápalné, potenciálně výbušné nebo zapáchající chemikálie nebo jejich roztoky. Nebezpečné materiály je třeba detoxikovat nebo imobilizovat v co nejkratší době. Není-li to možné, je třeba je odeslat k odstranění v oddělených uzavřených a dobře označených nádobách. Tyto materiály se nesmí skladovat déle než 2 měsíce.

Stabilizace/solidifikace odpadů

K náročným fyzikálně-chemickým způsobům úpravy odpadů, zejména průmyslových, které představují složité směsi různých materiálů často neznámého složení, patří stabilizace/solidifikace, někdy označovaná jako S/S technologie.

Pojmy stabilizace a solidifikace patří k nejvíce rozporuplným a ne vždy správně chápaným termínům slovníku odpadového hospodářství.

Stabilizace – soubor fyzikálně.-chemických a chemických procesů vedoucích k zamezení nebo k podstatnému zpomalení vyluhovatelnosti škodlivých látek do prostředí. Je to přeměna odpadu na nerozpustný produkt pomocí chemických procesů nebo jeho zachycení na vhodný sorbent.

Solidifikace – převedení stabilizovaných, případně i původních odpadů do pevné formy s dobrými fyzikálními vlastnostmi (pevnost v tlaku, malá propustnost atd.) a mechanickými vlastnostmi umožňujícími bezpečný transport do místa úložiště s únosností vhodnou pro ukládání ve více vrstvách. Je založena na zpevnění odpadu, který má původně skupenství plynné, kapalné nebo pevné pomocí matrice vytvořené anorganickou nebo organickou inertní látkou. Solidifikaci je nutné pokládat za mezní řešení otázky nakládání s odpady.

Fixace je takový případ solidifikace, kdy malé částečky odpadu reagují se složkami solidifkačního média chemicky nebo s nimi vytvářejí směsi.

Enkapsulace je solidifikace, kdy složky odpadu nejsou schopny vytvářet sloučeniny nebo se mísit se solidifikujícím médiem, ale solidifikující médium obaluje malé částečky odpadu a tím je izoluje od životního prostředí.

Solidifikační technologie

Pro trvalé uložení se nejčastěji používají

• hydraulická pojiva, která po smíchání s vodou samovolně tuhnou a to na vzduchu i pod vodou. Pro tyto účely jsou nejčastěji používány portlandské cementy, struskoportlandské a struskové cementy a speciální rychlovazné cementy. Nevýhodou je zvýšení původního objemu odpadu až na dvojnásobek.

• nehydraulická pojiva, která tuhnou pouze na vzduchu. Nejčastěji se používá jemné bílé vápno a vápenný hydrát.

• puzzolanová pojiva – využívají se materiály, které mají . puzzolanické vlastnosti, např.jemně zrnitý popílek ze spalování práškového uhlí nebo popel ze spalování nebezpečných odpadů.

• zpevňování odpadů v tuhnoucích taveninách - jako taveninu lze použít bitumenové (asfaltové) živice, kamenouhelné dehty, síru apod.

Prakticky se používají tři základní druhy technologií:

• cementace je postup, při kterém se odpad nebo vodná suspenze kalů nebo zahuštěného koncentrátu z odparek za případného přídavku písku a retardačních činidel mísí ve vhodném poměru s cementem. Je vhodná především pro anorganické materiály jako je popílek ze spalovacích procesů a odvodněné kaly z čistíren. Provádí se za normální teploty s použitím běžných typů zařízení.

• bitumenace spočívá ve smísení odpadu s roztavenou hmotou, jako je např. bitumenová (asfaltová) živice, kamenouhelný dehet, síra apod. Bitumenace je vhodná pro fixaci kalů nebo kapalných koncentrátů. Provádí se za zvýšených teplot a ve srovnání s cementací má vzniklý produkt menší objem a nižší vyluhovatelnost.

• vitrifikace je založena na převedení anorganických odpadů, např.produktů spalování, na sklo. Dá se použít i pro organické odpady, ale v tom případě je nutno přidat sklotvorné látky, např.odpadové sklo. Vzniklý produkt se vyznačuje vysokou odolností proti působení vody a výrazně se zmenšuje objem odpadů. Je natolik inertní, že se z něj dá vyrábět stavební sklo jako jsou dlaždice, obklady, potrubí, střešní krytiny atd.

Obrázky z laboratoře 1, 2, 3

Nové solidifikační technologie

Většina současných S/S technologií je založena na použití portlandského cementu a jiných hydraulických pojiv. Tyto materiály se budou používat i v budoucnu. Současně se však ve stále větší míře začínají rozšiřovat nové perspektivní technologie:

• sorpční technologie založené na zachycování kontaminantů na sorbentu, který je pevně zasazen v solidifikované matrici. Přidávají se povrchově aktivní aditivy., které mají v molekule polární a nepolární složky, takže jeden konec molekuly se sorbuje na organickou látku a druhý na cementovou matrici.

• modifikované jíly (organofilní jíly) sestávající z bentonitu nebo montmorilonitu s kvarterními amoniovými ionty umístěnými mezi vrstvami hliníku a křemíku v jílech, přičemž nahrazují ionty kovů, které jsou v nich běžně přítomny (Li, Na, K, Mg, Ca). Kvarterní amoniové sloučeniny zvětšují vzdálenost mezi jednotlivými vrstvami jílů a tak umožňují organickým látkám proniknout do molekuly a vytvořit organickou stacionární fázi uvnitř částic jílu. Tím se vytvoří jíl, který má jak organické, tak anorganické vlastnosti, schopný sorbovat organické látky. Organofilní jíly sorbují snadno polyaromatické sloučeniny a ropné zbytky.

• technologie s použitím emulzifikovaných asfaltů a rozpustných fosfátů

• technologie s použitím modifikovaného sirného cementu, silikátů a polymerů, geopolymeů

Obaly pro solidifikované odpady

• ocelové obaly – jejich předností je vysoká tuhost a relativně malá hmotnost
    nevýhodou je malá korozivní odolnost (max. 30 let ve vlhkém prostředí)

• betonové obaly – jejich předností je vysoká pevnost v tlaku, velká trvanlivost a vodotěsnost a poměrně malá energetická náročnost jejich výroby
    nevýhodou je malá pevnost v tahu, možnost tvorby trhlin a velká hmotnost

Právní úpravy

Podobně jako u jiných procesů zpracování odpadů jsou pro rozšiřování technologií solidifikace odpadů důležitější právní úpravy než pokroky v technologiích. V nejpokročilejším stádiu jak z hlediska právní úpravy tak i vhodných technologií je solidifikace odpadů ve Francii. V našich nových právních úpravách se se solidifikací jako s perspektivní technologií úpravy odpadů počítá.

Biologické zpracování

K biologickému zpracování patří kompostování, anaerobní rozklad a biologická detoxikace nebezpečných odpadů.

Kompostování

Aerobní biologický rozkladný proces, jehož účelem je co nejrychleji a nejhospodárněji odbourat původní organické substance v odpadu a převést je na stabilní humusové látky podobné půdnímu humusu, které jsou prospěšné rostlinám. Během tohoto procesu se zhodnocuje organická substance v odpadu pomocí aerobních mikroorganismů za přístupu kyslíku, který slouží jako živina a zdroj energie. Dochází k hydrolýze bílkovin, sacharidů a tuků. Produkty hydrolýzy – aminokyseliny, monosacharidy a alifatické alkoholy se částečně přeměňují za vývinu tepla na organické kyseliny (octovou, máselnou, propionovou) a oxid uhličitý. Při odbourávání organických substancí pomocí mikrooganismů dochází ke zvyšování okolní teploty. Tento v přírodě velmi rozšířený proces se označuje jako samoohřev. Při kompostování odpadů je žádoucí ze dvou důvodů – jednak dochází ke změně skladby mikroorganismů a tím k rychlejšímu odbourávání často značně složitých organických substancí a dále dochází vedle transformace antibiotik pomocí aktinomycet k termické dezinfekci materiálu. Biologickou oxidací se uvolňuje teplo a zvyšuje se teplota až na hodnoty, při kterých mohou přežívat pouze termofilní organismy. Jestliže se teplota se udržuje na požadované hladině dostatečně dlouhou dobu, rozkládají se patogenní mikroorganismy a plevelná semena. Následnou mikrobiální činností se přeměňují organické zbytky na humus, který je užitečný pro zlepšování kvality půd.

Základní podmínky pro kompostování

• vstupní materiál musí obsahovat organické látky v takovém složení, aby byl pro výživu mikroorganismů dodržen potřebný poměr C:N 30:1 a dále musí být zastoupeny biogenní prvky

• vlhkost výchozího materiálu musí být upravena na 50-60%, pH má být neutrální

• dostatečná aerace, aby došlo k ohřátí a k hygienizaci kompostu (60-70°C)

• vstupní suroviny musí být rozmělněny a homogenizovány

Dodržení uvedených podmínek zajistí dokonalou činnost mikroorganismů po celou dobu přeměny organických látek a zrání kompostu

V 1. fázi označované jako mesofilní (rozkladná) dochází k intenzivnímu rozvoji bakterií a plísní za rozkladu lehce rozložitelných látek (cukry, škroby, bílkoviny)

Ve 2. fázi termofilní (přechodné) se nadále rozvíjejí bakterie a především aktinomycety. Odbourávají se obtížněji rozložitelné organické látky jako je celulóza a lignin a současně vznikají stabilní organické látky obsahující humus.

Ve 3. fázi - dozrávací - dochází vlivem autochtonní mikroflóry ke stabilizaci organických látek – kompost se již nezahřívá, hmota je homogenní a nezapáchá

Přídavek vhodných přísad urychluje zahájení kompostovacího procesu a usnadňuje udržení průběhu reakcí správným směrem. Tyto látky urychlují růst rozkladných mikroorganismů a současně mohou zlepšovat kvalitu suroviny pro kompostování, zejména upravit obsah živin, minerálních látek a hodnotu pH. Vlastnosti surového kompostu lze dále zlepšit přídavkem speciálních kmenů mikroorganismů.

Organické látky vhodné ke kompostování

• bioodpad ze separovaného sběru domovních odpadů

• zemědělské odpady (zvířecí fekálie a rostlinné odpady)

• dřevní odpad (kůra, piliny, štěpky)

• odpady potravin pochutin a krmiv

• textilní odpad

• papírenské kaly

• kal a odpad z provozování rybníků

• uhelné odpady

• odpad z městské zeleně

• s ohledem na obsah stopových toxických prvků individuálně posuzovat vhodnost kompostování čistírenských kalů, odpadů ze septiků a žump, směsného domovního odpadu, koželužských odpadů a organických průmyslových kalů

Pro výrobu kompostů, zejména z domovních odpadů, je důležité sledovat obsah těžkých kovů, PCB a ropných derivátů v odpadech. Obsah těchto látek se podstatně sníží zavedením separovaného sběru. Kvalita kompostu může být ohrožena nežádoucími organismy (fytopatogenní houby, hmyz a jeho larvy, plevely a jejich semena) a nebezpečnými a toxickými látkami (biocidy, detergenty). K omezení těchto rizik je třeba udržet aktivní mikrobiální proces. Půdní mikroflóra správně zrajícího kompostu je nejúčinnější v potlačování původců různých nákaz, rovněž tak mikroorganismy jsou nejúčinnější pro rozklad organických xenobiotických látek. Všem těmto procesům napomáhá i zvýšená teplota kompostů. Stopové toxické prvky se mikrobiální cestou neodstraní, ale vazbou na cheláty ztrácejí svou účinnost a tedy i toxicitu. Humus, případně huminové kyseliny, které jsou nejúčinnější frakcí humusu, jsou nejlepším a nejkomplexnějším chelatizačním prostředkem.

V důsledku tvorby kyselin hodnota pH kompostovaného materiálu nejprve klesá z původně neutrální hodnoty na hodnotu 4 až 5. Jak se organické kyseliny v termofilní fázi rozkládají, hodnota pH se postupně zvyšuje na 8,5. Konečný kompost má alkalickou reakci příznivou pro kyselé půdy. Přidává se do půdy v množství 5-50 kg/m² (vyšší množství pro ovoce a zeleninu).

Druhy kompostu

Podle stupně biochemické degradace a konečného zpracování se rozlišují čtyři druhy kompostu:

• surový kompost – odpady jsou mechanicky upraveny pro kompostování bez rozkladu nebo dezinfekce

• čerstvý kompost – kompostované materiály jsou v počátečním stupni biochemické degradace a po úplné dezinfekci

• vyzrálý kompost – plně rozložený a dezinfikovaný produkt

• speciální kompost – kompost dále zpracovaný a tříděný, případně s přídavkem minerálních látek

V průměru lze z 1 tuny odpadu vyrobit v závislosti na místních a klimatických podmínkách 350 až 500 kg kompostu.

Požadavky na správný způsob kompostování

Pro zajištění optimálního způsobu kompostování je nutné dostatečné množství vody a kyslíku, vhodná teplota a přítomnost mikroorganismů. Rozkladné organismy mohou přijímat svou potravu jen v rozpustné formě. K dostatečnému zásobování mikroorganismů vodou a kyslíkem musí být částice určené k rozkladu potaženy jemnou vrstvou vody a pro přístup vody a kyslíku musí být zachována dostatečná pórovitost. Protože rozpustnost kyslíku ve vodě je nepatrná (1 l vody obsahuje jen 6,2 ml kyslíku), je třeba kyslík během rozkladného procesu kontinuálně přivádět. Potřebný vzdušný kyslík může být dodáván buď volným uskladněním nebo umělým odvětráváním (nuceným větráním) a to buď tlakovým v bioreaktorech nebo odsáváním přes děrované dno na uzrávací desce. Jestliže biologický rozklad probíhá při nízkém obsahu kyslíku, nemůže se poměrně vysoký obsah dusíku obsažený v bioodpadu oxidovat a uniká ve formě amoniaku, organických dusíkatých sloučenin (např. aminů) nebo také jako elementární dusík. Čerstvá organická hmota může v půdě působit odumírání kořínků rostlin. V počátečních fázích rozkladu nejsou totiž některé substance i přes vysoký přívod kyslíku ještě dostatečně oxidovány, aby neškodily rostlinám. Bylo zjištěno, že materiál, který byl kompostován při staticky nuceném provzdušňování, ztrácí toxicitu velmi rychle, kdežto při pouhém přehrnování je třeba delší doby.

Systémy kompostování

• kompostování na hromadách

- pro uskladnění bioodpadu upravit zpevněnou plochu, která by měla být zastřešena a odvodněna a vodní výluhy nemohly pronikat do podloží

- k zajištění dostatečné pórovitosti přidat 20 - 30% rozemletých zelených (zahradních) odpadů

- k urychlení procesu rozkladu odpad přehrnovat kompostovací frézou

- optimální výška vrstvy 1,5 – 1,8 m

- při velkých srážkách (nad 800 mm za rok) zakrýt kompostovanou vrstvu vhodným materiálem

- při vícenásobném přehrnování (týdenním) po 8 týdnech prosít a uložit k dozrání. Výška vrstvy by neměla v této fázi překročit 1,8 m, aby byl umožněn přístup vzduchu pro nitrifikaci

- při dodržení odpovídajícího postupu může být kompost vyzrálý již za 3 – 4 měsíce

• kompostování v bioreaktorech

Jedná se o urychlení a optimalizaci kompostování. Proces fermentace probíhá v tepelně izolovaných boxech, kontejnerech, tunelech, věžích nebo bubnech. Nejrozšířenějším typem jsou tepelně izolované mobilní boxy a kontejnery s dobou fermentace 6 až 10 dnů s průběžným provzdušňováním substrátu dmychadly s regulací teploty a biofiltry na čištění odpadních plynů. Výhodou je výrazné urychlení procesu fermentace, omezení plochy potřebné pro kompostování, devitalizace semen plevelů a patogenních mikroorganismů, omezení nepříznivých vlivů na okolí (zamezení pachových emisí – těkavé látky, produkty kvasných procesů za vzniku alifatických kyselin) a plně automatizovaný provoz. Mezi nevýhody patří náchylnost k poruchám a vysoký obsah oxidu uhličitého v uzavřeném systému. Po 6 až 10 dnech fermentace v bioreaktoru je nutné dokončit dozrávací proces klasickou kompostovací technologií na zakládkách po dobu minimálně 4 týdnů.

Anaerobní rozklad

Zařízení na výrobu bioplynu anaerobním rozkladem organických materiálů se dosud používala především pro zpracování zvířecích exkrementů, k anaerobní stabilizaci kalů v městských čistírnách odpadních vod a pro čištění odpadních vod obsahujících značné množství organických látek. Nyní se anaerobní rozklad začíná používat i pro odstraňování pevných a polotekutých organických odpadních materiálů. Ve srovnání s kompostováním má zařízení na anaerobní rozklad menší požadavky na plochu, neuvolňují se páchnoucí emise, z odpadu lze získat energii a zařízení má flexibilní použití. Perspektivní se ukazuje zejména pro zpracování odpadů z průmyslu výroby potravin a nápojů.

Biologická detoxikace nebezpečných odpadů

K perspektivním způsobům detoxikace nebezpečných odpadů patří biodegradace, zapracování nebezpečných odpadů do půdy a enzymatické systémy.

• biodegradace – rozklad nebezpečných odpadů za použití živých organismů nebo jejich produktů umožňujících detoxikovat nebo rozložit nebezpečné chemikálie. Biodegradace je ekonomicky výhodná, vysoce účinná metoda s nepatrnými škodlivými účinky na životní prostředí.

• zapracování nebezpečných odpadů do půdy (landfarming) je proces, při kterém jsou odpady smíchány nebo zapracovány do povrchové vrstvy půdy a řízeným způsobem degradovány, transformovány nebo imobilizovány. Tento proces je méně náročný na dlouhodobé monitorování a údržbu a uplatňuje se zejména jako způsob konečného odstranění.

• enzymatické systémy. Enzymy schopné přeměnit nebezpečné odpady na netoxické produkty lze vypěstovat z mikroorganismů rostoucích v různých kulturách. Vznikající nebuněčné enzymy lze použít pro detoxikaci vody a půdy. Takové surové enzymatické extrakty získané z mikroorganismů mohou např. přeměnit pesticidy na méně toxické a vůči rozkladu méně odolné produkty. Použití enzymů je zcela nová, rychle se rozvíjející oblast.

Mechanicko-biologická úprava odpadů

Mechanicko-biologické úprava (MBÚ) směsných komunálních odpadů (ev. dalších odpadů, jako například určitých živnostenských nebo průmyslových odpadů), je jejich úprava pomocí mechanického roztřídění na využitelné odpady (materiálově i energeticky) a nevyužitelné odpady, a následná biologická úprava vytříděných biologických složek. Bývá považována za alternativu ke spalování, cílem je získat materiál skládkovatelný s minimálním škodlivým účinkem na prostředí - snížení obsahu organického uhlíku na minimum. Oddělení organické - výhřevné - fáze a úprava na (alternativní) palivo (omezený odbyt, kompost je méně kvalitní než zahradní - městský. Provozuje se v Německu a Rakousku, u nás spíše ověřování. Alternativa - biologické vysoušení - intenzivním provzdušněním vzniká suchý stabilizát použitelný jako palivo.

Tepelné zpracování odpadů

K tepelnému zpracování patří spalování, pyrolýza, zplyňování či zkapalňování a oxidace na mokré cestě.

Spalování odpadů

Cílem spalování odpadů je snížit množství organických kontaminantů v odpadech, omezit celkové množství odpadů (a tím zaplnění skládek) a zakoncentrovat těžké kovy v zachycovaném popílku. Spalovat by se mělo jen minimální množství odpadů, které nelze využít jako druhotné suroviny (přednost materiálového zpracování před tepelným). Spalováním se snižuje hmotnost odpadů na 25 až 30% a objem na 10% původní hodnoty (snižují se nároky a náklady na zábor zemědělské půdy a její rekultivaci). Na skládku se pak odváží materiál anorganický inertní s minimem organických zbytků (prodloužení životnosti skládky desetinásobně). To je výhodné zejména v hustě obydlených oblastech, kde je nedostatek půdy pro skládkování neupravených odpadů. Nevýhodou jsou vysoké investiční a provozní náklady, nezbytnost kvalifikované obsluhy a dokonalé kontrolní a měřicí zařízení.

Druhy odpadů použitelných pro spalování

Pro spalování se používají tekuté kaly, tuhé odpady a plynné odpady. Většina odpadů patří mezi méněhodnotná paliva a při spalování vznikají problémy. To platí zejména o komunálním odpadu, který je různorodým materiálem s rozdílnými vlastnostmi. Obtížně spalitelné odpady je nutné mísit s dobře spalitelnými v poměru, který ještě zaručuje trvalé hoření směsi. Jsou to zejména odpady s vysokým podílem inertních materiálů nebo silně vlhké a spékavé odpady. V počáteční fázi spalování a v případech, kdy výhřevnost odpadů je příliš malá, je nutno používat přídavného paliva. Jakost paliva je určována třemi hlavními hodnotami – obsahem hořlavin, popelovin a vody. Pokud má palivo dostatečný obsah hořlaviny, je schopné hoření. Složení odpadů v souvislosti s možnostmi jejich spalování bez .použití přídavného paliva lze znázornit pomocí diagramu spalitelnosti odpadů.

Principy spalování

Odpady se zahřívají stykem s horkými spalinami nebo předehřátým vzduchem a sáláním ze stěn pece. Tuhé odpady lze spalovat bez přídavného paliva, dosahuje-li jejich výhřevnost nejméně 5 000 kJ.kg-1. Takové palivo musí mít

- obsah popelovin < 60%

- obsah vlhkosti < 50%

- obsah prchavé hořlaviny > 25%

Zařízení na spalování odpadů

Hlavním důvodem zvýšeného zájmu o výstavbu spalovacích zařízení jsou přísná regulační opatření týkající se skládkování odpadů. Současné technologie spalování odpadů jsou založeny na dvou metodách – na spalování tuhých odpadů ve spalovnách a na spalování kapalných a tuhých odpadů v rotačních cementových pecích. Spalovny komunálních odpadů pracují normálně při teplotách 800 až 900°C. Pro odstraňování zbytků halogenovaných látek je třeba vyšších teplot (1200 až 1500°C). Rotační pece jsou vhodné v chemických závodech pro spalování odpadů přímo v místě jejich vzniku. Nejdůležitějšími charakteristikami spalovacích zařízení jsou doba a teplota spalování a účinnost promíchávání. Spalování nebezpečných odpadů vyžaduje speciální zařízení s teplotou v rozmezí 900 až 1300°C a prodleva spalin ve spalovacím prostoru musí být minimálně 3 sekundy.

Pochody probíhající při spalování

Většina spaloven má ohniště vybavené rošty, na nichž se odpady spalují. Postupně probíhají následující pochody:

• předsoušení: odpady se předsoušejí sáláním plamene z dalších pásem spalování a vzduchem přiváděným pod rošt, teplota kolem 100°C, vlhkost odpadu se mění v páru

• odplyňování odpadů: sáláním plamene nebo klenby spalovacího prostoru se odpady ohřívají na teplotu 200 až 600°C a dochází k reakcím mezi kyslíkem a uhlíkatými látkami v odpadech, hořlavé látky se přeměňují na těkavé složky.

• zapálení odpadů: na povrchu odpadového lože vznikají místní ložiska hoření, těkavé složky procházejí ohništěm ve formě proudu plynu, lože odpadů prohořívá, teplota 500 až 800°C

• hoření: nezbytný je dostatečný přívod vzduchu (přebytek 40%), hoří plyny i vzniklý polokoks, teplota 1000 až 1100°C, teplo se odvádí spalinami, v loži vzniká popel a škvára

• vyhořívání a odvádění tepla: vzniká velké množství tepla, které je nutno odvádět, teplota je až 1200°C, musí se udržovat pod bodem tavení popela vysokým přebytkem vzduchu, z roštu odcházejí popel, škvára a nespalitelný zbytek odpadů.

Druhy spalovacích pecí a topenišť

• rotační pece – otočné válce s žáruvzdornou vyzdívkou s mírným sklonem, které se pomalu otáčejí a tím zajišťují míšení odpadů. Vhodné pro spalování směsi komunálních i průmyslových odpadů, pastovité i kapalné odpady a kaly (univerzální využití).

• muflové pece – provoz je periodický, do zchladlé pece se zavezou odpady a pak se zahřívá. Vhodné pro spalování zdravotnických odpadů, ropných produktů, zbytků barev a laků.

• etážové pece – pec má tvar stojatého válce, rozděleného na etáže. Osou válce prochází masivní hřídel opatřený rameny, na která se nasazují lopatky ze žáruvzdorné slitiny. Vhodné pro spalování kalů a odpadů s vysokou vlhkostí.

• fluidní spalování odpadů – základní podmínkou je udržení částic fluidní vrstvy ve vznosu. V případě spalování kapalných a plynných odpadů je fluidní vrstva tvořena částicemi inertní hmoty, při spalování tuhého odpadu se částice tuhého odpadu podílejí na tvorbě fluidní vrstvy a musí být proto upraveny na vhodný rozměr a hmotnost.

Přednosti spalování

• rychlý způsob odstranění odpadů. Stabilizace odpadů na skládkách trvá několik roků, kompostování několik měsíců, odpady zůstávají na roštu pouze 1 hodinu

• účinnější snížení objemu odpadů než kompostováním nebo skládkováním. Zbytek po spálení tvoří 25 až 40% hmotn. (8 až 12% obj.) původního objemu odpadů

• zbytek po spalování je tuhý, sterilní a nepodléhá rozkladu

Nevýhody spalování

• vysoké investiční náklady moderní městské spalovny

• potřeba kvalifikované obsluhy pro provoz a údržbu spalovny

• emise některých plynných škodlivin, které nelze dokonale odstranit ze spalin

Ekologické důsledky spalování odpadů

Odpady jsou nejméně čistým druhem paliva. V průměru obsahují až padesátkrát více těžkých kovů než uhlí. Spalovny odpadů jsou velké chemické reaktory s reakční směsí o neznámém a měnícím se složení. Prach se s účinností 99 až 99,5% odstraňuje v elektrostatických odlučovačích (1.stupeň čištění). Kyselé složky (HCl, SO₂, NOx) se odstraňují mokrým způsobem ve vysokoúčinných plynových pračkách, případně polosuchými nebo suchými systémy (2.stupeň čištění). U většiny nových spaloven, zejména budovaných v husté městské zástavbě, se vyžaduje i třetí stupeň čištění spalin spočívající v podstatě v zachycování dioxinů na aktivním uhlí. Emise vznikající ve spalovnách, s výjimkou rtuti a kadmia, představují jen malou část z celkových emisí z elektráren, průmyslu, dopravy a lokálních vytápění. Moderní městské spalovny mohou být instalovány přímo v centrech oblastí produkujících odpady. Spalovna zpravidla produkuje z 1 tuny odpadů 6000 m³ spalin, několik m³ odpadních vod a 0,25 až 0,4 tun tuhých zbytků.

Pyrolýza odpadů

Pyrolýza je tepelný rozklad organického materiálu za nepřístupu zplyňovacích médií jako je kyslík, vzduch, oxid uhličitý a vodní pára. Je považována za perspektivní technologii a ve srovnání s konvenčním spalováním tuhých odpadů by měla být hospodárnější, ale přitom by měla méně znečišťovat životní prostředí. Podle použité teploty se rozlišuje nízkoteplotní pyrolýza (teplota pod 500°C), středněteplotní pyrolýza (teplota 500 až 800°C) a vysokoteplotní pyrolýza (teplota nad 800°C). Vlastní pyrolýzní proces probíhá bez přístupu vzduchu v pyrolýzní komoře, vzniklé plyny se spalují ve druhém stupni (v termoreaktoru 900 až 100°C, ). Pyrolýza je vhodná pro jednotný odpad s neměnným složením, který nemá příliš vysoký obsah škodlivin a nemá tendenci ke spékání. Pyrolýzní jednotky jsou vhodné pro šaržovitý provoz pro spalování netoxického odpadu , který není možné dopravovat do velkých středisek zpracování. Výkon těchto jednotek je maximálně 2,5 tun odpadu za hodinu např. zdravotnického odpadu.