Kompostowanie osadów ściekowych

Wstęp

Kompostowanie osadów ściekowych jest jedną z form ich stabilizacji, zapewniającą redukcję masy, uwodnienia, a także zabicie organizmów chorobotwórczych. Osady po procesie kompostowania mogą być ponownie wykorzystane w środowisku, jako

cenny biologicznie nawóz rolniczy
materiał strukturotwórczy i rekultywacyjny
materiał do kształtowania krajobrazu

W rejonach podmiejskich, gdzie dostęp do obornika jest utrudniony, kompost z osadów ściekowych może być tanim nawozem organicznym i służyć w zakładach zieleni miejskiej, do odtwarzania i konserwacji trawników, jak też w przemyśle ogrodniczym, leśnym, itp. Poniżej zostaną omówione sposoby kompostowania osadów ściekowych. Materiał powstał min. na podstawie literatury:

[1] Osady ściekowe – teoria i praktyka. I.B. Bień, K. Wystalska
[2] Właściwości osadów ściekowych oraz wybrane sposoby ich unieszkodliwiania i utylizacji – Józef Malej. Politechnika Koszalińska
[3] Zalety i wady kompostowania osadów ściekowych w porównaniu z termicznym ich spalaniem – studium
przypadku. Beata MALCZEWSKA, Sławomir WOŹNIAK, Bartosz JAWECKI, Wydział Inżynierii Kształtowania Środowiska i Geodezji, Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu
[4] BADANIA WPŁYWU AERACJI NA DYNAMIKĘ PROCESU KOMPOSTOWANIA OSADÓW
ŚCIEKOWYCH W BIOREAKTORZE Jacek DACH, Paweł NIśEWSKI, Aleksander JĘDRUŚ, Piotr BONIECKI Instytut Inżynierii Rolniczej Akademia Rolnicza im. Augusta Cieszkowskiego w Poznaniu
[5] Wpływ kompostowania osadów ściekowych na zawartość wybranych metali i ich frakcji, Katarzyna Ignatowicz, Katarzyna Garlicka, Tomasz Breńko

Wymagania podstawowe kompostowania [2]

Kompostowanie, z uwagi na wątpliwej jakości produkt końcowy, stosowane jest głównie w małych oczyszczalniach ścieków, gdzie może zastąpić proces stabilizacji tlenowej lub beztlenowej osadów. Jako niezbędne warunki dla prawidłowego kompostowania osadów ściekowych wymienia się [Siuta, Wasiak 1991, 1994, Siuta 1999]. Należą do nich:

dużą zawartość części organicznych i określony stosunek osadu do materiałów uzupełniających,
stosunek w mieszaninie węgla do azotu C:N = 25÷65,
temperatura procesu kompostowania 55÷60°C,
wilgotność w mieszaninie kompostowej 50÷60%,
dobre doprowadzenie powietrza, w ilości 300 m³/t s.m. w ciągu jednej godziny, w czasie największej aktywności i temperaturze 60°C; średnią wartość podaje się 90÷160 m³/t s.m.·h,
jako skuteczny czas kompostowania przyjmuje się minimum 21 dni (czasami 30 dni),
długość okresu dojrzewania – 10÷30 dni,
zapotrzebowanie tlenu dla kompostu ustabilizowanego od 1,0÷1,5 g O₂/kg s.m.·d.

Rodzaje materiałów strukturotwórczych przedstawia tabela [2]

Metody kompostowania osadów ściekowych

Metody kompostowania osadów ściekowych [1] można ogólnie podzielić na:

kompostowanie z dodatkiem materiału strukturotwórczego
kompostowanie bez dodatku materiału strukturotwórczego

Przy czym obie metody mogą zachodzić w:

pryzmach lub stosach kompostowych
reaktorach statycznych lub dynamicznych

Kompostowanie w pryzmach

Polega na uformowaniu osadów ściekowych w pryzmy wraz z materiałem strukturotwórczym, który stanowi najczęściej: słoma, wióry z drewna, trociny, odpady komunalne, liście, itp. Pryzmy takie mogą być następnie napowietrzane przez proces mechanicznego odwracania lub za pomocą dmuchaw.

Rys. Kompostowanie w pryzmach i stosie napowietrzanym (Oleszkiewicz 1998).

Zalecana wysokość pryzmy nie powinna przekraczać 1,5-2,0m. Całkowita długość dochodzi do 100 i więcej metrów. Pryzmy napowietrzane przez odwracanie mechaniczne materiału, wolniej ulęgają bezpiecznej biodegradacji. „Bezpieczny” kompost (według badań w USA, Szpadt 1993) uzyskuje się w nich dopiero po około 15 dniach, w temperaturze >55°C, pod warunkiem co najmniej 5-cio krotnego odwracania. Pryzmy napowietrzane dmuchawami i systemem rur umieszczonych pod stosem, znacznie szybciej ulęgają rozkładowi biologicznemu. Kompost bezpieczny można w nich uzyskać już po około 3 dniach w temp. >55°C.

Generalnie, z doświadczeń w krajach zachodnich wynika, że skuteczne kompostowanie osadów ściekowych wymaga ich intensywnego napowietrzania, szczególnie w ciągu kilku pierwszych dni. Powoduje to szybki wzrost temperatury do 55-60°C i intensywny rozkład biologiczny, jak i stopniowe suszenie kompostu. W pierwszym okresie występuje też intensywne wydzielanie odorów. Muszą być więc one odsysane ze stosu (dezodoryzacja pryzmy), szczególnie przy kompostowaniu osadów surowych i zmieszanych. Po pewnym czasie intensywność procesu maleje, a jego temperatura obniża się do 30-40°C. Po kilku tygodniach następuje dalszy spadek temperatury, aż do osiągnięcia temperatury otoczenia. Cały proces kompostowania w pryzmach trwa maksymalnie do 6 miesięcy.

Pryzmy pracują zwykle w systemie porcjowo-ciągłym. Surowa mieszanina osadu + dodatki dostarczana jest na początku stosu, a dojrzały kompost usuwany na jego końcu.

Nieco inną metodę kompostowania zastosowano w Polsce w Sokółce [5]. Osady ściekowe zmieszano tam z trocinami w ilości 30% całej masy kompostowej. Przygotowana mieszanka była następnie usypywana w stos w hali łukowej, gdzie pozostawała w warunkach beztlenowych przez okres 3 tygodni, podczas których wzrastała w niej temperatura. Po trzech tygodniach procesu beztlenowego, mieszanina służyła do usypywania w pryzmy. Rys. poniżej

Rys. Przekrój przez pryzmę kompostu w Sokółce. Ozn. 1. warstwa okrywowa ( słoma lub kartony) – 30 cm; 2. rury odciągające gazy z pryzmy; 3. słoma; 4. mieszanina kompostowa; 5. podłoże pryzmy ( źr. [5])

W trakcie usypywania do wnętrza pryzmy wkładane są ruszty odciągające gazy powstające w mieszaninie kompostowej. Metoda „odsysania” gazów zwiększa możliwość penetracji powietrza atmosferycznego w całym przekroju pryzmy. Następnie do ułożonych wcześniej rusztów podłączony zostaje wentylator. Praca wentylatora zapewnia powstanie warunków tlenowych w pryzmie, ale nie powinna powodować spadku temperatury poniżej
40o C. Napowietrzanie pryzm trwa ok. 14-20 dni. Po tym okresie proces kompostowania tlenowy jest zakończony.

Rys. Schemat instalacji odciągowej. 1. rura stalowa z nawierconymi otworami; 2. rura spiro; 3. rozdzielacz powietrza; 4. rury z PVC; 5. wentylator wysokociśnieniowy; 6. Silnik. (źr. [5])

Po okresie napowietrzania pryzm materiał z kompostu jest składany w hali łukowej w celu dalszej obróbki. Ostatnim etapem procesu kompostowania osadu ściekowego jest proces dojrzewania kompostu, proces ten trwa od trzech do sześciu tygodni w zależności od warunków atmosferycznych i temperatury. Niskie będą powodowały wydłużenie procesu dojrzewania. W celu przyspieszenia procesu dojrzewania i uzyskaniu prawidłowej gruzełkowatej struktury kompostu stosuje się kilkakrotne przesypywanie przy użyciu agregatu składającego się z ciągnika i rozrzutnika obornika. Prawidłowo prowadzona technologia kompostowania osadu ściekowego z trocinami zapewnia uzyskanie dobrego nawozu organicznego o szerokim zastosowaniu w rolnictwie.

Kompostowanie membranowe

To pewne unowocześnienie kompostowania pryzmowego, polegające na przykryciu całej pryzmy specjalną membraną, która nie przepuszcza odorów, a przynajmniej ogranicza ich emisję do minimum, chroniąc jednocześnie przez rozwlekaniem odpadów przez ptaki, czy silny wiatr. Przykładem tego rozwiązania jest system CONVAERO firmy Eggersmann. W kompostowni membranowej przygotowany do kompostowania materiał osadów ściekowych, wraz z materiałem strukturotwórczym, umieszczany jest w podłużnych boksach ograniczonych z obu stron betonowymi zasiekami. W podłożu wykonany jest system doprowadzenia powietrza, a od góry za pomocą urządzeń jezdnych rozkładana jest membrana.

Fot. Kompostownia membranowa systemu CONVAERO.

Temperatura w stosie odpadów bez problemu wzrasta tutaj do 60-70°C, w wyniku czego następuje biologiczny rozkład i jednocześnie parowanie wody (widoczne na zdjęciu), obniżające wilgotność mieszanki do około 20%. Mamy więc jednoczesne suszenie osadów, powiązane z rozkładem substancji biologicznych i ich higienizacją. Membrana chroni otoczenie przed emisją odorów, ale także zabezpiecza pryzmę przed wtórnym zawilgoceniem opadami deszczu. Po około 4 tygodniach odpady są gotowe do dalszej przeróbki.

Rys. Przekrój przez pryzmę kompostu w systemie Convaero.

Kompostownie kontenerowe

Kompostowanie osadów w pryzmach jest procesem długotrwałym, wymagającym dużej powierzchni i obarczonym szeregiem niedogodności, jak chociażby odory wydobywające się z pryzm kompostowych. W małych zakładach przetwórczych, przy ilości osadów ściekowych nie przekraczających kilku tys. ton na rok, ciekawym rozwiązaniem są mobilne kompostowanie kontenerowe. Poniżej przedstawiam rozwiązanie KNERR firmy Horstmann.

Fot. Stacja załadowcza kontenreów do kompostowania osadów ściekowych (żr. Horstmann).

W kompostowni systemu KNERR firmy HORSTMANN przygotowana mieszanka osadów, pozbawiona części metalowych i zmieszana z frakcją zieloną, ładowana jest do kontenerów. Proces intensywnego kompostowania trwa około 14 dni, a sterowanie i kontrolę nad nim przejmuje komputer. Umożliwia on pełną kontrolę wszystkich parametrów procesu kompostowania tzn. temperatury minimalne i maksymalne w każdym z kontenerów, czas napowietrzania, wilgotność, całkowitą długość trwania procesu kompostowania w każdym kontenerze. Istnieje możliwość nawilżania powietrza dolotowego.
W czasie fazy intensywnej powietrzne opuszczające kontenery poprzez system rurociągów odpowietrzających przechodzi przez filtr biologiczny, który oczyszcza je z nieprzyjemnych zapachów. Oczyszczanie z odorów prowadzone jest jednofazowo poprzez biofiltr. Również nadmiar wody procesowej powstającej w czasie fazy intensywnej zostaje rurociągiem odprowadzony do kanalizacji technologicznej.
Kompost zostaje wysypany z kontenerów i usypuje się z niego pryzmy, które podlegają procesowi dojrzewania na świeżym powietrzu. Faza dojrzewania trwa od 6 do 12 tygodni, okres ten uzależniony jest od warunków pogodowych, rodzaju materiału poddawanego kompostowaniu. W fazie dojrzewania konieczne jest przerzucanie pryzm kompostu w celu napowietrzania materiału.

Rys. Kompostownia kontenerowa systemu HORSTMANN.

Podobny system oferuje Herhoff. W odróżnieniu do technologii Horstmanna, kontenery wykonane są tutaj jako betonowe. Czas homogenizacji trwa od 7-10 dni. W tym czasie następuje redukcja masy odpadowej o 35–45% oraz proces higienizacji w temperaturze do 70°C . W końcowej fazie tego procesu ma miejsce intensywne przewietrzanie bioreaktora, mające na celu schłodzenie i przesuszenie kompostu. W kolejnej fazie kompost zostaje poddany procesowi dojrzewania na pryzmach przez 12–16 tygodni. Dojrzały kompost ulega przesianiu przez sito bębnowe (średnica oczek – 15–25 mm). Pozostałość nadsitowa zostaje wykorzystana jako powtórny materiał strukturalny.

Rys. Proces Herhoff.

Kompostownia bębnowa

To oferta zamkniętego systemu kompostowania firmy Stalbudom. Kompostowanie osadów w technologii bębnowej to w pełni kontrolowany proces (zwłaszcza pod kątem kontroli odorów) umożliwiający przekwalifikowanie osadu na produkt dopuszczony do obrotu zewnętrznego, czyli niebędący już odpadem.

Fot. Kompostowania bębnowa (żr. Stalbudom).

Przebieg procesu w technologii kompostowania bębnowego wygląda następująco:

Osad z mieszaniną słomy, liści czy trawy, wprowadzany jest do bębna kompostującego. Pojemność bębna dostosowywana jest do wytycznych projektowych i osiąga maksymalnie 130 m3. Odpady większe gabarytowo są przed zmieszaniem rozdrabniane, następnie wstępnie mieszane w odpowiednich proporcjach i zadawane na początek bębna.
Wewnątrz bębna mieszanina jest napowietrzana, a temperaturę kontroluje układ czujników, dzięki czemu w bębnie utrzymywany jest jej stały poziom. Zarówno układ zadawania odpadów do bębna, sam bęben, jak i układ odbioru kompostu z bębna są hermetyczne, w związku z czym nie ma możliwości emisji złowonnego powietrza na zewnątrz instalacji. Tym samym najbardziej uciążliwa faza procesu – tzw. faza gorąca – przebiega w izolowanym termicznie bębnie, z którego złowonne poprocesowe powietrze odciągane jest do biofiltra i oczyszczane.
Dzięki obrotowi bębna otrzymujemy stałą mieszankę o jednolitym, zhomogenizowanym składzie i skracamy proces fazy gorącej do dwóch tygodni. Po tym okresie kompost systemem przenośników usuwany jest z bębna na zewnątrz, nie posiada już cech złowonnych, ma postać ziemistą i jednorodny skład. Kompost taki po wystudzeniu może być magazynowany w monopryzmach na terenie magazynu, skąd wywożony będzie do miejsc docelowego zagospodarowania.
Proces prowadzony jest w układzie liniowym, co oznacza, że na bieżąco doprowadzane są nowe porcje odpadów do kompostowania, a partie kompostu wyrzucane są z bębna.

Fot. Finalny kompost (żr. Stalbudom)

Kompostownia systemu DANO

Główny element ciągu technologicznego systemu Dano, to tzw. biostabilizator – stalowy wypełniony odpadami walec, która obraca się wzdłuż swojej dłuższej osi z określonymi prędkościami, od 0,6 do 0,8 obr./min (ryc. 5). Biostabilizator jest wyposażony w instalację napowietrzania. W urządzeniu tym odbywa się mieszanie, homogenizacja odpadów oraz proces wstępnego rozkładu tlenowego i higienizacji. Materiał z biostabilizatora jest przesiewany przez sito bębnowe (średnica oczek 60–65 mm) oraz przez sito wibracyjne, w którym średnica oczek przyjmuje wartości od 20 do 25 mm, a następnie przechodzi przez elektromagnetyczny łapacz żelaza w celu usunięcia ze wsadu elementów żelaznych.

Tak przygotowany materiał przechodzi przez separatory części twardych, gdzie oddzielane są elementy twarde (ceramika, szkło, kamienie i inne materiały niebędące substancją organiczną), a następnie systemem przenośników taśmowych transportowany jest do zasobnika na polu kompostowym, skąd trafia do pryzm na placu kompostowym. W pryzmach, przy zachowaniu właściwych warunków wilgotności i napowietrzania, przez ok. 6–12 tygodni zachodzą procesy dojrzewania kompostu. Ostateczny etap technologiczny ma na celu uszlachetnienie kompostu poprzez ponowne przesianie masy kompostowej przez sito wibracyjne (o średnicy oczek od 8 do 15 mm) oraz ponowne usunięcie części twardych. Schemat technologiczny systemu Dano prezentuje rys. powyżej.