A hulladékok ártalmatlanításának biológiai módszerei Dr. Dióssy László c. egyetemi docens

A hulladék ártalmatlanítás biológiai módszerei négy fő csoportra oszthatók: komposztálás (aerob lebontás), biogáz előállítás (anaerob lebontás), fémek biológiai kinyerése, enzimes fermentáció (pl. fehérje-előállítás).

Komposztálás A komposztálás lényege, hogy a szerves anyagot tartalmazó hulladékok (szemét, szennyvíziszap) megfelelő környezeti feltételek mellett, elsősorban mikroorganizmusok és oxigén hatására lebomlanak, szervetlen ásványi és stabil szerves anyagok keletkeznek . - a komposztálási folyamat hőfejlődéssel jár Az eljárás végterméke a földszerű kb. 40–50% nedvességtartalmú anyag, mely humuszképző szervesanyag és növényi tápanyag-(NPK) tartalma miatt a mezőgazdaságban a talajtermelékenység növelésére hasznosítható

Komposztálás A komposztálás túlnyomórészt aerob biokémiai folyamat. A folyamatban részt vevő mikroorganizmusok enzimrendszerei a szerves anyagokat biológiai oxidáció útján lebontják. ( A bontási folyamat sebességét Michaelis-Menten és Monod által meghatározott egyenletek írják le. ) A szervesanyag-lebontó és transzformáló folyamat a következő főbb szakaszokból áll: - iniciáló kezdeti szakasz (gyors felmelegedés) - mezofil szakasz lassú felmelegedéssel együtt, - termofil, lassú lehűléssel, - utóérlelő, teljes lehűléssel

Komposztálás A komposztálást befolyásoló főbb tényezők a következők: anyagösszetétel (bonthatóság), nedvességtartalom, levegőellátottság, tápanyag arány, az anyag(ok) keveredése, szemcsemérete stb Komposztálással csak a mikroorganizmusok számára hozzáférhető és toxikus anyagot nem tartalmazó szerves hulladékok bonthatók. Ezért a kommunális hulladékoknál a hulladékból a műanyagok, üveg kiválasztását meg kell oldani, iszap esetében a nehézfém-tartalom értékét bekeverés előtt meg kell határozni.

Komposztálás A komposztálási technológiák több lényeges műveletből épülnek fel, melyek az alábbi egységekre bonthatók: beszállítás, nyersanyagok előkészítése (aprítás), keverés, az érlelés, az értékesítésre való előkészítés (utóaprítás, rostálás, szükség szerinti utóérlelés).

Komposztálás A komposztálási technológiák alkalmazhatóságát döntően három tényező befolyásolja: a megfelelő hulladék-összetétel és minőség, a kapott komposzt minősége (nehézfémtartalom, szerves mikro-szennyezők), a kapott komposzt-termék értékesítése – piaca biztosí-tott legyen. Ma már a komposztálás – a felhasznált alapanyagokat illetően – három irányban tolódott el: települési szennyvíziszapok, mezőgazdasági hulladékok, kertészeti, városüzemeltetés (parkfenntartás)

Komposztálás Komposztüzem létesítésekor az alábbi létesítmény-egységeket kell kialakítani, figyelembe véve a például a szennyvíztisztító telep meglevő adottságait, kapcsolódását: odavezető közutak a bejövő és kimenő szállításra, kerítés kapuval, mérleg, belső üzemi tárolóbunker, tárolóhely, ürítőhely, szükség szerint a hulladékot előkezelő és előkészítő gépek, berendezések, hulladékot feldolgozó gépek, berendezések, szükség szerint a kész komposztot utókezelő-gépek, berendezések, kisegítő üzemek (karbantartás, javítás, raktár), kiszolgáló létesítmények (energia, szennyvíz), adminisztratív és szociális létesítmények, zöld területek, fásítás stb., maradék elhelyezése.

Biogáz-előállítás szempontjából a legfontosabb három fő vegyületcsoport: a szénhidrátok, fehérjék zsírok

A biogáz-képződést befolyásoló tényezők Tápanyag A mikroszervezetek számára felvehető, megbontható szerves anyag, amely az életfunkciókhoz szükséges energiamennyiséget biztosítani tudja, lényegében a bontandó hulladék. Lényeges a tápanyag megfelelő szén-nitrogén aránya Ha kicsi a nitrogéntartalom, akkor nem lehet nagyobb szénmennyiséget feldolgozni, ha túl nagy, akkor az ammóniafelhalmozódást okoz. Hasonlóan lényeges a szén-foszfor arány, amelynek optimális aránya 150:1.

A biogáz-képződést befolyásoló tényezők Kémhatás A bontandó anyag kémiai alkalmasságát jellemzi, amely a hidrogénion-koncentráció negatív logaritmusával értelmezett. A fermentatív és metanogén szervezetek a semleges, pH = 7 körüli értéken fejtik ki hatásukat a legkedvezőbben. A mérgező anyagok A mikrobák aktivitását csökkentik, szélsőséges esetben pusztulásukat okozzák. A metánképződési folyamatokban szerepet játszó szervezetekről a szakirodalom azt állítja, hogy nagyon érzékenyek a sejtmérgekre, de rövid ideig elviselik azokat, újra aktiválódnak.

A biogáz-képződést befolyásoló tényezők Nedvesség (víz) Víz szükséges a mikroszervezetek anyagcseréjéhez, és ez a biokémiai folyamatok közege is. A mikroorganizmusok tevékenységéhez szükséges nedvesség meglehetősen tág határok között mozog. Nedves-, félszáraz és szárazeljárások ismertek. Ezek közül legelterjedtebb a nedveseljárás. A hőmérséklet Ismeretes a mezofil (optimális hőmérséklet: 30–35 °C) és a termofil (optimális hőmérséklet: 50–65 °C) eljárás. Ez utóbbi esetén a folyamat gyorsabb és 10…20%-kal termelékenyebben zajlik le ugyanolyan szerves anyag lebontása esetén. Ennek viszont az az ára, hogy műszakilag bonyolultabb megoldásokat kell alkalmazni, mivel a termofil mikroorganizmusok érzékenyebbek a külső körülményekre.

A keletkező biogáz összetétele, mennyisége A biogáz energiaértékét a tiszta metán részaránya határozza meg, amely az egyes eljárások és a feldolgozott hulladékok függvényében 50–70% között mozog. Gázféleségek a biogázban max min átlag metán CH4 70 55 66 szén-dioxid CO2 44 27 31 Mellékgázok hidrogén H2 4 – Mellékgázok összesen 3 oxigén O2 1 nitrogén N2 0,1 szén-monoxid CO kén-hidrogén H2S 2

Biogáz képződés fontos kritériumai Az erjesztő-tankban játszódik le az eljárás biokémiai folyamata. A tanknak nagyon sok követelménynek kell megfelelnie. Ezek a következők: a megfelelő keverés, a gázkilépés és a maradékanyag-kiürítés minden szempontból hatékony megoldása, gondoskodni kell a reaktor megfelelő hőmérsékleten tartásáról is, mivel ez a gázképződésre és az eljárás energiamérlegére egyaránt méretének, alakjának, szigetelésének és az erjesztendő anyag jellegének legjobban megfelelő fűtőrendszer kiválasztásával érhető el. a karbantartás egyszerűsége, a korrózióállóság üzemviteli szempontból fontos.

Biogáz

Egyéb biológiai hulladékok hasznosítása A mezőgazdasági hulladékok iparszerű hasznosítására számos technológiát dolgoztak ki, így pl.: baromfitrágyából húgysav előállítása; szalmából cellulóz gyártása; napraforgó tányérjából pektin előállítása; boripari törkölyből cserzőanyagok gyártása; rizs és napraforgó héjából furfurol kinyerése; dohányipari hulladékból ipari nikotin előállítása

Egyéb biológiai hulladékok hasznosítása A mezőgazdaság hulladékait felhasználhatják: takarmányozásra, trágyázásra, talajjavításra Tüzelésre alkalmas a fanyesedék, szalma, nád, napraforgó és a kukorica szára A szalmából préselt biobrikett (hagyományos tüzelőberendezésekben jó hatásfokkal égethető, hamuja környezetbarát, füstjének nincs kéntartalma) A napraforgómag héját a növényolajipari vállalatok tüzelésre felhasználják Fenyőkéreg : mulcs

Egyéb biológiai hulladékok hasznosítása Állattartó telepeken keletkező hulladékok - Húsliszt : táplálék Trágya : talajjavítás Toll : párna Szőr: ecset Élelmiszeripari melléktermékek Törköly: pálinka Szeszipar : keményítő tartalmú, takarmány Cukoripar: szárított répaszelet, mosóvíz, takarmány Keményítőgyártás: állati takarmány Gyümölcsfeldolgozás: almaecet