Nakládání s komunálním biologickým odpadem je celosvětový problém. Popisuje aktuální metody nakládání s tímto druhem odpadů. Kompostování je užívaná, ale přesto je vhodná k lokální adaptaci. Skádkování biologicky rozložitelného odpadu je zakázané a jeho využití jako hnojiva je obtížné kvůli legislativním překážkám.
Jsou popsány aktuální metody nakládání s biologicky rozložitelným komunálním odpadem. A to jeho využití pro kultivaci hmyzu, konkrétně bráněnky (Hermetia Illucens). Cílem je zpracování i následné možnosti zpeněžení produktu. Je analyzováno nakládání s biologicky rozložitelným komunálním odpadem (rozšíření portfolia, vyšší přidaná hodnota a finanční ukazatele).
Biologický odpad končí skládkován nebo spalován. Skládkování vyžaduje investice do nových skládek a s tím spojené zvýšení ekologické zátěže. Podle odhadů Evropské komise jsou související ztráty živin v řádu desítek miliard EUR. Vstupní investice jsou obvykle 0,1 - 0,5 mil. USD za th^-1. Návratnost investic takových opatření je v daleké budoucnosti a nejeví o ně zájem.
Složení biologického odpadu
U škrobnatých či šťavnatých plodů, je biologická rozložitelnost rostlinné hmoty vysoká. Odolnost vůči různým stresorům okolí je u chemicky rezistentní lignocelulózovou maticí. Lignocelulóza se skládá z celulózy, hemicelulóza a lignin. Tyto jsou mezi sebou pevně propojené. Poměr těchto polymerů se mění dle rostlinných druhů, jejich orgánů, fáze růstu a dalších okolností. Složení má vliv na charakter zpracovávaného biologického odpadu.
Metody biodegradace
Mezi metody degradace patří hydrolýza a další. Životní prostředí a ekonomii managementu organické hmoty ovlivňuje zpracování organické hmoty. Zpracování biologicky rozložitelného odpadu formou kompostování a produkci bioplynu. Kompostování je forma oxidace organické hmoty za přítomnosti kyslíku, známá také jako aerobní fermentace. Produkce bioplynu probíhá bez nebo v podmínkách minimální hladiny kyslíku, známá také jako anaerobní fermentace. Významnou roli také hrají spalování a pyrolýza.
Čtěte také: Podrobný průvodce studiem Ekologické Politiky
Hydrolýza
Hydrolýza je jedním z nejrozšířenějších metod předúpravy biologického odpadu. Při hydrolýze se složité molekuly se štěpí na počáteční fragmenty. Rozlišujeme mezi dvěma způsoby: zředěná kyselá hydrolýza a koncentrovaná kyselá hydrolýza. Kyselá hydrolýza se provádí za atmosférickém tlaku a vysoké teploty. Je vyšší zejména pro vysokou energetickou náročnost. Je vhodná na specifický jednodruhový biologický odpad, typicky z potravinářského průmyslu. Není věnovaná stejná pozornost jako dosaženým ekvivalentům glukózy. Hydrolýza se používá k výrobě jednoduchých a komerčně zajímavých alkoholů (etanol, butanol a další) za použití reaktantů.
Enzymatickou hydrolýzu biologických odpadů lze provádět celou řadou typů enzymů. Enzymy štěpí polymery (monomery) hydrolyzované suroviny. Enzymatická hydrolýza rostlinných pletiv, respektive odpadů z rostlinné hmoty (produktem jsou cukerné roztoky). Spektrum enzymů k rozkladu masných odpadů je relativně úzká (lipázy a proteázy). Rozklad lignocelulózy obvykle následuje po úpravě parní explozí, jejímž účelem je narušit lignocelulózovou strukturu. Po parní explozi hydrolyzuje, protože už neobsahuje homogenní frakce hemicelulózy a ligninu. Pro enzymatickou hydrolýzu obvykle vystačí běžné míchané nádoby. Rozklad je prováděn bakteriemi i houbami. Houby produkují hemiceluláz, pektináz a celuláz. Zdrojem enzymů jsou přežvýkavci, houby nebo bakterií. Produkty jsou běžně využívány v navazujících kvasných procesech. Náklady na energie jsou ve srovnání s kyselou nebo alkalickou hydrolýzou nižší. Důležitá je optimalizace podmínek (pH, teplota atd.). Enzymatická hydrolýza je důležitá ve smyslu souladu s následnými zpracovatelskými procesy. Inhibitory enzymatické hydrolýzy snižují i průměrné náklady na enzymatickou hydrolýzu.
Produkce bioplynu
Účelem produkce bioplynu je výroba bioplynu a následně vyrobenou elektřinu. Biologicky rozložitelný odpad může být zpracováván bez předchozí úpravy. Tato metoda je populární zejména v zemích, kde je levná pracovní síla. Během procesu je materiál ohříván, míchán, přečerpáván a pohlcuje reaktanty. Během anaerobní fermentace fytomasy související požadavky na zahřívání. Po fermentaci jsou zbytky odděleny pomoci dvojitého šroubového lisu.
Parní exploze
Po procesu parní exploze, po kterém následovala enzymatická hydrolýza. Po parní explozi jsou kapaliny a anaerobně fermentovány. Organická složka byla stabilizována půdní biotou do minerální koloidní frakce. Po parní explozi lze prokázat vysokou kapacitu iontové výměny a vysokou odolnost proti rychlé mineralizaci.
Úprava tlakovou vlnou
Úprava tlakovou vlnou je založena na rychlé změně tlaku. Dochází k narušení na úrovni buněčných stěn. Tlaková vlna hraje v ekonomice procesu důležitou roli. Úprava tlakovou vlnou se projevuje jedinečně. Výsledky závisí na biochemické charakteristice zpracovávaných rostlinných vstupů. Důležité jsou změny při přechodu z vysokotlakové nádoby do atmosférického tlaku. Cílem je dosahováno vyšší hloubky hydrolýzy. Tlaková vlna ovlivňuje procesy následného biotechnologického zpracování. Vysokotlaké vřetenové čerpadlo vtlačována do tlustostěnného vysokotlakého reaktoru. Doba zdržení ve vysokotlakém reaktoru je řízena otáčkami šroubovice. Působením intenzivních fyzikálních sil dochází k narušení vnitřní strukturou biomasy. Aktuálně dochází k přípravě prvních zařízení pro komerční provoz. Tato metoda je využitelný pro následnou esterifikaci olejů na biodiesel. Vysoká účinnost je dosahováno zvýšené výtěžnosti oleje. Použití rozpouštědel není nutné.
Čtěte také: Kariéra v oblasti přírody
Pyrolýza
Při pyrolýze nedochází k hoření. Produktem jsou biochar, pyrolytické oleje a nekondenzující pyrolytické plyny. Biochar má význam v průmyslu, ekologie i ekonomie. Biochar slouží jako substrát pro půdní biotu. Biochar má vliv na zvyšování půdní úrodnosti. Pyrolýza je způsob snižování dopadů klimatické změny. Efekt pyrolýzy může trvat až 600 let. Tekutou frakci (pyrolytické oleje) je možno použít jako kapalná biopaliva nebo rafinován na celou paletu další hodnotných reaktantů.
Macerace
Macerace je metoda rozmělnění materiálu na menší částice, obvykle v kapalném prostředí. Zvětšuje se povrch a často též dochází k proniknutí kapaliny do zpracovávaného materiálu. Navýšení nákladů spojený s macerací je obvykle kompenzován zrychlením návazných procesů. Je nutné brát ohled na logistické aspekty. Zmenšení částic je spojen s prudkým nárůstem spotřeby energie. Průměrná velikost částic snížila z 8 mm na 0,25 mm. Doba macerace (řádově desítky minut) a potřebnou energie se ukázaly jako klíčové pro celkovou finanční výkonnost. V literatuře lze nalézt velké množství maceračních metod. Moderní technologie je založena právě na zvýšení energetické efektivity podvodní macerace. Následovat může hydrolýzou anebo anaerobní fermentací. Výsledky macerace jsou závislé na vlastnostem organické hmoty.
Black Soldier Fly (Bráněnka obecná)
Kultivace bráněnky obecné pro zpracování biologický odpad má několik výhod. Larvy bráněnky obecné jsou odolné vůči útokům. Larvy bráněnky obecné mají pozitivní dynamiku navazující biologické rozložitelnosti. Bráněnky účinně redukují objem a hmotnost biologického odpadu. Bráněnky snižují množství škodlivých bakterií a hmyzích škůdců. Z larev bráněnky obecné se dá vyrobit bionafty. Larvy bráněnky jsou schopny stravovat širokou škálu organických materiálů od potravinového odpadu po hnůj. Larvy se dají snadno sklízeny bez speciálních zařízení a člověku nejsou nebezpečné. Larvy bráněnky obecné dokáží konzumovat i mykotoxiny. Larvy bráněnky obsahují mikroživiny (železo, zinek). Exkrementy bráněnek jsou považovány za vysoce jakostní půdu-zlepšující prostředek. Chov bráněnky obecné otevírá nové ekonomické možnosti. Lze dosáhnout průměrné produkce larev až 252 g m^-2 za den. Produkce závisí na typu jednotky a přítomnosti či nepřítomnosti drenážního systému. Larvy bráněnek velmi dobře přizpůsobeny. V případě nepříznivých podmínek (nedostatek potravy, toxické podmínky) larvy vyhledávají příznivější prostředí a opouští zdroj potravy. Celkové náklady závisí na dostupném zdroji odpadů a celkových požadavcích. Náklady na pracovní síly a mechanizace ovlivňují celý koncept zařízení. Exkrementy bráněnek umožňuje snadnou manipulaci.
Legislativní aspekty
V odpadovém hospodářství biologických odpadů je nutné dodržovat legislativu. Katalog odpadů tvoří ho tři dvojčíslí. První dvojčíslí označuje skupinu, druhé dvojčíslí podskupinu a třetí dvojčíslí druh odpadu. Komunální odpad je uveden v Katalogu odpadů. Původcem komunálního odpadu je obec. Komunální odpady jsou odpady, které jsou schopny anaerobního nebo aerobního rozkladu a pocházejí od občanů, případně odpady jiného původu, pokud jsou tyto toky odpadů podobné odpadům z domácností. Legislativa vycházejí ze směrnice Evropského parlamentu a Rady 2008/98/ES o odpadech. Vláda posunula zákaz skládkování určitých druhů odpadů z roku 2024 na rok 2030. Česká republika má recyklovat veškerý svůj komunální odpad z 55 %. Existují obavy, zda se v roce 2030 podaří zvýšit míru recyklace na požadovanou úroveň. Velká část odpadu v ČR se skládkuje. V roce 2018 na skládce skončilo 46 % komunálního odpadu.
Produkce biologicky rozložitelného odpadu - případová studie
Produkce biologicky rozložitelného odpadu se pohybuje kolem 5,5 mil. Biologické odpady z chodu domácnosti se sbírají do pytlík z biologicky rozložitelného materiálu (škrob). Mezi biologické odpady patří vajíčka, zvadlé květiny, malé kosti, kůže a hůře poživatelné odřezky masa a podobně. Jednou za měsíc je definován „standartní den“. Biologický odpad se třídí pomocí síta o velikosti ok 1 mm, tak, aby odkapala přebytečná kapalina. Objem se měří v odměrném válci, zvážen a zaznamená. Dynamika hustoty se měří v odměrného válce (průměr 10 cm), který je umístěn na vynulované váze. Na biologický odpad se přiloženo 500 g závaží v igelitovém pytlíku po dobu 30 minut. Hustota frakce biologického odpadu je vydělena objemem (odečten z rysky v objemném válci). Pro případovou studii byla vybrána obec Litvínovice, která má k 1. se k denní produkci obce 946,5 kg. Pro zpracování tohoto množství je potřeba plocha (946,5 kg / 15 kg m^-2 = 63,1 m^2). Pro obsluhu je potřeba obsluhovat 1,5 m (3 x (0,3 m + 0,2 m), což odpovídá 3 patrům. Očekávaná provozní váha je 600 kg. Pro rizika pádu obsluhy je vhodné uvažovat o požadavku na nosnost například 1 000 kg. Pro nosnou konstrukci (6 m), přičemž stejný materiál lze uvažovat i pro horizontální uchycení (4 m x 2 m x 3 m = 24 m). Celkem je potřeba 30 m. Pro nosných pater se hodí nejlépe svařovaný plast. Potřeba je 13,6 m^2 plastu na 1 základní výrobní jednotku (A). Cena plast v okolí 2 720 Kč (13,6 m^2 x 200 Kč m^-2 = 2 720 Kč). Náklady pro dospívající larvy a další) odhadujeme po konzultaci s dílnou na 400 Kč. Celkové náklady na jednu výrobní jednotku jsou 4 000 Kč. Pro obec Litvínovice, pro které se marně hledá nové uplatnění. Celkem je potřeba i s rezervou 6 mobilních jednotek (A). Pro umístění je vhodná garáže. Alternativou jsou kontejnery. Alternativou jsou domky, s tím, že cena by se v tomto případě blížila 300 000 Kč. Důležité je zajistit odvod kapaliny do jímky. Výhodou je, že jsou mobilní a nevztahuje se na ně legislativa staveb. Roční náklady na pozemek jsou 50 000 Kč ročně. V obci je aktuálně 591 rodinných domů. Vzdálenost mezi popelnicemi je tak odhadem 22 m.
Čtěte také: Charakteristika populace
Pro svoz je vhodná jednoduchá multikára s nosností 3 t. Řidič multikáry musí mít oprávnění skupiny B. Cena multikáry je 900 000 Kč. Životnost multikáry je uvažováno s životností 15 let. Svoz odpadu mohl věnovat osoba bez speciálního oprávnění.
tags: #studium #biodegradace #lignocelulózových #materiálů #metody
Oblíbené příspěvky:
Kontakt
Zelaná Hrebová, z.s.
[email protected]
IČ: 06244655
Paskovská 664/33
Ostrava-Hrabová
72000
Bc. Jana Veclavaková, DiS.
tel. 774 454 466
[email protected]
Jaena Batelk, MBA
tel. 733 595 725
[email protected]