Współczesne zakłady, wdrażające innowacyjne technologie związane z przetwarzaniem odpadów komunalnych, główny nacisk kładą na tzw. wzrost efektywności energetycznej, czyli na zwiększenie odzysku energii z tego typu odpadów. MBP należy do procesów, podczas których przy wykorzystaniu metod mechanicznych i biologicznych odpady są przygotowywane albo do odzysku, m.in. energii, albo do ostatecznego składowania. Ze względu na uwarunkowania legislacyjne koncepcja mechaniczno-biologicznego przetwarzania odpadów komunalnych zrodziła się głównie w oparciu o doświadczenia europejskie, szczególnie niemieckie, włoskie i austriackie.

Kwestia definicji

Obecnie nazwa mechaniczno-biologiczne przetwarzanie odpadów oznacza wiele różnorodnych technik i sposobów przetwarzania. Według prof. dr. hab. inż. Andrzeja Jędrczaka, określenie MBP można szczegółowo zinterpretować1. Litera M oznacza mechaniczne procesy, które obejmują rozdrabnianie, przesiewanie, sortowanie, klasyfikację i separację w celu mechanicznego rozdzielenia strumienia odpadów na frakcje, które można w całości lub w części wykorzystać materiałowo bądź energetycznie. Może też zostać wydzielona frakcja ulegająca biodegradacji, odpowiednia do biologicznego przetwarzania. Z kolei oznaczenie B, czyli procesy biologiczne, odnosi się do tlenowego lub beztlenowego biologicznego przetwarzania frakcji odpadów ulegających biodegradacji na produkty podobne do kompostu, a w przypadku stosowania fermentacji – również na biogaz. Ostatnia z liter – P – oznacza przetwarzanie i wskazuje, że mechaniczne oraz biologiczne procesy jednostkowe są ze sobą zintegrowane, tworząc system MBP. Litera B może zostać także umieszczona przed M, wówczas proces nazywany jest BMP, czyli biologiczno-mechaniczne przetwarzanie odpadów.

Z punktu widzenia konfiguracji procesów mechanicznego i biologicznego przetwarzania wyróżnić można dwie generalne koncepcje MBP. Pierwszą opcją jest mechaniczno-biologiczne przetwarzanie, a więc w pierwszej kolejności mamy do czynienia z sortowaniem i klasyfikacją odpadów na dwie frakcje: surowcową i biologiczną. Ostatnia trafia do przetwarzania tlenowego lub beztlenowego. Drugi wariant to przetwarzanie biologiczno-mechaniczne. W tym przypadku odpady są najpierw poddawane suszeniu biologicznemu, a następnie sortowane na frakcję surowcową, palną i przeznaczoną do składowania.

Z kolei inne przyjęte definicje wprowadzają bardziej szczegółowy podział MBP. Przykład stanowi koncepcja, której autorami są F. Adani, F. Tambone oraz A. Gotti2. Badacze przedstawili cztery technologie, będące kombinacją procesów mechanicznych, biologicznych i termicznych. Pierwsza to procesy mechaniczne do rozdzielania strumieni materiałowych (RSM). Podczas prowadzenia tego typu procesów z odpadów wydzielane są wysokokaloryczne frakcje palne oraz te nadające się do recyklingu materiałowego. Uzyskana z pozostałych odpadów frakcja niskokaloryczna jest przetwarzana metodami biologicznymi, prowadzącymi do mineralizacji i syntezy substancji humusowych, a w konsekwencji do uzyskania materiału przygotowanego do składowania. Z kolei biologiczno-mechaniczne procesy ze stabilizacją i biosuszeniem (MBS) są stosowane w celu termicznego wykorzystania zawartego w odpadach węgla (szczególnie biodegradowalnego) i do wytworzenia frakcji o wyższej wartości opałowej, uzyskanej w wyniku biosuszenia. Frakcja tego typu jest paliwem alternatywnym. Stopień wysuszenia odpadów stanowi warunek efektywnego rozdzielania strumienia na frakcje palne, wartościowe materiałowo oraz obojętne. Trzecia opcja to mechaniczno-fizyczna stabilizacja (MFS) z suszeniem termicznym. Zapewnia ona całkowite wykorzystanie węgla organicznego jako frakcji paliwa alternatywnego. Odpady są suszone energią wytworzoną ze spalania paliw kopalnych lub biogazu, a przykład może stanowić zastosowanie autoklawowania odpadów. Ostatnia z propozycji to mechaniczno-biologiczne przetwarzanie odpadów pozostałych. Stanowi ono obróbkę wstępną przed termicznym przekształceniem lub składowaniem odpadów.

Rodzaje i cele MBP

Ze względu na cel wdrożenia mechaniczno-biologicznego przetwarzania odpadów komunalnych wydziela się osiem najczęściej stosowanych opcji (tab.). Mechaniczno-biologiczne przetwarzanie odpadów komunalnych nie jest elementem niezależnym w systemie gospodarki odpadami. Pozyskanie z odpadów komunalnych surowców do przetworzenia wymaga rozwoju technik separacji, w tym selektywnej zbiórki oraz mechanicznej segregacji odpadów. Najczęściej mechaniczno-biologiczne przetwarzanie odpadów dotyczy odpadów zmieszanych, może być ono jednak skonfigurowane z systemem zbiórki selektywnej, który wpływa na zwiększenie efektywności przewidzianych procesów MBP. Wprowadzenie selektywnej zbiórki odpadów kuchennych umożliwia poddanie ich kompostowaniu, a w konsekwencji realizację recyklingu organicznego, który w odniesieniu do odpadów zmieszanych jest niemożliwy. Można to realizować poprzez wdrożenie selektywnej zbiórki odpadów biodegradowalnych bezpośrednio z domostw, zbiórkę „przy krawężniku” z wykorzystaniem pojemników na biomasę o pojemności od 40 do 120 dm3, worków plastikowych lub z materiałów ulegających biodegradacji. Można też zastosować pojemniki ustawione w sąsiedztwie gospodarstw domowych, tzw. centra zbiórki, z wykorzystaniem pojemników o pojemności od 70 do 250 dm3, oznakowanych kolorami w zależności od grupy morfologicznej. Innym sposobem jest bezpośrednia dostawa odpadów do obiektów odzysku, tzw. centrów recyklingu, wykorzystywanych do zbiórki odpadów podatnych na biodegradację z terenów wiejskich.

Podstawowe cele oraz elementy instalacji MBP3    

Rodzaj opcji MBP

Cel opcji MBP

Stabilizacja odpadów przed ich składowaniem

Obniżenie podatności na rozkład biologiczny odpadów komunalnych oraz odzysk części surowców wtórnych

Wytwarzanie kompostu z odpadów

Uzyskanie materiału o właściwościach kompostu oraz odzysk części surowców wtórnych

Wytwarzanie kompostu niespełniającego wymogów

Uzyskanie materiału o właściwościach podobnych do kompostu oraz odzysk części surowców wtórnych

Produkcja RDF

Wytwarzanie paliwa alternatywnego z frakcji lekkiej odpadów oraz odzysk części surowców wtórnych

Wytwarzanie paliwa SRF w procesie biosuszenia

Produkcja paliwa alternatywnego z lekkiej i organicznej frakcji odpadów oraz odzysk części surowców wtórnych

Wspomaganie termicznego unieszkodliwiania odpadów

Podniesienie wartości opałowej odpadów kierowanych do instalacji termicznego unieszkodliwiania odpadów oraz odzysk części surowców wtórnych

Produkcja biogazu

Wytwarzanie i odzysk energetyczny biogazu w warunkach beztlenowych oraz odzysk części surowców wtórnych

Produkcja biogazu oraz kompostu niespełniającego wymogów

Wytwarzanie i odzysk energetyczny biogazu w warunkach beztlenowych, uzyskanie z pozostałości pofermentacyjnej materiału o właściwościach podobnych do kompostu oraz odzysk części surowców wtórnych

 

Prostszym, ale skutecznym sposobem jest zastosowanie systemu dwupojemnikowego, w którym strumień odpadów komunalnych można rozdzielić na odpady mokre, głównie spożywcze, ulegające intensywnej biodegradacji, oraz suche, niewyselekcjonowane odpady. Wydzielenie odpadów biodegradowalnych istotnie przyspiesza procesy przemian biologicznych, dzięki czemu można skrócić czas zatrzymania w reaktorze oraz zwiększyć efektywność produkcji biogazu w przypadku procesów beztlenowych.

Techniki separacji

W przypadku nieselektywnej zbiórki odpadów komunalnych konieczne jest zastosowanie mechanicznych technik separacji. Umożliwiają one wydzielenie z odpadów zmieszanych strumienia bioodpadów, frakcji paliwa zastępczego (RDF) oraz surowców wtórnych. Do przesiewania odpadów komunalnych stosuje się różne typy sit. Służą one do wstępnej klasyfikacji odpadów ze względu na wielkość uziarnienia. Na sitach wydzielane są: frakcja paliwa zastępczego o wielkości cząstek od 80 do 300 mm, frakcja organiczna o wysokiej zawartości substancji łatwo rozkładalnej i średnicy cząstek od 20 do 80 mm oraz frakcja drobna, poniżej 20 mm, o niewielkiej zawartości materii organicznej, mimo to w prawodawstwie zaliczana do odpadów biodegradowalnych. Separacja balistyczna jest techniką pozwalającą na wyodrębnienie z masy odpadów zmieszanych frakcji paliwa zastępczego4. Wykorzystuje się ją również do wydzielenia bioodpadów, których zanieczyszczenie jest niższe niż bioodpadów wydzielonych metodą przesiewania. Najpopularniejsze metody segregacji materiałowej to separacja magnetyczna, służąca do wydzielenia ferromagnetyków, indukcyjna do odzysku metali nieżelaznych, powietrzna do pozyskiwania frakcji lekkiej wysokokalorycznej oraz optyczna do wyodrębniania tworzyw sztucznych, w tym polipropylenu, polietylenu, polichlorku winylu oraz papieru, kartonu, drewna i szkła5-6.

Ponadto coraz częściej, w celu zwiększenia efektywności rozdziału odpadów biodegradowalnych od surowcowych stosuje się metodę perkolacyjną, dzięki której następuje rozpuszczenie rozkładalnych związków organicznych w wodzie. Bogata w substancje organiczne woda perkolacyjna przetwarzana jest biologicznie, zazwyczaj beztlenowo, w celu produkcji biogazu. Dodatkowo woda stanowi medium rozdziału gęstościowego różnych grup morfologicznych odpadów. Odpady kuchenne, tworzywa i papier flotują, natomiast przedmioty o większym ciężarze właściwym niż woda sedymentują.

Procesy biologicznego przetwarzania stosuje się indywidualnie lub w sekwencyjnych konfiguracjach: biologiczną stabilizację w warunkach tlenowych, biologiczną stabilizację w warunkach beztlenowych oraz biosuszenie. Dzielą się one na wiele różnych typów, w zależności od konstrukcji reaktora, przepływu strumienia odpadów, wilgotności odpadów lub temperatury procesu.

Możliwości wykorzystania odpadów

Wybór konfiguracji MBP jest uzależniony od wielu czynników, w tym od właściwości odpadów komunalnych, wymaganych poziomów odzysku i recyklingu oraz limitów w zakresie właściwości składowanych odpadów. Zależy też od możliwości wykorzystania produktów końcowych. Wybór właściwej technologii może w zasadzie zostać ograniczony do czterech opcji: A – nastawienie na produkcję biogazu i jego energetyczne wykorzystanie, B – ukierunkowanie przemian na wytwarzanie ustabilizowanego materiału w celu poprawy struktury próchniczej gleby, C – nastawienie na wytwarzanie wysokokalorycznego paliwa zastępczego, D – skonfigurowanie procesów w celu uzyskania materiału ustabilizowanego biologicznie, kierowanego do ostatecznego składowania. Zazwyczaj podczas procesów MBP wydzielane są, w wyniku segregacji pozytywnej, materiały surowcowe, tj. metale, szkło, ziemia, tworzywa, lub też, w efekcie segregacji negatywnej, materiały niebezpieczne. Ponadto może zostać wydzielony balast, czyli materiały nieprzydatne, zazwyczaj kierowane do składowania.

Zastosowanie MBP powoduje rozdział głównego strumienia odpadów komunalnych na cztery bardziej homogeniczne, mniejsze strumienie, dzięki czemu następuje wzrost wartości użytkowych przetwarzanych odpadów. Wydzielone strumienie znajdują rozmaite zastosowanie. W pierwszej (A) przyjętej grupie odpadów powstały biogaz może być wykorzystany w celu produkcji energii elektrycznej i cieplnej w układach niezależnych lub kogeneracyjnych. Może również znaleźć zastosowanie do wytwarzania przegrzanej pary do celów przemysłowych albo wzbogacić gaz składowiskowy lub syntezowy powstały ze zgazowania innych odpadów. Biogaz może również zostać przeznaczony do produkcji wzbogaconego paliwa – biometanu – na cele transportowe lub zasilenia sieci przesyłu gazu naturalnego.

Kolejna grupa (B), do której należą produkty kompostopodobne, może znaleźć zastosowanie w produkcji rolnej, leśnej oraz podczas uprawy roślin energetycznych. Produkty kompostopodobne mogą zostać wykorzystane do poprawy struktury gleb oraz retencji wodnej, przy uprawie roślin kwiatowych, a także w ogrodach domowych. Ponadto mogą stanowić cenny dodatek podczas wytwarzania nawozów ciekłych. Warto używać ich również jako warstwy rekultywacyjnej składowisk albo do kształtowania krajobrazu, terenów infrastrukturalnych przy budowie dróg i autostrad. Mogą też posłużyć do rekultywacji terenów zdegradowanych.

Z kolei pozyskane z odpadów paliwo alternatywne (grupa C) można skierować do współspalania z paliwami konwencjonalnymi lub stosować jako paliwo główne w ciepłowniach i elektrociepłowniach, albo wykorzystać w ten sam sposób np. w cementowniach. Paliwo alternatywne może znaleźć zastosowanie podczas termicznej obróbki w spalarniach odpadów lub w procesach gazyfikacji.

Ostatni (D) w przyjętym podziale strumienia odpadów jest stabilizat. Może on być stosowany na składowisku do usypywania warstw pośrednich i przykrywających hałdę odpadów. Można go również przeznaczyć na składowisko odpadów po MBP.

W przypadku mechaniczno-biologicznego przetwarzania odpadów komunalnych istnieje możliwość wdrażania zarówno rozwiązań jednostkowych, jak i rozmaitych konfiguracji. O wyborze procesu decyduje inwestor na podstawie analizy uwarunkowań prawnych, ekonomicznych, danych o właściwościach odpadów oraz przewidywanego do osiągnięcia celu środowiskowego i ekonomicznego.

dr hab. inż. Andrzej Białowiec

Wydział Ochrony Środowiska i Rybactwa
Uniwersytet Warmińsko-Mazurski

Źródła

1. Jędrczak A.: Biologiczne przetwarzanie odpadów. PWN. Warszawa 2007.

2. Adani F., Tambone F., Gotti A.: Biostabilization of municipal solid waste. „Waste Management” 24/2004.

3. Archer E., Baddeley A., Klein A., Schwager J., Whiting K.: Mechanical-Biological-Treatmen: A Guide for Decision Makers Processes, Policies&Markets. „Juniper Consultancy Services” 3/2005.

4. Müller W., Niesar M., Turk T.. Optimized mechanical treatment and material segregation through ballistic separation within mechanical biological waste treatment. Ninth International Waste Management and Landfill Symposium in Sardinia. 2003.

5. Pretz T.H., Onasch K.J.: Mechanical processing of municipal solid waste with modern sorting technologies. Ninth International Waste Management and Landfill Symposium in Sardinia. 2003.

6. Crow C., Kenny G.R.: New Challenges developments in plastic sorting. International Congress. Recovery Recycling Re-integration. Switzerland 1997.