Osiągnięcie minimalnych poziomów recyklingów nie będzie możliwe bez zagospodarowania bioodpadów. Na produkty z przetworzenia tych odpadów brakuje jednak chętnych.

Do 2021 roku wszystkie gminy w Polsce zostały zobligowane do wdrożenia selektywnej zbiórki bioodpadów, w pełnym zakresie, tj. zbierania zarówno odpadów zielonych, jak też kuchennych. W 2016 roku selektywnie zebrano ok. 19,2% wytwarzanych bioodpadów, czyli ok. 21,4 kg na mieszkańca, co daje łącznie nieco ponad 820 tys. Mg w roku. W zmieszanych odpadach pozostaje jeszcze ok. 3450 tys. Mg bioodpadów rocznie. Jednak, w większości gmin, w których wdrożono dogodny dla mieszkańców system zbiórki, nawet samych odpadów zielonych, wzrost ilości zbieranych bioodpadów jest bardzo dynamiczny. Docelowo spodziewać się można średnich ilości selektywnie zebranych bioodpadów na poziomie ok. 100 kg/mieszkańca na rok, a w zależności od rodzaju gminy nawet więcej.

Konsekwencją wzrostu ilości bioodpadów jest często niewystarczająca przepustowość instalacji do ich przetwarzania. Pojawia się konieczność ich dostosowania do innego strumienia odpadów, poprzez rozbudowy i modernizacje.

Wykorzystanie bioodpadów w celu wytworzenia produktów nawozowych stanowi konieczny warunek osiągnięcia przyszłych poziomów recyklingu odpadów komunalnych. Minimalne wymagane poziomy recyklingu odpadów komunalnych, wynikające z założeń gospodarki o obiegu zamkniętym, wynoszą: 55% do roku 2025, 60% do roku 2030 i 65% do roku 2035. Ma to umożliwić ograniczenie masy składowanych odpadów komunalnych do 10% w 2035 r. Bardzo istotne jest jednak, że cały ten, dość uciążliwy, proces selektywnej zbiórki recyklingu organicznego ma sens wyłącznie wtedy gdy z bioodpadów powstanie produkt na który istnieje zapotrzebowanie.

Bez bakterii i jaj pasożytów

Istniejące w Polsce instalacje do przetwarzania selektywnie zbieranych bioodpadów komunalnych to głównie otwarte pryzmowe kompostownie, funkcjonujące w ramach regionalnych instalacji przetwarzania odpadów zielonych. Niestety zagospodarowanie bioodpadów obejmujących również te, pochodzenia kuchennego jest bardziej problematyczne, ponieważ wymaga spełnienia wymagań w zakresie higienizacji. Biorąc pod uwagę, że w kolejnych latach konieczne będzie objęcie wszystkich mieszkańców selektywnym zbieraniem bioodpadów kuchennych i ogrodowych, warto przyjrzeć się sprawdzonym technologiom ich przetwarzania.

Do standardowych technologii higienizacji zgodnie z unijnymi przepisami donoszącymi się do ubocznych produktów pochodzenia zwierzęcego kategorii 3, do których zaliczają się również odpady kuchenne z gospodarstw domowych należy obróbka cieplna, metodą pasteryzacji w temperaturze 70°C przez minimum godzinę, po uprzednim rozdrobnieniu odpadów do wielkości <12 mm, zarówno przed kompostowaniem, jak i przed fermentacją (rozporządzenia UE nr 142/2011 oraz 1069/2009). Tego typu przetwarzanie nie jest jednak z reguły praktykowane w przypadku przetwarzania wyłącznie bioodpadów pochodzących z gospodarstw domowych, gdyż jest raczej wskazane w przypadku poddawania odpadów procesom mokrej fermentacji. Fermentacja mokra znajduje najczęściej zastosowanie dla bardziej wilgotnych odpadów z miejsc zbiorowego żywienia, czy wybranych branż przemysłu spożywczego.

W rzeczywistości same bioodpady kuchenne stanowią surowiec o bardzo niskim ryzyku sanitarnym, co powinno mieć wpływ na technologie ich przetwarzania. Przepisy rozporządzenia 142/2011 dopuszczają stosowanie odrębnych procedur przetwarzania bioodpadów z gospodarstw domowych, o ile takie zostały ustanowione. W Polsce niestety brakuje odpowiednich przepisów na szczeblu krajowym, które dopuszczałyby alternatywne metody higienizacji bioodpadów. Można stosować odrębne procedury przetwarzania, jednak należy każdorazowo poddać je walidacji, która ma na celu wykazanie, że osiągnięte zostały określone efekty higienizacji, wobec wskaźnikowych organizmów patogennych i że powstały materiał jest wolny od bakterii chorobotwórczych i jaj pasożytów.

Kompostowanie lub fermentacja połączona z kompostowaniem pofermentatu z zachowaniem odpowiednich warunków (zwłaszcza temperatury i czasu) mogą być stosowane jako podstawowe technologie w instalacjach przetwarzających wyłącznie bioodpady kuchenne, bez konieczności wyposażania ich w dodatkowe urządzenia do higienizacji. Na przykład w Niemczech od 1998 roku obowiązuje odrębne rozporządzenie dotyczące przetwarzania bioodpadów (Bioabfallverordnung), na mocy którego dopuszczalne jest kompostowanie w zakresie termofilowym (wymaga utrzymania przez kilka tygodni temperatury i wysokiej aktywności biologicznej, m.in. dzięki optymalnej wilgotności – min. 40%, odczynowi pH, zasobności w substancje biogenne, strukturze i napowietrzeniu). Jako proces higienizacji wymaga się utrzymania w całej masie odpadów temperatury 55°C przez minimum dwa tygodnie, 60°C przez minimum sześć dni lub 65°C przez minimum trzy dni. Wymagany jest też ciągły monitoring i dokumentacja procesu higienizacji, obejmujący w przypadku pasteryzacji – profilu temperaturowego, w przypadku kompostowania – profilu temperaturowego i czasów przerzucania, a w przypadku beztlenowej fermentacji – przebiegu temperatury wraz z interwałami załadunku świeżego materiału. Pomiar temperatury powinien się odbywać bezpośrednio w przetwarzanym materiale, w przypadku kompostowania w zamkniętych reaktorach może to być temperatura powietrza na wylocie, a w przypadku kompostowania w otwartych pryzmach dopuszcza się pomiar w regularnych odstępach czasu, np. raz na dzień. Ponadto wymagane są okresowe badania sanitarne i fizykochemiczne gotowych kompostów/fermentatów, w tym zawartości metali ciężkich i zanieczyszczeń makroskopowych (szkło, metale, tworzywa sztuczne, kamienie).

Kompostowanie na pryzmach

Generalnie technologia kompostowania jest najprostszym i najstarszym sposobem przetwarzania bioodpadów, która wciąż dominuje w Europie, w stosunku do alternatywnej technologii – fermentacji. W 2015 r. w Niemczech zagospodarowano 3,85 mln Mg bioodpadów, w tym głównie bioodpady z gospodarstw domowych, odpady z parków i ogrodów, odpady z targowisk i innych źródeł. Odpady te zostały przetworzone w kompostowniach (7,37 mln Mg) i instalacjach fermentacji (6,48 mln Mg). Z tego 4,57 mln Mg pochodziło ze zbiórki od mieszkańców (56 kg/M), a dodatkową ilość – 62 kg/M – stanowiły odpady z ogrodów i parków. Na podstawie ponad 900 referencyjnych zakładów opracowano klasyfikację instalacji przetwarzających bioodpady zielone, kuchenne lub mieszane bioodpady z gospodarstw domowych (Rys. 1).  

Przepustowość pojedynczej kompostowni mieści się w zakresie od 1,720 do 90,926 t/rok (mediana to ok. 10 000 Mg/rok.). Odpady kierowane do instalacji kompostowania to przede wszystkim selektywnie zbierane bioodpady kuchenne i ogrodowe (56%) oraz odpady zielone (36%). Rysunek 2 przedstawia udziały instalacji w różnych technologiach w zależności od przepustowości instalacji Spośród małych instalacji do 10 000 Mg/rok aż 77% stosuje technologię otwartą, podczas gdy wśród średnich (10 000-30 000 Mg/rok) i dużych (> 30 000 Mg/rok) otwarte technologie wykorzystywało odpowiednio 26% i 4% instalacji. Z rysunku 2 wynika, że we wszystkich klasach wielkości duży udział miały pryzmy płaskie, przy czym w małych instalacjach były to instalacje otwarte, a w dużych – pryzmy w halach.

Wśród instalacji zamkniętych przeważały technologie kontenerowe (w średnich obiektach) oraz tunelowe (w dużych). Czas przetrzymania w module intensywnego kompostowania wynosił od 3 do ponad 15 tygodni. W ponad 40% średnich i dużych instalacji trwało to do 3 tygodni, a w większości małych intensywne kompostowanie prowadzono przez ponad 6 tygodni. Faza dojrzewania trwała od 3 do ponad 15 tygodni i również była dłuższa w mniejszych instalacjach.

Ogólnie wraz ze wzrostem wielkości zakładu zmniejsza się udział przetwarzanych odpadów zielonych. W zakładach o przepustowości <10 000 Mg/rok odpady zielone stanowią 60% wsadu, natomiast w zakładach >30 000 Mg/rok stanowią one średnio tylko 26%, natomiast odpowiednio wzrasta udział selektywnie zbieranych bioodpadów (obejmujących kuchenne).

Fermentacja dla dużych

W przypadku instalacji fermentacji ich przepustowość jest nieco większa niż w przypadku kompostowni, gdyż z uwagi na wysokie koszty inwestycyjne efekt skali jest tu bardzo istotnym kryterium. W Niemczech przepustowość instalacji fermentacji mieści się w zakresie od 3700 do 111 765 Mg/rok (mediana to 17 900 Mg/rok). Rysunek 3 przedstawia liczbę instalacji stosujących określone technologie. Wynika z niego, że większość ankietowanych instalacji wykorzystywała technologię mokrej fermentacji (bazującą na procesie ciągłym) – 37 instalacji, a tylko 18 – technologię suchej fermentacji. W zakresie temperatur dominuje profil mezofilowy, a z uwagi na liczbę etapów występuje niewielka przewaga instalacji wielostopniowych nad jednostopniowymi. W przypadku instalacji suchej fermentacji dominuje proces porcjowy podawania odpadów. Bardziej popularne są termofilowy zakres temperatur oraz technologia jednostopniowa.

W odniesieniu do pozostałości poprocesowych – kompost stanowił łącznie tylko ok. 10% masy produktów fermentacji, podczas gdy w większości instalacji wymieniono pofermentat jako główny produkt (zwłaszcza płynny pofermentat).

Rolnicy wolą nawozy sztuczne

Dotychczas w Polsce głównym produktem przetwarzania bioodpadów jest kompost niespełniający wymagania (ex 19 05 03) lub certyfikowane produkty – najczęściej środek poprawiający właściwości gleby, rzadziej nawóz organiczny. Pomimo posiadanych opinii na temat pozytywnego wpływu tych środków na wzrost roślin, zakłady mają niestety w większości duży problem z ich zbytem. Być może jest to kwestia czasu i przekonania rolników czy innych odbiorców do zalet stosowania tych produktów, które w przeciwieństwie do nawozów sztucznych wzbogacają glebę w materię organiczną, dzięki czemu poprawia się m.in. retencja wody w glebie.

W przypadku fermentacji produktem końcowym może być fermentat (płynny lub stały), a w przypadku gdy drugim etapem jest tlenowa obróbka – finalnym produktem jest kompost. Fermentaty w zależności od konsystencji można podzielić na:

  • fermentaty ciekłe (zwłaszcza z mokrej fermentacji),
  • fermentaty o konsystencji lepkiej, mazistej pasty (z suchej fermentacji o przepływie tłokowym),
  • fermentaty w postaci sypkiej (sucha fermentacja w boksach).

Podczas gdy fermentat z formie sypkiej może być bezpośrednio kierowany do obróbki tlenowej (kompostowania) to, w przypadku dwóch pierwszych rodzajów fermentatatów konieczne jest ich odwodnienie – rozdział faz na ciekłą i stałą. W tym celu stosuje się różne techniki: najczęściej odwadnianie mechaniczne (prasy śrubowe, taśmowe, wirówki) lub suszenie (suszarnie taśmowe, bębnowe, słoneczne, wyparki). Aby kompostowanie zachodziło konieczne jest odwodnienie fermentatu do min. 35% sm i zmieszanie z twardymi odpadami zielonymi (np. rozdrobnione gałęzie), które pozwolą dalej obniżyć wilgotność (do zawartości suchej masy min. 40%) i poprawić strukturę materiału przed kompostowaniem.

Celem kompostowania jest w tym przypadku oprócz tlenowego rozkładu pozostałej substancji organicznej również poddanie odpadów suszeniu, aby uzyskać zawartość suchej masy min. 60%, która umożliwi m.in. przesiewanie materiału w celu końcowego doczyszczenia kompostu.

We wszystkich technologiach fermentacji powstają ciekłe fermentaty lub ścieki technologiczne, jednak ich udział masowy w odniesieniu do całej masy pozostałości pofermentacyjnych jest zróżnicowany i wynosi odpowiednio:

  • <10% masy w przypadku suchej fermentacji w boksach,
  • ok. 50 % w przypadku suchej fermentacji w komorach o przepływie tłokowym,
  • ok. 70% w przypadku mokrej fermentacji.

Mimo że pofermentat w postaci ciekłej charakteryzuje się lepszą przyswajalnością substancji biogennych, niż z kompostów stałych, to jednak ta forma nawozu ma też wiele wad, z których najważniejsze to:

  • niska zawartość substancji organicznych w formie humusu, w przeciwieństwie do stałych kompostów, które maja pozytywny wpływ na strukturę gleby;
  • stosunkowo niska zawartość substancji odżywczych (NPK) na masę (z uwagi na wysokie uwodnienie) powoduje, że wykorzystanie nawozów płynnych jest mało opłacane dla rolników;
  • konieczność zapewnienia zbiorników magazynowania, w Polsce na min. 6 miesięcy;
  • obecność zawiesiny w ciekłym fermentacie po separacji na prasach (ok. 16%) – konieczność usuwania osadów ze zbiorników magazynowych, awaryjność systemu dystrybucji fermentatu ze względu na osadzanie się zawiesiny;
  • niska opłacalność transportu na odległość w porównaniu z nawozami w postaci stałej.

Z problemem zagospodarowania płynnych fermentatów borykają się już biogazownie w innych krajach. Na przykład w Niemczech wdrożono wymóg wyposażenia instalacji w magazyny fermentatu w formie płynnej przez okres min. 9 miesięcy. Powoduje to wysoki koszt doposażenia instalacji w zbiorniki o znacznych rozmiarach. W tym kontekście przed ostatecznym wyborem technologii przetwarzania bioodpadów należy dokładnie przeanalizować możliwości zbytu produktów końcowych w danej lokalizacji.

Potrzebne krajowe regulacje

Z uwagi na niskie ryzyko sanitarne związane z bioodpadami z gospodarstw domowych uzasadnione jest wyłączenie tego strumienia spod rygorystycznych przepisów weterynaryjnych. Wymaga to wdrożenia odpowiednich uregulowań na poziomie krajowym.

Technologie przetwarzania bioodpadów z gospodarstw domowych obejmują przede wszystkich kompostowanie i fermentację. W Polsce jak też w innych krajach UE dominuje kompostowanie, które wymaga niższych kosztów inwestycyjnych niż fermentacja. Fermentację stosuje się w przypadku instalacji o większej przepustowości, obsługujących duże miasta lub regiony.

Właściwości bioodpadów kuchennych i zielonych/ogrodowych są odmienne i podlegają zmienności w ciągu roku. Z punktu widzenia doboru technologii istotna jest analiza potencjalnych rynków zbytu dla wytwarzanych produktów. Generalnie dla odpadów o niższej wilgotności stosowanie technologii suchej fermentacji jest uzasadnione technologicznie i ekonomicznie, co pozwala ograniczyć ilość ciekłego fermentatu. Obecnie w Polsce buduje się kilka instalacji fermentacji na selektywnie zbierane bioodpady, jednak dotąd brakuje doświadczeń z przetwarzania tej frakcji w instalacje w skali przemysłowej.

dr inż. Emilia den Boer

Zakład Technologii Odpadów i Remediacji Gruntów,

Politechnika Wrocławska

 

Branża nie chce patologii

Zmiany prawa, problemy, ale i wyzwania zgromadziły w Krakowie przedstawicieli branży gospodarki odpadami.

Problemy związane z zagospodarowaniem bioodpadów były jednym z tematów 22. Międzynarodowej Konferencji Kompleksowa Gospodarka Odpadami, która odbyła się we wrześniu w Krakowie. W tym roku wydarzenie to zgromadziło rekordową liczbę uczestników. Istotnych spraw do przedyskutowania było bardzo dużo. Na ten temat swe wystąpienie miała nie tylko dr inż. Emilia den Boer, ale także Andrzej Bednarz, który mówił o francuskich doświadczeniach w kompostowaniu i metanizacji.

Innym ważnym tematem obrad były zjawiska patologii w gospodarce odpadami. Sporo informacji na te tematy zaczęło się pojawiać w mediach od wiosny tego roku przy okazji fali pożarów odpadów. Jednym uczestników konferencji był Paweł Ciećko, pełniący obowiązki Głównego Inspektora Ochrony Środowiska. Podczas swego wystąpienia zadeklarował on wzmożenie kontroli i tropienie nieprawidłowości. Wskazał przy tym na nowe uprawnienia kontrolne jakie dają Inspekcji Ochrony Środowiska zmiany prawne, przyjęte przez parlament w lipcu tego roku. W jego ocenie ich istotą jest stworzenie silnych pionów kontrolnych. – Za tym idą pieniądze, na 600 nowych etatów oraz na podwyżki dla pracowników. To była kwestia od wielu lat bardzo zaniedbana – mówił Inspektor Ciećko. – Zakupimy profesjonalne drony do działań operacyjnych, które będą mogły pracować nie tylko w dzień, ale także nocą. Zbudujemy centralne laboratorium badawcze.

W trakcie konferencji poruszano także inne problemy branży gospodarki odpadami, w tym między innymi związane z uciążliwościami zapachowymi. Mówiono o ekonomiczno-finansowych aspektach gospodarowania odpadów komunalnych w modelu in house oraz zagospodarowaniu odpadów z tworzyw sztucznych. Próbowano odpowiedzieć na pytanie: jak prawidłowo kształtować cenę odbioru odpadów dla mieszkańca?

Problem kształtowania cen może się pogłębić wraz z wprowadzeniem obowiązkowych zabezpieczeń roszczeń dla posiadaczy odpadów zobowiązanych do uzyskania zezwolenia na zbieranie i przetwarzanie odpadów. Podczas konferencji przedstawiano dostępne rozwiązania ubezpieczeniowe, które mogą być jedną z form tych zabezpieczeń. Zainteresowaniem cieszyły się również wystąpienia związane z prewencją, czyli z bezpieczeństwem pożarowym składowisk odpadów i sortowni przepisów nakładających oraz monitoringiem.