MIKROFALE W PROCESACH UTTYLIZACJI ODPADÓW BIOLOGICZNYCH - KARBONIZACJA ODPADÓW

Przetwórstwo żywności jest jedną z najważniejszych dziedzin w działalności człowieka. Na skutek urbanizacji i rosnącej koncentracji ludności w dużych ośrodkach miejskich oraz uwarunkowań ekonomicznych następuje proces intensyfikacji procesów produkcji żywności. Jednocześnie funkcjonujące i powstające nowe zakłady przetwórstwa mięsnego, drobiarskiego, rybnego i innych produktów żywnościowych, mimo stosowania nowoczesnych technologii maksymalizujących wykorzystanie przetwarzanego materiału biologicznego, „produkują” często duże ilości odpadów. Są to zwykle odpady bardzo uciążliwe i niebezpieczne dla otoczenia, bowiem wymagają specjalnych warunków przechowywania i transportu, ich utylizacja jest trudna, a co za tym idzie, także kosztowna. Odpady te zwierają zwykle bardzo dużo wody (od 50% do 90% wagowo!), szybko stają się źródłem skażeń bakteryjnych i źródłem bardzo uciążliwych odorów. Przykładem mogą być odpady w przemyśle drobiarskim, takie jak krew, pióra, łapy itp. Podobne problemy powstają przy budowie lokalnych i dużych oczyszczalni ścieków, w których konieczna jest utylizacja osadów ściekowych. Znane i obecnie stosowane metody utylizacji odpadów biologicznych, to jest odpadów składających się z wody oraz substancji organicznych pochodzenia zwierzęcego i roślinnego lub organicznych osadów ściekowych, polegają na ich wstępnym osuszaniu i spalaniu w dużych spalarniach. Niektóre odpady, po ich osuszeniu i sterylizacji, mogą być stosowane w rolnictwie, np. do nawożenia gleb. Osuszanie odpadów biologicznych jest procesem kosztownym, gdyż konieczne jest odparowywanie bardzo dużych ilości wody oraz prowadzenie procesu w wysokiej temperaturze celem sterylizacji. W niniejszym artykule opisana została nowatorska technologia utylizacji bardzo szerokiej gamy odpadów organicznych, nazwana MCS (Microwave Carbonisation System). Zastosowanie tej metody, opracowanej i wdrażanej w firmie ATON-HT SA, pozwala uprościć procedurę unieszkodliwiania odpadów organicznych, eliminuje konieczność uciążliwego i drogiego ich transportu oraz pozwala znacznie zredukować koszt całego procesu. Proponowana metoda MCS w swej istocie opiera się na zastosowaniu procesu karbonizacji (zwęglania) materiału organicznego po uprzednim jego osuszeniu, przy czym proces ten prowadzony jest z wykorzystaniem energii mikrofalowej. Kolejne fazy procesu karbonizacji odpadów metodą MCS pokazano na schemacie blokowym na rysunku 1.
W przyjętej koncepcji utylizowany materiał suszony jest w trakcie przenoszenia, np. w przenośniku ślimakowym z intensywnie nagrzewanymi ściankami. Nagrzewanie ścianek przenośnika ślimakowego realizowane jest z wykorzystaniem gorącego oleju przepływającego płynącego w układzie zamkniętym i podgrzewanego grzałkami elektrycznymi oraz gorącymi gazami. Para wodna, która uwalniana jest z materiału w trakcie procesu suszenia, specjalnym kanałem doprowadzana jest do komory w pierwszej części przenośnika ślimakowego, gdzie ulega wykropleniu na ściance transportera nagrzewając chłodny materiał wprowadzany ze zbiornika odpadów. Pozwala to „odzyskać” część energii zużytej uprzednio na odparowanie wody w materiału. Wysuszony materiał przenoszony jest do komory mikrofalowej, w której nagrzewany jest do wysokiej temperatury (zwykle około 500 - 600oC) bez dostępu tlenu lub w warunkach silnego niedoboru tlenu. Inne gazy uwalniane w trakcie suszenia materiału w tym gazy pirolityczne z reaktora mikrofalowego doprowadzane są poprzez kanał z wentylatorem wyciągowym do specjalnej konstrukcji mikrofalowego oczyszczacza gazu, w którym dopalane są w strefie o wysokiej temperaturze z dodatkowo wprowadzonym powietrzem. Proces ten prowadzony jest w opracowanym w firmie ATON-HT urządzeniu o nazwie MOS (Microwave Oxidation System), w którym znajduje się złoże nagrzanych mikrofalami specjalnych ceramicznych kulek. Gazy przetłaczane przez takie złoże nagrzewają się do temperatury około 800oC - 1000oC i zawarte w nich składniki organiczne ulegają pełnemu utlenieniu (są skutecznie dopalane). Gorące gazy opuszczające mikrofalowy oczyszczacz gazów (MOS) wykorzystywane są z kolei do dogrzewania oleju zastosowanego do nagrzewania materiału w strefie suszenia materiału w przenośniku ślimakowym. System taki pozwala zminimalizować zużycie energii niezbędnej do odparowania dużej ilości wody z materiału.

Rys. 1. Schemat instalacji do unieszkodliwiania odpadów metodą karbonizacji (technologia MCS).

Opisana pokrótce technologia termicznego przetwarzania odpadów (MCS) może być stosowana w różny sposób, zależnie od rodzaju przetwarzanych odpadów, ich składu i przewidywanego sposobu „zagospodarowania” produktów procesu. W wielu przypadkach celem procesu unieszkodliwiania np. osadów ściekowych może być jedynie ich osuszenie i sterylizacja (skuteczne zniszczenie niebezpiecznej flory bakteryjnej). Instalacja do prowadzenia takiego procesu nie będzie wyposażona w reaktor mikrofalowy do prowadzenia karbonizacji, a jedynie w pojemnik do szybkiego wychładzania wysuszonych osadów. Inną wersją instalacji opartej na opisanej technologii jest linia do unieszkodliwiania odpadów organicznych w zakładach drobiarskich. Odpady takie składać się mogą z krwi, łap kurzych i innych nieużytecznych w procesie produkcyjnym odpadów. Podobnie jest w przypadku unieszkodliwiania odpadów weterynaryjnych, np. powstałych w wyniku wystąpienia ognisk niebezpiecznych chorób zwierzęcych, takich jak wścieklizna, ptasia grypa itp. W takich przypadkach uzasadnione jest całkowite skarbonizowanie odpadów, bowiem wykorzystanie ich jedynie po osuszeniu i sterylizacji nie jest dopuszczalne ze względu na zagrożenia związane z możliwością skażeń bakteriami bardzo odpornymi na wysoką temperaturę. Na rysunku 2 pokazano przykładową instalację mogącą znaleźć zastosowanie przy unieszkodliwianiu odpadów poprodukcyjnych np. w zakładach drobiarskich, przetwórstwa mięsnego, rybnego czy też przy unieszkodliwianiu odpadów powstających na fermach drobiu.

Rysunek 2: Schemat instalacji do karbonizacji odpadów organicznych. Pokazana schematycznie instalacja ma charakter instalacji zamkniętej, na zewnątrz emitowane są jedynie oczyszczone gazy z mikrofalowego dopalacza zanieczyszczeń oraz woda wykroplona na zimnych ściankach przenośnika ślimakowego. Ponadto w pojemniku deponowany jest węgiel uzyskiwany w wyniku procesu karbonizacji.

Najważniejsze cechy charakterystyczne instalacji MCS:

• Proces charakteryzuje się niskim zużyciem energii, bowiem energia zużyta na odparowanie wody jest w dużej części „odzyskiwana” w procesie. Uwalniana z materiału para wodna jest wykraplana na ściankach pierwszej sekcji suszarki, co pozwala ją w znacznej części „odzyskiwać” nagrzewając chłodny materiał wprowadzany do instalacji ze zbiornika.
• Uwalniane w reaktorze mikrofalowym gazy pirolityczne dopalane są w mikrofalowym oczyszczaczu gazów (MOS) i energia uzyskiwana w procesie ich spalania wykorzystywana jest do dodatkowego nagrzewania oleju, którym nagrzewane są ścianki suszarki. W znacznym stopniu pozwala to zmniejszyć zużycie energii niezbędnej do wysuszenia odpadów.
• Proces jest bezodpadowy, gdyż w jego wyniku powstaje karbonizat (węgiel), który może znaleźć cenne zastosowania np. w przemyśle farmaceutycznym. Ponadto w alternatywnym rozwiązaniu węgiel ten może być spalany i energia z tego procesu może być wykorzystana do nagrzewania oleju.
• Gazy emitowane w instalacji nie zawierają żadnych substancji szkodliwych oraz nie są źródłem uciążliwych odorów, dzięki zastosowaniu dopalacza MOS, w którym następuje całkowite dopalenie substancji organicznych.
• Instalacja zrealizowana w oparciu o opisaną koncepcję technologiczną może być montowana na kontenerach i transportowana w miejsca występowania odpadów, dzięki czemu można prowadzić proces karbonizacji odpadów w miejscu ich występowania. Pozwala to wyeliminować kosztowny oraz często bardzo uciążliwy ich transport.

Więcej informacji na ten temat znajdą Państwo na stronie: Karbonizacja odpadów organicznych:

• odpady mięsne « zobacz jak można skutecznie karbonizować odpady mięsne
• odpady poubojowe « zobacz jak można skutecznie karbonizować odpady poubojowe
• odpady drobiowe « zobacz jak można skutecznie karbonizować odpady drobiowe
• odpady ściekowe « zobacz jak można skutecznie karbonizować odpady ściekowe
• odpady szpitalne « zobacz jak można skutecznie karbonizować odpady szpitalne
• odpady weterynaryjne « zobacz jak można skutecznie karbonizować odpady weterynaryjne

Podsumowanie:

Opisana technologia suszenia i karbonizacji odpadów organicznych (MCS) stanowi kolejny przykład cennego zastosowania energii mikrofalowej w procesach unieszkodliwiania odpadów. Rozwiązanie to jest wynikiem kontynuacji prac badawczych i wdrożeniowych bazujących na wcześniej opracowanej w firmie ATON-HT SA oryginalnej technologii MTT zastosowanej do unieszkodliwiania azbestu. Prace przy unieszkodliwianiu azbestu wskazały na potrzebę oczyszczania gazów niosących substancje organiczne pochodzące z odpadów azbestowych zanieczyszczonych farbami, olejami oraz gazów niosących włókna azbestowe, co w efekcie doprowadziło do powstania mikrofalowego dopalacza gazów – MOS. Z kolei testy termicznej obróbki różnych odpadów w reaktorze MTT, w tym odpadów organicznych, plastyków itp., wskazały na unikalne możliwości związane z karbonizacją i pirolizą niektórych substancji. Połączenie reaktorów MTT i MOS oraz wykorzystanie doświadczeń w wykonanych badań doprowadziło do opracowania technologii MCS. W rezultacie powstaje cały system metod, technologii oraz szczegółowych rozwiązań technicznych, które znajdują bardzo ważne zastosowania w procesach unieszkodliwiania coraz szerszej grupy odpadów, w tym odpadów stanowiących bardzo duże zagrożenie dla ludzi i środowiska naturalnego.