Dobór modelu i wyznaczanie parametrów kinetycznych aktywności oddechowej odpadów w trakcie procesu tlenowej biostabilizacji frakcji podsitowej odpadów komunalnych

• Autorzy: Stegenta S. , Kałdun B. , Białowiec A.

Warianty tytułu

EN

Model Selection and Estimation of Kinetic Parameters of Oxygen Consumption During Biostabilization of Under-size Fraction of Municipal Solid Waste

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Końcowym produktem procesu biostabizacji jest stabilizat, czyli odpad stały, który po biologicznym przetworzeniu, spełnia wymogi rozporządzenia Ministra Środowiska w sprawie mechaniczno-biologicznego przetwarzania zmieszanych odpadów komunalnych (Dz.U. z 2012, poz. 1052). Aby określić stopień stabilizacji odpadu, (w praktyce stopień dekompozycji materii organicznej), stosuje się wskaźniki określające aktywność biologiczną. W polskim prawie przyjęto iż jednym z parametrów wskazującym na stopień stabilizacji odpadu jest aktywność respirometryczna AT4 (rozporządzenie Dz.U. z 2012, poz. 1052). Zużycie tlenu w trakcie procesu rozkładu materii organicznej zawartej w odpadach może mieć charakter równania 0-ego lub 1-ego rzędu. Odpowiednie dopasowanie modelu do reakcji jest kluczowe aby wyznaczyć poprawnie parametry kinetyczne reakcji. Z tego względu wykonano badania, których celem było sprawdzenie stopnia dopasowania 2 modeli matematycznych do krzywej zużycia tlenu dla próbek odpadów będących w różnych fazach procesu biostabilizacji oraz zaproponowanie modelu o najwyższej użyteczności. Eksperyment przeprowadzono w skali technicznej, w instalacji do biostabilizacji odpadów, gdzie stosowany jest biopreparat bakteryjny w celu obniżenia uciążliwości odorowej. Badania wykonano w dwóch wariantach z wykorzystaniem partii odpadów zaszczepionych biopreparatem i odpadów niezaszczepionych. W trakcie procesu biostabilizacji pobierano próbki odpadów w interwałach cotygodniowych. Po pobraniu, próbki odpadów transportowane były do laboratorium, gdzie tego samego dnia rozpoczynano pomiary aktywności oddechowej metodą OxiTop®. Przeprowadzone badania wykazały, iż niezależnie od czasu trwania procesu oraz zastosowania lub niezastosowania inokulacji biopreparatem modelem najlepiej opisującym kinetykę zużycia tlenu jest model I-ego rzędu. Wykazano także, iż dodatek biopreparatu spowodował podwyższenie aktywności oddechowej odpadów w pierwszych 3 tygodniach procesu biostabilizacji.

EN

Final product of waste biostabilization process is stabilized organic fraction. It is a solid waste, after biological process, which perform requirements of actual law regulation (Dz.U. z 2012, poz. 1052). To determine stabilization of waste degree (in practice decomposition of organic matter degree), used indicator which define biological activity. The Polish regulations adopted that one of the parameters indicating the degree of stabilization of waste, is the respiration activity index AT4. Oxygen consumption during organic matter decomposition process, could have 0-order or 1st-orderreaction character. Suitable fit of the model to react is crucial, to correctly determine the kinetic parameters of the reaction. For this reason, experiments, which purposes were to: examine the relevance of two mathematical models, to the oxygen consumption curves, for waste samples that are in various stages of the biostabilization process, and to propose a model of the highest utility, were performed. The study was conducted on an industrial scale, in operating conditions biostabilization plant, where biostimulator was used to reduce odors. Two variants, first using waste with biostimulator and second without biostimulator were tested. During the biostabilization process, samples were collected in weekly intervals. Samples of waste were transported to the laboratory, where respiratory activity was measured. Research has shown that independently of the duration of the process, and the inoculation or without -inoculation of biostimulator, the best fitting model which describes the kinetics of oxygen consumption is the first order reaction model. It was also shown that the addition of biostimulator increase respiration activity of waste during first 3 weeks of biostabilization process.

Słowa kluczowe

PL

biostabilizacja odpadów; frakcja podsitowa; parametry kinetyczne; zużycie tlenu

EN

biostabilization; under-size fraction; municipal solid waste; kinetic parameters; oxygen demand; biostimulator

• Wydawca: Politechnika Koszalińska
• Czasopismo: Rocznik Ochrona Środowiska
• Rocznik: 2016
• Tom: Tom 18, cz. 1
• Strony: 800--814
• Opis fizyczny: Bibliogr. 18 poz., tab., rys.

Twórcy

autor

Stegenta S.

• Uniwersytet Przyrodniczy, Wrocław

autor

Kałdun B.

• Uniwersytet Przyrodniczy, Wrocław

autor

Białowiec A.

• Uniwersytet Przyrodniczy, Wrocław

Bibliografia

• 1. Adani, F., Tambone, F., Gotti, A. (2004). Biostabilization of municipal solid waste. Waste Management, 24, 775-783.
• 2. Aspray, T. J., Dimambro, M. E., Wallace, P., Howell, G., Frederickson, J. (2015). Static, dynamic and inoculum augmented respiration based test assessment for determining in-vessel compost stability. Waste Management, 42, 3-9.
• 3. Binner, E., Böhm, K., Lechner, P. (2012). Large scale study on measurement of respiration activity (AT 4 ) by Sapromat and OxiTop. Waste Management, 32, 1752-1759.
• 4. Burnham, K. P, Anderson, D. R. (2002). Model selection and multimodel inference: a practical information-theoretic approach. Second edition, New York, USA: Springer.
• 5. Cossu, R., Raga, R. (2008). Test methods for assessing the biological stability of biodegradable waste. Waste Management, 28, 381-388.
• 6. Den Boer, E., Jedrczak, A., Kowalski, Z., Kulczycka, J., Szpadt, R. (2010). A review of municipal solid waste composition and quantities in Poland. Waste Management, 30, 369-377.
• 7. Jędrczak, A. (2015). MBP – stan dzisiejszy, perspektywa jutra. Kompleksowe zarządzanie gospodarka odpadami, Poznań-Kołobrzeg, 61-76.
• 8. Kasinski, S., Wojnowska-Baryla, I. (2014). Oxygen demand for the stabilization of the organic fraction of municipal solid waste in passively aerated bioreactors. Waste Management, 34, 316-322.
• 9. Kilian, E., Macedowska-Capiga, A. (2011). Parametr AT-4 jako wskaźnik stopnia stabilizacji odpadów po mechaniczno-biologicznym przetwarzaniu. Prace Instytutu Ceramiki i Materiałów Budowlanych, 8, 88-94.
• 10. Klimuk, E., Lossow, K., Bulińśka, M. (1995). Kinetyka reakcji i modelowanie reaktorów biochemicznych w procesach oczyszczania ścieków. Olsztyn: Wydawnictwo ART.
• 11. Mason, I. G. (2006). Mathematical modelling of the composting process: A review. Waste Management, 26, 3-21.
• 12. Mimitris, P. K. (2006). A kinetic of solid waste composting at optimal conditions. Waste Management, 26, 82-91.
• 13. Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 11 września 2012 r., w sprawie mechaniczno-biologicznego przetwarzania zmieszanych odpadów komunalnych, (Dz.U. 2012 poz. 1052).
• 14. Sánchez, A. V., Fernández, F. J., Rodríguez, L., Villaseñor, J. (2012). Respiration indices and stability measurements of compost through electrolytic respirometry. Journal of Environmental Management, 95, 134-138.
• 15. Sidełko R., Seweryn K., Walendzik B. (2011). Optymalizacja procesu kompostowania w warunkach rzeczywistych. Rocznik Ochrona Środowiska, 13, 681-692.
• 16. Sidełko, R., Siebielska, I., Szymański, K., Skubała, A., Kołacz N. (2014). Ocena stabilności kompostu w czasie rzeczywistym. Inżynieria i Ochrona Środowiska,17(2), 221-230.
• 17. Statement of Verification, EU Environmental Technology Verfication Pilot Programme, Technology Name: Bio-Com System, 07.09.2015.
• 18. Tremier, A., de Guardia, A., Massiani, C., Paul, E., Martel, J. L. (2005). A repirometric method for characteristing the organic composting and biodegradation kinetics and the temperature influence on the biodegradation kinetics, for a mixture of sludge and bulking agent to be co-composted. Bioresource Technology, 96, 169-180.

Uwagi

PL

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę.