Uwarunkowania prawne i technologiczne dla procesu odzysku lub unieszkodliwiania odpadów kuchennych wraz z osadami ściekowymi

W artykule przedstawiono uwarunkowania prawne i technologiczne dla procesów przekształcania odpadów kuchennych w wartościowy produkt (fermentat lub kompost) do rolniczego wykorzystania. Odpady kuchenne mogą być przekształcane biologicznie w procesach recyklingu organicznego (R3), tj. poprzez kompostowanie czy fermentację metanową. Z uwagi na wysoką zawartość frakcji organicznej, odpady kuchenne uznawane są za pożądany ko-substytut do współfermentacji z osadami ściekowymi. W artykule przedstawiono analizę formalno-prawną oraz wytyczne technologiczne dla prowadzenia procesu współfermentacji osadów ściekowych i odpadów kuchennych. Kontrolowanie prowadzenia procesu współfermentacji pozwala na spełnienie kryterium jakościowego produktu finalnego (poferment) i umożliwia jego późniejsze zastosowanie rolnicze.

1. Wprowadzenie

Odpady kuchenne z uwagi na wysoką zawartość frakcji organicznej są uznawane za pożądany ko-substytut do współfermentacji z osadami ściekowymi. Frakcję organiczną odpadów kuchennych stanowią białka, tłuszcze, węglowodany i łatwo rozkładalne włókna (tab. 1). Odpady kuchenne ponadto charakteryzuje wysoka zawartość wody, tj. 50÷80% (średnio 70%) [3].

Odpady kuchenne zawierają wysokie stężenie łatwo biodegradowalnych związków organicznych oraz posiadają wysoki stosunek zawartości węgla do azotu (C:N), dzięki czemu dodatek odpadów kuchennych może korzystnie zmienić skład chemiczny osadów ściekowych, przyczyniając się do intensyfikacji procesu fermentacji i podwyższenia produkcji biogazu. Fermentacja samych odpadów kuchennych jest procesem trudnym do wykonania z uwagi na wysokie stężenie suchej masy, przy jednoczesnym deficycie pożywek, niskim odczynie i zasadowości. Ponadto odpady kuchenne bogate są w związki lignino-celulozowe, których hydroliza jest trudna i powolna. Z tego powodu uzyskanie efektywnej fermentacji wymaga współfermentacji odpadów kuchennych w mieszaninach dwusubstratowych (np. z osadami ściekowymi) oraz wydłużenia hydraulicznego czasu zatrzymania [2].

W tab. 2 zestawiono charakterystykę odpadów kuchennych i osadów ściekowych jako substratów do fermentacji metanowej.

Z uwagi na odmienny skład osadów ściekowych i odpadów kuchennych przed przystąpieniem, do procesu ko-fermentacji konieczne jest ustalenie warunków prowadzenia tego procesu, tj.:

• proporcji wagowych/objętościowych osadów ściekowych do odpadów kuchennych;
• parametrów prowadzenia procesu hydrolizy i fermentacji, w tym określenie optymalnej temperatury prowadzenia procesów i czasu zatrzymania w układzie.

2. Klasyfikacja prawna odpadów kuchennych i analiza prawna możliwości odbioru i przetwarzania odpadów kuchennych

Istnieje wiele regulacji prawnych dotyczących gospodarki odpadami komunalnymi (w tym kuchennymi), wśród których najistotniejsze to:

• Dyrektywa Parlamentu Europejskiego i Rady z 19 listopada 2008 roku, tzw. ramowa dyrektywa o odpadach, ustanawiająca ramy prawne dla promowania recyklingu i ograniczenia produkcji odpadów, jak również zastosowania ich w postaci zasobów oraz segregacji „u źródła”.
• Dyrektywa Parlamentu Europejskiego i Rady (UE) 2018/851 z 30 maja 2018 r. zmieniająca dyrektywę 2008/98/WE w sprawie odpadów, akcentująca poprawę efektywności wykorzystania zasobów i postrzeganie odpadów jako zasobów dla przyspieszenia transformacji gospodarek na model cyrkularny i osiągnięcia celów inteligentnego i zrównoważonego wzrostu określonych w strategii „Europa 2020”.
• Dyrektywa Rady 1999/31/WE z 26 kwietnia 1999 r., dotycząca składowania odpadów o nadrzędnym celu redukcji oraz powstrzymania niekorzystnych efektów związanych ze składowaniem odpadów.
• Dyrektywa Parlamentu Europejskiego i Rady 2000/76/WE z 4 grudnia 2000 r., tzw. dyrektywa spalarniowa, regulująca kwestie współspalania oraz spalania odpadów dla ograniczenia negatywnych skutków dla środowiska.
• Ustawa z 13 września 1996 r. o utrzymaniu czystości i porządku w gminach, określająca wymogi dotyczące realizowania działań z zakresu pozyskiwania komunalnych odpadów i określajaca wymogi dla sposobu ich zagospodarowania oraz zobowiązująca, do wydzielania odpadów biodegradowalnych z masy odpadów komunalnych [15].
• Ustawa z 14 grudnia 2012 r. o odpadach, transponująca wymogi ramowej dyrektywy o odpadach. W ustawie ujęto zobowiązania dotyczące całościowej gospodarki związanej z odpadami, która z założenia nie powinna stanowić zagrożenia dla życia ludzkiego oraz otaczającego ich środowiska naturalnego [17].
• Rozporządzenie Ministra Środowiska z 9 grudnia 2014 r. w sprawie katalogu odpadów, zawierające szczegółowy podział odpadów na poszczególne grupy, podgrupy, a także rodzaje [12].
• Rozporządzenie Ministra Środowiska z 1 lipca 2015 r. w sprawie sposobu i formy sporządzania wojewódzkiego planu gospodarki odpadami oraz wzoru planu inwestycyjnego, zawierające szczegółową instrukcję, jak należy opracować plan gospodarki odpadami dla każdego województwa [9].
• Rozporządzenie Ministra Gospodarki z 16 lipca 2015 r. w sprawie rodzajów odpadów, które mogą być składowane na składowisku odpadów w sposób nieselektywny, zawierające wykaz wszystkich odpadów, które mogą być składowane na danym składowisku nieselektywnie [7].
• Rozporządzenie Ministra Środowiska z 25 kwietnia 2019 r. w sprawie wzorów dokumentów stosowanych na potrzeby ewidencji odpadów [13].
• Rozporządzenie Ministra Środowiska z 30 kwietnia 2013 r.w sprawie składowisk odpadów, określające wytyczne odnoszące się do każdego rodzaju składowisk [10].

Zasadniczymi źródłami prawa w Polsce, związanymi z gospodarką odpadami komunalnymi w gminie, są ustawa o odpadach [17] oraz ustawa o utrzymaniu czystości i porządku w gminach [15]. Zawierają one podstawowe informacje dotyczące gospodarki odpadami i określają wymogi dotyczące właściwego systemu gospodarki odpadami (gromadzenia, zbierania, transportu, unieszkodliwiania), zapewnienia czystości w gminach, mając na uwadze ochronę środowiska naturalnego oraz życia ludzkiego.

Odpady komunalne, zgodnie z ustawą o odpadach [17], rozumie się jako: „odpady powstające w gospodarstwach domowych, z wyłączeniem pojazdów wycofanych z eksploatacji, a także odpady niezawierające odpadów niebezpiecznych, pochodzące od innych wytwórców odpadów, które ze względu na swój charakter lub skład są podobne do odpadów powstających w gospodarstwach domowych; zmieszane odpady komunalne pozostają zmieszanymi odpadami komunalnymi, nawet jeżeli zostały poddane czynności przetwarzania odpadów, która nie zmieniła w sposób znaczący ich właściwości”. Ustawa definiuje również pojęcie bioodpadów, przez które należy rozumieć odpady ulegające biodegradacji, odpady z ogrodów i parków, odpady spożywcze i kuchenne z gospodarstw domowych, gastronomii, zakładów zbiorowego żywienia, jednostek handlu detalicznego, a także porównywalne odpady z zakładów produkujących lub wprowadzających do obrotu żywność.

Odpady komunalne są szczegółowo sklasyfikowane i podzielone na podgrupy według [12]. W tab. 3 przedstawiona została charakterystyka odpadów komunalnych.

Odpady są podzielone według 6-cyfrowego kodu w formacie XX YY ZZ, gdzie dwie pierwsze cyfry oznaczają udział w danej grupie odpadów, która określa źródło powstawania odpadów. Następne dwie cyfry połączone z numerem grupy odpadów, oznaczają podgrupę odpadów, a całość składa się z 6 cyfr, dzięki której można szczegółowo zidentyfikować rodzaj odpadów.

W grupie odpadów komunalnych mieści się grupa 20 01 08 Odpady kuchenne ulegające biodegradacji, która jest przedmiotową frakcją do procesu ko-fermentacji. W opracowaniach krajowych, w tym w KPGO 2022 [14] przyjęto, że odpady kuchenne zaliczane są do grupy odpadów biodegradowalnych. Prognozuje się, że w Polsce nastąpi średnioroczny ok. 0,5% wzrost udziału frakcji biodegradowalnej w ogólnym strumieniu odpadów komunalnych. W związku z przyjętym w KPGO 2022 celem osiągnięcia recyklingu odpadów komunalnych na poziomie 65% do 2030 r., instalacje MBP i inne instalacje dla strumienia zmieszanych odpadów komunalnych będą zmieniały swoje przeznaczenie jako doczyszczające odpady selektywnie zbierane, a część biologiczna będzie przeznaczona dla odpadów zielonych i innych ulegających biodegradacji. Działania te wpisują się w realizację następujących celów szczegółowych:

• zmniejszenie ilości odpadów komunalnych ulegających biodegradacji kierowanych na składowiska odpadów, aby nie było składowanych w 2020 r. więcej niż 35% masy tych odpadów w stosunku do masy odpadów wytworzonych w 1995 r.
• zaprzestanie składowania odpadów ulegających biodegradacji selektywnie zebranych.

Z prawnego punktu widzenia nie ma zatem szczególnych ograniczeń w zakresie przetwarzania odpadów kuchennych, jest to wręcz działanie pożądane z perspektywy obowiązujących przepisów i planów. Działanie to, wymaga jedynie na podstawie art. 41 ust. 1 ustawy o odpadach [17], uzyskania zezwolenia. Wniosek o wydanie zezwolenia składa się do marszałka województwa lub starosty, w zależności od wielkości i charakteru instalacji.

Podobnego zezwolenia wymagałyby działania związane ze zbieraniem odpadów, ale w analizowanym przypadku najefektywniejszym rozwiązaniem byłoby nawiązanie współpracy z operatorem obsługującym gospodarkę odpadami komunalnymi na terenie gminy, który dostarczyłby bezpośrednio odpowiednio wyselekcjonowaną grupę odpadów (odpady kuchenne) do instalacji przetwarzania.

3. Analiza prawna metod przetwarzania odpadów kuchennych

Zgodnie z ustawą o odpadach [17] określającą w załącznikach nr 1 i 2 wykazy procesów odzysku (tab. 4) i unieszkodliwiania (tab. 5), procesy biologicznego przekształcania odpadów kuchennych klasyfikowane mogą być jako procesy R3: Recykling lub odzysk substancji organicznych, które nie są stosowane jako rozpuszczalniki (w tym kompostowanie i inne biologiczne procesy przekształcania) lub D8: Obróbka biologiczna, niewymieniona w innej pozycji niniejszego załącznika, w wyniku której powstają ostateczne związki lub mieszanki, które są unieszkodliwiane za pomocą któregokolwiek spośród procesów wymienionych w poz. D1–D12.

Jeżeli jakość produktów procesu biologicznego dedykowanego jako proces recyklingu organicznego nie odpowiada wymaganiom dla nawozów lub środków wspomagających uprawę roślin, wówczas klasyfikacja musi zostać zmieniona na D8.

Odpady kuchenne mogą być przekształcane biologicznie w procesach kompostowania, fermentacji oraz przy zastosowaniu kombinacji tych dwóch metod. W przypadku kompostowania proces biologicznego przekształcania odpadów odbywa się w warunkach tlenowych i przebiega etapowo. W pierwszym etapie kompostowania odbywa się przy zastosowaniu wymuszonego napowietrzania pryzmy kompostowej, w drugim etapie stosuje się otwarte pryzmy z mechanicznym przerzucaniem zawartości. Czas potrzebny na całkowite przetworzenie organicznych odpadów w wartościowy produkt, jakim jest kompost, wynosi min. 12 tyg. W przypadku nieosiągnięcia wymagań określonych w rozporządzeniu [8] produkt wyjściowy procesu kompostowania nazywany jest stabilizatem i klasyfikowany jest jako odpad o kodzie 19 05 03. Stabilizat nie może być klasyfikowany jako odpad 19 05 01 – nieprzekompostowane frakcje odpadów komunalnych, gdyż oprócz składników nieprzefermentowanych, zawiera też częściowo rozłożoną frakcję biologiczną. Stabilizat może być użyty do rekultywacji lub składowany jako odpad inny niż niebezpieczny.

Fermentacja metanowa to proces, który przebiega w ściśle określonych warunkach środowiskowych, tj. przy zachowaniu odpowiedniej temperatury, pH, uwodnienia masy odpadowej oraz w warunkach ściśle beztlenowych. Czas fermentacji uzależniony jest od temperatury prowadzenia procesu, i tak w warunkach mezofilowych czas ten wynosi min. 20 dni, a w warunkach termofilowych min. 12 dni. Produkt końcowy procesu fermentacji, to poferment. Analogicznie do kompostowania, poferment niespełniający wymogów jakościowych klasyfikowany jest jako odpad 19 06 04 – przefermentowane odpady z beztlenowego rozkładu odpadów komunalnych. W takim przypadku poferment może dalej zostać skierowany do procesu kompostowania (R3), w celu uzyskania kompostu o walorach nawozowych lub środka wspomagającego rozwój roślin (tab. 4).

W tab. 4 przedstawiono charakterystykę procesów przetwarzania odpadów w procesach fermentacji metanowej, kompostowania i ich kombinacji, uwzględniające produkty powstałe w wyniku zastosowania tych procesów.

Należy podkreślić, że aby poferment lub kompost mógł być wykorzystany w rolnictwie, musi spełniać dopuszczalne wymagania jakościowe dla nawozów i środków wspomagających rozwój roślin, określone w Ustawie z 10 lipca 2007 r. o nawozach i nawożeniu [16] i rozporządzeniu [8]. W związku z powyższym, konieczne jest monitorowanie jakości wsadu kierowanego do procesów fermentacji metanowej czy kompostowania, tak aby produkt wyjściowy procesów przetwarzania odpadów kuchennych nie był klasyfikowany jako odpad.

Zgodnie z zaleceniami zawartymi w opracowaniu Ministerstwa Środowiska określającego wytyczne dla procesów kompostowania, fermentacji i mechaniczno-biologicznego przetwarzania odpadów (MBP) [5], dopuszczalnymi metodami przetwarzania odpadów kuchennych są procesy kompostowania oraz fermentacji metanowej. Nie zaleca się przetwarzania odpadów kuchennych w instalacjach do mechaniczno-biologicznego przetwarzania odpadów kuchennych (tab. 4).

Osady ściekowe współprzetwarzać można w procesach kompostowania i fermentacji z następującymi grupami bioodpadów:

• odpady kuchenne (20 01 08),
• oleje i tłuszcze jadalne (20 01 25),
• odpady z targowisk (20 03 02),
• odpady ulegające biodegradacji (20 02 01),
• tłuszcze (19 08 09),
• szlamy z biologicznego oczyszczania ścieków przemysłowych (19 08 12).

Ponadto możliwe jest kompostowanie osadów ściekowych wspólnie z odpadem z piaskowników (19 08 02).

Współprzetwarzanie odpadów kuchennych w procesach MBP możliwe jest tylko ze szlamami z biologicznego oczyszczania ścieków przemysłowych i w określonych warunkach z odpadami z targowisk (20 03 02).

Wyprodukowanie kompostu oraz pofermentu możliwe jest tylko z odpadów zbieranych selektywnie. Mieszanka odpadów kuchennych i osadów ściekowych dobrana powinna być tak, aby po zakończeniu procesu przetwarzania spełniała wymogi dla nawozów lub środków wspomagających uprawę rośliny. Dobór mieszanki powinien więc opierać się o badania jakościowe obu substratów z uwzględnieniem tego, że po zakończeniu procesu nastąpi zmniejszenie substancji organicznych o ok. 50% masy początkowej oraz 1,5÷2-krotne zatężenie składników nierozkładalnych, w tym zanieczyszczeń, takich jak metale ciężkie.

Wymagania jakościowe, jakie powinny spełniać odpady kuchenne, które mają zostać poddane procesowi recyklingu organicznego przedstawiono w tab. 5.

Dodatkowo, zawartość metali ciężkich nie powinna przekraczać wartości dopuszczalnych w stosowanych rozporządzeniach (tab. 6), należy uwzględnić 1,5÷2-krotne zatężanie metali w produkcie w stosunku do ich zawartości w mieszaninie przetwarzanych odpadów.

Wartości podane w tab. 6 są orientacyjne, należy zawsze zweryfikować je na etapie badań, gdyż mogą zmieniać się w zależności od rodzaju instalacji do przetwarzania, stopnia rozdrobnienia odpadów oraz zawartości metali ciężkich w odpadach.

4. Wymagane warunki prowadzenia procesów przetwarzania odpadów kuchennych dla ich higienizacji

W świetle zapisów prawa nawozy organiczne i środki wspomagające uprawę roślin powinny spełniać wymagania sanitarno-higieniczne (wolne od żywych jaj pasożytów jelitowych – Ascaris sp., Trichuris sp., Toxocara sp., bakterii z rodzaju Salmonella itd.) [16]. Z uwagi na to, że zalecaną metodą postępowania z odpadami kuchennymi jest proces R3, kompost oraz ferment powinien również spełniać te wymagania, jeżeli ma być zaliczony do tej kategorii produktów, a nie odpadów.

Stabilizacja biologiczna kompostu w niższej temperaturze prowadzenia procesu (tj. 55°C) następuje po ok. 2 tygodniach, przy założeniu, że zawartość pryzmy kompostowej przerzucona zostanie 5-krotnie. Zwiększenie temperatury do 65°C skraca czas trwania procesu do 1 tygodnia i liczbę przerzuceń masy kompostowej do 2. Prowadzenie procesu w komorach zamkniętych w temperaturze 60°C wymaga 1 tygodnia bez konieczności przerzucania masy. W przypadku fermentacji metanowej, oprócz dostawiania czasu procesu do temperatury jego prowadzenia, zwrócić należy uwagę na rodzaj fermentowanych odpadów. Jeżeli mamy do czynienia z odpadami surowymi, które mogą zawierać mikroorganizmy chorobotwórcze, jak np. odpadową tkankę zwierzęcą, konieczne jest podgrzanie odpadów do temperatury 70°C przez min. 1 h. Szczegółowe wymagania odnośnie prowadzenia procesu fermentacji metanowej odpadów, tak, by zapewnić ich higienizację przedstawiono w tab. 7.

Zgodnie z wytycznymi określonymi przez Ministerstwo Środowiska Departament Gospodarki Odpadami [5], w przypadku powstałych po wspólnej beztlenowej stabilizacji osadów ściekowych z organiczną frakcją odpadów komunalnych zaleca się przyjęcie kryteriów, jakie obowiązują dla przefermentowanych osadów ściekowych.

5. Przepisy BAT (najlepszej dostępnej techniki) dla instalacji przetwarzania odpadów kuchennych

Instalacje recyklingu organicznego nie muszą spełniać wymogów najlepszej dostępnej techniki (zgodnie z dokumentem referencyjnym BAT), ale nowo wybudowane powinny spełniać wymagania art. 143 ustawy Prawo ochrony środowiska [18], m.in. powinny cechować się efektywnością energetyczną, niskim potencjale zagrożeń, oszczędnością surowców, wody, paliw, niskoemisyjnością, preferencją technologii bezodpadowych i małoodpadowych.

Szczegółowo wymagania BAT dla metod przetwarzania biodegradowalnych odpadów komunalnych przedstawione są w dokumencie Best Available Techniques (BAT) [1]. W tab. 8 zestawiono najważniejsze zalecenia BAT dotyczące procesów przetwarzania odpadów w procesach fermentacji i kompostowania.

Rozwiązanie kwestii wykorzystania frakcji komunalnych odpadów biodegradowalnych, tj. odpadów kuchennych, w procesie współfermentacji osadów ściekowych wypełnia postulaty gospodarki obiegu zamkniętego, która w coraz większym zakresie będzie odzwierciedlana w regulacjach prawnych. Istotną kwestią jest zachowanie odpowiednich standardów i bezpieczeństwa w obrocie odpadami.

W przygotowaniu jest rozporządzenie określające szczegółowe wymagania dotyczące magazynowania odpadów, a w najbliższym czasie obowiązywać będą nowe wymagania związane z uszczegółowieniem wymagań dotyczących zezwolenia w zakresie przetwarzania odpadów kuchennych.

6. Literatura

1. Best Available Techniques (BAT) Reference Document for Waste Treatment Industrial Emissions Directive 2010/75/EU (Integrated Pollution Prevention and Control) Joint Research Centre Directorate Growth and Innovation Unit Circular Economy and Industrial Leadership European IPPC Bureau Final Draft, October 2017.
2. Bohdziewicz J., Kuglarz M., Mrowiec B. (2011), Ocena podatności bioodpadów kuchennych i osadów ściekowych do kofermentacji w warunkach statycznych, Proceedings of EC Opole 5(1), 197-202.
3. Gao W., Chen Y., Zhan L., Bian X. (2015), Engineering properties for high kitchen waste content municipal solid waste, Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering 7, 646-658.
4. Kończak B. Zawartka P., Produkcja fermentatu i kompostu z osadów ściekowych dla efektywnego wdrażania gospodarki cyrkularnej, W: W kierunku gospodarki o obiegu zamkniętym. Perspektywa przemysłu, Wydawnictwo IGSMiE PAN, Kraków 2017.
5. Ministerstwo Środowiska Departament Gospodarki Odpadami (2015), Wytyczne dotyczące wymagań dla procesów kompostowanie, fermentacji i mechaniczno-biologicznego przetwarzania odpadów (wg stanu prawnego na dzień 15 grudnia 2008 r.).
6. Projekt z 13 sierpnia 2019 r. Rozporządzenie Ministra Środowiska w sprawie szczegółowych wymagań dla magazynowania odpadów.
7. Rozporządzenie Ministra Gospodarki z 16 lipca 2015 r. w sprawie rodzajów odpadów, które mogą być składowane na składowisku odpadów w sposób nieselektywny (Dz. U. 2015 poz. 110).
8. Rozporządzenie Ministra Rolnictwa i Rozwoju Wsi z 18 czerwca 2008 r. w sprawie wykonania niektórych przepisów ustawy o nawozach i nawożeniu (Dz.U. 2008 nr 119 poz. 765 z późn. zm.).
9. Rozporządzenie Ministra Środowiska z 1 lipca 2015 r. w sprawie sposobu i formy sporządzania wojewódzkiego planu gospodarki odpadami oraz wzoru planu inwestycyjnego (Dz. U. 2015 poz. 1016).
10. Rozporządzenie Ministra Środowiska z 30 kwietnia 2013 roku w sprawie składowisk odpadów (Dz. U. 2013 poz. 523).
11. Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 20 stycznia 2015 r. w sprawie procesu odzysku R10 (Dz. U. 2015 poz. 132).
12. Rozporządzenie Ministra Środowiska z 9 grudnia 2014 r. w sprawie katalogu odpadów (Dz. U. 2014 poz. 1923).
13. Rozporządzenie Ministra Środowiska z 25 kwietnia 2019 r. w sprawie wzorów dokumentów stosowa-nych na potrzeby ewidencji odpadów (Dz. U. 2019 poz. 819).
14. Uchwała nr 88 Rady Ministrów z dnia 1 lipca 2016 r. w sprawie Krajowego planu gospodarki odpadami 2022 (M.P. 2016 poz. 784).
15. Ustawa z 13 września 1996 r. o utrzymaniu czystości i porządku w gminach (t.j.: Dz. U. 2018 poz. 1454).
16. Ustawa z 10 lipca 2007 r. o nawozach i nawożeniu (t.j.: Dz. U. 2018 poz. 1259 z późn. zm.).
17. Ustawa z 14 grudnia 2012 r. o odpadach (t.j.: Dz. U. 2019 poz. 701 z późn. zm.).
18. Ustawa z dnia 27 kwietnia 2001 r. Prawo ochrony środowiska (t.j.: Dz.U. 2019 poz. 1396).           

Beata Kończak, Elżbieta Uszok, Główny Instytut Górnictwa, Katowice

Źródło: Forum Eksploatatora 6/2019