Instalatia de Recuperare de Caldura

REZUMAT

Cu toții cunoaștem importanța reducerii consumului de energie sau a recuperării energiei în cazurile în care acest lucru este posibil. Tema lucrării își propune să prezinte o metodă de recuperare a energiei calorice rezultate în urma proceselor de fermentație cu ajutorul microorganismelor (protozoare, funghi etc.) din interiorul compostului. Compostul reprezintă o soluție pentru a scăpa de deșeurile vegetale și transformarea lor într-o sursă de energie utilă pentru utilitățile casnice ca și exemplu pentru a încălzi o locuință sau pentru a încălzi o seră.

Acest studiu se dorește a fi o contribuție la o mai bună dezvoltare a tehnologiilor de recuperare a energiei prin proiectarea, montarea și descrierea instalației experimentale utilizată la recuperarea căldurii din procesele fermentative. Cu ajutorul acestei tehnologii se poate realiza o reciclare a deșeurilor din gospodărie se pot evita costurile aferente către firmele de salubritate autorizate. Compostul se poate valorifica foarte ușor prin obținerea humusului. Produsele secundare rezultate în urma activităților agricole (iarbă, frunze, rumeguș, etc.) pot fi transformate foarte ușor într-un material util pentru producerea de energie termică. Compostarea este o metodă naturală care accelerează procesul de descompunere în prezența bacteriilor (ciuperci,funghi etc)( Mustin, 1987).

Produsul final rezultat în urma compostării poate fi aplicat pe teren o perioadă mai îndelungata, acesta reda elementele nutritive utile pentru plante, adică se obține un îngrășământ valoros pentru agricultură, mai ales pentru sectoarele florale și leguminoase care poate substitui mari cantități de îngrășăminte chimice. Se obține un produs capabil să reducă deficitul de materie organică și microelemente în solurile agricole, să amelioreze caracteristicile fizice, chimice și biologice ale solurilor.

În urma studiului de specialitate s-a realizat un sistem de încălzire printr-o instalație cu neconvențonală de recuperare a energiei din procesele fermentative (aerobe) din materiale vegetale care amestecate formează un compost care poate genera o cantitate suficientă de căldură. În funcție de volumul de material supus compostării de și de tipul de material introdus care ajunge la o temperatură cuprinsă între 40-60 de grade Celsius.

INTRODUCERE

Studiul prezinta conceptul dezvoltării unei instalatii de recuperare a energiei calorice folosind compostul. Lucrarea este structurată in trei capitole care prezintă modul de formare a compostului, fluxul tehnologic al procesului, materialele folosite pentru alcătuirea instalatiei și concluziile la care am ajuns in urma efectuarii acestui studiu.

Primul capitol evidențiază modalitățile de generare a compostului dar și tehnologiile recuperatoare de căldură utilizate în prezent.

Al doilea capitol prezintă aspectele legislative cu privire la utilizarea energiilor regenerabile la nivel European și National si modalitati pentru generarea compostului.

Al treilea capitol prezintă aplicația practica creată, folosindu-se de tehnologiile prezentate în partea teoretica.

Scop si obiective

Studiul are ca scop recuperarea energiei calorice rezultate in urma proceselor fermentative din compost si conceperea instalatiei experimentale.

Compostul reprezintă soluția ideală pentru a scăpa de deseurile menajere si transformarea lor într-o sursa de energie regenerabilă utilă pentru utilitătile casnice (Quarles, 2001).

Obiectivele studiului urmăresc:

descrierea caracteristicilor teoretice si procesul de formare a compostului;

proiectarea, montarea si descrierea instalației experimentale utilizata la recuperarea caldurii din procesele fermentative;

descrierea procesului tehnologic si a principiului de functionare.

Motivația alegerii temei

Motivatia alegerii temei are la bază dorința de a obtine surse de energie cu un impact cât mai redus asupra mediului, in special asupra biodiversității si a sănatătii populatiei motiv pentru care s-a propus o metoda de recuperare a energiei termice din procesele fermentative, utilizand compostarea deseurilor putrescibile (biodegradabile) .

Deseurile biodegradabile reprezinta o problemă importanta pentru tările care nu au implementat un management eficient al deseurilor si nici suficiente resurse financiare pentru reciclarea lor. Pentru a avea un mediu inconjurător cat mai curat si sănatos este necesara recuperarea si reciclarea deșeurilor astfel incat sa poata conduce la obtinerea de noi energii regenerabile mai accesibile ca preț față de cele conventionale si cu efecte mai putin dăunătoare pentru mediu. In acest sens, compostarea poate reprezenta un mijloc accesibil pentru obtinerea energiei calorice prin procesul de fermentație, energie care poate fi folosită cu usurință la incălzirea apei din gospodărie sau pentru incălzirea locuinței.

CAPITOLUL 1

Generarea compostului

Fermentarea din interiorul compostului apare ca rezultat al proceselor biologice degradative in care microorganismele (ciuperci, actinomicee funghii, etc) care populează solul sau materialele supuse procesului de compostare descompun țesuturile materialelor biodegradabile care au in componența lor celuloză si lignină. Procesul de descompunere a grămezii de compost se desfăsoară în conditii mult mai rapide datorită creări unui mediu unde temperatura, aerarea si umiditatea sunt favorabile pentru dezvoltarea bacteriilor care accelerarează procesul de descompunere a microflorei. (Oroian I. G., Brasovean 2011)

Prin reciclarea deseurilor din gospodărie se pot evita costurile aferente către firmele de salubritate autorizate. Compostul se poate valorifica foarte usor prin obtinerea humusului. Produsele secundare rezultate în urma activitătilor agricole (iarbă, frunze, rumeguș, etc.) pot fi transformate foarte ușor intr-un material util pentru producerea de căldură respectiv in compost. Compostarea este o metodă naturală care accelerează procesul de descompunere în prezenta bacteriilor (ciuperci,funghi etc)( Kai si col., 1990). Materiile organice din care este format compostul sunt supuse unei transformări continue sub actiunea microorganismelor. În primele etape ale procesului de compostare numărul bacteriilor de descompunere creste semnificativ iar în etapele următoare intră în actiune și descompun materia organică. (Oroian I. G., Brasovean 2011)

Materiile organice ce pot fi supuse compostării sunt usor disponibile, putand fi utilizate iarba, buruieni, frunze, coceni de porumb dar si resturile menajere care pot fi introduse în grămada de compost, cu excepția uleiurilor, grăsimilor si a oaselor, acestea producand un miros neplăcut în timpul procesului de fermentare. Grămada de compost trebuie să fie plasată in locuri unde mirosurile provenite in urma procesului fermentativ să nu afecteze locuitorii din vecinătate. Stiva de compostare are nevoie ca aerul să poată trece prin părtile laterale pentru a oferii materiei supuse compostării o aerație suficientă pentru a intreține procesul de fermentație. Grămada de compost dă un randament maxim atunci când este construita pe straturi. Stratificarea ne ajută la proportionarea corectă a materiei organice adăugate.Humusul provenit in urma compostării deseurilor putrescibile inbunătățește aerarea solului si crează un mediu prielnic de creștere a plantelor. Substanțele conținute in compost precum azotul, potasiul si fosforul sunt produse pe cale naturală si au o amprentă ecologică negativă foarte scăzută fată de compusii sintetici de afânare a solului (Fernandes si Sartaj, 1997, ). [] Procesul de compostare se desfășoară mai bine atunci când resturile vegetale sunt bine mărunțite pentru ca apa să pătrundă mai rapid în tesuturile plantelor. Înăltimea stivei de compost trebuie să nu depășească doi metri si trebuie orientată în așa fel încât să fie protejată de ploi torentiale, vant puternic si de zăpadă. (Solti Gabor ,Rusu Teodor,2006). Gunoiul de grajd nu trebuie adăugat proaspăt ci trebuie depozitat lăsat să fermenteze și adăugat doar când raportul C : N este redus. Calitatea gunoiului de grajd bine fermentat este vizibilă datorită culorii închise a paielor și vizibilitatea scăzută a acestora (Solti Gabor ,Rusu Teodor,2006)

Pentru ca procesele fermentative să aibă o eficiență maximă trebuie menținută remanierea stratelor de compost și aducerea unui aport de apă dacă este nevoie. Fermentarea are loc in momentul când microorganismele sunt capabile să degradeze materia organică si să transforme poluantii organici . Compușii chimici care se regasesc de obicei in compost sunt: glucoza, celuloza si lignina . Procesul de descompunere a celulozei este important pentru ciclul carbonului, celuloza regasindu-se din abundență în resturile de origine vegetală constituind si o sursă de carbon și de energie pentru procesele fermentative .

In compost procesul de fermentație se desfășoară in trei etape:

etapa mezofilă: in care bacteriile se inmultesc la temperaturi de 24-40 °C

etapa termofilă: în această etapă sunt prezente deja bacteriile, ciupecile si actinomicetele care la o temperatură de 51-60 °C descompun celuloza, lignina dar și alte materiale organice rezistente .

etapa de maturare: unde temperatura se stabilizează și ramâne constantă favorizând astfel procesul de fermentație. Temperatuta din acest stadiu poate trece de 70°C. (Ioan Anghelina, Iulia Anghelina, Lidia 2008)

Bacteriile sunt vietuitoare unicelulare cu dimensiuni de ordinul micronilor, nu au cloroplaste iar prin diviziunea celulară timpul de reproducere este foarte mare Structura bacteriilor poate fi de: bacili sferici, coci și sunt capabili de a dezvolta o mișcare proprie necesara deplasarii in mediul lor de viata. Aceste bacterii sunt răspunzătoare de căldura generată în compost datorită procesului de descompunere pe care il desfasoara. Din punct de vedere al metabolismului bacteriile sunt autotrofe (folosesc bioxidul de carbon) si heterotrofe (folosesc compușii organici). (Solti Gabor ,Rusu Teodor,2006)

Actinomicetele au un sistem enzimatic, care poate descompune foarte ușor lignina și au rol în producerea humusului. Spre sfârsitul procesului de compostare putem observa filamente, de forma unei pânze de paianjen care sunt formate de către actinomicete. Mirosul composturilor bine fermentat este asemănator cu mirosul pămanturilor de pădure acesta se datorează actinomicetelor. [(Solti Gabor ,Rusu Teodor,2006)]

Funghii au un rol deosebit de inportant în scindarea deseurilor celulozice, producand celule care atacă rezidurile organice uscate sau cele cu conținut scăzut de azot, care nu pot fi descompuse de către bacterii. Funghii trăiesc saprofit deoarece colonizează organismele moarte obținâmd astfel energie din descompunerea lor. Unele specii apar in etapa termofilă iar altele în etapa de maturare, când rămân să formeze humusul. [(Solti Gabor ,Rusu Teodor,2006)]

În timpul fermentației carbonul și azotul reprezintă cele mai importante elemente care conditionează formarea compostului. Energia necesară este asigurată de către carbon iar azotul este un component principal al acizilor nucleici, proteinelor, aminoacizilor. Valorile raportului C : N sunt deosebit de importante, deoarece la valori mari azotul este insuficient pentru dezvoltarea optimă a florei microbiene astfel biodegradarea va decurge cu viteze mici intr-un timp indelungat, iar la valori mici a raportului C : N azotul continut in deseurile biodegradabile va fi transformat în amoniac producând în interiorul compostului mirosuri neplacute. [[(Solti Gabor si Rusu Teodor,2006)]

Descompunerea materiei organice apare la suprafața particulelor unde oxigenul actionează cu o mai mare putere. Dacă particulele sunt de dimensiuni mai mici acestea vor fi biodegradate mai rapid decât cele cu dimensiuni mai mari dat fiimd faptul că oxigenul nu poate pătrunde spre centru particulei unde biodegradarea ar avea loc într-un timp mai lung deoarece mediul devine anaerob. Cand particulele organice sunt prea mici scade circulatia aerului iar cantitatea de oxigen necesară microorganismelor este diminuată deci activitatea microbiană scade. (Solti Gabor ,Rusu Teodor,2006)

Fig.1. Fazele principale de degradare a deșeurilor organice [Sursa: Williams, P.T., 2002]

Sisteme utilizate in prezent pentru recuperarea energiei calorice din procesele fermentative

Propagarea căldurii este un fenomen complex care poate avea loc prin conductie termică, convectie sau prin radiatie. [Ing.Otto Adler si Ing.Petre Vezeanu 1970] Conducția termică se realizează atunci când transportul căldurii în interiorul unui corp material este lipsit de miscări aparente dar este supus unei diferențe de temperatură. În general materialele cu o conductivitate electrică mare (metale, apă) au și o conductivitate termică mare. Conducția termică se referă in mod special la corpurile solide, lichide și gaze intervenind în straturi de grosime foarte mică. [Ing.Otto Adler si Ing.Petre Vezeanu 1970] Convecția este o formă de transmitere a căldurii prin mișcarea unui lichid pe o suprafața solidă, care vehiculează energia termică din zonele cu energie mare spre zonele cu energie termică mai scăzută. (Ing.Otto Adler,Ing.Petre Vezeanu,Instalatii) Radiația termică reprezintă transmiterea căldurii sub formă de energie radiantă din agitația termică a constituienților (atomi, ioni, electroni). Fenomenul apare atunci când două suprafețe aflate la temperaturi diferite și care sunt separate între ele printr-un spațiu, face posibilă trecerea radiației.

Cele trei fenomene de transmitere a căldurii intervin în fenomenele reale și variază de la caz la caz. În industrie fenomenele de transfer termic sunt foarte diversificate și inglobează modurile elementare de transmitere a căldurii.( Ing.Otto Adler si Ing.Petre Vezeanu,Instalatii)

Schimbătoarele de căldură sunt instalații termice, care au rolul de a efectua operații de trecere a căldurii de la un lichid vehiculat la altul . Instalațiile schimbătoare de căldura pot pune în contact direct sau prin intermediuul unor separatoare de fluide, care se gasesc la temperaturi diferite producânduse astfel fenomenul de transfer termic. În funcție de presiunea la care este supus fluidul vehiculat se stabilesc: dimensiunea pieselor, calitatea materialelor și modul de imbinare. Pentru realizarea schimbătoarelor de căldură se impune alegerea unor materiale potrivite ca rezistență, acestea alegandu-se in funcție de proprietățile chimice ale agentului vehiculat în interiorul schimbatorului de căldură (corosivitatea).

Tipuri de schimbatoare de caldură:

schimbatoare de căldură teavă in țeavă

schimbătoare de căldură în spirală

shimbătoare de căldură cu serpentină

Scopul utilizării schimbătoarelor de căldură sau a recuperatarelor de căldură este de încălzire a fluidelor vehiculate cu o temperatură scăzută si de răcire a fluidelor cu o temperatură ridicată.(Octavian Florea si Ghiorghita Jinecu 1980),(EM.A. Bratu 1970)

Fig.2. Schimbător de căldură țeavă in țeavă. [http://www.bemasgroup.com]

CAPITOLUL 2

Aspecte legislative privind energiile regenerabile la nivel European

Cadrul legislativ prezentat cu privire la utilizarea energiilor regenerabile are ca scop transpunerea directivelor date de Uniunea Europeana (U.E.) în legislatia țărilor membre și stabilirea uni echilibru la nivel European cu privire la producere a de energie regenerabilă. Fiecare stat membru își poate implementa propriul plan de actiune pentru producerea energiilor regenerabile, dar trebuie să indeplinească obiectivele menționate în cadrul directivelor UE.

Legislatie la nivel European

Directiva privind energia provenită din resursele regenerabile a fost adoptată la 23 aprilie 2009 (Directiva 2009/28/CE, de abrogare a Directivei 2001/77/CE și 2003/30/CE) aceasta a stabilit un obiectiv cu caracter obligatoriu, care prevede că pâna în 2020, 20% din consumul energetic al UE să vină din resurse regenerabile, acest obiectiv este împartit în obiective secundare specifice fiecărui stat membru.

Legislatie la nivel National

Legea numarul 220/2008 pentru stabilirea sistemului de promovare a productiei de energie din resurse regenerabile HG 443 / 2004 privind promovarea surselor regenerabile de energie.

HG 958/2005 privind modificarea HG 443/ 2003 si HG 1892/ 2004

HG 1535 / 2003 de aprobare a Strategiei de promovare a surselor regenerabile de energie

HG 1892 / 2004 de stabilire a mecanismului de promovare a energiei electrice produse din surse regenerabile Ordonanța de urgență a Guvernului nr.78/2000 privind regimul deșeurilor, aprobată cu modificări prin Legea nr. 426/2001

Autoritatea centrală pentru protecția mediului are obligația să elaboreze strategia națională privind reducerea cantității de deșeuri biodegradabile depozitate, care este parte integrantă din Strategia națională privind gestiunea deșeurilor. Strategia națională privind reducerea cantității de deșeuri biodegradabile cuprinde măsuri referitoare la colectarea selectivă, reciclarea, compostarea, producerea de biogaz și/sau recuperarea materialelor și a energiei (http://www.cdep.ro).

Compostul

Una dintre cele mai bune metode de valorificare a reziduurilor organice dintr-o ferma o reprezinta compostarea.Un centru de cercetare din Quebec defineste compostul astfel: un produs matur solid rezultat din compostare, care este un proces condus de bio-oxidare a substratului organic heterogen solid incluzând o faza termofila.

Prin compost se întelege un produs ca a fost obtinut printr-un proces termofil, aerob, dedescompunere si sinteza microbiana a substantelor organice din produsele reziduale, care contine peste 25 % humus relativ stabil format predominant din biomasa microbiana si care în continuare este supus unei descompuneri slabe fiind suficient de stabil pentru a nu se reîncalzi ori determina probleme de miros sau de înmultire a insectelor si are raportul de carzon si azot de C:N = 10-15.In functie de conditiile de aeratie si umiditate, materia organica evolueaza câtre o stare calitativ noua, indiferent de originea si natura ei care este relativ stabila fata de biodegradare, caracterizataprintr-un raport C:N similar humusului. (Peters et al.2000)

Compostarea mai este definita ca o metoda de management al procesului de oxidarebiologica care transforma materiile organice heterogene în altele mai omogene, cu particule fineasemanatoare humusului. (Peters et al.2000)

A composta inseamna a recicla materia organica si a reinoda ciclurile naturale care au fost intrerupte prin abandonarea practicilor corespunzatoare. Astfel, compostarea:

este o tehnica de stabilizare si de tratare aeroba a deseurilor organice biodegradabile;

se adreseaza tuturor deseurilor organice dar in special deseurilor solide si semisolide;

este un mod de a distruge prin intermediul caldurii si diferitilor factori interni, germeni si paraziti, vectori ai bolilor, semintele nedorite;

este o tehnica biologica de reciclare a materiei organice, care de-a lungul evolutiei sale duce la obtinerea humusului, factor de stabiliatate si de fertilitate pentru soluri; (Klamer si Baath)

Pentru oamenii de la tara care nu dispun de suprafete suficiente pentru depozitarea deseurilor biologice compostarea constituie una din metodele de tratare si degajare a dejectiilor în conditiile protejarii mediului. Este recomandat ca ei sa opteze pentru un sistem intensiv de aerare a gramezii si sa dispuna de echipamentele necesare pentru amestecul gramezii.

Obiectivul este de a produce un material care sa fie stabil si poate fi analizat cu privire la raportul C:N.Materialele care sunt bine compostate si au un raport C:N redus; de ex. raportul C:N poate scadea de la 30 la începutul procesului de compostare pana la 15 în compostul matur (Bertoldi si colab. 1983).

În timpul compostarii active, descompunerea aeroba genereaza bioxid de carbon si vapori deapa. Descompunerea anaerobă activa genereaza bioxidul de carbon, metan si alte produse defermentatie care creeaza mirosuri neplacute, pH redus în gramada de compostare inhiba cresterea plantelor (ICPA, 2006).

Exista factori care afecteaza generarea de mirosuri: cantitatea de oxigen din gramada,caracteristicile materialelor supuse compostarii, pH –ul initial al amestecului.

Chiar daca exista o aprovizionare buna cu oxigen (obtinut prin difuzie, remaniere oriaerare fortata) în gramada de compostare tot ramân unele pungi mai mici ori mai mari în careprocesul se desfasoara în conditii anaerobe (Fernandes si Sartaj, 1997).

Ogramada pentru compostare este predominant aeroba daca concentratia oxigenului în gramada decompostare este distribuita uniform si are valori peste 5-6 %. Da exista valori ale oxigenului sub 3 % aparmirosurile si începe procesul fermentatie de anaerobica. Daca se întrerupe fluxul de aer în gramada chiar sinumai 2 minute atunci când activitatea microbiana este ridicata în gramada pot sa apara proceseanaerobe. În conditii anaerobe, apar mirosuri generate de alcoolii si acizii organici volatili care se formeaza rapid si atunci se coboara pH-ul gramezii. Restabilirea conditiilor aerobe printr-o aerare si porozitatecorespunzatoare poate lua de la 2 la 6 zile.Organismele microbiene necesare pentru compostare apar natural în multe material organice (Michel si colab. 1996).

Cu toate ca folosirea unor stimulatori poate stimula compostarea (în special a

subproduselor care sunt relativ sterile), cei mai multi producatori de compost le considera rareorinecesare. Cele mai obisnuite tipuri de aditivi folositi pentru dirijarea compostarii si îmbunatatireacalitatii produsului final sunt:

– folosirea compostului care nu si-a terminat maturarea si este înca bogat în microorganisme cainocul (pâna la 10 % din masa gramezii de compostare);

– folosirea carbonatului de calciu pentru corectarea deficitului de calciu si corectarea reactiei acide;

– folosirea sîngelui si fainii de oase pentru a asigura azotul în absenta gunoiului de grajd;

– faina de oase este utilizata pentru corectarea deficitului de fosfor si calciu;

– solul argilos sau argila pura sunt folosite pentru a îmbunatati formarea compusilor argilohumati,în special pentru composturile ce se vor folosi pe solurile nisipoase;

– gipsul este recomandat pentru îmbunatatirea texturii solului;

– roca fosfatica macinata se adauga pentru eliberarea lenta a fosforului accesibil;

-nisipul si pulberea grosiera de granit (în cantitati mici) au rolul de reducere a texturii prea

argiloase si îmbunatatire a drenajului, etc;

Acestea au rolul de a reduce mirosurile neplacute, îmbunatatesc formarea humusului si drenajul (ICPA, 2006).

Avantajele si dezavantajele compostarii.

Principalele avantaje ale compostarii produselor reziduale zootehnice constau în:

– asigura protectia mediului ambiant din apropierea complexelor zootehnice si în tot arealul încare acesta se aplica;

-este o metoda eficienta de reciclare pentru reziduurile culturilor, reziduurile si deseurile din complexele zootehnice de orice fel;

– înlocuirea unui produs voluminos, cu umiditate ridicata, greu transportabil si pe o raza mica înjurul complexului cu un produs concentrat, usor transportabil la orice distanta, fara miros, liberde agenti patogeni, capabil sa controleze dezvoltarea unor boli si daunatori din sol, usor dedepozitat, nu creeaza probleme cu mustele sau cu buruienile, putând fi aplicat pe teren lamomentul cel mai convenabil;

-conservarea elementelor nutritive din gunoi; compostul contine o forma organica mai stabila a azotului, care este mai putin spalat în apele freatice;

– produsul final poate fi aplicat pe teren o perioada mai îndelungata sicedeaza mai greu elementele nutritive accesibile pentru plante;

-se obtine un îngrasamânt valoros pentru agricultura, mai ales pentru sectoarele florale si leguminoase care poate substitui mari cantitati de îngrasaminte chimice:

– se obtine un produs capabil sa reduca deficitul de materie organica si microelemente în solurile agricole, sa amelioreze caracteristicile fizice, chimice si biologice ale solurilor si sa cresacaindicii de valorificare a elementelor nutritive din îngrasamintele minerale aplicate;

– inlocuieste asternutul;

– se îmbina degajarea reziduurilor cu ameliorarea solului într-o maniera ‘’naturala’’, care nu cere un consum foarte mare de energie, compostarea nu înseamna numai punerea îngramada a unor produse reziduale si apoi sa astepti sa ai compost peste câteva saptamâni;

-constituie o metoda de îndepartare a excesului de elemente nutritive dinferma si de reducere a suprafetei ocupate cu depunerea deseurolor organice;

-important de materie organica si reduce potentialul pentru eroziunea solului; este fertilizantul ideal pentru gradina si este recomandat în special pentru rasad; compostul are un potential antifungic;

-compostarea ofera posibilitatea reutilizarii elementelor nutritive si a fractiei organice din

reziduurile din ferma si conduce la obtinerea unui produs nou, vandabil, solicitat pe piata,

capabil sa mareasca cantitatea si calitatea prodictiei agricole (Zorpas, 2001; Lapwood si colab., 1986).

Metode de compostare.

Pe plan mondial exista nu mai putin de 4 metode de compostare:

A. compostarea pasiva în gramada deschisa;

B. compostarea pe platforma, în sire sau în gramezi folosind un încarcator pentru întoarcere,amestec si mânuire;

C. compostarea pe platforma folosind echipamente speciale de remaniere a gramezii;

D. sistem de compostare în container (Voicu, 2007).

Primele trei metode se practica de obicei în aer liber, iar ultimele doua în spatii închise

pentru a avea un mai bun control al umiditatii, tratamentului si captarii mirosurilor.

A) Compostarea pasiva în gramada deschisa esteaplicabila la fermele de dimensiuni mici saumoderate, cu o activitate mai redusa, sau o gospodarie de la sat.Metoda implica formarea gramezii de materiale organice silasarea ei nemiscata pâna când materialele sunt descompuse în produse stabilizate. Aceste gramezimici au avantajul miscarii naturale a aerului. Datorita fermentarii active gramada se încalzeste îninterior, aerul cald se ridica si se pierde la suprafata superioara a gramezii, fiind înlocuit cu aerulrece ce patrunde pe la baza grameziisi pe lateral, împrospatând astfel aerul în gramada. În functiede marimea gramezii curentii de aer pot împrospata mai repede sau mai încet aerul din gramadaactivând procesul de fermentatie. Pentru un schimb eficient de aer mai ales în perioada anotimpului cald sidaca se composteaza materiale ce dagaja mai multa caldura cum este cazul gunoiului de la cabaline,înaltimea gramezii va fi de numai 0,9 – 1,2 m. Costul muncii si echipamentului necesar pentru aforma si amesteca gramada constituie cheltuielile putin mai mari. Încarcatoarele dinferma si masinile de împrastiat gunoi sunt de obicei cele folosite în fermele mari. Dezavantajul acestei metode consta în faptul ca gramada devine greu de manevrat fiind prea umeda,prea uscata, prea compactata, putând deveni repede anaeroba si foarte urat mirositoare (Voicu, 2007).

B) Compostarea pe platforma a grameziloreste cea mai comuna forma de compostare. Pentru o activitate a procesului gramezile sunt remaniate cu ajutorul unei masinispeciale ceea ce evita compactarea gramezii, îmbunatateste schimbul de aer din interior si aduce la suprafatagramezii materialul din interior si introduce în gramada materialul de la suprafata gramezii. În acestmod pot fi distruse prin compostare semintele de buruieni, agentii patogeni si larvele de muste, eleajungând în mijlocul gramezii unde temperatura este foarte mare. Întorcând si amestecând din noumaterialele supuse compostarii acestea se fragmenteaza în particule mai micisi le creste suprafata activa biologica de contact (Van Der Puy, 1985).

Daca se amesteca prea des si prea mult acest lucru poate conduce la reducerea

porozitatii gramezii daca marimea particulelor devine prea mica. Marimea gramezii estedata de caracteristicile echipamentului ce realizeaza amestecarea gramezii. La noi în taraastfel de utilaje sunt folosite numai de unii cultivatori de ciuperci (Voicu, 2007).

Modul nostru de lucru, pe care îl recomandam si acum estefoarte greoi si se apropie mai mult de prima varianta de compostare decât de aceasta, din lipsa deechipamente specifice. Este de preferat ca platforma de compostare sa fie înconjurata de un sant pentru colectarea scurgerilor. Lichidul colectat poate fi folosit pentru umezirea gramezii la amestecare daca acest lucru este necesar sau se poate aplica pe terenul agricol ca fertilizant lichid (Voicu, 2007).

C) Compostarea pe platforma folosind echipamente de remaniere specializate se practica în unitatilemari producatoare de compost. Este identica ca mod de organizare cu metoda B de compostare peplatforma a gramezilor, dar este obligatorie prezenta echipamentului special de remaniere (Van Der Puy, 1985).

D) Sistemul de compostare în (vas) container implica închiderea materialelor de compostare active într-un container, vas, etc. Sistemul în (vas) container are cel mai agresiv management si îngeneral cel cu investitia cea mai mare de capital, dar ofera cel mai bun control al procesului decompostare. Cele mai multe metode în container implica o varietate de sisteme de aerare fortata sitehnici de întoarcere mecanica conducând la intensificarea procesului de compostare. Unele sisteme de compostare în containere (un sac enorm) include materialele de compostare fara întoarcere.Sistemul de compostare în containere mici care sunt instalate pentru folosirea timp de circa un ansunt accesibile pentru compostare într-o varietate de ferme ce genereaza materiale organice inclusive pasari moarte si gunoi de grajd. Indiferent de metoda de compostare practicata, abilitatea gramezii de compostare de a se încalzi si a mentine o temperatura ridicata este dependenta de 7 factori:

– compozitia fizica si biologica a materialelor supuse compostarii;

– accesibilitatea elementelor nutritive, inclusiv a carbonului pentru microorganismele ce produccompostarea;

– nivelul umiditatii în materialele supuse compostarii;

– structura gramezii (marimea particulelor, textura si densitatea aparenta);

– rata de aerare în gramada ori în sira;

– marimea gramezii de compostare, si

– conditiile mediului ambiant (temperatura, vânt, umiditate, etc.) (Voicu, 2007).

Compostarea in padocuri si cosuri

Compostare a devenit din ce in ce mai interesanta chiar si in tarile dezvoltate ale UE unde, pana nu demult, se folosea compostarea pe platforme in sistem industrial.

Utilizarea unor recipiente speciale sau a padocurilor este interesanta in special pentru micile gospodarii,iar cetatenii isi pot produce propriul compost mult mai usor, iar pentru aceasta ei urmaresc cu mult mai multa atentie tipurile de deseuri ce se separa si se aseaza pentru compostare (Inglezakis si Moustakas 2015).

Pentru gospodariile mici din mediul rural se pot folosi ca si zone de compostare cosurile din diferite materiale (cosuri din sarma plasa, cosuri din tabla galvanizata perforata, cosuri din material plastic., etc.), precum si padocurile. Compostarea in astfel de recipiente un lucru este foarte important de stiut ca ei trebuie sa se asigure aerarea prin patrunderea libera a aerului si nu neaparat prin remaniere. Totusi, remanierea are avantajul major ca permite reomogenizarea substratului, necesitatea aportului de oxigen este important, umiditatea repartizata uniform, patrunderea si dezvoltarea microorganismelor aerobe,iar la final, obtinerea compostului intr-un timp scurt (Appelhof, 1997).

Fig 3.

Compostarea in cosuri de sarma sau padocuri se preteaza pentru deseuri menajere ale unei singure gospodarii sau familii. Acestea nu trebuie sa includa diferite deseuri care ar putea impiedica procesul de compostare sau sa afecteze calitatea compostului, precum: resturile de carne sau peste, oasele, deseuri de substante folosite in menaj, in special la curatenie, etc (Appelhof, 1997).

De asemenea, este important sa nu se amestece nici deseuri sau resturile vegetale din gradina, care sunt afectate de diferite boli (tuberculi sau radacini de legume afectate) si, mai ales, nu se vor amesteca dejectii de la animale de casa (caini, pisici), care sunt purtatoare ale unor patogeni si paraziti daunatori pentru om, care pot rezista la temperaturi la care se realizeaza compostarea si care se pot transmite in lantul compost-sol-planta-om (Appelhof, 1997). Asadar, vor fi compostate in cosuri sau padocuri doar urmatoarele tipuri de deseuri menajere: resturi alimentare, resturi de la pregatirea legumelor si fructelor in vederea prepararii, hartia careia nu i se mai poate da alta destinatie sau care nu poate fi reciclata mai eficient, deseurile verzi de la intretinerea spatiilor verzi (iarba si ramuri tocate)( Weltsen, 1990). O conditie esentiala pentru realizarea unui compost de calitate este realizarea unui amestec echilibrat intre deseuri verzi (deseuri organice bogate in substate azotoase, precum resturi alimentare, iarba si ramurile verzi, etc.) si deseuri negre (deseuri organice bogate in carbon, precum paiele, frunzele uscate, hartia etc.) (Appelhof, 1997).

Parametrii compostarii

Orice fel de metoda de compostare aplicata, abilitatea gramezii de compostare de a se incalzi si a mentine o temperatura ridicata care este dependenta de 7 factori:

compozitia fizica si biologica a materialelor supuse compostarii;

accesibilitatea elementelor nutritive, inclusiv a carbonului pentru microorganismele ce produc compostarea;

nivelul umiditatii in materialele supuse compostarii;

structura gramezii (marimea particulelor, textura si densitatea aparenta);

rata de aerare in gramada ori in sira;

marimea gramezii de compostare, siconditiile mediului ambiant (temperatura, vant, umiditate, etc.) (Vassilis, 2012).

In tabelul 12 sunt prezentate caracteristicile proceselor de compostare, care sunt dependente de caracteristicile materiilor prime utilizate, marimea gramezii de compostare si /ori conditiile climatice.

Tabelul 4.. Caracteristicile importante pentru procesele de compostare. (Rodale 1971)

Multe analize detaliate ale principalilor parametrii care realizează compostarea au fost deja raportate. Deoarece compostarea este un proces exclusiv biologic, toate aceste elemente care influențează direct sau indirect, metabolismul microbian afectează în totalitate întreg procesul. Din punct de vedere al procesului propriu-zis, în condiții optime reprezintă producerea unui compost de bună calitate, într-un timp scurt(Rodale 1971). Un astfel de rezultat poate fi obținut, prin dirigarea tuturor parametrilor care controlează procesul de la un nivel optim. Optimizarea acestor parametrii depinde de sistemul utilizat. Acești parametrii vor varia în funcție de procesul care se desfășoară într-o grămadă sau într-un reactor și dacă fluxul de aer este suflat sau absorbit. Din acest motiv nu este posibil să definească condițiile ideale brute de minerale, fără a lua în considerare sistemul de compostare pentru a fi adoptat (Rodale 1971).

Temperatura din interiorul masei compostului determina nivelul la care se petrec numeroase procese biologice care joacă un rol selectiv asupra evoluției și succesiunii comunităților microbiene (Mustin, 1987).În condițiile aerobice, temperatura este factorul care determină tipul de microorganisme, în special diversitatea și nivelul activității metabolice (Hassen et al., 2001). Dacă grămadă de compost nu a atins o temperatură suficient de înaltă este posibil, nu numai că inactivarea microorganismelor să nu aibă loc, dar ca bacteriile patogene chiar să se înmulțească ( Li and Jianguo, 2004).

Pentru un compost rapid, temperaturile înalte pe perioade lungi de timp trebuie să fie evitate. O primă fază termofilă poate fi utilă în controlul patogenilor termosenzitivi. Problema controlului temperaturii este rezolvată prin utilizarea ventilației forțată de-a-lungul procesului. Un avantaj este răcirea prin vapori indusă în regiunea din teanc, care este cel mai izolat și căldură este purtată la exteriorul straturilor(Hassen et al., 2001). O altă caracteristică importanta în controlul temperaturii este utilizarea unei temperaturi de control unitate, de a răspunde la un senzor de temperatură plasat în teanc. Este stabilit un plafon de temperatură, aerarea timp este reglementată în mod automat de către producția de energie termică, care este, desigur, o funcție a activității biologice ( Li and Jianguo ,2004).

pH-ul este un parametru care influențează procesul de compostare foarte mult. Valorile optime ale pH sunt de circa 6-7,5 pentru dezvoltarea bacteriilor, în timp ce ciupercile prefera circa 5,5-8,0. Valorile pH sunt scăzute la început, datorită formării acizilor, apoi ele cresc, iar în faza finală a procesului de compostare rămâne constant (Zorpas și col., 2000).

La începutul primei faze valorile pH pot fi apropiate de valoarea 7 datorită producerii de CO2 și de acizi organici de către bacterii și ciuperci; în timpul celei de-a doua faze, scăderea producției și eliminarea CO2, precum și descompunerea proteinelor (cu producerea de amoniac) conduc la creșterea valorilor pH (Lazzari și col., 1999).

Aerarea. Alimentarea cu oxigen pe durata procesului de compostare este esențial pentru o activitate eficientă a microorganismelor aerobe care iau parte la acest proces. Compostarea este un proces biologic de oxidare, iar disponibilitatea oxigenului pe durata procesului este foarte importantă( Bertoldi, 1983).

Dioxidul de carbon (CO2) începe să crească treptat și nivelul de oxigen automat scade. Media CO2+O2 conținut în interiorul masei este proximativ de 20%. Concentrația de oxigen variază de la 15 la 20% și CO2 crește de la 0,5 la 5%. Atunci când conținutul de oxigen scade sub acest nivel, microorganismele anaerobe încep să le depășească pe cele aerobe ( Bertoldi, 1983).

Este evident că, prin urmare, microorganismele trebuie să furnizeze constant aer proaspăt pentru a păstra activitățile metabolice nealterate. În compostare, O2 nu este necesar numai pentru metabolismul aerob și respirația microorganismelor , dar și pentru oxidarea varietăților de molecule organice prezente în masă. Una din principalele funcții ale aerării este furnizarea de oxigen, astfel încât nivelul scăzut nu limitează procesul. Având în vedere că nivelul optim de oxigen trebuie să fie menținut constant, pentru a sporii trasnformarea biooxidativa, aerare discontinuă, cum ar fi cotitura periodică nepotrivită în acest sens. Consumul de oxigen în timpul compostării este direct proporțional cu activitatea microbiană. Prin urmare, exista o relație directă între consumul de oxigen și temperatura. Temperaturile care sporesc activitatea microbiană sunt în intervalul 28-55°C, cu un consum mai mare de oxigen (Lazzari și col., 1999)

Procesul de aerare masei de comost consta în suplimentarea conținutului de O2 care nu trebuie să scadă sub 18 %, deoarece este necesar să se mențină această valoare în mod constant pentru o aerare periodică prin intermediul întoarcerii grămezii de compost (de Bertoldi, 1982) sau remanierii. S-a demonstrat prin cercetările de acest fel ca o bună oxigenare, precum și un bun control al temperaturii și umidității grămezii compostate conduc la realizarea într-un timp scurt a unui compost de calitate. (Lazzari și col., 1999).

Umiditatea sau conținutul de apă al substratului. Apa este necesară organismelor vii care intervin în procesul de compostare. Un conținut minimal în apă este deci necesar pentru a se asigura nevoile acestora.

Pe parcursul procesului de compostare pot apare o serie de disfuncții indiferent de masă de material (substrat) supus compostării. Acestea trebuie remediate întrucât poate fi vorba de mirosuri urâte care port persistă și afecta zona în care se realizeza compostare, procesul se poate prelungi, calitatea compostului poate fi afectată ( Li and Jianguo, 2004)..

Etapele procesului de compostare

Pentru a obține un compost de calitate și într-un timp relativ scurt, se recomanda construirea mormanului de compost din mai multe straturi alternative de materiale organice și minerale diferite, conform următorului procedeu :

A. Primul strat afânat de material nemaruntit de 15-20 cm. Se recomanda bucăți de crengi și gard viu, paie, cozi de flori, frunze uscate, coji de copaci, crengi, corzi de vită de vie. În continuare se așează celelalte straturi care trebuie să mențină atmosfera favorabilă fermentării, acest strat se stropește cu apă. Prin acest strat se poate realiza drenajul compostului; apa care este în plus se va putea scurge și totodată se asigura aerisirea ( Li and Jianguo, 2004).

B. Materialul compostabil din primul strat are 10-15 cm grosime și este format din materiale organice ușor degradabile: tulpini și frunze verzi de plante cultivate și de buruieni, frunze, resturi vegetale de la bucătărie. Apoi se pune un rând de pământ pe care vine încă un strat de frunziș, iarba uscată, resturi de bucătărie și gunoi de la animale ( Li and Jianguo, 2004).

Se continua în același mod cu depunerea straturilor până la o înălțime de 1,5 m. Partea de sus a grămezii nu se termină cu vârf ci cu o suprafață. Prima etapă a procesului de compostare durează maxim o săptămână și se încheie cu acoperirea grămezii cu frunze, paie, materiale textile, saci de iută, folie de plastic etc. Este de asemenea foarte bine dacă așterneți deasupra și un strat de pământ negru de grădină; astfel compostul se coace mai repede. Grămadă de compost trebuie așezată pe suprafața solului și niciodată săpată în pământ, deoarece astfel riscăm ca materialele folosite să se putrezească în lipsa de aer. Trebuie să căutăm un loc ferit de vânt, curenți de aer și umbros. Încă de la amenajarea grămezii, materialul trebuie udat din când în când, pentru ca să nu se usuce prea tare ( Li and Jianguo, 2004).
Compostul se coace după o desfacere în circa 4-6 luni în lunile de vară, și în 6-9 luni în lunile de iarnă. În timpul iernii este interzisă desfacerea compostului, pentru a se evita răcirea lui. Însă în lunile de vară este indicatata desfacerea grămezii după trei luni și reamestecarea.

Puteți să pregătiți una lângă alta doua lăzi pentru compost. Într-una să depozitați deșeurile, iar atunci când o desfaceți puteți s-o treceți în celălalt compartiment, amestecând resturile, care după trei luni ar trebui să fie aproape descompuse. Ca să obținem compost cu cantitatea necesară optimă de humus și ca substanțele organice să nu fie supraexploatate trebuie folosite în maxim un an de la terminarea coacerii (Van Der Puy și colab., 1985).

Barkley

Un alt tip de construcție a unei formațiuni de compost mai mare și mai complex a fost conceput de Jean Pain un francez biologist preocupat de utilizarea de energii verzi.

Locația construcției și amplasarea fundației movilei trebuie să fie cât mai aproape de destinație, adică zona de utilizare a apei calde, dar bineînțeles este nevoie de spațiu pentru ca echipamentele și utilajele de lucru (tractor, camion) sau pentru a accesul la cel puțin a movilei (Appelhof, 1997).

Cu o movilă de 30-40 metri cu 275 de metri de conducta de apă în interior ar trebui să poată transforma apa de la temperatura de 8 grade la aproximativ 45-60 grade Celsius, iar gradul de apă cu un debit continuu între 1 și 4 litri pe minut. Debitul continuu poate fi determinat treptat o dată cu creșterea fluxului între 1 și 4 litri pe minut și de urmărire a temperaturii apei care iese pe o perioadă de timp de 30-60 de minute (Guet, 1999 ). Dacă temperatura de ieșire a apei rămâne stabilă, măriți treptat debitul până la temperatura de ieșire începe să scadă. Debitmetru, senzori de temperatură, "termo-cupluri" sau circulație/dispozitive de monitorizare utilizate în mod normal la măsurarea apei poate fi de asemenea instalat pentru monitorizarea continuă la ieșire (Cecchi și colab, 1988).

Cele mai multe sisteme de alimentare a compostului pot fi construite în prima zi cu materialele și echipamentele necesare. În jur cinci oameni ar trebui să fie capabili să construiască o movilă de dimensiunele optime într-o zi de utilizare a unui tractor mic sau de excavator pentru a bascula materialele de compost pe movila pe straturi. Este posibil că o movilă de dimensiune medie ar putea produce suficientă căldură pentru a încălzi o casă. O movilă făcuta din scoarță rasă sau scoarța + chips-uri de lemn ar produce căldură pentru douăsprezece la optsprezece luni (Fernandes și Sartaj, 1997) .

Credem că o varietate de materiale pot fi utilizate pentru a genera căldură importantă. Teste controlate se desfășoară în alte zone prin care se demonstrează că temperatura și longevitatea compostului cald a diferitelor amestecuri și diverse combinații de materiale pentru compost, așchii, rumeguș, gunoiul de grajd sunt des întâlnite. Anumite materiale sau amestecuri pot rula temperature mai mari, dar pentru perioade mai scurte de timp. Materiale de lemn pot oferi mai multă căldură decât materiale moi dar composturile de material moale poate furnizacăldură pentru perioade mai lungi de timp. Este important pentru cel puțin unul din materiale să fie aschi sau chip-uri de lemn cu diametru mic pentru a oferi o suprafață suficientă pentru bacterii și o cantitate de aer pentru a construi masa critică de activitate (căldură) (Fernandes și Sartaj, 1997).

O movilă de lemn-chips singur va produce de la 35 la 45 de grade Celsius pentru apă în perioada de vară-toamnă însă o să se răcească în iarnă. Coaja rasă de copaci funcționează foarte bine și trebuie să ofere de la 45 la 60 de grade la apă de ieșire cât timp este materialul de compost proaspăt și nu a fost contaminat cu lubrifianți industriali (Fernandes și Sartaj, 1997).

Se încearcă diferite experimente prin diferite moduri a încorpora schimbătoare de căldură în compost la movilele de putere mare de căldură. Conținutul de umiditate este important de asemenea. Prea multă apă va umple spațiile dintre particulele și reduce oxigen disponibil. Insuficientă apei va reduce durata totală de activitate biologică. Umiditatea de 30% la 50% este ideală (Fernandes și Sartaj, 1997).

Acoperind movila fân sau alte moduri de izolare parțială va îmbunătăți iarna puterea termică a movilei. Tubulatura și alte materiale pot fi reciclate astfel încât a doua movilă să fie mai puțin costisitoare pentru a o construi. Măsurarea pe circumferința fiecare strat de tuburi față de centru este utilă pentru că știi unde sunt conductele atunci când movila va fi dărâmată(Fernandes și Sartaj, 1997).

Capitolul 3 -PARTEA EXPERIMENTALA

Sa realizat diferite experimente prin diferite moduri de a încorpora schimbătoare de căldură în compost pentru a avea un randament semnificativ privind incalzirea apei. Pentru acest lucru trebuie inteles foarte bine fluxul tehnologic pentru a realiza ce ne propunem sa incalzim pe timpul iernii o cantitate de apa de la 10 la 40 °C.

Pentru inceput avem nevoie de o alimentare cu apa, stocarea ei intr-un rezervor, introducerea apei in sistemul de incalzire la un anumit debit dorit, incalzirea apei spre punctul de 40 de grade Celsius. Evacuarea si pastrarea apei la punctul termic dorit.

Fig.5. Fluxul tehnologic

Alimentarea cu apa: Apa de la reteaua publică este vehiculată spre rezervorul de captare printr-un furtun elastic din material plastic. se utilizeaza apa de la reteaua publica si va fi introdusa in sistem prin intermediul unui furtun elastic (tabel x). Schema fluxului tehnologic este redata in Figura 3.

Stocare apei in rezervor: Inainte de introducerea apei in sistem pentru a fi incalzita, aceststa se stocheaza intr-un rezervor pentru a fi asigurat un debit constant care poate fi monitorizat si reglat in functie de cerintele sistemului. Rezervorul este poziționat la un nivel superior față de sursa de alimentare cu apa, astfel incat instalația care asigura incalzirea lichidului sa poata fi alimentata cu lichid prin cădere libera, (gravitational) si la debite diferite.

Introducerea apei in instalatie si masurarea debitelor Apa este vehiculata din rezervorul de stocare in interiorul instalației cu ajutorul unui furtun eleastic iar la intrarea in instalatie a apei este amplasat un debitmetru cu ajutorul caruia putem masura debitul de intrare in instalatie la cinci valori diferite (0,1 l/min,0,25l/min,0,5l/min,0,75l/min,1l/min)

Incalzire apei in instalatie: lichidul intrat parcurge spiralele circulare de țeavă, din interiorul compostului iar datorită temperaturi generate de fermentației aerobe a materialelor putrescibile (organice), apa se încălzeste și poate atinge temperaturi de pana la 60 – 70 °C.

Evacuarea apei din instalatiei si masurarea temperaturii: Apa este evacuata din instalatie in partea superioara a instalatiei prin teava de polietilena existenta in interiorul gramezi de compost .Apa evacuata se retine intr-un recipient de mici dimensiuni pentru a putea fi masurata temperatura .

Schema instalatiei experimentale este prezentata in figura 6.

Figura 6. Reprezentarea 2D a instalatiei utilizate experimental.Elemente componente: 1. Intrudocere apa in instalatie. 2.Cadru de sustinere . 3.Evacuare apa instalatie.

A fost realizata si reprezentarea 3D a instalatiei, aceasta fiind reprezentata in figura 7.

Figura 7. Reprezentarea 3D a instalatiei utilizate experimental. Elemente componente: 1.Teava polietilena. 2 Primul strat format din: Balegar de bovine ,lemn maruntit ,paie si Frunze . 3. Al doilea strat de compost format din : frunze,lemn dejectii de pasare ,deseuri menajere 4.Al treilea strat de materialelor biodegradabile (lemn marunțit , paie , gunoi bovine etc)supuse proceselor fermentative 5. Cadru de sustinere

Materiale si echipamente

Pentru constructia instalatiei, realizarea partii experimentale si monitorizarea parametrilor de lucru, s-au utilizat mai multe tipuri de materiale, aparate si echipamente. In tabelul 5, este prezentata lista cu materialele de constructie si aparatura folosită in cadrul experimentului. S-a realizat si o estimare a costurilor pentru realizarea instalatiei si apoi s-au comparat cu cele ale unui sistem de incalzire cu lichid existent in comert.

Tabel 8. Lista cu echipamente si aparatura.

Materiale

Materialele care sunt necesare pentru a realiza o constructie de compost au fost selectate atent si din prisma costurilor dar si din cea a eficacitatii functionale

Țeavă polietilenă cu un diametru de 12,7 mm si lungimea de 12 m pentru vehicularea apei în interiorul instalației de compost. Țeava de polietilenă în comparatie cu cele din metal au urmatoarele avantaje: durată de viață mai mare,montaj ușor, întretinere ușoară.

Plasă cu ochiuri (plasa rabitz) cu o lungime de 2 m și o înăltime de 1 m sa utilizat pentru a sustine materialele biodegradabile (iarbă, gunoi de grajd, frunze, etc). Materialul din care se fabrică acest tip de plasă este sârma cu conținut scăzut de carbon sau zincată.

Racordurile cu strângere mecanică au fost utilizate pentru îmbinarea țevii de polietilenă prin strângerea manuală a acestora.

Folia de nailon a fost așezată direct pe suprafața solului sub stratul inferior al stivei de compost, evitânduse astfel infiltrarea apei în sol și pierderea umidității necesare procesului fermentativ.

Materiale biodegradabule (iarbă, gunoi de grajd, frunze, lemn mărunțit, paie, etc.) acestea au fost supuse unui proces fermentativ aerob cu degajare de căldură.

Furtun de cauciuc ,acesta a fost utilizat pentru vehicularea apei de la rețea în interiorul rezervorului de stocare si in instalației .

Aparate si echipamente:

termometru cu tijă pentru măsurarea temperaturii din interiorul si exteriorul compostului și temperaturi apei.

debitmetru pentru măsurarea debitelor de intrare a apei în instalație.

termometru pentru masurarea temperaturi mediului ambiant.

Descrierea modului de lucru

Pentru realizarea gramezii de compost a fost necesar gasirea unei suprafete plane si cu suficient spatiu pentru a realiza constructia, o locatie bine aleasa deoarece in timpul fementatiei materialelor pentru compost apar si degajari de biogaz care este urat mirositor. Constructia se poate finaliza in circa sase ore.

În prima etapa s-a așezat o folie de plastic groasă pentru a nu permite scurgerea apei din interiorul compostului, care determină putrezirea materialelor biodegradabile (figura A). Peste folia de plastic s-a așezat un strat de gunoi de grajd, apoi a fost introdusă țeava de polietilenă cu un diamentru de 12,7 mm de formă circulară și fixată de structura amplasată in mijlocul stivei de compost. Se repetă procedeul de stratificare fiecare strat fiind compus din alte materiale biodegradabile și țeava de polietilenă. Fig 9

Fig.9 Izolarea stratului inferior de compost

Urmatoarea etapa este completarea amestecului cu lemn marunțit pentru a crea o aerare suficienta pentru a se putea dezvolta microorganismele cu rol în degradarea materiei vegetale (actinomicete, fungi). Realizarea constructiei s-a bazat pe forma unui con, iar mijlocul a fost marcat pentru a se reuși o construictie stabilă. Pentru a realiza acest lucru s-a amenajat în centrul gramezii cu un cadru de sustinere din lemn. In jurul cadrului de sustinere s-a incercat fixarea tevii de polietilenă sa dea o forma circulară.Figura 10

Figura 10. Suport de fixare a tevii in forma circular.

Construirea movilei se realizeaza in continuare pe straturi. Este importantă evitarea compactarii acestui material cât mai mult posibil, atunci cand se introduce materialul din frunze, crengi si bălegar de pasăre. Fiecare strat de amestec necesită o aerație suficientă pentru ca procesele de degradare să se desfăsoare la parametri normali. Pentru a se crea caldura specifică din interior, grosimea fiecăriu strat trebuie să fie gros 30- 50 centimetri (figura 11).

Figura 11. Stratul format din amestecul de Frunze, crengi si dejectii de la pasari

Fiecare strat de amestec este răspândit peste conducte, iar pereții laterali ai movilei vor începe să primeasca o forma conica. Aceasta înseamnă că va trebui să se concentreze treptat inelele conductei spiralate. In partea de jos a movilei s-a asezat un strat de frunze cu rol termo-izolator. In jurul movilei s-a atasat o plasa metalica cu ochiuri pentru a sustine materialul izolator si implicit gramada construita.

Stratul superior al gramezii a fost realizat din fan, paie si balegar de bovina. Acesta a fost pus ultimul deoarece are o capacitate mare de izolatie termica. Un strat de fân de o grosime aproximativ 20-24 cm va îmbunătăți performanța pe timpul primaverii movilei în timp ce aerarea pasivă se păstreaza iar microorganismele din interior ramân vii realizandu-se biodegradarea.Figura 12

Fig 12. Izolarea instalatiei de recuperare de caldura

Mod de prelevare a datelor și aparaturile utilizate

Datele experimentale s-au prelevat prin măsurarea temperaturii apei, a debitului de intare și temperatura din interiorul și exteriorul stratelor de compost. Stiva de compost a fost structurată pe trei nivele, cărora le-au fost atribuite patru puncte diferite de măsurare a temperaturi. În fiecare punct s-a măsurat temperatura din interiorul și exteriorul stratelor de compost. Temperatura la ieșire a apei calde s-a măsurat la cinci debite diferite, (0,1 l/min, 0,25 l/min, 0,5 l/min, 0,75 l/min și 1 l/min) fiecărui debit în parte ia fost măsurat timpul de parcurgere a spiralei și timpul de stabilizare a temperaturi apei la ieșire într-un interval de 5 minute între măsurători.

REZULTATE ȘI DISCUȚII

Se poate observa o creștere a temperaturii din interiorul compostului din două motive: Primul este ajungerea la maturitate a compostului prin procesele interne și a al doilea motiv poate fi creșterea temperaturii ambiante care a favorizat dezvoltarea microorganismelor de interiorul compostului având o activitate mai intensă. În graficele de mai jos se poate observa o creștere semnificativă a temperaturii pentru fiecare punct de măsurare din interiorul compostului la o adâncime de aproximativ 50 de centimetri respectiv 20 de centimetri.

Tabel 13. Masuratorile de temperatura efectuate in decursul lunii Martie

Tabel.14.In tabelele de mai jos se pot observa masuratorile efectuate in decursul lunii Aprilie

Tabe15. In tabelele de mai jos se pot observa masuratorile efectuate in decursul lunii Mai

Tabel .13.

Tabel .14.

Tabel .15

In graficul de mai jos se observa cresterea temperaturii la un debit de 0.1 litri/ min de la o

masuratoare la alta datorita cresteri temperaturi exteriaore.

Figura 16. Evolutia temperaturii in timp la debitul 0,1 l/min(T°C si saptamana)

In graficul de mai jos se observă cresterea temperaturii la un debit de 0.25 litri/ min

Figura 17. Evolutia temperaturii in timp la debitul 0,25 l/min T°C si zile

In graficul de mai jos se observa cresterea temperaturii la un debit de 0.5 litri/ min

Figura 18. Evolutia temperaturii in timp la debitul 0,5 l/min (T°C si zile)

In graficul de mai jos se observa cresterea temperaturii la un debit de 0.75 litri/ min

Figura 19. Evolutia temperaturii in timp la debitul 0,75 (T°C si zile)

În graficul de mai jos se observă cresterea temperaturii la un debit de 1 litru/ min

Figura 20. Evolutia temperaturii in timp la debitul… 1l/min(T°C si zile)

Se poate observa o creștere a vitezei de curgere a apei prin instalația din interiorul compostului temperatura este în scădere, iar apa din interiorul compostului nu apucă să se încălzească într-un timp așa de scurt.

În graficele de mai jos se poate observa o creștere a temperaturii odată cu trecerea timpului, din luna matie când temperatura era mai scăzută și până în luna mai când temperatura a fost mai ridicată.

Fig 21. Reprezinta schema 3D a punctelor 1 si 2 la o adancime de 50 cm

Punctul 1 masurat la o adancime de 50 de centimetri.

Figura 22. Punctul 1 masurat la o adancime de 50 de centimetri (T oC si zile)

Punctul 2 masurat la o adancime de 50 de centimetri. 23

Figura 23 Punctul 2 masurat la o adancime de 50 de centimetri (T oC si zile)

Figura 24. Punctul 3 masurat la o adancime de 50 de centimetri (T oC si zile)

Fig.25. Reprezinta schema 3D a punctelor 3 si 4 la o adancime de 50 cm

Punctul 4 masurat la o adancime de 50 de centimetri.

Figura 26. Punctul 4 masurat la o adancime de 50 de centimetri. (T oC si zile)

În Figură nr. 29 de mai jos se poate observa o comparație între cele 4 puncte măsurate acestea fiind reprezentate pe 4 culori diferite, culoarea roșie pentru punctul 2 find temperatura cea mai scăzută, culoarea mov reprezintă punctul 1, culoarea albastru reprezintă punctul 3, iar culoarea verde este atribuită punctului 4 care reprezintă temperatura cea mai ridicată din interiorul compostului.

Figura 27. Comparatia intre toate 4 punctele masurate la adancimea de 50 de centimetri (T oC si zile)

Al doilea tip de zona de măsurare a temperaturii s-a ales la 20 de centimetri față de exteriorul grămezii. Acesta se afla la aproximativ jumătate din distanța între centrul compostului și zona exterioară a grămezii de compost.

Fig 28 . Reprezinta schema 3D a punctelor 1 si 2 o adancime de 20 cm

Punctul 1 masurat la o adancime de 20 de centimetri.

Figura 29 Punctul 1 masurat la o adancime de 20 de centimetri (T oC si zile)

Punctul 2 masurat la o adancime de 20 de centimetri.

Figura 30. Punctul 2 masurat la o adancime de 20 de centimetri.

Fig 31. Reprezinta schema 3D a punctelor 2,3 si 4 la o adancime de 20 cm

Figura 32. Punctul 3 masurat la o adancime de 20 de centimetri.

Figura 33. Punctul 4 masurat la o adancime de 20 de centimetri.

În Figură nr. 36 de mai jos se poate observa o comparație între cele 4 puncte măsurate acestea fiind reprezentate pe 4 culori diferite, culoarea albastru reprezintă punctul 1, culoarea verde este atribuită punctului 2 care reprezintă temperatura cea mai ridicată din interiorul compostului, culoarea roșie pentru punctul 3 find temperatura cea mai scăzută, culoarea mov reprezintă punctul 4.

Figura 34. Comparatia intre toate 4 punctele masurate la adancimea de 20 de centimetri (T oC si zile)

Avantaje și dezavantaje privind instalația de recuperare de căldură.

Avantaje:

Ocupa puțin spațiu, are dimensiunile reduse;

Costurile materialelor de producție a instalației au fost mici

Prezintă o metodă eficientă de reutilizare a deșeurilor de origine vegetală

Obinerea de apă caldă fără a fi nevoie de a utiliza energiile convenționale .

Dezavantaje:.

Viteza de curgere a apei este una mică, 0,5 litri pe minut.

Este o instalație la scară mică ,iar aceasta nu poate satisface nevoile de apă caldă îndeajuns și pe termen lung.

Studiu privind îmbunătățirea instalației

O grămadă de compost mai mare;

Utilizarea unor țevi de cupru sau dintr-un material conductor de căldură mult mai bun;

Amestecarea compostului din mai multe tipuri de materiale biodegradabile;

Aerisirea pe etaje printr-un model mai eficient.

Propuneri privind optimizarea instalației și a tehnologiei

Pentru îmbunătățirea sistemului de încălzire prin compost se dorește implementarea de senzori de calura pe instalație pentru a crea o temperatură constantă pentru un debit dorit. Compostul se poate realiza într-o groapă în interiorul pământului,acest lucru va favoriza pe timpul iernii păstrarea compostului la o temperatură constantă, fiind foarte puțin influențat de factorii externi. Introducerea unor calorifere pe instalație pentru a încălzi o seră pe timpul iernii sau o locuință. Captarea biogazului rezultat în urma proceselor de descompunere a microorganismelor. Acest lucru se poate realiza prin construcția unui rezervor din oțel cu o capacitate de 4 metri cubi. Rezervorul metalic e conectat prin partea superioară cu un sistem de înmagazinare a biogazului format din mai multe camere, care e așezat în apropierea grămezii de compost. Acesta va acumula gazul metan rezultat. Grămadă de compost trebuie acoperită cu folie de polietilenă. Nu se cere etanșeitate, ci protecție termică. Gazul se purifica prin spălare cu apă într-un sistem de filtrare cu pietre și nisip de mici dimensiuni. acesta era trimis spre a fi comprimat.Jean Pain estima că 10 kilograme de biomasa dau o cantitate de gaz echivalentă cu 1 litru de benzină.Gazul produs poate fi utilizat la pompa de alimentare cu apă a compostului și a caloriferelor din sera sau dintr-o locuință. Valorificarea compostului prin vânzare sau folosirea acestuia pe terenul agricol propriu.În figură x este prrezentata schema 2 d de funcționare a instalației de încălzire cu calorifere.

Principiu de funcționare

Apa caldă rezultată din instalația de recuperare de căldură este vehiculata în interiorul unei camere situate în apropierea grămezii de compost ,aceasta fiind prevăzută cu două calorifere și conducte pentru circularea apei . .Apa caldă rezultată din instalația de compost intra în cele 2 calorifere incalzindule și astfel energia calorică a apei este tranformata în energie termică , pe baza diferenței de temperatură dintre sistemul care cedează energia calorică și sistemul care o primește.Apa care iese din calorifere este vehiculata printr-o conductă care are o înclinație suficientă ca apa să reintre în instalația de recuperare de căldură prin cădere , fără a mai necesita amplasarea pompelor de presiune pentru vehicularea agentului termic .Pe traseul de vehiculare a apei sunt amplasați trei senzori de temperatura pentru a monitoriza temperatura la ieșirea apei din instalație ,la intrarea apei în calorifere și la intrarea apei circulate în interiorul instalației de recuperare de căldură.Pe baza parametrilor măsurați se pot identifica eventualele scăderi de potențial termic.

Figura 35 .Schema instalatiei cu senzori si cu camera cu calorifere 2D :1.Instalatie de recuperare de energie calorica 2.Senzor temperature 1 3.Senzor temperature 2 4.Calorifere .5 Conducta de vehiculare a agentului termic 6. Senzor temperature 3.

Concluzii

S-a realizat un sistem de încălzire printr-o instalație neconvențonală de recuperare a energiei din procesele fermentative (aerobe) din materiale vegetale care amestecate formează un compost care poate genera o cantitate suficientă de căldură. În funcție de volumul de material supus compostării de și de tipul de material introdus se poate ajunge la o temperatură cuprinsă între 40-60 de ◦C.

Este inportant că instalația de compost să fie poziționata într-o zonă unde este protejată de prea mult soare și de prea multă ploaie, astfel încât se poate evita pericolul de uscare sau de suprasaturare cu apă. Compostul nu mai poate ajunge la maturitate, iar microorganismele (actinomicete, fungi, etc.) din interior nu se mai pot dezvolta în condiții normale.

În studiul experimental am utilizat un modelul de compostare bazat pe metoda lui Berkeley, compostul să maturizându-se într-un timp foarte scurt de aproximativ o lună de zile.

Rezultatele temperaturilor apei din instalația din interiorul compostului poate fi îmbunătățită prin introducerea unor materiale cu un coeficient de tranfer termic superior dar care sunt mai costisitoare (țeavă din cupru, folie cu proprietăți de reținere a apei mai performante etc.) și mărirea grămezii de compost pentru a crea o temperatură mai ridicată .

Temperatura apei a variat datorită temperaturii ambientale, aceasta aflându-se în perioada de primăvară. Rezultatatele au fost reativ bune deoarece am obținut o temperatură a apei între 36 și aproximativ 39 de ◦C

Pe viitor se vor încerca diferite experimente prin diferite moduri de a încorpora schimbătoare de căldură potrivite și mai performanțe în interiorul compostului pentru a putea ajunge la un randament cât mai mare a instalației. Există o mulțime de posibilități dar metoda descrisă mai sus este cea mai simplă și mai accesibilă. Izolarea grămezii de compost este un factor care nu a fost luat în calcul. O cantitate mai mare de material de compost și utilizarea unor materiale mai bune conductoare de căldură se va obține o îmbunătățire sestemului de încălzire a apei.

Bibliografie

[1] Oroian I. G., Brasovean I., Petrescu-Mag I. V., 2011 Compostul si agricultura organica. Editura Bioflux, Cluj-Napoca. p. 95-107.

[2] Ioan Anghelina, Iulia Anghelina, Lidia Cristea, Lidia Aavadanei, Vasile Aavadanei, Soluții de reciclare a deșeurilor municipale colectate selectiv compostarea deșeurilor menajere, Simpozionul Impactul Acquis-ului comunitar asupra echipamentelor și tehnologiilor de mediu, 2008 ; Agigea Stația I C P E 2 0 0 8, p. 1-12

[3]Solti Gabor ,Rusu Teodor ,Nagy Miklos,Albert Imbre Otto.Editura Risoprint 2006 pagini [4]Ing.Otto Adler,Ing.Petre Vezeanu,Instalatii si echipamente Termotehnice.Editura tehnica Bucuresti-1970

Allen, P. and D. White. 1990. Lawn Clipping Management. University of Minnesota Extension . AG-FO-3915.

Appelhof, M. 1997. Worms Eat My Garbage: How to Set Up and Maintain a Worm Composting System (2nd Edition). 176 pp.

Bertoldi, Vallini, G., and Pera, A (1983): The biology of composting: a review. Waste Management Research, 1, 157-176

Cecchi F., Traverso P.G., Mata-Alvarez J., Clancya J., Zarorb C., State of the art of R&D in the anaerobic digestion process of municipal solid waste in Europe, Biomass Volume 16, Issue 4, 1988, Pages 257–284

Fernandes, L. and Sartaj, M. (1997): Comparative static pile composting using natural, forced and passive aeration methods. Compost Science and Utilization,5 (4), 65-77.

ICPA Bucuresti Ghid de compostare a deseurilor menajere din fermele periurbane Editura ESTFALIA, București 2006

Inglezakis VJ1, Moustakas ,Household hazardous waste management: K2J Environ Manage. 2015 Mar 1;150:310-21. doi: 10.1016/j.jenvman.2014.11.021. Epub 2014 Dec 18.

M. Bel Hassen and J. Prou 2001.A gis-based Assessment of potential aquacultural nonpoint source loading in an atlantic bay (France), : PP: 243–151

Michel, F.C., D. Graeber, L.J. Forney, and C.A. Reddy. 1996. "The fate of lawn care pesticides during composting." Biocycle, 37(3) March, 64-66.

Rodale, J.I. The Complete Guide to Composting. 1971. Rodale Books, Inc. Emmaus, PA, 9th printing.

Schumacher M., Nancy, M. DuBois, M. Martindale, C.E. Clapp and J.A.E. Molina. Composition of Yard Waste Composts Produced at Twin Cities Metropolitan Area Centralized Composting Sites. Research report submitted to the Legislative Commission for Minnesota Resources, 1987, Attachment D. The State Office Building, St. Paul, MN.

Van Der Puy, D., Characteristics of Herbicides Used in Agronomic Crops. 1985. North Dakota Cooperative Extension Service Bulletin #W-871.

Vassilis J. Inglezakis*, Antonis A. Zorpas: Household hazardous waste management in the European Union, IJCEES Vol 3(3):40-48, 2012

Voicu Gh., Utilaje pentru gospodărie comunală și ecologizarea localităților, Editura MatrixRom, 2007, 255 pagini, ISBN 978-973-755-253-2

Zorpas A.A., Kapetanios E., Zorpas G.A., Kar-lis P., Vlyssides A., Haralambous I., Loizidou M. (2000): Compost produced from organic fraction of municipal solid waste, primary stabilized sewage sludge and natural zeolite. J. Hazard. Mater., B77 : 149–159

Zorpas A.A., Vlyssides A, Chiou G, Arapoglou D, Petrou , Loukakis H:

"Compost characterization and the affect of compost product in deferent cultivation",

In CEST2001: C, 600-604, (Sep 2001)

Kai, H., Uedia, T and M. Masaguchi. 1990. Antimicrobial activity of bark compost

extracts. Soil. Biol. Biochem. 22 (7) p: 983-986

Lapwood, D.H., Read, P.J and Spokes, J. 1984. Methods for assessing the

susceptibility of potato tubers of different cultivars to rotting by Erwinia carotovora

subsp. atroseptica and carotovora. Plant Pathology 33p: 13-20.

Mustin, M. 1987. Le compost – gestion de la matière organique. Editions François

Dubusc – Paris. 954 p.

Quarles, W. 2001. Compost tea for organic farming and gardening. The IPM

Practitoner. XXIII (9) – September 2001. p:1-8

Weltsen,H.C. 1990. The use of composted materials for leaf disease suppression in

field crops. P-115-120 in. Crop protection in organic and low input agriculture,

Guet, G. 1999. Memento d’agriculture biologique. Editions Agridécisions. Paris.

349p.

http://deepgreenpermaculture.com/diy-instructions/hot-compost-composting-in-18-days/

http://en.wikipedia.org/wiki/Compost

http://indesen.ats.com.ro/resurse/strategia.pdf

Anexe

4

5

6

8

9

10

11

15

16

17

18

19

20

21

22

23

24

25

26

27

28

29

30

31

32