Σύγκριση βιολογικών μεθόδων αξιοποίησης του προδιαλεγμένου οργανικού κλάσματος των αστικών σύμμεικτων απορριμμάτων βάσει των αρχών της ανάλυσης κύκλου ζωής.

Abstract

Η παρούσα διπλωματική εργασία έχει ως κύριο αντικείμενο την μελέτη, αξιολόγηση και σύγκριση δυο μεθόδων βιολογικής επεξεργασίας του προδιαλεγμένου οργανικού κλάσματος των αστικών σύμμεικτων απορριμμάτων των ελληνικών νησιών βάσει των αρχών της ανάλυσης κύκλου ζωής, σε σχέση με την επίδραση τους στο φαινόμενο του Θερμοκηπίου. Οι μέθοδοι που εξετάζονται είναι η κομποστοποίηση και η αναερόβια χώνευση. Στο 1ο κεφάλαιο παρουσιάζεται η υφιστάμενη κατάσταση στα ελληνικά νησιά σε σχέση με την συλλογή, διάθεση και αξιοποίηση των ΑΣΑ. Επιπλέον, παρουσιάζεται συνοπτικά το νομοθετικό πλαίσιο που σχετίζεται με την διαχείριση των οργανικών ΑΣΑ και την αδειοδότηση των μονάδων κομποστοποίησης και αναερόβιας χώνευσης. Στο 2ο κεφάλαιο παρατίθενται οι αρχές λειτουργίας των δύο μεθόδων. Συγκεκριμένα, παρουσιάζονται οι παράμετροι λειτουργίας και απόδοσης, τα συστήματα και οι τεχνολογίες, τα τεχνικά χαρακτηριστικά τους καθώς επίσης και τα βασικά πλεονεκτήματα & μειονεκτήματα της κάθε μεθόδου. Στο 3ο κεφάλαιο εισάγεται η έννοια της Ανάλυσης Κύκλου Ζωής και περιγράφεται η εφαρμογή των αρχών της στην παρούσα διπλωματική εργασία. Περιγράφονται αναλυτικά τα όρια του συστήματος και η κατηγορία επίδρασης και διακρίνονται οι εκπομπές των αερίων του θερμοκηπίου σε άμεσες, έμμεσες & εξοικονόμησης. Στο 4ο κεφάλαιο περιγράφεται η περιοχής μελέτης στην οποία εξετάζονται οι δύο μέθοδοι και παρουσιάζεται το ολοκληρωμένο σύστημα διαχείρισης έξι (6) ρευμάτων των ΑΣΑ με εφαρμογή προγράμματος διαλογής στην πηγή με κεντρικούς κάδους. Τα ρεύματα που μελετώνται είναι: το χαρτί, το γυαλί, το πλαστικό, τα σιδηρούχα μέταλλα και τα μέταλλα αλουμινίου. Αναλυτικά περιγράφεται το σύστημα συλλογής και μεταφοράς του οργανικού κλάσματος των ΑΣΑ στην αντίστοιχη μονάδα βιολογικής επεξεργασίας. Στο 5ο και 6ο κεφάλαιο, στο πρώτο μέρος πραγματοποιείται η καταγραφή των δεδομένων, βάσει βιβλιογραφικής αναζήτησης, και των υπολογιστικών παραδοχών. Γίνεται περιγραφή της κομποστοποίησης και της αναερόβιας χώνευσης, για το κάθε κεφάλαιο αντίστοιχα, σε βιομηχανική κλίμακα και παρουσίαση του υπολογιστικού μοντέλου. Στο δεύτερο μέρος πραγματοποιείται η εκτίμηση των περιβαλλοντικών επιπτώσεων των βασικών σεναρίων των δύο μεθόδων σε σχέση με το φαινόμενο του θερμοκηπίου. Πραγματοποιούνται επιπλέον αναλύσεις ευαισθησίας βάσει τελικής χρήσης του κομπόστ και του βιοαερίου, βάσει σύστασης ΑΣΑ, βάσει ποσοστού χαρτιού προς κομποστοποίηση, βάσει ποσοστού οργανικού προς αναερόβια χώνευση και προς κομποστοποίηση και τέλος γίνεται σύγκριση των δύο μεθόδων με κριτήριο την επίδραση του στο φαινόμενου του θερμοκηπίου.Στο 7ο κεφάλαιο γίνεται εισαγωγή στην τεχνοοικονομική ανάλυση των δύο μεθόδων βιολογικής επεξεργασίας. Παρουσιάζονται δύο βασικά σενάρια και συγκρίνεται η οικονομική βιωσιμότητα της κάθε μεθόδου συναρτήσει του συνδυασμού των παραμέτρων της δυναμικότητας και του πληθυσμού της εξεταζόμενης περιοχής. Τέλος στο 8ο κεφάλαιο παρουσιάζονται τα συμπεράσματα της παρούσας διπλωματικής εργασίας και πραγματοποιείται πρόταση για μελλοντική εργασία.

The overall aims of the present thesis is to asses and compare two biological treatment methods, anaerobic digestion and composting, of the biodegradable fraction of municipal solid waste based on life cycle principles through assessing the greenhouse gas emission impacts of the two biological treatments. The 1st chapter presents the current situation in the Greek Islands with respect to the collection, disposal and treatment of the municipal solid waste (MSW). Moreover, the legislative framework, which is related to the management of the organic MSW and the licensing of anaerobic digestion and composting units, is summarized. The 2nd chapter lists the operating principles of both methods. Specifically, the parameters of performance and operation are presented as well as the available technologies and their technical characteristics. Finally, the main advantages and disadvantages of each method are illustrated. The 3rd chapter introduces the concept of Life Cycle Analysis (LCA) and describes the application of its principles in the present thesis. The system’s boundaries are defined in detail. Moreover, the effect of greenhouse gases is categorized and the emissions are distinguished in direct, indirect and saving ones. In chapter 4, the study area is detailed, in which both anaerobic digestion and composting are addressed. Additionally, the integrated management system of the six (6) fractions of MSW is examined by applying a source separation system, using central waste bins. The fractions studied are paper, plastic, ferrous and non-ferrous metals. The collection and transfer system of the organic fraction of MSW to the corresponding biological treatment unit are thoroughly described. In the 5th and 6th chapters, the first part consists of data reporting, based on literature research and the computational assumptions. In each chapter, both industrial scale composting and aerobic digestion are analyzed, using the respective computational model. The second part includes assessing the environmental impact of the baseline scenarios for both composting and digestion in concern of the greenhouse effect. Furthermore, a sensitivity analysis is conducted based on the end use of the compost and the biogas, on the composition of the organic fraction of MSW, on the percentage of the paper composted and on the organic substrate digested or composted. Then, with respect to the influence on the greenhouse effect, the two methods are compared. Chapter 7 is an introduction to the techno-economic analysis of the two biological treatment methods. In this chapter two baseline scenarios are tested. For each scenario, the economic viability is evaluated as a function of the capacity of each unit and the population in the region concerned. Finally, the last chapter includes the conclusions of the thesis and the perspectives and proposals for further study and research.