A természetben a tápanyagláncon keresztül kialakult az energia körforgalom, melyet a napenergia tart egyensúlyban és mozgásban.
A napenergia, a levegő CO2-ől, a talajból felvett víz és tápanyagból, a fotoszintézisen keresztül kialakítja a zöld tömeget az elsődleges biomasszát. Az így létrehozott biomassza látja el tápanyaggal az embereket és az állatokat, valamint alapanyaga az ipari feldolgozásnak.
A feldolgozás és tápanyag felhasználás minden egyes pontján jelentős nagyságú hulladék képződik. A növényi és állati eredetű hulladékokat nevezzük szerves hulladéknak.
Minden szerves hulladék legyen az növényi vagy állati eredetű, veszélyes hulladék. A hulladékok elbomlásakor talajvíz és levegőszennyezés lép fel.
A szerves hulladékok szaporító helyei a betegséget terjesztő szúnyogoknak és legyeknek. Aerob rothasztáskor a fehérjék bomlásából keletkező kénhidrogén és ammónia a levegőbe távozik és büdös.
A biogáz üzem azért a leghatékonyabb környezetvédelmi beruházás, mert anaerob környezetben végzi el a rothasztást talajvíz és levegőszennyezés nélkül úgy, hogy a metántermelő baktériumok tüzelőanyagot állítanak elő.
Az erjedés után visszamaradt hígtrágya a bomló anyagtól mentes, könnyen felvehető tápanyagként kerül vissza a talajba.
Anaerob rothasztásnál a kénhidrogén az iszapba visszamarad és oldott vasszulfidot képez.A metán baktériumok mérgező hatású antibiotikus hatással rendelkeznek és a biomasszában megtalálható gyommagokat, lárvákat elpusztítják. A próbaüzemelés alatt igyekeztünk mindenfajta szerves anyagot felhasználni. Az antibiotikus hatás bizonyítására a legjobb példa a nagy túlélő képességű ambrózia magja, mely teljesen csirátlanná vált, a salmonella pedig 55 ş C-os hőkezelés mellett teljesen elpusztult.
Milyen hulladékot használunk fel és hogyan történik a lebomlás?
A biogáz üzemben mindenfajta szerves anyag lebomlik, csak a lebomlás ideje és a gáztermelő képessége nem egyforma.
A szerves hulladék mennyisége lényegesen több, mint amennyit a biogáz üzem fel tudna használni, ezért a metángáz előállítás szempontjából azoknak a szerves anyagoknak van jelentőségük, amelyek ingyenesen állnak rendelkezésre és a leghatékonyabb a lebomlásuk.
A cellulóz alapú anyagok lebomlási ideje nagyon hosszú, 40-50 nap, míg az állati eredetű anyagoké 8-20 nap. A gáztermelés is hasonló. A gyorsan lebomló arányos idő alatt nagyobb mennyiségű gázt termel.
Nagyon fontos tehát, hogy a hulladékokat úgy válogassuk össze, hogy a leghatékonyabb legyen a biogáz üzem kihasználása. A legkiegyensúlyozottabb baktérium élet és gáztermelés csak több komponensű biomasszával biztosítható. A hulladékok lebontása olyan biokémiai folyamat, melyet négy egymástól jól megkülönböztethető baktériumcsoport végez el.
A négy baktériumcsoport úgy végzi a lebontást, hogy egymás anyagcsere végtermékét használják fel táplálékul, így a nagy molekulájú hulladékból a befejező metántermelő baktériummal metánt állítanak elő.
A fermentáció nyersanyagai:
- Szénhidrátok: feladatuk a sejtek felépítése, fenntartása és energiahordozás. A szén minden szerves anyag alapvető alkatrésze, ebből épül fel a különböző szerves vegyületeken keresztül valamennyi élőlény teste. A szén körforgása a természetben az alábbiak szerint történik:
· a zöld növények a szénszükségletüket fotoszintetikusan a széndioxid asszimilációból fedezik,
· az állatoknak és heterotróf növényeknek (baktériumoknak) szervesen lekötött szénre van szükségük,
· a szervezetek rothadásával a széndioxid visszajut az atmoszférába.
-Szerves zsírok: elsődleges feladatuk az energia tárolása.
- Fehérjék: bonyolult összetételű komplex óriás molekulákból tevődnek össze.
A baktérium test felépítése heterotróf növényeknek felel meg.
A baktériumtest 73-88 % víz, a szilárd anyagnak 53 % szén.
A metánbaktériumok természetes előfordulási helyei az állóvizek, tengerek fenék szintje és a bélrendszer.
A metánbaktériumok jó működéséhez az alábbi életfeltételek kellenek:
a) oxigén mentes környezet (anaerob)
b) 50 % feletti nedves közeg
c) sötétség, nagy felület, 20-30 şC feletti állandó h
őmérséklet
d) elegendő N-tartalom a sejtek felépítéséhez
e) 7-7,5 PH
A szerves anyagok anaerob kezelése a biogáz készülékek zárt rendszerében növényi tápanyagveszteség nélkül megy végbe. A mikrobiális fermentáció nem jelenti az
összes anyag gázneművé alakulását, csupán a szerves anyagokban lekötött szén gázosodik el.
Milyen feltételek alapján építettük meg és hogyan működik a biogáz üzem?
A biogáz üzemet építő Bátortrade Kft. struktúrájában jelentős szerepe van a komplex mezőgazdasági termelő tevékenységnek, így jelentős mennyiségű biomassza
képződik.A hulladékok szakszerű kezelése és megsemmisítése nagyon költséges.
A biogáz üzem energia termelése a magas beruházási és üzemeltetési költség miatt nem gazdaságos, annak ellenére, hogy államilag támogatott maga a beruházás és az értékesített villamos energia is.
A biogáz üzem csak akkor lehet jövedelmező, ha összeadjuk a hulladékmegsemmisítés költségét, a termelt energia bevételt és a képződött hígtrágya hasznosításából származó előnyöket.
A beruházási döntés megalapozottságához sokkal több tényező együttes megléte szükséges, mint bármilyen más üzem építésénél.
- A leglényegesebb üzemeltetési költség a szállítás költsége.
A mi üzemünkben felhasznált hulladékok közel fele az üzem szomszédságában
képződik. A megtermelt hígtrágya hasznosításához 1000 ha zárt nyomóvezetékkel ellátott öntözhető szántóterület áll rendelkezésre. A kierjedt hígtrágya kijuttatásának engedélyezése ugyan olyan feltételekhez van kötve, mint a nyers hígtrágya esetében. A nitrogén terheléshez bizonyítani kell, hogy 170 kg/ha maximális kijuttatás mennyiséghez képest elegendő terület áll rendelkezésre.
Egy m32-3 % szárazanyag tartalmú hígtrágya szippantó kocsival történő kijuttatási költsége távolság függvényében 400-700 Ft, mely hatóanyagra vetítve kétszerese a jelenlegi magas műtrágya hatóanyag beszerzési árnak.
A saját hulladékon felül csak olyan hulladékokat fogadunk, aminek a megsemmisítéséért fizetnek.A jelenlegi árbevétel közel felét a hulladék megsemmisítésének bevétele teszi ki.
Amennyiben nem áll elég fizetett hulladék rendelkezésre, szükség lehet az energia növénytermesztésre. A jelenlegi magas termelési költségek miatt 40 % feletti felhasználási arány esetén a biogáz termelés már emiatt az egy többletköltség miatt is veszteséges lehet.
- Melegvíz energia helybeni hasznosíthatóságának megléte.
A biogáz energia jelenleg csak akkor értékesíthető, ha villamos energiát termelünk belőle. A biogáz elégetésénél kétszer annyi melegvíz energia képződik, mint amennyi a villamos energia. A képződött melegvíz energia 30-50 % szükséges a fermentorok fűtéséhez. A szabad melegvíz energia hőértékben megegyezik a villamos energia hőértékével, tehát fontos, hogy legyen amivel hasznosítani tudjuk.
A mi esetünkben részben ezért építettünk egy új baromfifeldolgozó üzemet.
- Lakott területtől legalább 1000 m távolságra legyen, a szükséges engedélyek csak akkor szerezhetők be.
- A villamos közműhálózati rácsatlakozás lehetősége 500 m-en belül legyen.
A magyar szabályozás szerint a megtermelt villamos energiát a szolgáltató köteles fixáron átvenni, viszont a rácsatlakozás feltételeit a szolgáltató határozza meg.
A mi esetünkben 200 m-en belül van a rácsatlakozási pont, még is az alap beruházási költség 10 %-ba került a megfelelő feltételek kiépítése.
- A biogáz üzemeltetéshez szükséges a járulékos beruházások megalapozott kalkulációja.
A biogáz üzem bekerülési költségével közel megegyező nagyságú a teljes körű hulladék fogadásának, a hígtrágya gazdaságos kijuttatásának és az egyéb infrastruktúra beruházási költsége.
A legnagyobb tévedésünk a járulékos beruházások alulértékelése volt. Nem
számoltunk a környezetvédelmi és egyéb szakhatósági előírások megszigorításával.
A műszaki technikát forgalmazók is igyekeznek a lehető legkisebb beruházási költségeket kalkulálni, mivel ők csak az értékesítésben érdekeltek.
A hígtrágyás biogáz technikája nemalkalmas magasabb arányú szalmástrágya felhasználására a jelentős dugulási és felúszási meghibásodás miatt.
Tervezett tevékenységek és mennyiségek:
- Nem veszélyes hulladékok biogáz célú hasznosítása:
· 7020 t/év mennyiségű szarvasmarha híg- és alomtrágya
· 520 t/év mennyiségű baromfi trágya
· 4160 t/év mennyiségű egyéb növényi hulladék
· 40040 t/év mennyiségű vágóhídi szennyvíz
· 858 t/év konyhai és étkezési hulladék
A Kft. 2500 db szarvasmarhát és 1,8 millió brojler csirkét állít elő, melyek trágyatermelése lényegesen több, közel 30000 t/év. Sajnos a biogáz technológiája magasabb százalék arányú szalmástrágyát nem tud meghibásodás nélkül fogadni, ezért a különbözetként fennmaradó szalmástrágyát először komposztáljuk és a részben feltáródott komposztott kiegészítő anyagként használják fel a biogáz recepturában.
- Veszélyes hulladékok ártalmatlanítása hőkezeléssel és pasztőrözéssel történik:
· 20800 t/év a felhasználásra tervezett baromfi vágóhídi hulladék mennyisége
· 1716 t/év a sterilizált állati zsiradékok mennyisége
· 1430 t/év a nem fertőző betegségben elhullott állati tetem mennyisége.
A felhasználásra tervezett hulladék éves mennyisége 75000-100000 t/év.
Létesítmények:
1.
Nem veszélyes hulladék fogadó épület: 1000 m2, benne 2 db beadagoló keverő akna, melyek 4 m mélyek és 10 m átmérőjűek.
Ezekben az aknákban kerülnek fogadásra és homogenizálásra a napi mennyiségek.
2.
Veszélyes (állati eredetű) hulladék fogadó épülete és berendezése:
2 db fogadó garat
3 db 10 m3 fogadó akna
2 db daráló
2 db sterilizáló
2 db 30 m3 pas
ztőröző tartály.
Ezekben a berendezésekben kerül fogadásra a vágóhídi hulladék, amit 15 mm-es méretre darálunk. A kellően aprított hulladék hőkezelés után a fermentorokba kerül.
3.
6 db mezofil fermentor:
Magasságuk 5 m, átmérőjük 18 m.
Tartózkodási idő: 2
8 nap.
Állandó hőmérséklet: 37
şC.
4.
6 db termofil fermentor:
Magasságuk 5 m, átmérőjük 20 m.
Tartózkodási idő 20 nap.
Állandó hőmérséklet: 55
şC.
A fermentorokba négyóránként kerül beadagolásra a homogenizált alapanyag. A berendezések úgy lettek elhelyezve, hogy a fogadó aknákból csak egyszer emeljük át szivattyúval a biomasszát, azt követően a fermentorokból már gravitációs úton megy tovább a mezofilból a termofilba, a termofilból pedig az utótározóba. Ezzel a technikai megoldással lényegesen olcsóbb az üzemeltetés.
A fermentorok belmagassága 5 m, melyből 4,2 m oszlopmagasságban helyezkedik el a biomassza és 0,8 m a gáztér. A metánbaktériumok által termelt biogáz itt képződik. A képződött gáz 2/3 része metán, 1/3 része széndioxid és ebben az állapotában magas a víztartalma. Az így képződött biogázt a fermentorok tetején elhelyezett 2 db gyűjtő gázcső szállítja a gázkezelőbe, majd a 2 db 1000 m
3-es gáztározóba.A fermentorokba biogáz érzékelők vannak elhelyezve, melyek a gázmennyiség emelkedésekor a gázt egy automatika segítségével a gázmérőn keresztül a gázkezelőbe irányítják.
A gázkezelőben a gáz hűtésével víztelenítést hajtunk végre. A naponta keletkező kondenzvíz mennyisége 40-60 literre tehető.A fermentorokban keletkező gáz összetételét egy gázanalizátor elemzi és méri a különböző gázok mennyiségét. Nagyon fontos, hogy a biogázban lévő kéntartalom 50 ppm alatt legyen.
A kén kiválasztását oxigén hozzáadásával irányítja a gázanalizátor. A kivált kénmennyiség a szubsztrátumba kerül és feloldódik.
5.
4 db átmeneti hígtrágya tároló tartály:
Magasságuk 5 m, átmérőjük 24 m.
A termelt biomassza zárt rendszeren keresztül jut át a tároló tartályba.
A 4 db tartálynak közel 10000 m3 a befogadó képessége.
A tartályokból a kierjesztett hígtrágya közvetlenül tartály
kocsiba tölthető, illetve egy nyomóközpont aknájába juttatható.
A nyomóközpontból a hígtrágyát egy 970 fm hosszúságú nyomócső közbeiktatásával juttatjuk el a már meglévő 1 m mélységbe épített földalatti nyomóhálózatba. A hálózatból a trágya közvetlenül kiöntözésre, illetve puffertárolókba juttatható.
A telepen található tárolók és külső puffertárolók összes befogadóképessége 29040 m3. A kikerülő hígtrágya szárazanyag tartalma igen csekély (2% körüli), ezért jó közelítéssel a naponta keletkező hígtrágya mennyisége 206 m3. Ennek megfelelően a tározó kapacitás 141 nap alatt keletkező fermentált anyag tárolására elegendő, mely a tilalmi időszakra eső mennyiséget biztonsággal befogadja.
6.
2 db gáztároló
Magasságuk 5 m, átmérőjük 16 m.
Térfogatuk 1000 m3 egyenként.
7.
3 db blokkfűtőmű
A gázmotorok gázfogyasztása egyenként 240 Nm3/h, azaz összesen 750 Nm3/h. A napi 14000 Nm3 elégetéséhez kb. 19-20 üzemórára van szükség. A gáztermelés napi 10-15000 m3 között ingadozik, az alapanyag összetételének és mennyiségének függvényében.A biogáz keletkezésének fluktuálását a gázballonok puffertározóként kiegyenlítik.
A várható gáztermelés növekedése miatt egy újabb 1000 kW-os gázmotort tervezünk vásárolni.
Az előkezelőből kikerülő 5 mbar nyomású gáz a gázsűrítőknek köszönhetően 50 mbar nyomáson jut el a gázmotorokhoz.
A betongyűrűvel és robbanótetővel ellátott gáztárolókban nyomásmérők vannak elhelyezve és amennyiben túlnyomás alakul ki, a gáz elfáklyázásra kerül.
A túlnyomást csak biztonságtechnikai okokból alkalmazzuk abban az esetben, ha a gázmotorok teljes kihasználtság mellett sem tudják elégetni a keletkező biogázt.
8.
Csurgalék víztározó:
A biogáz üzem teljes területén zárt rendszerű a csurgalék víz gyűjtése. Az összegyűjtött vizet a tárolótartályokból átemelő szivattyúval visszanyomjuk a keverő tartályokba és hígító vízként használjuk fel.
Toxikus anyagok jelenléte és szabályozásuk:
A toxikus hatások abban nyilvánulnak meg, hogy azok a fermentorokban a reakciókat katalizáló enzimekre hatnak.
- Az ammónia a protein lebontásából keletkezik. Ha a rendszerben az ammónia nitrogén koncentráció nagyobb mint 3000 mg/l az ammónium toxikus hatásúvá válik a Ph-ra való tekintet nélkül, ezáltal üzemzavar várható.
A megoldás a biomassza ammónia-nitrogén koncentráció hígítása.
- A szulfidok a biológiai folyamatok révén a szulfátok és egyéb kén tartalmú szerves vegyületek redukciójából, végül a protein deagrációból származnak.
Az oldott szulfidok 200 mg/l koncentráció felett toxikusak.
- A nehézfémek sok biogáz telep feldolgozását gátolják.
Az oldott állapotú réz, cink, nikkel és króm koncentrációi meglehetősen toxikusak. A toxikus állapot elkerülhető, ha az oldott nehézfémeket szulfidokkal oldhatatlan csapadékká alakítjuk át.
- Számos szerves anyag is toxikus az anaerob fermentáció szempontjából (oldószerek, alkoholok, hosszú láncú zsírsavak). A toxikus hatás elkerülhető a jó arányban összeállított alapanyag recepturával és Ph beállítással.
- Levegőszennyezés: A fermentáció - zárt technológiájának köszönhetően kis mértékű környezeti kockázattal jár. Közvetlen levegőt szennyező kibocsátás a fermentáció korai szakaszában van, míg a metántermelés nem indul meg, valamint a karbantartás megkezdésekor.
Összességében megállapítható tehát, hogy a biogáz termelést élő szervezetek végzik bonyolult biokémiai folyamatokon keresztül.Tervezésénél alaposan ki kell dolgozni nem csak a műszaki feltételeket, hanem az élőszervezet tápanyag ellátásához szükséges biomassza betáplálási rendszerét is.
Forrás: Agrárágazat
