Ugrás a tartalomhoz

Environmental management

Prof. Tamás János, Prof. Blaskó Lajos (2008)

Debreceni Egyetem a TÁMOP 4.1.2 pályázat keretein belül

7.3. Kofermentáció hatása a biogáz-hozamokra

7.3. Kofermentáció hatása a biogáz-hozamokra

Különböző keverék anyagok (például a települési szennyvíziszap, mezőgazdasági, élel¬miszeripari) közös rothasztásakor a biogáz képződés lényegesen javul, a nagyobb szer¬vesanyag koncentrációjú szubsztrát sokféleség hatására a rothasztó térfogata is jobban kihasználható. Ha a rothasztóba nehezen lebontható anyagokat és könnyebben lebont¬ható anyagokat közösen adagolnak valamennyi anyag lebontódása javul.

7.11. Táblázat. A szerves anyagokból nyerhető biogáz mennyisége és annak hatékonysága kofermentáció esetén. Forrás: Kissné, 1983

A társított vagy ko-szubsztrát rothasztás kettő vagy több szubsztrátból készült homogén keverék közös rothasztását jelenti: az alap-szubsztráthoz (pl. állati trágya, szennyvíziszap) egyéb kiegészítő anyagokat (pl. konyhai hulladék, kerti hulladék stb.) adagolnak és közösen rothasztják. Az alap-szubsztrát biztosítja az alapvető tápanyago¬kat (N, P) és mikroelemeket (Ca, Fe, Mg, Mn, Co stb.). A jó makro és mikro tápanyag ellátás következtében a ko-szubsztrát rothasztás sokkal hatékonyabb, mint a mono- szubsztrátok rothasztása.

Behmel et al. (1996) a biogáz üzemekben hasznosítható szerves hulladékok ko-fer- mentációjának kockázatával és a folyamat alapjaival foglalkozik. A felhasználható szubsztrátokat két nagy csoportra lehet bontani:

  • könnyen bontható szubsztrátok (fehérje, zsír)

  • nehezen bontható szubsztrátok (lignin, cellulóz, hemicellulóz).

Az ideális ko-szubsztrát (élelmiszer-ipari és mezőgazdasági hulladék) könnyen be¬szerezhető és olcsó. Sokszor a biogáz üzemek közvetlen a hulladékot termelő ipari vagy mezőgazdasági egység mellé épülnek. Hátránya, hogy nem lehet megjósolni hosszú távra a hulladék mennyiségét és minőségét.

7.12. táblázat. Különböző eredetű ko-szubsztrátok és azok összetétele. Forrás: Öllős, 2010

Az anaerob rothasztásnál nagyon sokféle hulladékanyag felhasználható, mint ko-szubszt¬rát. Mezőgazdasági hulladékok (kukoricaszár, lomb, trágyák) és különböző ipari hulla¬dékok (sör, tej, szeszipar) egyaránt jól hasznosítható anyagok az anaerob rothasztásban.

Nagymennyiségű könnyen bontható szubsztrát a reaktor elsavanyodásához vezethet, különösen egylépcsős folyamat során. Nagy cukor- és keményítő tartalmú hulladékból nagyon könnyen képződik tejsav és propionsav. Az ezzel együtt járó pH csökkenés és a magas propionsav koncentráció toxikus lehet egyes mikroorganizmusok számára.

Kübler et al. (2000) különböző eredetű szerves hulladékok közös anaerob kezelését 18 hónapon keresztül vizsgálták. A kommunális szilárd hulladék szerves frakciója jelen¬tős mennyiségű idegen szennyezőanyagot és homokot (6%) tartalmazott. A különbö¬ző hulladékokat aprító berendezéssel hatékonyan lehetett átalakítani olyan állapotba, amely már alkalmas volt, hogy a rothasztóba táplálják. A hulladék összetételének idő¬szakos változásai jelentősen befolyásolták a biogáz termelést. Az üzemelésnél figyelem¬be vették a hulladékok összetételének szezonális változását.

A különböző hulladékok nem gátolták a rothasztó működését. A hidraulikus tartóz¬kodási idő (HRT) jelentős hatással volt a szerves anyag lebontásra. A HRT-t 14-ről 8 napra csökkentve a szervesanyag lebontás valamelyest csökkent, de némileg javult a na¬pi gáztermelés. A berendezés többlet villamos energiát (290 MJ/t) termelt. Az energia mérleg azt mutatja, hogy a berendezéssel ki lehet váltani az elsődleges energiaforrást.

A háztartási kommunális hulladékok, valamint az étel-hulladékok több mint 70% vizet tartalmaznak és jelentős szervesanyag tartalmuk is. Az étel-hulladékoknak nagy a biogáz hozama, több mint kétszerese a szilárd kommunális hulladékok gázhozamának.

Edelmann et al. (2000) szilárd szerves hulladékokat szennyvíz iszappal együtt rothasz¬tották. A fél-üzemi méretű rothasztóba több mint 1 rnVnap hulladékot tápláltak be. Az adatokat 14 hónapon keresztül gyűjtötték, és kiderült, hogy a nyers gyümölcs és zöldség hulladékok két lépcsős előkezelése szükséges: első lépésként a hulladékot fel¬aprították 1-2 mm-s darabokra, majd második lépcsőben a felaprított hulladékot a nyersiszappal együtt homogenizálták. A zöldség hulladékok a nyers iszappal együtt nagyon jól rothaszthatónak bizonyultak: úgy tűnt gyorsítják a rothasztás folyamatát, valamint növelik az iszap anaerob lebontási hatásfokát. Az előkezeléshez és a rothasztás folyamatához 1 tonna friss hulladék kezeléséhez 85 kWh energia szükséges. A legtöbb esetben az energia 20%-a a homogenizálásra fordítódott. A homogenizálás műveletére sok hulladék esetében nincs szükség.

A gáz villamos energiává történő átalakítása során a nettó hozam 65 kWh/t, és 166 kWh/t hőenergia. Konyhai hulladékok kezelése során a nettó energiatermelés nagyobb volt, mert ebben az esetben az egy lépcsős előkezelés elegendőnek bizonyult.

A szennyvíziszap és a mezőgazdasági hulladék közös rothasztása előnyökkel jár, szemben az elválasztott rendszerekkel. A ko-szubsztrát hatást kihasználó rothasztó rendszer nagyobb gázhozamot eredményez, mint az elválasztott rendszerek összesen. Különösen az apro-falvas (ritkábban lakott) régiókban megoldás lehet, ahol nem áll rendelkezésre elegendő biogén hulladék a szilárd hulladékok anaerob rothasztására. A közös rothasztási rendszer üzemének legnagyobb nehézsége az, hogy a különböző fe¬leknek (szennyvíztisztító telep üzemeletető, önkormányzatok, államigazgatás, hulla¬déktermelők és hulladék begyűjtők) tartaniuk kell a kapcsolatot egymással, együtt kell működniük. Sokszor az együttműködés kialakítása nehézkes, ezért a közös rothasztás megvalósítása sem jön létre (Öllős, 2010).

A kérődzők bendő tartalmának és a vérnek közös rothasztásánál a ko-szubsztrát (társított) effektus alkalmazása a legtöbb esetben javítja a metántermelést és korrigálja a kiegyen¬súlyozatlanságokat (Carucci et al., 2005). López et al. (2006) a bendőanyag és a vér közös rothasztását vizsgálta különböző arányok esetében. A vizsgálatok alapján megállapítható, hogy a szerves anyag lebontódás 75 - 55%-os,

  • a bendő tartalom és a vér közös rothasztáskor a vér öt nap alatt szinte teljesen hidrolizálódott, és e közben jelentős mennyiségű szabad ammónia keletkezik, ami a metántermelésre gátló hatású,

  • ehhez az állapothoz a biomassza adaptálódni képes és bizonyos idő után a me¬tántermelődés újra indul,

  • a kis vér koncentráció jótékony hatású lehet, mivel a puffer-kapacitást növeli és mikro-tápanyag ellátást javítja, TS = 3 - 4% tartalomnál és bendő tartalom/vér arány 10:1 értéke esetében az üzemeltetés sikeres.