Ugrás a tartalomhoz

Environmental management

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

Debreceni Egyetem a TÁMOP 4.1.2 pályázat keretein belül

Nyírbátori Regionális Biogáz Üzem

Nyírbátori Regionális Biogáz Üzem

A regionális Bátortrade Kft. 2002-ben építette a Nyírbátori Regionális Biogáz Üzemet. A Biogáz Üzem méreteit, technológiáját tekintve világszínvonalú, és egyedi a maga nemében (Petis, 2007, 2008) (8.3. ábra).

8.3. Ábra. A Nyírbátori Regionális Biogáz Üzem (Petis, 2007)

A megvalósult technológia alkalmas növényi és állati eredetű alapanyagok befogadására, többek között környezetvédelmi szempontból kockázatosnak ítélt állati hulladékok feldolgozására is (Tamás et al., 2004; Bíró et al., 2008). A biogáz termelés ebben az üzemben csak akkor volt tartósan gazdaságos, ha az alapanyag ellátás a helyben lévő mezőgazdasági és élelmiszeripari hulladékokra és melléktermékekre is épített (Tamás et al., 2006). Az üzem egy szarvasmarha telep és egy baromfifeldolgozó mellé épült, így közvetlenül csővezetéken jut el a hígtrágya és a vágóhídi szennyvíz fermentációs térbe, lecsökkentve ezzel a szállítási költségeket és biztosítva az üzem folyamatos ellátását (Petis, 2007).

A biogáz üzem technológiai paramétereinek részletes leírása a .táblázatban található (Pestis, 2008).

8.4. táblázat. Nyírbátori Regionális Biogáz Üzem főbb jellemző

A két 314 m3-es keverőben, - melyek hasznos térfogata egyenként 300 m3 - a nyersanyagokat homogenizálják, majd a tartályokból hidraulikusan, nyomóvezetéken keresztül, a két keverőből felváltva négyóránként adják fel a fermentorokba. A fermentorokba közvetlenül is juttattak könnyen feltáródó anyagokat, ill. az optimális pH beállításához szükséges puffereket. A keverőtartályok úgy vannak méretezve, hogy egy tartályba beférjen a napi felhasznált mennyiség. A sorba kapcsolt mezofil és termofil fermentorokban hosszabb az erjedési idő és így a 38°C-on még le nem bomlott szerves anyag jelentősebb része az 55°C-os fermentorokban le tud bomlani. A naponta beadagolt 320 m3 mennyiségű szubsztrátum tartózkodási ideje a mezofil fermentorokban átlagosan 18 nap, a termofil fermentorokban átlagosan 22 nap, összesen tehát 40 nap. A mezofil fermentor napi terhelése 6%-os szerves anyag tartalom esetén 18.000 kg szerves anyag, mely fermentor m3–enként 2,8 kg szerves anyag napi terhelésnek felel meg.

A fermentor belső magassága 5 m, melyből 4,2 m a folyadék oszlop magassága és 0,8 m a gáztér. A folyadék folyamatos keverésével a termelődő metán és egyéb gázok felszabadulnak és a gáztérben összegyűlnek. A jó fermentációhoz oxigénmentes környezet, 90% feletti nedves közeg, kissé lúgos kémhatás (7-8 pH), optimális C/N arány, fénymentes környezet, megfelelő keverés és a biomassza azonos időszakban, azonos mennyiségben és minőségben történő betáplálása szükséges. A biogáz a fermentorok gázterében kialakuló túlnyomással, csővezetéken keresztül kerül először a gáztisztítóba majd a gázzsákba. Az engedélyezett gáznyomás a fermentorokban 10 mbar, a gáztározóban pedig 5 mbar, ezáltal önmagát préseli át a gáz a fermentorokból a gáztározóba a hűtőgépen keresztül. A termelt nyers biogáz magas nedvességtartalmú, ezért a gáztisztítóban lévő hűtővel lehűtjük és kicsapatjuk a többlet vizet. A gáztisztítóból már száraz gáz kerül a gáztározókba. A biogáz tisztítás a víztelenítésen kívül még a kénhidrogén mennyiségének a csökkentését biztosítja. A kéntelenítésnek a költsége a kéntartalom növekedésével aránytalanul növekszik. A gáz kéntartalmát legolcsóbban a felhasználásra kerülő alapanyag jó összeállításával lehet csökkenteni. Amennyiben az alapanyag nem változtatható a gáz kéntartalmához kell megválasztani a kéntisztítási technológiát. A kénhidrogén csökkentését többnyire csak levegő befúvással végzik a nyírbátori üzemben (Petis, 2008).

A robbanásveszély és a metántermelés csökkentésének veszélye miatt a beadagolt levegő mennyisége 5%-nál nem lehet több. A levegő oxigénje a kénhidrogént oxidálja és belőle elemi kén és víz képződik. Az elemi kén kicsapódik a szubsztrátumba. Abban az esetben, ha olyan alapanyagokat használunk, amelyekből nagyobb mennyiségű kénhidrogén képződik (toll, szaru, cukorrépa szelet, tojás, stb.), akkor szükséges vashidroxid hozzáadása. A vashidroxid vasszulfáttá alakítja a felszabaduló kénhidrogént, mely kicsapódik az oldatban. A kénhidrogén mennyiségét 300 ppm alatt kell tartani, hogy ne károsítsa a gázmotorokat és a gázégőket. A magas nehézfém tartalom nemcsak a fermentáció hatásfokát csökkenti, hanem, a képződött hígtrágya mezőgazdasági célra való hasznosítását is kizárja. Elsősorban az oldott állapotú réz, cink, nikkel és króm nagy koncentrációja veszélyes és mérgező. Amennyiben az oldott nehézfémeket és szulfidokat oldhatatlan csapadékká alakítjuk át és biztosítjuk a megfelelő pH értéket, a toxikus állapot elkerülhető. A jó alapanyag összeállítással nem csak a kénhidrogén és nehézfémek mennyiségét lehet szabályozni, hanem a biogáz metántartalmát is.

A vállalatcsoport 3000 ha saját tulajdonú területen növénytermesztéssel, 5000 ha–on integrációs formában gabona, kukorica és napraforgó termeléssel, 9 millió liter tejtermeléssel, 5 millió db brojler csirke neveléssel, 9 millió db brojler csirke feldolgozással és értékesítéssel, 40 ezer tonna szemestermény szárítással, 1500 tonna lucerna szárítással, valamint 7 millió m3 /év biogáz előállítással foglalkozik. A termelt biogázt a vegyes alapanyagoknál bevált alacsony fermentorokban állítja elő, majd gázmotorokkal hasznosítja, melyekkel villamos- és hőenergiát egyidejűleg állít elő (Petis, 2007). A biogáz üzem teljes energiaforgalmi mérlege a ábrán kerül bemutatásra.

8.4. ábra. A Nyírbátori Regionális Biogáz Üzem energiaforgalmi mérlege (2007) (Petis, 2008)

A termelt hőenergia 22%-át a fermentorok fűtésére hasznosítják, villamos energiaként 29%-a kerül értékesítésre. A biogáz üzemben a termelt biogáz és villamos energia önköltsége 2004-2007 között a . táblázat szerint alakult.

8.5.Táblázat A biogáz üzem fajlagos értékek

Az önköltséget az átalakítási költségének és a hőenergia bevételének egyenlege módosítja jelentősen (Petis, 2008).

A biogáz üzem alapanyag ellátásához 6000 m2 falközi silótárolót, egy 100 t/nap kapacitású állati hulladék-feldolgozó üzemet, egy 50.000 t/év kapacitású komposztáló üzemet építettek (Petis, 2005). A nyírbátori biogáz üzemben 2007-ben felhasznált fontosabb biomassza 29%-a istállótrágyából, 13%-a termelt növényi főtermékből, 19%-a növényi melléktermékből és hulladékból, valamint 39%-a állati hulladékból tevődött össze (8.5. ábra) (Petis, 2008).

8.5.ábra. A rendelkezésre álló alapanyagok megoszlása (2007) (Mézes et al., 2008, Petis, 2008 alapján)

Az üzem területén feljegyzik a telepre beérkező összes és az ebből naponta feladott nyersanyagok mennyiségét, míg a beltartalmi értékek elemzésére az üzem központi telephelyén található központi laboratóriumban kerül sor. A nyersanyagok és a végtermékek minőségi és mennyiségi paramétereinek részletes elemzésével Bíró és mtsai.. (2008) (táblázat), míg az input és output anyagok hidraulikus tartózkodási idővel eltolt összefüggéseivel Mézes és mtsai. (2008, 2009) foglalkoztak.

8.6.táblázat. A nyersanyagok és kierjesztett végtermékek minőségi paraméterei (2007)

A növényi alapanyagok magas szén-tartalommal rendelkeznek, jól hasznosíthatók a C/N arány beállításánál. A frissen vágott zöld növényi részek bomlása gyorsabban megy végbe, mint a magas cellulóz-, esetenként lignin-taralmú növényi melléktermékeké. Növényi alapanyagok közül kukoricasilót, friss zöld anyagot, napraforgó törkölyt, kukorica csővéget, zabos bükkönyt, cukorcirkot, szecskázott lucernát, esetenként cukorrépa szeletet, zöldbabot, zöldborsót használnak fel. Glicerint (melléktermék) is hasznosítanak, melyet könnyen feltárható szén-forrása miatt közvetlenül a fermentorokba juttatnak. Az állati eredetű hulladékok közül fontos alapanyag a szarvasmarha trágya, hiszen nagy szervesanyag-tartalom, a biogáz-előállítás szempontjából előnyös C/N arány, nagy gázkihozatal jellemzi. A húslé, amit a vágóhídi hulladékok (pl. bendő, gyomor, egyéb belső szervek, vér) sterilizálásával (130 °C) állítanak elő, adja a biogáz potenciál jelentős részét. Az optimális pH beállításához szükséges pufferként tejsavót, sajtsavót, mésztejet alkalmaznak. Ezen kívül hígtrágyát, baromfiszennyvizet és technológia szennyvizet juttatnak a keverőkbe nagy mennyiségben, melyek az alkalmazott nedves eljáráshoz szükséges nedvesség-tartalom beállításánál fontosak. Őszi és téli időszakban fermentált, szeparált anyagot forgatnak vissza a rendszerbe, azzal a céllal, hogy a visszamaradt szervesanyagot további gáztermelésre hasznosítsák. A feladott szubsztrátum közül néhány csak szezonálisan használható fel, tehát érdemes az egyes jellegzetes időszakokra néhány különböző receptura variánst meghatározni. Az őszi-téli receptúra tartalmazza a tartósított növényi melléktermékeket, a szeparált anyagot, a glicerint, a technológiai szennyvizet és az állandóan rendelkezésre álló állati eredetű melléktermékeket. A tavaszi-nyári receptúra alapját az előbb felsorolt anyagok képzik, de kiegészülnek könnyen feltárható növényi anyagokkal, konzervipari melléktermékekkel. A legstabilabb minőségű anyagnak az elemzések alapján a szarvasmarhatrágya, szeparált anyag és a kukoricasiló bizonyult (Mézes et al., 2008). A 8.6. ábra a nyersanyagok C- és N-tartalmának (%) napi változását mutatja be a Nyírbátori Regionális Biogáz Üzem mezofil fermentoraiban 2007-2008 közötti időszakban (Mézes et al., 2009).

8.6. ábra. A C- és N-tartalom (%) napi változása a Nyírbátori Regionális Biogáz Üzem mezofil fermentoraiban (2007-2008) (Mézes et al., 2009)

A C/N arány a felhasznált húslé miatt szűk az adott üzemben (8.7. ábra) (Mézes et al., 2008), így ügyelni kell megfelelő mennyiségű és minőségi szén-forrás biztosítására.

8.7. ábra. A C/N arányok napi változása a Nyírbátori Regionális Biogáz Üzem mezofil fermentoraiban (2007-2008) (Mézes et al., 2008)

Az 43 napos hidraulikus tartózkodási idők összegein alapuló eredmények alapján erős összefüggés mutatható ki a mennyiséggel súlyozott minőségi input és output paraméterek között. A maximális gázhozam értékeket 12,2-12,35-ös C/N aránynál figyeltük meg, ezen arányok mellett biztonságos a gázkihozatal (Mézes et al., 2008).

A biogázüzem termofil fermentoraiból naponta kikerülő erjesztett szerves anyagokat ideiglenesen a tározókba juttatják, majd szeparátor segítségével szétválasztják az ülepedő anyagokat a folyadék fázistól. Az ülepített szilárd fázis alacsony nedvesség-tartalma miatt könnyen tárolható, illetve később felhasználható mezőgazdasági területeken „biotrágya”-ként (Petis, 2008).