Tárgyszavak: ultrahang; dezintegráció; csatornagáz; szennyvíz; mikroorganizmus.

Átírás

1 ENERGIA Energia szennyvíziszapból Tárgyszavak: ultrahang; dezintegráció; csatornagáz; szennyvíz; mikroorganizmus. A jövő nagy feladatai közé tartozik azon problémák megoldása, hogy egyrészt a kommunális és ipari szennyvíztisztító művek nagyobb hatékonysággal és kapacitással működjenek, másrészt a keletkező szennyvíziszapot energetikailag hasznosítsák. Az ultrahangos dezintegráció nem csak műszakilag érdekes megoldása a feladatnak, de egyben jövőbe mutató is. Németországban évente kb. 3 M tonna száraz szennyvíziszap keletkezik, aminek az 50%-át mezőgazdaságilag hasznosítják (esetleg komposztálják), 30%-át termikusan ártalmatlanítják, 20%-át pedig hulladéklerakóba szállítják. A klasszikus definíció szerint a szennyvíziszap nem más, mint szerves biomassza, amit mikroorganizmusok segítségével metánná és széndioxiddá lehet alakítani. Az Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG megújuló energia törvény) hatálybalépésével egyre több érdek fűződik a szennyvíziszap energetikai kiaknázásához. Csatornagáz-előállítás A csatornagáz (metán és szén-dioxid keveréke) mikroorganizmusok anaerob anyagcsere-folyamatai következtében keletkezik, ahol a táptalajt maga a szennyvíziszap alkotja. Ún. rothasztó tornyokban végzik ezt a folyamatot, aminek 4 szakasza van: Hidrolízis: A felhasználásra kerülő anyagok feltárása és cseppfolyósítása. A folyamat során a nagy molekulájú, szerves anyagokat sejten kívüli enzimek segítségével kis molekulájú, vízoldható alkotórészekre bontják. Savazás: Ennek során a már kialakult, egyszerű vegyületeket ugyanazok a baktériumok veszik fel, mint a hidrolízis során, és zsírsavvá illetve alkohollá alakítják.

2 Ecetsavképződés: A rövid láncú zsírsavak ecetsavvá, hidrogénné és szén-dioxiddá alakulnak. Metánképződés: Ebben a fázisban különféle metánképző mikroorganizmusok alakítják a hidrogént, a szén-dioxidot és az ecetsavat metánná. A fenti folyamatokat jelentősen befolyásolják a külső körülmények is, mint pl. hőmérséklet, ph-érték, koncentráció stb. Az ultrahangos dezintegráció Amennyiben sikerülne a szennyvíziszap szerves alkotórészeinek biológiai hozzáférhetőségét növelni, úgy a hidrolízis fázisa sokkal hatékonyabb lenne. Erre kínál lehetőséget az ultrahang használata, aminek diszpergáló, gáztalanító és bontó tulajdonságai vannak. Ezeket a tulajdonságokat lényegében a frekvencia és az intenzitás befolyásolják. Az ultrahang pontszerű benyomódásokat okoz több GPa nyomással és kb K hőmérséklettel. Mindez implóziós hólyagképződéshez vezet a szennyvíziszapban, ami végső soron fizikailag idézi elő a dezintegrációs hatást. Az ultrahang szétrombolja a sejtfalakat, kiszabadítva ezzel a sejtekben található proteineket (enzimeket), zsírokat és poliszacharidokat, ezáltal felgyorsítja a hidrolízist a rothadási folyamat során. A kiszabadult enzimek önnön autokatalitikus hatásuk következtében erősítik ezt a folyamatot. A dezintegráció hatékonyságát több tényező is befolyásolja, mint pl. a kezelendő iszap fizikai és kémiai mennyiségei és az energiabefektetés. A kisebb energiabefektetés megsemmisíti az iszaprészecskéket, a nagyobb energia pedig feltárja a mikroorganizmusokat. A különféle sejtfelépítések következtében a sejtfalvastagság (és ellenálló képesség) is igen eltérő. Nagyobb mikroorganizmusokat már hozzávetőlegesen kis energiával is meg lehet semmisíteni, míg a baktériumok feltárásához jóval nagyobb energia szükségeltetik. Ipari kísérlet Egy lakost kiszolgáló szennyvíztisztító telepen a rothasztó toronyba beszereltek egy ultrahangos dezintegrációs készüléket. A torony befogadóképessége 1850 m 3, amibe 3 4 óránként 7 m 3 szennyvíziszapot vezettek és rendszeresen forgatták. A vizsgálat során megfigyelték a csatornagáz-képződést hagyományos körülmények között, ultra-

3 hang használata mellett, illetve ultrahang és egy adalékanyag (trágyalé) együttes használata mellett. A kísérlet során mindhárom esetben 100 napos időintervallumot vizsgáltak. Bebizonyosodott, hogy az ultrahanggal kezelt iszap esetében sokkal hamarabb érhető el a metángázképződés maximuma, mint a kezeletlen iszapnál, ahol a metángázképződés ugyan elérte a maximum szintet, de jóval később. Az ultrahang használatával a gázképződés hamarabb végbemegy, azaz a minimumot is hamarabb éri el a gázképződés, ennek következtében azonos idő alatt sokkal nagyobb mennyiségű iszapból lehet a lehető legtöbb metángázt kinyerni, mint a hagyományos eljárás során. Amikor módosított trágyalét, mint adalékanyagot adtak az iszaphoz (mindezt ultrahang használata mellett), a metángázképződés 12,8%-kal nőtt. Ezen kívül semmilyen negatív hatást nem figyeltek meg az adalékanyag használata során. Összegzés A fentiekhez összegzésként hozzá kell tenni, hogy az ultrahang használata mindenképp szakértelmet követel. A fenti vizsgálatok eredményei csak részben vannak kiértékelve, a teljes eredményre még várni kell, de ígéretesek a kilátások. Összeállította: Wünsch Ferenc Gollnisch, C.; Pflugbel, K.; Prötter, J.: Energie aus Klärschlamm Steigerung der Klärgasproduktion durch Ultraschalldesintegration. = Verfahrens Technik, 37. k. 12. sz p Gonze, E.; Pillot, E. stb.: Ultrasonic treatment of anaerobic activated sludge in a batch reactor. = Chemical Engineering and Processing, 42. k. 12. sz p Trouqué.Lafitte, S.; Forster, C. F.: The use ultrasound and γ-irradiation as pretreatment for the anaerobic digestion of waste activated sludge at mesophilic and thermophilic temperatures. = Bioresource Technology, 84. k. 2. sz szept. p Koncentrált napenergia Röviden Az eddigi szilícium félvezetőn alapuló napelemek manapság 13 és 17% közötti hatásfokot érnek el. Ennél nagyobb hatásfokot olyan nap-

4 elemek egymásra rétegezésével lehet elérni, amelyek különböző félvezető anyagból készültek. Az fény optikai fókuszálásával tovább javítható a hatásfok. A fény villamos árammá átalakítása hatásfokának növelésére jól bevált a kaszkád- vagy többszörös fényelem. Ebben különböző tiltottsávszélességű vegyület-félvezetőket rétegeznek egymásra. Alkalmas anyagok a periódusos rendszer harmadik és ötödik oszlopában lévő anyagok vegyületei, az úgynevezett III/V-félvezetők mint a GaAs, GaInP, AlGaAs, AlGaInP stb. Ezeknél az összetétellel beállítható a tiltott sáv szélessége. Egy speciális eljárással előállíthatók a szükséges sávszélességű félvezetők. Az 1. ábra mutatja az elérhető maximális hatásfokot. Ezeknek a napelemeknek hátránya, hogy drágák a nyersanyagaik, ezzel szemben nagy fénysűrűséget engednek meg, aminek révén a hátrány kiegyenlíthető. Egy olcsó Fresnel-lencsével fókuszálva a fényt 500- szoros geometriai koncentrációs tényező érhető el, tehát a drága félvezetőből csak 1/500-nyi szükséges. hasznos teljesítmény dióda-karakterisztika hő átvitel 1 33,5 13,1 23,1 30,3 pn-átmenetek száma ,5 51,2 54,6 19,2 20,2 22,8 23,1 16,5 15,8 12,3 12,1 6,7 5 57,1 24,1 14 4,8 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100% teljesítmény 1. ábra Monolitikus kaszkád napelemek maximális hatásfoka és veszteségei, a pn-átmenetek számának függvényében, a Fraunhofer ISE által fejlesztett EtaOpt programmal számolva A gyakorlati megvalósítás előrehaladott állapotban van. Valós felhasználási körülmények között sikerült 48 darab összekapcsolt 2 mm

5 nagyságú GaInP/GaInAs tandem-napelemből összerakott modullal, 500- szoros koncentrációval, 21%-nál nagyobb hatásfokot elérni. Ezek már felhasználhatók naperőművekben. (Qualität und Zuverlässigkeit, 48. k. 10. sz Trendbarometer Technik különszám, 75. k p )