Biogázok előállítása szennyvíziszapból és más hulladékokból

Átírás

1 HULLADÉKOK ENERGETIKAI ÉS BIOLÓGIAI HASZNOSÍTÁSA 8.3 Biogázok előállítása szennyvíziszapból és más hulladékokból Tárgyszavak: biogáz; kihozatal; hozam; termelés; mezőgazdasági rothasztás; hulladékrothasztó. Egy idő óta viták folynak a szennyvíziszap és biogén hulladékok felhasználásáról és elhelyezéséről. Egyesek a biomasszában levő energia maximális kinyerése és hasznosítása mellett érvelnek, mások a biogáz termelése után visszamaradó iszapot, erjedő anyagokat és komposztot veszélyesnek tartják, amelyet anyagában nem szabad hasznosítani, hanem el kell égetni. Ha gazdaságos termikus hasznosítást is végeznek, az előzetes energiakinyerés miatt ennek negatív eredménye lehet, vagy a kinyerhető energiatöbblet minimális lesz. Fogalmak és meghatározások Biogáz: szerves anyagok (szennyvíziszap, nagy szervesanyag-tartalmú szennyvíz, mezőgazdasági hulladék, városi szemét szerves részei stb.) anaerob bomlása során keletkező gázkeverék, amely csaknem kizárólag metánból (CH 4 ) és szén-dioxidból (CO 2 ) áll. Biogáztermelés: Meghatározott reaktortérfogatban időegység alatt termelhető biogázmennyiség. Mértékegység: m 3 biogáz/m 3 reaktortérfogat/nap. Biogáz-kihozatal: Meghatározott anyagmennyiségből kivont biogáz mennyisége, l vagy m 3 /kg KOI be vagy KOI lebontott. Biogázhozam: Meghatározott anyagmennyiségből időegység alatt kitermelt biogáz mennyisége, l/le nap vagy m 3 /kg szárazanyag nap. (LE = lakosegyenérték)

2 Elméleti kihozatal Elméleti biogáz-kihozatal a szerves anyagok tökéletes lebomlásából 1. táblázat A biogáz-kihozatal a rothadó anyagok összetételétől és ennek lebonthatóságától függ. Az alapanyagok néhány fontosabb összetevőjének lehetséges kihozatalát az 1. táblázat tartalmazza. A gyakorlatban azonban a táblázatban megadott értékek nem érhetők el, mivel az anyagok nem bomlanak le tökéletesen. Különösen a lignin (szalma, fa) csak előzetes fizikai, kémiai és biológiai előkészítés után bontható le. Az anyagoktól függően a biogáz metántartalma is különböző. Mivel az anyagkeverékben az említett anyagok aránya becsülhető, tervezés céljára az előállítható biogáz mennyisége és hozama jól prognosztizálható. Gázkihozatal Metántartalom Energia m 3 /kg sz.a. MJ/kg sz.a. kwh/kg sz.a. Szénhidrátok 0, ,1 4,2 Fehérjék 0, ,4 5,1 Zsírok 1, ,0 sz.a. = szerves szárazanyag Biogén hulladékok anaerob kezelésének többféle célja lehet: pl. az anyag stabilizálása, a bűz minimálisra csökkentése, maximális biogáz-kihozatal, hulladékdepóniák környezetkímélő feldolgozása, szennyvizek részleges biológiai lebontása a befogadóba való beeresztés előtt. Szennyvíziszap rothasztása során keletkező biogázok A biogáz-kihozatal, a biogázhozam és a biogáztermelés, valamint a kinyert gáz minősége a szennyvíziszap anaerob rothasztásának következő technológiai paramétereitől függ: az iszap adottságai; toxikus hatások; terhelési állapot; a rothasztó reaktor térfogata; a hozzátartozó szennyvíztisztító üzemmódja.

3 Minél jobb a szennyvíztisztító biológiai fokozatának tisztítási hatásfoka, annál kisebb fajlagos biogáztermelés várható. Gyakorlati tapasztalatok alapján a 2. táblázat szerinti biogázhozamok várhatók. 2. táblázat Várható biogázhozam a szennyvíztisztítási technológiától függően A biológiai tisztítási fokozat üzemmódja Iszap kora: 8 nap (nyáron nitrifikáció, esetenként részleges denitrifikáció) Iszap kora az eleveniszapos medencékben 15 nap (erős nitrifikáció és denitrifikáció egész évben) Iszap kora az eleveniszapos medencékben 15 nap Iszap kora az eleveniszapos medencékben 15 nap Anaerob stabilizációs berendezés, 25 nap tartózkodással Szerves terhelés az előtisztítás és eleveniszap hozzáadása után Eleveniszap hozzáadása 35 g (nagyfokú előtisztítás) Eleveniszap hozzáadása 35 g Eleveniszap hozzáadása 48 g Nincs előtisztítás és durva iszaptalanítás Eleveniszap hozzáadása 60 g Nincs előtisztítás Eleveniszap hozzáadása 60 g Nincs előtisztítás Várható fajlagos biogáztermelés 20,7 l/le nap (ingadozás 16,5 25 l/le.d) 18,3 l/le nap (ingadozás 14,5 22 l/le.d) 13,2 l/le nap (ingadozás 10,5 15,9 l/le.d) 7,8 l/le nap (ingadozás 6,2 9,4 l/le.d) 4,4 l/le nap (ingadozás 3,5 5,3 l/le.d) LE = lakosegyenérték Biogáz-kihozatal szerves anyagokat tartalmazó szennyvízekből Az anaerob eljárással kezelt ipari szennyvizekből való biogáz-kihozatal számos tényezőtől függ, pl.: az ipari folyamat jellege; a vízfelhasználás és -szennyezettség; a szennyvíztisztító típusa és üzemeltetési módja.

4 Különféle iparágakban termelhető biogáz tapasztalati mennyiségeit a 3. táblázat tartalmazza. Átlagosan 0,19 és 0,33 m 3 CH 4 /kg KOI be között vannak. Ipari üzemek biogáztermelése 3. táblázat Iparág Szennyezőanyag-tartalom kg KOI/t termék KOIcsökkenés % Gázkihozatal m 3 CH 4 /kg KOI be CH 4 koncentráció a gázban, %(V/V) Cukorgyártás ,24 0, Keményítőgyártás burgonyakeményítő búzakeményítő kukoricakeményítő ,26 0,30 0,28 0,33 0,28 0, Melaszgyártás ,21 0, Pálinkafőzés burgonyából gabonából ,19 0,23 0,19 0, Burgonyafeldolgozás ,24 0, Savanyúságkészítés ,28 0, Gyümölcslékészítés ,24 0, Tejfeldolgozás ,24 0, Sörgyártás ,24 0, Cellulózgyártás ,26 0, Papírgyártás ,21 0, Biogáz-kihozatal mezőgazdasági rothasztókból A mezőgazdaságban biogáz-berendezéseket állati (szarvasmarha, sertés, baromfi) trágya és istállószemét kezelésére alkalmaznak. Az alapanyag szárazanyag-tartalma 4 10%, baromfinál 30% körül van. Optimális biogázkihozatalhoz közepes (37 C) hőmérsékleten napi rothasztás szükséges. Háromheti tartózkodást feltételezve 1 m 3 rothasztótér-térfogatot kell az állatállomány 500 kg-os egységeire számítani, ami napi 5 kg szárazanyagterhelésnek felel meg. 1 kg bemenő szárazanyagból liter biogáz nyerhető 60 65%-os metántartalommal.

5 Biogáz-kihozatal hulladékrothasztókból Vegyes anyagok rothasztása esetében optimális üzemi körülmények között jobb eredmények érhetők el, mint azonos forrásból származó anyagoknál. Néhány hulladékfajtából termelhető biogáz mennyiségét a 4. táblázat mutatja. Rothasztók tervezésénél a térfogat megállapításához az 5. táblázatban közölt adatok nyújtanak tájékoztatást. Biogáztermelés lehetőségei Németországban A fontosabb biogén hulladékok becsült mennyisége a 6. táblázatban látható. A táblázat tartalmazza az Hulladékfajta Biogáz-kihozatal különféle hulladékokból Biogázkihozatal l/kg sz.a. 4. táblázat CH 4 %(V/V) Zöldnövények Piaci hulladék Zsírleválasztó Burgonyacefre Repcezúzalék Étkezési maradék Anyag 5. táblázat Anaerob reaktorok fajlagos biogáztermelése Biogáztermelés m 3 gáz/reaktorm 3 nap Szennyvíziszap 1.2 2,0 Háztartási szemét 2,4 2,6 Állati trágya 0,8 1,6 Vegyes mezőgazdasági és ipari hulladék 4,8 5,0 anyagukban nem hasznosítható állati tetemeket is. Az anaerob biogáztermelési folyamatok gazdaságossága a különféle hulladékok esetében igen eltérő. A szennyvíziszapból való biogáztermelés lehetősége lényegesen kisebb lesz, ha a szennyvizeknél erősebb tisztítást alkalmaznak. Németországban a nagyszámú, lakosegyenértéknél kisebb szennyvíztisztítóknál az iszap rothasztása gazdaságosan nem valósítható meg. Az állati tetemek zsíranyagának hasznosítására várhatóan más lehetőséget fognak találni, ennek a nagy energiatartalmú anyagnak elégetése is lehetséges. Más szerves hulladékoknak is csak kis hányadából lehet gazdaságosan biogázt kinyerni. A németországi biogén hulladékból gazdaságosan előállítható biogáz mennyiségét a 6. táblázat mutatja.

6 6. táblázat Biogén hulladékok képződése és a belőlük kinyerhető biogáz mennyisége Németországban Hulladékok Mezőgazdaság cukorrépalevél burgonyazöldje silóanyag folyékony trágya szilárd szemét Kommunális hulladék háztartási ipari fű étkezési piaci szennyvíziszap Élelmiszeripar melléktermékek hulladékok Állati tetemek húsliszt állati zsír Friss tömeg Mt/év ,6 60 1,5 7,5 0,8 0,3 Szerves száraz anyag Mt/év 1,8 2,2 0,5 10,8 11,1 3,1 1,6 1,2 0,3 0,2 1,9 3,0 2,3 0,6 0,3 Lehetséges biogázmennyiség Mrd m 3 /év 0,8 1,0 0,2 3,4 3,3 1,45 0,70 0,55 0,15 0,10 0,55 2,3 2,3 0,6 0,5 (Dr. Garai Tamás) Loll, U.: Biogaspotenziale im Klärschlamm und anderen biogenen Abfällen. = KA Wasserwirtschaft, Abwasser, Abfall, 48. k. 10. sz p Sharma, S.: Biogas technology in India: does it have a future? = Industry and Environment, 24. k sz júl. dec. p EGYÉB IRODALOM Rodriquez, J.; Laresgoiti, M. F. stb.: Pyrolysis of scrap tyres. (Hulladék abroncs pirolízise.) = Fuel Processing Technology, 72. k. 1.sz p Friedrich, B.; Rombach, G:: Aluminiumrecycling-Anspruch und technische Realisierbarkeit. (Alumínium-újrahasznosítás igények és műszaki megvalósíthatóság.) = BHM Berg- und Hüttenmännische Monatshefte, 146. k. 5. sz p Reinboth, K.. Die Wiederverwendung von Asphalt Technologie, Ökonomie und Ökologie. Teil 1. (Aszfalt-újrahasznosítás technológia, gazdaságosság, ökológia, 1. rész.) = Strasse + Autobahn, 52. k. 11. sz p