BIOGÁZ-TERMELŐDÉS MATEMATIKAI MODELLEZÉSE



Hasonló dokumentumok
Kommunális szilárd hulladék szerves frakciójának anaerob kezelése Dániában

MEMBRÁNOK ALKALMAZÁSI LEHETŐSÉGEI A BIOGÁZ ELŐÁLLÍTÁSNÁL

Biogáz-földgáz vegyestüzelés égési folyamatának vizsgálata, különös tekintettel a légszennyező gázalkotókra

Prof. Dr. CSŐKE BARNABÁS egyetemi itanár, intézetigazgató Miskolci Egyetem. Intézet

PP-por morfológiája a gyártási paraméterek függvényében

GYÓGYSZEREK ÉS METABOLITJAIK ELTÁVOLÍTHATÓSÁGÁNAK VIZSGÁLATA SZENNYVÍZBŐL

Depóniákból elszivárgó vizek hasznosítása komposztálásban

Pannon Egyetem Vegyészmérnöki- és Anyagtudományok Doktori Iskola

TELEPÜLÉSI SZILÁRD HULLADÉÁKOK HULLADÉKGAZDÁLKODÁSI RENDSZEREKBEN. Székesfehérvár 2007

Hidrogén előállítása tejcukor folyamatos erjesztésével

ERŐMŰI PERNYÉK NYÍRÓSZILÁRDSÁGI PARAMÉTEREINEK VIZSGÁLATA

SZÉN NANOCSŐ KOMPOZITOK ELŐÁLLÍTÁSA ÉS VIZSGÁLATA

2. A MIKROBÁK ÉS SZAPORÍTÁSUK

AMARÁNT ANAEROB BONTHATÓSÁGÁNAK KÍSÉRLETI VIZSGÁLATA

Városi légszennyezettség vizsgálata térinformatikai és matematikai statisztikai módszerek alkalmazásával

DOKTORI (PhD) ÉRTEKEZÉS TÉZISEI

Fémöntészeti berendezések energetikai értékelésének tapasztalatai

IFFK 2011 Budapest, augusztus Biogáz laboratórium fejlesztése

Ph. D. ÉRTEKEZÉS TÉZISEI. Szanyi Ágnes

MEDDŐHÁNYÓK ÉS ZAGYTÁROZÓK KIHORDÁSI

SZILÁRD TELEPÜLÉSI HULLADÉK KOMPLEX KEZELÉSI ÉS HASZNOSÍTÁSI RENDSZERÉNEK KIFEJLESZTÉSE VASKÚTON

Hulladéklerakók utógondozási idejének csökkentése átlevegőztetéssel

A paradicsom dinamikus terheléssel szembeni érzékenységének mérése

LEVEGÕTISZTASÁG-VÉDELEM

egyetemi tanár Nyersanyagelőkészítési és Környezeti Eljárástechnikai

Irányítási struktúrák összehasonlító vizsgálata. Tóth László Richárd. Pannon Egyetem Vegyészmérnöki és Anyagtudományok Doktori Iskola

Zárójelentés. NAIK Mezőgazdasági Gépesítési Intézet

AZ ACETON ÉS AZ ACETONILGYÖK NÉHÁNY LÉGKÖRKÉMIAILAG FONTOS ELEMI REAKCIÓJÁNAK KINETIKAI VIZSGÁLATA

A lineáris dörzshegesztés technológiai paramétereinek megválasztása

Biodízel előállítása hulladék sütőolajból

HIDEGEN HENGERELT ALUMÍNIUM SZALAG LENCSÉSSÉGÉNEK VIZSGÁLATA INVESTIGATION OF CROWN OF COLD ROLLED ALUMINIUM STRIP

Növényi eredetű hulladékok ko-fermentációs rothasztása Oláh József* Palkó György* Rása Gábor* *Fővárosi Csatornázási Művek Zrt.

Biogáz fermentáló rendszerek hatékonyságának mikrobiológiai fokozása

Biohidrogén előállítása etanol anaerob fermentációjával. A ph szerepe a folyamatban

Bioreaktorok Magyarországon

Búzaszalma felhasználása a denitrifikációs veszteség csökkentésére

Izopropil-alkohol visszanyerése félvezetőüzemben keletkező oldószerhulladékból

Nitrogén- és szénvegyületek átalakulásának követése egy többlépcsős biológiai szennyvízkezelő rendszerben

A C/N arány és a biogáz hozamok összefüggésének vizsgálata a Nyírbátori Regionális Biogáz Üzemben

TUDOMÁNYOS KOLLOKVIUMON

Csigatisztítók hatékonyságának minősítési módszere

MEZŐGAZDASÁGI HULLADÉKOT FELDOLGOZÓ PELLETÁLÓ ÜZEM LÉTESÍTÉSÉNEK FELTÉTELEI

MINİSÉGSZABÁLYOZÁS. Dr. Drégelyi-Kiss Ágota

Természetes és felületkezelt zeolitok alkalmazása az eleveniszapos szennyvíztisztításban

Biohulladékok kezeléséből származó talajtermékenység-növelő anyagok minőségbiztosítási rendszere

PLATTÍROZOTT ALUMÍNIUM LEMEZEK KÖTÉSI VISZONYAINAK TECHNOLÓGIAI VIZSGÁLATA TECHNOLOGICAL INVESTIGATION OF PLATED ALUMINIUM SHEETS BONDING PROPERTIES

DOKTORI (PhD) ÉRTEKEZÉS TÉZISEI

Doktori munka. Solymosi József: NUKLEÁRIS KÖRNYEZETELLENŐRZŐ MÉRŐRENDSZEREK. Alkotás leírása

1. A savasság változása a vegetációs időszak alatt és a száradás során

glás s Napok október Győr A ME Kerámia és szló tanszékvezet kvezető,, egyetemi docens Miskolci Egyetem

Amorf/nanoszerkezetű felületi réteg létrehozása lézersugaras felületkezeléssel

A project címe Fluidizációs biofilm reaktor szennyvíz kezelésére.

A kisméretű szennyvíztisztító továbbfejlesztése a megújuló energiaforrás előállítása és hasznosítása révén

AKTUÁTOR MODELLEK KIVÁLASZTÁSA ÉS OBJEKTÍV ÖSSZEHASONLÍTÁSA


Elöntés számítás. h( x, y, t) p(x, y,t) = 0 (2) dt dx dx. dh dp dq. pq h. + - gh dy. d_ dy. q gh h 2

Impulzus alapú Barkhausen-zaj vizsgálat szerkezeti acélokon

Különböző módon táplált tejelő tehenek metánkibocsátása, valamint ezek tárolt trágyájának metánés nitrogénemissziója

Beton-nyomószilárdság értékelésének alulmaradási tényezője

OC-görbe, működési jelleggörbe, elfogadási jelleggörbe

ANYAGTECHNOLÓGIA. Finom szemcseméretű anyagok őrölhetőségi vizsgálata

Áll l a l ti i hu h l u l l a l dé d kok o ene n rge g tik i ai h szno n s o ít í ásána n k krit i ériu i m u ai

ENVIROVID Biomassza tüzelőanyagok termokémiai hasznosíthatóságának vizsgálata

Jegyzőkönyv Arundo biogáz termelő képességének vizsgálata Biobyte Kft.

A gyáli hulladéklerakóba épített üzemi méretű hőcserélő és hőhasznosító technológia beüzemelése és kísérleti vizsgálata

ERŐMŰI SZERKEZETI ELEMEK ÉLETTARTAM GAZ- DÁLKODÁSÁNAK TÁMOGATÁSA A TÖRÉSMECHANI- KA ALKALMAZÁSÁVAL

AMMÓNIA TARTALMÚ IPARI SZENNYVÍZ KEZELÉSE

KISVÁLLALATOK KOMMUNIKÁCIÓS SAJÁTOSSÁGAI NEMZETKÖZI ÜZLETI TÁRGYALÁSOK TÜKRÉBEN SZŐKE JÚLIA 1

SE Bővített fokozatú sugárvédelmi tanfolyam, 2005 márc IONIZÁLÓ SUGÁRZÁSOK DOZIMETRIÁJA. (Dr. Kanyár Béla, SE Sugárvédelmi Szolgálat)

A Ni-BÁZISÚ SZUPERÖTVÖZETEK MEGMUNKÁLHATÓSÁGA HORONYMARÁSKOR. MACHINEBILITY OF THE Ni-BASED SUPERALLOYS BY END MILLING

MICÉLIUM-KOMPOSZTÁLÁS FÉLÜZEMI KÍSÉRLETÉNEK KRITIKAI ÉRTÉKELÉSE. Szakdolgozat

SUGÁRKÉMIA. Wojnárovits László MTA Izotópkutató Intézet AKADÉMIAI KIADÓ, BUDAPEST

Élelmiszeripari energiamegtakarítás lehetősége hűtő levegőáram helyi alkalmazásával

A BÜKKI KARSZTVÍZSZINT ÉSZLELŐ RENDSZER KERETÉBEN GYŰJTÖTT HIDROMETEOROLÓGIAI ADATOK ELEMZÉSE

ENVE 424. Anaerobic Treatment. Associate Professor, PhD., Eng.

Tejsavó nano- és diaszűrésének vizsgálata

MŰSZAKI TUDOMÁNY AZ ÉSZAK-KELET MAGYARORSZÁGI RÉGIÓBAN 2012

AZ ANYAGVIZSGÁLATOK JELENTŐSÉGE. szló. glás s Napok október Lenti-Gosztola. kvezető. tanszékvezet. Miskolci Egyetem

Válasz Békássyné Molnár Erika MTA doktora opponensi véleményére

A hazai szennyvíztisztító kapacitás reális felmérésének problémái

CO 2 megkötés karbonátosodással ipari hulladékokban és konkrétan kemence filterpor lerakókban, Huntzinger et al (2009)* cikke alapján

ANAEROB BIOENERGETIKAI TECHNIKÁK ALKALMAZÁSA TELEPÜLÉSI SZILÁRD HULLADÉKBÓL SZÁRMAZÓ PRÉSLÉ ÁRTALMATLANÍTÁSÁRA


3

A HPLWR tanulmányozásához használt csatolt neutronfizikai-termohidraulikai programrendszer továbbfejlesztése

Tárgyszavak: szerves vegyület; levegőszennyezés.

A mecseki szénbányák metánfelszabadulási adatainak függvényszemléletû vizsgálata

Kvartó elrendezésű hengerállvány végeselemes modellezése a síkkifekvési hibák kimutatása érdekében. PhD értekezés tézisei

BETÉTEDZÉSŰ ACÉLOK KÜLÖNBÖZŐ HŐMÉRSÉKLETŰ KARBONITRIDÁLÁSA. Szilágyiné Biró Andrea 1, Dr. Tisza Miklós 2

Hulladékgazdálkodás. A hulladékgazdálkodás elméleti alapjai. A hulladékok fogalma, fajtái; környezeti hatásai

TARTALOMJEGYZÉK. Füleki Péter. Aszfaltbeton keverékek fundamentális alakváltozási jellemzőinek kapcsolata a bitumenek teljesítményalapú paramétereivel

Hydrogen storage in Mg-based alloys

ESTIMATED POTENTIAL OF ENERGY PRODUCTION FROM BIOGAS PRODUCED IN THE BASE ON AGRICULTURAL AND FOOD-INDUSTRIAL BIOMASS IN THE PILOT FARM OF SZTE MFK

A GŐZ ÉS MELEGVÍZTÁMASZÚ ABSZORPCIÓS HŰTŐGÉPEK ÖSSZEHASONLÍTÁSA A JÓSÁGI FOK SZEMPONTJÁBÓL

Baranyáné Dr. Ganzler Katalin Osztályvezető

TÁMOPͲ4.2.2.AͲ11/1/KONVͲ2012Ͳ0029

BUDAPESTI MŰSZAKI ÉS GAZDASÁGTUDOMÁNYI EGYETEM GÉPÉSZMÉRNÖKI KAR Épületgépészeti és Gépészeti Eljárástechnika Tanszék VARJU EVELIN

PANNON EGYETEM. 2,3-DIHIDRO-2,2,2-TRIFENIL-FENANTRO-[9,10-d]-1,3,2λ 5 -OXAZAFOSZFOL KIALAKULÁSA ÉS REAKCIÓJA SZÉN-DIOXIDDAL ÉS DIOXIGÉNNEL

ETANOLTARTALOM

Tárgyszavak: öntöttvas; vasötvözet; örvényáram; roncsolásmentes anyagvizsgálat, roncsolásmentes vizsgálat.

Átírás:

BIOGÁZ-TERMELŐDÉS MATEMATIKAI MODELLEZÉSE Varga Terézia 1, Dr. Bokányi Ljudmilla 2 1 tudományos segédmunkatárs, 2 egyetemi docens Miskolci Egyetem Nyersanyagelőkészítési és Környezeti Eljárástechnikai Intézet BEVEZETÉS A biogáz-üzemek száma Európai Unióban egyre nő. Az üzem tervezésének alapja az anaerob fermentációs eljárás alapjelenségeinek kellő mértékű megértése. Akkor tekinthetjük az eljárást biztonsággal tervezhetőnek, ha az alapjelenségeket matematikailag is le tudjuk írni empirikus vagy fenomenológiai modell segítségével. Ebben a tanulmányban beszámolunk néhány kísérleti adatsorunk Gompertz-féle egyenlettel való leírásáról. MINTAELŐKÉSZÍTÉS ÉS KÍSÉRLETI VIZSGÁLATA Az anaerob lebontást négy féle hulladékkal végeztük el, - két zöldhulladék és két szilárd települési hulladék finom szemcseméret frakciójával (<5mm). A zöldhulladék minták fizikai és kémiai paramétereiben nagymértékben nem, viszont összetételükben különböztek egymástól. A Zöld hulladék/i. jelű minta többségében száraz faleveleket tartalmazott és a Zöld hulladék /II. pedig nagyobb arányban faaprítékot. A települési hulladék minták esetében jelentős eltérés adódott a vizsgált paraméterekben a minták minőségi jellege következtében. A TSZH/I. minta a begyűjtött települési hulladék finom frakcióját képezte, míg a TSZ/II. jelű minta valamelyest stabilizált települési hulladék finom frakciója volt. A laboratóriumi biogáz vizsgálatra való feladás előtt a mintákat homogenizáltuk, mintakisebbítettük, majd függőleges tengelyű vágómalommal aprítottuk 1mm alá. 1. táblázat Hulladékok fizikai és kémiai paraméterei Zöld hull./i. Zöld. hull/ii. TSZH/I. TSZH/II. Szárazanyag tart. (%) 66.44 69.2 58.99 56.34 Hamu tart. (%) 34.53 42.2.94 56.6 KOI (g/kg sz.a.) 75.9 739.85 6.9 417.85 TOC (g/kg sz.a.) 21.9 27.85 194. 153.65 össz. N (g/kg sz.a.) 8.98 11 11.5 1.2 *sz.a. szárazanyagra vonatkoztatott értékek

Alkalmazott berendezés A biogáz termelés vizsgálatához szakaszos üzemű, statikus laboratóriumi berendezést alkalmaztunk (1. ábra) a ME Bioeljárástechnikai Laboratóriumunkban. Az előkészített hulladék mintákat vízzel keverve, ill. kis mennyiségű inokulum hozzáadagolásával Erlenmeyer lombikokba helyeztük. A lombikokat gázbiztosan csatlakoztattuk a gázmérő egységhez, illetve a lombikokat alufóliával betekertük a mikroorganizmusok számára szükséges sötét környezet biztosítása érdekében, végezetül pedig a reaktorokat vízfürdőbe helyeztük. A lebontást termofil hőmérsékleti tartományon (~54 C) vizsgáltuk. 1. ábra: Statikus laboratóriumi berendezés (Bokányi L., Varga T., 211) A képződő biogáz mennyiségét térfogat kiszorítás elvét követve naponta meghatároztuk. Minden esetben párhuzamos mérést végeztünk és a kapott értékeket átlagolva meghatároztuk a kumulált biogáz hozamot. BIOGÁZ-TERMELŐDÉS KINETIKAI MODELLJE 1825-ben egy angol matematikus, Benjamin Gompertz kidolgozott egy modellt bizonyos biológiai rendszerek növekedési folyamataira, melyet tudósok több tudományágban alkalmazhatónak találtak. A Gompertz-féle egyenlet módosított alakját gyakran alkalmazzák metán, hidrogén vagy biogáz termelődés matematikai leírására [1, 2, 3, 4]. Azt feltételezve, hogy a biogáz termelődési sebesség szakaszos (batch) üzemmódban megfelel a metanogén baktériumok fajlagos növekedési sebességének,

Kumulált biogáz hozam [ml/g] Kumulált biogáz hozam [ml/g] a biogáz termelődés sebessége megbecsülhető az alábbi, módosított Gompertz-féle egyenlet segítségével [5]: (1) ahol, y fajlagos kumulált biogáz-mennyiség, amely t idő alatt képződött [L/kg] A biogáz termelődési potenciálja [L/kg] µ m maximális fajlagos biogáz termelődési sebesség [Lkg -1 nap -1 ] lag fázis (nap) az a minimális idő, ami a biogáz termelődéséhez szükséges, avagy a baktériumoknak a környezethez való alkalmazkodáshoz szükséges idő [nap]. A modellt szemi-fenomenológiainak lehet tekinteni, mivel pl. a mikrobiológiai aspektuson belül csak a szimbiózisban exisztáló, négy csoportú mikroorganizmusok közül csupán a metanogénét veszi a górcső alá [6]. EREDMÉNYEK ÉS KIÉRTÉKELÉSÜK Az alábbi, 2. ábra szemlélteti a különböző hulladékminták statikus laboratóriumi berendezésben, thermofil hőmérsékleti tartományban végzett anaerob lebontási vizsgálatából származó kumulált gáztermelődési kinetikáját. A mérési pontokra a fent leírt módosított Gompertz-féle egyenletfüggvényt illesztettünk Grapher 7. programmal. Ezeket is a 2. ábrán feltüntettük. 6 6 Zöld hulladék/i. Zöld huladék/ii. 2 2 2 6 8 2 6 8

Kumulált biogáz hozam [ml/g] Kumulált biogáz hozam [ml/g] 16 6 TSZH/I. TSZH/II. 12 8 2 2 6 8 2 6 8 2. ábra: Kumulált fajlagos biogáz hozamok, termofil hőmérsékleten (54 C) végzett anaerob lebontás során és a módosított Gompertz egyenlet alapján illesztett görbék A módosított Gompertz-féle egyenlet segítségével meghatározhatók a kinetikai paraméterek, amelyeket az 2. táblázat foglalja össze. A táblázatban a paraméterek mellett a korrelációs együttható négyzete is szerepel. Az utóbbi értékeiből jól látható, hogy az illeszkedés elegendően jó. A módosított Gompertz-féle egyenlet tehát jól leírja a statikus körülményekre vonatkozó biogáz képződésének kinetikáját. 2. táblázat: A módosított Gompertz-féle egyenlet kinetikai paraméterei A µ m λ R 2 Zöld hulladék/i. 36,51 1,39 4,3,9945 Zöld hulladék/ii. 6,18,89 7,72,9938 TSZH/I. 118, 6,12 5,3,9873 TSZH/II. 39,54 2,41 11,5,9979 A gáz-termelődés kinetikai egyenletének paraméter vizsgálatából kitűnik, hogy a kis értékű λ és a maximális fajlagos biogáz termelődési sebesség µ m magas értéke biztosítja az iparban kívánatos magas biogáz termelődést. Azt is láthatjuk, hogy az azonos vagy hasonló összetételű szubsztrát (TSZH I és TSZH II) eltérő gáz-termelődést is produkálhat. Ez ismét felhívja a figyelmünket a biogáz előállítási eljárás összetettségére. Ezen kutatás folytatni kívánjuk.

ÖSSZEFOGLALÁS 1. Az anaerob fermentáció alapjelenségeinek matematikai leírása empirikus vagy fenomenológiai modell segítségével nagyon fontos a biogáz-üzemek technológiai tervezése szempontjából. 2. A módosított Gompertz-féle egyenlet jól leírja a ME Bioeljárástechnikai Laboratóriumunkban statikus termofil körülmények között kapott kísérleti adatainkat. 3. A modellt szemi-fenomenológiainak lehet tekinteni, mivel pl. a mikrobiológiai aspektuson belül csak a szimbiózisban exisztáló, négy csoportú mikroorganizmusok közül csupán a metanogénét veszi a górcső alá. 4. A gáz-termelődés kinetikai egyenletének paraméter vizsgálata alapján megállapítható, hogy a kis értékű λ és a maximális fajlagos biogáz termelődési sebesség µ m magas értéke biztosítja az iparban kívánatos magas biogáz termelődést. 5. A hasonló összetételű szubsztrát eltérő gáz-termelődést is produkálhat. Ez ismét felhívja a figyelmünket a biogáz előállítási eljárás összetettségére. A tanulmány a TÁMOP-4.2.1.B-1/2/KONV-21-1 jelű projekt részeként az Új Magyarország Fejlesztési Terv keretében az Európai Unió támogatásával,az Európai Szociális Alap társfinanszírozásával valósul meg. IRODALOM [1] Y. Mu et al.: Kinetic modeling of batch hydrogen production process by mixed anaerobic cultures, Bioresource Technology 97, 26, p.132-137 [2] S. Ledakowicz et al.: General characheteristics and biochemical methane potentials (BMP) of various energy crops grown in Poland, Proceedings Venice 21, Third International Symposium on Energy from Biomass and Waste, Italy, 21 [3] M.O.L. Yusuf et al.: Ambient temperature kinetic assessment of biogas production from codigestion of horse and cow dung, Res. Arg. Eng., Vol 57., 211., No 3., p.97-14

[4] H.M. Lo et al: Modeling biogas production from organic fraction of MSW co-digested with MSWI ashes in anaerobic bioreactors, Bioresource Technology 11, 21, p.6329 6335 [5] Budiyono, I N. Widiasa, S. Johari, and Sunarso: The Kinetic of Biogas Production Rate from Cattle Manure in Batch Mode, International Journal of Chemical and Biological Engineering, 3:1; 21, p.39-44. [6] Bokányi L., Varga T.: Digitális tananyag, Hulladékgazdálkodás, 6.3 Biológiai eljárások c fejezet, 6.3.2. Hulladékok kezelése anaerob eljárásokkal c. alfejezet, www.hulladekonline.hu.