Szennyvíziszap dezintegrálási és anaerob lebontási kísérlete II Ökoenergetika és X. Biomassza Konferencia Lipták Miklós PhD hallgató
Lehetséges alapanyagok Mezőgazdasági melléktermékek Állattenyésztési melléktermékek Ipari szennyvizek Szerves hulladékok Kommunális szennyvizek Egyéb szerves anyagok
A biogáz képződéséhez szükséges körülmények Képződés lehetséges helyei: természetben, hulladéklerakókban állattartó telepeken, szennyvíztelepeken Képződés szükséges feltételei: kellően aprított szerves anyag levegőtől, oxigéntől elzárt körülmény a metanogén baktériumok jelenléte állandó, és kiegyenlített hőmérséklet folyamatos keveredés fénytől elzárt környezet
A biogáz, mint végtermék Összetétel Metán (CH 4 ) 50-75 % Szén-dioxid (CO 2 ) 30-50 % Hidrogén (H 2 ) 0-0,2% Nitrogén (N 2 ) 0-0,2 % Földgáz Biogáz CH4 (metán) [%] 91 50-75 CO2 (szén-dioxid) [%] 0,61 30-50 H2S (kénhidrogén) ppm ~1 ~500 Harmatpont [ C] 59,7 59,2 Sűrűség kg/nm3 0,809 1,16 Wobbe index MJ/nm3 54,8 27,3 Energia tartalom MJ/nm3 39,2 23,3 MJ/kg 48,4 20,2 Lobbanáspont [ C] 2040 1911 vízgőz (füstgáz) [%] 18,8 19,3 Kén-hidrogén (H 2 S) 0-0,2 % Energia tartalom: 20-24 MJ/m 3
Kinyerhető biogáz mennyisége különböző Alapanyagok Állati melléktermék Mezőgazd. melléktermék anyagokból Kinyerhető biogáz l/kg sz.sz.a. min max átlag sertés 340 550 445 szarvasmarha 170 480 320 baromfi 310 620 465 almostrágya 175 280 225 búzaszalma 200 300 250 napraforgószár 279 321 300 repceszalma 180 220 200 cukorrépa 400 500 450 fű 280 550 415 nád 170 260 215 Szennyvíziszap 310 740 525 Kommunális hulladék m3/t 115 170 150
Hőmérséklet hatása a biogáz termelődésére Mezofil: 35-38 C Tartózkodási idő: 20-30 nap Termofil: 50-55 C Tartózkodási idő: 15 nap [m 3 gáz/ kg szerves anyag] 0,30 0,25 0,20 30 C 25 C 20 C 15 C 0,15 10 C Relatív gázhozam % 0,10 optimum 110 100 80 Termofil baktériumok 0,05 0 0 20 40 60 80 100 120 [nap] 60 40 20 Mezofil baktériumok 0 0 10 20 30 40 50 60 Hőmérséklet C
Biológiai folyamat 1. Hidrolízis Polimerek bontása:fehérjék, zsírok 2. Acetogenezis Szerves savak előállítása: ecetsav, vajsav, propionsav 3. Metanogenezis CH4
A kísérlet folyamata 1. Szennyvíziszap átszűrése, majd kettéosztása 2. Szerves a. vizsgálat 3. Adalékanyagok bekeverése, majd fermentálás 4. Napi gázmennyiség mérése 5. Esetenként gázösszetétel mérése 6. Kierjedt iszap újabb szerves a. vizsgálata 7. Eredmények kiértékelése
Kísérleti körülmények Alapanyag: nyers szennyvíziszap ph: 6,6 szárazanyag tartalma: 2,9 %, szerves szárazanyag tartalma: 1,86 % A reaktorokba 0,5 liter iszapot adagoltunk Az alapanyag hőmérsékletét a reaktorban 55 C-ra, termofil tartományra állítottuk be Keverés: naponta a leolvasáskor Az anaerob mikroorganizmusok számára a fény inhibitor hatású, ezért a reaktorokat alufóliával betakartuk.
Aprítás A kísérleti berendezések
Kísérleti berendezések Anaerob fermentálás
Kísérleti berendezések Anaerob fermentálás
Kísérleti eredmények Nyers iszap kummulált gázmennyiség, ml 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 0 0 10 20 30 40 Adatsor1 kummulált gázmennyiség, ml 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 0 0 5 10 15 20 25 30 35 40 Adatsor1 idő, nap idő, nap Nyi Nyi dezint.
Kísérleti eredmények Lignittel kezelt iszapok kummulált gázmennyiség, ml 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 0 0 5 10 15 20 25 30 35 40 Adatsor1 kummulált gázmennyiség, ml 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 0 0 5 10 15 20 25 30 35 40 Adatsor1 idő, nap idő, nap L 5 L 10 kummulált gázmennyiség, ml 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 0 0 5 10 15 20 25 30 35 40 idő, nap Adatsor1 L 15
Kísérleti eredmények Barnaszénnel kezelt iszapok kummulált gázmennyiség, ml 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 0 0 5 10 15 20 25 30 35 40 idő, nap Adatsor1 kummulált gázmennyiség, ml 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 0 0 5 10 15 20 25 30 35 40 idő, nap Adatsor1 B 5 B 10 kummulált gázmennyiség, ml 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 0 0 5 10 15 20 25 30 35 40 idő, nap Adatsor1 B 15
A kezelés előnyei Keverés után a szuszpenzió szaghatása jelentősen csökken A szerves anyag feltáródása miatt növekszik a biogáz kihozatal Növekszik a fajlagos felület A fermentált iszap magasabb fűtőértéke alkalmassá teszi kazánokban történő elégetésre A patogén baktériumok száma jelentősen csökken
A töretek morfológiája
Kísérleti eredmények Minta jele Biogáz összetétel CH 4, % Összetétel vizsgálat száma Nyi ~0 ~ 35 1856 - - Nyi dezint. A rothadás beinduláshoz szükséges idő nap Lebomlási idő, nap Termelődött biogáz térfogat, cm 3 1-2 ~ 20 2291 63-74 4 alkalom Nyi + L 5 ~7 ~ 10 3464 65-73 6 alkalom Nyi + L 10 ~13 ~ 15 3104 62-70 5 alkalom Nyi + L 15 ~15 ~ 10 2006 51-66 4 aklalom Nyi + B 5 ~14 ~ 10 2007 - - Nyi + B 10 ~1-2 ~ 15 3865 54-70 7 alkalom Nyi + B 15 ~1-2 ~ 15 3750 49-70 7 alkalom
Mikroszkópi felvételek
Levonható következtetések 1. A biológiai lebontás hatásfoka a kezelés hatására jelentősen nő, illetve az adalékanyaggal történő kezelés hatására még intenzívebbé válik.( Az adott kísérleti paraméterek és iszapjellemzők mellett 41 %-ról 67 %-ra emelkedett). 2. A patogén és lebontó mikroorganizmusok száma jelentősen csökken, illetve feltáródik, növelve a lebontható szerves anyag tartalmat.
Levonható következtetések 3. A szén adalékanyagok a stabilizált iszap hasznosíthatóságát növelik. Az iszap jobban vízteleníthető, így költséghatékonyabban szállítható, illetve erőművi hasznosításra is alkalmasabb a magasabb energiaérték miatt. 4. A jelen kísérletek eredményeit értékelve megállapítható, hogy a szén adalékanyagok bekeverése pozitívan, jelentős mértékben növelte a biogáz kihozatalt. Az alkalmazott eljárás környeztvédelmi szempontból ígéretes, a jelenség pontos kimérése újabb, tovább fejlesztett kísérleti munkát igényel.
Köszönöm a figyelmet