scan0167

272

Ilość tworzonego metami dla substancji czystych oraz typowych odpadów zestawiono w tablicy 21.1.

Tablica 21.1

Ilości wytwarzanego biogazu

Substancje czyste		Typowe odpady
Substancja	Biogaz (m^3/kg]	Odpad	Biogaz [m^3/kg s.o.]
Węglowodany	0.8	Osad czynny	0,6
Kwasy tłuszczowe	1.5	Odchody świńskie	0.4
Proteiny	0.9	Odchody bydlęce	0.2

21.4.1. Przegląd technik beztlenowego oczyszczania ścieków

Jak już wspomniano, metodą trawienia beztlenowego można przerabiać dowolne odpady organiczne. Główne dziedziny zastosowań to:

—    przerób osadu czynnego z biologicznych oczyszczalni ścieków,

-    przerób odpadów (gnojowicy) z hodowli zwierzęcej,

-    odpady z przemysłu rolno-spożywczego (wody po myciu buraków, odpady z przerobu warzyw, serwatka, wywar pogorzelniany, wody z mycia urządzeń mleczarskich),

—    ścieki i odpady komunalne (dzienna produkcja odpadów 1 osoby pozwala na wytworzenia biogazu wystarczającego do zagotowania 3 litrów wody). Główną zaletą metod beztlenowych w stosunku do metod tlenowych jest

to, że nie zużywają energii, ale dają produkcję netto energii. Zużycie energii w acratorach powierzchniowych wynosi ok. 1,2-1,6 W/m³, co daje dobowe zużycie energii 0,1 MJ/m³*d. W komorach fermentacyjnych można uzyskać do 1,5 m³ biogazu/m³ komory, co daje przeciętnie zysk energetyczny ok. 30 MJ/m³*d.

Pozostałość po beztlenowej fermentacji stanowi dobry dodatek do nawozów. W wyniku fermentacji metanowej praktycznie cały zawarty w materiale wyjściowym azot, fosfor i potas pozostają.

Wadą procesów beztlenowych jest mała szybkość degradacji ścieków. W przypadku dużych objętości przerabianych ścieków powoduje to konieczność stosowania reaktorów o bardzo dużej objętości. Z tego względu nie stosuje się fermentacji metanowej do przerobu ścieków o niezbyt dużym stężeniu substancji organicznych.

Fermentacja osadu

Beztlenowy rozkład osadu czynnego jest od dawna stosowany do przerobu osadu czynnego powstającego w oczyszczalniach biologicznych. Około 50% masy osadu czynnego jest przetwarzana w metan i dwutlenek węgla. Pozostałość jest bezwonna, łatwa do odwodnienia i może być używana jako nawóz.

Stosuje się betonowe zbiorniki o pojemności zależnej od ilości ścieków: od 500 do 10 000 m³. Czas przebywania w reaktorze wynosi ok. 30-40 dni w starszych rozwiązaniach oraz 15-20 dni w nowszych rozwiązaniach ze stabilizacją temperatury, mieszaniem osadu itp. Ilość otrzymywanego biogazu wynosi ok. 2-2,5 m³ na 1 m³ zbiornika.

Degradacja ścieków zawierających dużo substancji organicznych

Wiele ścieków z przemysłu rolno-spożywczego, zawierających dużo zanieczyszczeń organicznych, może być bezpośrednio wykorzystana do procesów betlenowego przerobu z wytworzeniem biogazu. Proces taki ma kilka zalet w porównaniu z metodami tlenowymi oczyszczania ścieków:

—    niskie zużycie energii (brak napowietrzania),

—    wysokie stopnie przetworzenia materiału biologicznego (ok. 90%),

—    proces jest prowadzony w zbiornikach zamkniętych, brak jest więc oddziaływania na otoczenie,

—    ścieki mogą zawierać dużo substancji stałych — do 15%,

—    produkowany biogaz może być używany np. do ogrzewania instalacji i pomieszczeń.

Degradacja odpadów z hodowli zwierzęcej

Mieszaninę kału i moczu wraz z wodą nazywa się gnojowicą. W zależności od ilości użytej wody stężenie substancji zawartych w gnojowicy jest różne. Z punktu widzenia technologicznego jest lepiej gdy ilość wody jest mniejsza (10-20% objętości kału i moczu). Gnojowica bydlęca zawiera 6-12% suchej masy (sm), w tym 64-82% suchej masy organicznej (so). Gnojowica świńska zawiera 4-9% suchej masy, w tym 70-80% (so). Najwięcej suchej masy zawierają odchody kurze (20-26% w tym 70-85% smo).

Kwasowość gnojowicy wynosi 6,5-7,9, zwykle 7,1-7,3, gęstość właściwa 900-1040 kg/m³. Zamarza w temperaturze -2°C zwiększając swoją objętość ok. 11-12%.

W przypadku ściółkowej hodowli bydła zamiast gnojowicy powstaje obornik. Może on być również poddawany fermentacji metanowej. Głównie jest jednak wykorzystywany jako nawóz.

Gnojowica z obór bądź chlewni jest gromadzona w zbiornikach pośrednich. Z punktu widzenia technologicznego jest wskazane, aby zużywać minimalną ilość wody do transportu gnojowicy oraz skracać czas jej przetrzymywania w zbiornikach pośrednich.

21.4.2. Bioreaktory do fermentacji metanowej

Proces kontaktowy

Proces kontaktowy produkcji biogazu zbliżony jest koncepcyjnie do metody osadu czynnego. Instalacja składa się z komory fermentacji beztlenowej i osad-