1 Fermentacja

2

3 C/N=10:1-25:1 N/P/S=7:1:1 ChZT/N=400:7-1000:7Optymalny skład wsadu C/N=10:1-25:1 N/P/S=7:1:1 ChZT/N=400:7-1000:7

4

5 Pozostałe substancje pokarmowe- rozpuszczalne formy K, Na, Fe, Mg, Ca - pierwiastki śladowe: Mo, Mn, Cu, Zn, Co, Ni, Se, W Dostępność pierwiastków śladowych może ograniczać obecność H2S w cieczy osadowej

6 Wilgotność substratów- fermentacja mokra – zawartość suchej masy do 15% - fermentacja półsucha – zawartość suchej masy ok. 20% - fermentacja sucha – maksymalna zawartość suchej masy 40%

7 Temperatura - ograniczenie temperatury:- odporność materiału biologicznego (denaturacja białka) - dezaktywacja enzymów

8

9

10

11

12 Substancje toksyczne obecne w surowcach- tlen - siarczany - kationy metali - metale ciężkie - niektóre związki organiczne (detergenty, pestycydy)

13

14

15

16

17 Produkty przemian – inhibitory procesuKwasy lotne: - octowy - propionowy - masłowy

18

19 Wodór Rys. 5.9

20 Amoniak

21

22 Siarkowodór - działanie toksyczne- tworzenie trudno rozpuszczalnych związków z pierwiastkami śladowymi

23

24 Podstawowe parametry procesu fermentacji- szybkość fermentacji - stopień przereagowania - stabilność przemian

25 Hydrauliczny czas zatrzymaniaHRT=Vk/VD [d] Vk [m3] – objętość komory VD [m3/d] – objętość dobowa dopływu celuloza>hemicelulozy>białka>tłuszcze>węglowodany

26 Czas zatrzymania ciał stałychSRT=(Vk*Ck)/(V0C0) [d] Ck [kg/m3] – stężenie ciał stałych w objętości komory C0 [kg/m3] – stężenie ciał stałych w odpływie V0 [m3/d] – objętość dobowa osadów usuwana z komory - komora z pełnym wymieszaniem, z przepływem tłokowym SRT=HRT - reaktor z zatrzymaniem biomasy SRT>HRT - w efektywnych systemach SRT/HRT=3

27 ŁD=VD*CD [kg/d] CD [kg/m3] – stężenie ciał stałych w dopływieŁadunek dobowy ŁD=VD*CD [kg/d] CD [kg/m3] – stężenie ciał stałych w dopływie

28 Obciążenie komory ładunkiemOKŁ=(VD*CD)/Vk=(L*D)/Vk=CD/HRT [kg/(m3*d)]

29 Iloraz masy odpadów ulegających biodegradacji i masy mikroorganizmówB/M=VD*CD/(Vk*C0-Vk*CSNB) CSNB [kg/m3]– stężenie niebiodegradowalnych substancji organicznych

30 Stopień rozkładu substancji organicznychSRSO=(SD-S0)/SD SD – zawartość s.m.o. w dopływie S0 - zawartość s.m.o. w odpływie

31 Wydajność fermentacji- jednostkowa produkcja biogazu - efektywność fermentacji - szybkość produkcji biogazu

32 Jednostkowa produkcja biogazuJPB=G/ŁD [m3/kg s.m.o.] G [m3/d] – dobowa produkcja biogazu

33 Efektywność fermentacjiGe=G/Gmax Gmax [m3/d] – dobowa produkcja biogazu w warunkach optymalnych (wyznaczona laboratoryjnie)

34 Szybkość produkcji biogazuSPB =G/Vk [m3/(m3*d)] SPB=JPB*OKŁ

35 Warunki technologiczne procesu- wilgotność substratu (fermentacja sucha, półsucha, mokra) - temperatura fermentacji (fermentacja mezofilowa, termofiowa) - przepływ substncji (ciągły, okresowy) - liczba stopni fermentacji - sposób mieszania (mechaniczny, strumieniem gazu, perkolacją)

36 Typ reaktora - z pełnym wymieszaniem (technologie mokre)- o przepływie tłokowym (technologie suche) - perkolacyjne

37 Reaktory z pełnym wymieszaniem

38 Techniki mieszania - mieszadła mechaniczne - recyrkulacja zawiesiny- wewnętrzne mieszanie hydrauliczne - sprężonym gazem

39 Reaktory o przepływie tłokowym- zawartość s.m % - konieczne zawracanie części odpadów w celu zaszczepienia - korzystne dla prowadzenia procesu w zakresie termofilowym

40 Reaktory perkolacyjne- działanie okresowe - rolę mieszania spełnia cyrkulacja wód procesowych - surowe odpady są zaszczepiane przefermentowanymi odpadami z innego reaktora

41 Technologie jednostopniowe

42

43 Obciążenie komory ładunkiem

44 Sprawność fermentacji

45 Zwiększenie wydajności fermentacji

46

47

48 Fermentacja sucha - zawarotść s.m. do 40%- duża produkcja biogazu na jednostkę pojemności reaktora

49 Przygotowanie odpadów do fermentacji- brak potrzeby usuwania frakcji ciężkich i lekkich - transport przy pomocy przenośników taśmowych, podajników ślimakowych i pomp do transportu bardzo lepkich cieczy

50

51 Obciążenie komór ładunkiem

52 Sprawność fermentacji

53

54 Technologie wielostopnioweProces prowadzony w kilku bioreaktorach połączonych szeregowo, w których panują odmienne warunki środowiskowe Warianty: - w I reaktorze (upłynniającym) prowadzi się hydrolizę i fazę kwaśną, w II fazę octanogenną i metagenną - w I reaktorze wstępny rozkład substancji organicznych w warunkach termofilowych, a w II fermentacja mezofilową lub odwrotnie (fermentcja dwustopniowa, zmiennotemperaturowa)

55

56

57

58

59

60 Zalety perkolacji - tlenowy proces wymywania z odpadów substancji łatwo biodegradowalnych - możliwość przetwarzania odwodnionych odpadów na paliwo zastępcze - znaczne zmniejszenie masy odpadów - produkcja gazu w 2-4 dni - małe zapotrzebowanie terenu - modułowa konstrukcja instalacji - niskie koszty inwestycyjne, samowystarczalność energetyczna,niskie koszty eksploatacyjne

61

62 Technologie o działaniu okresowym

63 Sucha fermentacja okresowa

64 Zalety i wady technologii okresowych- tańsze rozwiązania reaktorów - wszystkie substraty mają ten sam czas przetrzymania - z reguły wymagane jest kilka reaktorów - wyższe koszty eksploatacji (personel, organizacja) - nierównomierność ilościowo-jakościowa produkcji biogazu - niekiedy niższy stopień rozkładu

65 Kofermentacja - odpady z rolnictwa lub przemysłu rolno-spożywczego- osady ściekowe - frakcja organiczna odpadów komunalnych - bioodpady zbierane selektywnie

66

67 Produkty procesu fermentacji - biogaz

68

69 Właściwości składników biogazu- Metan: gaz wysokoenergetyczny, nietoksyczny, bezwonny, lżejszy od powietrza, granica wybuchowości w powietrzu 5-15% - dwutlenek węgla – gaz inertny, bezbarwny, bezwonny, cięższy od powietrza - amoniak – gaz lżejszy od powietrza o specyficznym ostrym zapachu, powoduje łzawienie - siarkowodór – bezbarwny, toksyczny gaz, cięższy od powietrza, w niskich stężeniach wykazuje charakterystyczny zapach zgniłych jaj - gaz fermentacyjny jest nasycony parą wodną, kondensat ma silnie kwaśny odczyn (pH=1-4) i wykazuje dużą korozyjność

70 Wykorzystanie biogazu- produkcja energii cieplnej - produkcja energii elektrycznej - zasilanie sieci gazu ziemnego - produkcja paliwa do silników pojazdów - wykorzystanie w procesach technologicznych (np. produkcja metanolu)

71 Produkcja energii cieplnej- kotłownie gazowe

72 Produkcja energii elektrycznej- silniki spalinowe - turbiny gazowe - ogniwa paliwowe

73 Zasilanie sieci gazu ziemnegoUsunięcie dwutlenku węgla, siarkowodorów, amoniaku i pary wodnej

74 Produkcja paliwa do silników pojazdów- sprężenie do ciśnienia bar - odsiarczanie i usuwanie dwutlenku węgla przez wymywanie wodą - odwodnienie gazu metodą zmiennociśnieniową - usunięcie halogenowanych związków organicznych przez soprpcję na węglu aktywnym - sprężenie gazu do ciśnienia bar

75 Oczyszczanie biogazu - zapobieganie korozji instalacji i urządzeń- spełnianie wymagań co do jakości biogazu

76 Odwadnianie i suszenie biogazuWydzielenie skondensowanej wody: - filtry gruboziarniste (substancje stałe i skondensowana woda) - przegrody mikroporowate (siatki druciane, zatrzymywanie kropel wody) - cyklony - łapacze wilgoci (kondensacja i wydzialanie wody w wyniku ekspansji biogazu) - spusty wodne na gazociągu

77 Suszenie biogazu Etap I – zimne suszenie – schłodzenie i przepuszczenie przez mikroporowate przegrody Etap II – suszenie w suszarkach adsorpcyjnych - suszarki krzemionkowe (ewentualnie węgiel aktywny lub sita molekularne) - suszarki glikolowe

78 Usuwanie siarkowodoru- dawkowanie chlorku żelaza do komory fermentacyjnej - dawkowanie powietrza (tlenu) do systemu biogazu - adsorpcja na zasadowych złożach tlenków żelaza - absorpcja w roztworach substancji wiążących siarkowodór - procesy absorpcyjno-utleniające - adsorpcja na węglu aktywnym - złoża biologiczne

79 Usuwanie dwutlenku węgla- wymywanie w skruberach (sorpcja fizyczna lub chemiczna) - adsorpcja zmiennociśnieniowa - separacja membranowa

80 Inne zanieczyszczeniaHalogenowane węglowodory - adsorpcja na węglu aktywnym Organiczne związki krzemu – absorpcja w rozpuszczalnikach organicznych

81 Materiał przefermentowany- zmniejszenie zawartości substancji organicznej - rozkład związków odorotwórczych - rozdrobnienie cząstek stałych - poprawa zdolności do odwadniania - częściowa lub całkowita higienizacja

82 Składniki odżywcze (N,P,K)Składniki odżywcze pozostają w większości w materiale przefermentowanym. Fermentat zawiera ok. 25% azotu dostępnego dla roślin i wykazuje wyższe pH niż surowiec.

83 Obróbka końcowa - odwadnianie - kompostowanie (stabilizacja tlenowa)- konfekcjonowanie

84 Ciecz osadowa - zawracanie do instalacji przygotowania zawiesiny- uzupełnianie wodą w celu zapobieżenia akumulacji soli - ścieki technologiczne można wykorzystywać jako ciekły nawóz, do nawadniania pryzm kompostowych lub kierować do oczyszczalni ścieków