Fermentacja metanowa

Jak działa biogazownia

Biogazownia to kompletna instalacja służąca do przetwarzania biomasy w biogaz Proces, w wyniku którego powstaje biogaz, nazywany jest fermentacją metanową. Za jej przebieg odpowiadają bakterie żyjące w warunkach anaerobowych. W procesie fermentacji metanowej można wyróżnić 4 etapy. Pierwszy z nich to hydroliza, podczas której związki organiczne pod działaniem wody i enzymów ulegają rozkładowi do prostych związków organicznych. Drugim etapem jest faza powstawania kwasów organicznych (acidogeneza), w której produkty hydrolizy ulegają dalszemu rozkładowi do kwasów tłuszczowych, takich jak octowy, propionowy, masłowy. Kolejna faza to etap tworzenia kwasu octowego (octanogeneza). W tej fazie następuje dalszy rozkład wyższych kwasów tłuszczowych do kwasu octowego. Podczas rozkładu materii organicznej do kwasów tłuszczowych, a później do kwasu octowego, wydzielają się m.in. dwutlenek węgla i wodór. Z tych związków bakterie metanowe syntezują metan w ostatnim etapie produkcji biogazu, zwanym metanogenezą. W komorze fermentacyjnej biogazowni wszystkie te etapy przebiegają równolegle. Obok siebie żyją mikroorganizmy odpowiedzialne za poszczególne etapy fermentacji. Połączone ze sobą zależnościami pokarmowymi żyją we względnej równowadze. Obecność wszystkich grup mikroorganizmów oraz ich właściwe proporcje warunkują właściwy przebieg fermentacji, a zatem również jakość otrzymanego biogazu. Zachwianie równowagi między mikroorganizmami skutkuje zmianą składu biogazu, nawet do całkowitej eliminacji metanu.


Skład biogazu

Głównymi składnikami biogazu są metan (ok. 40-70%) i dwutlenek węgla (30-60%). Ponadto w biogazie obecne są niewielkie ilości wodoru, tlenku węgla, azotu oraz siarkowodoru. Pamiętać należy również, iż biogaz jest gazem mokrym. Zawiera znaczne ilości pary wodnej.


Jak to działa

Biogazownia składa się z części podającej substrat, komory fermentacyjnej, zbiornika magazynowego biogazu, zbiornika na przefermentowany substrat oraz urządzenia służącego do wykorzystania biogazu, np. agregatu kogeneracyjnego.

Sposób podawania substratu zależy od jego rodzaju. Materiały sypkie, takie jak kiszonki z roślin, podawane są za pomocą specjalnych podajników, wyposażonych w przenośniki ślimakowe lub pompy tłokowe. Substraty płynne, jak np. gnojowica, wywar gorzelniany dostarczane są do niewielkiego zbiornika buforowego, z którego automatycznie przepompowywane są do komory fermentacyjnej. Bardziej skomplikowany układ wstępnej obróbki substratów jest stosowany dla odpadów poubojowych, które są poddawane procesowi pasteryzacji lub higienizacji. Ze względów sanitarnych odbiór tych odpadów odbywa się w osobnym, zamkniętym budynku, tzw. hali przyjęć, wyposażonym w biofiltry usuwające odory. W zależności od kategorii, odpady mięsne są poddawane obróbce termicznej, o różnych parametrach, w pasteryzatorze. Po schłodzeniu do odpowiedniej temperatury całość biomasy kierowana jest do komory fermentacyjnej.

Komora fermentacyjna (fermentor) to zbiornik, w którym zachodzi proces rozkładu materii organicznej i produkcji biogazu. Zwykle stanowi ją zamknięty zbiornik żelbetowy lub stalowy. W zależności od rodzaju substratu, jego właściwości fizyko-chemicznych i ilości przetwarzanego surowca, w biogazowni stosuje się niskie zbiorniki żelbetowe wyposażone w mieszadła boczne lub wysokie stalowe zbiorniki z pionowym mieszadłem. Właściwy dobór komory fermentacyjnej jest konieczny dla zapewnienia stałych warunków aktywności bakteriom metanowym, w całej objętości zbiornika. Stąd niezwykle ważne jest optymalne mieszanie, co pozwala rozprowadzić równomiernie kolejne porcje substratu, utrzymać stałą temperaturę, pH, a także ma znaczenie dla uwalniania metanu. Istotna jest izolacja termiczna komory fermentacyjnej (proces może przebiegać efektywnie w określonych temperaturach, optymalnych dla rozwoju mikroorganizmów), a także ogrzewanie zawartości komory, zwłaszcza w miesiącach zimowych.

Biogaz uwalniany w komorze fermentacyjnej gromadzony jest w zbiorniku magazynowym. Zazwyczaj stanowi go dwumembranowy zbiornik pełniący zarazem funkcję dachu dla zbiornika magazynującego przefermentowany substrat lub wtórnej komory fermentacyjnej (zależnie od układu technologicznego konkretnej biogazowni). Zbiornik biogazu zapewnia pojemność buforową dla urządzenia odbiorczego, np. agregatu kogeneracyjnego. Dzięki temu pomimo fluktuacji w produkcji biogazu, które są zjawiskiem typowym, urządzenie może pracować stabilnie. Agregat lub moduł kogeneracyjny, to najpopularniejsze obecnie urządzenie służące do wykorzystania biogazu. Spalając gaz produkuje ono jednocześnie prąd elektryczny oraz ciepło. Gaz dostarczany do niego powinien zostać osuszony i pozbawiony siarkowodoru, który w połączeniu z parą wodną tworzy kwas siarkowodorowy i powoduje groźne uszkodzenia urządzeń. Usuwanie siarkowodoru w biogazowniach przebiega zazwyczaj w komorze fermentacyjnej lub w zbiorniku biogazu, za pomocą metod biologicznych. Para wykraplana jest między zbiornikiem biogazu a urządzeniem kogeneracyjnym w elementach instalacji lub specjalnym odwadniaczu.

Oprócz biogazu w wyniku fermentacji powstaje ciecz o zawartości kilku do kilkunastu procent suchej masy. Jest to substancja o wysokich walorach nawozowych. Znajdują się w niej pierwiastki wchodzące w skład biomasy, a nie biorące bezpośredniego udziału w tworzeniu biogazu, takie jak: azot, fosfor, potas, magnez, wapń i inne. Wiele spośród nich występuje w postaci zdysocjowanych soli, przez co stają się łatwo dostępne dla roślin. Najczęściej przefermentowany substrat (fermentat) wykorzystywany jest jako płynny nawóz. Ze względu na ograniczenia stosowania nawozu np. w okresie zimowym, konieczny jest zbiornik o wystarczającej pojemności, aby przechować nawóz do czasu jego rozlewania. Każda biogazownia powinna być zaopatrzona w taki zbiornik.



www.ces.com.pl www.upsces.pl

Fermentacja. Proces fermentacji. Produkcja biogazu. OZE. Biogaz.