Biogáztermelés szennyvízből
Magyarországon az EU-forrásokkal
2010/3. lapszám | VGF&HKL online | 6582 |
Figylem! Ez a cikk 16 éve frissült utoljára. A benne szereplő információk mára aktualitásukat veszíthették, valamint a tartalom helyenként hiányos lehet (képek, táblázatok stb.).
a csatornázásra és az összegyűjtött szennyvizek környezetkímélő megtisztítására, soha nem látott lehetőség nyílt. Ebben a néhány évben olyan csatornahálózat és szennyvíztisztító-kapacitás jön létre, amely egyfelől lehetőséget teremt az egész szolgáltatás fejlődéséhez, másrészt új, volumenében is jelentős megoldásokat hoz a szakmának.
Hazánkban a szennyvíziszap mennyisége a szennyvíztisztítás hatékonyságának és volumenének növekedése következtében egyre nő. Összetétele pedig hűen tükrözi a civilizáció vegyi és biológiai jellemzőit.
A jelentős mennyiségű és a környezetre egyre károsabb összetételű szennyvíziszap környezetkímélő ártalmatlanítási megoldásainak keresése egybeesett a hagyományos energiaforrások mérhető csökkenésével, az alternatív energiaforrások keresésével.
Mindkét probléma kezelésére, Magyarországon elsőként, a Fővárosi Csatornázási Művek Zrt. – nemzetközi tapasztalatok alapján, a hazai tudományos élettel összefogva – dolgozta ki biogázprogramját. Ez a program méretét, korszerűségét és kivitelezését tekintve Európában is élenjáró, a kelet-közép-európai térségben pedig, egyedülálló. Egyesíti magában a szennyvíziszap és háztartási szerves hulladékok környezetkímélő feldolgozását, valamint az alternatív energia előállítását.
A gondosan tervezett környezetkímélő folyamat során a tisztítók a szennyvíziszapból és a telepekre beszállított szerves hulladékokból (ételmaradékok, zsírok, növényi olajak, lejárt szavatosságú élelmiszerek) kinyerve a bennük rejlő energiát, biogázt, majd abból hő- és elektromos energiát állítanak elő.
A technológia fő előnyei
- A biogázból áramot lehet nyerni, mellyel fedezni lehet a tisztítótelep óriási energiaszükségletét, és ezzel együtt az ország készleteit is kímélni.
- Kívülről érkező, környezetszennyező szerves anyagok és élelmiszer-hulladékok is ártalmatlaníthatók, hasznosíthatók, növelve ezzel a megtermelhető biogáz mennyiségét.
- Az iszap szervesanyag-tartalma és mennyisége csökken, hiszen annak 54-55%-a átalakul biogázzá.
- A beruházás megtérülési ideje viszonylag rövid, már 5-6 év után hasznot hajt.
- Csökken az iszap fertőzőképessége.
A biogáztermelés folyamata
A biogáz előállítása egy olyan szabályozott technológia, „anaerob fermentáció”, amelyben baktériumok végzik a szerves anyag lebontását, oxigénmentes környezetben, ideális hőmérsékleten és megfelelő átkeverés mellett. A szerves anyag lebomlása több lépcsőben megy végbe. Ezek mindegyikét különböző baktériumcsoportok végzik. A folyamatot az 1. ábra szemlélteti.
A fermentorokban egy zárt, anaerob technológia keretében megy végbe a szerves anyag bontása. Anaerob, azaz légmentes környezet azért szükséges, mert a biogáz 62%-a metán, amely az oxigénnel robbanó elegyet képez.
A lebontás számos baktériumtörzs szimbiotikus kapcsolatán keresztül lezajló folyamat. A hidrolitikus baktériumok bontják a nagy molekulájú szerves vegyületeket extra celluláris enzimeikkel, amelynek eredményeként rövid szénláncú zsírsavak, szén-dioxid és hidrogéngáz keletkezik. Ezt követően a baktériumok második csoportja a rövid szénláncú zsírsavakat alakítja át szerves savakká, többnyire ecetsavvá. A folyamat során újabb szén-dioxid és hidrogéngáz keletkezik. Végül a metanogének állítják elő ecetsavból és hidrogénből a biogázt, melynek metántartalma közel 70%.
Az anaerob rothasztás megvalósítására a gyakorlatban két jól behatárolt hőmérséklettartomány jöhet szóba. Egyik a mezofil, másik a termofil tartomány. Az optimum az elsőnél 35 °C, a másiknál 55 °C körül van.
Amíg a szerves anyagból biogáz lesz, az a mezofil rothasztókban csaknem húsz nap, a termofil tornyok viszont, nagyon korszerű technológiával, tíz nap alatt állítanak elő biogázt.
A biogázt a szennyvíztisztító telepeken gázmotorokban hasznosítják. A gázmotorral elektromos áramot termelnek. A folyamat során még hő is keletkezik. Az így keletkezett hő kiválóan alkalmas, télen-nyáron a rothasztó tornyok fűtésére.
A tisztító telepek saját igényein felül keletkezett biogázt nem lehet közvetlenül a gázhálózatba táplálni. Ahhoz, hogy a földgázzal egyenértékű legyen, tisztítani kell, azaz a szén-dioxidot és más zavaró komponenseket ki kell belőle vonni. Ha ez megtörténik, akkor egyenértékűvé válik a földgázzal, és ugyanúgy lehet hasznosítani.
Hazai példák
A biogáztermelés hazai történetében a Fővárosi Csatornázási Műveknek (FCSM) úttörő szerepe van. Dél-pesti telepén már 1966 óta, az észak-pesti telepen pedig 2009 tavaszától működik biogáz-üzemegység. A Szegedi Vízmű Zrt.-nél 2007-ben üzembe helyezett biogáztermelő egység is az FCSM szakembereinek segítségével valósult meg.
Dél-pesti Szennyvíztisztító Telep
Magyarország első biogázt termelő és hasznosító szennyvíztisztító telepe. A dél-pesti telepre naponta átlagban 53 000 m³ szennyvíz érkezik, ebből naponta 9500 m³ biogázt lehet előállítani. Ez a mennyiség elegendő egy 500 kW teljesítményű gázmotor egész napos, huszonnégy órás működtetésére, vagy másként: egy háztartás háromhavi elektromos energiaszükségletét fedezni.
A Dél-pesti Szennyvíztisztító Telepen 4 db 2650 m³ kapacitású mezofil és 1 darab 2000 m³-es termofil iszapstabilizáló torony működik. A képződő biogáz energiatartalmát 2 db gázmotor-generátor gépegység (elektromos teljesítményük 494 kW és 836 kW) elektromos energiává alakítja. A termelt elektromos energia a szennyvíztisztító szükségletének mintegy 80%-át, hőszükségletének 100%-át fedezi.
A Fővárosi Csatornázási Művek Dél-pesti Szennyvíztisztító Telepén 2005-ben elkészült egy olyan új hulladékfogadó és -feldolgozó állomás, amelynek segítségével megoldható a magas szervesanyag-tartalmú élelmiszer és egyéb hulladékok szakszerű feldolgozása és elhelyezése. Mint ismeretes, az EU elvárásai és a hazai szabályok (75/2002. (VIII. 16.) FVM rendelet 28. §) ma már nem teszik lehetővé a régi gyakorlatot, amikor az éttermi és egyéb nagykonyhai hulladékot emberi fogyasztásra szánt háziállatok táplálására használták fel. A csatornába viszont veszélyes beleönteni. A könnyen bomló szennyező anyagok a közcsatornába jutva komoly környezetkárosítást és közegészségügyi veszélyt okoznak, s a rágcsálók és csótányok elszaporodásához vezethetnek.
A hulladékok jelentősége a biogáztermelés szempontjából az, hogy a szennyvíziszaphoz kevert hulladék szerves anyaggal dúsítja az iszapot, amiből többlet biogázt lehet előállítani.
A dél-pesti telep a biogáz-kísérletek központja is. Egy 1300 m³-es, kisebb rothasztóban, különböző összetételű szerves anyagok biogáztermelő hatásfokát tesztelik. Ez a fél üzemi rendszer a legújabb csúcstechnológia.
Dél-Pesten még nincs vége a fejlesztéseknek. A tervek szerint a telepen tovább bővítik a hulladékfogadó-kapacitást, ezzel lehetőséget teremtve a ma még sok helyen illegálisan elhelyezett szerves hulladék törvényes és környezetkímélő megsemmisítésére.
Észak-pesti Szennyvíztisztító Telep
A Fővárosi Csatornázási Művek észak-pesti telepén, saját beruházásban, 2009-ben állt üzembe a 2,6 milliárd forintos bioenergetikai fejlesztés. Az észak-pesti telepre érkező napi kb. 140 000 m³ szennyvíz tisztítása során évi 350 000 m³ folyékony szennyvíziszap keletkezik. Ennek az iszapnak a felhasználásával és külső hulladékok hasznosításával naponta átlagosan 28 000 m³ biogáz képződik. A képződő biogáz energiatartalmát 3 db gázmotor-generátor gépegység elektromos energiává alakítja. A gázmotorok teljesítménye 3035 kW. A megtermelt villamos energia egy 25 000 fős kisváros szükségleteit is képes lenne fedezni.
A biogáztermelés az iszapkezelés meglevő rendszerébe integrálódik. Az iszapstabilizáló tornyok megtáplálása a 6%-os sűrített iszaptartályból történik. A 2 db, egyenként 12 000 m³ térfogatú „ikertorony” iszapkezelő kapacitása 72 tonna iszap-szárazanyag/nap. A tornyok ikerelrendezésben épültek. Belső átmérőjük 29 méter, teljes szerkezeti magasságuk 25,5 méter, ebből a föld alá süllyesztett rész 6,5 méter. Hőszigetelt felületei színezett acél trapézlemez burkolatot kaptak.
A tornyokban a mezofil technológiára jellemző, 36 °C körüli a hőmérséklet. A felszálló gázbuborékok turbulenciákat hoznak létre, így intenzív kapcsolat alakul ki a baktériumok és az alapanyag között. A hidraulikus tartózkodási idő 25 nap, az iszapterhelés 2,2 kg szerves szárazanyag/m3/nap. A szervesanyag-lebontás hatásfoka 50% feletti.
A kirothasztott iszap egy 1500 m³-es tárolótartályba jut, innen pedig visszakerül a meglevő iszapkezelő épületbe. Az iszaptároló tartály egy 1000 m³/óra kapacitású biofilterhez csatlakozik.
Az iszapstabilizáló tornyok gázdómjából elvezetett biogázt először egy kavicsszűrőn tisztítják, majd ún. „vizes biológiai” eljárással kéntelenítik. A kéntelenített gáz egy 2500 m³ térfogatú átmeneti tárolóba kerül. A gáztárolókból áramló gáz ezután kerámiaszűrőn kerül további tisztításra.
A keletkezett biogáz hasznosítása egy 835 kW és két 1100 kW elektromos teljesítményű kogenerációs tömberőműben történik. A termelt hő az iszapstabilizáló tornyok fűtésénél kerül felhasználásra. Az előállított villamos energia pedig a telep saját fogyasztását fedezi.
Szegedi Szennyvíztisztító Telep
Az új, korszerű biológiai szennyvíztisztító a város és négy Szeged környéki település szennyvizeinek tisztítására alkalmas.
A telep napi, átlagos befogadó kapacitása 60 000 m³/nap, ahová jelenleg 17-18 millió m³ szennyvíz érkezik évente. A
szennyvíztisztítás során évente 14-15 ezer tonna iszap keletkezik.
A telepen található két, egyenként 4000 m³-es mezofil rothasztó toronyban a szennyvíziszapban levő, nehezen bontható szerves anyagokat, fehérjéket oxigén nélküli környezetben anaerob baktériumok bontják el, 35-37 °C-os üzemi hőmérsékleten, több mint 20 nap alatt. Így metán, szén-dioxid, kénhidrogén, összefoglaló néven biogáz keletkezik. Mennyisége éves szinten 1,3-1,4 millió m³ (közel 4000 m³/nap), melynek metántartalma közel 70%. Az iszapstabilizáló tornyokban az iszap keverése biogázzal történik.
A biogáz egy 1350 m³-es gáztartályba kerül. A megújuló energia minél hatékonyabb igénybevétele érdekében élelmiszer-ipari melléktermékek fogadásával üzemi kísérleteket folytat a Szegedi Vízmű Zrt.
A biogázt tisztítást követően a telepen lévő 2 db, egyenként 330 kW teljesítményű gázmotor-generátor segítségével villamos energiává alakítják.
A Szeged Városi Szennyvíztisztító Telep átlagos napi energiaigénye 19 000 kWh, ez közel annyi, mint 2000 háztartás elektromosenergia-felvétele naponta. A telepen a biogázból termelt villamos energia nyáron a szennyvíztisztító telep energiaigényének 50%-át képes fedezni, a biológiai fokozat hőszükségletének pedig 100%-át. Így jelentős költségmegtakarítás érhető el az üzemeltetés során, amellett, hogy a biogáz egy kifejezetten környezetkímélő energiaforrás.
A Szegedi Vízmű Zrt. elsődleges feladatai között szerepel a biogáztermelés növelése, ezzel együtt a telep energiaigényének minél nagyobb arányú kiváltása a környezetbarát bioenergiával.
