Kommunális hulladékból biogáz
2011/7-8. lapszám | Hódi János | 5172 |
Figylem! Ez a cikk 14 éve frissült utoljára. A benne szereplő információk mára aktualitásukat veszíthették, valamint a tartalom helyenként hiányos lehet (képek, táblázatok stb.).
A módosított Hulladéktörvény előírása szerint 2016-ra a hulladéklerakón elhelyezett hulladék szervesanyag-tartalmát 35%-ra kell csökkenteni. Ez azt jelenti, hogy évente kb. 1 millió tonna magas szervesanyag-tartalmú hulladékot nem lehet lerakni a hulladéklerakókon – de ezzel az anyaggal valamit csinálni kell. Ez lehet aerob kezelés (komposztálás), vagy az Európa nyugati országaiban egyre jobban terjedő anaerob kezelés (rothasztás).
A rendeletben előírt szervesanyag-csökkentés szükségessé teszi a szelektív gyűjtést. A cikkben az kerül bemutatásra, hogy a szelektíven gyűjtött biohulladékból – amely nem kerülhet a hulladéklerakó telepekre – milyen anaerob kezelési rendszerekkel lehet energiatermelésre felhasználható biogázt előállítani. Az elméleti és laboratóriumi kutatási eredmények ismertetése nem jelen cikk témája, az alábbiakban három, a gyakorlatban üzemelő technológia kerül bemutatásra. Mindhárom kezelési rendszer feltétele, hogy szelektíven gyűjtött biohulladékot fogadjanak. Ez alatt a háztartási hulladék szerves részét (konyhai zöldséghulladék), éttermek, nagykonyhák és bevásárló központok, nagyáruházak zöldhulladékait, lejárt élelmiszereit kell érteni. Mivel ezek a hulladékok is tartalmazhatnak egyéb anyagokat, minden beérkező „biohulladékot” mechanikai előkezelésnek vetnek alá. Ez általában őrlésből, darabolásból, fémleválasztásból (kanál stb.) áll, majd a nehéz frakciók leválasztása (kő, üveg, homok) következik, s végül a finom frakció (műanyag stb.) eltávolításával fejeződik be. Vannak technológiák, ahol a fémleválasztás a darabolás előtt történik. Lényeg az, hogy a nem idevaló inert anyagok eltávolításra kerüljenek! Az ezt követő fermentáció (rothasztás) hőmérséklet- és technológiafüggő. A mezofil hőmérsékletű anaerob kezelés (rothasztás) +33-38°C között történik. Ekkor a tartózkodási idő a rothasztó tartályban 18-30 nap. A termofil hőmérsékletű anaerob kezelés +53-56°C között zajlik le. Ilyenkor a kezelési idő a rothasztóban 10-15 nap. A nedves technológiájú rothasztás 4-8% szárazanyag-tartalom mellett történik, míg a száraz technológiai kezeléseket a 25-40%-os szám jellemzi. A következőkben bemutatandó technológiák mezofil és termofil hőmérsékletűek, valamint nedves és száraz rendszerűek.
1. ábra Működési folyamatrajz. A bimasszára locsolt folyadék a masszán keresztülfolyva lehűl, s a padlóról a folyadék-elvezető folyókán keresztül a gyűjtő zsompba, majd innen a perkolát- gyűjtő tartályba jut. Itt visszamelegítik, és ismét visszalocsolják a biomasszára.
Mezofil hőmérsékletű, száraz rothasztás
A Bekon biohulladék-rothasztó rendszert Németországban vezették be. Ez a rothasztási technológia a későbbiekben ismertetésre kerültektől teljesen eltérő. A következő technológiák folyamatos üzeműek, míg ez szakaszos Batch-üzemű. Azért, hogy a folyamatos gáztermelés biztosított legyen, minimum 4 db fermentornak kell megépülnie, ez biztosítja kvázi a folyamatosságot. Ez a rendszer is az anaerob kezelési elveket használja, de teljesen speciális egyedi megoldásokat alkalmaz. A rothasztó tartály „garázs” kialakítású (de alagút-fermentornak is hívják), és anyaga vasbeton. A garázsbejáratot egy gáztömör ajtóval lehet lezárni, mely hidraulikával működik. A vasbetonból készült padlóban és falakban csövek vannak elhelyezve, amikkel meleg vizes fűtés biztosítható. A födém alsó részén szórófejekkel ellátott csőrendszer van kiépítve. A padlóban rácsos lefedéssel ellátott folyókák vannak, melyek egy gyűjtőzsompba vannak bevezetve.
2. ábra Biomassza be- és kihordás kanalas rakodóval.
Alapadatok
A garázs-fermentorban feldolgozható anyag a városi háztartásokból és kereskedelemből szeparáltan begyűjtött biohulladék, de fogadja a kertekből, parkokból származó zöldhulladékot is. A rendszer biohulladék-feldolgozási kapacitása több megépült referenciát áttekintve átlagosan 10-20 ezer t/év közötti, de nagyobb mennyiségek feldol- gozására alkalmas üzemek is épültek (30- 40 ezer t/év). Ezt úgy érik el, hogy a „garázsok” darabszámát többszörözik. A feldolgozható biohulladék átlagos szárazanyag-tartalma (TS) 30-50%. A szerves szárazanyag-tartalom (OTS) 65-80%.
Technológia
A gépjárművel beszállított biomassza először egy átmeneti tárolóba kerül. Innen a technológia szerinti mennyiséget kanalas rakodóval hordják be az üres garázs-fermentorba. Megtelés után a gáztömör kaput lezárják. A kapu 20 hPa túlnyomásra méretezett. Előnye a rendszernek, hogy a behordott biomasszát nem kell keverni, helyette perkolát elnevezésű folyadékkal locsolják felülről. A perkolát az anaerob lebomlás során keletkező folyadék, melyet egy fűthető tartályban gyűjtenek. A folyadék tartalmazza az anaerob lebomlást segítő bakté-riumpopulációt. A locsolással kettős célt érnek el: a folyadék felmelegíti a hideg biomasszát, s egyúttal bejuttatja a lebontást elindító és segítő baktériumtömeget. Egyidejűleg a padló és oldalfal fűtése is megindul. A biomasszára locsolt folyadék a maszszán keresztülfolyva lehűl, s a padlóról a folyadék-elvezető folyókán keresztül a gyűjtő zsompba, majd innen a perkolát-gyűjtő tartályba jut. Itt visszamelegítik, és ismét visszalocsolják a biomasszára. A perkolát-folyadék és a fermentor falainak fűtése a biogázt felhasználó gázmotorban keletkező, 90/70 °C hőmérsékletű vízzel történik. (A gázmotorban hőenergia-termelés mellett villamos áramot is előállítanak.) Az egész folyamat számítógép által ellenőrzött és vezérelt. A lebomlási folyamat befejeztével, kb. 21 nap után a gázelvezetést lezárják, majd a garázst átszellőztetik, eltávolítva a maradék biogázt. A kapu kinyitása után a kanalas rakodóval a kirohadt biomasszát kihordják a komposztáló térbe. Átrostálás után 4-6 hetes komposztálás következik. Az elszívott levegőt biofilterben tisztítják meg.
Termofil hőmérsékletű, nedves rothasztás
Az alábbiakban ismertetésre kerülő Passavant–Roediger rendszerű bioszemét-rothasztó a németországi Münster városában került megépítésre. Ez a rothasztási technológia a szennyvíztisztítás iszapkezelésénél alkalmazott elveket használja.
Alapadatok
A rothasztóban feldolgozandó anyag a Münster-i háztartásokból és kereskedelemből szeparáltan begyűjtött biohulladék (bioszemét). A létesítmény biohulladék-feldolgozási kapacitása 22 000 t/év. Az órai feldolgozó teljesítmény 7 t/h. A beszállított biohulladék átlagos szárazanyag-tartalma (TS) 30-40%, a szerves szárazanyag-tartalom (OTS) 65-80%.
3. ábra Acél fermentor. A rothasztó tartály vízszintes kialakítású, és anyaga a feldolgozott hulladéktól függően acél vagy vasbeton. A fekvő fermentor jellemző hossza 32 méter.
Technológia
A gépjárművel beszállított hulladék átmeneti tárolóba kerül. Innen a technológia szerinti mennyiség jut a feldolgozó rendszerbe beadagolásra. A beadagolt hulladékot először száraz-mechanikus előkezelésnek vetik alá. Ez fémleválasztást jelent, majd a hulladékot felaprítják a későbbi kezelés (feltárás) megkönnyítésére. Ezt követi a hulladék nedvesítésével egy vizes hulladék-szuszpenzió előállítása. A nedves szuszpenzióból először a lebegő anyagokat (műanyagok) választják le, majd ezután a nehéz anyagok leválasztása (üveg, kő, homok) következik. Az így előkezelt anyag ezután anaerob termofil nedves rothasztásos technológiával kerül kezelésre. A rothasztó tornyok hasonlók a szennyvíztisztító telepeken alkalmazottakhoz; hengeres kialakításúak, a felső lefedés kúpos kiképzésű. A rothasztó keverése mamutszivattyús elven biogázzal történik, úgy, hogy a termelt biogázt komprimálva visszanyomják a felülről behelyezett gázlándzsákba. (A régebbi rothasztóban 4, az újabb építésűekben 6-6 db gázlándzsa van elhelyezve a felső kúpban.) A rugalmas gázlándzsa a gázt a rothasztó alsó harmadába juttatja be. A gáz– folyadék elegy kisebb fajsúlya miatt a gáz felemelkedik a rothasztó folyadék felszínéig, s ezzel megindul a rothasztó teljes térfogatának átkeverése. A rothasztási hőmérséklet +55°C, a tartózkodási idő kb. 15 nap. Az anaerob kezelés két végterméket ad: biogázt és rothasztott hulladékiszapot. A kilépő anyag szárazanyag-tartalma 3-4%. Az előállított 55-65% metántartalmú biogázt gázmotorban hasznosítják, villamos és hőenergiát termelve. Mindkét energiafajta egy részét az üzem felhasználja. A rothasztott iszap centrifugában víztelenítésre kerül. A víztelenített iszap szárazanyag-tartalma 22-25%. A szürletvíz viszszavezetésre kerül a technológiába, mint hígítóvíz a szuszpenzió-készítéshez. A víztelenített iszap komposztálás után a városi kertészetben kerül hasznosításra.
Egyéb műszaki adatok
A rendszer üzemeltetésekor az alábbi adatokkal lehet számolni 1 tonna biohulladék feldolgozása során:
- vízszükséglet kb. 0,6 m³/t,
- hőszükséglet kb. 130 kWh/t,
- elektr. energia-felhasználás kb. 70 kWh/t,
- biogáztermelés kb. 120 Nm³/t,
- a biogáz metántartalma kb. 55-65%,
- elektromos áramtermelés kb. 230 kWh/t,
- termelt felhasználható hő: kb. 330 kWh/t.
A Münster-i telep energetikai adatai:
- átlagos napi gáztermelés: 7000 Nm³/d,
- termelt villamos energia: 13 800 kWh/d,
- termelt hőenergia: 19 800 kWh/d.
4. ábra A Passavant–Roediger rendszerű bioszemét-rothasztó a németországi Münster városában került megépítésre.
A feldolgozó üzem bemutatott (6.) képén az előtérben lévő kétszintes épületben (pince– földszint) történik a biohulladék fogadása, előkezelése és előkészítése a rothasztóba való adagolásra, valamint az iszap víztelenítése. A kezelő épületből elszívott bűzös levegőt előkezelés után biofilterben tisztítják meg. A háttérben látható a 3 db vasbeton, kívül hőszigetelt anaerob rothasztó. Az épület ajtajában látható konténerekben a víztelenített iszap van. Az épülettől kb. 100 m-re lévő komposztáló területre a víztelenített iszapot ezekben a konténerekben szállítják át.
Termofil hőmérsékletű, száraz rothasztás
Az alábbiakban ismertetésre kerülő Kom-pogas rendszerű bioszemét-rothasztó Svájcban került kifejlesztésre. Ez a rothasztási technológia az anaerob kezelési elveket használja, de teljesen speciális egyedi megoldásokat alkalmaz. A rothasztó tartály vízszintes kialakítású, és anyaga a feldolgozott hulladéktól függően acél vagy vasbeton. A fekvő fermentor jellemző hossza 32 méter.
Alapadatok
A rothasztóban (fermentorban) feldolgozható anyag városi háztartásokból és kereskedelemből szeparáltan begyűjtött biohulladék, de fogadja a kertekből, parkokból származó zöldhulladékot (levél, fű, nyesedék) is. A technológia biohulladék-feldolgozási kapacitása több nagyságban kidolgozott típustervek alapján a következő nagyságokban lehetséges: 5 és 10 ezer t/év kapacitású acél fermentorokban, illetve 12, 16 és 20 t/év kapacitású vasbeton fermentorokban. Nagyobb mennyiségek is feldolgozhatók, de ekkor az alapegységeket többszörözik. A feldolgozható biohulladék átlagos szárazanyag-tartalma (TS) 30-40%, a szerves szárazanyag-tartalom (OTS) 65-80%.
5. ábra. KOMPOGAS rendszerű hulladék-rothasztó működésének elvi vázlata. A rothasztó keverése mechanikus. A vízszintes csőtengelyre hegesztett keverő- lapátokat a fermentoron kívül elhelyezett elektromos hajtás lassan forgatja.
Technológia
A gépjárművel beszállított hulladékot átmeneti bunkertárolóba ürítik. Innen a technológia szerinti mennyiség kerül a feldolgozó rendszerbe beadagolásra egy polipmarkoló segítségével. A hulladék vízszintes szalagra kerül, ahol a fémek, majd a kövek, végül a könnyű frakció eltávolításra kerül. Ezután a beadagolt hulladékot felaprítják a későbbi kezelés (feltárás) megkönnyítésére. A 60 mm-nél nagyobb darabokat egy szitán felfogják, és ezek visszakerülnek a fogadó bunkerbe. Az így előkezelt anyag ezután a folyamatból távozó anyag gépi víztelenítése során leválasztott folyadékfázisából kap nedvesítő és beoltó anyagot. Az így kapott félnedves–félszáraz keverék hőcserélőben felmelegítésre kerül, majd ezután beadagolják a vízszintes elrendezésű rothasztóba, ahol anaerob termofil rothasztásos technológiával kerül kezelésre. A fermentor belső tere hengeres. Az acél tartálynál ez kézenfekvő, a kívül négyzet keresztmetszetű vasbetonnál a belső tér henger alakú. A rothasztó keverése mechanikus. A vízszintes csőtengelyre hegesztett keverőlapátokat a fermentoron kívül elhelyezett elektromos hajtás lassan forgatja. A egyik végén beadagolt friss anyag dugóhatásszerűen halad a másik vég felé, s a kirothadt anyag itt kerül kivételre a fementorból. A termofil rothasztási hőmérséklet +55°C, a tartózkodási idő kb. 14-15 nap. A termelt 55-65% metántartalmú biogázt gázmotorban hasznosítják villamos és hőenergiát termelve, és egy másik felhasználási lehetőséget is kidolgoztak, amikor a CO2-t a biogázból eltávolítják. Az így kapott biometán a földgázhálózatba táplálható, vagy 200 bar-ra történő komprimálás után mint gépkocsi-üzemanyag használható fel. A rothasztott iszap centrifugában víztelenítésre kerül. A víztelenített iszap szárazanyag-tartalma 22-25%. A szürletvíz egy része visszavezetésre kerül a technológiába mint nedvesítő és oltóanyag, a felesleget öntözővízként hasznosítják. A víztelenített iszap itt is komposztálás után kerül hasznosításra.
Egyéb műszaki adatok
A rendszer üzemeltetése során az alábbi adatokkal lehet számolni 1 tonna biohulladék feldolgozása során:
- biogáztermelés: kb. 130-150 Nm³/t,
- a biogáz metántartalma: kb. 58%,
- H2S: 200 ppm, kész komposzt: 0,5 tonna/t,
- folyadékfázis: 0,3 m³/t,
A 20 ezer t/év feldolgozására alkalmas vasbeton egység főbb méretei: hossza 32 méter, szélessége 6,6 méter, térfogata 1200 m³.
