Iszapszerű hulladékok kezelése és biogáz hasznosítás 5. előadás és gyakorlat

1. PTE PMMK Környezetmérnöki Szak (BSC) Iszapszerű hulladékok kezelése és biogáz hasznosítás5. előadás és gyakorlat Rothasztás, csurgalékvíz kezelés és biogáz hasznosítás Dittrich Ernő egyetemi adjunktus mb. tanszékvezető PTE-PMMK Környezetmérnöki Tanszék Pécs, Boszorkány u. 2. B ép. 039. dittrich@witch.pmmf.hu

2. Száraz anyag csökkenés a stabilizációs folyamat során

3. Rothasztás általános jellemzői • Anaerob környezetben történik az iszap stabilizálása • A keletkező biogáz magas metán tartalmú • Robbanásveszély, bűzhatás • Nagy tartózkodási idő igény – nagy reaktor térfogatok • Biogáz hasznosítás lehetősége • Szerves anyag tartalom csökken • Csökken kezelendő maradék iszap mennyisége • Az iszap vízteleníthetősége javul • Patogének pusztulása jelentős • A stabilizált iszap szaga mérsékelt

4. Rothasztási módok I. • hideg (hőmérsékleten történő) rothasztás • T15oC • Tartózkodási idő 60 – 120 nap • Kis telepeken • Biogáz hasznosítás nincs • mezofilrothasztás • T=30-38oC • Szerves anyag tartalom csökkenés kb. 40% • Téli időszaki fűtési igény • Tartózkodási idő 15-20 nap • Fázisszétválasztás szükséges • Biogáz hasznosítás • Macerátor beépítése szükséges • Lehet egy vagy kétlépcsős • Legszélesebb körben alkalmazott rothasztási eljárás

5. Rothasztási módok II. • termofil rothasztás • T=50-55 oC • Jelentősebb szerves anyag tartalom csökkenés • Jelentősebb patogén baktériumszám csökkenés • Jobb vízteleníthetőség • Kisebb tartózkodási idő (8-15 nap) • Nagyobb hőigény • A folyamatok instabilabbak, nehezebben kézben tarthatók • Mo.-n speciális esetekben lehet csak versenyképes alternatívája a mezofil rothasztásnak • Extra magas szerves anyag tartalom • Nehéz bonthatóság • Kétlépcsős kombinált eljárások • Anaerob termofil – anaerob mezofil • Anaerob mezofil – aerob • Anaerob mezofil – anerobn mezofil • Anaerob termofil – anaerob termofil • Anaerob mezofil – anaerob termofil • Többlépcsős eljárások

6. Biogáz „gyártás” előnyei és hátrányai • Előnyök: • Szerves hulladék anyagok környezetkímélő feldolgozása • Értékes energiaforrás • A kellemetlen szaghatások csökkennek (anaerob) • A biotrágya higiénizálása (gyommag, fertőző mikróbák) • Megújuló energia hordozó előállítása • EU energia és klímapolitikájával összhangban áll • Lokális gazdaságot élinkíti és lokálisan keletkező nyersanyagból keletkezik • Hátrányok: • Nagy beruházási költség • Hosszú megtérülési idő • A metán-hozamból termelt villamos energia mennyiségében 5 MW-nál kisebb erőműnél +/-20%-nál nagyobb, 5 MW-nál nagyobb erőműnél +/-5%-tól nagyobb eltérés esetén – KWh-ként 5 Ft szabályozási pótdíjat köteles az üzem fizetni, illetve ezt elkerülendő előző nap 12h-ig köteles bejelenteni a változás irányát és mértékét. • Üzemzavarok (habosodás, mikrobiológia) • Fokozott balaesetveszély • Széleskörű adminisztrációs feladatkör

7. Rothasztás optimális volumene • Kb. 8000 m3/nap szennyvízmennyiség felett gazdaságos a rothasztó kiépítése • Minél nagyobb a szennyvíztisztító kapacitása annál előnyösebb a rothasztó kiépítése

8. A rothasztás fázisai, anaerob lebontás folyamata

9. Egyéb szabályozók • Szulfát jelenléte: amíg van szulfát a rendszerben a szulfát redukcióját előnyben részesítik a baktériumok mint a metánképződést • Szerves anyag terhelés optimálása - Megfelelő és közel konstans szubsztrát ellátás • Lassú szaporodási sebesség – nagy tartózkodási idő • Stabil hőmérsékleti viszonyok biztosítása • 6,4 <pH<7,3 metánképzési optimum • Lúgosság • Inhibitor anyagok jelenléte

10. Kétlépcsős mezofil rothasztás • Cél a savtermelési fázisok és a metán termelés szétválasztása • Jó működés esetén a savtermelő reaktor metánmentes üzemű • A savtermelő reaktor puffer szerepet is betölthet • A savas erjedés során lebomlanak metántermelést mérséklő anyagok egy része is • Metántermelő reaktor pH-ja optimális szinten tartható • Recirkulációval fokozható a biomassza iszapkora • Enzimszelekció • Jobb metánkihozatal • Kisebb össz. reaktor térfogat igény • Tartózkodási idők: • Savtermelő reaktor 2-4 nap • Metántermelő reaktor 10 – 12 nap

11. Mezofil és termofil rothasztás üzemi paraméterei

12. Kialakítási alternatívák

13. Rothasztó műtárgy és kiegészítő berendezései

14. Kezelőhíd és rothasztó kapcsolata

15. Rothasztó és fázisszétválasztás (utórothasztó)

16. Keverési alternatívák

17. Fűtési alternatívák

18. Hő-visszanyerés a rothasztó hő-mérlegének javítására

19. Hőigény • A rothasztó fűtési hőigénye az alábbiakból tevődik össze: • Iszap felfűtése • Recirkulációs iszap felfűtése • Rothasztóműhővesztesége • Segédberendezések és csővezetékek hővesztesége • Az iszap felfűtésének hőmennyisége (MI-10-127/8-84): E(h)iszap=Sm*ρs1*c*(T2-T1) • Ahol: • E(h)iszap: Az iszap felfűtésének hőigénye • Sm: iszap hozam • ρs1: iszapsűrűség (1030 kg/m3) • T1: iszap felfűtés előtti hőmérséklete (10 C° min. 16 C° átlagosan) • T2: iszap hőmérséklet a rothasztóban (36 C°) • c: iszap fajhője (4.2 kJ/kg*C)

20. Rothasztó és telepi hőigény ellátási lehetőségek • Gázmotor hulladékhőjének hasznosítása • Hővisszanyerés hőcserélővel (iszapból) • Keletkezett biogáz egy részének helyben történő elégetése • Külső földgáz felhasználásával • A biogáz fűtőértéke: 20-25 MJ/m3

21. Csurgalékvíz kezelés I. • A rothasztó csurgalékvizében jelentős az NH4-N és ÖP tartalom • A csurgalékvíz kezelés alternatívái: • Szennyvízkezelés elejére történő visszaforgatás: • Kezelés nélkül • Pufferelés mellett terheléssel fordított arányú bekeveréssel • Kezelés után • Külön kezelés

22. Csurgalékvíz kezelési lehetőségek • SBR-technológia • Deammonifikáció • Fluid-ágyas reaktorban • Elárasztott szűrőkben • Természetközeli rendszerekkel

23. Deammonifikáció • Sharon-Anamnox illetve DEMON rendszer • Az autotróf anaerob ammónium oxidáció lényege, hogy az oxidálódott ammóniumból keletkező nitritet használják fel a mikroorganizmusok a vízben lévő maradék ammónium oxidációjára, miközben nitrogén-gáz és víz keletkezik • 0,2-0,6 mg/l oldott oxigén szint szükséges a folyamat lezajlásához • Az iszapvizet 26 C°-on kell tartani, így van téli hőigénye a technológiának, ami biogázt fogyaszt. • Az iszap beoltás nagyon drága • A technológia érzékeny, újraindítása sok időt vesz igénybe

24. Biogáz minősége

25. Biogáz és földgáz összehasonlítása

26. Szerves anyag csökkenés a rothasztóban 30 C°-on

27. Biogáz mennyisége • Bevezetett szerves anyagra vonatkoztatva Mo-n: 200 – 500 l/kg • Rothasztóban lebontott szerves anyagra vonatkoztatva Mo-n: 600 – 1000 l/kg

28. Biogáz hasznosítási alternatívák • Hő-hasznosítás • Fűtési hőigény biztosítása • Technológiai hőigény biztosítása • Meleg-víz ellátási hőigény biztosítása • Iszapszárítási hőigény biztosítása • Iszapégetés részleges hőigényének biztosítása • Távhőrendszerre való rátáplálás • Áramtermelés és hulladék-hő hasznosítás • Áram betáplálása közüzemi hálózatba (jogszabályi háttér!!!) • Áram helyben történő közvetlen felhasználása • Hulladék-hő hasznosítása (gázmotoroknál) • Bio-metán előállítás • Gázüzemű motorok üzemanyagaként történő hasznosítás • Bio-metán palackozás • Betáplálás közüzemi gázhálózatba (jogszabályi háttér!!!)

29. Gázmotorok kialakítása • Főbb egységek: • motor-generátoregység • hőcserélők, kényszerhűtők, • sajátvillamosenergiaellátórendszer • kapcsolószekrény a vezérlésiésfelügyeletifunkciókellátására, • konténersajátszellőztetésiéshangcsillapításirendszere • szükségesbemenetiéskimenetivezetékcsatlakozások.

30. Gázmotorok alkalmazása áram termelésre A biogáz energiatartamának kb 1/3 hasznosul villamos energiaként!

31. Biogáz kénmentesítése (gázmotor vagy kazán előtt) • A jelenleg használatos technológiák a következők: vizes mosás, nyomásváltásos adszorpció, genoszorb mosás, vegyszeres abszorpció (MEA, DEA, Siloxa stb.), membránszeparáció

32. Üzemanyag cella alkalmazása áramtermelésre iszapból • Még kiforratlan • Mikrobiológiai (MFC) • alacsony teljesítmény • Kutatási szinten működik • Katalizátorral működő • magas amortizáció • Magas beruházási költsége • 400 C°-os a kilépő gáz (iszapszárításra használható)

33. Biometán előállítás • CNG technológiájú járművek töltésére alkalmas • Olcsóbb és megújuló üzemanyag • Legnagyobb fajlagos gazdasági hozam • CNG járműpark alacsony aránya • Magas nyomású tároló és töltőállomás kiépítése szükséges • A biogáz metántartalmát 50%-ról 95% fölé kell emelni! • Cél az egyéb gázok (kénhidrogén, ammónia, CO2) leválasztása a biogázból • Gáztisztítási eljárások: • vizes mosásos eljárás (legelterjedtebb, olcsó, egyszerű, hatékony) • kémiai mosószeres eljárás • nyomásváltásos abszorpciós eljárás • membrános gáztisztítás • hűtéses szétválasztási eljárás

34. Felhasznált irodalom • Dr. Benedek Pál, Valló Sándor:Víztisztítás- szennyvíztisztítás zsebkönyv. Műszaki Könyvkiadó, Budapest, 1990. • Dr. Juhász Endre (2002): ÚTMUTATÓ - A TELEPÜLÉSI SZENNYVÍZISZAP TELEPI ELŐKEZELÉSÉHEZ. • MI-10-127/2: Településekről származó szennyvizek tisztító telepei: A szennyvíz és szennyvíziszap mennisége, minősége és befogadó terhelhetősége. Műszaki Irányelv OVH 1984. • Dr. Öllős Géza (1993): Szennyvíztisztítás II. BME Mérnöktovábbképző Intézet. Budapest 1993. • Nagy Tamás (2011):A bonyhádi szennyvíztisztító telep iszapvonalának felülvizsgálata, iszapsűrítő műtárgy tervezése. Szakdolgozat. PTE-PMMK Környezetmérnöki Szak 2011. • Németh Nóra: A GÉPI ISZAPKEZELÉS LEHETŐSÉGEI ÉS AZ EHHEZ KAPCSOLÓDÓ TAPASZTALATOK http://www.hidrologia.hu/vandorgyules/26/6szekcio/Nemeth_NoraOK.htm • Barótfi István (szerk): Környezettechnika – A szennyvíziszap kezelése http://www.tankonyvtar.hu/hu/tartalom/tkt/kornyezettechnika-eloszo/ch04s07.html • Németh Zs. – Kárpáti Á.: Anaerob iszaprothasztás intenzifikálása ultrahanggal. Négy éb üzemi tapasztalatai a bambergi tisztítóműben. Maszesz Hírcsatorna 2009. 5.-6. • P. Foladori et al:SludgeReductionTechnológiesinWastewaterTreatmentPlants. IWA Publishing, New York, 2010.

35. Köszönöm a megtisztelő figyelmet!