Agroenergetyka.pl

Energetyka, OZE w sieci: Agroenergetyka na FB
OZE grupa na FB / GL / Blog energetyczno - paliwowy
 
 
strona główna  Zarejestruj się  Ogłoszenia  Forum  Kontakt z Redakcją 


Artykuły
BIOGAZ
 

Podział metod fermentacji w zależności od wilgotności substratów

Data: 2010-01-03
Najczęściej bierze się pod uwagę cztery kryteria podziału systemów produkcji biogazu: temperaturę, w jakiej prowadzony jest proces; liczbę etapów procesu fermentacji; zawartość suchej masy w substratach poddawanych procesowi; tryb napełniania komór fermentacyjnych.



Zawartość suchej masy we wsadzie
Jednoznaczny podział metod na fermentację mokrą i suchą z biologicznego punktu widzenia jest właściwie mylny, ponieważ bakterie biorące udział procesie fermentacji zawsze potrzebują płynnego środowiska do przeżycia. Również w przypadku definicji zawartości masy suchej fermentującego podłoża dochodzi do nieporozumień, ponieważ bardzo często stosuje się podłoża o różnych zawartościach masy suchej. Użytkownik musi zdać sobie sprawę, o podziale metody nie decyduje zawartość masy suchej poszczególnych podłoży, a zawartość masy suchej mieszanki podłoży podawanej do fermentora. Z tego powodu podział na fermentację mokrą lub suchą następuje na podstawie zawartości masy suchej materiału w komorze fermentacyjnej.
Należy ponadto zwrócić uwagę na fakt, iż bakterie w swoim bezpośrednim otoczeniu w obu przypadkach potrzebują środowiska wodnego. Co prawda nie ma dokładnej definicji granicy między fermentacją mokrą i suchą, to jednak w praktyce przyjęło się, że o fermentacji mokrej mówimy wtedy, gdy zawartość masy suchej w fermentorze wynosi od 12 do 15% i przy tej zawartości wody możliwe jest pompowanie materiału. Jeśli zawartość masy suchej wzrośnie powyżej 16%, to materiał przeważnie traci zdolność do pompowania i mówimy wtedy o fermentacji suchej.
Zawartość substancji suchej w fermentatorze (zawartość s.m.) może wpływać na uzysk gazu ze względu na dwie rzeczy. Po pierwsze bakterie przy wysokich zawartościach s.m. mogą mieć problemy z poruszaniem się i docierając tylko do części podłoża mogą powodować tylko częściowy rozkład. Przy bardzo wysokich zawartościach suchej masy wynoszącej od 40% i więcej, może nawet dojść do całkowitego przerwania procesu fermentacji, ponieważ zabraknie dostatecznej wilgoci potrzebnej do wzrostu komórek. Po drugie ze względu na wysokie zawartości suchej masy może dojść do problemów z inhibitorami, ponieważ przy niskiej zawartości wilgoci mogą one występować w stężonej formie. Również obróbka wstępna używanych podłoży (rozdrabnianie, ujednorodnienie itp.) może spowodować wzrost uzysku, ponieważ podłoże jest lepiej dostępne.

Fermentacja sucha. W procesach fermentacji suchej podstawa wsadu są substraty o wysokiej zawartości suchej masy i są składowane luzem. Stosują je gospodarstwa rolne nie dysponujące wystarczającą ilością gnojowicy stosowanej jako podstawowy substrat. W takiej sytuacji pozyskanie gazu w fermentacji mokrej oznaczałoby konieczność upłynnienia wsadu lub sporządzenia zacieru, a to oznacza dodatkowe nakłady. W praktyce istnieją już instalacje pracujące metodą suchej fermentacji, ale w przypadku biogazowni rolniczych właściwsze jest stosowanie procesu mokrego.

Fermentacja mokra. W praktyce rolniczej przeważająca większość instalacji biogazowych pracuje w systemie fermentacji mokrej. Stosowane przy tym są biogazownie z przepływem tłokowym i przepływem pełnym. Najprostsze w budowie są biogazownie stosujące metodę przepływu pełnego. Reaktory budowane są w formie pionowego walca. W zasadzie fermentatorem może być typowy zbiornik na gnojowice z betonowym dnem i stalowymi lub betonowymi ścianami. Taki zbiornik należy przykryć gazoszczelnym zadaszeniem i uzbroić w armaturę dostarczania substratu i odprowadzania osadów. Właściwy przepływ zapewnia zamontowane wewnątrz mieszadło pionowe. Zaletami takiego rozwiązania są:
a) zasadność budowy fermentatorów o dużych pojemnościach przekraczających 300 m3,
b) możliwość prowadzenia prac konserwacyjnych bez konieczności opróżniania zbiornika,
c) łatwość budowy zbiornika przy zastosowaniu tradycyjnych metod prac budowlanych,

Do wad natomiast należy zaliczyć wysoki koszt konstrukcji przykrycia zbiornika i możliwość powstawania złogów dennych.
Biogazownie z przepływem tłokowym wykorzystuja efekt wyporu doprowadzanego substratu w fermentatorze poziomym. Przeciwstrumień przepływu wymuszany jest przez mieszadło łopatkowe o poziomej osi. Do zalet takiej instalacji nalezy zaliczyć:
a) zwarty rodzaj konstrukcji,
b) niewielkie straty ciepła,
c) efektywne ogrzewanie,
d) brak powstawania korzuchów i złogów dennych.
Do zasadniczych wad należy konieczność całkowitego opróżnienia zbiornika w przypadku konieczności wykonania prac konserwacyjnych wewnątrz zbiornika.

Liczba etapów procesu technologicznego
W zależności od liczby stosowanych zbiorników i realizacji w nich poszczególnych etapów procesu technologicznego można wyróżnić procesy jedno, dwu i wieloetapowe. W biogazowniach rolniczych najczęściej stosuje się procesy jednoetapowe. W instalacjach jednoetapowych nie oddziela się fizycznie poszczególnych faz fermentacji. Proces w całości przebiega w jednym zbiorniku.
W procesach dwu i wieloetapowych poszczególne fazy przebiegają w odrębnych zbiornikach. Na przykład w procesie dwuetapowym w zbiorniku głównym przebiega fermentacja, w odrębnym zewnętrznym zbiorniku ma natomiast miejsce hydroliza i zakwaszanie substratu.

Tryb napełniania fermentatora
Tryb napełniania fermentatora wynika z dostępności substratu i konstrukcji instalacji.

Napełnianie nieciągłe. W takim trybie napełniania zbiornik fermentacyjny jest całkowicie napełniany świeżym substratem i następnie hermetycznie zamykany. Substrat pozostaje w zbiorniku przez zaplanowany okres, w tym czasie nie uzupełnia się go nowym substratem. Po upływie przyjętego czasu fermentator opróżnia się, pozostawiając na dnie niewielką ilość wsadu dla zaszczepienia nowego procesu i ponownie zapełnia zbiornik. W tej metodzie zmianie ulega ilość i jakość produkowanego biogazu z upływem czasu, co jest jej zasadnicza wada. Zwiększeniu równomierności produkcji biogazu sprzyja zastosowanie metody napełniania nieciągłego ze zbiornikami wymiennymi. Metoda ta polega na zastosowaniu dwu zbiorników. Zbiornik pierwszy jest powoli i równomiernie napełniany substratem i tu podlega procesom gnicia, podczas gdy jest wypełniony całkowicie i w nim przebiega właściwa fermentacja. Zapełnienie pierwszego zbiornika następuje w momencie zakończenia fermentacji w zbiorniku głównym, jego zawartość jest usuwana, a na jej miejsce jest przenoszona zawartość zbiornika pierwszego.



Napełnianie częściowo ciągłe. Charakteryzuje się tym, ze przynajmniej jeden raz w ciągu dnia zbiornik fermentatora jest zasilany świeżym ładunkiem substratu. Takie uzupełnianie fermentatora zwiększa równomierność pozyskiwania gazu, poprawia jego niezmienność oraz pozwala na zagospodarowywanie materiału wsadowego zaraz po jego powstaniu. Jest to szczególnie ważne w przypadku trudności z przechowywaniem materiału wejściowego w dłuższych okresach.



Napełnianie ciągłe. Ciągłe napełnianie zbiornika głównego powoduje, że proces ma charakter procesu przepływowego. Zbiornik fermentatora jest napełniany wielokrotnie w ciągu doby i taka sama ilość odpadów pofermentacyjnych jest wypierana lub wygarniana do zbiornika składowego. Tak więc, zbiornik fermentacyjny jest cały czas zapełniony wsadem o podobnych lub jednolitych parametrach. Zapewnia to wysoką równomierność produkcji gazu i dobre wykorzystanie pojemności fermentatora. Istnieje jednak niebezpieczeństwo, że część świeżego substratu zostanie od razu zrzucona do zbiornika składowego. Przy metodzie tej bardzo ważna jest skuteczność systemu mieszania wsadu.



Pewnym rozszerzeniem koncepcji procesu przepływowego przy napełnianiu ciągłym jest proces mieszany. W takim rozwiązaniu zbiornik składowy odpadów pofermentacyjnych jest także fermentatorem. Zbiornik fermentacyjny główny pracuje w cyklu napełniania ciągłego. Zbiornik na odpady pofermentacyjne jest również przykryty i pozwala na gromadzenie powstającego tam gazu. Ten zbiornik pracuje metodą napełniania nieciągłego. W procesie mieszanym wzrasta równomierność wytwarzania biogazu i zwiększa się wydajność substratu. Wykorzystywana również jest ta część substratu, która zbyt wcześnie wypływa z głównego zbiornika fermentacyjnego.

 
strona główna | polityka prywatności | nota prawna | partnerzy | kontakt | mapa serwisu | REKLAMA
Projekty HVAC | turbiny wiatrowe | Forum OZE
Copyright © Agroenergetyka.pl | design: Projekty internetowe