Környezettechnika

1. Környezettechnika KÖRNYEZETGAZDÁLKODÁSI AGRÁRMÉRNÖKI BSc TERMÉSZETVÉDELMI MÉRNÖKI BSc

2. AZ ELŐADÁS ÁTTEKINTÉSE • A biogáz összetétele, jellemzői • Az anaerob lebontás • Biogáznyerés kommunális szennyvíziszapból • Biogáznyerés mezőgazdasági hulladékokból, melléktermékekből • Biogáznyerés települési szilárd hulladékokból HEFOP 3.3.1.

3. Mi a biogáz? • Összetétel • Szervesanyag lebontás: • anaerob • aerob • Szervesanyag származási hely szerinti csoportosítás: • Kommunális szennyvíz iszap • Mezőgazdasági hulladék • Szilárd kommunális hulladék HEFOP 3.3.1.

4. Meghatározás-összetétel • A biogáz szerves anyagok anaerob térben, mikroorganizmusok közreműködésével történő erjedésekor keletkezik. • A biogáz: metán (60-65% CH4) és széndioxid (30-35% CO2) keverékéből álló gáz, mely kommunális szennyvíziszap, állati trágyák és mezőgazdasági maradékok fermentációja során termelődik. HEFOP 3.3.1.

5. Anaerob lebontás folyamata • A szerves anyagok anaerob lebomlása során széndioxid, metán és víz keletkezik. C6H12 O6 3CH3COOH 3CH3COOH  3CH4 + 3CO2 CO2+ 4H2CH4+ 2H2O +400kJ HEFOP 3.3.1.

6. Aerob lebontás folyamata • A szerves anyagok (fehérjék, zsírok, cukorszármazékok) aerob lebomlása, komposztálódása során széndioxid és víz keletkezik, illetve hő termelődik C6H12O6+6O2 6CO2+6H2O+2870 kJ HEFOP 3.3.1.

7. Anaerob biodegradáció-fermentáció • Olyan bomlási folyamata az anyagoknak, amely természetes feltételek között (aerob és/vagy anaerob) mikroorganizmusok hatására történik. • Szilárd hulladék esetén a biodegradálódás, folyékony hulladékok esetén biológiai lebontás (fermentáció) elnevezést használjuk. HEFOP 3.3.1.

8. Biogáz helye a természetes tápanyag körforgásban HEFOP 3.3.1.

9. Kommunális szennyvíziszapból termelt biogázAlapanyag:a szennyvíztisztítás során keletkező nyers és fölösiszap keverék HEFOP 3.3.1.

10. Anaerob iszapfermentáció • A szennyvíztisztítás során keletkező iszapok (5-6% szárazanyag tartalom, ill. 60-70% szerves anyag tartalom) anaerob rothasztó tartályokban történő kezelése során, a mezofil tartományban(33-35 °C) 20-30 nap alatt az eredeti szerves anyag tartalom kb. 45-50%-a lebomlik és biogáz keletkezik (65%CH4, 35%CO2). • A lebomlás feltétele, hogy oxigénmentes környezet, ideális hőmérséklet (+33-35°C), sötétség és megfelelő nedvesség legyen, mert a metán termelő baktériumoknak ezek az életfeltételei. HEFOP 3.3.1.

11. Mikrobiológiai alapok • HIDROLÍZIS - Hidrolizáló mikroorganizmusok • (zsírok, cellulóz, keményítő, fehérjék) • SAVAS ERJEDÉS - Acetogén mikroorganizmusok • (cukrok, aminosavak, zsírsavak) • METÁN FERMENTÁCIÓ – Metanogén mikroorganizmusok • (illékony zsírsavak – acetát -, hidrogén) HEFOP 3.3.1.

12. Az anaerob fermentáció célja • Biogáz előállítása, hasznosítása • Az iszap tömegének és térfogatának csökkentése • Az iszap fertőzőképességének csökkentése • Biológiailag stabil biotrágya előállítása • A keletkező biotrágya mezőgazdasági és/vagy rekultivációs hasznosítása HEFOP 3.3.1.

13. A fermentáció optimális feltételei • Tápanyag összetétele; nedvesség/szárazanyag tartalom • A mikroorganizmusok fajtái, számuk • Hőmérséklet: 30-60 °C • Tartózkodási idő: 10-30 nap • Keverés • pH ( 7,2-7,6), toxikusság, elsavanyodás • Reaktor kialakítás: anyag-szerkezet, forma, szigetelés, fűtés, keverési módok Keletkező végtermékek: • Biogáz ( metán és széndioxid keveréke) • Biotrágya (3-4% szárazanyag tartalmú iszap) HEFOP 3.3.1.

14. Hőmérsékleti tartományok - Hideg rothasztás t < 15 0C - Fűtött rothasztás t = 32 - 58 °C Részletezve: • mezofil tartomány t= 32- 38 °C • termofil tartomány t= 55- 58 °C HEFOP 3.3.1.

15. Mezőgazdasági hulladékból termelt biogáz Alapanyagok: Növényi alapanyagok: • Árpaszalma • Búzaszalma • Energiafű • Fű • Kukoricaszár • Len • Kender • Nádhulladék • Rozsszalma • Repce • Rizsszalma • Zabszalma • Állati trágya alapanyagok: • Tehén • Hízómarha • Ló • Sertés koca+szaporulata • Hízó • Juh • Baromfi • Vágóhídi hulladék HEFOP 3.3.1.

16. Szárazanyag tartalom szerinti fermentáció Kétféle eljárás ismeretes: • Nedves: 4-6% szárazanyag tartalom (Anaerob rothasztás: mezofil vagy termofil tartományban) - Félszáraz: 20-30% szárazanyag tartalom (kétlépcsős technológia, aerob előkezelés, anaerob termofil rothasztás) HEFOP 3.3.1.

17. Mezőgazdaságban alkalmazott biogáz előállítás technológiák gyakorisága Anaerob körülmények között: fermentorban (reaktorban). Mezofil eljárás a létesítmények ~90%-nál Termofil eljárás ~5% Vegyes eljárás ~5%, ekkor az első lépcső mezofil ~37°C ~28 nap, a második lépcső termofil ~55°C ~10-20 nap a tart. idő HEFOP 3.3.1.

18. Folyamat optimalizálása • Folyamatos, előmelegített alapanyag adagolás • Alapanyag összetétel fokozatos változtatása • Rothasztást gátló anyagok kizárása • Megfelelő keverés • Hőmérséklet pontos tartása • Tartózkodási idő biztosítása (elegendő térfogat) HEFOP 3.3.1.

19. A fermentáció előnyei • Szerves hulladék anyagok környezetkímélő fel-dolgozása • Értékes energiaforrás -biogáz- előállítás • A kellemetlen szaghatások csökkennek • Az iszapstruktúra átalakul (állagjavítás) • Kevésbé szennyezi a légkört metánnal • Kis tápanyagveszteség • Javul a növények tápanyag-hasznosítása • A biotrágya higiénizálása HEFOP 3.3.1.

20. A berendezés méretezésének lépései • Az alapanyagok mennyiségének felmérése • Szárazanyag- és a szerves anyag-tartalom meghatározása • Erjesztő reaktor térfogat méretezése • A biotrágya tároló térfogatának méretezése • Napi gáztermelés előzetes számítása • A gáztároló térfogatának megválasztása • Gázkazán vagy gázmotor teljesítményének meghatározása HEFOP 3.3.1.

21. Fermentorok és gáztárolók HEFOP 3.3.1.

22. Nyírbátori biomassza- biogáz telep távlati képe HEFOP 3.3.1.

23. Kitekintés az Európai Unióra Spanyolországban, Svédországban, Ausztriában,Németországban és Dániában összesen kb. 6000 biogáz telep üzemel, Németországban 3000 darab Az összesen kb. 3000 MW villamos teljesítményű 6000 db.biogázüzem megközelítőleg 1,3 milliárd tonna trágyát ártalmatlanít és több mint 22 millió MWh villamos áramot termel az EU területén évente. HEFOP 3.3.1.

24. Kommunális szilárd hulladékból keletkező biogáz: depóniagáz • Keletkezés: lassú szerves anyag lebomlás • Gyűjtés: gázkutakkal, elvezetés csővezetékkel • Ártalmatlanítás - hasznosítás (22/2001. (X.10.) KöM rendelet) előírásai alapján HEFOP 3.3.1.

25. HEFOP 3.3.1.

26. HEFOP 3.3.1.

27. Depóniagáz összetétele • Fő komponensek: • Metán 45-55% • Szén-dioxid 30-40% • Nitrogén 2- 8% • Oxigén 0- 1% • Mellék komponensek: • A gáz képződés melléktermékei (kén-hidrogén, ammónia, hidrogén) • A beszállított hulladék összetevői (szilícium vegyületek, stb.) HEFOP 3.3.1.

28. Depóniagáz ártalmatlanítás a metántartalom függvényében • Gázmotoros hasznosítás CH4 >45% • Gázfáklyás égetés CH4 >25% • Biofilter CH4 <4% • Nem katalitikus oxidáció 1,5% < CH4 < ~30% Megjegyzés: Az oxidáció 1,5 % alatt is lehetséges támasztó gáz hozzákeverése mellett. HEFOP 3.3.1.

29. A biogáz- depóniagáz hasznosításának általános lehetőségei • Hőtermelés • Villamos energia termelés • Kapcsolt energia termelés, villamos energia és hő együttes előállítása • CO2 értékesítés (ÜHG gázok, CO2 egység, CH4 21-szeres hatás) • Gáztisztítás, értékesítés • Tüzelőanyag cella (hidrogén és oxigén elektrokémiai egyesítése, egyen-áram keletkezik, valamint víz és széndioxid) HEFOP 3.3.1.

30. Biogáz tüzelés kapcsolt villamos energia termeléssel - lehetőségei • Gázmotor • Kombinált ciklusú gázturbinával megvalósított kogeneráció (gáz-gőz körfolyamat) • Nyílt ciklusú gázturbinával megvalósított kogeneráció (hőkiadás a hőhasznosító kazánból) • Micro-gázturbina (egységteljesítmény max: 100 kW) HEFOP 3.3.1.

31. Rothasztó tornyok HEFOP 3.3.1.

32. Rothasztó tornyok (Nyíregyháza) HEFOP 3.3.1.

33. A rothasztó gázdómja HEFOP 3.3.1.

34. Dunakeszi anaerob rothasztó HEFOP 3.3.1.

35. Dél-pesti termofil rothasztó V = 2000 m3 HEFOP 3.3.1.

36. Biogáz tároló tartály HEFOP 3.3.1.

37. Biogáz fáklya HEFOP 3.3.1.

38. Fúrt depóniagáz kút gázelvezetéssel HEFOP 3.3.1.

39. Műanyag depóniagáz kút HEFOP 3.3.1.

40. Felszín feletti depóniagáz elvezetés HEFOP 3.3.1.

41. Depóniagáz elszívó kompresszor és gázfáklya HEFOP 3.3.1.

42. Biogázt eltüzelő kazánok HEFOP 3.3.1.

43. Gázmotor HEFOP 3.3.1.

44. Biogáz gázmotor HEFOP 3.3.1.

45. AZ ELŐADÁS ÖSSZEFOGLALÁSA • A biogáz szerves anyagok anaerob térben, mikroorganizmusok közreműködésével történő erjedésekor keletkezik. • Alapanyaga lehet mezőgazdasági hulladék és melléktermék, de szilárd és folyékony kommunális hulladékból is nyerhető. • A biogáz-termelés technológiai paraméterei csak bizonyos korlátokon belül változtathatók. • Több eljárás is létezik a biogáz-előállításban. • A biogáz sokoldalúan hasznosítható, ha nagy mennyiségben keletkezik célszerű elektromos energia előállításra használni. HEFOP 3.3.1.

46. ELŐADÁS ELLENÖRZŐ KÉRDÉSEI • Ismertesse az anaerob fermentáció lényegét! • Ismertesse a fermentációt befolyásoló paramétereket! • Ismertesse a biogáz-előállítás lehetséges alapanyagait! • Mutassa be a biogáz hasznosításának lehetőségeit! HEFOP 3.3.1.

47. ELŐADÁS felhasznált forrásai • Szakirodalom: Barótfi I. (2000): Környezettechnika. Mezőgazda Kiadó, Budapest. További ismeretszerzést szolgáló források: www.biogas.hu HEFOP 3.3.1.

48. KÖSZÖNÖM A FIGYELMÜKETA KÖVETKEZŐELŐADÁS CÍME: Levegőtisztaság-védelmi technikák. Porok mérete, alakja. Porkamrák. • Következő előadás megértéséhez ajánlott ismeretek kulcsszavai: • levegőtisztaság-védelem Előadás anyagát készítették: Bíró Tibor HEFOP 3.3.1.