Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

HULLADÉKGAZDÁLKODÁS Dr. Dióssy László c. egyetemi docens.

Hasonló előadás


Az előadások a következő témára: "HULLADÉKGAZDÁLKODÁS Dr. Dióssy László c. egyetemi docens."— Előadás másolata:

1 HULLADÉKGAZDÁLKODÁS Dr. Dióssy László c. egyetemi docens

2 HEFOP ELŐADÁS/GYAKORLAT ÁTTEKINTÉSE Biogáztermelés, enzimtechnológiák Alapanyagok Hasznosítás, utókezelés

3 HEFOP Az anaerob szervezetek a szerves anyagok bontását erjesztéssel, oxigén felhasználása nélkül végzik. Oxigén-akceptorként a szerves kötésben lévő szénvegyületeket használják, ezáltal a keletkező biogáz akár 40%-ban is tartalmazhat CO 2 -t. A szerves anyagok lebontása és metánná történő átalakítása több lépésből áll. A lebontás egyes szakaszait táplálékláncot alkotó szervezetek végzik, amelyek így szorosan egymásra vannak utalva.

4 HEFOP Szerves anyagok lebontásának lépései A folyamat típusa Baktériumok fajtája NyersanyagokTermék 1. szakasz hidrolízisfermentálófehérjék, szénhidrátok, zsírok aminosavak, cukrok, zsírsavak 2. szakasz savképződésfermentálóaminosavak, cukrok, zsírsavak, szerves savak, alkoholok 3. szakasz ecetsav- képződés acetogénaminosavak, cukrok, zsírsavak, szerves savak, alkoholok ecetsav, hidrogén, széndioxid 4. szakasz metánképző- dés metanogénecetsav, hidrogén, széndioxid metán

5 HEFOP Az erjesztés során a szerves anyagok metánná alakulnak át. A maximálisan kinyerhető metángáz mennyisége a szerves hulladékok összetételétől függ. A gyakorlatban reálisan megcélozható gázhozam 300 – 600 l erjesztési gáz/kg ! szerves szárazanyag körül mozog, 50-70%-os metántartalommal. Az erjesztés során a szerves anyagok 40 – 85%-a bomlik le. Biológiai kezelésre azok a szerves hulladékok alkalmasak, amelyek szervesanyag-tartalmának izzítási vesztesége meghaladja a 30%-ot. A folyékony vagy magas nedvességtartalmú, kevésbé szerkezetes szerves hulladékok alkalmasak az anaerob kezelésre, a jó struktúrájú, levegős szerkezetű hulladékok pedig a komposztálás legjobb alapanyagai. Az erjesztési maradékokat majd minden esetben aerob utókezelésnek, komposztálásnak kell alávetni. A komposztálás időtartama ebben az esetben természetesen rövidebb, mintha a teljes átalakulás komposztálással történne.

6 HEFOP A biohulladékok erjesztésére szolgáló eljárástechnológiák: A feldolgozandó nyersanyagoktól függően: nedvesfermentációs eljárások félszárazfermentációs eljárások szárazfermentációs eljárások A reaktorok hőmérséklete alapján: mezofil erjesztés termofil erjesztés Az erjesztés végbemehet egy, kettő vagy több lépésben. A lebomlás 4 szakasza ezáltal térben is elkülönülhet egymástól.

7 HEFOP A hulladék (hígtrágyák, trágyák és szennyvizek) kezelésénél a kiindulási pont mindenkor a keletkező hulladékok és szennyvizek mennyiségi, kémiai, fizikai tulajdonságai. Ettől függően választandó meg a kommunális, ipari eredetű, szilárd, a kommunális, az élelmiszer-ipari eredetű, híg, a mezőgazdasági eredetű, folyékony, hígtrágyák, a mezőgazdasági eredetű szalmás trágyák és hulladékok legcélszerűbb kezelési és hasznosítási technológiája. A technológiákat azonban általában az alapanyag konzisztenciájának megfelelően nevezik nedves, félszáraz biogáz-gyártási eljárásoknak.

8 HEFOP Száraz fermentálás: A % sz.a. tartalmú biohulladékot egylépcsős reaktorokban erjesztik. A kezelés során a nyersanyagokat csigás szivattyú segítségével a reaktor egyik végén betöltik, majd a lebomlás befejeztével a másik végén kiengedik. Az átalakulási folyamatokat a beépített keverőberendezések és a befúvatott biogáz is elősegíti. Igen száraz biohulladék esetében (40%-os sz. a. tartalom) fennáll a veszélye annak, hogy a nyersanyagok nem megfelelően keverednek és áramlanak a fermentálóban. Egylépcsős fermentáló reaktorok esetében a kezelés mezofil körülmények között 3-4 hétig, termofil körülmények között pedig 2-3 hétig tart. A száraz fermentálás előnye az alacsony nedvességtartalomból fakadó csekély anyagáramlás.

9 HEFOP Nedves fermentálás: A nyersanyagok szárazanyag-tartalmát az előkezelés során kb. 10%-osra állítják be. Az anyagok ilyen magas nedvességtartalma és megfelelő állaga lehetővé teszi az egyenletes anyagáramlást és keveredést a reaktoron belül. Előnyösek a feltételek az átalakulási és hőképződési folyamatokhoz, valamint a gázképződéshez. A nedves biogáz-gyártás alapanyaga általában hígtrágya vagy élelmiszer- ipari szervesanyag-tartalmú folyadék, melyeknek szárazanyag-tartalma 2- 8%, és szervesanyag-tartalma 40-60% között van. Az alapanyagot általában naponta több alkalommal szivattyúval táplálják be az erjesztő-térbe. Az erjesztő-térben az úszókéreg, valamint a leülepedés megakadályozására szakaszos, vagy folyamatos keverést kell biztosítani.

10 HEFOP Nedves biogáz-eljárás folyamatábrája

11 HEFOP A félszáraz biogáz-gyártási eljárás a felhasznált alapanyag összetételében tér el lényegében a nedves eljárástól. A fermentorba előre tervezett recept alapján összeállított anyagot juttatnak. Az anyag konzisztenciáját különböző mezőgazdasági melléktermékkel, gyakran szalmával állítják be. A biogáz-termelés egy sajátos területe a kommunális hulladéklerakó helyeken spontán keletkező biogáz összegyűjtése. A hulladéklerakókat megfúrják, becsövezik és az összekötött csővezetékeken elvezetik a biogázt. Az új hulladéklerakókat már a telepítésnél gázgyűjtő rendszerrel látják el.

12 HEFOP Mezofil és termofil fermentálás Az anaerob kezelés egyes szakaszaiban résztvevő baktériumoknak más és más a hőmérsékleti optimumuk. Az erjesztő baktériumok számára a legmegfelelőbb körülmények 30°C-on biztosíthatóak, a mezofil metanogén baktériumok optimuma 33 – 37°C között van, a termofil metanogéneké pedig 55 – 60°C közötti. A baktériumfajok számát tekintve elmondható, hogy az erjesztésben résztvevők nagyobb része a mezofil tartományba tartozik. A legtöbb anaerob kezelési technológia a mezofil baktériumok tevékenységén alapszik..

13 HEFOP Mezofil és termofil fermentálás Mivel a szerves anyagok anaerob úton történő lebomlása során igen kevés energia szabadul fel, a reaktorok megfelelő hőmérsékleten tartásához külső energiaforrást kell igénybe venni. A termofil fermentálás előnyei közé sorolható a nagyfokú higiénizáció, valamint az, hogy a mezofil eljárásokhoz képest akár 10%-kal is hatékonyabb lehet a lebomlás foka, és ezzel együtt a termelt gáz mennyisége is. Ezzel szemben viszont a nettó energianyereség alacsonyabb, mivel a magas hőmérséklet szinten tartásához a termelt biogázból is többet kell felhasználni. A termofil kezelés másik hátránya az, hogy a folyamat során az ammónium–ammónia egyensúly hőmérsékletfüggősége miatt magasabb lesz az ammóniakoncentráció, s ez a metanogén baktériumokra gátlólag hat, sőt akár toxikus is lehet számukra.

14 HEFOP Egy- és kétlépcsős folyamatok Az egylépcsős folyamatoknál a lebontás minden lépése egyetlen reaktorban zajlik. A folyamat során a hőmérséklet és egyéb paraméterek menet közben nem változtathatóak, így azok beállításakor a bontás összes lépésének optimumát figyelembe kell venni. Kétlépcsős folyamatoknál a szilárd és folyékony fázis szétválasztása történhet a metánképződés előtt és azt követően is. A metánképződés előtti szétválasztásnak az az előnye, hogy a folyékony fázis – mint az a szennyvízkezelés gyakorlatában már bebizonyosodott -, nagy teljesítményű reaktorokban viszonylag rövid idő alatt lebontható. Kétlépcsős folyamatoknál a hidrolízis és a savképződés a műszaki berendezések szempontjából is elkülönül az acetát- és metánképződés szakaszaitól

15 HEFOP Az egy- és kétlépcsős folyamatok összehasonlítása Egylépcsős folyamatokKétlépcsős folyamatok Elő- nyök  alacsony beruházási költségek  egyszerű irányítástechnika  nagyobb üzembiztonság  nagyobb fokú alkalmazkodás a részfolyamatok optimumához  hatékonyabb kihasználtság  magasabb fokú higiénizáció a hidrolízis során bekövetkező pH-csökkenés miatt Hátrá- nyok  nincs lehetőség a részfolyamatok optimalizálására  nagyobb a túlsavasodás veszélye (instabil folyamat)  alacsonyabb üzembiztonság  magas beruházási költségek  költséges irányítástechnikai rendszer

16 HEFOP Biohulladékok erjesztésének anyagmérlege

17 HEFOP A biogáz-termelési technológiák egységei: alapanyag tárolása, összeállítása, beadagolása erjesztő (fermentor), gázgyűjtő, biztonsági, szabályozó- és tűzvédelmi berendezések, gáztisztító, komprimáló, gáztároló. Gáztároló berendezések

18 HEFOP Kénmentesítés A vegyiparban használt kénmentesítő eljárások: 1.abszorpciós eljárás, melynek folyamán a H2S mint kénhidrogén regenerálódik (karbonátos eljárások, triaethalominnal való elnyeletés), mérgező anyagokkal folytatott eljárás (arzén-oxidos eljárás), 2.az aktív szenes elnyeletési eljárás, amelynél szénszulfid-keletkezés során robbanásveszély áll fenn, 3.Clauss-féle eljárás (redukció a felszabadult elemi kénig, ezért nagyon drága). A régi katalízises, száraz eljárás a Fe(OH)3-mal mint katalizátorral dolgozik. Az egyszerűen, házilag is készíthető kénmentesítés vasreszeléket tartalmazó anyagon való átvezetéssel oldható meg. A kén reakciója vasszulfidot képez, és csapadék formájában kiválik. A vasreszelék faforgácsra telepítve elfogadható eredményt nyújt. A szakirodalomban beszámolnak arról, hogy gazdaságilag előnyösebb a biogázt ammóniás oldaton is átvezetni, mivel akkor ammónium-szulfokarbonát csapódik ki, ami kinyerhető és az erjesztésnél mint serkentőanyag, avagy a biotrágyában mint tápértéknövelő komponens is értékesíthető.

19 HEFOP CO 2 -eltávolítás: A biogázt zárt tartályban lévő vízen kell átbuborékoltatni. Ha egész pontos gázminőség-beállítás szükséges, a vizet célszerű nátrium- vagy kálium-hidroxiddal, ill. mésszel lúgosítani, így ugyanis a CO 2 karbonátként visszamarad a vizes közegben. Az iszap eltávolításáról gondoskodni kell. Az egyszerű kémiai adalék nélküli átmosás is megfelelő lehet. Nyomás alatti mosás. Ezt normál kompresszorral végre lehet hajtani, ugyanis a technológia elve a gázok különböző oldhatóságának nyomáshatár-különbségére támaszkodik. Az így dúsított gáznak a fűtőértéke 34 MJ/m 3 lehet, amely már benne van abban a sávban, amely az országos hálózatban szállított gázok minőségi szabványában szereplő fűtőértéknek megfelel.

20 HEFOP A biogáz-felhasználás elsődleges területei: fűtés, főzés, melegvíz-előállítás a háztartásban és a mezőgazdaságban hűtés, stabil munkagépek közvetlen hajtása, biogázból villamosenergia-termelés és a termelt áram felhasználása világítási célokra vagy ipari munkagépek hajtására.

21 HEFOP A mezőgazdasági eredetű biogáz-telepek termelését számosállatra (sz.á.) szokás vetíteni. Egy számosállat (500 kg testtömegnyi állat) napi trágyamennyiségéből termelhető energia 0,8 kg tüzelőolajjal egyenlő. A gyakorlatban elérhető szélső értékek: napi 0,2-1,0 kg tüzelőolajnak megfelelő energiatermelés. A számításokban egy szarvasmarha napi trágyatermelését 6,40 kg szerves anyagnak egy sertés napi trágyatermelését 0,51 kg szerves anyagnak vehetjük figyelembe. A túlnyomóan kommunális, szerves eredetű hulladékok termelését lakos-egyenértékben, illetve a szárazanyag-tartalomra vetítetve jellemezik. Szokás a biogáz-termelés hozamát még az erjesztő. a fermentor térfogatára is kifejezni: általában 1 m3 erjesztő-térfogatra naponta 1 m3 biogáz termelést lehet figyelembe venni egy közepes technikai színvonalú, a mezophil zónában termelő telepeknél. (A napi gáztermelést, a lebontás intenzitását természetesen a választott hőmérséklet is befolyásolja.)

22 HEFOP A nedves erjesztési technológiával nyert folyékony biotrágya mezőgazdasági területen való hasznosításánál a szennyvíziszapok mezőgazdasági elhelyezéseire és hasznosítására vonatkozó előírásokat kell betartani. Egészségügyi korlátozás nélkül akkor lehet vele hagyományos módon trágyázni, ha a fekál coliformszám 1 g-ban legfeljebb 1 db, szalmonella 1000 g-ból nem mutatható ki, a biotrágya 100 g-jában bélféregpeték vagy protonos ciszták nem fordulnak elő. A védőtávolságok folyékony biotrágyával való trágyázás esetében azonosak a normál istállótrágyával való trágyázásnál megköveteltekkel (pl. vízművédőzónák, utak, épültek közelítése). A biotrágya hasznosítása

23 HEFOP A folyékony biotrágya kiszórását, elhelyezését a talaj felszínén be kell fejezni: gabonaféléknél a virágzás kezdetéig, réten, legelőn pillangós és szálas takarmánynövényeknél július és augusztus hónapban 14 nappal a legeltetés vagy kaszálás megkezdése előtt; réten, legelőn, pillangós és szálas takarmánynövényeknél július és augusztus hónapok kivételével 21 nappal a legeltetés vagy kaszálás megkezdése előtt; ipari és takarmányozási célra termesztett hüvelyeseknél, szemes takarmányoknál, gyökér- és gumós növényeknél, valamint olaj- és rostnövényeknél 30 nappal a betakarítás előtt.

24 HEFOP Várakozási idő nélkül helyezhető el a folyékony biotrágya a haszonfák, facsemeték, szőlőoltványok, forró levegővel szárított szemes- és szálastakarmány-növényeknél. A folyékony biotrágya-adagokat úgy kell meghatározni, hogy annak nitrogéntartalma a termelendő növények által felvehető nitrogén- (N) mennyiséggel összhangban legyen. A talaj N-pótlásával együtt általában 200 kg/ha N- mennyiséget tartalmazó biotrágyát lehet évente kijuttatni. A tárolások időtartama igazodik a trágyázás időpontjaihoz, ezért a folyékony tározót 1/2 évesre kell méretezni.

25 HEFOP A BIOGÁZ GAZDASÁGOSSÁGI ÉS KÖRNYEZETVÉDELMI MEGÍTÉLÉSE A különböző megjelenési formájú (folyékony, félnedves, nedves) melléktermékek és hulladékok legelőnyösebb kezelési, újrahasznosítási eljárásának tűnik. Az anaerob lebontás nagymértékben csírátlanítja a fertőző környezetterhelő hulladékokat, ezzel egyidejűleg értékes végtermékké (metángáz és komposzt) nemesíti. Mérések bizonyítják, hogy a (25°C hőmérséklet felett lefolytatott erjesztésnél) a Bilharzia-, a horgasféreg-, a galandféreg- stb. peték 99%-ban elpusztulnak - és a gyommagvak csíraképességüket gyakorlatilag elveszítik.

26 HEFOP A BIOGÁZ GAZDASÁGOSSÁGI ÉS KÖRNYEZETVÉDELMI MEGÍTÉLÉSE A biogáz megítélésének egy másik aspektusa a talajerő-fenntartás szervesanyag-szükséglete. Egy természetes ökoszisztémára jellemző a szerves anyag felhalmozódásának és lebomlásának dinamikus egyensúlya. Az ember által befolyásolt ökológiai rendszerekben is akkor biztosítható a természet károsodása nélkül ez a dinamikus egyensúly, ha megteremtjük és fenntartjuk a talaj szerves anyagának megőrzéséhez, szükséges utánpótlásához és azok célszerű lebontásához nélkülözhetetlen feltételeket. Az ilyen termelési tevékenység kedvezően befolyásolja földhasználatot, és a termőterület növényállománnyal való borítása a szél- és vízerózió elleni védekezés egyik hatékony eszköze. A biogáz-termelés során energiatermelés és a talajerő-fenntartás szervesanyag-szükséglete egyaránt biztosítható.

27 HEFOP ENZIMEK: katalizátorfunkcióval rendelkező fehérjék, amelyek az élő szervezetben szubsztrátok specifikus módon történő átalakítását teszik lehetővé, ill. gyorsítják. Működésüket az aktivátorok fokozzák, az inhibitorok gátolják. A katalizált reakció típusa szerint megkülönböztethető enzimek: 1. oxidoreduktázok (oxidációs, redukciós reakciók) 2. transzferázok (funkciós csoport átvitele) 3. hidrolázok (hidrolízis reakciók) 4. liázok (addíciós reakciók kettős kötésre, ill. csoport eltávolítás kettős kötés létrehozással) 5. izomerázok (izomerizációs reakciók) 6. ligázok (új kötés létrehozása ATP hasítással

28 HEFOP OSZTÁLYOZÁS: Cserebomlás: A + B=C + D. Oxidoreduktázok, transzferázok, hidrolázok Addició: A + B=C. Kettőből egy, visszafelé egyet két részre. Liázok. Izomerizáció: A=BIzomerázok (azonos ö.tétel, más szerkezet) Oxidoreduktázok: egy szubsztrátot oxidálnak, miközben egy másik molekulát redukálnak. (A legegyszerűbb csak egy elektront visz át.) Ált. 2 H-t, e-t és p-t visznek át a molekulára, ami általában koenzim. Flavinok, NAD Pl: borostyánkősav + FAD = fumársav + FADH 2

29 HEFOP OSZTÁLYOZÁS Transzferázok: szubsztrát molekuláról egy részlet egy másik szubsztrátra (egyik ált. koenzim) pl. a P-csoportot átvivő kinázok.Glükóz + ATP = glükóz-6-P + ADP Hidrolázok: szubsztrátot hidrolizálják (vízzel ketté). Fehérjét- proteáz, szh-t –glikozidáz, lipidet-lipáz Fehérje + H 2 O = aminosavak Liázok v szintázok: úgy hasítják szét a szubsztrátot, hogy közben az egyik termékben kettőst alakítanak ki. Visszafelé vízelvonás, és egy kettős kötést addicionál. Fumársav + H 2 O = almasav Izomeráz: glicerinaldehid 3P (GAP)dihidroxi-acetonP (DHAP) Ligázok v szintetázok: energiaigényest katalizál, az átalakításhoz e-t ATP, vagy más makroerg fedezi.

30 HEFOP A biotechnológia -a megfelelő enzimkészlettel és átalakító képességgel rendelkező organizmust, ill. közösséget használja fel -az átalakító biotechnológiától különválasztott lépésben termelteti meg a termelő sejtektől elkülönített enzimeket, amelyeket aztán ún. enzimtechnológiákban alkalmaz. Enzimes technológiákon alapulnak az erjedési iparok, az élelmiszeriparok (kenyér-, ecetgyártás, tejsavas erjesztéssel előállított termékek, alkoholtartalmú termékek, fermentált dohány és tea, savanyú tejtermékek és sajtok előállítása stb.), a megú előállító biotechnológiák (bioetanol-gyártás), a kv.-i biotechnológiák (biológiai szennyvíztisztítás, talaj bioremediációja) stb. Ipari méretben előállított enzimeket a legtöbb iparág használ, pl. az élelmiszeripar (tejfehérjék kicsapása oltóenzimmel, izocukorgyártás invertázzal), a konzervipar (lényerés pektinázokkal, puhítás cellulázokkal), a textilipar, a mosószergyártás (mosószerekbe adagolt fehérje- és zsírbontó enzimek), a gyógyszeripar juló energiaforrásokat (emésztést segítő pepszin).

31 HEFOP Enzimes fermentáció Az eljárásnál a mikroszervezetek által termelt enzimek mint biokatalizátorok végzik az anyag átalakítását. Ily módon főként a hulladék cellulóztartalma, vagy az egyszerűbb szénhidrátokká bontott cellulózanyagok, cukrok alakíthatók etanollá vagy más szerves vegyipari alapanyaggá. A hulladékban levő cellulóz enzimes feldolgozására, illetve etanol előállítására alkalmazott eljárás rendszerint három szakaszra különül el:  a cellulóz hidrolízise cukortartalmú masszává,  a cukrok fermentációja,  az etanol koncentrálása desztillációval. A cellulóz hidrolízisére savas bontást alkalmaznak. Az enzimes fermentációs eljárások felhasználásával elsődlegesen állati táplálkozásra szolgáló egysejt-fehérje állítható elő. Hulladékkezelési szempontból az enzimes fermentáció elsődlegesen a mezőgazdasági és élelmiszeripari, valamint a papírhulladékok hasznosításában jelent, ez ideig nagyrészt kiaknázatlan lehetőségeket.

32 HEFOP Fémkinyerés mikrobiológiai úton Egyre kisebb fémtartalmú és egyre nehezebben hozzáférhető fémkészletek. Baktériumos kilúgozódással vagy bioszorpcióval valósítható meg. A baktériumos (indirekt vagy direkt) kilúgozódás során híg oldatok redoxpotenciál változásával az adott fémet oldhatatlan vegyületéből (pl. szulfidjaiból) oldhatóvá teszik, majd hagyományos eljárással (cementálás, elektrolízis) fémformában kinyerik. Így feldolgozhatók például : ércbányászat során visszamaradt kis fémtartalmú ásványok, meddők, ércdúsítási zagyok, vörösiszapok, erőművi pernyék, szállóporok, páclevek, galvánfürdők, iszapok stb. A bioszorpciós eljárás lényege, hogy egyes mikrobák sejtjei fiziko-kémiai erőkkel vonzzák adott vizes oldatok fémionjait. Az eljárás már a gyakorlatban is alkalmazott: fémtartalmú szennyvizek, hulladékok méregtelenítésére, értékes és ritka fémek kinyerésére


Letölteni ppt "HULLADÉKGAZDÁLKODÁS Dr. Dióssy László c. egyetemi docens."

Hasonló előadás


Google Hirdetések