PTE PMMK Környezetmérnöki Szak (BSC) Iszapszerű hulladékok kezelése és biogáz hasznosítás 5. 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

Száraz anyag csökkenés a stabilizációs folyamat során

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

Rothasztási módok I. hideg (hőmérsékleten történő) rothasztás T15 oC Tartózkodási idő 60 – 120 nap Kis telepeken Biogáz hasznosítás nincs mezofil rothasztás T=30-38 oC 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

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

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

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

A rothasztás fázisai, anaerob lebontás folyamata

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

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

Mezofil és termofil rothasztás üzemi paraméterei

Kialakítási alternatívák

Rothasztó műtárgy és kiegészítő berendezései

Kezelőhíd és rothasztó kapcsolata

Rothasztó és fázisszétválasztás (utórothasztó)

Keverési alternatívák

Fűtési alternatívák

Hő-visszanyerés a rothasztó hő-mérlegének javítására

Hőigény Az iszap felfűtésének hőmennyisége (MI-10-127/8-84): A rothasztó fűtési hőigénye az alábbiakból tevődik össze: Iszap felfűtése Recirkulációs iszap felfűtése Rothasztómű hővesztesége 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)

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

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

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

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

Biogáz minősége

Biogáz és földgáz összehasonlítása

Szerves anyag csökkenés a rothasztóban 30 C°-on

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

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!!!)

Gázmotorok kialakítása Főbb egységek: motor-generátor egység hőcserélők, kényszerhűtők, saját villamos energiaellátó rendszer kapcsoló szekrény a vezérlési és felügyeleti funkciók ellátására, konténer saját szellőztetési és hangcsillapítási rendszere szükséges bemeneti és kimeneti vezeték csatlakozások.

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

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

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)

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

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: Sludge Reduction Technológies in Wastewater Treatment Plants. IWA Publishing, New York, 2010.

Köszönöm a megtisztelő figyelmet!