WYKŁAD 7
Metody beztlenowe z procesem głównym fermentacją metanową przy unieszkodliwianiu odpadów zawierające substancje ulegające biodegradacji to:
1. Fermentacja metanowa w komorach
2.Składowanie odpadów , gdzie procesem głównym jest też fermentacja metanowa frakcji ulegającej biodegradacji
Produktami fermentacji metanu są:
- amoniak
- fosforowodór
- siarkowodór
Produktami końcowymi fermentacji CH4 są przede wszystkim:
- metan
- CO2
- w zależności od pH pewne ilość CO i H2,
- H2S i NH3, a także pozostałość pofermentacyjna
Fermentacja metanowa w komorach:
Rozróżniamy 2 zasadnicze etapy fermentacji metanowej:
a) faza kwaśna
b) faza zasadowa
Ze względu na kryteria podziału fermentacji metanowej w komorach rozróżniamy następujące systemy.
a) ze względu na zawartość suchej masy
- fermentacja sucha – zawartość suchej masy >25%
- fermentacja mokra – zawartość suchej masy od kilku procent do 25% (praktycznie do 10%)
Niektórzy rozróżniają fermentację mokrą z zawartością do 10% suchej masy, półsuchą (10-25%) i sucha 25-40% zawartością suchej masy
b) ze względu na prowadzenie procesu rozróżniamy
- fermentację okresową (reaktor załadowuje się wsadem, przebiega proces i się wyłącza)
- fermentację ciągłą – cały czas dostarcza się wsad i odprowadza produkt ciekły
c) ilość reaktorów w których realizowany jest cały proces
- fermentacja jednostopniowa (kwaśna i zasadowa przebiegają w jednym, tym samym reaktorze następując po sobie)
- fermentacja dwustopniowa – faza kwaśna w jednym, a zasadowa w drugim reaktorze
- fermentacja wielostopniowa a praktycznie trójstopniowa jeżeli procesowi poddawane są odpady zawierające znaczne ilości substancji ulegających przemianom biochemicznym np. celuloza czy lignina wówczas dodaje się jeszcze jeden bioreaktor (=fermentator) w celu przedłużenia procesu i zwiększenia stopnia przemiany.
d) sposób mieszania zawartości fermentatrów
- za pomocą mieszadeł mechanicznych
- barbotażowo (za pomocą pęcherzyków wydzielających się w trakcie procesu gazu)
- specjalnie jak w technologii Balroga
e) ze względu na temperaturę:
-fermentacja mezofilowa ß nie zapewnia unieszkodliwienia odpadów pod względem sanitarnym
-fermentacja termofilowa
Wydzielający się podczas fermentacji metanowej biogaz może zawierać lekko ponad 50, a nawet nieco powyżej 60% metanu, ok.30 % CO2, pozostałe to CO, H2S, NH3, N2.
Biogaz ma wysoką wartość opałową i po oczyszczeniu może być wykorzystywany do produkcji energii na sposób ciepła lub energii elektrycznej. Pozostałość po fermentacyjna pod pewnymi warunkami może być wykorzystywana, ale dla fermentacji mezofilowej konieczna jest jej higienizacja.
Podział składowisk:
• odpadów niebezpiecznych
• odpadów obojętnych
• odpadów innych niż obojętne i niebezpieczne
Odpady które zawierają substancje ulegające biodegradacji podczas składowania ulegają szeregowi przemian:
1) faza tlenowa – powietrze a przede wszystkim tlen zawarty w odpadach powodujący procesy mineralizacji w warunkach tlenowych aż do wyczerpania się tlenu. Trwa kilka – kilkanaście dni. Wszystkie pozostałe są beztlenowe
2) fermentacja kwaśna – powstawanie kwasów tłuszczowych, zaczynają się wydzielać większe ilości CO2, wydziela się też H2, ilość N2 spada. Faza ta może trwać 2-3 tygodnie do miesiąca.
3) fermentacja metanowa niestabilna (metanogenna) – niestabilna bo zmieniają się zawartości gazów w biogenie : CO2 spada, CH4 wzrasta, H2 spada. Może trwać kilka tygodni do kilku miesięcy
4) fermentacja metanowa stabilna –stabilna bo w składzie wydzielającego się biogazu zawartość metanu i CO2 jest stała (ok 60% CH4, ok 40% CO2) Faza ta może trwać kilka lat – średnio 2 lata.
Faza 4 ważna jest przy odgazowaniu składowisk ponieważ wydzielający się biogaz może być wykorzystywany do produkcji energii.
Występuje jeszcze 5 faza:
5) Fermentacja metanowa zanikająca . W związku z wyczerpywaniem się substancji ulegających biodegradacji zmniejsza się ilość wydzielanego metanu i CO2.
Składowiska potencjalnie oddziaływają na wszystkie elementy środowiska, dlatego przy budowie i eksploatacji trzeba wprowadzić takie techniki i technologie aby temu zapobiec.
Uszczelnianie składowiska zapobiega przedostawaniu się odcieków do wód gruntowych i podziemnych podobnie jak zabezpieczenie za pomocą ścian betonowych, które również uniemożliwiają penetrację w gruncie biogazu.
Aby nie następował proces samozapalania się składowisk (powstawanie produktów niepełnego spalania) stosuje się odgazowanie składowisk (odejmowanie, zbieranie biogazu).
Jeżeli skład biogazu jest poza fazą fermentacji metanowej stabilnej musi on być spalony w pochodniach. Biogaz zawierając znaczne ilości metanu wpływa również na ilość ozonu. Eksploatacja składowiska powinna zapewniać również nie roznoszenie się pyłów i aerozoli biologicznych, utrudnienie dostępu ptakom i gryzoniom.
4