Využití odpadů potravinářského průmyslu pro výrobu bioplynu - biochemicko-technologické základy Pavel Jeníček VŠCHT Praha Ústav technologie vody a prostředí

Biogas production in Europe (2009)

>300 podle dat České bioplynové asociace

Anaerobní proces Rozklad organické hmoty bez přístupu vzduchu C x H y O z + a H 2 O  b CH 4 + c CO 2 + biomasa (S)  H 2 S / S 2- (N)  NH 3 / NH 4 +

Siloxany stopy - 10 ppm Složení bioplynu MethanCH % obj. Oxid uhličitýCO % VodíkH 2 stopy - 4 % DusíkN 2 stopy - 5 % KyslíkO 2 stopy - 2 % Vodní páraH 2 O % SulfanH 2 Sstopy – ppm Amoniak NH 3 stopy ppm

Bioplyn - využití Teplo Kogenerace (el.energie + teplo) 1 m 3 bioplynu = 2,0 - 2,5 kWh el.energie 3,0 - 3,5 kWh teplo

Anaerobní technologie pro využití a likvidaci odpadů Čištění odpadních vod Rozklad organických odpadů

Biologické procesy v technologiích pro využití a likvidaci odpadů Oxická zóna Anoxická zóna Anaerobní zóna ORP* (mV) Denitrifikace Anoxická oxidace Oxická oxidace Nitrifikace Depolymerace fosfátů Desulfatace Acidogeneze Acetogeneze Methanogeneze * ORP měřený proti nejčastěji používané chloridostříbrné elektrodě, standardní je ORP H měřený proti vodíkové elektrodě (tzn. cca mV)

Anaerobní proces - historie Přírodní proces Neoficiální důkazy o tom, že bioplyn se používal pro ohřev vodní lázně v Asýrii v průběhu 10. století př.n.l. a v Persii v průběhu 16. století našeho letopočtu. Marco Polo zmiňuje použití, zakrytých nádrží na odpady v Číně. Podle starověké čínské literatury běžná metoda používaná pravděpodobně let. Alessandro Volta v roce 1776 dospěl k závěru, že existuje přímá souvislost mezi množstvím tlející organické hmoty a množství vyrobeného hořlavého plynu. Technologicky využívaný od konce 19.stol. (septik, využívání bioplynu) 70.léta 20.století - ropná krize – zájem o nové energetické zdroje

Anaerobní rozklad organických látek Bílkoviny Polysacharidy Tuky Alkoholy, nižší mastné kyseliny Kyselina octováVodík Methan Aminokyseliny Monosacharidy Mastné kyseliny hydrolýza acidogeneze acetogeneze methanogeneze Hydrolytické baktérie Fermentační baktérie Acidogenní baktérie Methanogenní baktérie

Bioplyn CH % CO % ( H 2 O, H 2, H 2 S, N 2, vyšší uhlovodíky, … ) Výhřevnost17 – 25 MJ/m 3 ( 1 m 3 BP = 0,6 l LTO )

Transformace znečištění do bioplynu anaerobní rozklad OV ČOV BP anaerobní Odp.

Transformace znečištění do bioplynu aerobní ČOV BM anaerobní rozklad OV ČOV BP anaerobní Odp.

Výhody anaerobního čištění OV ( v porovnání s aerobním )  nízká spotřeba energie  nízká produkce biomasy  vysoká koncentrace biomasy  vysoké objemové zatížení  nízké požadavky na nutrienty

Nevýhody anaerobního čištění OV ( v porovnání s aerobním )  delší doba zapracování  vyšší citlivost na změny podmínek  minimální odstranění nutrientů  nutnost dočištění

Anaerobní reaktory    suspenzní biomasa imobilizovaná biomasa   biofilm agregace   fixovaný nosič pohyblivý nosič

Anaerobní reaktory

Typy anaerobní biomasy granulovaná 1 mm suspenzní

Granulovaná anaerobní biomasa

Princip reaktoru UASB

UASB reaktor

IC reaktor

Doporučené objemové zatížení reaktoru UASB (kg/m 3.d – CHSK)) (granulovaný kal X=15-25 g/l) T ( o C) Acidifikované OV Neacidifiko- vané OV Vysoká koncentrace NL ,5-31,

Odpadní vody potravinářského průmyslu vysoká koncentrace organického znečištění stabilní a vyšší teplota  Výhodné pro anaerobní proces až 90 % energie substrátu lze přeměnit na bioplyn

Kombinace anaerobního předčištění a aerobního dočištění OV umožňuje zvýraznit výhody a potlačit nevýhody obou  nízké provozní náklady  vysoká kvalita odtoku včetně nutrientů

Energetické důsledky Díky produkci bioplynu může být čištění odpadních vod energeticky soběstačné – městské ČOV (anaerobní stabilizace kalů), nebo dokonce energeticky aktivní – prům. ČOV (anaerobní čištění odpadních vod).

Energetický potenciál odpadních vod Typ OVEP (m 3 /m 3 ) splaškové0,2 pivovarské1,5 cukrovarské5,0 škrobárenské7,6 melasové výpalky25 výroba threoninu32 výroba sirupů60 výroba bionafty80

Provozní příklad Přítok(m 3 /d)556 CHSK(g/l)8,54 Zatížení kalu(kg/kg.d)0,57 Účinnost - CHSK (anaerobní stupeň) (%)91,0 Produkce bioplynu(m 3 /d)2450 Podíl methanu(%)76,4

Příklad intenzifikace průmyslové ČOV aerobieanaerobie Spotřeba el. energie kWh/měsíc Produkce bioplynu m 3 /měsíc Potřeba tepla pro ohřev GJ/měsíc Bioplyn využitelný mimo ČOV m 3 /měsíc Využitelná energie bioplynu GJ/měsíc

ZÁVĚR  Anaerobní čištění průmyslových odpadních vod je dnes běžnou čistírenskou technologií.  Jednoznačná perspektivnost této technologie je dána její ekologickou, energetickou a ekonomickou výhodností.  Anaerobní zpracování odpadních vod může pokrýt energetické potřeby na čištění vod včetně aerobního dočištění a ještě energeticky dotovat samotnou průmyslovou výrobu.