Osnove anaerobne fermentacije

nusproizvoda u stočarstvu

Dr. sc. Robert Spajić

Katedra za mehanizaciju i zdravstvenu zaštitu u stočarstvu

Poljoprivredni fakultet u Osijeku

Kratki pregled

Biološki procesi

Tipovi fermentora/digestora

Uvjeti zbrinjavanja

Izazovi na putu prema uspjehu

Kratki pregled procesa anaerobne

fermentacije

H2S

Stajnjak

Ugljični

dioksid

(CO2)

Obrađena „otpadna” voda

patogeni,

makrohranjiva,

nestabilne organske

tvari

Energija Metan (CH4)

• smanjenje

patogena

• velika hranjivost,

visokovrijedno

organsko gnojivo

• stabilnost (manje

mirisa)

Anaerobna fermentacija

Biološki proces

SLOŽENI POLIMERI

BJELANČEVINE UGLJIKOHIDRATI MASTI/LIPIDI

AMINOKISELINE, ŠEĆERI MASNE KISELINE, ALKOHOLI

MEĐUPROIZVODI

(propionat, butirat itd.)

ACETAT VODIK

UGLJIČNI DIOKSID

METAN

UGLJIČNI DIOKSID

FERMENTACIJA ANAEROBNA

OKSIDACIJA

ACETIKLASTIČNA

METANOGENEZA

REDUKTIVNA

METANOGENEZA

HOMOACETOGENEZA

HIDROLIZA

Mikrobiologija anaerobne razgradnje

Proces anaerobne fermentacije

osjetljiv je na promjene u:

Temperaturi

Lužnatosti

Kvaliteti (jačini) sirovine - (utovarnoj stopi) OLR

Protjecanju – hidraulici (vremenu hidrauličnoga

zadržavanja - HRT)

Sustav zbrinjavanja i gospodarenja

gnojovkom, stajnjakom

Uspješni anaerobni fermentori (bioplinska

postrojenja)

- zahtjevaju predanost na licu mjesta

Sakupljanje

Primjena/

Uporaba

Fermentor/

Digestor/

Razgrađivač

Skladištenje

Sustav gospodarenja nusproizvodima

životinjskoga podrijetla

Što možemo koristiti u bioplinskom postrojenju?

SUPSTRATI, KO-SUPSTRATI

Poljoprivreda

• Stajnjak

• Gnojovka

• Biomasa (kukuruzovina, pljevica, zelena masa)

• Kukuruzna silaža, sjenaža energetskih biljaka

Pehrambena industrija:

• Pivski kvasac

• Sirutka

• Stari kruh

• Klaonički otpad „sterilizacija” (2. i 3. kat)

Poljoprivreda

Prehrambena industrija

Prednosti anaerobne fermentacije

Proizvodnja električne struje

Obnavljanje topline

Mogućnost prodaje ugljika

Kontrola mirisa

Proizvodnja bioplina

Proizvodnja bioplina

• Bioplin je u pravilu 60-65% metan, a vrijednost zagrijavanja mu je

otprilike 22,5 megadžula po m3 (600 BTU po kubičnoj stopi).

• KORACI

Hidroliza

Acidogeneza

Acetogeneza

Metanogeneza

Proizvodnja bioplina

Bioplin sadrži i vlagu, ugljični

dioksid (CO2) i hidrogen sulfat

(H2S), te ostale spojeve u

tragovima.

Toplinski režimi rada

• Psihrofilni < 20ºC

• Mezoflni 30 – 40ºC

• Termofilni 43 – 55+ºC

Važni parametri

• Temperatura – tri osnovna modela

• pH vrijednost : (7 – 8), ispod 6 i iznad 8.3 –

opasnost od inhibicije procesa

• Hlapljive masne kiseline (HMK) – povećana

koncentracija = neadekvatan proces razgradnje

• Amonijak (bjelančevine) – povećana koncentracija

može inhibirati proces razgradnje

OLR - Organic loading rate

HRT – Hidraulic retention time

OLR = m * c / VR

OLR – unos organske tvari (kg/d/m3)

m – masa supstrata (kg/d)

c – sadržaj organske tvari (%)

VR – volumen fermentora (m3)

HRT = VR / V

HRT – vrijeme hidraulične retencije (dan)

VR - volumen fermentora (m3)

V – volumen supstrata unesen u jedinici

vremena (m3/dan)

Uobičajene konfiguracije za

anaerobnu fermentaciju stajnjaka, gnojovke

• Pokrivene lagune (na otvorenome i zagrijavane)

• Fermentori/digestori s potpunim miješanjem (RPM)

• Fermentori/digestori sa stalnim dotokom

• Anaerobni reaktori s nizanjem serija

(ARNS)

• Fermentori/digestori s fiksiranim filmom

(anaerobni filteri)

Pokrivene anaerobne lagune

Pokrivene lagune

Prednosti

• (Relativno) niski troškovi

• Niska razina tehnologije / jednostavna izgradnja

Nedostatci

• Održavanje folije / trajnost

• Velika površina

• Gomilanje krute tvari/ hranjiva – slabo mješanje

Fermentori s potpunim miješanjem

Fermentori s potpunim miješanjem

Potpuno promiješani reaktori-spremnici (PPRS) Reaktori za tekućine s potpunim miješanjem (RTPM) Spremnici sa stalnim dotokom i miješanjem (SSDM)

Kontaktni procesi

Fermentori s potpunim miješanjem

Potpuno promiješani reaktori-spremnici (PPRS) Reaktori za tekućine/sirovine s potpunim miješanjem

(RTPM) Spremnik sa stalnim dotokom i miješanjem (SSDM)

Kontaktni procesi

Fermentori s potpunim miješanjem

Prednosti

• Visoka razina iskustva u tehnologiji

• Pokriva širok raspon dotoka krutih tvari (KT)

+ Može se rabiti sa sustavima struganja ili samoispiranja

+ Može se rabiti u svinjogojskim ili govedarskim sustavima

Nedostatci

• Slaba imobilizacija krute mase (HRT)

• Potreba za mehaničkim miješanjem

Fermentori sa stalnim dotokom

Fermentori sa stalnim dotokom

bez miješanja

Fermentori sa stalnim dotokom

Prednosti

• Dobra iskustva s goveđim stajnjakom/gnojovkom

• Dobar za sustave sa skreperima

Nedostatci

• Traži veliku količinu krute tvari u otpadu (11 - 14 %)

• Nekompatibilnost sa steljom od pijeska

Anaerobni reaktor sa šaržnim punjenjem -

nizanjem serija (ASBR)

Taloženje

Odvod

Pretakanje

Reakcija

Bioplin Dotok

Punjenje

Schematic – Dr. G.L. Hawkins

Anaerobni reaktori s nizanjem serija

Prednosti

• Pokriva veliki raspon dotoka krute tvari

Nedostatci

• Ograničeno poznavanje tehnologije

• Mogućnost nagomilavanja krute tvari u reaktoru

Fermentori s fiksiranim

filmom/inokulatom

Dotok Bioplin

Odvod

Schematic – Dr. G.L. Hawkins

Dotok Bioplin

Odvod

Schematic – Dr. G.L. Hawkins

Razgrađivači s fiksiranim filmom

Prednosti

• Kratko HRT

• Izvrsna imobilizacija biomase

• Dobar za sustave s ispiranjem „otpada”

Nedostatci

• Ne može primiti otpad sa srednjom / visokom krutom

tvari

• Nužno odvajanje krute tvari

• Mogućnost začepljenja

Dozirni sustavi za sirovine u

bioplinskim postrojenjima

Potencijalni izazovi na putu prema

uspjehu:

• Veliki investicijski troškovi

• Niske veleprodajne cijene električne struje

(+0.16EUR/kWh)

• Management koji kontrolira sustav upravljanja

• Nedostatak dobro razvijene prateće

industrije (sirovina, servis… i sl.)

Za zapamtiti o anaerobnim fermentorima

(bioplinskim postrojenjima)

• Dokazana su tehnologija

• Konvertiraju nusproizvode poljoprivredne i prehrambene

industrije u visokovrijedno organsko gnojivo

• Osiguravaju smanjeni intenzitet negativnih mirisa

• Ne zamjenjuju sustave zbrinjavanja/gospodarenja otpadom

• Mogu zahtijevati visokoeducirani management

Bioplinsko postrojenje sa multisirovinskom

osnovom za proizvodnju bioplina

Nusproizvod bioplinskog postrojenja,

DIGESTAT !

• Sirovine “otpad” u bioplinskom postrojenju

• Proces fermentacije (amonijski oblik N – u

nitratni oblik N)

• Visokovrijedno organsko gnojivo

• Izuzetno pogodno za gnojidbu ratarskih kultura

• Poboljšanje pH tla

• Smanjen udio masnih kiselina – smanjen

negativan utjecaj na biljke u uzgoju

Digestat kao gnojivo

Kao tekući supstrat

Kao polusuhi supstrat

Kao suhi supstrat

Pitanja ?

Komentari !