EnglishRSSkontaktyčlenstvísitemapinzerce a reklama
Biom.cz
biomasa, biopaliva, bioplyn, pelety, kompostování a jejich využití

ODBORNÉ ČLÁNKY

Posouzení možností anaerobního zpracování vybraných potravinářských odpadů a biskvitové moučky

1 Úvod

Centrum environmentálních technologií VŠB-TU Ostrava ve spolupráci s firmou VÍTKOVICE POWER ENGINEERING, a.s. řešilo v letech 2007 až 2010 projekt získaný ve veřejné soutěži IMPULS vyhlášené Ministerstvem průmyslu a obchodu ČR.

Obr. : ilustrační foto
Projekt s evidenčním číslem FI-IM4/215 byl zaměřen na výzkum a vývoj nových technologií kofermentace zemědělských odpadů a dalších biogenních materiálů s cílem zvýšení energetické a ekonomické efektivnosti procesu.[1] V první etapě projektu byla provedena modelová anaerobní kofermentace hovězí kejdy s řadou organických kosubstrátů (biologicky rozložitelných odpadů a záměrně pěstovanou biomasou) s cílem získání poznatků o vlivu jejich přídavku na produkci bioplynu respektive metanu. Přitom byly sledovány vlastnosti a složení digestátu s cílem zjistit, zda přídavky kosubstrátu zvyšují problematičnost využití digestátu ke hnojení zemědělských pozemků případně pro jiné způsoby využití. V tomto příspěvku je diskutována modelová anaerobní kofermentace hovězí kejdy se třemi různými bioodpady z potravinářského průmyslu (z výroby cukrovinek). Hovězí kejda byla kofermentována jednak se směsným odpadním těstem (dále jen těsto), se směsnou odpadní oplatkovou hmotou (dále jen oplatky), a s krmnou biskvitovou moučkou (produkt vyrobený přepracováním zkrmitelných bioodpadů z výroby cukrovinek). Všechny tři testované kosubstráty byly získány z firmy CERVUS, s.r.o. Olomouc, která se zabývá zpracováním potravinářských odpadů především z cukrářských výrob na biskvitovou moučku (obchodní název EKPO). Původce bioodpadů (firma Opavia - LU, s.r.o. Opava) zařadil tyto odpady pod katalogové číslo 020601 (Suroviny nevhodné ke spotřebě nebo zpracování).

V současné době obě zmíněné firmy hledají nové možnosti využití biologicky rozložitelných odpadů kromě dosud uplatňovaného kompostování či pouhého ukládání na skládky. Odpadních těst a oplatkové hmoty podobného charakteru v ČR vzniká měsíčně několik set tun. Značná část je spolu s odpadní čokoládovou hmotou používána pro výroby biskvitové moučky (cenné aditivum do krmných směsí pro dobytek).

Biskvitová moučka je materiál s vysokým obsahem anaerobně snadno rozložitelných látek (škroby, jednoduché sacharidy, lipidy, proteiny) a minimálním obsahem anaerobně nerozložitelné vlákniny. Anaerobní digesce mokrou cestou se zde jeví jako perspektivní způsob využití. V tabulce 1 je uvedeno složení použité hovězí kejdy, jednotlivých kosubstrátů a modelových vstupních směsí.

 
Tabulka 1: Průměrné složení hovězí kejdy, kosubstrátů a vstupních směsí
 

Poznámka: Byl analyzován omezený počet vzorků jednotlivých vstupních směsí (1 až 2 vzorky). U hovězí kejdy se jedná o průměrné hodnoty zjištěné za celou dobu výzkumného projektu (3 roky). Je uveden poměr celkových obsahů prvků C, N, P.

2 Metodika

Experimentální práce byly realizovány na několika kontinuálních modelových anaerobních fermentorech o shodném reakčním objemu 60 dm3. Kontinuální testy byly vedeny po dobu několika měsíců. Fermentační teplota byla zvolena v mezofilní oblasti (40 °C + 3 °C). Jako základní substrát (zároveň inokulum pro zapracování fermentoru) byla zvolena hovězí kejda o průměrném obsahu celkové sušiny 8 % hm., průměrném obsahu organických látek v sušině 80 % hm., CHSKCr 80000 mg.dm-3, pH 7,2. Tato kejda je materiál dlouhodobě úspěšně využívaný jako nosný substrát v referenční zemědělské bioplynové stanici firmy VÍTKOVICE POWER ENGINEERING, a.s. v Pustějově. [1]

Každý modelový fermentor byl kontinuálně pomaloběžně míchán, pravidelně denně (s výjimkou víkendů a státních svátků) doplňován čerstvou dávkou vstupní směsi (nejprve dávkou hovězí kejdy, poté postupně dávkou kejdy s 10% respektive 20% obsahem kosubstrátu). Odpovídající objem digestátu byl denně odpouštěn a pravidelně analyzován. Podrobně byla sledována především produkce bioplynu a jeho složení (obsah metanu, oxidu uhličitého, sulfanu, kyslíku). Analýza složení bioplynu byla denně prováděna přenosným analyzátorem BINDER COMBIMASS Ga-m1 s infračerveným senzorem pro měření obsahu CH4 (0 až 100 % obj.), CO2 (0 až 100 % obj.), elektrochemickým senzorem pro měření obsahu O2 (0 až 25 % obj.) a H2S (0 až 0,5 % obj.). Vypočteny byly měrné produkce bioplynu respektive metanu [2].

Podíl kosubstrátu (odpadního těsta, oplatkové hmoty respektive biskvitové moučky) ve vstupní směsi byl zvolen 10 % hm. (zatížení fermentoru v rozmezí 1,36 až 1,56 kgVS.dm-3.d-1) a poté 20 % hm. (zatížení fermentoru se lišilo v rozmezí 1,70 až 2,17 kgVS.dm-3.d-1). Digestáty byly odpouštěny rovněž denně a pravidelně testovány na obsah celkové sušiny, obsah organických látek, obsah celkového organického uhlíku, obsah celkového, amoniakálního a dusičnanového dusíku, těžké kovy, nižší mastné kyseliny. Také byly provedeny mikrobiologické rozbory, viz tabulka 5.

3 Výsledky jejich diskuze

A) Kofermentace hovězí kejdy a odpadního těsta

Po přibližně čtrnáctidenním zapracování modelu na hovězí kejdu byla dávkována vstupní směs 90 % hm. hovězí kejdy a 10 % hm. odpadního těsta (období a).

Obr. 1: Kofermentace hovězí kejdy a odpadního těsta směsného
Vstupní směs o průměrné celkové sušině 13 % hm. a přibližné měrné hmotnosti 1020 kg.m-3 byla dávkována po dobu 41 dnů. Při průměrném zatížení fermentoru organickými látkami 1,355 kgVS.m-3.d-1 a průměrné hydraulické době zdržení 90 d bylo produkováno 73 dmN3.d-1 bioplynu, respektive 44 dmN3.d-1 metanu. Produkce metanu vztažená na jednotku objemu reaktoru (intenzita produkce metanu) byla průměrně 0,731 mN3.m-3.d-1. Produkce metanu vztažená na hmotnostní jednotku přivedených organických látek vyšla průměrně 0,539 mN3.kgVSo-1 a produkce metanu vztažená na hmotnostní jednotku odstraněných organických látek vyšla průměrně 0,723 mN3.kgVSp-1. Rozdíl obsahu organických látek ve vstupní směsi a v digestátu byl v tomto období zjištěn průměrně 8,8 % hm. vzorku, z čehož vychází účinnost odstranění organických látek anaerobním procesem 75 %.

Tabulka 2: Parametry modelové kofermentace hovězí kejdy s odpadním těstem

Následně byla po dobu 84 dnů (období b) kofermentována vstupní směs 80 % hm. hovězí kejdy a 20 % hm. odpadního těsta. Směs měla průměrnou sušinu 17,3 % hm. a měrnou hmotnost 1026 kg.m-3. Při průměrném zatížení fermentoru organickými látkami 1,703 kgVS.m-3.d-1 a průměrné době zdržení 95 d bylo produkováno 84 dmN3.d-1 bioplynu, respektive 49 dmN3.d-1 metanu. Produkce metanu vztažená na jednotku objemu reaktoru byla průměrně 0,822 mN3.m-3.d-1. Produkce metanu vztažená na hmotnostní jednotku přivedených organických látek vyšla průměrně 0,483 mN3.kgVSp-1 a produkce metanu vztažená na hmotnostní jednotku odstraněných organických látek vyšla průměrně 0,616 mN3.kgVSo-1. Rozdíl obsahu organických látek ve vstupní směsi a v digestátu byl v tomto období zjištěn průměrně 12,4 % hm. vzorku, z čehož vychází účinnost odstranění organických látek anaerobním procesem 78 %. Průměrné hodnoty naměřených a vypočtených parametrů za jednotlivá kofermentační období jsou uvedeny v tabulce 2. Graficky je průběh znázorněn v grafu na obrázku 1.

B) Kofermentace hovězí kejdy a odpadní oplatkové hmoty

Po přibližně čtrnáctidenním zapracování modelu na hovězí kejdu byla dávkována vstupní směs 90 % hm. hovězí kejdy a 10 % hm. oplatků (období a). Vstupní směs o průměrné sušině 14,4 % hm. a měrné hmotnosti 1020 kg.m-3 byla dávkována 36 dnů. Při průměrném zatížení fermentoru organickými látkami 1,562 kgVS.m-3.d-1 a průměrné době zdržení 86 d bylo produkováno 74 dmN3.d-1 bioplynu, respektive 43 dmN3.d-1 metanu. Produkce metanu vztažená na jednotku objemu reaktoru byla průměrně 0,716 mN3.m-3.d-1. Produkce metanu vztažená na hmotnostní jednotku přivedených organických látek vyšla průměrně 0,458 mN3.kgVSp-1 a produkce metanu vztažená na hmotnostní jednotku odstraněných organických látek vyšla průměrně 0,607 mN3.kgVSo-1.

Obr. 2: Kofermentace hovězí kejdy a odpadní oplatky
Rozdíl obsahu organických látek ve vstupní směsi a v digestátu byl v tomto období zjištěn průměrně 10,0 % hm. vzorku, z čehož vychází účinnost odstranění organických látek anaerobním procesem 76 %.

Vstupní směs 80 % hm. hovězí kejdy a 20 % hm. oplatků (období b) o průměrné sušině 19,1 % hm. a měrné hmotnosti 1025 kg.m-3 byla dávkována 84 dnů. Při průměrném zatížení fermentoru organickými látkami 1,897 kgVS.m-3.d-1 a průměrné době zdržení 95 d bylo produkováno 73 dmN3.d-1 bioplynu, respektive 43 dmN3.d-1 metanu. Produkce metanu vztažená na jednotku objemu reaktoru byla průměrně 0,722 mN3.m-3.d-1. Produkce metanu vztažená na hmotnostní jednotku přivedených organických látek vyšla průměrně 0,380 mN3.kgVSp-1 a produkce metanu vztažená na hmotnostní jednotku odstraněných organických látek vyšla průměrně 0,490 mN3.kgVSo-1.

Tabulka 3: Parametry modelové kofermentace hovězí kejdy s odpadní oplatkovou hmotou
Rozdíl obsahu organických látek ve vstupní směsi a v digestátu byl v tomto období zjištěn průměrně 13,8 % hm. vzorku, z čehož vychází účinnost odstranění organických látek anaerobním procesem 78 %. Průměrné hodnoty naměřených a vypočtených parametrů za jednotlivá kofermentační období jsou uvedeny v tabulce 3. Graficky je průběh znázorněn v grafu na obrázku 2.

C) Kofermentace hovězí kejdy a biskvitové moučky

Po přibližně čtrnáctidenním zapracování modelu na hovězí kejdu byla dávkována vstupní směs 90 % hm. hovězí kejdy a 10 % hm. biskvitové moučky (období a). Vstupní směs o průměrné sušině 12,6 % hm. a měrné hmotnosti 1031 kg.m-3 byla dávkována 42 dnů. Při průměrném zatížení fermentoru organickými látkami 1,309 kgVS.m-3.d-1 a průměrné době zdržení 87 d bylo produkováno 53 dmN3.d-1 bioplynu, respektive 31 dmN3.d-1 metanu. Produkce metanu vztažená na jednotku objemu reaktoru byla průměrně 0,523 mN3.m-3.d-1. Produkce metanu vztažená na hmotnostní jednotku přivedených organických látek vyšla průměrně 0,399 mN3.kgVSp-1 a produkce metanu vztažená na hmotnostní jednotku odstraněných organických látek vyšla průměrně 0,555 mN3.kgVSo-1. Rozdíl obsahu organických látek ve vstupní směsi a v digestátu byl v tomto období zjištěn průměrně 7,9 % hm. vzorku, z čehož vychází účinnost odstranění organických látek anaerobním procesem 72 %.

Tabulka 4: Parametry modelové kofermentace hovězí kejdy s biskvitovou moučkou

Vstupní směs 80 % hm. hovězí kejdy a 20 % hm. biskvitové moučky (období b) o průměrné sušině 21,6 % hm. a měrné hmotnosti 1057 kg.m-3 byla dávkována 84 dnů. Při průměrném zatížení fermentoru organickými látkami 2,168 kgVS.m-3.d-1 a průměrné době zdržení 95 d bylo produkováno 77 dmN3.d-1 bioplynu, respektive 45 dmN3.d-1 metanu. Produkce metanu vztažená na jednotku objemu reaktoru byla průměrně 0,750 mN3.m-3.d-1. Produkce metanu vztažená na hmotnostní jednotku přivedených organických látek vyšla průměrně 0,346 mN3.kgVSp-1 a produkce metanu vztažená na hmotnostní jednotku odstraněných organických látek vyšla průměrně 0,449 mN3.kgVSo-1.

Obr. 3: Kofermentace hovězí kejdy a biskvitové moučky
Rozdíl obsahu organických látek ve vstupní směsi a v digestátu byl v tomto období zjištěn průměrně 15,0 % hm. vzorku, z čehož vychází účinnost odstranění organických látek anaerobním procesem 77 %. Průměrné hodnoty naměřených a vypočtených parametrů za jednotlivá kofermentační období jsou uvedeny v tabulce 4. Graficky je průběh znázorněn v grafu na obrázku 3.

Autoři Ranade a kol. [3] uvádějí pro směsný odpad z produkce oplatků a čokolády produkci bioplynu pouze 0,466 m3.kg-1 (na kilogram odpadu). Této produkce dosáhli při modelové zkoušce s dobou zdržení substrátu 40 d a obsahem celkové sušiny na vstupu 10 % hm. Při době zdržení 30 d zaznamenali okyselování, nadměrnou kumulaci nižších mastných kyselin (přetížení fermentoru).

Parametry modelových digestátů

V tabulce 5 jsou uvedeny výsledky analýz odebraných vzorků digestátů. Dle vyhlášky MZe č. 271/2009 Sb. [4] všechny digestáty nesplňovaly limitní hodnoty pro měď, jelikož měď již byla obsažena ve zvýšených koncentracích v samotné hovězí kejdě. Kumulace mědi v kejdě byla způsobená používáním skalice modré při dezinfekci kopyt dobytka. Koncentrace ostatních rizikových prvků (těžké kovy) naměřených v digestátech nepřekročily limitní hodnoty určené vyhláškou. Všechny vzorky digestátů obsahovaly více než 25 % spalitelných látek v sušině a více než 0,6 % celkového dusíku v sušině, lze je tedy považovat za hodnotná organická hnojiva.

Tabulka 5: Parametry modelových digestátů

Dále bylo provedeno porovnání výsledků rozborů modelových digestátů s legislativními požadavky na digestáty z bioodpadů používané mimo zemědělskou půdu (dle vyhlášky MŽP č. 341/2008 Sb., příloha č. 5, tabulka 5.1) [5]. Z porovnání naměřených hodnot s limitními hodnotami koncentrací vybraných rizikových prvků a látek vyplývá, že problematickým ukazatelem je měď. Kritéria pro kontrolu účinnosti hygienizace sledováním indikátorových mikroorganismů nesplnil digestát s 20 % odpadního těsta, odpadních oplatků, a biskvitové moučky. Při 10 % kosubstrátu digestáty vyhověly. Každý analyzovaný vzorek digestátu splnil znaky jakosti rekultivačního digestátu (tzn. vlhkost max. 98 % hm., celkový dusík min. 0,3 % hm. a pH v rozmezí 6,5-9,0). V případě použití hovězí kejdy z jiného zdroje by měď nemusela být problematickým parametrem.

Závěr

Cílem experimentů bylo posouzení možností využití odpadního těsta, odpadní oplatkové hmoty a biskvitové moučky k výrobě bioplynu. Na základě výsledků provedených kontinuálních kofermentačních testů při teplotě 40 °C lze formulovat tyto závěry:

  • Odpadní těsto, odpadní oplatková hmota i biskvitová moučka jsou spolu s hovězí kejdou velmi dobře rozložitelné jednostupňovým anaerobním procesem při zatížení fermentoru v rozmezí 1,3 až 2,1 kgVS.m-3.d-1, při době zdržení 85 až 90 dnů. Za těchto podmínek je obsah organických látek vstupní směsi snížen o průměrně 75 %.
  • Nejvyšší denní produkce bioplynu bylo dosaženo při kofermentaci hovězí kejdy s 20 % hm. odpadního těsta (o 290 % více než při fermentaci samotné hovězí kejdy). Naopak nejnižší denní produkce bioplynu byla naměřena při kofermentaci hovězí kejdy s 10 % biskvitové moučky EKPO (pouze o 183 % více než při fermentaci kejdy). Ve shodném smyslu se projevily tyto směsi i při hodnocení parametrem denní produkce metanu na objemovou jednotku reakčního prostoru (u směsi s 20 % odpadního těsta až 0,82 mN3.m-3.d-1).
  • Měrná produkce metanu vzhledem k hmotnostní jednotce přivedených organických látek při všech třech modelových kofermentacích mírně klesla po zvýšení podílu kosubstrátu z 10 % na 20 %. Rozhodně lze ale očekávat produkci metanu okolo 0,4 m3.kgVSp-1.
  • Rozbory vzorků modelových digestátů naznačují, že v případě všech tří testovaných kosubstrátů digestáty bude možno použít k rekultivačním účelům. Zápach digestátu z kofermentace biskvitové moučky se subjektivně jevil jako výrazně slabší než v případě digestátu z modelové kofermentace moučky masokostní.

Poděkování

Tento příspěvek vznikl v rámci řešení projektu VaV v programu MPO IMPULS ev. č. FI- IM4/215 „Výzkum a vývoj nových technologií kofermentace zemědělských odpadů a dalších biogenních materiálů s cílem zvýšení energetické a ekonomické efektivnosti procesu“. Řešeno Centrem environmentálních technologií VŠB – TU Ostrava ve spolupráci s firmou VÍTKOVICE POWER ENGINEERING a.s.

Literatura

  • [1] Obroučka K. a kol: Závěrečná zpráva o řešení veřejné zakázky v programu IMPULS ev. č. FI-IM4/215 u spolupříjemce VŠB – TU Ostrava. „Výzkum a vývoj nových technologií kofermentace zemědělských odpadů a dalších biogenních materiálů s cílem zvýšení energetické a ekonomické efektivnosti procesu“. Centrum environmentálních technologií VŠB-TUO, Ostrava leden 2010.
  • [2] Straka F.: Hodnocení bioplynových stanic. Sborník konference „Výstavba a provoz bioplynových stanic“. Construction and operation of biogas plants. 9 - 10. října 2008, Třeboň. ISBN-978-80-254-2827-6.
  • [3] Ranade D.R., Yeole T.Y., Meher K.K., Gadre R.V., Godbole S.H.: Biogas from solid waste originated during biscuit and chocolate production. Biological Wastes, vol 28. Issue 2, 1989, pages 157 -161.
  • [4] Vyhláška č. 271/2009 Sb., kterou se mění vyhláška Ministerstva zemědělství č. 474/2000 Sb., o stanovení požadavků na hnojiva, ve znění pozdějších předpisů. Sbírka zákonů České republiky, částka 82, ročník 2009.
  • [5] Vyhláška č. 341/2008 Sb., o podrobnostech nakládání s biologicky rozložitelnými odpady a o změně vyhlášky č. 294/2005 Sb., o podmínkách ukládání odpadů na skládky a jejich využívání na povrchu terénu a změně vyhlášky č. 383/2001 Sb., o podrobnostech nakládání s biologicky rozložitelnými odpady). Sbírka zákonů České republiky, částka 110, ročník 2008.

Příloha: Z důvodu lepší vizualizace tabulek přikládáme celý text (doc).

Článek: Tisknout s obrázky | Tisknout bez obrázků | Poslat e-mailem

Související články:

Možnosti zpracování obtížně využitelných organických odpadů procesem anaerobní digesce
Bez energetického využití odpadů se neobejdeme
Obsah těkavých mastných kyselin ve vstupních surovinách pro přípravu kompostu
Využití digestátů jako organického hnojiva
Výskyt a rozklad pesticidů během anaerobní digesce
Anaerobní mechanicko biologická úprava
Možnosti využití BRKO prostřednictvím kompostování a anaerobní digesce
Anaerobní biomethanizace komunálních odpadů

Zobrazit ostatní články v kategorii Bioodpady a kompostování

Datum uveřejnění: 19.10.2011
Poslední změna: 23.10.2011
Počet shlédnutí: 6201

Citace tohoto článku:
CHAMRÁDOVÁ, Kateřina, RUSÍN, Jiří, OBROUČKA, Karel, GRYCOVÁ, Barbora: Posouzení možností anaerobního zpracování vybraných potravinářských odpadů a biskvitové moučky. Biom.cz [online]. 2011-10-19 [cit. 2017-04-26]. Dostupné z WWW: <http://biom.cz/cz/odborne-clanky/posouzeni-moznosti-anaerobniho-zpracovani-vybranych-potravinarskych-odpadu-a-biskvitove-moucky>. ISSN: 1801-2655.

Komentáře:
ilustrační foto ilustrační foto ilustrační foto ilustrační foto ilustrační foto


 
© 2001-2009, CZ Biom  -  České sdružení pro biomasu,  Opletalova 7/918, 111 44 Praha 1,   Tel.: 604 856 036,   E-mail: sekretariat@biom.cz
Webhosting/ webdesign / publikační systém TOOLKIT - Econnect
Treti ruka energieplus Česká peleta Ekologie, pasivní domy, solární energie, alternativní zdroje, zelené bydlení EnviWeb - portál pro ochranu a tvorbu životního prostředí Ekolist po drátě Portál Energetika Internetové energetické konzultační a poradenské středisko Lesnicko-dřevařský www server