Odborné články
Projekt IMPULS – provoz experimentální bioplynové stanice
Společnost BIOPROJECT s.r.o. (původně Tomášek SERVIS s.r.o.) v letech 2007-2010 realizovala výzkumný projekt „Poloprovozní-experimentální BPS“ (dále jen ExBPS), který byl spolufinancován z programu IMPULS MPO ČR.
V rámci tohoto projektu společnost BIOPROJECT s.r.o. postavila a provozovala experimentální bioplynovou stanici. Rozbory substrátů a vzorků odebraných z fermentorů a výpočty hlavních technologických parametrů byly prováděny v laboratoři, jejíž vybavení a činnost umožnil rovněž uvedený program IMPULS MPO ČR.Celková koncepce této stanice vycházela ze snahy maximálně přiblížit experimentální model reálným provozním podmínkám. ExBPS svou velikostí, umístěním a možnostmi rychle modifikovat provozní režim je unikátní zařízení, představující ideální mezistupeň mezi laboratorními fermentory a velkoobjemovými fermentory na reálných BPS. Podstatnou výhodou je možnost provádět experimenty, které na reálné BPS nejsou možné, neboť při překročení parametrů v hraničních oblastech technologie dochází k ohrožení až k úplnému zastavení fermentace.
Hlavní části experimentální bioplynové stanice byly tvořeny těmito částmi:
Fermentory 1 a 2
Jako fermentory sloužily izolované nerezové válcové nádrže s plochým dnem v průměru cca 1,2 m s výškou 1,5 m. Fermentory byly zastřešeny odnímatelným víkem s průzory z plexiskla, a dále vybaveny pomaluběžnými i rychloběžnými míchadly, topením a měřícími čidly, přičemž příkon topného systému umožňoval provoz v mezofilním i v termofilním režimu. Plnění obou fermentorů bylo prováděno centrálním kalovým čerpadlem, což zajišťovalo jejich jednoduchý provoz .
Zapracování ExBPS a použité substráty
ExBPS byla zapracována přídavkem cca 200 litrů fermentačního kalu z dobře pracující BPS, přičemž hrubá suspenze byla odstraněna přecezením přes hrubé síto. Poté bylo zahájeno dávkování substrátů, v prvé etapě převážně cukrovarských řízků, v další etapě směsi substrátů.
Pro živení ExBPS jsme použili substráty, jejichž základní vlastnosti jsou shrnuty v následující tabulce č. 1. Uvedeny jsou hodnoty sušiny TS v %, hmotnostní podíly organické sušiny (OS/TS) a celkového dusíku (KN), vztažené k celkové sušině TS a předpokládaná produkce bioplynu (KBP) vyjádřená jako objem suchého bioplynu za standardních podmínek v m3 při fermentaci 1 kg TS.
Tabulka 1: Charakteristika substrátů
substrát | TS (%) | OS/TS | KN | KBP (m3/kg TS) |
---|---|---|---|---|
řepné řízky | 19-22 | 0,92 | 0,025 | 0,4 |
lecitinové kaly | 45- 55 | 0,55-0,84 | 0,07 | 0,57 |
glycerinová fáze | 42-73 | 0,9 | 0,005 | 0,7 |
travní senáž | 25-30 | 0,75 | 0,02 | 0,35 |
obilní otruby | 92-95 | 0,96 | 0,025 | 0,38 |
obilní šrot | 93-95 | 0,98 | 0,025 | 0,42 |
odpadní chléb | 46-52 | 0,99 | 0,03 | 0,45 |
Jak je zřejmé, v použitých substrátech převládají dobře rozložitelné substráty s dominantní sacharidickou a polysacharidickou složkou. Volba těchto substrátů nebyla náhodná, ale jejich složení a použitá dávka vycházela z hodnot, používaných na některých BPS, realizovaných fy BIOPROJECT s.r.o., jejichž činnost jsme se snažili simulovat.
Tabulka 2: Technologické parametry
parametr | rozměr | F1 | F2 |
---|---|---|---|
objem | litry | 800 - 1150 | 780 - 1080 |
zatížení | kg/m3,den TS | 0,9 - 3,6 | 1 - 3,7 |
doba zdržení etapa1 | den | 25 - 36 | 27 - 37 |
doba zdržení etapa 2 | den | 80 - 115 | 78 - 108 |
teplota | °C | 35 - 40 | 38 - 42,5 |
teplota Ø | °C | 37 | 40 |
Po celou dobu provozu v prvé etapě byly oba fermentory provozovány paralelně v mezofilním režimu, přičemž F1 se provozoval při nižší teplotě (Ø 36,3 °C), F2 při vyšší (Ø 39,8 °C). Rozdíly v produkci i ve složení bioplynu byly minimální.
Do fermentoru 1 byly nadávkovány ve sledovaném období cukrovarské řízky v množství 78 kg sušiny, celková produkce 31,5 m3 bioplynu. Za stejné období byla dávka sušiny do fermentoru 2 75 kg a produkce plynu 30,8 m3.
Poměrně zajímavá je změna složení bioplynu v závislosti na zatížení.
Cukrovarské řízky se rozkládají velice rychle, podle sledování objemu bioplynu na plynoměru je podstatný podíl produkce bioplynu v několika hodinách bezprostředně po nadávkování, pak se snižuje a po zhruba 16 hodinách končí. Současně jsme analyzovali složení bioplynu přenosným analyzátorem. Při rychlé produkci je produkován velký objem bioplynu s nízkým podílem methanu, tak jak objemová produkce klesá, stoupá podíl methanu. Bioplyn z fermentoru F1, který měl nižší teplotu, měl vyšší obsah methanu ve srovnání s fermentorem 2.Tabulka 3: Složení bioplynu
fermentor | tvorba | CH4 (% obj.) | CO2 (% obj.) | balast (% obj.) |
---|---|---|---|---|
F1 | intenzivní | 48 | 48 | 4 |
F1 | pomalá | 68 | 30 | 2 |
F2 | intenzivní | 45 | 50 | 5 |
F2 | pomalá | 64 | 34 | 2 |
V další etapě jsme dávkovali směs substrátů, uvedenou v tabulce č. 4
Tabulka 4: Dávky substrátů
substrát | reálná BPS | ExBPS |
---|---|---|
t/den | kg/den | |
cukrovarské řízky | 30 | 10 |
glycerinová fáze | 2 | 0,7 |
lecitinový kal | 6 | 2,0 |
odpadní chléb | 1 – 4 | 0,3 – 1,4 |
Obdobně jako na běžných BPS bylo použito uspořádání, při kterém se celková dávka přidává do základního fermentoru, kde probíhají hlavní reakce, navazující druhý fermentor je živen přepouštěním asi 10 % objemu hlavního fermenoru (doba zdržení cca 10 dní) a slouží pro dokončení fermentace a stabilizaci fermentačního zbytku.
Tabulka č. 5 udává celkové množství substrátů, nadávkovaných do obou fermentorů ve sledovaném období (150 dní). Celková dávka sušiny (262 kg a 251 kg) i organické sušiny (239 kg) je u obou fermentorů prakticky stejná.
Tabulka 5: Celková dávka substrátů
F1 | F2 | |||
---|---|---|---|---|
substrát | TS (kg) | OS (kg) | TS (kg) | OS (kg) |
cukrovarské řízky | 183 | 173 | 192 | 182 |
lecitinové kaly | 4,4 | 3,5 | 3,7 | 2,9 |
travní senáž | 1,9 | 1,6 | ||
obilní šrot | 27 | 26,5 | 34,7 | 34 |
obilní otruby | 11 | 10,5 | 8,6 | 8,4 |
starý chléb | 0,14 | 0,13 | 4,4 | 4,3 |
glycerin | 1,2 | 1,1 | 7,8 | 7,2 |
kal F2 | 34 | 23 | ||
celkem | 262 | 239 | 251 | 239 |
V průběhu tohoto období pomalu rostla koncentrace sušiny (TS) ve fermentoru 1 z 10 g/l na 15 g/l a u fermentoru 2 z 5 g/l na 15 g/l. Podíl organické sušiny v obou fermentorech byl prakticky stejný, 65 %.
Objemové zatížení obou fermentorů bylo standardní, mezi 2 – 3,5 kg/m3,den TS (2 - 3 kg/m3,den OS). Průběh zatížení, vyjádřený jako týdenní průměr, je znázorněn na obrázku č. 2.
Důležitou hodnotou, charakterizující stabilitu anaerobní fermentace je bezrozměrný parametr FOS/TAC. Je to poměr mezi koncentrací nižších mastných kyselin (flüchtige organische säuren) a koncentrací hydrogenuhličitanů (totale anorganische carboneum). Tento parametr zavedli v Německu, kde se počítá jako poměr hodnot CH3COOH a CaCO3, obě vyjádřené v mg/l. Jak doporučil prof. Dohanyos, logičtější je obě hodnoty, koncentrace ∑ NMK a HCO3- vyjádřit v mmol/l. Hodnoty takto vypočteného bezrozměrného parametru (mmol/mmol) jsou znázorněny na grafech 6 a 18. Jak je vidět, do 80 dne má FOS/TAC stabilní hodnoty 0,2 – 0,8 u F1 a o něco vyšší, ale stále ještě stabilní hodnoty 0,5 – 1 u F2. Po 80 dnu se FOS/TAC prudce zvýší v obou fermentorech na 1 – 2 u F1 a 2 – 3 u F2 a zůstane na vyšších hodnotách po celý zbytek experimentů.
Produkce bioplynu se rozběhla po 16 dnech od zapracování fermentorů poměrně rychle a poté byla vcelku stabilní, průměrně 0,86 m3/m3,den v období 16 – 80 den a 0,62 m3/m3,den v období 81 – 150 den u fermentoru 1. Obdobné hodnoty pro fermentor 2 jsou 0,74 m3/m3,den (16 – 80 den) a 0,31 m3/m3,den (81 – 150 den). Jak je vidět, přetížení a nedostatečné topení způsobilo pokles produkce bioplynu v obou fermentorech, přičemž u F2 byl pokles výraznější. Průměrné složení bioplynu (v % objemových reálného teplého a vlhkého plynu) je uvedeno v tabulce č. 6.
Tabulka 6: Průměrné složení bioplynu (% objemová)
F1 | F2 | |||||
---|---|---|---|---|---|---|
období (dny) | CH4 | CO2 | balast | CH4 | CO2 | balast |
1 - 80 | 53 | 39 | 8 | 50 | 40 | 10 |
81 - 150 | 48 | 51 | 1 | 36 | 56 | 8 |
Velice zajímavé je porovnat celkovou produkci bioplynu s teoretickou hodnotou, získanou výpočtem ze sušiny nadávkovaných surovin. Naměřenou produkci bioplynu jsme přepočetli na standardní podmínky 0 °C a tlak 101,325 kPa. Hodnoty jsou uvedeny v tabulce č. 7.
Tabulka 7: Celková produkce bioplynu (m3)
F1 | F2 | |
---|---|---|
naměřená | 100,4 | 71,3 |
vypočtená | 115 | 113 |
Závěr
Experimentální bioplynová stanice, pořízená v rámci projektu IMPULS, je spolehlivé modelové zařízení, schopné provozu i v nepříznivých povětrnostních podmínkách. ExBPS umožňuje testování chování a produkce nových substrátů při jejich anaerobní fermentaci, modelování nabíhání a provozu reálné bioplynové stanice a výzkum odolnosti anaerobní fermentace v hraničních technologických podmínkách. Protože se ExBPS osvědčila, předpokládá se její další využití při další výzkumné činnosti firmy BIOPROJECT, která tímto projektem pokračuje ve svých aktivitách směřujících k zajištění komplexní péče pro své klienty.
Tento projekt byl realizován za finanční podpory z prostředků státního rozpočtu prostřednictvím Ministerstva průmyslu a obchodu ČR.
TweetČlánek: Tisknout s obrázky | Tisknout bez obrázků | Poslat e-mailem
Související články:
Trochu jiná bioplynka
Netekutá fermentace substrátů ze zemědělské činnosti
Výstavba kruhových monolitických železobetonových nádrží sloužících jako skelety pro fermentory a dofermentory bioplynových stanic
Hlavní zásady přípravy výstavby bioplynové stanice
Bioplynové stanice jako zařízení na zpracování vedlejších živočišných produktů
Problematika zápachu na bioplynových stanicích
Využití odpadů z bioplynových stanic
Bioplynové stanice na zpracování bioodpadů v České republice
Tomášek SERVIS: již tři nové bioplynové stanice v roce 2009
Co ovlivňuje efektivitu provozu bioplynové stanice
Možnosti výroby a využití bioplynu v ČR
Zobrazit ostatní články v kategorii Bioplyn
Datum uveřejnění: 22.12.2010
Poslední změna: 20.12.2010
Počet shlédnutí: 11979
Citace tohoto článku:
KOMAN, Pavel, KOLLER, Jan, VRŠECKÝ, Michal, LEHAR, František: Projekt IMPULS – provoz experimentální bioplynové stanice. Biom.cz [online]. 2010-12-22 [cit. 2024-10-13]. Dostupné z WWW: <https://biom.cz/cz-rychle-rostouci-dreviny/odborne-clanky/projekt-impuls-provoz-experimentalni-bioplynove-stanice>. ISSN: 1801-2655.