Kofermentace zemědělských, komunálních a průmyslových bioodpadů při anaerobní digesci kejdy prasat

Úvod

Současná energetická a environmentální politika přináší nové impulsy k rozvoji bioplynových stanic v České republice. Cílem návrhu "Národního programu nakládání s energií a využívání obnovitelných a druhotných energetických zdrojů", který je naplněním Zákona č. 406 z 25. října 2000, je zvýšení podílu obnovitelných energií na celkové energetické spotřebě ze současných 2,2% na 3 - 6% do roku 2010. Nejvyšší cíle jsou stanoveny pro energetické využití biomasy včetně energie bioplynu a skládkového plynu, kde je uvažováno se ztrojnásobením stávající energetické produkce. Dalším impulsem je aproximace Směrnice Rady EU 1999/31/EC "o skládkách odpadů" do nové legislativy odpadů a do Plánu odpadového hospodářství České republiky (Zákon o odpadech § 42). Účelnost budování bioplynových stanic je dána požadavkem, aby do r. 2010 bylo množství skládkovaných komunálních odpadů sníženo na 75% celkové hmotnosti r. 1995. Pro cca 2 mil. t . r^-1 biologicky rozložitelných odpadů bude nutno vybudovat kapacity technologií materiálového nebo energetického využití. Je třeba usilovat, aby mezi těmito technologiemi byla upřednostňována anaerobní digesce bioodpadů a stala se předmětem uvažované dotace investičních nákladů ze Státního fondu životního prostředí.

Na základě zkušeností ze států EU, kde příslušné směrnice jsou již delší dobu uplatňovány se v oblasti komunálních bioodpadů technologie anaerobní digesce uplatňuje především u kuchyňských odpadů z veřejného stravování, včetně obsahů kuchyňských lapolů a použitých fritovacích olejů. Dále jde o odpady z údržby zatravněných ploch a o separovaně sbíraný domovní bioodpad. Stejné environmentální efekty jsou i při anaerobní digesci bioodpadů z potravinářského průmyslu, zejména z moštáren, pivovarů, cukrovarů, lihovarů a konzerváren. V České republice začíná být významným bioodpadem vhodným pro anaerobní digesci i travní fytomasa z dotačně zatravněné orné půdy, kterou je možno konzervovat senážováním.

I když jsou ve státech EU v provozu specializované bioplynové stanice na zpracování pouze komunálních bioodpadů a pilotní bioplynové stanice pro zpracování pouze travní fytomasy, domnívám se, že v podmínkách České republiky by zpracování výše uvedených bioodpadů mohla zabezpečovat kofermentace těchto bioodpadů s kejdou v tradičních kontinuálních míchaných biofermentorech, přičemž sušina kejdy v substrátu by byla vyšší než sušina kofermentovaných odpadů. Kofermentace bioodpadů s kejdou by měla zabezpečovat:

• optimální poměr uhlíku a dusíku v substrátu,
• stabilizovaný proces produkce bioplynu vlivem pufrační schopnosti kejdy v substrátu a
• omezení dysfunkcí způsobené vyššími koncentracemi čpavku.

 Kejda bude stabilizovaně vnášet do substrátu živiny a mikroelementy nezbytné pro rozvoj mikroflóry.

Materiál a metody

Kofermentace komunálních, zemědělských a průmyslových bioodpadů byla experimentálně prověřována v r. 2000 na našem pracovišti v rámci řešení projektu NAZV a doktorandských prací v modelových "Batch" fermentorech. Tyto ocelové anaerobní biofermentory o objemu 50 l byly vybaveny pláštěm ohřívaným elektrickým proudem s nastaveným teplotním režimem na 40°C a míchacím mechanickým zařízením se svislou osou, umožňující promíchání obsahu v hodinových intervalech. Vznikající bioplyn vystupoval z biofermentoru přes impinger s funkcí vodního uzávěru do plynoměru. Součástí aparatury bylo zařízení pro odběr vzorků bioplynu pro analyzátor AIR-LF s možností měření metanu u vzorku 0 - 100% obj. s přesností + 5% měřené hodnoty. Substrát pro anaerobní digesci (s výjimkou kontrolní varianty) obsahoval 10 - 12% sušiny, přičemž 60% celkového obsahu sušiny představovala kejda prasat a 40% celkového obsahu sušiny kofermentované odpady. Použitá kejda prasat do každé vsázky byla z 90% hm. čerstvá a z 10% hm. po anaerobní fermentaci. Byly vytvořeny následující varianty s různými kofermentovanými odpady:

• var. 1 - krátká seč čerstvé trávy - park Ruzyně,
• var. 2 - senáž krátké seče čerstvé trávy - park Ruzyně,
• var. 3 - separovaný domovní bioodpad - Nová Paka,
• var. 4 - kuchyňské odpady (50% hm. zbytky jídel a zeleniny, 50% hm. obsah kuchyňského lapolu) - restaurace Praha,
• var. 5 - pivovarské mláto - pivovar Přerov,
• var. 6 - kontrolní varianta (bez kofermentovaných odpadů), pouze kejda prasat o sušině 8,1%.

Výstupy a diskuse

Experiment byl sledován po dobu 60 dnů a výsledky produkce bioplynu a metanu jsou za celé období uvedeny v tab. č. 1.

Tab. č. 1 Kofermentace bioodpadů s kejdou prasat

Výsledky produkce bioplynu v modelovém experimentu potvrzují závěry autorů (Küntzel 1984), že při kofermentaci různých bioodpadů se zvířecími fekáliemi je dosahováno vyšší produkce bioplynu než při anaerobní digesci samotných zvířecích fekálií. Naše výsledky však nedosahují hodnot výtěžků bioplynu, které pro zaběhlé zemědělské bioplynové stanice uvádí Engeli, Egger 1999 nebo které získal v batch fermentorech Mitterleitner 1994. Wiemer et al. 1997 uvažují z 1 t komunálního bioodpadu produkci 100 m³ bioplynu, což reálně koresponduje s námi dosahovanými hodnotami na 1 kg sušiny. Nejvyšší dosažená produkce biooplynu u var. č. 4 je v důsledku, že 50% hmotnosti kofermentovaných odpadů představovaly tuky.

Závěr

Kofermentace bioodpadů se zvířecími fekáliemi je reálnou technologií, která zajistí provozovateli příjmy za zpracování odpadů a zvýší tak ekonomickou efektivnost provozu bioplynové stanice. Tuto technologii doporučujeme využít jako dvoustupňovou a kontinuální při uvažované adaptaci nevyužívaných betonových senážních věží na bioplynové stanice.

Literatura

ENGELI H. - EGGER K.: Sicherheitsregeln für landwirtschaftliche Biogasanlagen. FAT Berichte, 1999, č. 530, str. 1 - 8.

KÜNTZEL U.: Biogaserzeugung aus Grüngut. 1. Mitteilung: Einfluß der Grüngutbeladung und des Trockenmassengehaltes auf die Methanbildung im Batch - Verfähren. Landbauforschung Vőlkenrode, 1984, roč. 34, č. 3, s. 155 - 162.

MITTERLEITNER H.: Vergärung von Gras, Silage und Heu in landwirtschaftlichen Biogasanlagen. Landtechnik Weihensterphan, 1994, 8 s.

WIEMER K - KERN M. - MAYER M.: Leitaden Bioabfallvergärung. Luft, Boden, Abfall, 1997, č. 45.

VÁŇA J. - SLEJŠKA A.: Bioplyn z rostlinné biomasy, Studijní zpráva ÚZPI, 1998, Rostl. výroba č. 5, 40 str.

Tweet

Bioplynová stanice s kogeneračními jednotkami TEDOM

Olej pro plynové motory – klíčová volba pro kogenerační jednotky

Kam směřuje české odpadové hospodářství z pohledu prevence jejich vzniku?

Jak získat udržitelnou biomasu

Biometan se vyplatí a má budoucnost