Biogáztermelés
szennyvízbo ˝l
MEGÚJULÓ ENERGIA ÉS KÖRNYEZETVÉDELEM A XXI. század legnagyobb kihívása bolygónk élhetôségének megtartása, javítása, és az emberi szükségletek összehangolása. Az emberiség életében a környezet szennyezése és a megóvásra való törekvés együtt van jelen. Ma már nemcsak igény és megkerülhetetlen feladat környezetünk védelme, hanem a folyamatos tudományos és mûszaki fejlesztések lehetôvé is teszik számos területen a hathatós intézkedéseket. Magyarországon az EU-forrásokkal, a csatornázásra és az összegyûjtött szennyvizek környezetkímélô megtisztítására, soha nem látott lehetôség nyílt. Ebben a néhány évben olyan csatornahálózat és szennyvíztisztító-kapacitás jön létre, amely egyfelôl lehetôséget teremt az egész szolgáltatás fejlôdéséhez, másrészt új, volumenében is jelentôs megoldásokat hoz a szakmának. Hazánkban a szennyvíziszap mennyisége a szennyvíztisztítás hatékonyságának és volumenének növekedése következtében egyre nô. Összetétele pedig, hûen tükrözi a civilizáció vegyi és biológiai jellemzôit.
A jelentôs mennyiségû és a környezetre egyre károsabb összetételû szennyvíziszap környezetkímélô ártalmatlanítási megoldásainak keresése egybeesett a hagyományos energiaforrások mérhetô csökkenésével, az alternatív energiaforrások keresésével. Mindkét probléma kezelésére, Magyarországon elsôként, a Fôvárosi Csatornázási Mûvek Zrt. – nemzetközi tapasztalatok alapján, a hazai tudományos élettel összefogva – dolgozta ki biogázprogramját. Ez a program, méretét, korszerûségét és kivitelezését tekintve, Európában is élenjáró, a kelet-közép-európai térségben pedig, egyedülálló. Egyesíti magában a szennyvíziszap és háztartási szerves hulladékok környezetkímélô feldolgozását, valamint az alternatív energia elôállítását. A gondosan tervezett környezetkímélô folyamat során, a tisztítók a szennyvíziszapból és a telepekre beszállított szerves hulladékokból (ételmaradékok, zsírok, növényi olajak, lejárt szavatosságú élelmiszerek) kinyerve a bennük rejlô energiát, biogázt, majd abból hô- és elektromos energiát állítanak elô.
A BIOGÁZTERMELÉS FOLYAMATA A biogáz elôállítása egy olyan szabályozott technológia, „anaerob fermentáció”, amelyben baktériumok végzik a szerves anyag lebontását, oxigénmentes környezetben, ideális hômérsékleten és megfelelô átkeverés mellett. A szerves anyag lebomlása több lépcsôben megy végbe. Ezek mindegyikét különbözô baktériumcsoportok végzik. A fermentorokban egy zárt, anaerob technológia keretében megy végbe a szerves anyag bontása. Anaerob, azaz légmentes környezet azért szükséges, mert a biogáz 62%-a metán, amely az oxigénnel robbanó elegyet képez. A lebontás számos baktériumtörzs szimbiotikus kapcsolatán keresztül lezajló folyamat. A hidrolitikus baktériumok bontják a nagy molekulájú szerves vegyületeket extra celluláris enzimeikkel, amelynek eredményeként rövid szénláncú zsírsavak, szén-dioxid és hidrogéngáz keletkezik. Ezt követôen, a baktériumok második csoportja a rövid szénláncú zsírsavakat alakítja át szerves savakká, többnyire ecetsavvá. A folyamat során újabb szén-dioxid és hidrogéngáz keletkezik. Végül a metanogének állítják elô, ecetsavból és hidrogénbôl a biogázt, melynek metántartalma közel 70%.
Az anaerob rothasztás megvalósítására a gyakorlatban két jól behatárolt hômérséklet-tartomány jöhet szóba. Egyik a mezofil, másik a termofil tartomány. Az optimum az elsônél 35°C, a másiknál 55°C körül van. Amíg a szerves anyagból biogáz lesz, az a mezofil rothasztókban csaknem húsz nap, a termofil tornyok viszont, nagyon korszerû technológiával tíz nap alatt állítanak elô biogázt. A biogázt a szennyvíztisztító telepeken gázmotorokban hasznosítják. A gázmotorral elektromos áramot termelnek. A folyamat során még hô is keletkezik. Az így keletkezett hô kiválóan alkalmas, télen-nyáron, a rothasztó tornyok fûtésére. A tisztító telepek saját igényein felül keletkezett biogázt nem lehet közvetlenül a gázhálózatba táplálni. Ahhoz, hogy a földgázzal egyenértékû legyen, tisztítani kell, azaz a szén-dioxidot, és más zavaró komponenseket ki kell belôle vonni. Ha ez megtörténik, akkor egyenértékûvé válik a földgázzal és ugyanúgy lehet hasznosítani.
Az anaerob fermentáció folyamata
zsír
protein
poliszacharidok
hosszú láncú zsírsavak, glicerin
aminosavak, rövid láncú peptidek
monoszacharidok, diszacharidok
HIDROLÍZIS
SAVKÉPZÔDÉS
savképzô baktériumok
baktérium-szaporodás
illékony zsírsavak, alkohol, aldehidek, ketonok, ammónia, szén-dioxid, hidrogén METÁNKÉPZÔDÉS
metánképzô baktériumok
baktérium-szaporodás metán, szén-dioxid, víz
REFERENCIÁK
A biogáztermelés hazai történetében, a Fôvárosi Csatornázási Mûveknek (FCSM) úttörô szerepe van. Dél-pesti telepén már 1966 óta, az észak-pesti telepen pedig, 2009 tavaszától mûködik biogáz-üzemegység. A Szegedi Vízmû Zrt-nél 2007ben üzembe helyezett biogáztermelô egység is az FCSM szakembereinek segítségével valósult meg. Dél-pesti Szennyvíztisztító Telep Magyarország elsô biogázt termelô és hasznosító szennyvíztisztító telepe. A dél-pesti telepre naponta, átlagban 53 ezer m3 szennyvíz érkezik. Ebbôl naponta 9500 m3 biogázt lehet elôállítani. Ez a mennyiség elegendô egy 500 kW teljesítményû gázmotor egész napos, huszonnégy órás mûködtetésére, vagy másként: egy háztartás háromhavi elektromos energiaszükségletét fedezi. A Dél-pesti Szennyvíztisztító Telepen 4 db, 2650 m3 kapacitású mezofil és 1 darab 2000 m3-es termofil iszapstabilizáló torony mûködik. A képzôdô biogáz energiatartalmát 2 db gázmotor-generátor gépegység (elektromos teljesítményük 494 kW és 836 kW) elektromos energiává alakítja. A termelt elektromos energia a szennyvíztisztító szükségletének mintegy 80%-át, hôszükségletének 100%-át fedezi. A Fôvárosi Csatornázási Mûvek Dél-pesti Szennyvíztisztító Telepén 2005-ben elkészült egy olyan új hulladékfogadó és -feldolgozó állomás, amelynek segítségével megoldható a magas szervesanyag-tartalmú élelmiszer és egyéb hulladékok szakszerû feldolgozása és elhelyezése. Mint ismeretes, az EU elvárásai és a hazai szabályok (75/2002. (VIII.16.) FVM rendelet 28. §) ma már nem teszik lehetôvé a régi gyakorlatot, amikor az éttermi és egyéb nagykonyhai hulladékot emberi fogyasztásra szánt házi állatok táplálására használták fel.
A csatornába viszont veszélyes beleönteni. A könnyen bomló szennyezô anyagok a közcsatornába jutva, komoly környezetkárosítást és közegészségügyi veszélyt okoznak, s a rágcsálók és csótányok elszaporodásához vezethetnek. A hulladékok jelentôsége a biogáztermelés szempontjából az, hogy a szennyvíziszaphoz kevert hulladék szerves anyaggal dúsítja az iszapot, amibôl többlet biogázt lehet elôállítani. A dél-pesti telep a biogáz-kísérletek központja is. Egy 1300 m3-es, kisebb rothasztóban, különbözô összetételû szerves anyagok biogáztermelô hatásfokát tesztelik. Ez a fél üzemi rendszer a legújabb csúcstechnológia. Dél-Pesten még nincs vége a fejlesztéseknek. A tervek szerint a telepen tovább bôvítik a hulladékfogadó-kapacitást, ezzel lehetôséget teremtve a ma még sok helyen illegálisan elhelyezett szerves hulladék törvényes és környezetkímélô megsemmisítésére.
Észak-pesti Szennyvíztisztító Telep A Fûvárosi Csatornázási Mûvek észak-pesti telepén, saját beruházásban, 2009-ben állt üzembe a 2,6 milliárd forintos bioenergetikai fejlesztés. Az észak-pesti telepre érkezô napi kb. 140 ezer m3 szennyvíz tisztítása során, évi 350 ezer m3 folyékony szennyvíziszap keletkezik. Ennek az iszapnak a felhasználásával és külsô hulladékok hasznosításával, naponta, átlagosan, 28 000 m3 biogáz képzôdik. A képzôdô biogáz energiatartalmát 3 db gázmotor-generátor gépegység elektromos energiává alakítja. A gázmotorok teljesítménye 3035 kW. A megtermelt villamos energia egy 25 000 fôs kisváros szükségleteit is képes lenne fedezni. A biogáztermelés az iszapkezelés meglevô rendszerébe integrálódik. Az iszapstabilizáló tornyok megtáplálása a 6%-os sûrített iszaptartályból történik. A 2 db, egyenként 12 000 m3 térfogatú „ikertorony” iszapkezelô kapacitása 72 tonna iszap szárazanyag/nap. A tornyok iker elrendezésben épültek. Belsô átmérôjük 29 méter, teljes szerkezeti magasságuk 25,5 méter, ebbôl a föld alá süllyesztett rész 6,5 méter. Hôszigetelt felületei, színezett acél trapézlemez burkolatot kaptak. A tornyokban, a mezofil technológiára jellemzô, 36°C körüli a hômérséklet. A felszálló gázbuborékok turbulenciákat hoznak létre, így intenzív kapcsolat alakul ki a baktériumok és az alapanyag között. A hidraulikus tartózkodási idô 25 nap, az iszapterhelés 2,2 kg szerves szárazanyag/m3/nap. A szervesanyag-lebontás hatásfoka 50% feletti. A kirothasztott iszap egy 1500 m3-es tároló tartályba jut, innen pedig visszakerül a meglevô iszapkezelô épületbe. Az iszaptároló tartály egy 1000 m3/óra kapacitású biofilterhez csatlakozik. Az iszapstabilizáló tornyok gázdómjából elvezetett biogázt elôször egy kavicsszûrôn tisztítják, majd ún. „vizes biológiai” eljárással kéntelenítik. A kéntelenített gáz egy 2500 m3 térfogatú átmeneti tárolóba kerül. A gáztárolókból áramló gáz ezután, kerámiaszûrôn kerül további tisztításra.
A keletkezett biogáz hasznosítása egy 835 kW elektromos teljesítményû és két 1100 kW elektromos teljesítményû kogenerációs tömberômûben történik. A termelt hô az iszapstabilizáló tornyok fûtésénél kerül felhasználásra. Az elôállított villamos energia pedig, a telep saját fogyasztását fedezi.
Szegedi Szennyvíztisztító Telep Az új, korszerû biológiai szennyvíztisztító a város és négy Szeged környéki település szennyvizeinek tisztítására alkalmas. A telep napi, átlagos befogadó kapacitása 60 ezer m3/nap, ahová jelenleg 17-18 millió m3 szennyvíz érkezik évente. A szennyvíztisztítás során évente 14-15 ezer tonna iszap keletkezik. A telepen található két, egyenként 4000 m3-es mezofil rothasztó toronyban a szennyvíziszapban levô, nehezen bontható szerves anyagokat, fehérjéket, oxigén nélküli környezetben — anaerob — baktériumok bontják el, 35-37 °C fokos üzemi hômérsékleten, több mint 20 nap alatt. Így, metán, szén-dioxid, kénhidrogén, összefoglaló néven biogáz keletkezik. Mennyisége éves szinten 1,3 - 1,4 millió m3 (4000 m3/nap), melynek metántartalma közel 70%. Az iszapstabilizáló tornyokban az iszap keverése biogázzal történik. A biogáz egy 1350 m3-es gáztartályba kerül. A megújuló energia minél hatékonyabb igénybevétele érdekében élelmiszeripari melléktermékek fogadásával üzemi kísérleteket folytat a Szegedi Vízmû Zrt. A biogázt tisztítást követôen a telepen lévô 2 db, egyenként 330 kW teljesítményû gázmotor-generátorok segítségével villamos energiává alakítják. A Szeged Városi Szennyvíztisztító Telep átlagos napi energiaigénye 19 000 kWh, ez közel annyi, mint 2 ezer háztartás elektromosenergia-felvétele naponta. A telepen a biogázból termelt villamos energia nyáron a szennyvíztisztító telep energiaigényének 50%-át képes fedezni, a biológiai fokozat hôszükségletének pedig, 100%-át. Így jelentôs költségmegtakarítás érhetô el az üzemeltetés során, amellett, hogy a biogáz egy kifejezetten környezetkímélô energiaforrás.
Az anaerob úton kezelt és víztelenített iszapot a Szegedi Regionális Hulladéklerakó Telepen komposztálják. A Szegedi Vízmû Zrt. elsôdleges feladatai között szerepel a biogáztermelés növelése, ezzel együtt a telep energiaigényének minél nagyobb arányú kiváltása a környezetbarát bioenergiával.
A technológia fo ˝ elo ˝ nyei
• a biogázból áramot lehet nyerni, mellyel fedezni lehet a tisztítótelep óriási energiaszükségletét és ezzel együtt az ország készleteit is kímélni; • k ívülrôl érkezô, környezetszennyezô szerves anyagok és élelmiszer-hulladékok is ártalmatlaníthatók, hasznosíthatók, növelve ezzel a megtermelhetô biogáz mennyiségét; • a z iszap szervesanyag-tartalma és mennyisége csökken, hiszen annak 54-55%-a átalakul biogázzá; • a beruházás megtérülési ideje viszonylag rövid, már 5-6 év után hasznot hajt; • c sökken az iszap fertôzôképessége.
FÔVÁROSI CSATORNÁZÁSI MÛVEK ZRT. Környezetgazdálkodási Fôosztály Cím: 1095 Budapest, Soroksári út 31. Telefon: 476-1801 E-mail:
[email protected] Internet: www.fcsm.hu
