Tudomány - Műszaki fejlesztés
A keverés modellezése a vegyes anyagokat felhasználó biogázüzemben Bártfai Zoltán – Tóth László – Oldal István – Szabó István – Beke János – Schrempf Norbert Szent István Egyetem Gépészmérnöki Kar, Gödöllő A biomasszák energetikai célú felhasználási lehetőségei közül a leginkább környezetbe illő és ökológiailag is helytálló a biogáz előállítása. E fermentációs technológia jellemzőit alapvetően a felhasználásra kerülő, elsősorban a szekunder és tercier (maradék és hulladék) biomasszák határozzák meg. Ezeknek az anyagoknak az utókezelése bármilyen helyre történő elhelyezésük (tárolásuk, felhasználásuk) előtt környezeti okokból szinte minden esetben szükséges (talaj-, levegőfertőzés, talajvíz-károsítás stb.). A biogáz-technológiai folyamat során a keletkezett gázból hasznos hőt és villamos energiát nyerünk, miközben a kierjesztett maradékok nem károsak, sőt talajjavító és talajerőpótló hatásuk van. Kulcsszavak: biogáz, szubsztrátum keverés, keverés modellezése A probléma felvetése Mezőgazdasági körülmények között általában primer biomasszákat és az állattartásból származó (szekunder) hulladékokat használjuk. Az ilyen üzemek megfelelő anyagellátás esetén elfogadhatóan működnek, hiszen az anyagok összetétele állandó. Egy másik csoportba tartozik a szennyvíztisztító üzemeknél a felhalmozódó eleven iszap (fölös iszap) felhasználására kialakított technológia, amelynél ugyancsak közel állandóvá tehető az anyag összetétele. Ma is vannak olyan térségi objektumok, ahol a szubsztrátumban a csatornaiszap aránya (SZA-ra vetítve) 55-60 %-ot is eléri. Tekintve, hogy az iszap 8-10 település szennyvíztisztítójából származhat, a beszállított anyagok egymáshoz viszonyított mennyisége és összetétele is igen eltérő. Ezt tovább bonyolítják a különféle jellegű és összetételű élelmiszeripari hulladékok ~10-15 %-os felhasználási arányuk mellett. Vegyes anyagokat felhasználó rendszer elvi felépítését szemlélteti az 1. ábra. A szálas szalmát is tartalmazó szarvasmarha-trágya és kukoricaszilázs (S) előkészítése – keverése és aprítása – a DM tárolóban és aprítóban történik, innen töltik az előfermetorokba (FF).
A hígtrágya, a csatornaiszap, valamint egyéb folyékony anyagok elsődleges bekeverése a fűthető előtárolóban (WM) történik meg. A kü lönféle lejárt szavatossági idejű élelmiszerek és egyéb hulladékok (konyhai hulladék, vizes mosásból származó zsíros anyagok, lesütött olajok, zsírfogóból származó zsírok stb.) fogadása a zúzóban (WM) történik. Itt a dobozolt áruknál a csomagolóanyagok aprítása, leválasztása és eltárolása (W) is végbemegy, miközben a híg részeket az autoklávba (WH) vezetik, legalább 4 órán keresztül 70 °C-os hőmérsékleten tartják, ezzel sterilizálják. Profitorientált biogázüzemnél alapvető cél az állandó, előre kiszámítható villamosés hőenergia-előállítás, amelynek feltétele a folyamatos, zavarmentes gáztermelés (Tóth et al. 2012). Az ilyen üzemekben a gázkihozatalt több féle műveleti tényező csökkentheti (a gyakorlatban általában csökkenti is), de főként az üzemzavarok (meghibásodások, fermentorok időnkénti felhabzása stb.) okozzák. A fermentorok nem megfelelő belső keverése (folyamat egyik legmeghatározóbb művelete) is zavaró műveleti tényező lehet, ezért a keverés alapkérdéseit elemeztük. A 40-60 %-os részarányú, káros anyagoktól mentes csatornaiszap alkalmazása
1. ábra A vegyes anyagokat feldolgozó rendszer elvi felépítése (Tóth et al. 2014) W – Beérkező anyagok mérlegelése; a, b, c, d – A különféle anyagok átmeneti tárolói; S – Szilázstároló; SW – A szeparált szilárdvégterméktároló; LS – A szeparált híg anyag tárolása (lagúnák); VM – Előtároló és keverő a folyékony anyagokhoz; DM – Száraz anyagok keverése, aprítása és betárolása; WH – Hígiénizáló; W – Hulladéktároló; GE – Gázmotoros blokkok; FF, FF – Előfermentorok; FH, FH, FH – Utófermentorok; M = Szivattyúállomás; S – szeparátor
2
igen perspektivikus a mezőgazdasági talajerő-gazdálkodás, de energianyerés szempontjából is (Domahidy L. Gy.: 2013). 2015-ben már ~390000 tonna iszap (szárazanyag/év, 65 %-a) kerül mezőgazdasági elhelyezésre. A szennyvíziszap erjesztésével előállított biogáz felhasználásával energiamegtakarítás érhető el, ami csökkenti a szennyvíztisztítás fajlagos költségét, miközben a kierjesztett szennyvíziszap mezőgazdasági elhelyezése javítja a talajok ökológiai állapotát, mivel visszakerülő anyag könnyebben felvehető formában tartalmazza a növényi élethez szükséges tápanyagokat, ásványi sókat és nyomelemeket. Ezekért fontos a csatornaiszap erjesztőrendszerekben való felhasználása (Kovács et al. ill. 147/2010. (IV. 29.) Korm. rendelet). Irodalmi áttekintés A felmerülő hibák lehetséges okai A metántermelésre leginkább ható környezeti tényezők: szubsztrátok koncentrációja, baktériumok adaptációja, a pH, az ammó nia-koncentráció és a hőmérséklet (Oláh J. et al.). Ha a fermentorba táplált szubsztrát ös�szetétele változik, ezt követően a mikrobiológiai populáció összetétele is megváltozik (Gerardi, M. H. 2003). Az adaptáció nem pillanatszerű, hanem a populáció szaporodási sebességétől függően hosszabb időn keresztül játszódik le (Gruber, 2007). A Lemwig (Dánia) biogázüzemben a gáz kihozatal csökkenésének fő okát a beadagolt anyagok összetételében és a nem megfelelő keverési jellemzőkben határozták meg. McCarty meghatározása szerint a szennyvíziszap, mint szubsztrátum a baktériumok számára szükséges összes tápanyagot tartalmazza, ha az iszap szárazanyagának 60-75 %-a szerves anyag. Oláh, at al. megjegyzi(k), hogy a beérkező szerves hulladékok ellenőrizetlenül, közvetlenül a fermentorokba való beadagolása veszéllyel jár, mivel a nem ismert összetétel túlterhelést okozhat, amit erős hab zás és a gáz metántartalmának csökkenése jelez. Anyag és módszer A felhasznált anyagok és az adagolás követelményei A vegyes anyagokkal működő rendszerekben felhasznált anyagféleségek: – silókukorica, – szarvasmarha almos trágya, Mezőgazdasági Technika, 2015. augusztus
Tudomány - Műszaki fejlesztés
3. ábra A csúsztatófeszültség jellemzése u - mozgási sebesség; y – folyadék vastagsága
– Elérhető legyen az egész térfogatban az azonos hőfok és pH. – A fűtőtestektől a hő elvihető és egalizálható legyen. – A mikroorganizmusok kerüljenek a tápanyagokkal kényszerkapcsolatba. – A teljes térfogat hasznosuljon, nem lesznek ún. holt terek. – A gátló hatású anyagrészek is híguljanak fel. – A szubsztrátum ülepedését akadályozza meg, s közben a tápanyagtartalmat is homogenizálja. – Keverésnél az egymáshoz képest elmozduló anyagrészek ún. sebességnyírása révén a baktériumoktól gáz kerül az anyagba és felbuborékol a felszínre.
E folyadékok keverők okozta áramlása során a sebességkülönbséggel rendelkező folyadékrészek között csúsztatófeszültség lép fel (3. ábra). A folyadékrétegek párhuzamos és folyamatos áramlása esetén az elmozdulás irányával ellentétes irányú belső súrlódási erő (F) egyenesen arányos a súrlódó (egymáson mozgó) felületek nagyságával (A) és a sebességgradienssel (du/dy). Az arányossági tényező nem más, mint az adott folyadék anyagi minőségére jellemző állandó, a dinamikai viszkozitás (η = Pa s):
A biogázüzemek igen sokféle mechanikus keverőt alkalmaznak. a) vízszintes tengelyű, csavart vonalvezetésű lapátos keverő, b) ferde tengelyű propelleres keverő c) függőleges tengelyű lapátos keverők d) vízszintes és elforgatható tengelyű, állítható magasságú keverők stb.
t = – η du dy
2. ábra A fermentorok keverői D – reaktor átmérője; H – reaktor falmagassága; Hs – szuszpenzió magassága a reaktorban; TH – a fal mellett körbefutó fűtési csövek; E – levegő bevezetése, kéntelenítés; G – gáz elvezetése; Gv – a gáztér és változása; SI – szubsztrátum bevezetése; SO – szubsztrátum elvezetése; k1, k2, k3 – a változtatható magasságú és forgatható keverők; n – stabilan beépített nagy keverő
– hígtrágya, – szennyvíziszap* (akár 10-15 helyről, eltérő összetételben) A kevésbé rendszeresen érkező anyagok: – élelmiszermaradékok*, – olaj- és zsíriszap*, – lejárt szavatosságú élelmiszerek* (felvágott, fagylalt, chips stb.) – lesütött étolaj, illetve lejárt szavatosságú étolaj. *Megjegyzés: igen eltérő, a beérkezéskor nem mindig ismert beltartalmi jellemzőkkel.
A hatásfok fenntartása céljából az üzemeltető a bevitel előtt eszközölt beltartalmi mérések alapján kapott adatokkal a kívánt összetételt az előkeverőkben be tudja állítani, míg a reaktorokban lévő szubsztrát belső hő mérsékleti és összetételi eloszlását csak a belső keverőkkel tudja befolyásolni. A csatornaiszapnál jelentős eltérés lehet az egyes minták között az energiatartalomban. Nagyobb a hamutartalom és az üledék, amikor is jelentős mennyiségben tartalmaznak ásványi anyagokat, feltehetően a szennyvízkezelő telepeken a homokleválasztók hibás működése miatt. A nehezebb (szemcsés) ásványi anyagok a gyors ülepedésük miatt akadályozzák a keverés hatékonyságát, növelik az energiaigényt és a keverőlapátok kopását okozzák. A szalmás trágya is nagy mennyiségben tartalmaz homokot, amely nem csak a keverőlapátokat koptatja, hanem az aprítóberendezés kalapácsait is, s a kopásuk következtében az aprítóhatásuk csökken. Ennek révén hosszú szalmaszálak (cellulóz rostok) kerülnek a reaktortérbe, ahol feltapadnak a keverőlapátokra, s romlik a keverőhatásuk, de a kopás és a feltapadás a keverőlapátok törését is okozza. A keverési rendszerrel szembeni követelmény, hogy: – A sűrűbb vagy hígabb anyag hozzáadagolása után is a sűrűség beállítható legyen az egész tömegre. Mezőgazdasági Technika, 2015. augusztus
A vizsgált megoldás A vizsgált megoldás előnye, hogy a működés során az üzeme módosítható. A keverés az előfermentorokban a bonyolultabb, ezért azok vizsgálatát és modellezését végeztük el. Az előfermentorokban 80 % töltöttség esetén 1800-2000 tonna anyag van, amelyhez egyegy töltetben hozzáadott 14-20 tonna anyag a tavaszi és őszi, de még a nyári időszakban sem okoz számottevő hőmérsékletváltozást (0,5-1,5 °C). A rendkívüli téli alacsony külső hőmérséklet esetén a szilázs és a szalmás trágya beadagolás után 6-8 °C hőfokesés is előfordul. A három állítható és egy stabil keverővel hatásosan elérhető a vízszintes (metszeti) területek legnagyobb része (lásd a 2. ábrát!). A szubsztrátumok viselkedése a keverés hatására A reaktorterekben lévő szubsztrátumok 10-14 %-os SZA-tartalom mellett viszkózus folyadéknak tekinthetők.
η = A du F dy Az F/A fizikai mennyiség segítségével a törvény alapján felírható a csúsztatófeszültség τ, [N/m2]:
Ebből a sebesség-gradiens, azaz nyírási sebesség [s-1]:
γ = du dy Newton-féle viszkozitási törvény kimondja, hogy az egyes rétegek közötti csúsztatófeszültség egyenesen arányos a sebesség-gradienssel. Ez a nem-newtoni folyadékoknál nem egyenesen arányos, tehát összetettebb formula áll fenn a csúsztatófeszültség és a sebesség-gradiens között. A dinamikai viszkozitás (η) kifejezhető a csúsztatófeszültség (t = N/m2) és a nyírási sebesség hányadosával [kg m-1 s-1, azaz Pa s]:
η = – t γ Tehát a folyadékokban a nyírási feszültség a sebesség-gradiens függvénye. E függvény a newtoni és a Bingham folyadéknál egyenes arányt mutat, de a nem-newtoni folyadékokban a lineáris változástól eltérő konvex vagy konkáv alakot ír le. Maier (et al. 2010) által vizsgált szubsztrátumnál a viszkozitás növekedésével csökkent a nyírási sebesség. Viamajala et al. sze rint a nyírás a folyadék és az anyagban lévő szilárd részecskék kölcsönhatására jön létre. A részecskék hajlamosak megtörni az áram-
3
Tudomány - Műszaki fejlesztés
5. ábra A szubsztrátum reológiai viselkedése a jelzett anyagok mérése és az Oswal-de Waele összefüggés szerint (logaritmus skála szerint) Az anyagok: A – kukorica szilázs, B – szennyvíz iszap, C – szerves hulladékok (M. Brehmer, M. Kraume, 2012)
4. ábra Viszkozitás és a nyírási sebesség összefüggése (Pohn et al. 2010)
lat folyamatosságát, s ezzel befolyást jelentenek az anyag a keveredésére. Björn et al. (2012) szerint a reaktorokban lévő anyagok szárazanyag-tartalma és a dinamikai viszkozitás, valamint a hozzájuk kapcsolódó tényezők között nincs jól megfogalmazható összefüggés, miközben a reológiai tulajdonságok fontosak a keverési hatékonyságban. Ezért az összefüggések megismerése fontos a keverőrendszerek tervezésénél. A szennyvíziszapok nál a szárazanyag-tartalom növekedésével a dinamikai határviszkozitás növekszik, s nö vekedés mértéke összefügg az anyagban lévő szemcsék méretével, mégpedig a méretek nö vekedésével csökkenése mutatható ki. A szemcseméret miatti süllyedés, hatással van a nyírási sebességre, az anyag keveredésének mértékére. A homogenitás függ a folyadék tulajdonságain túl a keverő- és tartály konfigurációjától, valamint az alkalmazott keverőteljesít-
mény jellemzőitől (Seyssiecq, I. et al., 2003). A viszkozitás csökkenésével a nyírási sebesség-gradiens általában növekszi (4. ábra). Egy adott tartályban az áramlás térbeli heterogenitása, a helyi turbulenciák jelentősen befolyásolják a nyírási sebességet (Gabelle J. et al. 2013). A nyírási munka ös�szefügg a keveréshez bevitt munkával, ezért a nyírási sebesség értékei rendkívül függnek a keverőberendezés jellemzőitől (meghajtóteljesítmény, kerületi sebesség, alaki tényezők). Más vizsgálatban konkrét anyagok esetén – a konzisztenciákat figyelembe véve – az összefüggések lefutása a 4. ábra jellegéhez hasonló (5. ábra). Irodalmi forrásokból megállapítható, hogy a biogázfermentorokban lévő anyagokat három fázis jellemzi: könnyű (felúszó), nehéz (lesüllyedő) és a lebegő (kolloidokat és kisebb) szemcsék. E háromféle jellemző közel
6. ábra A keverők elrendezése és a hatóterületek az előfermentorban k1, k2, k3 – a változtatható magasságú és forgatható keverők; n – stabilan beépített nagy keverő; R – az elforgatás mértéke és iránya; In és Ou – szubsztrátum beadagolása és kivezetése; RSk – a kiskeverők hatóterülete (csak jelzésszerűen); RCn – nagykeverő kúpalakú folyadék áramcsöve; RSn – a kis keverők áramcsövének keresztmetszete
egyenletes eloszlása – az egész tömeget tekintve – a teljes belső térben csak keveréssel tartható homogén állapotban. Kedvező gázkihozatal eléréséhez a keverés gyakorisága és időtartama a reaktor, valamint a keverő megoldásonként (a témakört vizsgáló szerzők szerint) jelentősen eltérő. Az általános gyakorlat: naponta 3-6-szori keverés, alkalmanként 0,5-3 órán át. Modellvizsgálatok A modellezésre kiválasztott konkrét rend szerben lévő 3 db kis keverő (k) által a szélső értékekig elmozgatva (R) az aktivizált térfogat sík vetülete. A keverőlapátok mögött az „áramcső” keresztmetszete (RSn), amelynek a pereme a lapátok által mozgatott anyag és az „álló anyag” érintkezési, nyírási felülete. Az itt kialakuló nyírásisebesség-gradiens meghatározó a baktériumok metánburkának „lesöprésében”, ezáltal juthatnak friss tápanyaghoz. Hasonlóan a nagy keverőnél is (n) állandó folyadéksugár-áramcső (RCn) alakul ki (6. ábra). A modellezéshez a CFD1 eljárást választottuk a mérések alapján kapott peremfeltételek és lehetséges megoldási módok figyelembe vételével. A víz viszkozitásához viszonyítva (20 °C hőmérsékleten 1,0020 cP) a biogázreaktorban lévő 10-12 % száraz anyag-tartalmú „keverék” 300-1000-szeres, tehát 300-1000 cP, azaz 0,3-1,0 Pa s. · rAv = m · rA v A kontinuitási egyenlet (m 2 2 · rA v = áll) szerint a keverő utáni „folya = m 3 3 déksugár” disszipációja a szabad folyadéksugarakra alkalmazottak szerint írható le. Mivel a keverő környezetében lévő anyag mozgási sebességétől a lapát kerületénél kialakuló tangenciális anyagsebesség és a lapátok utáni folyadéksugár határsebessége nagyobb, tehát a folyadékban a sebességnyírás létrejön (v < v2 < v3). 1 ANSYS
4
CFD - Flo
Mezőgazdasági Technika, 2015. augusztus
Tudomány - Műszaki fejlesztés Tehát a határáramvonalon (ún. csúszóáramvonal) a tangenciális sebességugrás lehetséges. A valóságos körülmények ettől eltérőek, mivel az anyag nem homogén, hiszen darabos és hosszú szálú anyagokat is tartalmaz. Első megközelítésben a modellezést vízzel végeztük, hogy az áramlási irányokat és a folyadékrészecskék mozgását a különféle keverőelhelyezések esetén zavarmentesen kapjuk meg. Tehát a modelleknél nem a kapott sebességértékek voltak a mérvadó eredmények, hanem a különböző helyeken az anyagrészecskék egymáshoz viszonyított tér beli mozgása.
A
B
Modellezés a kis keverők helyzetének változtatásával A nagy keverő helyzete nem változtatható, stabilan beépített. A kis keverőkkel a helyzeti variációk szá ma igen sokféle (7. ábra). A modellekben: – A k1, k2 és k3 keverőket 3x3 = 9 magassági és minden magasságban három irány sze rinti fő állás szerint variáltuk. – Egymástól függetlenül bármelyik, bárme lyik pozíciót felveheti, de összességében mindegyik hármas pozíciónak eltérőnek kell lenni. Így a lehetséges konfigurációk száma 9x8x7=504. Ha a jelzett fő lehetőségektől eltérően (közbenső magassági és oldalirányú pozíciókat) választunk, az összes lehetséges konfigu rációk száma „végtelen”. Ezért a szélső hely zetek jellemzőit vizsgáltuk a keverés szempontjából (az értékek megadásával). Az ellen őrzéseket a jelzett szuszpenzióra (~10 % szá razanyag) és vízre is elvégeztük. A program futtatása után 192 variációt elemeztünk. Ezek ből kettőt mutatunk be (de ezeket sem a teljes ség igényével). A nagy keverő sebességvonalai a szemben lévő falig nyúlnak és a felütközéssel föl felé tartó áramlatot generálnak. Az érintőleges áramlatot előidéző kis keverők egyenirányítás esetén a fal közelében koncentrálódnak és csak ütközés esetén irányulnak a felszín felé. Az egymással szembeni áramlat kiszámíthatatlan, kaotikussá válik. A radiális veze tés segíti a felfelé áramlást, viszont nem elő nyös a hőátvétel szempontjából, mivel nem éri el a falat (9. ábra, A). Lehetnek előnyösek, mivel a fal mellett kialakuló áramlás a leginkább egyenletes. Ezt igazolja a középső síkban vizsgált áramlási kép is, ami fontos, hiszen a fűtési csőhálózat is ebben a magasságban van (10. ábra). A leginkább mozgásszegény az A variáció. Legnagyobb a sebesség a lapátkerék nyo mott oldalán: ~2,1-2,6 m/s, a lapátkerekektől távolabb (2-3 m) kisebb a sebesség: ~0,2 m/s, A kedvezőbb mozgást az B variáció mutatja, miszerint intenzív mozgás van a hőcserélő oldalfalak közelében, ami téli időszakban Mezőgazdasági Technika, 2015. augusztus
7. ábra A modell bemutatásához kiválasztott lapátpozíciók („szélső értékekkel”) A – Egy (k) lent, kettő középmagasságban, de érintőlegesen ellentétes irányba, egy radiálisan kever. B – Mindhárom eltérő magasságban, de érintőlegesen egyirányúan kever
meghatározó jelentőséggel bír, amikor alacsony a külső hőmérséklet és a beadagolt anyag hőfoka is alacsonyabb, s intenzív fűtés, hőátadás szükséges. Legnagyobb sebesség a lapátkerék nyomott oldalán van: ~2,1-2,6 m/s (ez megmarad a lapátkerekektől 2-3 m távolságban is), legkisebb sebesség: ~0,2 m/s. Eredmények összefoglalása • A fermentorokban lévő teljes anyagmen�nyiség folyamatos mozgatása a jelenlegi rend szerben nem valósul meg. A hőátadó felületek mellett a hőátvétel csak nagyobb anyagárammal érhető el. • A keverők helytelen iránybeállításai miatt nem mozgatott tömegek is kialakulhatnak, ezért szükségszerű a modellezés alapján megállapított előnyös helyzetek validálása (pl. belehelyezett hőmérőkkel). • A keverési ciklusok időtartama, gyakorisága és intenzitása csak a gázkihozatal ellenőrzésével validálható. • Egyértelműnek látszik, hogy az anyagbetáplálásokat követően rövid időtartamban a jelenleginél intenzívebb keverés kellene, amit a keverők fordulatszáma, azaz a szállítási tö megáram növelésével érhetünk el. Viszont a
nagyobb intenzitás fenntartása hosszabb ideig nem indokolt, mert az anyagrészecskék között a nyírási sebesség megnövekedése a metanogén baktériumok életfeltételeit rontja. Az intenzívebb keverés az anyagtömeg hőmér sékleti homogenitásának kialakulását és a beérkezett anyag rövidebb idejű homogenizálódását is elősegíti. Ennek az effektusnak az elérése miatt célszerű lenne a keverőket frekvenciaváltóval ellátni, ami lehetővé tenné az optimálist megközelítő anyagmozgásokat a beadagolásnál és azt követően a teljes tömegben. • A keverési időszükségletet növeli és többletenergia-felhasználással jár, ha a szubsztrátum sok nagyobb sűrűségű, szervetlen szemcsét tartalmaz. Csatornaiszap esetében a szál lítóvállalatoknál a homokleválasztók hatékony ságát javítani kellene. • A keverések közötti időtartam optimuma anyagfüggő is, ezért a meghatározása csak ta pasztalati úton a gázkihozatal ellenőrzésével lehetséges. A validálásra irányult első üzemi eredmények Mintegy 5 hónapos kísérletezés során arra törekedtünk – a lehetőségek határain belül –,
8. ábra A keverőlapátok és a folyadéksugár alkotta felületen átáramló közeg határáramvonala (ún. csúszóáramvonal), amely a keverőktől kiindulva mérséklődik
A
B
5
Tudomány - Műszaki fejlesztés operational situation faster in order to pro vide the maximum gas yield. Lektorálta: Dr. Patay István egyetemi tanár Irodalom
A
[1] Berglund, M.; Börjesson, P.: 2006 Assess ment of energy performance in the life-cycle of biogas production, Elsevier, Biomass and Bioenergy Volume 30, Issue 3, March 2006, pp 254–266
B
9. ábra A reaktorban lévő anyag felületének és alsó szintjének 0,1 m-es rétegsíkjában kialakuló mozgás térirányban értelmezve (a legnagyobb a sebesség 1,8 m/s, a legkisebb sebesség ~0,0 m/s)
[2] Björn, A; Segura de La Monja, P.; Karls son, A.; Ejlertsson, and Bo, J.; Svensson, H. (2012). Rheological Characterization, Biogas, ISBN: 978-953-51-0204-5, InTech, Available from: http://www.intechopen.com/ books/biogas/rheological-characterization [3] Brehmera, M.; Kraumea, M.: 2012 Mixing Performances In Biogas Plants, Tech nische Universität Berlin, 14th European Conference on Mixing, Warszawa, 10-13 Sep tember
[email protected]
A
B
10. ábra A reaktorban lévő anyag középső szintjének rétegsíkjában kialakuló mozgás térirányban értelmezve
hogy a betáplálással a kívánatos összetételt megközelítsük és a keverést a modellhez igazítsuk. Ennek szakszerű végrehajtását rendszerint akadályozták a véletlenszerű meghibásodások, eltömődések, illetve az is, hogy egyes anyagok a megfelelő időben nem álltak rendelkezésre. Az utóbbiból tanulságként le vonható, hogy kell lennie a szállítási nehézségekből adódó anyaghiányokat elhárító tárolókapacitásnak, vagyis az anyagok rendelkezésre állása minden időben megfelelő legyen.
modellezés együtt gyorsabban segíti az elvárható legjobb állapot elérését.
Összefoglalás
According to the realised trends, the us age of the mixture of multifarious biological waste will be typical in the biogas plants in the future. Unfortunately the physical vari ety of the input materials and the differences in the content values can cause significant operational problems. Stirring is more complicated and impor tant process as it seems to be, because it is more than a pure mechanical homogenisa tion. The temperature of the reactor, the dura tion and intensity of the materials movement are also important determining factors af fected by the stirring. Considering the shear ing as determining the activity of the bacteria, stirring velocity is not negligible. In a research project we examined the stirring process within real circumstances in a biogas plant in different reactors by meas uring and also by computer modelling. Ac cording to our opinion combination of the experimental method and the computer simulation can help to achieve the optimal
A jövőben egyre tipikusabbá válnak a többféle biológiai hulladékot felhasználó biogázüzemek. Jelentős üzemeltetési probléma a beérkező anyagok fizikai sokfélesége és az egyes szállítmányok beltartalmi eltérései. A betáplálási receptúrák (ezekben optimalizálható a beltartalmi összetétel) szerinti beadagolásuk és keverésük révén javul az egységnyi bevitt tápanyagra vonatkozó gázkihozatal (m3/kg). A keverés a tisztán anyaghomogenizálási mechanikai folyamatnál sokkal bonyolultabb, mivel a hőmérsékletre is figyelemmel kell lenni, miközben meghatározott helyen folyamatos hőfelvétel van, de közben a külső hőmérséklettől függően hőveszteség (vagy pl. nyáron hőnyereség) keletkezik. Ehhez járul, hogy a betáplált anyagok hőfoka is igen változó, miközben a gázelvétel is hőveszteséggel jár. A keverés folyamatát elemeztük üzemekben szerzett tapasztalatok alapján modellezéssel is. Annyi már ma is kijelenthető, hogy az üzemi kísérletek és a
6
A munka elkészítését támogatta: TÁMOP 4.2.2.D-15/1/Konv-2015-0011 számú „Interdiszciplináris nemzetközi kutatói teamek létrehozása Békés megyében”
Summary
[4] Domahidy L. Gy.: 2013 A szennyvíziszapra vonatkozó hazai szabályozás tervezett változtatásai Budapest, http://www.kszgysz. hu/files/4313/7344/5767/Domahidy_Iszap_ jogszabalyok.pdf [5] Fantozzi, F.; Buratti, C.: 2011 Biogas production from different substrates in an experimental Continuously Stirred Tank Re actor anaerobic digester, [6] Gabelle, J.-C.; Morchain, J.; Anne-Ar chard, D.; Augier, F.; Liné, A., 2013, Expe rimental determination of the shear rate in a stirred tank with a non-newtonian fluid: carbopol, Aiche Journal volume 59, issue 6, pp. 2251–2266, june 2013 DOI: 10.1002/aic. 13973 [7] Gerardi, M. H. (2003): The Microbiology of Anaerobic Digesters, John Wiley & Sons, Inc., Publication, pp. 11-57. [8] Gruber, W. (2007). Biogasanlagen in der Landwirtschaft. Aid infodienst Verbraucher schultz, Ernährung, Landwirtschaft e.V. Bonn. 1453. [9] Kardos L.: 2012 A szennyvíztelepi biogáz termel_ fermentációs folyamatok nyomon követése kémiai és biokémiai módszerekkel Eötvös Loránd Tudományegyetem, Természettudományi Kar, Bp. Környezettudományi Doktori Iskola pp. 113-114. átvétel: http:// teo.elte.hu/minosites/ertekezes2012/ kardos_l.pdf [10] Kovács at all ( 2003): A szennyvíziszapkezelés és hasznosítas jogi, gazdasági, műszaki, környezetegészségügyi feltételrendszere. http://www.emla.hu/alapitvany/02-03/ szviszap.pdf [11] Seyssiecq, I.; Ferasse, J.H. & Roche, N. (2003). State-of-the-art the rheological cha racterization of waste water treatment sludge. Biochem Engin Jour, Vol.16, pp. 41-56. Mezőgazdasági Technika, 2015. augusztus
