Pro anaerobní zpracování bioodpadů i biologicky rozložitelných komunálních odpadů (BRKO) se stále častěji budují fermentační zařízení produkující bioplyn.
Tato zařízení jsou budována ve dvou technologických variantách: jako suchá, nebo mokrá fermentace. Každá technologie má své výhody a nevýhody, a používá se pro jiné substráty.
MOKRÁ FERMENTACE
Nejběžnější metoda zpracovává vstupní materiál ve formě čerpatelné kapaliny s průměrnou sušinou do zhruba 12 %. Jedná se o kontinuální biologicky proces provozovaný ve velkých vzduchotěsných míchaných nádobách - fermentorech, tyto mohou být ležaté, svislé, případně v kombinaci. Do těchto nádob je prakticky kontinuálně dávkován substrát. Ve fermentorech je udržována stálá teplota kolem 35 °C při mezofilních podmínkách, nebo kolem 55 °C při termofilních podmínkách. Termofilní proces je charakterizován hlubším rozkladem organické hmoty, vyšší produkcí bioplynu, avšak i nižší stabilitou procesu.
Proces pracuje s určitým ustáleným stavem, proto je nutné dodržovat základní provozní parametry. Některé z nich je nutno sledovat již při návrhu technologie: velikost reaktorů a jejich účinnost (záleží na míchání), zatížení reaktorů vnosem organické hmoty, koncentrace amoniakálního dusíku v reaktorech.
Pro eliminaci možných negativních vlivů technologie (především zápach digestátu na výstupu) je často využíváno vícestupňových systémů se sériově řazenými fermentory a dofermentory (dohnívacími nádržemi).
Při zpracování BRKO metodou mokré anaerobní fermentace je vždy nutná předúprava zpracovávaného bioodpadu drcením, případně dalším tříděním (separace anorganických částí, separace plastů apod.) eliminujícím podíly nežádoucích příměsí. Tyto materiály mohou způsobovat ucpávání a nadměrné opotřebení čerpacích systémů (pískem, hlínou, kovy) nebo vytváření plovoucích vrstev v nádržích a znečištění výstupních digestátů (např. plasty). Dalším rizikem je kontaminace digestátu některými rizikovými prvky (Cu, Hg, As apod.).
SUCHÁ FERMENTACE
Technologie suché fermentace se rozvíjí v západní Evropě teprve v několika posledních letech, a to především z důvodů výrazně nižší energetické náročnosti provozu, menší citlivosti na kvalitu vstupů a nižších bilancí s manipulovaným materiálem. Celkový počet instalací se však počítá maximálně na desítky. Technologie pracuje se vstupními materiály bez větší potřeby ředicí kapaliny s pracovní sušinou pohybující se v reaktorech v množství kolem 30 %. Suchá fermentace u tzv. garážových bioplynových stanic využívá diskontinuálního procesu, kdy je materiál nadávkován do paralelních fermentačních železobetonových boxů, následně je uzavřen a zahříván na provozní teplotu (obvykle cca 40 °C) za současného zkrápění procesní tekutinou (tzv. perkolátem) pocházející z výluhu z boxů.
Ve velmi krátké době dojde ke spotřebování kyslíku v boxu a za nepřístupu vzduchu probíhá anaerobní fermentace a produkce bioplynu. Boxů je navrženo obvykle několik vedle sebe a celková produkce bioplynu z celého zařízení je tak přes nerovnoměrnou produkci z jednotlivých boxů stálá. Bioodpad setrvává v boxu cca 20-40 dní, po této době již produkce bioplynu ustává. Následně je materiál vyskladněn a obvykle dokompostován. Část se může vracet do boxu jako inokulum. Další metodou suché fermentace je např. zpracování v ležatých válcových reaktorech s pístovým tokem.
POROVNÁNÍ TECHNOLOGIÍ
Mokré technologie mají širší uplatnění, jsou historicky rozšířenější, technicky propracovanější a jsou dobře provozně prověřené. Počet instalací v Evropě je v tisících kusů. Bohatší technologická výbava a příslušenství (např. míchadla, čerpadla, drtiče, separace) zvyšuje provozní náklady, jako je spotřeba elektřiny, servis a údržba. Zvyšuje se také četnost poruch.
Suché technologie byly původně navržené pro zpracování komunálních bioodpadů. Vzhledem ke stávající legislativě je předpoklad, že v podmínkách ČR bude využitelná především v zemědělských provozech, kde jsou k dispozici pouze vysokosušinové substráty. Problematičtější bude uplatnění v komunálních a průmyslových projektech (technicky obtížnější splnění legislativních požadavků). Největším problémem je malý počet realizací (nedostatek "referenčních informací"), což se však může časem změnit.
Literární prameny uvádí, že stávající aplikace suché cesty mívá ve srovnání s mokrou nižší specifické výtěžnosti bioplynu. Je třeba si ovšem uvědomit, že suché fermentory zpracovávají substráty s 3-4krát vyšším obsahem organické hmoty oproti reaktorům využívajícím technologie mokré fermentace. Suché technologie jsou zpravidla využívány u BPS, které zpracovávají komunální a domovní odpady. V zemědělství ji lze zaznamenat jen zcela výjimečně. Nicméně je nutné si uvědomit, že každá technologie má své výhody a nevýhody. Suchou fermentaci lze použít i u biomasy, kterou nelze mokrou cestou jednoduše zpracovat (např. podestýlky na bázi pilin - v mokré cestě tvoří krusty, ucpávají čerpadla, nedokonale vytříděné bioodpady - příměsi plastů, dřeva, kovů, zeminy).
Ing. Ondřej Škorvan
Ing. Marek Holba, PhD.
Ing. Karel Plotěný
ASIO, spol. s r.o., Botanický ústav AV ČR, v.v.i., VŠCHT Praha
Tento článek byl v plném znění publikován ve sborníku firmy ASIO, spol. s r.o. "Energie z odpadních vod a odpadů" (listopad 2011).
VÝHODY SUCHÉ FERMENTACE:
možnost pracovat se heterogenní vstupní hmotou obsahující příměsi (hlína, cizorodé předměty),
materiál ze separovaného sběru BRKO není třeba v některých aplikacích vůbec upravovat (doporučuje se však hrubé drcení),
nízká vlastní spotřeba elektrické energie,
možnost diskontinuálního provozu (např. v návaznosti na svozy BRKO),
nižší nároky na obsluhu.
NEVÝHODY:
nižší účinnost rozkladu oproti mokré technologii,
nutnost otevřené manipulace s bioodpadem při naskladnění a vyskladnění,
výkyvy produkce bioplynu ve startovní fázi procesu,
komplikovanější náběh technologie,
zařízení není příliš vhodné pro bioodpady vyžadující hygienizaci (např. kuchyňský odpad, jateční odpad) a pro materiály kapalné konzistence.
VÝHODY MOKRÉ FERMENTACE:
možnost zpracovávat tekuté materiály,
dobře zvládnutý a mnoha aplikacemi ověřený proces,
stálá produkce bioplynu,
homogenita výstupního digestátu,
s aktivním materiálem se pracuje výhradně v uzavřeném systému (kromě vstupního objektu).
NEVÝHODY:
nutnost zabezpečení stálého přísunu substrátu (problém u BRKO s nerovnoměrnou produkcí),
náročná předúprava bioodpadů,
produkce velkého množství kapalného výstupního digestátu.
Suchá cesta mívá ve srovnání s mokrou nižší výtěžnosti bioplynu.
