osnove anaerobne fermentacije - ippcfarms · anaerobna fermentacija biološki proces. sloŽeni...
TRANSCRIPT
![Page 1: Osnove anaerobne fermentacije - IPPCFARMS · anaerobna fermentacija biološki proces. sloŽeni polimeri bjelanČevine ugljikohidrati masti/lipidi aminokiseline, ŠeĆeri masne kiseline,](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022040317/5e32c98203662e6d9b42baba/html5/thumbnails/1.jpg)
Osnove anaerobne fermentacije
nusproizvoda u stočarstvu
Dr. sc. Robert Spajić
Katedra za mehanizaciju i zdravstvenu zaštitu u stočarstvu
Poljoprivredni fakultet u Osijeku
![Page 2: Osnove anaerobne fermentacije - IPPCFARMS · anaerobna fermentacija biološki proces. sloŽeni polimeri bjelanČevine ugljikohidrati masti/lipidi aminokiseline, ŠeĆeri masne kiseline,](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022040317/5e32c98203662e6d9b42baba/html5/thumbnails/2.jpg)
Kratki pregled
Biološki procesi
Tipovi fermentora/digestora
Uvjeti zbrinjavanja
Izazovi na putu prema uspjehu
![Page 3: Osnove anaerobne fermentacije - IPPCFARMS · anaerobna fermentacija biološki proces. sloŽeni polimeri bjelanČevine ugljikohidrati masti/lipidi aminokiseline, ŠeĆeri masne kiseline,](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022040317/5e32c98203662e6d9b42baba/html5/thumbnails/3.jpg)
Kratki pregled procesa anaerobne
fermentacije
H2S
Stajnjak
Ugljični
dioksid
(CO2)
Obrađena „otpadna” voda
patogeni,
makrohranjiva,
nestabilne organske
tvari
Energija Metan (CH4)
• smanjenje
patogena
• velika hranjivost,
visokovrijedno
organsko gnojivo
• stabilnost (manje
mirisa)
Anaerobna fermentacija
Biološki proces
![Page 4: Osnove anaerobne fermentacije - IPPCFARMS · anaerobna fermentacija biološki proces. sloŽeni polimeri bjelanČevine ugljikohidrati masti/lipidi aminokiseline, ŠeĆeri masne kiseline,](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022040317/5e32c98203662e6d9b42baba/html5/thumbnails/4.jpg)
SLOŽENI POLIMERI
BJELANČEVINE UGLJIKOHIDRATI MASTI/LIPIDI
AMINOKISELINE, ŠEĆERI MASNE KISELINE, ALKOHOLI
MEĐUPROIZVODI
(propionat, butirat itd.)
ACETAT VODIK
UGLJIČNI DIOKSID
METAN
UGLJIČNI DIOKSID
FERMENTACIJA ANAEROBNA
OKSIDACIJA
ACETIKLASTIČNA
METANOGENEZA
REDUKTIVNA
METANOGENEZA
HOMOACETOGENEZA
HIDROLIZA
Mikrobiologija anaerobne razgradnje
![Page 5: Osnove anaerobne fermentacije - IPPCFARMS · anaerobna fermentacija biološki proces. sloŽeni polimeri bjelanČevine ugljikohidrati masti/lipidi aminokiseline, ŠeĆeri masne kiseline,](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022040317/5e32c98203662e6d9b42baba/html5/thumbnails/5.jpg)
Proces anaerobne fermentacije
osjetljiv je na promjene u:
Temperaturi
Lužnatosti
Kvaliteti (jačini) sirovine - (utovarnoj stopi) OLR
Protjecanju – hidraulici (vremenu hidrauličnoga
zadržavanja - HRT)
![Page 6: Osnove anaerobne fermentacije - IPPCFARMS · anaerobna fermentacija biološki proces. sloŽeni polimeri bjelanČevine ugljikohidrati masti/lipidi aminokiseline, ŠeĆeri masne kiseline,](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022040317/5e32c98203662e6d9b42baba/html5/thumbnails/6.jpg)
Sustav zbrinjavanja i gospodarenja
gnojovkom, stajnjakom
Uspješni anaerobni fermentori (bioplinska
postrojenja)
- zahtjevaju predanost na licu mjesta
![Page 7: Osnove anaerobne fermentacije - IPPCFARMS · anaerobna fermentacija biološki proces. sloŽeni polimeri bjelanČevine ugljikohidrati masti/lipidi aminokiseline, ŠeĆeri masne kiseline,](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022040317/5e32c98203662e6d9b42baba/html5/thumbnails/7.jpg)
Sakupljanje
Primjena/
Uporaba
Fermentor/
Digestor/
Razgrađivač
Skladištenje
Sustav gospodarenja nusproizvodima
životinjskoga podrijetla
![Page 8: Osnove anaerobne fermentacije - IPPCFARMS · anaerobna fermentacija biološki proces. sloŽeni polimeri bjelanČevine ugljikohidrati masti/lipidi aminokiseline, ŠeĆeri masne kiseline,](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022040317/5e32c98203662e6d9b42baba/html5/thumbnails/8.jpg)
Što možemo koristiti u bioplinskom postrojenju?
SUPSTRATI, KO-SUPSTRATI
Poljoprivreda
• Stajnjak
• Gnojovka
• Biomasa (kukuruzovina, pljevica, zelena masa)
• Kukuruzna silaža, sjenaža energetskih biljaka
Pehrambena industrija:
• Pivski kvasac
• Sirutka
• Stari kruh
• Klaonički otpad „sterilizacija” (2. i 3. kat)
![Page 9: Osnove anaerobne fermentacije - IPPCFARMS · anaerobna fermentacija biološki proces. sloŽeni polimeri bjelanČevine ugljikohidrati masti/lipidi aminokiseline, ŠeĆeri masne kiseline,](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022040317/5e32c98203662e6d9b42baba/html5/thumbnails/9.jpg)
Poljoprivreda
![Page 10: Osnove anaerobne fermentacije - IPPCFARMS · anaerobna fermentacija biološki proces. sloŽeni polimeri bjelanČevine ugljikohidrati masti/lipidi aminokiseline, ŠeĆeri masne kiseline,](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022040317/5e32c98203662e6d9b42baba/html5/thumbnails/10.jpg)
Prehrambena industrija
![Page 11: Osnove anaerobne fermentacije - IPPCFARMS · anaerobna fermentacija biološki proces. sloŽeni polimeri bjelanČevine ugljikohidrati masti/lipidi aminokiseline, ŠeĆeri masne kiseline,](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022040317/5e32c98203662e6d9b42baba/html5/thumbnails/11.jpg)
Prednosti anaerobne fermentacije
Proizvodnja električne struje
Obnavljanje topline
Mogućnost prodaje ugljika
Kontrola mirisa
Proizvodnja bioplina
![Page 12: Osnove anaerobne fermentacije - IPPCFARMS · anaerobna fermentacija biološki proces. sloŽeni polimeri bjelanČevine ugljikohidrati masti/lipidi aminokiseline, ŠeĆeri masne kiseline,](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022040317/5e32c98203662e6d9b42baba/html5/thumbnails/12.jpg)
Proizvodnja bioplina
• Bioplin je u pravilu 60-65% metan, a vrijednost zagrijavanja mu je
otprilike 22,5 megadžula po m3 (600 BTU po kubičnoj stopi).
• KORACI
Hidroliza
Acidogeneza
Acetogeneza
Metanogeneza
![Page 13: Osnove anaerobne fermentacije - IPPCFARMS · anaerobna fermentacija biološki proces. sloŽeni polimeri bjelanČevine ugljikohidrati masti/lipidi aminokiseline, ŠeĆeri masne kiseline,](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022040317/5e32c98203662e6d9b42baba/html5/thumbnails/13.jpg)
Proizvodnja bioplina
Bioplin sadrži i vlagu, ugljični
dioksid (CO2) i hidrogen sulfat
(H2S), te ostale spojeve u
tragovima.
![Page 14: Osnove anaerobne fermentacije - IPPCFARMS · anaerobna fermentacija biološki proces. sloŽeni polimeri bjelanČevine ugljikohidrati masti/lipidi aminokiseline, ŠeĆeri masne kiseline,](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022040317/5e32c98203662e6d9b42baba/html5/thumbnails/14.jpg)
Toplinski režimi rada
• Psihrofilni < 20ºC
• Mezoflni 30 – 40ºC
• Termofilni 43 – 55+ºC
![Page 15: Osnove anaerobne fermentacije - IPPCFARMS · anaerobna fermentacija biološki proces. sloŽeni polimeri bjelanČevine ugljikohidrati masti/lipidi aminokiseline, ŠeĆeri masne kiseline,](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022040317/5e32c98203662e6d9b42baba/html5/thumbnails/15.jpg)
Važni parametri
• Temperatura – tri osnovna modela
• pH vrijednost : (7 – 8), ispod 6 i iznad 8.3 –
opasnost od inhibicije procesa
• Hlapljive masne kiseline (HMK) – povećana
koncentracija = neadekvatan proces razgradnje
• Amonijak (bjelančevine) – povećana koncentracija
može inhibirati proces razgradnje
![Page 16: Osnove anaerobne fermentacije - IPPCFARMS · anaerobna fermentacija biološki proces. sloŽeni polimeri bjelanČevine ugljikohidrati masti/lipidi aminokiseline, ŠeĆeri masne kiseline,](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022040317/5e32c98203662e6d9b42baba/html5/thumbnails/16.jpg)
OLR - Organic loading rate
HRT – Hidraulic retention time
OLR = m * c / VR
OLR – unos organske tvari (kg/d/m3)
m – masa supstrata (kg/d)
c – sadržaj organske tvari (%)
VR – volumen fermentora (m3)
HRT = VR / V
HRT – vrijeme hidraulične retencije (dan)
VR - volumen fermentora (m3)
V – volumen supstrata unesen u jedinici
vremena (m3/dan)
![Page 17: Osnove anaerobne fermentacije - IPPCFARMS · anaerobna fermentacija biološki proces. sloŽeni polimeri bjelanČevine ugljikohidrati masti/lipidi aminokiseline, ŠeĆeri masne kiseline,](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022040317/5e32c98203662e6d9b42baba/html5/thumbnails/17.jpg)
Uobičajene konfiguracije za
anaerobnu fermentaciju stajnjaka, gnojovke
• Pokrivene lagune (na otvorenome i zagrijavane)
• Fermentori/digestori s potpunim miješanjem (RPM)
• Fermentori/digestori sa stalnim dotokom
• Anaerobni reaktori s nizanjem serija
(ARNS)
• Fermentori/digestori s fiksiranim filmom
(anaerobni filteri)
![Page 18: Osnove anaerobne fermentacije - IPPCFARMS · anaerobna fermentacija biološki proces. sloŽeni polimeri bjelanČevine ugljikohidrati masti/lipidi aminokiseline, ŠeĆeri masne kiseline,](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022040317/5e32c98203662e6d9b42baba/html5/thumbnails/18.jpg)
Pokrivene anaerobne lagune
![Page 19: Osnove anaerobne fermentacije - IPPCFARMS · anaerobna fermentacija biološki proces. sloŽeni polimeri bjelanČevine ugljikohidrati masti/lipidi aminokiseline, ŠeĆeri masne kiseline,](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022040317/5e32c98203662e6d9b42baba/html5/thumbnails/19.jpg)
Pokrivene lagune
Prednosti
• (Relativno) niski troškovi
• Niska razina tehnologije / jednostavna izgradnja
Nedostatci
• Održavanje folije / trajnost
• Velika površina
• Gomilanje krute tvari/ hranjiva – slabo mješanje
![Page 20: Osnove anaerobne fermentacije - IPPCFARMS · anaerobna fermentacija biološki proces. sloŽeni polimeri bjelanČevine ugljikohidrati masti/lipidi aminokiseline, ŠeĆeri masne kiseline,](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022040317/5e32c98203662e6d9b42baba/html5/thumbnails/20.jpg)
Fermentori s potpunim miješanjem
![Page 21: Osnove anaerobne fermentacije - IPPCFARMS · anaerobna fermentacija biološki proces. sloŽeni polimeri bjelanČevine ugljikohidrati masti/lipidi aminokiseline, ŠeĆeri masne kiseline,](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022040317/5e32c98203662e6d9b42baba/html5/thumbnails/21.jpg)
Fermentori s potpunim miješanjem
Potpuno promiješani reaktori-spremnici (PPRS) Reaktori za tekućine s potpunim miješanjem (RTPM) Spremnici sa stalnim dotokom i miješanjem (SSDM)
Kontaktni procesi
![Page 22: Osnove anaerobne fermentacije - IPPCFARMS · anaerobna fermentacija biološki proces. sloŽeni polimeri bjelanČevine ugljikohidrati masti/lipidi aminokiseline, ŠeĆeri masne kiseline,](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022040317/5e32c98203662e6d9b42baba/html5/thumbnails/22.jpg)
Fermentori s potpunim miješanjem
Potpuno promiješani reaktori-spremnici (PPRS) Reaktori za tekućine/sirovine s potpunim miješanjem
(RTPM) Spremnik sa stalnim dotokom i miješanjem (SSDM)
Kontaktni procesi
![Page 23: Osnove anaerobne fermentacije - IPPCFARMS · anaerobna fermentacija biološki proces. sloŽeni polimeri bjelanČevine ugljikohidrati masti/lipidi aminokiseline, ŠeĆeri masne kiseline,](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022040317/5e32c98203662e6d9b42baba/html5/thumbnails/23.jpg)
Fermentori s potpunim miješanjem
Prednosti
• Visoka razina iskustva u tehnologiji
• Pokriva širok raspon dotoka krutih tvari (KT)
+ Može se rabiti sa sustavima struganja ili samoispiranja
+ Može se rabiti u svinjogojskim ili govedarskim sustavima
Nedostatci
• Slaba imobilizacija krute mase (HRT)
• Potreba za mehaničkim miješanjem
![Page 24: Osnove anaerobne fermentacije - IPPCFARMS · anaerobna fermentacija biološki proces. sloŽeni polimeri bjelanČevine ugljikohidrati masti/lipidi aminokiseline, ŠeĆeri masne kiseline,](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022040317/5e32c98203662e6d9b42baba/html5/thumbnails/24.jpg)
Fermentori sa stalnim dotokom
![Page 25: Osnove anaerobne fermentacije - IPPCFARMS · anaerobna fermentacija biološki proces. sloŽeni polimeri bjelanČevine ugljikohidrati masti/lipidi aminokiseline, ŠeĆeri masne kiseline,](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022040317/5e32c98203662e6d9b42baba/html5/thumbnails/25.jpg)
Fermentori sa stalnim dotokom
bez miješanja
![Page 26: Osnove anaerobne fermentacije - IPPCFARMS · anaerobna fermentacija biološki proces. sloŽeni polimeri bjelanČevine ugljikohidrati masti/lipidi aminokiseline, ŠeĆeri masne kiseline,](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022040317/5e32c98203662e6d9b42baba/html5/thumbnails/26.jpg)
Fermentori sa stalnim dotokom
Prednosti
• Dobra iskustva s goveđim stajnjakom/gnojovkom
• Dobar za sustave sa skreperima
Nedostatci
• Traži veliku količinu krute tvari u otpadu (11 - 14 %)
• Nekompatibilnost sa steljom od pijeska
![Page 27: Osnove anaerobne fermentacije - IPPCFARMS · anaerobna fermentacija biološki proces. sloŽeni polimeri bjelanČevine ugljikohidrati masti/lipidi aminokiseline, ŠeĆeri masne kiseline,](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022040317/5e32c98203662e6d9b42baba/html5/thumbnails/27.jpg)
Anaerobni reaktor sa šaržnim punjenjem -
nizanjem serija (ASBR)
![Page 28: Osnove anaerobne fermentacije - IPPCFARMS · anaerobna fermentacija biološki proces. sloŽeni polimeri bjelanČevine ugljikohidrati masti/lipidi aminokiseline, ŠeĆeri masne kiseline,](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022040317/5e32c98203662e6d9b42baba/html5/thumbnails/28.jpg)
Taloženje
Odvod
Pretakanje
Reakcija
Bioplin Dotok
Punjenje
Schematic – Dr. G.L. Hawkins
![Page 29: Osnove anaerobne fermentacije - IPPCFARMS · anaerobna fermentacija biološki proces. sloŽeni polimeri bjelanČevine ugljikohidrati masti/lipidi aminokiseline, ŠeĆeri masne kiseline,](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022040317/5e32c98203662e6d9b42baba/html5/thumbnails/29.jpg)
Anaerobni reaktori s nizanjem serija
Prednosti
• Pokriva veliki raspon dotoka krute tvari
Nedostatci
• Ograničeno poznavanje tehnologije
• Mogućnost nagomilavanja krute tvari u reaktoru
![Page 30: Osnove anaerobne fermentacije - IPPCFARMS · anaerobna fermentacija biološki proces. sloŽeni polimeri bjelanČevine ugljikohidrati masti/lipidi aminokiseline, ŠeĆeri masne kiseline,](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022040317/5e32c98203662e6d9b42baba/html5/thumbnails/30.jpg)
Fermentori s fiksiranim
filmom/inokulatom
![Page 31: Osnove anaerobne fermentacije - IPPCFARMS · anaerobna fermentacija biološki proces. sloŽeni polimeri bjelanČevine ugljikohidrati masti/lipidi aminokiseline, ŠeĆeri masne kiseline,](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022040317/5e32c98203662e6d9b42baba/html5/thumbnails/31.jpg)
Dotok Bioplin
Odvod
Schematic – Dr. G.L. Hawkins
![Page 32: Osnove anaerobne fermentacije - IPPCFARMS · anaerobna fermentacija biološki proces. sloŽeni polimeri bjelanČevine ugljikohidrati masti/lipidi aminokiseline, ŠeĆeri masne kiseline,](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022040317/5e32c98203662e6d9b42baba/html5/thumbnails/32.jpg)
Dotok Bioplin
Odvod
Schematic – Dr. G.L. Hawkins
![Page 33: Osnove anaerobne fermentacije - IPPCFARMS · anaerobna fermentacija biološki proces. sloŽeni polimeri bjelanČevine ugljikohidrati masti/lipidi aminokiseline, ŠeĆeri masne kiseline,](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022040317/5e32c98203662e6d9b42baba/html5/thumbnails/33.jpg)
Razgrađivači s fiksiranim filmom
Prednosti
• Kratko HRT
• Izvrsna imobilizacija biomase
• Dobar za sustave s ispiranjem „otpada”
Nedostatci
• Ne može primiti otpad sa srednjom / visokom krutom
tvari
• Nužno odvajanje krute tvari
• Mogućnost začepljenja
![Page 34: Osnove anaerobne fermentacije - IPPCFARMS · anaerobna fermentacija biološki proces. sloŽeni polimeri bjelanČevine ugljikohidrati masti/lipidi aminokiseline, ŠeĆeri masne kiseline,](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022040317/5e32c98203662e6d9b42baba/html5/thumbnails/34.jpg)
Dozirni sustavi za sirovine u
bioplinskim postrojenjima
![Page 35: Osnove anaerobne fermentacije - IPPCFARMS · anaerobna fermentacija biološki proces. sloŽeni polimeri bjelanČevine ugljikohidrati masti/lipidi aminokiseline, ŠeĆeri masne kiseline,](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022040317/5e32c98203662e6d9b42baba/html5/thumbnails/35.jpg)
Potencijalni izazovi na putu prema
uspjehu:
• Veliki investicijski troškovi
• Niske veleprodajne cijene električne struje
(+0.16EUR/kWh)
• Management koji kontrolira sustav upravljanja
• Nedostatak dobro razvijene prateće
industrije (sirovina, servis… i sl.)
![Page 36: Osnove anaerobne fermentacije - IPPCFARMS · anaerobna fermentacija biološki proces. sloŽeni polimeri bjelanČevine ugljikohidrati masti/lipidi aminokiseline, ŠeĆeri masne kiseline,](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022040317/5e32c98203662e6d9b42baba/html5/thumbnails/36.jpg)
Za zapamtiti o anaerobnim fermentorima
(bioplinskim postrojenjima)
• Dokazana su tehnologija
• Konvertiraju nusproizvode poljoprivredne i prehrambene
industrije u visokovrijedno organsko gnojivo
• Osiguravaju smanjeni intenzitet negativnih mirisa
• Ne zamjenjuju sustave zbrinjavanja/gospodarenja otpadom
• Mogu zahtijevati visokoeducirani management
![Page 37: Osnove anaerobne fermentacije - IPPCFARMS · anaerobna fermentacija biološki proces. sloŽeni polimeri bjelanČevine ugljikohidrati masti/lipidi aminokiseline, ŠeĆeri masne kiseline,](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022040317/5e32c98203662e6d9b42baba/html5/thumbnails/37.jpg)
Bioplinsko postrojenje sa multisirovinskom
osnovom za proizvodnju bioplina
![Page 38: Osnove anaerobne fermentacije - IPPCFARMS · anaerobna fermentacija biološki proces. sloŽeni polimeri bjelanČevine ugljikohidrati masti/lipidi aminokiseline, ŠeĆeri masne kiseline,](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022040317/5e32c98203662e6d9b42baba/html5/thumbnails/38.jpg)
Nusproizvod bioplinskog postrojenja,
DIGESTAT !
• Sirovine “otpad” u bioplinskom postrojenju
• Proces fermentacije (amonijski oblik N – u
nitratni oblik N)
• Visokovrijedno organsko gnojivo
• Izuzetno pogodno za gnojidbu ratarskih kultura
• Poboljšanje pH tla
• Smanjen udio masnih kiselina – smanjen
negativan utjecaj na biljke u uzgoju
![Page 39: Osnove anaerobne fermentacije - IPPCFARMS · anaerobna fermentacija biološki proces. sloŽeni polimeri bjelanČevine ugljikohidrati masti/lipidi aminokiseline, ŠeĆeri masne kiseline,](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022040317/5e32c98203662e6d9b42baba/html5/thumbnails/39.jpg)
Digestat kao gnojivo
Kao tekući supstrat
Kao polusuhi supstrat
Kao suhi supstrat
![Page 40: Osnove anaerobne fermentacije - IPPCFARMS · anaerobna fermentacija biološki proces. sloŽeni polimeri bjelanČevine ugljikohidrati masti/lipidi aminokiseline, ŠeĆeri masne kiseline,](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022040317/5e32c98203662e6d9b42baba/html5/thumbnails/40.jpg)
Pitanja ?
Komentari !