Podstawowym celem pracy biogazowni jest produkcja biogazu z substratów organicznych, m.in.: gnojowicy, obornika i bioodpadów. Rodzaj stosowanego surowca warunkuje dobierany dla każdej biogazowni indywidualnie układ technologiczny i tym samym określa, czy będziemy stosować proces obróbki termicznej, tj. sterylizacji ciśnieniowej czy higienizacji.
Jakie korzyści przynosi higienizacja i sterylizacja w biogazowniach?
Mamy wiele rodzajów biogazowni. Z punktu widzenia prawa podział biogazowni jest dokonywany w zakresie wytwarzania biogazu ze względu na rodzaj produkowanego biogazu na biogaz rolniczy, biogaz składowiskowy, biogaz z oczyszczalni ścieków i biogaz inny. Potocznie jednak, biogazownie klasyfikuje się na dwa podstawowe rodzaje, najczęściej w ostatnim czasie projektowane: biogazownie rolnicze i biogazownie komunalne. W artykule skupimy się właśnie na nich.
Do biogazowni gdzie produkowany jest biogaz rolniczy (czyli w potocznym rozumieniu biogazowni rolniczej) trafiają substraty pochodzące z upraw celowych, przetwórstwa rolno-spożywczego oraz hodowli, m.in. kiszonka z kukurydzy, trawa, żyta, wysłodki buraczane, gnojowica czy obornik. Natomiast biogaz składowiskowy, biogaz inny czy biogaz z oczyszczalni ścieków powstaje w instalacjach wykorzystujących odpady komunalne.
Kiedy należy przeprowadzać obróbkę termiczną substratów UPPZ?
Zasadą, która warunkuje zastosowanie procesu obróbki termicznej w procesie, jest klasyfikacja substratu. Jeśli do procesu fermentacji jest dodawany substrat, który stanowi Uboczny Produkt Pochodzenia Zwierzęcego (UPPZ) kat. 2 lub kat. 3 to w ciągu procesowym należy uwzględnić sterylizację lub higienizację zgodnie z Rozporządzeniem Parlamentu Europejskiego i Rady (WE) nr 1069/2009 z dnia 21 października 2009 r. określający przepisy sanitarne dotyczące produktów ubocznych pochodzenia zwierzęcego (UPPZ), nieprzeznaczonych do spożycia przez ludzi. Dokładne wskazania dotyczące warunków prowadzenia procesów zawarto w Rozporządzeniu Komisji (UE) nr 142/2011 z dnia 25 lutego 2011r. w sprawie wykonania Rozporządzenia Parlamentu Europejskiego i Rady (WE) nr 1069/2009 oraz w sprawie wykonania dyrektywy Rady 97/78/WE.

Jakie substraty organiczne wymagają higienizacji w procesie fermentacji biogazu?
Odpady zaliczone do kategorii 2 to odpady o większym stopniu ryzyka niż odpady zaliczone do kat. 3. W związku z tym, należy je poddać obróbce termicznej w procesie sterylizacji, tj. ogrzewaniu w temperaturze powyżej 133 st. C nieprzerwanie przez co najmniej 20 minut pod ciśnieniem bezwzględnym wynoszącym co najmniej 3 bary. Wielkość cząstek sterylizowanego materiału nieprzekraczająca 50 mm. Odpady stanowiące materiał kategorii 3 to UPPZ uznane za zdatne do spożycia lecz niewykorzystane w handlu z różnych przyczyn. Takie odpady należy poddać obróbce termicznej w procesie higienizacji w temperaturze 70 st. C przez 1 h. Wielkość cząstek higienizowanego materiału nieprzekraczająca 120 mm.

Efektywność procesu fermentacji biogazu a obróbka termiczna substratów?
Skoro już wiemy, kiedy stosować proces sterylizacji i higienizacji, warto zastanowić się na jakim etapie procesu produkcji biogazu usytuować obróbkę termiczną. Skupmy się na procesie higienizacji. Rozwiązania są dwa. Można zastosować higienizację przed głównym procesem fermentacji metanowej (w ciągu linii przygotowania substratu) lub po procesie fermentacji, który zachodzi przede wszystkim w komorach fermentacyjnych (w ciągu systemu obróbki substancji pofermentacyjnej).
Obróbka termiczna w biogazowniach komunalnych: optymalne rozwiązania.
Głównym aspektem, który o tym decyduje, jest stopień zagęszczenia materiału dozowanego do układu fermentacji oraz ilość pofermentu zawracanego do procesu fermentacji. Zacznijmy od aspektu zagęszczenia – higienizatory są wyposażone w mieszadła, których głównym zadaniem jest mieszanie substratu podczas procesu, a nie, jak mogłoby się wydawać – rozdrabnianie go. Jak już wyżej wspomniano, materiał trafiający do zbiornika higienizującego musi spełniać wymogi dotyczące wielkości cząstek substratu.
Sterylizacja ciśnieniowa vs higienizacja: porównanie procesów w biogazowniach
Nie zawsze jednak jest możliwość osiągnięcia wymaganych parametrów materiału wsadowego. Zdarza się, że ze względu na wysoki stopień zawartości suchej masy substratu wsadowego (na poziomie ok. 10-15%) i konieczność jego uwodnienia oraz rozdrobnienia (po oczyszczeniu z zanieczyszczeń) najlepszym rozwiązaniem jest zastosowanie systemu obróbki termicznej pofermentu płynnego przed skierowaniem go do magazynowania czyli po układzie fermentacji.Wtedy cząstki substancji pofermentacyjnej są dużo mniejsze niż materiał wsadowy. Substrat wsadowy może być też w formie płynnej (5-8% s.m.) co się zdarza np. w przypadku osadów ściekowych. Wtedy higienizację można zastosować przedcałym procesem fermentacji.
Rozwiązanie to jest zasadne również w przypadku, gdy spojrzymy na drugi aspekt jakim jest ilość cieczy pofermentacyjnej. W przypadku recyrkulacji znacznej ilości pofermentu na początek procesu fermentacji (co jest często praktyką ponieważ zawracana ciecz pofermentacyjna zaszczepia proces fermentacji) może się okazać, że objętość wsadu do higienizatora po procesie fermentacji będzie zdecydowanie większa właśnie ze względu na tę ilość recyrkulatu, który również będzie musiał zostać poddany higienizacji w stosunku do objętości samego materiału wsadowego (zaliczonego do UPPZ) kierowanego do procesu. Decydując się więc w takim wypadku na higienizację pofermentu musimy pamiętać, że będą to większe urządzenia, niż w przypadku higienizacji wsadu. Ważne więc jest to, ile cieczy będziemy zawracać do procesu a ile magazynować w celu późniejszego wykorzystania, czyli ile ostatecznie cieczy pofermentacyjnej należy poddać procesowi higienizacji.
Czy warto inwestować w higienizację substratów w biogazowniach? Analiza korzyści.
Pojawia się pytanie czy w ogóle opłaca się przyjmować do procesu fermentacji odpady wymagające
obróbki termicznej?
Wydawałoby się, że nie. Do higienizacji należy doprowadzić ciepło co z pewnością generuje dodatkowe koszty eksploatacyjne, samo urządzenie zajmuje dodatkowe miejsce na terenie obiektu/w budynku i stanowi dodatkowy koszt inwestycyjny.
Warto jednak pamiętać, że w przypadku biogazowni ciepło od procesu higienizacji jest zapewnione z kogeneracji, co czyni ten proces nisko kosztowym pod względem eksploatacji. Poza tym zastosowanie tego procesu jest opłacalne ze względu na wysoką energetyczność substratów dostarczanych do procesu fermentacji (wymagających higienizacji) lub w przypadku osadów ściekowych ze względu na możliwość ich przetworzenia zamiast magazynowania, najczęściej na terenie Oczyszczalni Ścieków. Dodatkowo, w biogazowniach rolniczych bardzo często obserwuje się problem z zagospodarowaniem nadwyżki produkowanego ciepła, co może być rozwiązane, przynajmniej częściowo, właśnie poprzez dodatkowy proces higienizacji.
Autor: Barbara Karcz