Już na etapie projektowania, a następnie wykonywania instalacji biogazowych należy uwzględnić wszystkie warunki pozwalające na bezpieczne ich funkcjonowanie. Dotyczy to w szczególności wszystkich procesów, które ze względu na możliwość zajścia reakcji chemicznych lub zmianę stanu skupienia różnych substancji mogą powodować zagrożenie dla życia i zdrowia ludzi oraz środowiska.  

Bezpieczeństwo personelu i środowiska: Redukcja niebezpiecznych składników biogazu.

W instalacji biogazowej produkowany jest biogaz, w skład którego wchodzi głównie metan oraz dwutlenek węgla. Niewielką jego objętość może stanowić również siarkowodór, który w odpowiednich stężeniach może stwarzać zagrożenie dla pracowników biogazowni. W niniejszym artykule wskazane zostaną zagrożenia, które mogą zaistnieć podczas nieprawidłowej eksploatacji instalacji. W związku z tym istotne jest odpowiednie przeszkolenie pracowników, jak również wdrożenie odpowiednich procedur. Należy jednocześnie podkreślić, że w profesjonalnie prowadzonych i eksploatowanych biogazowniach przytoczone zagrożenia są niemal całkowicie zminimalizowane.  

Metan 

Głównym składnikiem biogazu jest metan, który należy do grupy gazów łatwopalnych, a przy określonych warunkach jest również wybuchowy. Aby jednak proces spalania zachodził muszą zostać spełnione jednocześnie trzy warunki: (1) substancja lub materiał palny, (2) dostęp tlenu do podtrzymywania procesu spalania oraz (3) doprowadzenie energii niezbędnej do zainicjowania zapłonu. Dodatkowo mamy również do czynienia z dolną oraz górną granicą wybuchowości tego gazu. Właściwości wybuchowe uzyskiwane są przy stężeniu objętościowym metanu i powietrza w granicach 4,5-15%.  

W przypadku dolnych granic wybuchowości mamy do czynienia z nadmiarem powietrza, które pochłania ciepło powstające w początkowej fazie spalania. Natomiast w górnych granicach temperatura spalin jest zbyt niska do podtrzymania spalania do czasu rozcieńczenia mieszaniny gazów powietrzem. Może to spowodować nagłą sytuację, gdy mieszanina niepalna stanie się mieszaniną palną lub wybuchową.  

Należy również podkreślić, że granice palności są zmienne i zależą one między innymi od: 

– temperatury (wraz ze wzrostem temperatury granice te będą się rozszerzać, co zwiększy zagrożenie zapłonu),  

– ciśnienia (obniżenie ciśnienia pozwala na zawężenie granic palności danego gazu, co oznacza, że dla każdej mieszaniny gazów istnieje ciśnienie, przy którym własności palne nie istnieją), 

– objętość gazu obojętnego w mieszaninie np. azotu lub dwutlenku węgla (wzrost zawartości gazu obojętnego zmniejsza zakres palności), 

– składu gazów i stężenie tlenu w mieszaninie. 

Na rysunku przedstawiono zagrożenie wybuchowe w przypadku mieszaniny gazów metanu i powietrza. Za pomocą linii ABGF, przedstawiona została mieszanina metanowo-powietrzna, w której metan spala się w bezpośrednim zetknięciu ze źródłem ognia i wygasa po usunięciu ognia. Pole BCG oznacza obszar palny/wybuchowy. Natomiast linie CDG obrazują obszar mieszaniny metanowo-powietrznej, w której metan raz zapalony pali się samoczynnie nawet po usunięciu źródła ognia. Linie FDEH oznaczają obszar występowania mieszaniny niewybuchowej oraz niepalnej. 

Ryc. Wybuchowość i palność metanu 

Należy również podkreślić, że wszystkie operacje serwisowe i eksploatacyjne, które prowadzone są w obrębie komór fermentacyjnych i pofermentacyjnych, zbiornika gazu oraz instalacji gazowej wykluczają poruszanie się w polu BCG. Dlatego niezbędnym jest wykonywanie wszelkich prac serwisowych oraz obsługowych zgodnie z procedurami i zasadami bezpieczeństwa, które powinny być określone w instrukcji eksploatacji biogazowni. 

Dwutlenek węgla 

W zamkniętych pomieszczeniach: pompowniach, studniach oraz szachtach może dochodzić do wypierania tlenu z powietrza atmosferycznego przez wzrastające stężenie dwutlenku węgla. Sytuacje takie zdarzają się w praktyce bardzo rzadko, jednak warto o nich wspomnieć w tym miejscu i wskazać, jako jedno z potencjalnych zagrożeń. W normalnych warunkach udział tlenowej części w powietrzu atmosferycznym dochodzi do 21% objętości powietrza. Przy spadku zawartości tlenu do 17% objętości w powietrzu pomieszczenia instalacji należy liczyć się z zagrożeniem zdrowia personelu obsługowego. Natomiast przy spadku ilości tlenu poniżej 14% w powietrzu wdychanym powstaje zagrożenie uduszenia. Bezpośrednim powodem uduszenia są wysokie stężenia dwutlenku węgla w powietrzu wdychanym przez operatora instalacji, przy równoczesnym małym stężeniu tlenu. 

Siarkowodór 

Innym toksycznym komponentem biogazu jest siarkowodór (H2S), który poza instalacjami biogazowymi występuje również w ściekach komunalnych (m.in. w przydomowych szambach), w gnojowicy oraz w dużych stężeniach w biogazie składowiskowym (szczególnie w początkowym etapie eksploatacji złoża). Gaz ten posiada charakterystyczny zapach zgniłych/zepsutych jaj, który przy niskich stężeniach jest wyczuwalny. Długotrwałe narażenie na działanie siarkowodoru w niskich stężeniach może powodować mdłości i bóle głowy, a także doprowadzić do podrażnienia spojówek. Przy wyższych stężeniach może spowodować śmierć. Dlatego szczególnie podczas prac konserwacyjnych zbiorników, szachtów, studni kondensacyjnych i gazowych istotne jest zachowanie ostrożności i wykorzystanie specjalistycznego sprzętu (detektorów), które pozwolą określić obecność i stężenie H2S. 

Oprócz negatywnego wpływu na zdrowie ludzi, gaz ten ma również silny wpływ na uszkodzenia agregatów kogeneracyjnych. Poprzez połączenie siarkowodoru oraz zawartej w biogazie pary wodnej dochodzi do powstawania kwasu siarkowego. Kwas ten działa negatywnie na stosowane do obróbki biogazu silniki jak i dołączone do nich elementy (instalacja gazownicza, instalacja odprowadzająca spaliny itd.). 

Rola regulacji i standardów w minimalizacji niebezpiecznych składników w biogazie

Należy pamiętać, że w celu zapewnienia bezpiecznej eksploatacji i funkcjonowania biogazowni konieczne jest przestrzeganie odpowiednich procedur, do których można zaliczyć bieżącą kontrolę zbiorników fermentacyjnych i gazowych, systemów ich mieszania i dozowania substratu. Ponadto wszystkie prace remontowe i serwisowe wykonywane w miejscach zagrożonych wybuchem powinny być poprzedzone analizą składu gazów na obecność gazów niebezpiecznych. Konieczne jest również odpowiednie oznakowanie pomieszczeń zagrożonych wybuchem wraz określeniem stref. Działanie to może pozwolić na uniknięcie zagrożenia życia dla pracowników biogazowni. 

Podobne wpisy