V IZSGÁLATI EREDMÉNYEK INTERPRETÁLÁSA

Mivel a biogáz gyártott mennyiségét és a biogáz összetételét általában precízebben és egyszerűbben határozhatják meg, mint a fermentációs maradék végleges szubsztrátum tartalmát a megfelelő kémiai analízisekkel, ezért ajánlott, hogy a szubsztrátum lebomlását a biogáz termelés és a betáplált szubsztrátum mennyisége alapján határozzuk meg. A következő egyensúlyi módszerek alkalmasa e célból:

 szén mérleg  CBS mérleg  oTS mérleg

Ezen módszerekre, valamint a szubsztrátum elemzésére és bemenő mennyiségének meghatározására alapvetően szükséges a gázhozam és a gázösszetétel napi mérése. A mért gáztérfogatot át kell számítani standard körülményekre (273 K, 1013 hPA) száraz gázra.

Egy szén mérleg ban a bemeneti szubsztrátum TOC lebomlását első megközelítésként számíthatjuk a keletkezett biogázban jelen levő CH4 és CO2 mólszámából és figyelembe veszzük, hogy a lebomlott

szén kb. 7%-át a bakteriálsi tömeg friss keletkezésére fordítja. Ha a TOC lebomlását precízebben határozzuk meg, a fermentációs maradékban levő szervetlen szén (TIC) növekedését (oldott CO2 és

karbonátok) bele kell venni, mivel ez szintén lesz a szubsztrátum TOC lebomlásából.

A szénmérleg előnye, hogy a teljesen lebomlott szubsztrátum arányáról kapott információ szerinti módszeres megközelítés és mindezek pontossága az azonos szinteken az adott szubsztrátum által nem korlűtozott. Továbbá nem szükséges elemzés arra, hogy azonosítsuk a biogáz komponenseit feltéve, ha biztosított a betáplált adott szubsztrátum alapján biztosított, hogy a keletkezett biogáz túlnyomóan kizárólag CH4-ból, CO2- ból és vízgőzből áll. Egy hátránya az, hogy magas az elemzés költsége és a

laboratórium személyi minősítettségének megfelelő követelemények, különösen akkor, mikor a  pontosság fontos, a fermentációs maradékban levő TIC változását kell meghatározni vagy inhomogén

szilárd anyagot fermentálunk.

A CBS mérleg energia mérleg, amely a különböző anyagokhoz kötött. A specifikus metán hozamot (CH4/kg szubsztrátum bemenet) és a specifikus metántermelést (CH4/(működési térfogat x d))

megkaphatjuk közvetlenül a napi gázhozam és gázösszetétel mérésekből. Ráadásul a fermentálciós szbsztrátum CSB tartalmának ismertnek kell lennie. A metán oxidáció sztöchiometriájából kapjuk:

1 mól CH4  oxidációjához 2 mól O2  szükséges  –   másszóval 64 g oxigén. Ha az egy mól CH4

oxidációjához szükséges oxigén mennyiségét úgy definiáljuk, mint az elméletileg meghatározható kémiai oxigénigény (CSB), azt jelenti, hgoy 1 mól CH4 64 g CSB-hez tartozik. Figyelembe véve a

22,4 ℓ N/mól moláris térfogatot a következőt kapjuk:

A biogázban levő CO2 aránya nem lényeges a CSB mérlegban, mivel a CO2 kizárólag oxidált szén

formájában van jelen.

Az oxidált szerves komponensek sztöchiometriájának egy összehasonlítva

az anaerob konverziós egyensúllyal, mint Buswell (ld. 1. egyenlet), az eredményeket megerősíti.

A glükózra, C6H12O6=180 g/mol, mivel egy egyszerű szerves komponens, a CBS-t (oxidálási oxigén)

1,067 g O2/g oTS -nél számítjuk. Anereob módon átalakult, amely eredményez 3 mól metánt és 3 mól

szén-dioxidot, amely 0,747 ℓ N/g átalakított szénhidrátot jelent a gázhozamban a metán mennyiség

50%-ával.

Másrészről az átalakult CSB egységenként ekvivalens metánt és a metán arányát a gázban szintén számolhatjuk a CSB-n keresztül, miként 1,067∙0,35/0,5=0,747 ℓ N biogáz/g átalakult szerves anyag, így

megerősíte a CSB fontosságát a metánképződésben.

Mivel a gyakorlati tapasztalatokból ismert, hogy az átalakult CSB kb. 10 %-a részt vesz a biomassza megújításában, feltételezhető, hogy gyakorlati körülmények között 1 g CSB teljes lebomlása kb. 320mℓ N metán gázt termel. Ez azt jelenti, hogy a degradáció fokát a 12-es egyenlettel számíthatjuk ki.

1 g CSB 350 mℓ N CH4

1 g CSBdegradált kb. 320 mℓ N CH4

Ahol

VGas a biogáz térfogata mℓ N/d-ben

xCH4 metán mennyisége

mszubsztrátum hozzáadott szubsztrátum g/d-ben

CSBszubsztrátum szubsztrátum CSB g/g-ban

A CSB mérleg egy széleskörűen használt gyakorlati paraméter, különösen az anaerob szennyezett vízkezelés területén a tiszta teljesítmény megállapítására. Előnye, hogy sem a fermentációs maradékban keletkezett CO2  oldahatósága sem a vizsgálati berendezés követelményeinek (CO2

eltávozásától mentes) nincs hatása a következtetések pontosságára. Hátránya, hogy nem ad információt a bemeneti szubsztrátum teljes anaerob lebomlásáról és inhomogén szilárd anyagokat tartalmazó fermentáció során az elemzések költsége magas.

A degradáció fokát az oTS mérleg felhasználásával is meghatározhatjuk.Itt a bemeneti szubsztrátum és a fermentációs maradék szerves száraz anyag tartalmát kell mérni. Ez a meghatározási módszer kevésbé pontos, mint a gáz fázisú, mivel a reprezentatív mintát meglehetősen nehezebb venni a reaktor tartalmának elkerülhetetlen inhomogenitása és a kevésbé degradálható komponensek gyakran hosszú- rostú szerkezete miatt. Ez kompenzálható azzal, hogy az oTS fegradációját a biogázból kivett metán és szén-sioxid tömegéből határozzuk meg. Ha a vizsgálat tárgyát képező szubsztrátum szignifikéns mennyiségben tartalmaz könnyen illékony szerves savakat, a bemeneti szerves szárazanyagot növelni kell a gőz-illékony szerves savak (Hacequ) arányában.

Vegyük figyelembe, hogy a lebomlott szerves száraz tömegének kb. 7%-a a bakteriális tömeg újraképződésére van, a szubsztrátum oTS degradációja a következőképpen számítható:

Ahol

Vgas a biogáz térfogata, mℓ N/d-ben

CCH4+CO2 CH4+CO2 tömegkoncentrációja a biogázban, g/ mℓ N-ben

mszubsztrátum hozzáadott szubsztrátum g/d-ben

oTSszubsztrátum az oTS koncentráció a szubsztrátumban, g/g-ban

Haceqv szubsztrátum illékony zsíros savak a szusztrátumban, g/g-ban

Az oTS mérleg módszer különösen az alacsony arányban zsírt tartalmazó szilárd anyagok inhomogén keverékének a fermentálására megfelelő. Előnye, hogy ezen szubsztrátum követelményekkel mind a mintaelőkészítés, mind az analízis költsége kevesebb a másik két módszerrel szemben. Hátránya, hogy nem ad ainfomációt a bemeneti szubsztrátum teljes anaerob lebomlásáról és més módszertanilag nem alkalmas a határozottan redukált anyagok (pl. zsírok) fermentációjának becslésére. Ennek oka, hogy a Buswell anaerob konverziós mérleg (ld. 1. egyenlet) vize felbomlik a redukált komponensek fermentációja során. Tehát a keletkezett biogázban levő CH4 és CO2 tümegének egy része szervetlen

eredetű és nem lehet a bemeneti szumbsztrátum degradációjához kötni. Továbbá az oldott CO2-t nem

figyeljük, így a módszer pontosságának határt szabunk.

Szükséges figyelembe venni, hogy az illékony szerves savakat tartalmazó szubsztrátumok oTS értéke hibákkal terhelt, hacsak a szárazanyag tartalom nem növekszik ennek arányában. Ezt különösen a silós fermentációs vizsgálatok esetén fordul elő, mivel ezek nagyarányú gőz-illékony szerves savakat tartalmaznak.

Egy vizsgálati jegyzőkönyv minta a G. mellékletben található. (nem fordítottam le, eredetiben). Jó, ha

elektronikus adatfeldolgozást használunk on-line adatgyűjtéssel a berendezés mind folyamatparaméterére egy PC-n keresztül és átküldjük a kapott laboratóriumi analitikai adatokat off- line módon. Ez lehetővé teszi az egyszerű grafikus megjelenítéseket és a modellalkotó regressziós analízist azért, hogy vizsgálni tudjuk a folyamatos vizsgálat során keletkező nagy mennyiségű adatokat.

Az anyagok fermentálhatósági osztályainak analitikai leírásának bevezetése, valamint a anyag adatbázisokkal támosatott saját tesztjeink és analitikai mintavételezls eredményeinek igazolására a következő internetcímeket keressük fel:

 www.ktbl.de  www.graskraft.de

 www.fachverband-biogas.de  www.fnr.de

Különböző egyetemek és más felsőoktatási intézmények készítenek lényeges vizsgálati eredményeket, amelyek elérhetőek az interneten.

9 F

ÜGGELÉKEK

9.1 „A”

  FÜGGELÉK

– M

INTAVÉTELEZÉSI JEGYZŐKÖNYV

Mintavételi terv száma…………..  Kapcsolódó mintavételi listák száma:……….. (a) Általános információ

1. Címek

2. Mintavételezés indítéka, célok: ………

3. Mintavételezés ideje: ………

4. Mintavételező személy neve: ………

(b) Helyszínre vonatkozó információk 5. Mintavételi hely:

6. Teljes tárolt térfogat/forma:

7. Tárolás időtartama (előzetes történet)

8. Az anyagot befolyásoló hatások (pl. időjárás)

(c) Érzékszervi vizsgálat

9. Az anyag típusa, eredete, összetétele: 10. Tömörség

11. Homogenitás

12. Egyéb jellemzők (szín, szemcseméret, szemcse eloszlás, szag, gázfejlődés)

(d) Mintavételezés

13. Mintavételező berendezés 14. Mintavételi eljárás

15. Minta előkészítési eljárás

16. Részminták száma:………….. Kevert ömlesztett minták:…………..Kumulatív minták:….. 17. Kevert ömlesztett mintán belüli részminták száma:

18. Mintavételezés alatti megfigyelések/megjegyzések:

19. Helyszíni diagram (anyaghalmok esetén és mintavételi pontok) -

20. Minták szállítása és tárolása, hűtés (lehetséges hűtési hőmérséklet) 21. Megőrzés, konzerválás

22. Hely Idő

……….. Mintavételező aláírása

9.2 „B”

  FÜGGELÉK

–

M

INTÁK LISTÁJA A MINTAVÉTELEZÉSI JEGYZŐKÖNYVHÖZ

Minták listája a …..számú mintavételezési jegyzőkönyvhöz Mintavételező:……….

Minta

 jelzése Mintatípusa (részminta, kevert ömlesztett, kumulatív minta) Mintatartó

 jelzése  jellemzéseMintatartó Mintamennyisége ℓ-ben Szín, szag, tömörség Komponensek mérete, szemcseméret mm-ben Megjegyzések

No documento VDI 4630_03 (páginas 41-46)