196344. lajstromszámú szabadalom • Eljárás és berendezés szervesanyag tartalmú folyékony anyagok, főleghulladékok, különösen híigtrágya és szennyvíziszap kezelésére
1 196 344 2 A találmány nagy szervesanyag-tartalmú folyadék, elsősorban hígtrágya és szennyvíziszap kezelésére szolgáló eljárásra és berendezésre vonatkozik. Amint ismeretes, a nagyüzemi állattartó telepeken igen nagy tömegű hígtrágya keletkezik (Magyarországon pl. 200—300 em3/nap), amelynek ökológiai szempontból kívánatos ártalmatlanítása világszerte súlyos problémát jelent. Még súlyosabb gondot okoz a szennyvíztisztító telepeken keletkező szennyvíziszap elhelyezése és ártalmatlanítása. A hígtrágya és szennyvíziszap — legalább részleges - ártalmatlanításának egy lehetséges módja biogázfejlesztéssel együtt járó lebontásuk. Biogázfejlesztésre jelenleg világszerte túlnyomórészt egyfázisú bontási eljárásokat alkalmaznak, amelyek jelentős hátránya, hogy a lebontási idő igen hosszú — mintegy harminc nap —, és emiatt a technológiai berendezés rendkívül nagy méretű (egy működő létesítmény esetében pl. 50 m3/nap feldolgozási teljesítmény 1800 m3 hasznos tartálytérfogatot igényel). A gázképződéssel járó erjesztési folyamat fűtéssel ugyan elvben felgyorsítható, gyakorlatilag azonban az egész eljárás gazdaságosságát megkérdőjelezi. Építészetileg hátrányos a terepszint fölé kiemelt épülettömeg, amely tetemes méretű alépítményt igényel. A bontási művelet hatékonyságának javítása érdekében kétfázisú bontás alkalmazása is ismeretes. A műveletet többnyire két különálló, vasbeton vagy acélszerkezetű tartályban hajtják végre. E rendszernek nagy az energiaigénye (hőigénye), üzemeltetési és beruházási költsége, hosszú a beruházás megtérülési ideje, és acélszerkezet használata esetén a térfogat növelésének a technikai lehetőség alacsony határt szab. így a kétfázisú lebontási rendszerek a gyakorlatban nemigen terjedtek el. Mind az egy-, mind a kétfázisú rendszereknél a lebontás, illetve erjesztés különböző szakaszaiban működő mikroorganizmusok keveredése gyakorlatilag bekövetkezik, ami a tevékenységüket hátrányosan befolyásolja. Ismeretes olyan megoldás is, amelynél az erjesztési folyamat két fázisa — a hídrolízíses és a metanogén fázis — a lebontás hatékonyságának a növelése céljából két olyan, egymástól eltérő átmérőjű hengeres tartályban zajlik le, amelyek közül a kisebb átmérőjű tartály a nagyobb átmérőjű tartályban helyezkedik el, és e tartályok egymáshoz viszonyítva forgathatók. Az erjesztendő anyag folyamatos keverését a belső tartály lassú forgatásával végzik. Az egyes fázisok a forgó mozgás következtében szakaszosan keverednek egymással. Az ilyen típusú berendezések hátránya, hogy a gyártásuk igen fejlett ipari hátteret tételez fel, amellett mintegy 20-25 m3 hasznos térfogatot meghaladó berendezések előállítása komoly műszaki nehézségekbe ütközik. Valamennyi jelenleg ismert biogáztermelő rendszerben a folyadék felszínén keletkező filcszerű anyagréteg megbontása, keverése és eltávolítása többnyire mechanikus, esetleg hidraulikus úton történik. Mind a mechanikus, mind a hidraulikus keverés állandó energiabetáplálást igényel, emellett fennáll a keverőszerkezet eltömődésének, illetve mechanikai elhasználódásának a veszélye. Az ismert biogáztermelő reaktorok további hátránya, hogy azokban — az áthaladó folyadék szempontjából — holtterek jönnek létre, ahol a keletkező iszap kiülepedhet, ezért a reaktorokat időszakonként tisztítani kell. Elsősorban a mérsékelt éghajlati viszonyok között problémát okoz az is, hogy a fermentációs folyamat többnyire a mezofil zónában megy végbe, ezért a kirothasztott iszap sterilizálása nem következik be, következésképpen a biogázfejlesztőből kikerült anyag - egészségügyi szempontból — további kezelést igényel. A jelenleg ismert biogázterrnelő-erjesztő reaktorok túlnyomó részében a térfogathoz viszonyítva rövid a folyadékáramlást út hosza, ami a bontási folyamatban tés/.t vevő mikroorganizmusok működése szempontjából kedvezőtlen tényező. A kívánt bontási hatásfok így csak a folyadék tartózkodási idejének a meghosszabbítása, vagy a hasznos térfogat növelése árán lenne lehetséges. A találmány feladata, hogy olyan eljárást és berendezést szolgáltasson nagy szervesanyag-tartalmú folyadékok, különösen hígtrágya és szennyvíziszap gazdasági haszonnal járó feldolgozására, amely biogázfejlesztéssel jár, és a környezet védelmét messzemenően figyelembe veszi. A berendezésnek kis helyigényűnek kell lennie, üzemeltetésének pedig kedvező energiaráfordítással kel! történnie. A találmány az alábbi felismeréseken alapul: Amint ismeretes, a biogáz fejlődése két, egymástól jól elkülönülő fázisban megy végbe, nevezetesen a savas, más szóval: hidroiízises és a metanogén fázisban. A savas (hidroiízises) fázisban főleg a hidrogént termelő baktériumok tevékenysége a jellemző. Felismertük, hogy amennyiben a hidrogéntermelő baktériumok számára ideális körülményeket teremtünk, egyúttal kedvező és hatékony feltéteteket biztosítunk a második fázisban tevékenykedő metanogén baktériumok számára is. További felismerésünk, hogy a kétféle baktériumpopuláció tevékenysége abban az esetben optimalizálható, ha egymástól jól elkülönítve, egymást nem zavarva, de azonos vagy közel azonos hőmérsékleten megy végbe, és a hőveszteségek minimumra szoríthatók, ha a szomszédos reaktorterek koncentrikusan illeszkednek egymásba, ami egyúttal kompakt, minimális helyigényű műtárgyszerkezetet is eredményez. Azt is felismertük, hogy amennyiben a reaktort - a baktériumtevékenység intenzifikálása és optimalizálása érdekében — fűtési rendszerrel látjuk el, a reaktorban a távozó anyag sterilizálását biztosító termofil zóna alakítható ki. Végül fontos felismerésünk, hogy a fejlődő biogáz igénybe vehető a reaktoron belül a folyadékmozgatás és -keverés intenzifikálásához. E felismerésünk alapján a kitűzött feladatot a találmány értelmében olyan eljárás segítségével oldottuk meg, amelynek során a folyadékot zárt reaktorban hidroiízises (savas) és metanogén erjesztésnek vetjük alá, és amely eljárásra az jellemző, hogy a szervesanyagtartalmú folyadékot szakaszosan az atmoszferikust meghaladó nyomáson egy első reaktortér alsó részébe vezetjük, ahol hidroiízises erjesztésnek vetjük alá; az első reaktortér felső tartományából a szakaszos nyers folyadékbeadagolásnak megfelelő - vagy lényegében megfelelő — folyadék mennyiségeket a beadagolással egyidejűleg, vagy lényegében egyidejűleg több elkülönített helyen nyelőkbe történő átbuktatással és ejtőcsöveken (búvárcsöveken) át juttatjuk egy második rcaktortér alsó tartományába, ahova az rttbuktnlási műveletek közötti időszakokban célszerűen az ejtőcsöveken át az első reaktortérben a hidroiízises erjesztés során képződött hidsogéngázt vezetünk, és a máso-5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
