Mokslinio darbo ataskaita VGTU - LR V · 2 VYKDYTOJ Ų S ĄRAŠAS Pareigos, Vardas, Pavard ė Darbo vadovas: docentas dr. Alvydas Zagorskis, tel. 8 (5) 27 44 726, el. p.: [email protected],

VILNIAUS GEDIMINO TECHNIKOS UNIVERSITETAS

APLINKOS APSAUGOS INSTITUTAS

Adresas:

Saulėtekio al. 11, 2R-2211, Vilnius LT-10223

Tel. 8 5 2744726, 8 5 2744724

Taikomojo mokslinio tyrimo darbo „Sukurto mažų gabaritų bioreaktoriaus modulinių variantų analizė, parinkimas ir

taikymas kaimo ūkiuose bei maisto pramonėje“

ataskaita

Užsakovas: Lietuvos Respublikos ūkio ministerija Vykdytojas: Vilniaus Gedimino technikos universitetas

Vilnius, 2010

2

VYKDYTOJŲ SĄRAŠAS

Pareigos, Vardas, Pavardė

Darbo vadovas: docentas dr. Alvydas Zagorskis, tel. 8 (5) 27 44 726, el. p.: [email protected], VGTU Aplinkos apsaugos institutas, Saulėtekio al. 11, Vilnius LT-10223

2. Magistr. Antonas Misevičius

3. Magistr. Rokas Vilniškis

3

TURINYS

Įvadas ................................................................................................................................................. 5

1. Biodujoms išgauti pasaulyje naudojamų mažų gabaritų bioreaktorių apžvalga ........................... 8

1.1. Biodujų gamybos technologijos ir panaudojimas ................................................................. 8

1.2. Europoje naudojami mažo našumo bioreaktoriai ............................................................... 13

1.3. Azijoje naudojami mažo našumo bioreaktoriai .................................................................. 20

1.4. Amerikoje naudojami mažo našumo bioreaktoriai ............................................................. 35

1.5. Biodujų jėgainių sudėtinės dalys......................................................................................... 37

2. Bioskaidžių atliekų kompostavimui naudojamų mažų gabaritų bioreaktorių apžvalga .............. 44

2.1. Kompostavimo technologija ir jos būdai ............................................................................ 44

2.2. Pasaulyje naudojami mažų gabaritų kompostavimo bioreaktoriai ..................................... 50

3. Smulkiuose kaimo ūkiuose ir maisto pramonės įmonėse susidarančios biologiškai skaidžios

atliekos bei jų specifika............................................................................................................... 59

3.1. Žemės ūkyje susidarančios biologiškai skaidžios atliekos ................................................. 59

3.2. Maisto pramonės įmonėse susidarančios biologiškai skaidžios atliekos............................ 62

3.3. Perdirbimui perduoti biologiškai skaidžių atliekų kiekiai .................................................. 65

3.4. Biologiškai skaidžių atliekų specifika ir panaudojimo galimybės biodujų gamybai .......... 68

4. Biologiškai skaidžių atliekų srautų susidarymo smulkiuose kaimo ūkiuose ir maisto pramonės

įmonėse kitimo prognozės .......................................................................................................... 73

4.1. Trumpas prognozių sudarymo metodikos aprašymas ......................................................... 73

4.2. Atliekų srautų kitimas 2005–2009 metais .......................................................................... 73

4.2.1. Žemės ūkyje susidarę atliekų srautai ....................................................................... 73

4.2.2. Maisto pramonės įmonėse susdarę atliekų srautai................................................... 75

4.3. Bioskaidžių atliekų srautų perdirbimas............................................................................... 81

4.4. Žemės ūkių ir maisto pramonės įmonių apklausos rezultatai tvarkant bioskaidžias

atliekas ir vertinant jų kitimo prognozes ........................................................................... 85

4.5. Žemės ūkiuose ir maisto pramonės įmonėse susidarančių bioskaidžių atliekų kitimo

prognozės........................................................................................................................... 89

5. Smulkių kaimo ūkių ir maisto pramonės įmonių kiekybinis ir kokybinis įvertinimas ir

suskirstymas pagal jų dydžius, susidarančias biologiškai skaidžias atliekas .............................. 93

5.1. Smulkių kaimo ūkių kiekybinis ir kokybinis įvertinimas lietuvoje .................................... 93

5.2. Smulkių kaimo ūkių suskirstymas pagal dydžius ir susidarančias biologiškai skaidžias

atliekas............................................................................................................................. 100

4

5.3. Ūkių pasiskirstymas pagal susidarančius atliekų kiekius ................................................. 103

5.4. Maisto pramonės įmonių vertinimas lietuvoje.................................................................. 105

6. Mažų gabaritų bioreaktoriaus modulio parinkimas pagal sąlyginį dydį ir susidarančias

biologiškai skaidžias atliekas .................................................................................................... 113

6.1. Biodujoms išgauti naudojamo bioreaktoriaus aprašymas ................................................. 113

6.2. Biodujoms išgauti naudojamo bioreaktoriaus parinkimas ir pritaikymas ūkiams ir

maisto pramonės įmonėms .............................................................................................. 114

6.3. Kompostavimui naudojamo bioreaktoriaus pritaikymas ūkiams ir maisto pramonės

įmonėms .......................................................................................................................... 120

7. Bioreaktoriaus modulių kaštų ir naudos analizė ........................................................................ 125

7.1. Ekonominio, socialinio ir aplinkosauginio efekto įvertinimas ......................................... 125

7.2. Gaunama nauda mažų gabaritų bioreaktorių naudotojams ............................................... 126

7.3 bioreaktorių panaudojimo potencialas lietuvoje ................................................................ 127

7.4. Mažų gabaritų bioreaktoriaus atsipirkimo laiko skaičiavimas.......................................... 131

7.4.1. Atsipirkimo laiko skaičiavimo metodika............................................................... 131

7.4.2. Bioreaktoriaus išlaidų – naudos vertinimas........................................................... 133

7.5. Kaštų ir naudos analizė įvertinant biologiškai skaidžių atliekų apdorojimo įrenginius ... 139

7.6. Veiksniai įtakojantys biodujų ir energijos gamybos projektų ekonominius rodiklius ...... 142

8. Parinktų bioreaktoriaus modulių įdiegimo ir įrengimo techninės sąlygos................................. 144

Išvados ........................................................................................................................................... 149

Rekomendacijos............................................................................................................................. 151

Literatūros sąrašas.......................................................................................................................... 152

5

ĮVADAS

Tiriamoji problema

Šalyje susidaro nemaži kiekiai žemės ūkio ir maisto pramonės organinių atliekų,

kurių energetinis potencialas nėra panaudojamas. Tai galvijų, paukščių mėšlas ir srutos,

sodo ir daržo žaliosios atliekos, buityje susidarančios nuotekos, virtuvės atliekos.

Biologiškai yrant organinėms atliekoms, į aplinkos orą išsiskiria dujos turinčios neigiamą

poveikį klimato kaitai. Jų sudėtyje yra metano, anglies dvideginio, vandenilio, sieros

vandenilio, susidaro nemalonūs kvapai. Be to, atliekose esantys neorganiniai junginiai, su

trąšomis patekę į dirvą, nepalankiai veikia dirvožemio struktūrą ir dažnai turi neigiamos

įtakos derlingumui. Jų tinkamai neapdorojant, kyla rimtų problemų: teršiami paviršiniai ir

gruntiniai vandenys, ligų sukėlėjai kelia pavojų žmonių ir gyvūnijos sveikatai, atsiranda

šiltnamio efektas (metanas, išsiskiriantis yrant organinėms atliekoms, daro aplinkai net 21

kartą didesnį poveikį, nei anglies dvideginis). Lietuva yra įsipareigojusi sumažinti

sąvartynuose deponuojamų biodegraduojančių atliekų kiekį. Šiuo metu

Pagal Lietuvos Valstybinį strateginį atliekų tvarkymo planą direktyva 1999/31/EB

Lietuvoje turi būti įgyvendinta laipsniškai. Nuo 2010 metų sąvartynuose šalinamos

biologiškai skaidžios atliekos turi sudaryti 75 %, nuo 2000 metais sąvartynuose pašalinto

kiekio, nuo 2013 metų – 50 %, nuo 2020 metų – 35 %. Pasiekti tokių rezultatų reikia imtis

efektyvių priemonių. Vienos iš tokių priemonių gali būti anaerobinis apdorojimas.

Anaerobinio ir aerobinio bioskaidžių atliekų apdorojimo technologijų taikymas įgalina

sumažinti sąvartynų plotus, atliekų kenksmingumą, jų neigiamą poveikį aplinkai. Šių

technologijų taikymas yra būtinas, prieš tai išvardintoms problemoms spręsti, nes

bioskaidžių atliekų kiekiai kiekvienais metais vis didėja. Šiuo metu ūkininkai ir maisto

pramonės įmonės nepakankamai yra susipažinusios su atliekų tvarkymo

biotechnologijomis.

Darbo aktualumas Apdorojant organines atliekas bioreaktoriuose, tuo pačiu metu sprendžiamos

ekologinės problemos, gaunama energijos (biodujų) bei geros kokybės ekologiškų trąšų.

Bioreaktorius yra pagrindinis įrenginys, kuriame nuolat ir periodiškai vyksta biomasės

hidrolizės, fermentacijos bei metano gamybos bei atliekų skaidymo procesai.. Jame

surenkamos išsiskyrusios biodujos, kurios vėliau kaupiamos dujų rezervuaruose bei

naudojamos energijos gamybai. Ir nors didelių gabaritų bioreaktorių sistemos gerai

6

žinomos, efektyvių mažo našumo įrenginių, skirtų nedideliems ūkiams ir maisto

pramonėms įmonėms, retai naudojamos. Sukurtas tokio įrenginio prototipas paskatins

mažo našumo bioreaktorių rinkų atsiradimą, naujus mokslinius tyrimus ir plėtrą. Mažų

gabaritų bioreaktorius galima panaudoti smulkiuose ūkiuose ir maisto pramonės įmonėse,

ten kur susidaro biologiškai skaidžios atliekos. Studijoje pateikta informacija išryškins

mažų gabaritų bioreaktorių teikiamą aplinkosauginį ir ekonominį efektą bei taikymo

galimybes Lietuvos ūkiuose ir įmonėse.

Tyrimų objektas Sukurto mažų gabaritų bioreaktoriaus modulinių variantų analizė, parinkimas ir

taikymas kaimo ūkiuose bei maisto pramonėje.

Darbo tikslas Šio taikomojo mokslinio tyrimo darbo tikslas yra suskirstyti smulkius kaimo ūkius

ir maisto pramonės įmones pagal sąlyginį dydį ir susidarančių biologiškai skaidžių atliekų

specifiką bei konkrečiam ūkiui pritaikyti atitinkamą bioreaktoriaus modulinį variantą.

Tikslui pasiekti keliami darbo uždaviniai:

1. Surinkti informaciją apie mažų gabaritų bioreaktorius pasaulyje, jų konstrukcijas, veikimo principus, pritaikomumą.

2. Surinkti informacija apie Lietuvoje esančius ūkius ir maisto pramonės įmones ir suskirstyti jas pagal sąlyginį dydį.

3. Surinkti informacija apie kaimo ūkiuose ir maisto pramonės įmonėse susidarančius bioskaidžių atliekų kiekius.

4. Suskirstyti smulkius ūkius ir pramonės įmones pagal dydžius ir susidarančių atliekų kiekius.

5. Parinkti tam tikro dydžio įmonei bioreaktorių ir ir atlikti jo išlaidų – naudos kaštų analizę

6. Aprašyti bioreaktorių įrengimo ir įdiegimo technines sąlygas.

Darbo praktinė vertė

Studija leis geriau įvertinti bioskaidžių atliekų susidarančius kiekius Lietuvoje.

Ištyrus atliekų srautus, nustatyta kiek efektyvi biodujų gamybos ar atliekų kompostavimo

biotechnologija naudojant įvairias biologiškai skaidžias atliekas ir jų mišinius

mezofilinėmis sąlygomis. Studija skatins bioreaktorių taikymo galimybes Lietuvoje. Ūkiai

ir maisto pramonės įmonės galės diegti šias biotechnologijas, gaudamos aplinkosauginę ir

ekonominę naudą. Taip pat bus šalinami bioskaidžių atliekų irimo metu išsiskiriantys

kvapai, mažės atliekų poveikis aplinkai ir klimato kaitai, perdirbtas substratas galės būti

panaudojamas dirvos tręšimui ar laistymui.

7

SANTRUMPOS

BA – Biologiškai skaidžios atliekos

BVP – Bendras vidaus produktas

TIPK - Taršos integruota prevencija ir kontrolė

ŽŪM – Žemės ūkio ministerija

ŽŪB – Žemės ūkio bendrovė

ŽŪIKVC – Žemės ūkio informacijos ir kaimo verslo centras

SĄVOKOS IR TERMINAI

Biologiškai skaidžios atliekos – bet kokios atliekos, kurios gali būti suskaidytos aerobiniu ar anaerobiniu būdu, pvz., sodo, maisto, gyvulinės kilmės atliekos, popierius ar kartonas.

Ekologinis žemės ūkis – tai harmoninga ūkininkavimo sistema, kurioje nenaudojant sintetinių cheminių medžiagų siekiama uždaro, tęstinio energijos ir maisto medžiagų apytakos ciklo, neteršiama gamta ir vartotojai aprūpinami sveikais maisto produktais.

Kompostavimas - tai biologiškai skaidžių atliekų tvarkymo būdas, kai dėl kompleksinio biologinio, biocheminio ir fizinio proceso, t. y. mikroorganizmų, dirvožemio gyvūnų ir jų išskiriamų fermentų poveikio, mineralizuojasi biologiškai skaidžios atliekos, išsiskiria biogeniniai elementai ir susidaro humusas. Mažų gabaritų bioreaktorius – tai įrenginys skirtas biodujų ir trąšų gamybai, kuriame mikroorganizmai organines medžiagas skaido anaerobinėse ir aerobinėse sąlygose ir kurio tūris neviršija 50 m3. 1 kategorijos medžiagos – tai didžiausią pavojų žmonių ir gyvūnų sveikatai keliančios medžiagos, kurioms priskiriama visi gyvūninės kilmės šalutiniai produktai, kildinami iš gyvūnų, užsikrėtusių užkrečiamosiomis spongiforminėmis encefalopatijomis, išskyrus tas, kuriomis serga žmonės, arba užsikrėtusių kitomis ligomis, kuriomis gali užsikrėsti žmonės ar kiti gyvūnai. 2 kategorijos medžiagos – tai mažesnį nei pirmos kategorijos pavojų keliantys gyvūninės kilmės šalutiniai produktai, kuriose yra tam tikrų, reglamento Nr. 1774/2002 penktame straipsnyje reglamentuojamų medžiagų, kurių tarpe yra, pvz. mėšlas ir virškinamojo trakto turinys. 3 kategorijos medžiagos – tai mažiausiai pavojingi gyvūninės kilmės šalutiniai produktai, kurie gali būti plačiausiai pakartotinai perdirbami ir panaudojami.

8

1. BIODUJOMS IŠGAUTI PASAULYJE NAUDOJAMŲ MAŽŲ

GABARITŲ BIOREAKTORIŲ APŽVALGA

1.1. BIODUJŲ GAMYBOS TECHNOLOGIJOS IR PANAUDOJIMAS

Biodujų gamyba iš bioreaktoriuose apdorotų organinių atliekų leidžia įmonei ar

dideliam ūkiui apsirūpinti šiluma bei elektros energija. Šiandien biodujų jėgainių

technologijos nesunkiai atsiperka. Todėl daugeliui įmonių tai yra perspektyvi alternatyva

gauti šilumai ir elektros energijai bei spręsti gamtosaugines problemas. Biodujų gamyba

visų pirma sprendžia ne elektros energijos ir šilumos problemas, o ekologines. Atliekų

sukaupimo vietose atsiranda nemalonūs kvapai, pradeda veistis graužikai ir įvairūs ligų

sukėlėjai. Atliekose sutinkami neorganiniai junginiai neretai patenka į dirvą ir neigiamai

veikia jos struktūrą bei derlingumą. Be to atliekos kelia pavojų paviršiniam ir gruntiniam

vandeniui (Baltrėnas ir kt. 2005).

Biodujų gamybai gali būti naudojamas įvairios žaliavos: gyvulių mėšlas, augalų

liekanos, maisto pramonės bei žemės ūkio atliekos, nuotekų dumblas, organinės

komunalinės atliekos, viešojo maitinimo įstaigų atliekos ir energetiniai augalai. Biodujos

taip pat gali būti surenkamos specialiais įrenginiais iš sąvartynų.

1.1 pav. Uždaras biodujų gamybos iš BA ciklas (Al Saedi 2001)

9

Vienos geriausių žaliavų biodujų gamybai yra galimybė naudoti „šlapią biomasę“,

kurios drėgnis didesnis nei 60-70% (pvz., nuotekų dumblas, gyvulių srutos ir pan.)

Pastaraisiais metais, vis daugiau energetinių augalų (grūdų, kukurūzų, rapsų), buvo

naudojami kaip žaliava biodujų gamybai tokiose šalyse kaip Austrija arba Vokietija. Be

energetinių augalų, biodujų gamybai gali būti panaudojamos visų rūšių žemės ūkio

atliekos, netinkami maistui augalai.

Biologiškai yrant organinėms atliekoms į aplinką išsiskiria dujos, kurių sudėtyje

daugiausiai yra metano (50-70%) ir anglies dvideginio. Metanas ir anglies dvideginis yra

šiltnamio efektą sukeliančios dujos (Zuokaitė ir Zigmontienė 2009; Kvasauskas ir

Baltrėnas 2009).

Vienas iš perspektyviausių metodų organinėms atliekoms paversti alternatyvia

energija ir gauti trąšų – anaerobinis atliekų skaidymas bioreaktoriuose (Kvasauskas 2008).

Nemalonus kvapas

Sandėliuojant ir naudojant gyvulių mėšlą ir daug kitų organinių atliekų sklinda

nemalonus kvapas ir privilioja muses. Anaerobinis biologiškai skaidžių (BA) perdirbimas

sumažina šiuos kvapus iki 80%. Substratas yra beveik bekvapis, o likusio amoniako kvapo

nebelieka netrukus po to, kai substratas yra panaudojamas tręšiant laukus (Baltrėnas ir

Kvasauskas 2008).

Bioreaktorių veikimo principas

Bioreaktorius – tai įrenginys skirtas biodujų gamybai, kuriame mikroorganizmai

organines medžiagas skaido anaerobinėse sąlygose. Norint užtikrinti anaerobines sąlygas,

būtina neleisti aplinkos orui sąveikauti su biorektoriuje esančia įkrova. Todėl bioreaktorius

turi būti hermetiškas (Mödinger F. 2009).

Bioreaktorius yra pagrindinis biodujų jėgainės įrenginys, kuriame nuolat ar

periodiškai vyksta biomasės hidrolizės, fermentacijos bei metano gamybos procesas.

Bioreaktorius turi būti sandarus, nes anaerobinės bakterijos yra jautrios deguoniui. Be to,

jame surenkamos išsiskyrusios biodujos, kurios vėliau kaupiamos dujų rezervuaruose bei

naudojamos energijos gamybai. Vidutinėje klimato zonoje reaktoriaus korpusą būtina gerai

termiškai izoliuoti, siekiant sumažinti šilumos nuostolius. Korpuso gamybai naudojamas

plienas, gelžbetonis, polietilenas, medis bei molis (Kennes and Veiga 2001; Beteta 1995).

10

Bioreaktoriaus darbą nusako trys pagrindiniai parametrai: temperatūra, substrato

išlaikymo trukmė, apkrova.

Temperatūra

Bioreaktoriuose turi būti palaikoma temperatūra, atitinkanti optimalias sąlygas

mezofiliniams arba termofiliniams mikroorganizmas vystytis. Pagal tai jie yra skirstomi į

mezofilinius ir termofilinius. Norint palaikyti reikiama substrato temperatūrą su

mažiausiomis energijos sąnaudomis, bioreaktorius turi turėti efektyvią šildymo sistemą, o

jo korpusas turi būti padengtas šiluminės izoliacijos sluoksniu.

Norint palaikyti vienodą temperatūra visame bioreaktoriaus tūryje, tuo pačiu

užtikrinti gerą kontaktą tarp mikroorganizmų ir organinių medžiagų, bioreaktorius turi

turėti substrato maišymo sistemą. Maišymas taip pat neleidžia susidaryti plutai įkrovos

viršuje, kuri trukdo susidariusioms biodujoms pasišalinti iš apdirbamos žaliavos.

Bioreaktorius taip pat turi turėti substrato pakrovimo ir iškrovimo sistemą. Ji turi

būti tokia, kad užtikrintų kuo mažesnius temperatūros ir koncentracijos pokyčius įkrovoje.

Apkrova

Kitas svarbus bioreaktoriaus parametras yra apkrova. Apkrova nusako per parą

įkraunamų į bioreaktorių sausų organinių medžiagų kiekį, tenkantį vienam bioreaktoriaus

darbinio tūrio kubiniam metrui. Jei apkrova maža, tai bakterijoms trūksta maisto, jų veikla

neintensyvi, todėl sulėtėja biodujų gamyba. Jei apkrova pernelyg didelė, bioreaktoriuje

pradeda kauptis daug lakiųjų riebalinių rūgščių. Mažėja pagaminamų biodujų kiekis, be to

didėja jose CO2 koncentracija. pH reikšmė pasidaro mažesnė už 6, o tai stabdo

metanogeninių bakterijų veiklą. Todėl svarbu tinkamai pasirinkti bioreaktoriaus apkrova

norint optimizuoti biodujų išgavimą iš žemės ūkio bioskaidžių atliekų.

Reikalingas sausos organinės medžiagos tūris per laiko vienetą apskaičiuojamas:

(1.1)

čia:

BR – organinė apkrova [kg/d·m3];

m – reikalingas substrato kiekis per parą [kg/d];

c – organinės medžiagos koncentracija [%];

VR - bioreaktoriaus tūris [m3].

11

Optimali apkrova karvių mėšlo yra apie 4,5-6 kgSOM/m3parą, kiaulių mėšlo – 3-4

kgSOM/m3parą, paukščių mėšlo – 1,5-2,5 kgSOM/m3parą (Savickas ir Vrubliauskas 1997).

Išlaikymo trukmė

Išlaikymo trukmė – tai substrato buvimo laikas bioreaktoriuje, matuojamas

paromis. Nepertraukiamo veikimo bioreaktoriuose išlaikymo trukmė, gaunama dalinant

bioreaktoriaus darbinį turį (tūrį užpildytą substratu) iš įkrovos kiekio, tiekiamo į reaktorių

per parą (Savickas ir Vrubliauskas 1997):

(1.2)

čia:

IT – išlaikymo trukmė, para.

Bendras bioreaktoriaus tūris dažniausiai priimamas 10% didesnis už darbinį tūrį.

Svarbu tinkamai pasirinkti bioreaktoriaus konstrukciją ir tipą, nes nuo to priklauso biodujų

gamybos efektyvumas. Bioreaktoriai skirstomi į du pagrindinius tipus:

• periodinio veikimo;

• nuolatinio veikimo.

Periodinio veikimo bioreaktoriai

Šie bioreaktoriai yra pakraunami ir iškraunami periodiškai. Visas jų darbinis tūris

yra iš karto užpildomas apdorojimui skirta įkrova. Pašildžius įkrovą, biodujų išsiskyrimas

prasideda tik po keleto dienų. Po įkrovos degazacijos, ji visa pakeičiama nauja ir procesas

kartojamas. Šio tipo bioreaktorių dujų išeiga nėra pastovi. Iš pradžių biodujų išeiga, laikui

bėgant, didėja, pasiekia maksimumą ir po to palaipsniui pradeda mažėti. Norint užtikrinti

kuo tolygesnį biodujų tiekimą, šio tipo bioreaktoriai sudaryti iš kelių talpų. Kiekviena talpa

yra užpildoma šviežiu substratu atitinkamais laiko intervalais viena po kitos. Visų talpų

biodujų atvamzdžiai yra sujungiami į vieną bendrą kolektorių. Šio tipo bioreaktorių

trūkumas – palyginti ilgas substrato išlaikymo bioreaktoriuje laikas bei mažas ir netolygus

biodujų išgavimas. Be to, keičiant įkrovą, su ja pašalinami ir mikroorganizmai. Pagrindinis

privalumas yra tas, kad juose labiau suskaidomos organinės medžiagos.

Nuolatinio veikimo bioreaktoriai

Nuolatinio veikimo bioreaktoriuose įkrova pašalinama ne visa iškarto, o

palaipsniui, nustatytomis dalimis: į bioreaktorių pridedama dalis paruošto naujo substrato,

12

tiek pat pašalinama degazuoto. Visa bioreaktoriaus įkrova pakeičiama per laiką lygų

išlaikymo trukmei (Savickas ir Vrubliauskas 1997).

Bioreaktorius pagal konstrukciją gali būti: su slankiojančia biodujų talpykla,

fiksuoto kupolo talpykla (1.2 ir 1.3 pav.).

1.2 pav. Bioreaktorius su slankiojančia dujų talpykla (Biogas...2007)

Pastaruoju metu Europoje paplito cilindro formos reaktoriai, kurie gali būti įrengti

horizontaliai arba vertikaliai (cilindrinė forma patogi gaminti ir eksploatuoti). Jų korpusai

gaminami iš plieno ar gelžbetonio. Perdirbamo substrato pašildymui reaktoriuje ar jo

išorėje įrengiamas šilumokaitis. Šio tipo reaktoriai veikia mezofilinėje arba termofilinėje

aplinkoje (Jagadish et al. 1998; Schutyser et al. 2000).

1.3 pav. Fiksuoto kupolo bioreaktorius (Biogas...2007)

13

Vertikalūs cilindriniai fiksuoto kupolo reaktoriai tinka tirštos konsistencijos atliekų

perdirbimui, todėl paplitę ūkininkų fermų biojėgainėse, perdirbančiose žaliąją biomasę,

paukščių mėšlą ir kitas tirštas atliekas (Fung and Mitchell 1995). Horizontalaus

bioreaktoriaus schema pateikta 1.3 pav.

Fiksuoto kupolo bioreaktoriai yra paplitę šiltesnio klimato šalyse, tokiose kaip

Kinija ar Indija (Preston and Rodríguez 2002). Vokietijoje, Danijoje jau seniai statomi

stačiakampio formos reaktoriai, kurie įrengiami po tvarto grindimis ir veikia kaip mėšlo

kauptuvas.

Tvarto išorėje jie dažniausiai įrengiami po žeme, sienas izoliavus šilumine

izoliacija. Tokių reaktorių korpusas gaminamas iš gelžbetonio. Dujų kaupimui reikalingas

papildomas rezervuaras. Reaktoriuje įrengiamas šilumokaitis bei substrato maišyklė.

Paprastai tokie reaktoriai dirba mezofilinėje aplinkoje (Gomez 2005).

1.2. EUROPOJE NAUDOJAMI MAŽO NAŠUMO BIOREAKTORIAI

JAV, Italijoje, Vokietijoje, Graikijoje ir kt. naudojami paprastos konstrukcijos ir

pigūs reaktoriai – plėvele uždengti mėšlo rezervuarai (lagūnos 1.4 pav.). Juose biomasė

savitaka slenka nuo papildymo taško iki iškrovimo. Rezervuaro danga praleidžia saulės

spindulius ir sulaiko biomasėje akumuliuotą šilumą bei išsiskyrusias biodujas. Biodujų

gamybos procesas paprastai vyksta psichrofilinėje aplinkoje. Norint palaikyti biodujų

gamybos procesą visus metus arba pervesti į intensyvesnį mezofilinį režimą rezervuaro

dugne įrengiamas šilumokaitis. Tokiu pačiu principu galima bioreaktorių įrengti

panaudojant cilindro formos rezervuarą, užpildytą mėšlu (Nagel et al. 2001; Botero and

Preston 1995).

1.4 pav. Lagūninis bioreaktorius (Lagoon...2010; Bhat et al. 2001)

14

Lagūnininis bioreaktorius yra nuolatinio veikimo. Jų darbinis tūris priklauso nuo

ilgio, pločio ir gylio. Šio tipo bioreaktoriuose darbinė temperatūra svyruoja nuo 15°C iki

25°C. Išsiskiriančių biodujų kiekis priklauso nuo bioreaktoriaus tūrio ir darbinės

temperatūros. Biodujos kaupiasi virš biomasės. Polieileninė danga neleidžia joms patekti į

aplinką. Biodujos kaupiamos pačiame bioreaktoriuje, todėl biodujų kaupimo talpa

priklauso nuo bioreaktoriaus parametrų.

1.1 lentelėje pateikta biodujų jėgainės kaina su 10 m3 lagūniniu bioreaktoriumi. Į šią

kainą įeina bioreaktoriaus, šildymo sistemos, biodujų jėgainės elementų kaina ir visos

biodujų jėgainės statybos darbai (betonavimas, vamzdžių monatvimas, kasybos darbai ir

kt.).

1.1 lentelė. Biojėgainės su 10 m3 lagūniniu bioreaktoriumi ekonominiai kaštai

Medžiagos ir įrengimo darbai Kiekis Kaina, Lt Bioreaktoriaus konstrukcija Betonas, (m3)

15 6 000

Biodujų kaupykla, (m3) 10 10 000 Kogeneracinis įrenginys 1 20 000 Termometras 1 30 Manometras 1 50 Siurblys 2 500 Vamzdžiai Ø50, (m) 10 150 Vamzdžiai Ø200, (m) 15 600 Šildymo sistema - 1400 Biodujų jėgainės įrengimo darbai - 10 000 Kitos išlaidos (10%) - 4 873 Biodujų jėgainės kaina: 53 603

10 m3 lagūninis bioreaktorius dibdamas mezofiliniu rėžimu, todėl per parą

pasigamins apie 10 m3 biodujų (metano koncentracija biodujose sudarys apie 50-60%).

Sunaudojus 10 m3 biodujų būtų galima pasigaminti 13 kWh elektros energijos ir 50 kWh

šilumos energijos (kogeneracinio įrenginio instaliuota elektinė galia 2 kW, o šiluminė galia

8 kW). 5 % pagamintos elektros energijos bus sunaudojama maišymo sistemai ir siurblių

darbui. O 1/3 šilumos energijos dalis bus sunaudota biomasės šildymui.

Pastaruoju metu Europoje paplito cilindro formos reaktoriai, kurie gali būti įrengti

horizontaliai arba vertikaliai (cilindrinė forma patogi gaminti ir eksploatuoti). Jų korpusai

gaminami iš plieno ar gelžbetonio. Perdirbamo substrato pašildymui reaktoriuje ar jo

išorėje įrengiamas šilumokaitis. Šio tipo reaktoriai veikia mezofilinėje arba termofilinėje

aplinkoje (Jagadish et al. 1998; Schutyser et al. 2000).

15

1.5 pav. Horizontalusis bioreaktorius (Fisher and Krieg 2008)

Horizontalūs cilindriniai reaktoriai (1.5 pav.) tinka tirštos konsistencijos atliekų

perdirbimui, todėl paplitę ūkininkų fermų biodujų jėgainėse, perdirbančiose žaliąją

biomasę, paukščių mėšlą ir kitas tirštas atliekas (Fung and Mitchell 1995).

Biomasė į bioreaktorių tiekiama per atvamzdį įrengtą viename bioreaktoriaus gale,

o kitame gale įrengta substrato pašalinimo anga. Biomasei pašildyti įrengta šildymo

sistema. Mechaninės maišyklės pagalba biomasė yra sumaišoma. O susidariusios biodujos

per biodujų išleidimo angą patenka į biodujų kaupyklą.

1.2 lentelė 10 m3 horizontalaus bioreaktoriaus ekonominiai kaštai

Medžiagos ir įrengimo darbai Kiekis Kaina, Lt Bioreaktoriaus konstrukcija Talpa, (m3)

10 2 000

Biodujų talpa, (m3) 30 25 000 Kogeneracinis įrenginys 1 20 000 Termometras 1 30 Manometras 1 50 Siurblys 2 500 Vamzdžiai Ø50, (m) 10 150 Vamzdžiai Ø200, (m) 6 250 Šildymo sistema - 1 400 Maišymo sistema - 1 500 Biodujų jėgainės įrengimo darbai - 10 000

Kitos išlaidos (10%) - 6 088 Biodujų jėgainės kaina: 66 968

Šio tipo bioreaktoriai yra nuolatinio veikimo ir jų darbinė temperatūra gali svyruoti

nuo 35°C iki 55°C. Darbinis tūris iki 150 m3. Biodujų kaupimo talpą galima pasirinkti

atsižvelgiant į susidarančių biodujų kiekį. Išsiskiriančių biodujų kiekis priklauso nuo

16

bioreaktoriaus darbinės temperatūros ir darbinio tūrio. Jei bioreaktorius dirba mezofiliniu

rėžimu tai biodujų išeiga gali siekti iki 200 m3 per parą, priklausomai nuo bioreaktoriaus

darbinio tūrio. Jei dirba termofiliniu rėžimu iki 500 m3 per parą.

1.2 lentelėje pateikta biodujų jėgainės kaina su 10 m3 horizontaliu bioreaktoriumi. Į

šią kainą įskaičiuota bioreaktoriaus, šildymo sitemos ir biodujų jėgainės elementų kaina ir

visi biodujų jėgainės statybos darbai (šildymo sistemos ir maišymo sistemos montavimas,

vamzdžių montavimas, biodujų saugyklos įrengimas ir kt.).

10 m3 horizontalus bioreaktorius veiks mezofiliniu rėžimu, todėl per parą

pasigamins apie 12 m3 biodujų (metano koncentracija biodujose sudarys apie 50-60%).

Sunaudojus 12 m3 biodujų būtų galima pasigaminti 16 kWh ekeltros energijos ir 64 kWh

šilumos energijos (kogeneracinio įrenginio instaliuota elektinė galia 2 kW, o šiluminė galia

8 kW). 5 % pagamintos elektros energijos bus sunaudojama maišymo sistemai ir siurblių

darbui, 1/3 šilumos energijos dalis bus sunaudota biomasės šildymui.

Jei 10 m3 horizontalus bioreaktorius veiktų termofiliniu rėžimu, per parą pagamintų

biodujų kiekis galėtų siekti apie 30 m3. Sunaudoju 30 m3 biodujų būtų galima pasigaminti

40 kWh ekeltros energijos ir 160 kWh šilumos energijos.

1.6 pav. Vertikalaus bioreaktoriaus schema (Fisher and Krieg 2008)

Vertikaliųjų cilindrinių reaktorių pagrindiniai technologiniai elementai yra

analogiški kaip horizontalių reaktorių, tačiau juose galima didesnė technologinių

sprendimų įvairovė. Jų šilumokaičiai gali būti įrengti reaktoriaus dugne, sumontuoti ant

vidinės sienelės, integruoti korpuse ir pan. Įvairiai montuojamos ir substrato maišyklės:

viršutiniame dangtyje, per išorinę sienelę (1.6 pav.), ant vidinio sienelės paviršiaus, dugne

ir pan. (Mitchell et al. 2006).

17

1.7 pav. Vertikalus bioreaktorius (JDV/Ralph B. Carter Anaerobic Digester 2010)

Šiuolaikiniuose bioreaktoriuose palaikoma temperatūra, atitinkanti optimalias

sąlygas mezofiliniams arba termofiliniams mikroorganizmams vystytis. Pagal tai jie

skirstomi į mezofilinius ir termofilinius. Vertikalūs bioreaktoriai taip pat kaip ir

horizontalūs bioreaktoriai yra nuolatinio veikimo. Jų darbinis tūris gali siekti iki 1000 m3.

Biodujos kaupiasi pačiame bioreaktoriuje, tai yra virš perdirbamos biomasės. Dvigubas

membranos stogas (1.6 pav.) neleidžia joms patekti į aplinką. Darbinė temperatūra gali būtį

nuo 35°C iki 55°C.

1.3 lentelė 10 m3 vertikalaus bioreaktoriaus ekonominiai kaštai


10 2 000



10 m3 vertikalus bioreaktorius veiks mezofiliniu rėžimu, todėl per parą pasigamins

apie 12 m3 biodujų (metano koncentracija biodujose sudarys apie 50-60%). Sunaudojus 12

18

m3 biodujų būtų galima pasigaminti 16 kWh ekeltros energijos ir 64 kWh šilumos

energijos (kogeneracinio įrenginio instaliuota elektrinė galia 2 kW, o šiluminė galia 8 kW).

5 % pagamintos elektros energijos bus sunaudojama maišymo sistemai ir siurblių darbui. O

1/3 šilumos energijos dalis bus sunaudota biomasės šildymui.

Jei 10 m3 horizontalus bioreaktorius veiktų termofiliniu rėžimu, per parą pagamintų

biodujų kiekis galėtų siekti apie 30 m3. Sunaudoju 30 m3 biodujų būtų galima pasigaminti


Vokietijos įmonė Planet biogastechnik GmbH sukūrė mažų gabaritų bioreaktorius

(1.7 pav.), skirtus ūkininkams, maisto pramonės įmonėms, mokslinių tyrimų centrams,

universitetams ir kitoms pramonės šakoms.

1.7 pav. Planet biogastechnik GmbH įmonės bioreaktorius (Mini digester...2010)

Šiuos mažų gabaritų bioreaktorius siūloma naudoti kaip bandomuosius įmonėms,

kurios ateityje nori įsidiegti didelių gabaritų bioreaktorius. Su šiuo mažu bioreaktoriumi

biodujų gamybai galima išbandyti bei naudoti įvairių mišinių substratus: kukurūzų silosas,

žolės silosas, gyvulių srutos ir mėšlas, riebalai ir aliejaus atliekos, vaisių ir daržovių, pieno

produktu, grūdų, viešojo maitinimo įstaigose susidarančios biologiškai skaidžios atliekos,

dumblas iš valymo įrenginių, skerdyklų atliekos. Įmonė ieško visuomenės, pramonės ir

mokslinių tyrimų partnerių (Mini digester...2010).

Visų pirma šiuos bioreaktorius siūloma diegti ūkininkams ir įmonėms, kurių

veikloje susidaro organinės atliekos (pvz. maisto pramonės įmonės) ir paversti jas

19

naudingu kuru – biodujomis. Visų antra šis mažų gabaritų bioreaktorius gali būti kaip

bandomasis įmonėms kurios nori diegti didelių gabaritų bioreaktorius.

Šios įmonės bioreaktorius yra nuolatinio veikimo. Pagaminto gaminio darbinis tūris

siekia 1,5 m3. Bioreaktorije yra įrengtas mechaninis maišymas ie elektrinis maišymas.

Rekomenduojama darbinė temperatūra nuo 35 0C iki 50 0C. Išsiskiriančių biodujų kiekis

per parą gali siekti nuo 1,5 m3 iki 4,5 m3. Dujų kaupimo talpa 5 m3.

Per dieną šiame bioreaktoriuje galima perdirbti 50 kg kieto 50 litrų skysto substrato.

Kieti substratai pakraunami į bioreaktorių naudojant sraigtų sistemą, skysti substratai yra

pumpuojami siurbliu.

Šio tipo bioreaktorius yra naudojamas biodujų gamyklose bandymams atlikti

Vokietijoje, Jungtinėje Karalystėje, Kanadoje, Brazilijoje ir Afrikoje.

Medžiagos, jų kiekiai ir kaina pagaminti ir įrengti tokio tipo bioreaktorių Lietuvoje,

kaip Planet biogastechnik GmbH įmonės, pateikti 1.4 lentelėje.

1.4 lentelė. Planet biogastechnik GmbH įmonės bioreaktoriaus įdiegimo kaina Lietuvoje


1,5 800

Biodujų talpa, (m3) 5 5 000 Kogeneracinis įrenginys 1 20 000 Termometras 1 30 Manometras 1 50 Siurblys 2 500 Vamzdžiai Ø20, (m) 10 30 Vamzdžiai Ø50, (m) 6 30 Šildymo sistema - 800 Maišymo sistema - 3 200 Biodujų jėgainės įrengimo darbai - 2 000


1,5 m3 bioreaktorius dirbdamas mezofiliniu režimu per parą pasigamina apie 1,5 m3

biodujų (metano koncentracija biodujose sudarys apie 50-60%). Sunaudojus 1,5 m3 biodujų

būtų galima pasigaminti 2 kWh elektros energijos ir 8 kWh šilumos energijos

(kogeneracinio įrenginio instaliuota elektinė galia 2 Wh, o šiluminė galia 8 Wh). 10 %

pagamintos elektros energijos bus sunaudojama maišymo sistemai, siurblių darbui ir

šildymo sistemai.

20

Jei 1,5 m3 horizontalus bioreaktorius veiktų termofiliniu režimu, per parą

pagamintų biodujų kiekis galėtų siekti apie 4,5 m3. Sunaudoju 4,5 m3 biodujų būtų galima

pasigaminti 6 kWh ekeltros energijos ir 24 kWh šilumos energijos.

1.3. AZIJOJE NAUDOJAMI MAŽO NAŠUMO BIOREAKTORIAI

Mažo tūrio bioreaktoriai labiausiai populiarūs yra rytų šalyse, tokiose kaip Kinija,

Indija, Nepalas. Bioreaktoriai yra nesudėtingos konstrukcijos, jų gamyba ir įrengimas yra

nesudėtingi, todėl jie yra pigūs. Vienas iš tokių bioreaktorių yra gaminami Kinijoje, juos

gamina PUXIN kompanija.

Puxin kompanijos bioreaktorius yra periodinio veikimo. Biomasė pakraunama į

bioreaktorių ir iš jos išgaunamos biodujos, kurios kaupiamos į biodujų kaupyklą. Iš čia

dujos keliauja į viryklę ir yra deginamos gaminat valgį. Kai biomasė perdirbama, ji

iškraunama ir įkraunama nauja biomasė.

1.8 pav. PUXIN kompanijos bioreaktorius (Puxin biogas plant 2009)

Produktas susideda iš anaerobinio fermentavimo rezervuaro, dujų laikymo krepšio,

dujų siurblio, saulės įkroviklio, taip pat dujotiekio ir prietaisų. Produktas turi šiuos

privalumus:

• Lengvai ir greitai įdiegiamas. Jį gali sukonstruoti patys vartotojai per dvi valandas;

• Patogus transportuoti, nes jos bendras svoris tik 80 kg;

• Medžiagos tinkamos naudoti bioreaktoriuje kaip įkrova: maisto atliekas, žolė, lapai.

Medžiagos, jų kiekiai ir kaina pagaminti ir įrengti tokio tipo bioreaktorių Lieuvoje,

kaip PUXIN kompanijos, pateiktos 1.5 lentelėje.

21

1.5 lentelė Puxin kompanijos bioreaktoriaus įdiegimo kaina Lietuvoje


0,05 300

Biodujų talpa, (m3) 1 1 000

Bioreaktoriaus įrengimo išlaidos - 500

Iš viso: 1 800

Metano koncentracija biodujose sudarys apie 50% - 60%. Jos bus naudojamos

maisto gaminimui. Jei per parą iš susikaupusių 0,05 m3 biodujų būtų gaminama elektros

energija, tai jos pagamintas kiekis siektų 0,02 kWh (biodujų generatoriaus instaliuota galia

0,6 kW).

1.9 pav. Mažų gabaritų Pukxin kompanijos biodujų jėgainės sistema (Puxin biogas plant 2009)

Puxin kompanijos bioreaktoriaus parametrai: bioreaktorius yra periodinio veikimo,

darbinis tūris 0,05 m3. Įrenginio svoris 80 kg. Darbinė temperatūra apie 35 0C.

Išsiskiriančių biodujų kiekis gali siekti 0,8 m3/m3 biomasės. Biodujų kaupimo talpa yra

pasirenkama atsižvelgiant į biodujų išeigą.

Mažo tūrio bioreaktoriuose pagamintos biodujos tinkamos naudoti nedidelėms

reikmėms, tokioms kaip maisto gaminimui ir pan., nes jų kiekis nėra didelis.

22

Pateiktame 1.9 paveiksle yra pavaizduota Puxin kompanijos mažų gabaritų biodujų

jėgainės schema. Čia pavaizduota biodujų gamyba ir jos realizavimo būdai. Tai pat

pateiktos perdirbto substarto panaudojimo galimybės.

Sistema (1.9 pav.) yra padaryta taip, kad namų ūkyje susidariusios bioskaidžios

atliekos tiesiogiai patenka į bioreaktorių per biomasės tiekimo atvamzdį. Bioreaktoriuje

biomasė perdirbama ir išgaunamos biodujos, kurios kaupiasi biodujų kaupykloje. Iš

biodujų kaupyklos dujos tiekiamos į nusierinimo įrenginį. Nusierinimo įrenginyje iš

biodujų yra pašalinamas nepageidaujamas junginys sieros vandenilis. Po nusierinimo

reikiamas biodujų kiekis tiekiamas maisto gaminimui, elektros energijai gauti ir vandens

šildymui. Kita dalis patenka į biodujų saugyklas (Système d'usine...2010).

Perdirbtas substratas šalinamas per perdirbto substrato atvamzdį į specialią talpą iš

jos separatoriaus pagalba atskiriamos skystos ir kietos atliekos. Skystas ir kietas substratas

naudojamas laukų tręšimui ir kitur.

1.10 pav. Pukxin kompanijos bioreakriaus konstrukcija (Puxin biogas plant 2009)

1.10 paveiksle pavaizduotas bioreaktorius yra nuolatinio veikimo. Ši kompanija

gamina bioreaktorius nuo 6 m3 iki 10 m3. Darbinė temperatūra apie 35 0C. Bioreaktoriaus

korpusas pagamintas iš metalo. Galimas biodujų išsiskyrimas per parą iš 10 m3

bioreaktoriaus apie 12 m3. Biodujų kaupimo talpa pagaminta iš armuoto stiklo pluošto. Jos

tūris 1 m3. Išmatavimai: aukštis – 0,6 m, skersmuo – 1,6 m (Système d'usine...2010).

23

1.6 lentelė. Medžiagos ir jų keikiai reikalingi pagaminti Puxin kompanijos 10 m3 bioreaktorių Lietuvoje

Medžiagos ir darbo jėga Kiekis Kaina, Lt Armuoto stiklo pluošto biodujų kaupykla 1 500 Akmens skalda, (m3) 4 440 Smėlis, (m3) 3,5 300 Cementas, (kg) 1400 370 Plytos (60 x 120 x 240mm) 100 60 Plastikiniai vamzdžiai (Ø150 x 1800mm) 2 20 Betono juosta (Ø6), (kg) 8 100 Bioreaktorius įrengimo išlaidos - 10 000 Bioreaktoriaus korpusas, (m2) 40 1 000 Šildymo sistema 1 1 400 Kogeneracinis įrenginys 1 20 000 Kitos išlaidos (10 %) - 3 419 Iš viso: 37 609

10 m3 bioreaktorius veiks mezofiliniu rėžimu, todėl per parą pasigamins apie 10 m3

biodujų (metano koncentracija biodujose sudarys apie 50-60%). Sunaudojus 10 m3 biodujų

būtų galima pasigaminti apie 13 kWh ekeltros energijos ir 50 kWh šilumos energijos . 1/3

šilumos energijos dalis yra sunaudojama šildymo sistemai.

Indija

Indijoje plačiai paplitę mažo tūrio (nuo 1 iki 10 m3) bioreaktoriai. Tokius

bioreaktorius gamina PEDA kompanija. Šio kompanijos bioreaktorių tipai pateikti 1.7

lentelėje.

1.7 lentelė. Peda kompanijos bioreaktoriai

Nr. Bioreaktoriaus tipas Bioreaktoriaus

tūris

1 KVIC tipo biodujų jėgainė, kur bioreaktorius gaminamas iš plytų ar akmenų, ir kupolas yra slankiojantis.

1-10 kubinių metrų

2 KVIC tipo biodujų jėgainė, kur bioreaktorius gaminamas iš betono.


3 KVIC tipo biodujų jėgainė, kur dujų kaupykla pagaminta iš stiklo pluošto.


4 Murinis bioreaktorius, pagamintas iš gelžbetonio. 1-6 kubinių metrų

5 Bioreaktorius su fiksuotu kupolu. 2 ir 3 kubinių metrų

6 "Flexi" tipo bioreaktorius, pagamintas iš nailono audinio maišo. 1-6 kubinių metrų

24

1.11 pav. PEDA kompanijos biorektoriai: dešinėje – bioreaktorius su slankiojančiu kupolu, kairėje

–bioreaktorius pagamintas iš betono (National Biogas...2010).

Šio tipo bioreaktoriai yra nuolatinio veikimo. Galimas darbinis tūris gali siekti nuo

1 m3 iki 10 m3. Darbinė temperatūra priklauso nuo aplinkos sąlygų. Išsiskiriančių biodujų

kiekis gali siekti nuo 1 m3 iki 12 m3 per dieną, priklausomai nuo bioreaktoriaus darbinio

tūrio ir temperatūros. Biodujų kaupimo talpos korpusas gaminamas iš stiklo pluošto.

Biodujų kaupimo talpa įmontuota pačiame bioreaktoriuje, kuri priklauso nuo biorektoriaus

tūrio ir išsiskiriančių biodujų kiekio.

Žemiau pateiktoje 1.8 lentelėje pateikta tam tikro tūrio Peda kompanijos

bioreaktoriaus kaina.

1.8 lentelė. Peda kompanijos bioreaktorių kainos (National Biogas...2010)

Bioreaktoriaus tūris Galvijų mėšlas

reikalingas per parą, kg

Galvijų skaičius Numatoma kaina, Lt

1 m3 25 2-3 700 2 m3 50 4-6 900 3 m3 75 7-9 1050 4 m3 100 10-12 1250 6 m3 150 14-16 1500

Vivam Agrotech kompanija gamina mažų gabaritų bioreaktorius. Gaminamų

biodujų privalumai: gaunamos dujos tinkamos maisto ruošimui, naudojamas mėšlas kaip

pašalinis produktas, decentralizuota energijos gamyba, aplinkosaugos

balansas/kontroliuojama tarša.

Pagrindiniai parametrai: tai pirmas pasaulyje nešiojamasis bioreaktorius.

Bioreaktorius pagamintas iš polietileno medžiagos, medžiaga nėra toksiška, neteršia

25

aplinkos. Įrenginys chemiškai atsparus, nerūdijantis, tinka tiek mieste, tiek kaimuose

gaminti biodujas iš susidarančių skystų atliekų (Small Biogas ...2010).

1.12 pav. Vivam Agrotech kompanijos bioreaktorius (Small Biogas ...2010).

Pagrindinis sąvybės:

• Bioreaktorius vientisas bei sandarus;

• Lygus bei stiprus paviršius;

• Lengvas todėl paprasta transportuoti;

• Specialus korpusas, skirtas naudoti ant žemės ar po žeme;

• Paprasta konstrukcija, lengva remontuoti;

• Bioreaktorius juodos spalvos, todėl didelė šilumos absorbcija.

Vivam Agrotech kompanijos bioreaktorius (1.12 pav.) yra nuolatinio veikimo.

Galimas darbinis tūris yra nuo 0,3 m3 iki 1,2 m3. Darbinė temperatūra priklauso nuo

aplinkos sąlygų, nes bioreaktoriuje nėra įrengta šildymo sistema. Bioreaktoriaus korpusas

pagamintas iš polietileno medžiagos. Biodujų išeiga iš 2 kg žaliavos gali siekti 500 g

metano. Biodujų kaupimo talpa priklauso nuo bioreaktoriaus tūrio. Gali būti nuo 0,5 m3 iki

2,0 m3.

Bioreaktoriaus veikimo principas kaip ir visų nuolatinių bioreaktorių, biomasė

tiekiama į bioreaktorių iš jo pašalinama per atitinkamas angas, o pasigaminusios biodujos

iš bioreaktoriaus tiekiamos į biodujų kaupimo talpyklas. Šio tipo bioreaktoriuose nėra nei

maišymo, nei šildymo sistemos.

Bioreaktoriuose galima perdirbti galvijų mėšlą, spirito varyklų nuotekų dumblą,

kietąsias komunalines atliekas, miesto nuotekų dublą ir t.t. Pilnai substratas perdirbamas

per 40 parų.

26

Metanas dega mėlyna liepsna ir neišskiria jokių dūmų ar suodžių. Todėl tai

ekologiška ir švari maisto ruošimo sistema. Indijos kaimo vietovėse, moterys paprastai

degina tradicinį kurą, pavyzdžiui, žemės ūkio atliekos, medienos biomasę. Deginant šį kurą

išsiskiria dūmai, suodžiai ir anglies monoksidas (Small Biogas ...2010).

Vivam Agrotech kompanijos bioreaktoriai yra įrengti Aurangabade State Bank of

India treniruočių centre, Naujajame Mumbajuje personalo valgykloje.

1.9 lentelė Vivam Agrotech kompanijos bioreaktoriaus įdiegimo kaina Lietuvoje


1,2 200

Biodujų talpa, (m3) 1 1 000 Manometras 1 50 Vamzdžiai Ø20, (m) 10 30 Bioreaktoriaus įrengimo kaina - 500 Kitos išlaidos (10%) - 178 Iš viso: 1 958

Bioreaktoriuje nėra nei šildymo, nei maišymo sistemos, todėl per parą gali išsiskirti

apie 0,5 m3 biodujų. Bioreaktoriuje pagamintos biodujos naudojamos maisto gaminimui.

Tačiau jeigu šias dujas deginti biodujų generatoriuje tai būtų galima gauti 0,4 kWh eketros

energijos.

2 galvijai /16 žmonių ekskrementų / 7 litrai maisto atliekų = 1,0 m3 biodujų; 1,0 m3

biodujų gali pakeisti 600 ml žibalo, 3,5 kg malkų, 1,5 kg medžio anglies, 400 g gamtinių

dujų arba 4,7 vienetus elektros energijos.

Samuchit Enviro Tech Pvt Ltd įmonė gamina ir prekiauja 2 tipų bioreaktorius.

Terrace modelio bioreaktoriui reikia apie 2-3 m2 ploto ir bioreaktorius turėtų būti

pastatytas gerai apšviestoje saulės vietoje, tam kad bioreaktoriuje būtų palaikoma

pakankama temperatūra gerai ir stabiliai biodujų gamybai (ARTI Biogas...2010).

27

1.13 pav. Samuchit Enviro Tech Pvt Ltd įmonės bioreaktoriaus vaizdas

Terrace modelio bioreaktorius yra nuolatinio veikimo ir su slankiojančiu kupolu,

kuriame kaupiasi biodujos. Darbinis tūris 1 m3, temperatūra priklauso nuo aplinkos sąlygų

(bioreaktoriuje temperatūra panaši į aplinkos temperatūrą). Bioreaktoriaus korpusas

plastikinis. Nei maišymo, nei šildymo sistemos nėra. Išsiskiriančių biodujų kiekis priklauso

nuo darbinės temperatūros. Biodujų talpa yra įmontuota pačiame bioreaktoriuje.

1.10 lentelė Samuchit Enviro Tech Pvt Ltd įmonės Terrace modelio bioreaktoriaus įdiegimo kaina Lietuvoje


1,0 500

Biodujų talpa, (m3) 0,5 100 Manometras 1 50 Vamzdžiai Ø20, (m) 10 30 Bioreaktoriaus įrengimo kaina - 500 Kitos išlaidos (10%) - 118 Iš viso: 1 298

Šio tipo bioreaktoriuje (1.13 pav.) sudeginus susikaupusias biodujas vienam kartui

galima būtų pasidaryti pusryčius arba pasigaminti valgį. Pagamintos 1 kg biodujų galėtų

pakeisti 250 g gamtinių dujų.

28

Balcony modelio bioreaktoriaus charakteristikos:

• Dydis: 0,5 m3;

• Pagamintos 0,5 kg biodujų galėtų pakeisti 100 g gamtinių dujų.

Bioreaktorius nėra didelių gabaritų todėl jis gali būti laikomas balkone. Turint tokio

tipo bioreaktorių būtų galima pasidaryti arbatos ar užkandžių, sudeginus jame

pasigaminusias biodujas.

Balcony modelio bioreaktorius taip pat yra nuolatinio veikimo. Jo darbinis tūris yra

per pus mažesnis nei Terrace modelio bioreaktoriaus, siekia 0,5 m3. Darbinė temperatūra

priklauso nuo aplinkos sąlygų. Bioreaktoriaus korpusas plastikinis. Biodujų išeiga yra

nevienoda, nes priklauso nuo aplinkos sąlygų ir naudojamų žaliavų (ARTI Biogas...2010).

1.11 lentelė Samuchit Enviro Tech Pvt Ltd įmonės Balcony modelio bioreaktoriaus įdiegimo kaina Lietuvoje


0,5 100

Biodujų talpa, (m3) 0,25 50 Manometras 1 50 Vamzdžiai Ø20, (m) 10 30 Bioreaktoriaus įrengimo kaina - 250 Kitos išlaidos (10%) - 48 Iš viso: 528

Balcony bioreaktoriaus modelio kaina 250 JAV dolerių arba 182 eurai, Terrace

bioreaktoriaus modelio kaina 500 JAV dolerių arba 364 eurai.

Sintex Industries Limited įmonė kuri gamina ir parduoda 2 tipų bioreaktorius, tai

plūduriuojančio tipo ir fiksuoto kupolo bioreaktoriai.

Plūduriuojančio tipo bioreaktoriaus charakteristikos:

• Bioreaktorius yra vientisas;

• Nesunku įdiegti, naudoti ir laikyti, prireikus nesunku išardyti;

• Galima laikyti ant žemės ir norimoje vietoje virš žemės;

• Lengva surinkti kambaryje;

• Nekyla jokių sunkumu dėl bioreaktoriaus išvalymo;

• Nesunku perkelti į norimą vietą.

29

1.14 pav. Plūduriuojančio tipo Sintex įmonės bioreaktorius (Bio Gas...2010).

Šio tipo bioreaktoriai kaip ir kiti Indijoje gaminami bioreaktoriai yra nuolatinio

veikimo. Biomasė tiekiama ir šalinama nuolat, nustatant tam tikrą laiką. Darbinis tūris gali

siekti nuo 0,2 m3 iki 2,0 m3. Užimamas bioreaktoriaus plotas gali siekti nuo 3 iki 6 m2.

Bioreaktoriaus korpusas plastikinis. Maišymo ir šildymo sistemos nėra. Biodujų išeiga

priklauso nuo temperatūros ir atliekų sudėties. Gali išsiskirti nuo 0,2 m3 iki 2,0 m3 biodujų

per parą. Biodujos surenkamos į tam skirtą talpą, kuri gali būti pasirenkama pagal

bioreaktoriaus tūrį. Šis bioreaktorius yra plūduriuojančio tipo (Bio Gas...2010).

1.12 lentelė Reikiamas atliekų ir vandens kiekis kg/dieną ir gautų biodujų naudojimo laikas Sintex bioreaktoriuose

Reikalingas atliekų kiekis

Virtuvės atliekos Bioreaktoriaus

Tūris, m3 Galvijų mėšlas Minimaliai Maksimaliai

Pagamintų biodujų naudojimo

laikas

0,2 2,5-3,5 kg +

2,5-3,5 l vandens

0,5 kg + 0,5 l vandens


50 min.

0,5 5-6 kg + 5 l

vandens 1,0 kg + 1,0 l


vandens 1h

0,75 8 kg + 8 l vandens



1h ir 20 min.

1,0 10-12 kg + 10 l



vandens 1h ir 30 min.

1,5 15-17 kg + 15 l



vandens 1h ir 45 min.

2,0 20-22 kg + 20 l



vandens 2h

30

1.12 lentelėje pateikti duomenis apie reikiamą atliekų ir vandens kiekį, kurį reikia

tiekti į pasirinktą bioreaktoriaus tūrį. Taip pat lentelėje pateikta informacija kokį laiką

galima naudoti biodujas išgautas iš kiekvieno tūrio bioreaktoriaus.

1.13 lentelė Plūduriuojančio tipo Sintex įmonės bioreaktoriaus įdiegimo kaina Lietuvoje


1,5 800

Biodujų talpa, (m3) 1,0 1 000 Manometras 1 50 Vamzdžiai Ø20, (m) 10 30 Smulkintuvas 1 250 Bioreaktoriaus įrengimo kaina - 500 Kitos išlaidos (10%) - 263 Iš viso: 2 893

Tokio tipo Sintex bioreaktoriaus kaina Indijoje siekia nuo 1200 Lt iki 2800 Lt.

Priedai prie bioreaktoriaus: vožtuvas, veržlės ir varžtai, bioreaktoriaus išplovimo įranga,

smulkintuvas. Gaminamas ir parduodamas tik juodos spalvos.

Fiksuoto kupolo bioreaktoriaus charakteristikos:

• Lengva surinkti, išardyti, įdiegti ir naudoti;

• Galima bioreaktorių laikyti ant žemės, virš žemės ir dalinai užkasta žemėje;

• Į bioreaktorių galima dėti šias įkrovas: karvių mėšlą, virtuvės atliekas, sodo atliekas

ar kitas žemės ūkio atliekas;

• Nesusidaro problemų dėl biodujų nuotekėjimo;

• Organinės trašos yra kaip šalutinis produktas ir naudojamos dirvožemiui tręšti.

Tokios konstrukcijos bioreaktorius taip pat gamina ir parduoda Vivam Agrotech

kompanija. Šio tipo bioreaktoriai gali būti nuo 0,5 m3 iki 2,0 m3 tūrio. Jis yra nuolatinio

veikimo. Darbinė temperatūra priklauso nuo aplinkos sąlygų. Bioreaktoriaus korpusas

plastikinis. Maišymo ir šildymo sistemos nėra. Biodujų išeiga gali siekti nuo 0,5 iki 2,0 m3,

priklausomai nuo atliekų sudėties ir darbinės temperatūros. Biodujų talpos dydis

pasirenkamas.

Šio modelio bioreaktorius pagal veikimo principą yra panašus į Vivam Agrotech

kompanijos bioreaktorių.

31

1.14 lentelė. Sintex Industries Limited kompanijos bioreaktorių tipai ir tūris

Bioreaktoriaus kodas Tūris, m3 Reikalingas gyvūnų

skaičius DBGP 50-01 0,5 1

DBGP 100-01 1,0 2 DBGP 150-01 1,5 3 DBGP 200-01 2,0 4

Tinytech Plant įmonė gamina ir parduoda nuolatinio veikimo bioreaktorius.

Bioreaktoriaus charakteristikos:

• Pagamintas iš stiklo pluošto ir sutvirtintas plastiku;

• Nekyla problemų dėl rudžių, todėl įranga ilgiau tarnauja;

• Gaminamas ir parduodamas 2 spalvų raudonas ir mėlynas;

• Bioreaktoriuje susikaupusias dujas sudeginus galima pagaminti valgį 5 asmenų

šeimai;

• Bioreaktoriaus tūris 1,2 m3, dujų kaupimo talpa 0,8 m3;

• Kasdien gaunama 10 litrų perdirto supstarto, kuris naudojams tręšimui.

1.15 pav. Tinytech Plant įmonės bioreaktorius

Tinytech Plant įmonės bioreaktorius kaip ir daugelis Indijos įmonių gaminamų

bioreaktorių yra nuolatinio veikimo. Jo darbinis tūris yra 1,2 m3. Darbinė temperatūra

priklauso nuo aplinkos sąlygų. Priklausomai nuo naudojamos žaliavos jame gali išsiskirti

iki 1,5 m3 biodujų. Dujų kaupimo talpos tūris – 0,8 m3, korpusas pagamintas iš plastiko

(Bio Gas Plants...2010).

32

1.15 lentelė Tinytech Plant įmonės bioreaktoriaus įdiegimo kaina Lietuvoje


1,2 250

Biodujų talpa, (m3) 0,8 100 Manometras 1 50 Vamzdžiai Ø20, (m) 10 30 Bioreaktoriaus įrengimo kaina - 500 Kitos išlaidos (10%) - 93 Iš viso: 1023

Į bioreaktorių galima dėti daržovių atliekas, pasenusį maistą, vaisių atliekas,

aliejinių augalų sėkų išspaudas ir taip pat žalę, lapus. Šio tipo bioreaktorius gali būtį

įdiegtas gyvenamuosiuose pastatuose, jis neužima daug vietos, o bioreaktoriuje pagamintos

biodujos gali būti naudojamos savo reikmėms. Naudojant organines atliekas, kaip

bioreaktoriaus įkrovą, mažiau bus teršiama aplinka. Tai užtikrins mažesnę naštą įmonėms,

surenkančioms šias atiekas, o perdirbtas substartas gali būti naudojamas kaip trąša (Bio

Gas Plants...2010).

CH Four Energy Solutions Indijos kompanija projektuoja ir gamina bioreaktorius

pagal užsakymą. Įrenginiai gali būti diegiami komercinėse įstaigose ir gyvenamuosiuose

namuose. Šios kompanijos pagamintuose biorektoriuose gali vykti keitimas nuo 50 iki

500 kg biomasės per dieną, keitimas priklauso nuo bioreaktoriaus tūrio. Dėl aukštos

kokybės šie bioreaktoriai gali būti įrengti ir efektyviai veikti viešbučiuose ir restoranuose,

prekybos centruose, valgykluose, centralizuotose virtuvėse, studentų valgyklose, būsto

bendrovėse ir kalėjimo įstaigose. Pagamintos biodujos gali būti naudojamos maisto

gaminimui ir elektros gamybai (Biogas Plant...2010).

1.16 pav. CH Four Energy Solutions kompaijos bioreaktorius (CH Four...2010)

33

Šios kompanijos bioreaktorių privalumai: kompaktiškas dydis, pigus, nereikalauja

didelių statybos darbų, lengva įdiegti ir naudoti, lengva perkelti, nedidelės priežiūros

išlaidos.

Taip pat nuolatinio veikimo bioreaktorius gamina CH Four Energy Solutions

kompaija. Jų darbinis tūris svyruoja nuo 1,5 m3 iki 20 m3, o rekomenduojama darbinė

temperatūra siekia 35 0C. Korpusas – metalinis. Įrengtas mechaninis maišymas ir elektrinis

šildymas. Išsiskiriančių biodujų kiekis per parą gali siekti nuo 2 m3 iki 30 m3, priklausomai

nuo pasirinkto bioreaktoriaus tūrio ir atliekų sudėties. Biodujų kaupimo talpa priklauso nuo

bioreaktoriaus tūrio.

1.16 lentelė CH Four Energy Solutions kompanijos bioreaktoriaus įdiegimo kaina Lietuvoje


20 3000



20 m3 vertikalus bioreaktorius veiks mezofiliniu režimu, todėl per parą pasigamins

apie 20-25 m3 biodujų (metano koncentracija biodujose sudarys apie 50-60%). Sunaudojus

20-25 m3 biodujų būtų galima pasigaminti 26-33 kWh ekeltros energijos ir 106-133 kWh

šilumos energijos (kogeneracinio įrenginio instaliuota elektrinė galia 2 Wh , o šiluminė

galia 8 Wh). 5 % pagamintos elektros energijos bus sunaudojama maišymo sistemai ir

siurblių darbui. O 1/3 šilumos energijos dalis bus sunaudota biomasės šildymui.

Jei 20 m3 horizontalus bioreaktorius veiktų termofiliniu režimu, per parą pagamintų

biodujų kiekis galėtų siekti apie 60 m3. Sunaudojus 60 m3 biodujų būtų galima pasigaminti


34

Nepalas BSP įmonė gamina ir parduoda vieno tipo bioreaktorius, tai fiksuoto kupolo

bioreaktoriai, visas jų korpusas įregiamas po žeme.

BSP įmonės bioreakorių charakteristikos:

• Fiksuotas kupolas (GGC 2047 modelis);

• Tūris: 2, 4,6 ir 8 kubinių metrų;

• Naudojamos įkrovos: galvijų mėšlas ir vanduo, žmogaus išmatos;

• Gali būti įrengtas individaulių namų ūkyje;

• Galima panardinti net iki 2,1 metrų gylį;

• Modifikuotas GGC-2047, su kompostavimo techniką rekomenduojama įkasti net

iki 3 metrų gylį.

BSP įmonės bioreaktoriaus yra nuolatinio veikimo. Darbinis tūris gali siekti 2,0 m3,

4,0 m3, 6,0 m3 ir 8,0 m3. Darbinė temperatūra priklauso nuo aplinkos sąlygų. Nuolatinio

bioreaktoriaus konstrukcija ya gelžbetoninė. Maišymo ir šildymo sistemos nėra.

Išsiskiriantis biodujų kiekis per parą siekia nuo 2 m3 iki 10 m3, priklausomai nuo pasirinkto

bioreaktoriaus tūrio ir žaliavų. Biodujų kapimo talpa priklauso nuo bioreaktoriaus tūrio

(Biogas Technology...2010).

1.17 pav. BSP įmonės bioreaktoriaus brėžinys, pjūvis ir vaizdas iš viršaus (Nepal Biogas...2010)

Šios įmonės bioreaktoriai yra nuolatinio veikimo su fiksuotu kupolu. Veikimo

principas: paruoštas substratas paduodamas per padavimo atvamzdį, o perdirbtas substratas

35

pašalinamas per išleidimo angą. Biodujos kaupiasi fiksuotame kupole, kuris yra

sumontuotas kartu su bioreaktoriumi ir jo tūris priklauso nuo bioreaktoriaus tūrio.

Sudeginus per parą pasigaminusias biodujas (nuo 2 iki 10 m3) kogeneraciniame

bloke, būtų pagaminta nuo 2,6 kWh iki 13 kWh elektros ir 10,6 – 53,3 kWh šilumos

energijos. Dalį pagamintos šilumos reikėtų sunaudoti biomasės pašildymui.

1.4. AMERIKOJE NAUDOJAMI MAŽO NAŠUMO BIOREAKTORIAI

Minesota Minesotoje buvo įvykdytas projektas anaerobinių sistemų taikymas vidutinio

dydžio karvių ūkiuose, kuriuose karvių skaičius svyruoja nuo 100 iki 300. Projekte pateikti

šeši anaerobinių sistemų įdiegimo variantai. Dokumente pateikta kiekvieno įrenginio

schema, paaiškinti bioreaktorių veikimo principai, nauda aplinkai, kapitalinės ir

aptarnavimo išlaidos per metus.

Anaerobinė sistema ir jos posistemiai:

• Mėšlo kaupykla;

• Bioreaktorius ir biodujų saugykla;

• Boilerio sistema ir šilumokaitis;

• Mėšlo separatoriaus sistema;

• Skysto subtrato laikymo talpa;

• Komposto aikštelė.

Bioreaktoriaus parametrai: skersmuo – 3,15 m, aukštis – 4,8 m, konstrukcija

gelžbeiatoninė. Per dieną siurbliu surenkama 7,2 m3 biodujų, ūkyje laikant 100 karvių. Šio

tipo bioreaktoriuose substrato išlaikymo trukmė siekia 7 dienas. Per dieną iš perdirbamo

substrato būtų galima išgauti apie 70 m3 biodujų (biodujų sudėtis: 40% anglies dioksido ir

60% metano). Pagamintos biodujos yra naudojamos katilo vandens šildymui. Siekiant

išgauti daugiau šilumos, antras katilas, kuris kurenamas propano dujomis, yra sujungtas

nuosekliai ir veikia kartu su biodujų katilu. Perdirbta skysta substarto dalis tiekiama į

ilgalaikio saugojimo rezervuarą, o kieta – naudojama kompostavimui (New

Digester...2010).

36

1.18 pav. Mažo našumo biodujų jėgainės schema (New Digester...2010) Šio tipo mažo našumo biodujų jėgainės veikimo principas paremtas tuo, kad

gyvulių laikymo vietoje susidaręs mėšlo kiekis tiekiamas į specialias talpas iš kurių mėšlas

patenka į separatorių, kuriame atskiriama sausa ir skysta dalis. Sausa dalis šalinama į

kompostavimo aikštelę, kurioje sukompostuojama ir gaunama trąša. Skysta dalis pašildoma

iki reikiamos temperatūros ir tiekiama į bioreaktorių, kuriame vyksta biodujų gamyba.

Perdirbtas substratas pašalinamas į ilgalaikio saugojimo aikštelę (1.18 pav.). Pagamintos

biodujos yra deginamos biodujų katiluose. Pagaminta šilumos energija naudojama savoms

reikmėms ir stabiliam technologiniam procesui palaikyti.

1.17 lentelė. Biodujų jėgainės įdiegimo kaštai 100 karvių ūkiui

Elementai Sąnaudos ir naudos

Bioreaktorius Bioreaktorius talpa ir kitos medžiagos; Pastatas;

Katilas ir šilumokaičiai.

125 000 Lt 13 000 Lt 21 000 Lt

Kapitalinės išlaidos

Iš viso: 159 000 Lt

37

1.17 lentelės (tęsinys) Atliekų atskirimo įranga

Separatorius; Kompostavimo įrenginys;

Pastatas ir įranga.

122 000 Lt 13 000 Lt 24 000 Lt

Iš viso: 159 000 Lt

Skysto substrato saugojimo vieta Projektavimas ir kt. 106 000 Lt Bendra kaina 424 000 Lt

Amortizacinės išlaidos 42 000 Lt Kasmetinės eksploatacinės išlaidos

Priežiūra, remontas, darbas, draudimas, ataskaitos ir kt.

42 000 Lt

Iš viso: 508 000 Lt Metinė nauda Substarto, kaip trašos pardavimas ir kt.

Aplinkosauginių mokesčių sumažėjimas 40 000 Lt 40 000 Lt

Metinės išlaidos vienai karvei

50 Lt

1.17 lentelėje pateiktos kapitalinės, kasmetinės eksploatacijos išlaidos, kurios

reikalingos diegiant ir eksploatuojant tokio tipo biodujų jėgainę 100 karvių ūkiui. Taip pat

pateikta metinė nauda, kuri siekia 80 000 Lt. Metinės išlaidos vienai karvei per metus

siektų 50 Lt.

1.5. BIODUJŲ JĖGAINIŲ SUDĖTINĖS DALYS

Žemės ūkio atliekų biodujų jėgainių veikla susideda iš keturių etapų:

• Transportavimas, saugojimas ir išankstinis žaliavos apdorojimas;

• Biodujų gamyba;

• Perdirbto substrato saugojimas, išlaikymas ir panaudojimas;

• Biodujų saugojimas ir panaudojimas.

Paveiksle 1.19 pavaizduota supaprastinta žemės ūkio jėgainės schema.

1. Pirmas proceso etapas (sandėliavimo, transporto ir substrato pakrovimo)

apima mėšlo talpyklą (2), biodegradavusių atliekų konteinerius (3),

įvažiuojamas BA saugyklas (4) ir kietųjų atliekų pakrovimą (5).

2. Antrasis proceso etapas yra biodujų gamyba bioreaktoriuje (6).

3. Trečias etape perdirbtas substratas laikomas talpose (9) ir naudojimas laukų

tręšimui (10).

38

4. Ketvirtasis proceso etapas (biodujų saugojimo ir panaudojimo) apima

biodujų talpyklą (7) ir šilumos bei elektros gamybą (8).

1.19 pav. Žemės ūkio atliekų biodujų jėgainės schema (Al Saedi et al. 2008)

Perdirbtas substratas yra pumpuojamas iš bioreaktorių į perdirbto substrato talpas.

Šie rezervuarai turi būti uždengti, siekiant palengvinti biodujų surinkimą, kurios po

skaidymo vis dar išsiskiria aplinkos temperatūroje.

Įkrovos paruošimo, tiekimo ir šalinimo iš bioreaktoriaus įrengimai

Prieš tiekiant įkrovą į bioreaktorių, reikia ją atitinkamai paruošti. Paruošimo metu

substrate esančias priemaišas reikia pašalinti arba susmulkinti. Siekiant efektyvesnės

biodujų gamybos įkrova gali būti pašildoma.

Nepertraukiamo veikimo bioreaktoriuose vienodais laiko tarpais nustatytas

panaudotas biomasės kiekis yra pašalinamas iš bioreaktoriaus, tuo pat metu pridedant tokį

patį kiekį šviežios biomasės. Tiekiama siurbliu, o atitinkama dalis degazuotos įkrovos tuo

metu yra pašalinama per persipylimo įtaisą (Savickas ir Vrubliauskas 1997).

Bioreaktoriaus šildymo sistema

Šiluma bioreaktoriuje sunaudojama tiekiamam substratui pašildyti ir šilumos

nuostoliams į aplinką per sieneles kompensuoti. Šilumnešiu naudojamas vanduo, o šilumos

mainų paviršiai gali būti bet kokie standartiniai šilumokaičiai. Siekiant sumažint nuosėdų

39

susidarymą ant šilumokaičio sienelių, juos reikia įrengti arčiau maišyklių, tada efektyviau

pašildoma biomasė ir periodiškai pašalinamos nuosėdos nuo jų paviršiaus.

1.21 pav. Šilumokaičių išdėstymo bioreaktoriuose schemos (Savickas ir Vrubliauskas 1997):

l – bioreaktoriaus korpusas; 2 – šilumokaitis; 3 – biomasės maišyklė; 4 – cirkuliacinis siurblys;

5 – trieigis ventilis

1.22 pav. Šilumokaičiai bioreaktoriaus viduje (Agrinz 2008)

Pastovi temperatūra bioreaktoriuje yra viena iš svarbiausių sąlygų norint užtikrint

stabilų darbą ir aukštą biodujų išeigą. Temperatūros svyravimai turi būti kaip galima

mažesni.

Galimos temperatūros svyravimų priežastys:

• Naujų žaliavų papildymas;

• Nepakankama izoliacija, neveiksminga šildymo sistema arba nepakankamas

maišymas;

• Netinkamas įrengti kaitinimo elementai;

• Ekstremalios lauko temperatūros vasarą ar žiemą.

40

Maišymo sistema

Bioreaktoriuose substratas maišomas kelis kartus per dieną, sumaišant seną

substratą su naujai įkrautu. Maišymas neleidžia substrato paviršiuje susidaryti plutai ir

nuosėdoms, palengvina mikroorganizmų kontaktą su naujai įkrauta žaliava ir tolygiai

paskirsto maistines medžiagas visame substrate.

Pagal sukimosi greitį maišyklės gali būti greito, vidutinio arba lėto maišymo.

1.23 pav. Kabanti (kairėje) ir panardinama (dešinėje) maišyklė (Agrinz 2008)

Pasirenkant maišymo sistemą reikia atsižvelgti į tai, kad ji turi sunaudoti kuo

mažiau energijos, tuo pačiu užtikrinant efektyvų įkrovos maišymą.

Biodujų saugyklos

Biodujų tiekimas turi išlikti stabilus ir pastovus. Bioreaktoriuje, biodujos

gaminamos netolygiai. Kompensuojant šiuos netolygumus, būtina laikinai saugoti

pagamintas biodujas. Tam tikslui įrengiamos biodujų talpyklos.

1.24 pav. Biodujų saugyklos (Biodujų saugyklos...2010)

Biodujų saugyklos yra kelių tipų. Paprasčiausias sprendimas yra bioreaktoriaus

uždengimas hermetiška membrana, kurioje ne tik saugomos biodujos, bet ir neleidžiama į

41

bioreaktorių patekti deguoniui. Kitas biodujų saugojimo būdas yra biodujų maišas. Biodujų

saugyklos gali būti žemo, vidutinio arba aukšto slėgio.

Mikroturbinos Kogeneracinės jėgainės, gaminančios šilumą ir generuojančios elektros energiją, yra

gerokai efektyvesnės už klasikines. Jų bendras naudingumo koeficientas, esant vardinei

apkrovai, siekia 80–90 proc. Tokius rodiklius įmanoma pasiekti, kai visiškai sunaudojama

ir pagaminta šiluma, ir elektros energija. Todėl tokio tipo jėgaines sudaro keli įvairios

galios moduliai, įjungiami pagal energijos poreikį. Tokiu būdu palaikoma optimali atskirų

agregatų apkrova, priklausomai nuo šiluminės energijos poreikio.

1.25 pav. Mikroturbina 65 kW

Palyginti su kitų konstrukcijų varikliais, dujų turbinose nedaug besisukančių dalių,

galima naudoti įvairų kurą, nedideli matmenys, didelė lyginamoji galia, trumpas paleidimo

laikas. Didžiojoje energetikoje jos naudojamos galiai generuoti piko metu. Tai ypač svarbu

nedideliuose energetiniuose objektuose. Be to, tokių turbinų valdymas lengvai

automatizuojamas. Pagrindinis kuras dujų turbinoms yra gamtinės dujos, bet gaminami

įrenginiai, naudojantys biodujas, krosninį kurą, lengvąją naftą, biodyzeliną. Dėl tokio dujų

turbinų universalumo jos jau seniai naudojamos karinės paskirties transporto ir kovinėje

technikoje.

Palyginti su aviacinėmis dujų turbinomis, kogeneracinio bloko konstrukcija daug

paprastesnė, nes skirta dirbti atmosferinio slėgio sąlygomis. Degimui įsiurbiamas oras kartu

aušina ir generatorių. Jam valyti naudojami specialūs filtrai. Paleidimo metu generatorius

atlieka starterio funkciją – turbina įsukama iki paleidimui reikiamo greičio. Kintamo aukšto

dažnio įtampa gaunama iš vidinio keitiklio. Turbinai pasiekus darbinį režimą, generatorius

42

perjungiamas darbui su pramoninio dažnio keitikliu. Visas procesas vyksta automatiškai

(Energetiniai įrenginiai...2010).

Esant dideliam galios poreikiui, lygiagrečiam darbui galima sujungti iki 20 blokų.

Juose sumontuota visa reikalinga valdymo įranga ir ryšio prievadai nuotoliniam valdymui.

Prijungti juos prie energetinio tinklo nereikia jokių papildomų įrenginių, o įtampos

generavimas reguliuojamas pagal tinklo parametrus. Vienas 65 kW elektros galios blokas

gali tiekti iki 130 kW šiluminę galią patalpoms ir vandeniui šildyti. Jo masė – apie 1 200

kg. Minėti galios parametrai leistini, esant iki 27 °C aplinkos temperatūrai. Kai aplinkos

temperatūra didesnė, generuojama elektrinė galia nežymiai mažėja. Tokių energinių blokų

akustinė tarša gerokai mažesnė negu su vidaus degimo varikliais. Tipinis triukšmo lygis 65

decibelai (Energetiniai įrenginiai...2010).

1.18 lentelė Mikroturbinos

Parametrai C30 (30kw) C65 (65kw) Elektros galingumas, kW 30 65 Elektrinis naudingumo koficientas, % 26 29 Bendras naudingumo koficientas šilumos gavimo atveju, %

80 80

Darbinės įtampos diapazonas (voltai) 380-480 380-480 Maksimali srovė fazėje, A 46 100 Srovės dažnis, Hz 50 50 Svoris, kg 578 1121 Išmatavimai, mm 1516x761x2110 1956x762x2110 Kuras dujos,žibalas,

dyzelinas dujos,žibalas,

dyzelinas Kuro spaudimas padavime (bar) 0,3-3,8 5,2-5,6 Kuro sanaudos prie nominalaus apkrovimo, m3

12 23

Išmetamūjų dujų temperatūra, °C 275 309 Šiluminės energijos išeiga kdj/h 30 500 591 000 Kenksmingų medžiagų išmetimas prie 15% O2

43

1.26 pav. Biodujų generatorius

Kogeneracinis įrenginys

Kogeneracinėse jegainėse vienu metu gaminama ir elektros energija, ir šiluma.

Elektros ir šilumos energijai gauti yra naudojami vidaus degimo varikliai, dyzeliniai arba

Stirlingo varikliai. Naudojamas skystas kuras (dyzelinis kuras), kietas kuras, dujos -

gamtines, biodujos, medžio drožlės arba granulės. Pagaminta elektros energija perduodama

tiesiogiai į vietinį ar bendrą elektros tinklą. Variklio išskiriama šiluma ir išmetamųjų dujų

šiluma per šilumokaitį naudojama pastato šildymui (Kogeneracinės jėgainės...2010).

1.27 pav. Kogeneracinis įrenginys

Elektrinis galingumas: 2-9 kW (± 5%). Šiluminė galia: 8-26 kW. Tipas: 2 cilindrų, 90° V-Stirling jėgainė. Elektros tinklas: 400 V, 50 Hz, 3 fazės. Dujų slėgio linija: 50+15/-5 mbar. Bendras efektyvumas(sudegusių degalų išnaudojimas): 92-96 %. Dujų sąnaudos: 1,5-5,5 m³/h. CO (prie 5% O2) – 50 mg/m³ Nox – 80 mg/m³ Matmenys: 1280 x 700 x 980 mm. Svoris: 460 kg.

44

2. BIOSKAIDŽIŲ ATLIEKŲ KOMPOSTAVIMUI NAUDOJAMŲ

MAŽŲ GABARITŲ BIOREAKTORIŲ APŽVALGA

2.1. KOMPOSTAVIMO TECHNOLOGIJA IR JOS BŪDAI

Pagrindiniai organinių atliekų perdirbimo tikslai – mažinti deponuojamų atliekų

kiekį, siekiant sumažinti pavojų žmonių sveikatai ir įtaką aplinkos taršai, gaminti

naudingus produktus ir kiek įmanoma juos panaudoti.

Kompostavimas specialiuose bioreaktoriuose ir yra vienas iš būdų kaip galima

efektyviai panauditi organines atliekas ir tuo pačiu nekelti pavojaus žmonių sveikatai ir

aplinkai (Baltrėnas ir Kvasauskas 2009).

Kompostavimas - tai biologiškai skaidžių atliekų tvarkymo būdas, kai dėl

kompleksinio biologinio, biocheminio ir fizinio proceso, t. y. mikroorganizmų, dirvožemio

gyvūnų ir jų išskiriamų fermentų poveikio, mineralizuojasi biologiškai skaidžios atliekos,

išsiskiria biogeniniai elementai ir susidaro humusas (Neklyudov et al. 2006).

Organinės atliekos aerobinės bakterijos nauja ląstelė + CO2 + H2O + NH3 + SO4

Tai yra vienas iš būdų kaip galima atsikratyti biologiškai skaidžių atliekų.

Kompostavimas namų ūkyje yra puikus biologiškai skaidžių atliekų tvarkymo būdas.

Sukompostuotos medžiagos yra itin vertinamos dėl savo gebėjimų pagerinti dirvos kokybę

ir augalų augimą bei slopinti patogenų ir augalų ligas (Ahmad et al. 2007). Kompostavimo

metu organinės medžiagos sugrąžinamos atgal į medžiagų apykaitos ratą. Komposte vyksta

tie patys procesai kaip ir dirvoje, tačiau daugelį kartų greičiau ir efektyviau. Kaip ir atliekų

vengimas, šis metodas padeda mažinti atliekų surinkimo bei šalinimo kaštus ir turi būti

skatinamas (Kompostavimas…2010).

Kiekvienas žemės savininkas iš sodo ir daržo atliekų nesunkiai gali pasigaminti

vertingo komposto. Kai atliekos sukraunamos į krūvą, kurioje pakankamai deguonies ir

drėgmės bei tinkama temperatūra, veikiama mikroorganizmų žalioji masė yra. Pridėjus

mineralinių trąšų, gaunamas vertingas kompostas, tinkantis gėlėms ir daržovėms auginti.

Tinkamos arba nenaudojamos kompostui atliekos yra pateiktos 2.1 lentelėje.

45

2.1 lentelė. Kompostui naudojamos ir nenaudojamos atliekos (Kompostavimas…2010)

Kompostui tinkamos atliekos Kompostui nenaudojama Virtuvės atliekos Sodo atliekos Riebalai

Vaisių ir daržovių gabaliukai

Augalų lapai Kaulai

Vaisių ir daržovių žievės Nupjauta žolė Pieno produktai

Kiaušinių lukštai Jaunos piktžolės (be subrendusių sėklų).

Plastikinės arba sintetinės atliekos

Arbatos pakeliai Sena vazonų žemė Stiklas

Kavos tirščiai bei jų filtrai Triušių, vištų, arklių, karvių mėšlas

Metalas

Suplėšytas popierius Smulkios šakos Piktžolės, turinčios subrendusias sėklas

Mėsa Šunų bei kačių fekalijos Žuvis Sergantys augalai Skerdienos atliekų Kompostui naudoti taip pat galima ir nuotekų dumblą

Iš 2.1 lentelėje pateiktų duomenų matyti, kad kompostui netinkamos yra tos

biologiškai skaidžios atliekos, kurios gali pabloginti jo kokybę, sukelti itin nemalonius

kvapus arba pūdamos nepilnai suyra.

Norint pagaminti pilnavertį kompostą, reikia atsižvelgti į šiuos parametrus:

• Temperatūra;

• Drėgmės kiekis;

• Deguonis;

• C/N santykis;

• pH;

• Biocheminė sudėtis ir struktūra.

Temperatūra. Kompostavimo procesas yra egzoterminis procesas ir vyksta dėl

temperatūros pakitimų: 1) psichrofilinė stadija – nuo 15 iki 20ºC; 2) mezofilinė stadija –

nuo 25 iki 35ºC; 3) termofilinė stadija – nuo 50 iki 60ºC.

Geriausi rezultatai pasiekiami, kai termofilinė stadija tęsiasi keletą dienų, ir

kompostas palaikomas esant šiai temperatūrai. Aukštesnė temperatūra nei termofilinis

optimumo diapazonas slopina biologinį aktyvumą, bet gerina komposto higieninę būklę.

Jeigu esant 55ºC temperatūrai komposte patogeninis užkratas žūva per dvi savaites, tai

esant 70ºC – per 1 valandą (Spruogis ir Jaskeliavičius 2000).

Drėgmės kiekis. Optimalus drėgmės kiekis 50 – 60 %. Esant mažiau 20% drėgmės,

biodegradacijos procesas nutrūksta. Kai drėgmės daugiau nei 50 %, vanduo užpildo

tuštumas tarp dalelių, kliudo deguoniui prasiskverbti, sukelia temperatūros sumažėjimą,

46

anaerobinę būklę ir ima skleisti nemalonius kvapus. Jeigu dėgmės kiekis mažėja, turi būti

papildomai tiekiamas vanduo.

Deguonis. Nustatyta, kad aerobiniam kompostavimo procesui vykti reikia

vidutiniškai 7 % deguonies (Baltrėnas ir Jankaitė 2008). Kai deguonies yra mažiau,

kompostavimo procesas lėtėja. Kartu su deguonies lygio mažėjimu gali prasidėti

anaerobinis procesas, o tuo pačiu atsirasti nemalonus kvapas. Komposto vartymas ir

ventiliavimas arba struktūrinės medžiagos, (šiaudai, lapai, šakos, žievės ir t.t.) leidžia

gerinti aeracijos procesą ir išsaugoti pakankamą deguonies kiekį (Budrys 2006).

C/N santykis. Paruoši gerą kompostą taip pat reikia parinkti tinkamą

kompostuojamų medžiagų santykį. Bioskaidžias atliekas paverčiant kompostu, aktyviai

dalyvauja dirvos mikroorganizmai ir sliekai. Kad mikroorganizmai galėtų ardyti organines

medžiagas, kompostuojamose medžiagose turi būti tam tikras anglies ir azoto santykis.

Tinkamiausios sąlygos gyventi dirvos mikroorganizmams susidaro tada, kai šis santykis yra

nuo 15:1 iki 30:1, t. y. 15 – 30 dalių anglies ir viena dalis azoto. Kompostuojamos

medžiagos turėtų būti gerai sumaišomos (Nuotekų… 2010).

pH. Optimalus pH lygis komposte yra tarp 6 – 8. Pirmosiomis dienomis pH

sumažėja iki 5 (formuojasi organinės rūgštys), po to pH pakyla (šios rūgštys suvartojamos

termofilinėje stadijoje). Anaerobinis procesas prasideda kai pH nukrenta žemiau 4,5.

Biocheminė sudėtis ir struktūra. Atliekų sudėtis turi įtakos proceso greičiui. Kai

kurios atliekos yra lengviau yrančios: augalai, mėšlas, nuotekų dublas, virtuvės atliekos.

Šiaudai, mediena, lapai, gatvių atliekos ir popierius, turintis daug lignino, biodegraduoja

lėtai. Masės struktūra daro įtaką procesui dėl kintamo paviršiaus ploto, kaip

mikroorganizmų terpės, ir jų sugebėjimo sulaikyti drėgmę bei deguonį.

Kompostavimo aplinkosauginiai aspektai

Aplinkosauginiams kompostavimo parametrams svarbu: sunkieji metalai, kvapas,

sterilizacija, inertiniai teršalai.

Sunkieji metalai. Priklausomai nuo perdirbamų atliekų užterštumo sunkiaisiais

metalais, gaunami kompostai tinkami be apribojimų naudoti žemės ūkyje ar techniniai

kompostai tinkami karjerų rekultivacijai, energetinio miško tręšimui ir kt. (Budrys 2006).

Kvapas. Kvapas yra įprastas dalykas kompostuojant biologiškai skaidžias atliekas,

jis dažniausiai būna nevėdinamose sistemose. Oras iš komposto gali būti nukreiptas į

47

biofiltrus. Atvirose sistemose, apdengtuose kaupuose arba tradicinėse pradalginėse eilėse

su stabilizuotu kompostu kvapas sumažėja (Spruogis ir Jaskeliavičius 2000).

Sterilizacija. Kenksmingumas pašalinamas esant termofilinei temperatūrai (55 –

60°C) 2 – 3 savaites. Esant aukštesnei temperatūrai, sterilizacija pasiekiama per trumpesnį

laiką, tačiau procesas galutinai nesibaigia ir gali įvykti patogeninis atgimimas.

Inertiniai teršalai. Rūšiuojant atliekas, labai svarbu, kad stiklo, metalo ir gumos

atliekų nepatektų į kompostą.

Kompostavimo technologijos Kompostavimo technologijas pagal perdirbamų atliekų kiekį galima suskirstyti į dvi

grupes: namų ūkio ir pramoninės. Namų ūkio atliekų kompostavimui pakanka nedidelio

įrenginio – statinės, medžio dėžės ar krūvos. Šiuo atveju kompostuojamos sodo, daržo ir

maisto atliekos, gyvūnų mėšlas, fekalijos ir pan. Tokia technologija paprastai būna

ekstensyvi – kompostavimo procesas nevaldomas, jo aktyvumas priklauso nuo medžiagų

sudėties, aplinkos temperatūros, kritulių kiekio ir pan. Nors namų ūkio kompostavimo

įrenginiai būna mažo našumo, tačiau juos plačiai taikant galimi gana ženklūs rezultatai:

sumažinami atliekų surinkimo ir transportavimo kaštai, nereikalingi brangūs ir daug vietos

užimantys įrenginiai, pagamintas kompostas sunaudojamas savoms reikmėms,

pagerinamos dirvos savybės, sumažinama aplinkos tarša ir kvapų emisijos. Taigi namų

ūkio ir nedidelių įmonių atliekų kompostavimas yra patraukli ir visuomenei naudinga

veikla.

Pramoninių kompostavimo įrenginių tikslai – sumažinti atliekų kiekius, pagaminti

aukštos kokybės kompostą, valdyti kompostavimo proceso parametrus, mažinti aplinkos

taršą. Pramoniniuose kompostavimo įrenginiuose kompostuojamos išrūšiuotos

komunalinės atliekos, žemės ūkio ir maisto pramonės įmonių atliekos. Šio tipo

įrenginiuose perdirbami didesni kiekiai atliekų, kurios būna įvairiarūšės ir tiekiamų srautų

cheminė sudėtis nuolatos kinta. Tai apsunkina proceso kontrolę ir valdymą. Taip pat į

mišrias ar pramonines atliekas pakliūva priemaišų, kurios bakterijoms gali būti nuodingos.

Pagal kompostavimo technologiją ir įrenginių konstrukciją, juos galima skirstyti į

dvi grupes: kompostavimas kaupuose ir uždaruose reaktoriuose (2.1 pav.). Atvirose

aikštelėse kompostuojamos atliekos gali būti supilamos į statinius arba nuolat permaišomus

kaupus. Kompostavimas atviruose kaupuose yra pats populiariausias, nes naudojama

paprasta technologija, galima kompostuoti didelius kiekius ir įvairios sudėties atliekas.

48

2.1 pav. Kompostavimo įrenginių klasifikacija (Organinių atliekų...2010)

Kompostuojant aikštelėse atliekos supilamos į 2-jų metrų aukščio ir 2,5–3 metrų

pločio ilgus trapecinius kaupus (2.2 pav.). Kaupai formuojami specialiais įrenginiais

nuolatos didinant jo ilgį. Visame kaupo ilgyje vyksta skirtingos kompostavimo proceso

fazės, nes gaunamas skirtingas kompostuojamos medžiagos ir mikroorganizmų amžius.

Panašiai galima kompostuoti ir gelžbetoninėse tranšėjose (Organinių atliekų...2010).

2.2 pav. Atviro kompostavimo aikštelės schema (Organinių atliekų...2010)

Uždaros kompostavimo sistemos yra tiksliau valdomos, sumažėja kvapų emisijos,

sutrumpėja proceso trukmė, gaunamas geresnės kokybės kompostas. Jie naudojami mišrių

ar pramoninių atliekų kompostavimui, kai atliekų kiekiai yra nedideli, o kompostuoti

kaupuose neįmanoma dėl jautrių aplinkos sąlygų. Uždari kompostavimo įrenginiai yra

sudėtingesni ir brangesni už atviruosius, tačiau juose labai sutrumpėja atliekų perdirbimo

trukmė iki 10–20 dienų. Uždaras kompostavimo įrenginys pagal jų konstrukciją gali būti

konteineris, tunelis ar besisukantis būgnas. Pagal atliekų judėjimo kryptį jie skirstomi į

vertikalius, horizontalius, nuožulnius, nejudančius.

Kontein

Documents

Mokslinio darbo ataskaita VGTU - LR V · 2 VYKDYTOJ Ų S ĄRAŠAS Pareigos, Vardas, Pavard ė Darbo vadovas: docentas dr. Alvydas Zagorskis, tel. 8 (5) 27 44 726, el. p.: [email protected],