Kompleksowe rozwiązanie z procesem CSTR dla obornika kurczaka na biogaz w Indonezji

Szybko rozwijający się sektor drobiarski w Indonezji generuje każdego roku ogromne ilości obornika kurzego, z których duża część jest składowana na otwartych polach lub spłukiwana do rzek, powodując skargi na zapachy, zanieczyszczenie wody i niekontrolowane emisje gazów cieplarnianych. W artykule wyjaśniono, jak projekt "pod klucz" przetwarzania obornika kurzego na biogaz – oparty na sprawdzonym procesie CSTR, zbiornikach GFS i dwumembranowych dachach – pomaga indonezyjskim integratorom i hodowcom zamienić obciążenie w energię elektryczną, ciepło i nawóz organiczny. Od wstępnej obróbki po zarządzanie pofermentem, Center Enamel dostarcza kompletny pakiet fermentacji beztlenowej dostosowany do tropikalnych warunków gospodarstw rolnych i zaostrzonych oczekiwań środowiskowych.

Indonezja jest jednym z największych producentów drobiu w Azji Południowo-Wschodniej, z krajową populacją kur niosek i brojlerów przekraczającą trzy miliardy ptaków rocznie. Przemysł ten jest silnie skoncentrowany na Jawie – w tym na Jawie Zachodniej, Środkowej i Wschodniej – i rozprzestrzenia się na Sumatrę, Celebes i Bali poprzez schematy partnerstwa jądro-plazma. Pojedynczy kurnik dla 50 000 ptaków może generować kilka ton obornika dziennie, a w całym kraju łączny strumień odpadów drobiowych wynosi dziesiątki milionów ton rocznie. Większość małych i średnich gospodarstw nadal suszy obornik na otwartych polach, sprzedaje go tanio lokalnym handlarzom lub spłukuje nieoczyszczony do kanałów. Konsekwencje są znane: skargi na zapach amoniaku od sąsiednich wiosek, eutrofizacja rzek i zbiorników, wysokie zapotrzebowanie na tlen biologiczny w wodach odbiorczych oraz nieuchwycony metan. W miarę zaostrzania się indonezyjskich przepisów środowiskowych i żądań klientów dotyczących operacji z zerową emisją, integratorzy nie mogą już traktować obornika jako strumienia odpadów do utylizacji.

Przekształcanie obornika kurzego w biogaz poprzez fermentację beztlenową rozwiązuje jednocześnie kilka problemów. Po pierwsze, stabilizuje frakcję organiczną, drastycznie redukując zapachy i poziomy patogenów, dzięki czemu poferment nie stanowi już zagrożenia dla zdrowia publicznego. Po drugie, wychwytuje metan, który w przeciwnym razie ulatniałby się do atmosfery, i przekształca go w użyteczną energię. Po trzecie, produkty uboczne – płynny i włóknisty poferment – stają się bogatymi w składniki odżywcze polepszaczami gleby, które mogą wrócić na plantacje palmy olejowej, kukurydzy, ryżu lub warzyw, zamykając pętlę składników odżywczych. Typowy przepływ projektu jest prosty: obornik jest zbierany z kurników, wstępnie obrabiany w celu usunięcia żwiru i ściółki, pompowany do zbiornika homogenizującego w celu mieszania i wyrównania przepływu, stale podawany do ogrzewanego reaktora beztlenowego, a następnie kierowany przez separację stało-cieczową. Oddzielony płyn trafia do etapu magazynowania lub polerowania, podczas gdy biogaz jest odwadniany, odsiarczany i dostarczany do generatora, kotła, pochodni lub jednostki ulepszającej.

Sercem większości komercyjnych instalacji do przetwarzania obornika kurzego na biogaz jest reaktor CSTR (Continuous Stirred-Tank Reactor). CSTR to technologia obróbki beztlenowej, w której substrat fermentacyjny i mikroorganizmy są w pełni mieszane w zamkniętym, izolowanym zbiorniku. Reaktor jest wyposażony w mechaniczne urządzenie mieszające składające się z wału mieszadła, łopatek oraz mieszadła bocznego lub górnego. Poprzez półciągłe podawanie w kontrolowanej temperaturze – zazwyczaj w zakresie mezofilnym lub termofilnym – obornik kurzy o wysokiej zawartości suchej masy i beztlenowa społeczność mikrobiologiczna pozostają w dobrze wymieszanym stanie, co zapobiega stratyfikacji, unika tworzenia się skorupy, i utrzymuje aktywną biomasę w kontakcie ze świeżym substratem. Reaktor CSTR ze szkła połączonego ze stalą posiada również zabezpieczenie przed ciśnieniem dodatnim i ujemnym, rurociąg biogazu oraz wlot paszy i punkt odprowadzania osadu, zaprojektowane dla włóknistych, bogatych w azot odpadów drobiowych. Proces skutecznie rozkłada materię organiczną i produkuje stały strumień biogazu składający się głównie z metanu i dwutlenku węgla.

Surowy biogaz opuszczający reaktor jest gorący i nasycony wilgociącią, a także zawiera siarkowodór, który może korodować silniki i kotły. Dlatego ciąg obróbki rozpoczyna się od odwodnienia biogazu w celu usunięcia kropel wody, a następnie odsiarczania w celu obniżenia zawartości siarki. Wentylator wspomagający przepycha następnie przygotowany gaz przez przepływomierz do wybranego urządzenia końcowego. Cztery powszechne ścieżki wykorzystania to: produkcja energii elektrycznej z biogazu, gdzie metan napędza generator do produkcji energii elektrycznej; kocioł, gdzie gaz jest spalany bezpośrednio w celu uzyskania ciepła używanego do ogrzewania kurników lub produkcji pary w zakładzie przetwórczym; system pochodni, który zapewnia bezpieczne uwolnienie ciśnienia, gdy produkcja gazu przekracza zapotrzebowanie na miejscu; oraz sprężony gaz ziemny, w którym biogaz jest oczyszczany do ponad 95% metanu i sprężany do użytku w rurociągach lub pojazdach.

Dwa produkty definiują naziemny wygląd nowoczesnej instalacji do przetwarzania obornika kurzego na biogaz. Pierwszym są zbiorniki GFS (Glass-Fused-to-Steel). Po wypaleniu w temperaturze 820°C–930°C stopione szkło reaguje z powierzchnią płyty stalowej, tworząc obojętną, nieorganiczną wiąź, która łączy wytrzymałość i elastyczność stali z wyjątkową odpornością szkła na korozję. Dwustopniowa struktura powłoki (2C2F) stosuje odrębne wewnętrzne powłoki gruntowe i nawierzchniowe oraz zewnętrzne powłoki gruntowe i nawierzchniowe, dzięki czemu zbiorniki GFS nadają się do wilgotnego, kwaśnego i bogatego w amoniak środowiska wewnątrz fermentora beztlenowego. Drugim produktem jest dwumembranowy dach, który służy zarówno jako pokrywa zbiornika, jak i zintegrowany zbiornik gazu. W normalnych warunkach pracy jest to preferowane rozwiązanie: bezpośrednio obniża koszt dachu, a w porównaniu z oddzielnym naziemnym zbiornikiem gazu znacznie zmniejsza powierzchnię i oszczędza koszty budowy fundamentów.

Oprócz flagowych zbiorników GFS, Center Enamel oferuje trzy dodatkowe rodziny zbiorników, dzięki czemu każdy strumień w instalacji może być dopasowany do odpowiedniego materiału:

Zbiorniki ze stali ocynkowanej otrzymują twardą, odporną na ścieranie i trwałą powłokę ochronną w procesie galwanizacji, oferując niezawodną obsługę do zbierania wody i buforowania.

Zbiorniki z epoksydem wiązanym stopowo (FBE) są opracowywane we współpracy z globalnym partnerem ds. powłok, zapewniając innowacyjne wykończenie epoksydowe dla umiarkowanie korozyjnych cieczy.

Zbiorniki ze stali nierdzewnej, gatunki AISI 304/316, są przeznaczone do najbardziej wymagających zastosowań, w tym do wody o wysokiej czystości i korozyjnych cieczy procesowych.

Instalacja "pod klucz" to więcej niż tylko reaktor, a Center Enamel dostarcza niezbędny sprzęt pomocniczy do niezawodnego działania linii:

Zbiornik gazu przechowuje przygotowany biogaz i buforuje wahania popytu między reaktorem a generatorem lub kotłem.

Czarna membrana pokrywa stawy magazynowe lub polerujące i wychwytuje ulatniający się metan na tanich etapach rozbudowy.

Separator stało-cieczowy rozdziela strawiony efluent na stałe włókniste (nadające się do wykorzystania jako nawóz organiczny) i strumień ciekły do dalszej obróbki lub zastosowania na lądzie.

System pochodni bezpiecznie spala nadmiar lub gaz rozruchowy, gdy urządzenia końcowe są nieczynne.

Pompa podnosząca przenosi homogenizowany obornik i strawiony osad między zbiornikami bez zatykania.

Zbiornik odwodnienia i odsiarczania obrabia surowy biogaz przed dotarciem do silników lub jednostek ulepszających.

Maszyna do odwadniania osadów ślimakowych odwadnia oddzielony osad w celu zmniejszenia kosztów transportu i produkcji materiału glebowego nadającego się do składowania.

Center Enamel jest dostawcą kompleksowych rozwiązań dla projektów przetwarzania obornika kurzego na biogaz, a nie tylko dostawcą zbiorników. Klienci angażują nas do:

Usługi EPC: odpowiedzialność z jednego punktu od projektu i dostawy sprzętu po nadzór instalacyjny i uruchomienie.

Pakiet procesowy: dopasowany ciąg wstępnej obróbki, CSTR, obróbki gazu i pofermentu, dostosowany do dziennej ilości obornika w gospodarstwie.

Dostawa sprzętu: zbiorniki GFS, dachy dwumembranowe, zbiorniki gazu, separatory, pompy i maszyny do odwadniania dostarczane w ramach jednej umowy.

Sprawdzona podstawa certyfikacji: naczynia zbudowane zgodnie ze standardami CE/EN1090, ISO 9001, NSF61, WRAS i EN28765, z odniesieniami projektowymi do AWWA D103, OSHA, EN28765 i EuroCode.

Globalny zasięg usług: zainstalowane referencje w ponad 100 krajach i zdolność produkcyjna 250 000 arkuszy rocznie, wspierane przez bazę badawczo-rozwojową i produkcyjną o powierzchni 150 000 m² i ponad 500 pracowników.

Wiedza tropikalna: projekty i powłoki wybrane dla warunków tropikalnych w Azji Południowo-Wschodniej o wysokiej wilgotności i wysokiej temperaturze.

Dla indonezyjskich integratorów drobiarskich oraz niezależnych ferm kur niosek lub brojlerów, obornik kurzy nie musi już być kosztownym obciążeniem dla środowiska. Dobrze zaprojektowany projekt "pod klucz" oparty na fermentorze CSTR, zbiorniku GFS i dachu dwumembranowym przekształca codzienny obornik w energię elektryczną, ciepło procesowe i nawóz organiczny do pakowania, jednocześnie redukując zapachy i zanieczyszczenie wody. Z odpowiednim partnerem EPC, nawet średniej wielkości farma z 50 000 ptaków może osiągnąć samowystarczalność energetyczną i spełnić zaostrzające się oczekiwania regulacyjne.

P1: Ile biogazu może wyprodukować jedna tona obornika kurzego?

Typowe wydajności wynoszą od 40 do 80 metrów sześciennych biogazu na tonę świeżego obornika kurzego, w zależności od zawartości ściółki, stosunku paszy, temperatury reaktora i czasu retencji hydraulicznej. Biogaz z obornika kurzego zazwyczaj zawiera 55-65% metanu.

P2: Czy poferment z obornika kurzego jest bezpieczny do stosowania jako nawóz?

Gdy reaktor CSTR pracuje w temperaturze mezofilnej lub termofilnej z odpowiednim czasem retencji, patogeny i nasiona chwastów są znacznie zredukowane. Oddzielona frakcja włóknista jest powszechnie stosowana jako polepszacz gleby, podczas gdy frakcja ciekła powinna być badana pod kątem zawartości azotu i soli przed kontrolowanym zastosowaniem na lądzie.

P3: Jak duża powinna być początkowa instalacja biogazowa dla fermy 50 000 kur niosek?

Typowa farma 50 000 kur niosek generuje kilka ton obornika dziennie; wstępnie zaprojektowana instalacja o mocy elektrycznej w zakresie 50-150 kW jest zazwyczaj wystarczająca do pokrycia zapotrzebowania gospodarstwa na energię elektryczną i ogrzewanie kurników, z nadwyżką gazu kierowaną do pochodni lub eksportowaną.