De productie van biogas uit afvalwater is een efficiënt en duurzaam proces dat steeds belangrijker wordt bij de behandeling van industrieel afvalwater. Vooral in de voedingsmiddelenindustrie, zuivelbedrijven, suikerindustrie en bij de behandeling van flotaatslib biedt biogasproductie een uitstekende mogelijkheid om organisch afvalmateriaal te benutten en tegelijkertijd energie op te wekken in de vorm van methaan.
Inhoudsopgave
Technische achtergrond: Biogas uit afvalwater
De anaerobe vergisting van afvalwater en slib is het belangrijkste proces waarbij biogas wordt geproduceerd. Afvalwater van voedselverwerking is bijzonder rijk aan organische stoffen zoals vetten, eiwitten en koolhydraten, die ideale substraten zijn voor anaerobe micro-organismen. Onder anaerobe omstandigheden (d.w.z. zonder zuurstof) breken de micro-organismen deze organische stoffen af, waarbij ze voornamelijk methaan (CH₄) en kooldioxide (CO₂) produceren. De methaanfractie van het geproduceerde biogas kan worden gebruikt om elektriciteit en warmte op te wekken.
Biogas wordt in vier fasen geproduceerd:
Hydrolyse: Macromoleculaire verbindingen zoals koolhydraten, vetten en eiwitten worden door micro-organismen afgebroken tot kleinere moleculen zoals suikers, vetzuren en aminozuren.
Acidogenese: In deze fase worden de door hydrolyse geproduceerde stoffen door micro-organismen verder afgebroken tot vluchtige vetzuren, alcoholen, waterstof en kooldioxide.
Acetogenese: Vluchtige vetzuren en alcoholen worden omgezet in azijnzuur, koolstofdioxide en waterstof.
Methanogenese: In deze laatste fase wordt methaan geproduceerd door methaanbacteriën uit azijnzuur, kooldioxide en waterstof. Het grootste deel van het biogas bestaat uit methaan (ongeveer 50-75 %) en kooldioxide (ongeveer 25-50 %).
Afvalwater van de voedingsindustrie
De voedingsindustrie produceert grote hoeveelheden organisch verontreinigd afvalwater, vooral bij de verwerking van vetten, eiwitten en koolhydraten. Typische bronnen van afvalwater zijn
Zuivelfabrieken: Afvalwater van melkverwerking, zoals wei, bevat hoge concentraties lactose (melksuiker) en vet, die tijdens anaerobe vergisting kunnen worden omgezet in biogas.
Suikerindustrie: De suikerindustrie, in het bijzonder de verwerking van suikerbieten, produceert afvalwater met een hoog organisch gehalte. Dit bevat koolhydraten (suikerresten) en plantaardig materiaal, die ideale substraten zijn voor de productie van biogas.
Vleesverwerkende industrie: Vleesverwerking en slachthuizen produceren afvalwater met een hoog vet- en eiwitgehalte, dat ook kan worden gebruikt als grondstof voor de productie van biogas.
Drank- en brouwerijindustrie: De drankindustrie, vooral brouwerijen, produceert organisch verontreinigd afvalwater dat grote hoeveelheden organische zuren en koolhydraten bevat.
Foto: ALMA BHU GMR biogasinstallatie voor de suikerindustrie
Flotatieslib
Flotaatslib is een typisch bijproduct van de fysisch-chemische voorbehandeling van industrieel afvalwater, vooral in de voedingsmiddelenindustrie. Ze worden geproduceerd door het flotatieproceswaarbij vetten, oliën en vaste deeltjes uit het afvalwater worden verwijderd. Dit flotaatslib is zwaar beladen met organisch materiaal en biedt een groot potentieel voor biogasproductie.
Aangezien flotaatslib vaak een hoge concentratie vetten en oliën bevat, is het bijzonder geschikt voor methaanproductie, aangezien vetten een zeer hoge energiedichtheid hebben en meer biogas per massa-eenheid produceren tijdens gisting dan andere organische stoffen.
Foto: flotaatslib met een hoge organische belasting. Het flotaatslib kan worden gebruikt in biogasinstallaties(ALMA NeoDAF flotatie-installatie)
Proces voor biogasproductie uit afvalwater
Biogas wordt meestal geproduceerd uit industrieel afvalwater in vergisters of anaerobe reactoren. anaerobe reactoren. Het afvalwater of slib wordt verzameld in een afgesloten tank waarin de anaerobe micro-organismen de organische stoffen afbreken. Dit proces omvat verschillende fasen:
Voorbehandeling van het afvalwater: Voor fermentatie moet het afvalwater meestal voorbehandeld worden om grote deeltjes en onopgeloste stoffen te verwijderen. Dit gebeurt vaak door mechanische filtratie of flotatie.
Anaerobe fermentatie: In een anaerobe reactor breken bacteriën het organische materiaal af in afwezigheid van zuurstof. Dit proces verloopt in verschillende stappen: Eerst worden de complexe organische stoffen afgebroken in kleinere componenten door hydrolytische bacteriën, die vervolgens worden omgezet in vluchtige vetzuren door acidogene bacteriën. Ten slotte zetten methanogene bacteriën de vetzuren om in methaan en kooldioxide.
Gebruik van biogas: Het geproduceerde biogas wordt over het algemeen gebruikt in warmtekrachtkoppelingsinstallaties (WKK) om elektrische energie en warmte op te wekken, die gebruikt kan worden om de installatie zelf te laten draaien of om te voorzien in de energiebehoeften van de productie-installatie.
Afbeelding: ALMA BHU GMR biogasinstallatie met nabehandeling en hercirculatie van biomassa
Voordelen van biogasproductie uit afvalwater
Energieopwekking: De fermentatie van organisch verontreinigd afvalwater zuivert niet alleen het afvalwater, maar produceert ook biogas dat kan worden gebruikt om elektriciteit en warmte op te wekken. Dit draagt bij aan een verlaging van de energiekosten en verhoogt de energie-efficiëntie van de installatie.
Afvalvermindering: Anaerobe gisting vermindert de hoeveelheid slib die moet worden afgevoerd, omdat een groot deel van het organisch materiaal wordt omgezet in biogas. Dit leidt tot een vermindering van de afvoerkosten van rioolslib of flotaatslib.
Duurzaamheid: De productie van biogas uit afvalwater draagt bij aan de circulaire economie omdat organisch afval wordt gebruikt en omgezet in hernieuwbare energie. Dit helpt bedrijven om hun ecologische voetafdruk te verbeteren en hun impact op het milieu te verminderen.
Vermindering van de uitstoot van broeikasgassen: Anaerobe vergisting maakt het mogelijk om methaan, dat anders vrijkomt in de atmosfeer tijdens de natuurlijke afbraak van organisch materiaal, te beheersen en te gebruiken voor energie. Dit helpt de uitstoot van broeikasgassen te verminderen.
De uitdagingen
Complexiteit van het substraat: Afvalwater uit de voedingsindustrie bevat vaak vette of eiwitrijke substraten die speciale bacterieculturen en aangepaste reactoren vereisen voor een effectieve biogasproductie.
Gasbehandeling: Naast methaan bevat biogas ook waterstofsulfide (H₂S) en andere onzuiverheden die verwijderd moeten worden voordat het gebruikt kan worden. Hiervoor zijn aanvullende behandelingstechnologieën nodig.
Conclusie
De productie van biogas uit afvalwatervooral uit de voedingsindustrie, zuivelbedrijven, suikerindustrie en flotatieslib, is een ecologisch en economisch haalbare methode om organische reststoffen om te zetten in hernieuwbare energie. Door anaerobe reactoren te gebruiken, kunnen de afvalwaterkosten en de energiekosten worden verlaagd, terwijl tegelijkertijd de koolstofvoetafdruk van het bedrijf wordt verkleind.
Voor meer informatie over onze producten kunt u altijd contact met ons opnemen!
