Systemy mieszania w zbiornikach fermentacyjnych

Instalacje biogazowe wyposażone są w odpowiednio dobrane systemy mieszania fermentorów. Wysoka efektywność produkcji biogazu i metanu w biogazowni zależy przede wszystkim od prawidłowego przemieszania zawartości zbiorników fermentacyjnych. Działanie to pozwala zapewnić odpowiedni kontakt bakterii z substratem.

Częstym efektem braku prawidłowego mieszania fermentora jest rozwarstwianie się mieszaniny fermentacyjnej. W takim przypadku masa zawierająca bakterie metanogenne zbiera się w dolnej części zbiornika ze względu na wyższą gęstość. Natomiast biomasa płynna gromadzi się w jego górnej warstwie.

Przyczynia się to do spowolnienia procesu rozkładu oraz do tworzenia się warstw ograniczających przepuszczenie gazów (kożucha). Należy jednak pamiętać, że również zbyt intensywne przemieszanie zawartości reaktora fermentacyjnego może wpływać niekorzystnie na mikroorganizmy procesu fermentacji ze względu na powstawanie dużych sił ścinających i rozbijanie kolonii bakteryjnych.

Instalacje na biogaz – po co mieszać?

Wyróżnia się kilka istotnych powodów, dla których musi zostać zapewnione dobre przemieszanie zbiorników fermentacyjnych. Jednym z nich jest konieczność zaszczepienia świeżej porcji substratu odpowiednimi mikroorganizmami. Dostęp bakterii do całej powierzchni materiału pozwala uzyskać wysoką efektywność rozkładu oraz produkcji biogazu. Dokładne wymieszanie cieczy wewnątrz fermentora pozwala również na równomierną dystrybucję ciepła i substancji odżywczych w całej jego objętości.

Dzięki temu niwelowane jest zagrożenie powstawania stref o różnych temperaturach. Szczególnie istotne jest to w przypadku prowadzenia procesu w warunkach termofilowych (w temperaturze ok. 52-56ºC). Zbyt wysoka temperatura wewnątrz fermentora może doprowadzić do „zabicia” mikroflory fermentacyjnej. Dodatkowym aspektem jest zapobieganie tworzeniu się oraz niszczeniu powstających w zbiorniku kożuchów i złogów dennych.

O tym, jak ważne jest ograniczenie pienienia w biogazowni rolniczej, cały czas przekonują się polscy inwestorzy wykorzystujący łatwo flotujące substraty (np. słoma, obornik, trawy). Materiały te bardzo często owijają się wokół mieszadeł, doprowadzając do ich awarii, po czym może dojść do powstania nawet kilkumetrowego kożucha i ogromnych strat finansowych z tym związanych.

Mieszadła w instalacji biogazowej mogą pracować w trybie ciągłym (tj. przez cały czas funkcjonowania biogazowni) lub w trybie interwałowym (uruchamiane są w określonych odstępach czasu). Warto jednak zaznaczyć, że zdecydowanie popularniejszy jest tryb interwałowy, co wynika przede wszystkim z wysokiej energochłonności urządzeń mieszających.

W praktyce czas interwałów wyznacza się na podstawie obserwacji i doświadczeń oraz według specyficznych właściwości każdej biogazowni. Chodzi tu o właściwości substratów, wielkości zbiorników fermentacyjnych, skłonności do tworzenia kożuchów itd. Po uruchomieniu całej instalacji ze względów bezpieczeństwa mieszanie trwa dłużej i z większą częstotliwością. Zebrane doświadczenia wykorzystuje się następnie do optymalizacji trwania i częstotliwości interwałów, a także do odpowiedniego ustawiania mieszadeł.

Instalacje na biogaz – stosowane systemy mieszania

Minimalne przemieszanie substratu fermentacyjnego odbywa się w momencie dodawania świeżej porcji substratu. Wywoływane jest ono przez termiczne prądy konwekcyjne oraz wznoszenie się pęcherzy biogazu. Należy jednak podkreślić, że jest to mieszanie pasywne. Nie może ono odbywać się bez aktywnego (mechanicznego) wspomagania procesu mieszania pulpy fermentującej. W praktyce biogazowej wyróżnia się trzy główne systemy mieszania zawartości zbiorników fermentacyjnych:

• mechaniczne,
• hydrauliczne,
• pneumatyczne.

Dwie ostatnie z wymienionych możliwości odgrywały przez wiele lat podrzędną rolę. W Polsce oraz w Niemczech mieszanie mechaniczne stosuje się w około 85 do 90% wszystkich biogazowni. Jednak w ostatnich latach obserwuję się intensywny wzrost zainteresowania pozostałymi systemami, w szczególności w połączeniu hybrydowym.