Zmeny legislatívy, výpadky produkcie cielene pestované biomasy a rastúca cena objemových krmív vedie rad prevádzkovateľov BPS ku krokom zaradenie sekundárnych produktov poľnohospodárskej, spracovateľské a potravinárskej výroby do substrátovej skladby BPS. Aké možností a úskalia tento krok prináša?
V tomto roku došlo k zmene legislatívy týkajúcej sa podmienky zastúpenie cielene pestované biomasy na BPS kategórie AF1. Pôvodný podmienka minimálneho zastúpenie 50% cielene pestované biomasy vo vstupnej sušine bola zrušená. Pôvodný podmienka minimálneho zastúpenie cielene pestované biomasy Kategória 1, stanovené Vyhláškou č. 477/2012 Zb., Prinášala prevádzkovateľom BPS v mnohých prípadoch nemalé problémy. V ročníkoch postihnutých suchom nebolo možné nahradiť výpadok produkcie objemových krmív alternatívnymi krmivami do takej miery, aby bol vždy dosiahnutý požadovaný výkon BPS. Ekonomika nákupu objemových krmív v rokoch s vysokým dopytom nie je pre prevádzkovateľov BPS kladná a spolu so zvýšeným dopytom zo strany ZV nárast cien krmív v daný moment ešte viac umocňuje.
Riešením sa ponúka zaradenie biomasy Kategória 2 do substrátovej skladby BPS. V prvom rade je v tomto prípade nutné rešpektovať Prevádzkový poriadok BPS. Tento dokument je pre prevádzkovateľov záväzný. Išli Prevádzkovým poriadkom BPS povolené použitie biomasy Kategória 2, nie sú legislatívne obmedzenia jej použitia. Poľnohospodárske BPS nemôžu spracovávať biomasu Kategória 3 - Odpadové. Pre jej využitie na BPS je potrebné splniť ďalšie legislatívne požiadavky nad rámec bežných podmienok.
Potravinársky priemysel je zdrojom širokého spektra vedľajších produktov. Vo väčšine prípadov sa jedná o výrobky s vysokou energetickou hodnotou. Pri vyriešenie spôsobu skladovania, dávkovania a prepravy sú lacným substrátom, s vysokou stráviteľnosťou a mernú produkciou bioplynu.
U tekutých foriem je nutné zdôrazniť potrebu oddeleného skladovania a precízneho dávkovanie. V prípade spoločného skladovania s ďalšími substrátmi dochádza k ich degradácii a nepresnému dávkovanie, ktoré môže spôsobiť rozkolísanie produkcie bioplynu a následné zníženie ekonomického prínosu neefektívnym využitím substrátu.
Firmy spracovateľského a potravinárskeho odvetvia často ponúkajú produkty s proklamovanou vysokou energetickou hodnotou a kvalitou. Stabilitu akostných znakov je potreba overovať. K tomu slúži špecifikácie a produktové listy dodávateľa, rovnako ako vlastné odbery a analýzy základných akostných znakov.
Pred zaradením uvedených produktov do substrátovej skladby BPS je potrebné brať na zreteľ výrazne odlišné obsahy potenciálne rizikových zložiek. Prvky ako Na, K, Ca, S pri vysokej koncentrácii vo fermentáte spôsobujú inhibíciu funkcie biológie fermentačného procesu. Dôsledná analýza substrátu a stanovenie maximálne možné dávky je tu úplne na mieste. Jedine tak možno docieliť dlhodobé stabilné fungovanie biológie. Ďalším potenciálne rizikovým faktorom je vysoký obsah bielkovín. Rozkladom bielkovín dochádza jednak k uvoľneniu voľnej síry a následne k tvorbe nežiaduceho sírovodíka, ale aj k zvýšenej tvorbe amoniaku. Pri vysokých koncentráciách totiž amoniak svojimi účinkami vytrávi a silne inhibuje mikrobiálnu aktivitu vo fermentore.
Inhibícia amoniakom
Pri biologickom dozoru je sledovaná koncentrácia amoniakálneho dusíka (N-NH4). Existuje totiž vzťah medzi obsahom amoniaku, teplotou, pH a obsahom N-NH4. S rastúcou teplotou a pH sa mení pomer medzi koncentráciami voľného amoniaku (NH3) a N-NH4 viď Obr. 1.
S rastúcou teplotou a pH sa zvyšuje obsah amoniaku a klesá obsah amónnych iónov. Súčasne klesá produkcia metánu z kyseliny octovej, v dôsledku inhibície metanogenů amoniakom. Negatívny vplyv zvýšenej koncentrácie amoniaku nie je rovnaký pre rôzne BPS. Na základe poznatkov o stave biológie a procesných parametrov je možné s vysokou presnosťou určiť limitnú koncentráciu amoniaku, pri ktorej dochádza k inhibícii fermentačného procesu (poklesu produkcie metánu).
Pri vysokých koncentráciách N-NH4, stráca svoju vypovedaciu hodnotu parameter Fos / Tac. Dochádza k ovplyvneniu pufračnej kapacity nárastom hodnoty Tac a celkový pomer Fos / Tac nereflektuje prípadný nárast mastných kyselín (Fos). Pri vysokom obsahu N-NH4 je na mieste sledovať koncentrácia jednotlivých mastných kyselín. Významné je sledovať koncentrácia mastných kyselín s dlhším reťazcom (propiónová, maslová, valérová). Inhibičný vplyv týchto kyselín sa na fermentačnom procese prejavuje už pri ich nízkych koncentráciách. Na rozdiel od predávkovaní fermentora alebo nedostatku významných živín, nedochádza k výraznému prekysleniu fermentáte, pokles produkovaného bioplynu je však veľmi výrazný.
Praktický príklad inhibícia amoniakom ku ktorému došlo na poľnohospodárske BPS
V tabuľke 1 sú uvedené výsledky biologického rozboru BPS s inhibíciou amoniakom. Ide o poľnohospodársku BPS, ktorej kŕmna dávka je tvorená cielene pestovanými krmivami a hovädzie hnojom. V zobrazenom období bola teplota vo fermentore navýšená z 50 na 55 ° C. Súčasne došlo k nárastu koncentrácií N-NH4, zapríčinené zvýšením dávky trávna senáž a GPS. Stav biológie sa začal zhoršovať, čo sa prejavilo nárastom mastných kyselín, výrazný bol nárast u kyseliny propiónovej, maslovej a valérová. Hodnota parametra Fos / Tac bola v celom období v optimálnych hodnotách alebo mierne nadlimitné. Tu sa prejavilo skreslenie hodnoty Fos / Tac ovplyvnenej vyšším obsahom N-NH4 a pH. Produkcia metánu výrazne poklesla. V období od 1. polovice mesiaca júna do konca júla dosahovala produkcia elektrickej energie iba 20-25% inštalovaného výkonu! Pre nápravu stavu biológia bola znížená teplota (problematické v letných mesiacoch), zastavené dávkovanie krmív o vysokom obsahu dusíkatých látok a aplikovaný bol liek GASTIM vyvažujúce amoniak a eliminujúci jeho účinky. Následne na to došlo k poklesu koncentrácií mastných kyselín a navýšenie produkcie metánu (elektrickej energie).
Uvedený príklad jasne demonštruje špecifický prejav inhibícia amoniakom a význam biologického rozboru pre jej včasné odhalenie.
Skúsenosti z prevádzky komunálne BPS
Ako ďalší príklad inhibičného prejavu poslúži vývoj stavu biológie na komunálny BPS spracovávajúci jatočnej odpadmi, hnojovicu hovädzieho dobytka a odpadové tuky, pôvodne dávkovaná krv musela byť vyradená, pre problémy s jej dávkovaním a tvorbou zrazenín. V substrátovej skladbe nie je zastúpená cielene pestovaná biomasa.
Prevádzkové parametre komunálne BPS sú uvedené v tabuľke 2 a 3.
Malý objem fermentora, zvýšené organické zaťaženie spolu s vysoko stráviteľnými substráty a absenciou cielene pestované biomasy sú predpokladom pre nestabilné funkciu a prevádzku BPS. Siláže a senáže sú v BPS nielen zdrojom energie, slúži aj ako životný priestor mikrobiálnej mikroflóry a bilancujú pomer C: N. Pri ich absencii je biológia vysoko labilná.
Vývoj stavu biológie na komunálny BPS je zobrazený na grafoch 1, 2.
Na začiatku sledovaného obdobia bola BPS mimo prevádzky a dávky substrátov boli minimálne, čo odráža veľmi nízky obsah sušiny. Analýzou boli aj napriek nízke zaťaženie fermentora zistené vysoké koncentrácie mastných kyselín a amoniaku ukazujúce na zlý stav biológie. Vypracovaný plán postupného nábehu prevádzky BPS za použitia prípravku GASTIM-SAMON. Cieľom bolo nielen "spracovávať" substráty, ale zároveň vyrábať kogeneráciou elektrinu, čo pri zlom stave biológie nebolo možné. V období po 15. 4. bola započaté dávkovanie lieku GASTIM-SAMON (červená šípka v grafe 1), ktorý svojím komplexným účinkom eliminuje nežiaduce amoniak spolu so sírovodíkom a optimalizuje využiteľnosť významných stopových prvkov. Prípravok slúži tiež k rozvoju aktivity mikrobiálnej biomasy a zvýšenie jej počtu vo fermentore. Zlepšenie stavu biológie prebehlo okamžite po nadávkovaní aplikačnej dávky. Obsahy kyselín sa znížili na únosnú hranicu, obsah metánu v bioplyne sa navýšil do tej miery, že bolo možné jeho využitie na KJ. Taktiež obsah amoniakálneho dusíka sa znížil aj napriek navýšenie intenzity dávkovanie. Pozitívne výsledky motivovali prevádzkovateľa k ďalšiemu intenzívnemu navyšovaniu dávky (prudké navýšenie obsahu sušiny vo vzorke z 24. 6.). Toto sa prejavilo zhoršením stavu biológie, koncentrácia kyselín sa prudko zvýšila. Potom sa však systém stabilizoval, kyseliny poklesli a opäť fungoval podľa požiadaviek prevádzkovateľa. Pravidelné dávkovanie lieku GASTIM-SAMON umožňuje udržiavať stav biológie dlhodobo v dobrom stave.
Záver
Uvedené príklady BPS poľnohospodárskeho a komunálneho typu ukazujú na prípadné úskalia, ktoré sú spojené so spracovávaním substrátu obsahujúcich vysoký obsah bielkovín, a kde hrozí silná inhibícia amoniakom. Tieto substráty môžu pochádzať z poľnohospodárskej produkcie, vo väčšine prípadov sú však tvorené sekundárnymi produkty spracovateľského a potravinárskeho priemyslu, predstavujúce pre prevádzkovateľov lacný a ľahko dostupný substrát pre BPS. Náhrada objemových krmív týmito substráty dáva možnosť pokrytia surovinovej základne pri menšom tlaku na osevné postupy a výmery cielene pestované biomasy.
