Afweging van technieken Criteria

De technische geschiktheid van de verschillende bioreactoren voor de behandeling van het afgas van een mestopslag wordt beoordeeld aan de hand van de volgende criteria:

1. geschiktheid van de bioreactor voor de behandeling methaan (een slecht wateroplosbare component);

2. verzuringsgevoeligheid van de bioreactor; 3. de controleerbaarheid van het proces;

4. de geschiktheid voor een discontinu bedrijf / variërende belasting; 5. de kosten.

Biofilter

Het grote voordeel van het gebruik van een biofilter voor de behandeling van de methaanhoudende lucht uit mestopslagen is de eenvoud van de technologie en de lage investerings- en bedrijfskosten. Ten opzichte van de overige biologische technieken heeft het compostfilter de laagste investerings- en bedrijfskosten.

Mogelijke knelpunten voor het gebruik van een biofilter worden veroorzaakt door de

aanwezigheid van verzurende componenten als H2S en NH3 in het afgas. De beheersbaarheid

van de procescondities in een biofilter is minder goed ten opzichte van de overige technieken. Verzuring is het belangrijkste mogelijke knelpunt bij de behandeling van het beschreven afgas. Om nader te onderbouwen of er risico op verzuring is bij de behandeling van het H2S en NH3

houdende afgas wordt uitgegaan van een (worst case) volume van 100 m3_{. In onderstaande}

tabellen is de ammoniak- en H2S-belasting van een biofilter vergeleken met de uit de literatuur

bekende maximaal haalbare waardes.

Tabel 11. Overzicht belasting biofilter (100 m3_{) voor de behandeling van het afgas van een}

mestopslag

Component concentratie [ppm]

concentratie [mg/m3]

vracht [kg/uur] belasting [g/m3_/uur] kritische grens [g/m3_/uur] Debiet 1.800 m3/dag 75 m3/uur CH4 33.000 22.100 1,65 16,5 NH3 70 110 0,0075 0,075 10-25 H2S 4.000 2.800 0,21 2,1 100

Op basis van bovenstaande berekeningen wordt geconcludeerd dat het risico op overbelasting van het biofilter met ammoniak en H2S verwaarloosbaar is. Als gevolg van de lange verblijftijd

van het afgas in het filter (10-20 minuten) is de ammoniak en H2S-belasting van het filter per

volume-eenheid gering. Waarschijnlijk zal in het biofilter in de onderste laag met name verwijdering optreden van het zeer goed wateroplosbare H2S, waardoor hier lokaal verzuring

kan optreden. H2S is echter goed afbreekbaar bij een lagere pH. De verzuring heeft wel tot

gevolg dat de levensduur van het compostmateriaal verkort wordt. Een alternatief is een tweetraps installatie waarbij in de eerste trap H2S-verwijdering plaatsvindt. In de eerste trap

kan gebruik gemaakt worden van inert pakkingsmateriaal (zonder compost).

De nitrificatie is zeer gevoelig voor verzuring (pH 6,5 als kritische grens) zodat in deze eerste laag van het filter (verzuurd door H2S-verwijdering) geen nitrificatie zal optreden (en ook geen

methaanafbraak). In de rest van het filter worden achtereenvolgens ammoniak en methaan afgebroken.

Van de beschreven biologische systemen is het biofilter het meest geschikt voor een discontinue bedrijfsvoering. Voor alle biologische systemen zijn sterke concentratie-

schommelingen of zelfs een tijdelijke stop van de aanvoer van verontreiniging ongunstig. Indien de aanvoer van biogas uit de mestopslag tijdelijk stagneert, wordt het biofilter niet gevoed.

Gedurende deze periode kan worden volstaan met een periodieke voeding van het filter met (schone) lucht om anaërobe condities in het filter te voorkomen. Daarnaast dient het vochtgehalte in het filter op peil te worden gehouden, maar omdat het filter niet met afgas wordt doorstroomd, zal het nauwelijks uitdrogen.

Geconcludeerd wordt dat een compost biofilter (technisch) geschikt is voor de behandeling van afgassen van mestopslagen. Wel is hiervoor een relatief groot filter benodigd.

Biotricklingfilter

Voordeel van het biotricklingfilter ten opzichte van het biofilter is de betere beheersbaarheid van de procescondities in het systeem, waardoor het biotricklingfilter beter geschikt is voor de behandeling van verzurende componenten. Nadeel van het biotricklingfilter ten opzichte van het biofilter zijn de hogere kosten. Daarnaast heeft het biotricklingfilter een lager specifiek oppervlak en een dikkere waterfilm. Methaan is een slecht wateroplosbare component waardoor de stofoverdracht van de luchtfase naar de waterfase de kritische stap is. Derhalve dient te worden gestreefd naar een groot contact oppervlak en een lage overdrachtsweerstand. In het algemeen worden in een biotricklingfilter plastic pakkingsringen gebruikt (bijv. Pall ringen) die als nadeel een relatief laag specifiek oppervlak hebben. Daarnaast zorgt de dikkere waterfilm op de biofilm in het biotricklingfilter ervoor dat de overdrachtsweerstand hoger is dan in een biofilter, zodat een hoger contactoppervlak nodig is. In hoofdstuk 6 worden verschillende dragermaterialen beschreven voor gebruik in biotricklingfilters.

Het biotricklingfilter is minder geschikt voor de behandeling van een discontinu aanvoer van verontreiniging. Indien de aanvoer stagneert dient de installatie in bedrijf te blijven

(rondpompen van de waterfase over de pakking), omdat anders de biofilm op de pakking uitdroogt. Indien de aanvoer van verontreiniging te lang stagneert, kan een heropstart van de installatie noodzakelijk zijn.

Bioscrubber

De bioscrubber is met name goed toepasbaar voor goed wateroplosbare componenten. Toepassing van een bioscrubber voor de behandeling van slecht wateroplosbare componenten als methaan is technisch wel uitvoerbaar, maar resulteert in een zeer grote gaswasser voor de stofoverdracht van de gasfase naar de vloeistoffase. De bioscrubber heeft als voordeel ten opzichte van het biofilter de betere beheersbaarheid van de procescondities, waadoor de bioscrubber geschikt is voor de behandeling van verzurende componenten.

Membraanbioreactor (BAF)

De BAF is een nieuwe technologie voor afgasbehandeling, die zich op heden in de

ontwikkelingsfase bevindt. De BAF is dus nog niet toegepast op full scale. Het grote voordeel van deze techniek is de fysieke scheiding tussen afgas en biomassa – het membraan – waardoor het gereinigde afgas niet verontreinigd is met biomassa. Dit is met name een voordeel bij toepassing is gesloten ruimtes en niet bij de behandeling van afgassen van stallen en mestopslagen. Het voordeel van de techniek is, vergelijkbaar met het biotricklingfilter en de bioscrubber, de controleerbaarheid van het proces, waardoor de membraanbioreactor goed toepasbaar is voor de behandeling van verzurende componenten. Daarnaast is uit onderzoek van Bioclear is gebleken dat de BAF goed bestand is tegen periodes van stilstand. Door membraanmodules toe te passen met een hoog specifiek oppervlakte (bijv. hollow fiber), kunnen tevens slecht wateroplosbare componenten worden behandeld.

Geconcludeerd wordt dat toepassing van de BAF voor de behandeling van methaanhoudende lucht uit mestopslagen technisch haalbaar is. Grote knelpunt zijn de hoge investeringskosten. Als gevolg van de hoge membraanprijzen zijn investeringskosten van de BAF zeer hoog, waardoor toepassing van de BAF voor afgassen van stallen en mestopslagen op economische gronden niet haalbaar wordt geacht.

Actief slib systeem

Het actief slibproces voor afgasbehandeling is tot op heden met name toegepast voor de behandeling van geurhoudende lucht van een rioolwaterzuiveringsinstallatie. Hierbij wordt het afgas behandeld in het actief slib bassin dat reeds aanwezig is voor de afvalwater-behandeling. Gezien de slechte wateroplosbaarheid van methaan verloopt de overdracht van methaan naar de waterfase langzaam. De verblijftijd van het afgas kan in dit systeem niet worden ingesteld, deze is afhankelijk van de diepte van het bassin en de stijgsnelheid van de gasbellen. Dit is een groot knelpunt voor de behandeling van slecht wateroplosbare componenten als methaan. Actief slibsystemen zijn in het algemeen niet geschikt voor een discontinue aanvoer van verontreiniging. Op basis van deze overwegingen wordt aanbevolen voor de behandeling van methaanhoudende lucht uit een mestopslag geen gebruik te maken van een actief slib systeem.

5.5. Samenvatting

Methaanverwijdering uit het afgas van varkensstallen middels een biologisch

luchtzuiveringssysteem wordt gezien het extreem grote benodigde volume van het systeem niet haalbaar geacht. Berekend is dat voor de behandeling van het afgas van een varkensstal met 2.000 varkens een biofiltervolume benodigd is van meer dan 40.000 m3 _{om 50%}

Voor de behandeling van het afgas van een mestopslag is tevens een relatief groot systeem nodig, maar aangezien het een relatief kleine stroom is dit technisch wel haalbaar. Berekend is dat voor een mestopslag van 1.000 m3 _{een biofilter nodig is van 100-150 m}3 _{voor 50%}

methaanverwijdering.

In onderstaande tabel zijn de resultaten van de evaluatie van de verschillende biologische systemen voorde behandeling van het methaanhoudende afgas van mestopslagen samengevat.

Tabel 12. Samenvatting resultaten evaluatie technieken Techniek 1. methaan 2. Verzuring 3. Controle/

beheersbaarheid 4. Discontinu bedrijf 5. Kosten Evaluatie Biofilter +/- +/- +/- + + + Biotrickling +/- + + - +/- +/- Bioscrubber - + + - +/- - BAF +/- +/- + +/- - - Actief slib - + + - - -

Aanbevolen wordt om in het pilotonderzoek de toepassing van een compostfilter en een biotricklingfilter te testen.

6. DRAGERMATERIALEN