Projekt sterowania i kontroli procesu produkcji w biogazowni fermentacyjnej
Wstęp

Rys. 1. Schemat instalacji grzewczej
Fermentator
Mieszanie zawartości fermentatora ułatwia odgazowanie, pozwala zapewnić stałą temperaturę oraz jednakowy rozwój mikroorganizmów w całej objętości komory fermentacyjnej, jak również zapobiega powstawaniu kożucha na lustrze biomasy. Możemy wyróżnić trzy główne metody mieszania: mechaniczne, hydrauliczne i pneumatyczne. Najbardziej rozpowszechnione jest mieszanie z użyciem pionowych, poziomych lub skośnych mieszadeł mechanicznych (rys. 2b). W przypadku zastosowania tomografii pojemnościowej do badania zawartości fermentatora posiada ograniczone zastosowanie ze względu na wprowadzoną do badanego środowiska niejednorodność, która stanowi znaczne utrudnienie w określeniu stanu biomasy. Drugą bardziej użyteczną metodą jest mieszanie hydrauliczne, w którym do mieszania zawartości fermentatora wykorzystuje się pompowaną biomasę (rys 2a). Ostatnią z wyżej wymienionych metod jest metoda mieszania pneumatyczne (rys. 2c), która wykorzystuje pompowany pod ciśnieniem w dolnej części reaktora fermentacyjnego biogaz. Mieszanie hydrauliczne oraz pneumatyczne nie wymagają montowania urządzeń wewnątrz fermentatora, a zatem nie wprowadzają punktowych zakłóceń do badanego obiektu, co korzystnie wpływa na jakość pomiarów tomograficznych.

Rys. 2. Mieszanie biomasy a) hydrauliczne, b) mechaniczne c) pneumatyczne
System sterowania
Dostarczanie surowców może być realizowane w sposób ciągły lub cykliczny, co kilka godzin. Ilość wprowadzanych substratów powinna wynikać ze składu chemicznego (proporcja C : N 100 : 3), hydraulicznego czasu retencji wynoszącego od 20 do 60 dni w zależności od zastosowanych substratów oraz obciążenia komory ładunkiem zanieczyszczeń, które zazwyczaj wynosi od 3,5 do 6 kg s.m.o/m3/dobę.

Rys. 3.Schemat blokowy systemu pomiarowego tomografii pojemnościowej
Tomografia pojemnościowa
Podsumowanie
Wykorzystanie tomografii pojemnościowej w badaniu stanu fermentującej biomasy powinno przynieść korzyści w postaci większej ilości informacji na temat bieżącego stanu procesu fermentacji. Informacje te dostępne w sposób ciągły, będą mogły być wykorzystane w systemach sterowania biogazownią, a zatem przyczynią się do zwiększenia jej wydajności. Niestety ze względu na przedstawione w dokumencie problemy zaimplementowania tomografu pojemnościowego w istniejącej i pracującej biogazowni może okazać się trudne lub niemożliwe do realizacji, dlatego należy poszukiwać takich rozwiązań technologicznych, które spowodują, że wykorzystanie tomografii pojemnościowej w tej dziedzinie gospodarki stanie się możliwe. Implementacja tomografu pojemnościowego powinna zacząć się już na etapie projektowania biogazowni i procesu produkcyjnego, jednak ze względu na znaczące koszty takiej inwestycji, należy wcześniej przeprowadzić stosowne próby na modelach lub instalacjach doświadczalnych. Przewiduje się przeprowadzenie następujących prac w kilku obszarach: badania możliwości integracji przemysłowych systemów sterowania z tomografem pojemnościowym, badania tomograficznego biomasy w różnych stadiach fermentacji oraz badania możliwości budowy sondy pomiarowej dostosowanej rozmiarami i konstrukcją do przemysłowych reaktorów fermentacyjnych.
Projekt współfinansowany ze środków Unii Europejskiej.