Uitvoeringsvormen

Naargelang de inputstromen (bv. al dan niet mee verwerken van mest), de procesvoering, de schaalgrootte of de verwerkingscapaciteit, de menging en de gebruiksvoorwaarden van het eindproduct zijn er verschillende uitvoeringsvormen van anaerobe vergistingsinstallaties mogelijk.

Anaerobe vergistingsinstallaties kunnen ingedeeld worden volgens:

1. de werkingstemperatuur:

• mesofiel (32-45°C): minder gevoelig voor inhibities en storingen;
• thermofiel (50-55°C): snelle afbraak (kortere verblijftijden, met uitzondering voor structuurrijke inputstromen (bedrijfsbezoeken, 2011)), meer biogasproductie, hygiënisatie-effect.

opmerkingen:

• In Vlaanderen wordt anno 2010 veelal mesofiele vergisting toegepast. Thermofiele vergisting wordt naar schatting in 7 Vlaamse (mest)covergistingsinstallaties toegepast. Ondanks een hogere biogasopbrengst, verloopt het thermofiele vergistingsproces minder stabiel in vergelijking met mesofiele vergisting en is een continue procesvoering noodzakelijk.
• Thermofiele vergisting op zich kan beschouwd worden als een vorm van hygiënisatie. Dit wil echter niet zeggen dat deze methode zonder meer mag toegepast worden als alternatief voor pasteurisatie. Immers, er moet voldoen worden aan Verordening 1069/2009 en alternatieven voor de behandeling 'minimaal 1 uur op 70°C' moeten door de verwerker gevalideerd worden en erkend worden door de bevoegde overheid. Daarenboven vergt thermofiele vergisting ook meer proceswarmte, die in mindering komt van de nuttige warmte (ODE, 2011).

2. het drogestofgehalte (DS) van de stromen(mix) in de vergister:

• nat (<15-20 DS): wel menging in fermentor; DS-gehalte digestaat 6-20%;
• droog (>15-20 DS, met een maximum van 40%): meestal geen menging in fermentor; DS-gehalte digestaat >20%.

3. het voedingsregime (aanvoer inputstromen):

• continu;
• semi-continu;
• discontinu (batch)

4. menging van de reactorinhoud:

• continu;
• intermitterend (via rondpompen, mechanisch menging of biogasinjectie).

5. één- en meerfasige processen:

Naargelang het aantal tanks waarin de eigenlijke vergisting plaatsvindt, wordt een onderscheid gemaakt tussen één- en meerfasige. In een éénfasig systeem worden alle fases uitgevoerd in één tank. Meerfasige systemen (meestal tweefasige systemen) voorzien een aparte tank voor de hydrolyse (eerste fase) en voor de methanogenese (vierde fase). Deze systemen vergen wel een grotere investering in termen van engineering en controletechnologie ten opzicht van éénfasige systemen.

opmerkingen:

• Er is niet altijd een duidelijk onderscheid te maken tussen de verschillende fasen van de eigenlijke vergisting. In de praktijk wordt ook gesproken van de volgende 4 stappen-cyclus: hydrolyse, voorvergisting, navergisting en na-opslag (met gasopvang).
• Natte vergisting kan zowel gebeuren in één- als meerfasige systemen. Droge vergisting wordt steeds uitgevoerd in een éénfasig systeem.
• Vergistingsinstallaties kunnen eveneens in serie geplaatst worden. Van zodra twee of meer installaties in serie worden geschakeld, spreken we van een meertrapssysteem. Meertrapssystemen hebben een aantal voordelen ten opzichte van ééntrapssystemen (slechts 1 vergistingsinstallatie), o.a. een optimale procesvoering (bv. temperatuurinstellingen in de verschillende installaties, kortere verblijftijd in de in serie geschakelde installaties) en minder risico op output van niet-vergist materiaal.

Fermentors kunnen rechthoekig of cirkelvormig zijn en uitgevoerd worden in beton of metaal. De warmtewisselaar kan zich binnen (interne warmtewisseling) of buiten (externe warmtewisseling) de reactor bevinden. Deze heeft als functie om de procestemperatuur constant te houden. Tot slot zijn er staande (verticale) en liggende (horizontale) vergisters op de markt.

opmerking:
In Vlaanderen zijn de ervaringen met horizontale vergisters minder positief. Dit type van vergister wordt in veel gevallen dan ook vervangen door verticale vergisters.

In de praktijk

In de praktijk zijn er een aantal verschillende types van anaerobe vergistingsinstallaties te onderscheiden, o.a.

• conventioneel geroerde tank (=continuous stirred tank reactor of kortweg CSTR):
  
  • nat;
  • mesofiel;
  • continu.
• propstroomvergister (=plug-flow vergister):
  
  • liggend/staand;
  • droog;
  • continu.
• garageboxvergister:
  
  • droog;
  • batch.

Volgens Lemmens B. et al. (2006) wordt de keuze van uitvoeringsvorm voornamelijk gemaakt op basis van de eigenschappen van het te vergisten materiaal. Bij covergisting van mest wordt meestal gekozen voor ééntraps natte mesofiele vergisting. Dit komt door volgende keuzes:

• Natte versus droge vergisting: varkensmest heeft een DS-gehalte van 6-10%. Dit heeft als gevolg dat droge vergisting niet in aanmerking komt bij gebruik van natte drijfmest. Kippenmest heeft een hoger drogestofgehalte maar heeft weinig structuur zodat ook hier droge vergisting moeilijk is. Voor covergisting van mest is dus natte vergisting van toepassing.
• De keuze tussen een ééntraps- en meertrapsinstallatie is voornamelijk een financiële keuze. Bij een meertrapsinstallatie gebeuren de hydrolyse, fermentatie en acetogenese apart van de methanogenese. Dit heeft voornamelijk stabiliteitsvoordelen bij gemakkelijk afbreekbare substraten en bij hoge NH₄-concentraties (zoals bij mest). Een goed bedreven ééntrapsvergister is even efficiënt als een tweetrapsvergister. In de praktijk is de investeringskost zeer belangrijk en worden ééntrapsinstallaties gebouwd.
• Bij de keuze tussen een mesofiel en thermofiel proces zijn er een aantal aandachtspunten:

• Bij een mesofiele temperatuur is inhibitie (o.a. door ammoniak) een minder groot probleem dan bij thermofiele omstandigheden.
• Bij thermofiele vergisting zal de afbraaksnelheid hoger zijn dan bij mesofiele vergisting omdat de bacteriële activiteit lager is. Dit impliceert de bouw van een grotere reactor bij mesofiele ten opzichte van thermofiele omstandigheden.
• Indien thermofiele natte vergisting wordt toegepast is veel warmte nodig om de voeding op te warmen en om de reactor op temperatuur te houden dan bij mesofiele natte vergisting. Bij droge vergisting is het op temperatuur houden van de reactor een minder groot probleem.
• De methaanopbrengst is hoger per eenheid afgebroken organische stof bij mesofiele vergisting dan bij thermofiele vergisting. Bij thermofiele vergisting wordt echter meer afgebroken zodat ongeveer evenveel methaan wordt gevormd. Door de lagere afbraak bij mesofiele vergisting is de methaanopbrengst bij mesofiele en thermofiele vergisting ongeveer dezelfde.