Het vergistingsproces
Vergisting (=fermentatie) is een complex biologisch proces dat plaats vindt in een gesloten tank in afwezigheid van zuurstof (=anaerobe omstandigheden) en waarbij verschillende groepen van micro-organismen samenwerken om (de energie in) organisch materiaal om te zetten in biogas.
De hoofdbestanddelen van biogas zijn methaangas (CH4, 60-70%) [1] en koolstofdioxide (CO2, 30-40%) [2]. Daarnaast zijn ook ongeveer 2% andere gassen aanwezig zoals waterstofsulfide (H2S) en ammoniak (NH3), en wordt ook water (H2O) gevormd.
opmerking
Het methaan in het biogas kan samen met lucht een explosief mengsel vormen (mengverhouding 5-10% methaan en 90-95% lucht).
Als restproduct van (mest)covergisting blijft er een natte fractie, met name digestaat over. Dit digestaat bevat naast water, ook levende en dode organismen, mineralen, nutriënten (N, P, K, Mg) en niet vergiste fracties (o.a. lignine).
Elk digestaat kan als uniek beschouwd worden qua samenstelling. De samenstelling van digestaat wordt o.a. bepaald door:
- de samenstelling (bv. effect op het droge stofgehalte van het digestaat) en de kwaliteit (geen chemische, fysische of (micro)biologische verontreinigingen) van de input;
- de mengverhoudingen;
- de homogeniteit (mengen) van het digestaat in de installatie;
- de verblijftijd in de reactor;
- de temperatuur van het proces;
- het type vergisting (bv. het droge stofgehalte van het digestaat is hoger bij droge vergisting in vergelijking met natte vergisting; in Vlaanderen wordt voor (mest)covergisting over het algemeen natte vergisting toegepast).
Onderstaande tabel geeft een overzicht van de bevindingen van Vlaco (2011a) betreffende de gemiddelde samenstelling van ruw digestaat met en zonder mest.
Tabel: Gemiddelde samenstelling van ruw digestaat met en zonder mest met n=aantal analyses (Vlaco, 2011a en 2011d)
|
parameter |
eenheid |
ruw digestaat met mest (n=84) |
ruw digestaat zonder mest (n=55) |
|
DS |
gew% |
8,84 |
8,05 |
|
Vocht |
gew% |
91,16 |
91,95 |
|
OS, vers |
gew% |
5,62 |
4,66 |
|
OS, droog |
gew% |
62,70 |
56,25 |
|
EC(1/5) |
µS/cm |
6922,95 |
6084,67 |
|
pH(water) |
- |
9,28 |
8,32 |
|
chloriden |
mg/l |
2605,25 |
3266,90 |
|
Ntot, vers |
gew% |
0,45 |
0,46 |
|
Ntot, droog |
gew% |
5,08 |
5,72 |
|
NH4-N |
mg/l |
2087,51 |
1871,20 |
|
NO3-N |
mg/l |
7,08 |
8,74 |
|
C/N |
- |
8,45 |
7,50 |
|
Totaal P2O5 |
gew% |
0,46 |
0,38 |
|
Totaal K2O |
gew% |
0,40 |
0,31 |
|
Totaal CaO |
gew% |
0,39 |
0,32 |
|
Totaal MgO |
gew% |
0,18 |
0,08 |
|
Extraheerbaar P |
mg/l |
1224,92 |
1010,22 |
|
Extraheerbaar K |
mg/l |
3073,67 |
2382,83 |
|
Extraheerbaar Ca |
mg/l |
1927,77 |
1751,58 |
|
Extraheerbaar Mg |
mg/l |
549,74 |
321,64 |
|
Cadmium |
mg/kg DS |
0,48 |
0,71 |
|
Chroom |
mg/kg DS |
18,07 |
33,85 |
|
Koper |
mg/kg DS |
141,68 |
76,11 |
|
Kwik |
mg/kg DS |
0,13 |
0,12 |
|
Lood |
mg/kg DS |
10,78 |
14,94 |
|
Nikkel |
mg/kg DS |
12,40 |
14,56 |
|
Zink |
mg/kg DS |
412,83 |
301,00 |
|
Onzuiverheden >2mm |
gew% |
0,01 |
0,01 |
|
Steentjes >5mm |
gew% |
0,02 |
0,04 |
|
Kiemkrachtige zaden |
#/l |
0,01 |
0,00 |
|
Arseen |
mg/kg DS |
7,49 |
8,19 |
|
Zuurstof-consumptie |
mmol O2/kg VS/h |
41,00 |
31,94 |
Vergelijken we de gemiddelden uit deze tabel 9, dan zijn er een aantal verschillen te vinden voor wat betreft de samenstelling van ruw digestaat met mest ten opzichte van ruw digestaat zonder mest. Naast een hoger droge stof- en organisch stofgehalte, zijn de gehalten van een aantal elementen (zowel gebonden aan zuurstof als in extraheerbare vorm) hoger in het ruw digestaat met mest. Dit is eveneens het geval voor wat betreft de pH en de gehalten koper en zink (mogelijk ingebracht in het proces via varkensvoer). Ook het gehalte ammoniakale stikstof alsook de C/N-verhouding zijn hoger in ruw digestaat met mest. Let op, bij de vergelijking is geen rekening gehouden met de spreiding van de individuele meetgegevens (deze variëren mogelijk sterk).
opmerkingen (Vlaco, 2011f)
- digestaat met mest heeft een hoger DS- en OS-gehalte omdat vaak ook maïs mee verwerkt wordt in vergistingsinstallaties;
- een hogere pH en een hoger ammoniumgehalte in het ruw digestaat met mest kan leiden tot een hogere ammoniakemissie naar de lucht.
Mogelijke eindproducten van (mest)covergistingsinstallaties zijn:
- (ruw) digestaat (met en zonder mest);
- dunne fractie van digestaat;
- dikke fractie van digestaat;
- effluent na biologische zuivering van de dunne fractie van het digestaat;
- concentraat na zuivering (bv. membraanfiltratie) van de dunne fractie van digestaat;
- thermisch gedroogd digestaat.
(Vlaco, 2011a)
[1] 55-65% volgens de handreiking (co-)vergisting van mest (VROM, 2005) en volgens Zwart K.B., et al., 2006; 53-60% en tot 70% bij koolstofrijke substraten (ODE Vlaanderen, 2011b); 50-70 % volgens Huybrechts D. en Vrancken K., 2005; 50-75% volgens KULeuven (2010b); 50-75 % volgens EIPPCB, 2005
[2] 35-40% volgens de handreiking (co-)vergisting van mest (VROM, 2005); 25-50 % volgens EIPPCB, 2005