Vergister en opvang van vergistingsgas

De vergister

De vergister is een gasdichte, geïsoleerde, verwarmde en geroerde tank, waarin vergistingsgas wordt gevormd. Figuur 1 geeft het schema van een volledig geroerde vergister. Aanvoer van mest en covergistingsmaterialen en afvoer van digestaat (vergiste mest) gaan tegelijk in dezelfde hoeveelheden. In de wand van de vergister is een warmtewisselaar aanwezig om de mest te verwarmen of te koelen tot de gewenste temperatuur. Vaak wordt voor het verwarmen een gedeelte van de warmte van de warmtekrachtinstallatie gebruikt. De mest wordt regelmatig geroerd. Het vergistingsgas wordt opgevangen in een gasopslag boven de mestvergister (zoals in figuur 1) of in een aparte gasopslag.

Figuur 1. Volledig geroerde vergister

Bij grotere mestvergistingsinstallaties is er soms een navergister. In de navergister komen de laatste resten vergistingsgas uit het digestaat vrij. Het gas uit de eerste vergistingstank gaat via de navergistingstank (en eventueel via de aparte opvang van vergistingsgas) meestal naar de warmtekrachtinstallatie of andere stookinstallatie . Ook kan het vergistingsgas, na opwerking, geleverd worden aan het gasnet of aan derden.

Onderdelen van de vergister

Vergistingstank

Een vergistingstank is een betonnen of metalen (geëmailleerde) silo zoals vaak gebruikt voor de opslag van mest. De tank is goed geïsoleerd om de warmte vast te houden. De vergistingstank wordt gasdicht afgedekt, bijvoorbeeld met een vast dak of een folie. De afdekking kan ook hangend, boven de vergistende massa, in de vergister geplaatst worden. Meestal zijn er twee afdekkingen. Een binnenafdekking voor de opvang van het vergistingsgas en een buitenafdekking voor de afscherming naar de buitenlucht. Er zijn ook afdekkingen die geschikt zijn voor beide functies, opvang en afscherming.

Het vergistingsgas kan ook in een aparte gasopslag worden opgevangen. Dit kan een gaszak onder lichte overdruk zijn of een opslagtank waarin het gas is gekoeld en verdicht tot vloeistof. Bijna altijd is het een gaszak (gaskussen of gasballon).

Mengsysteem

In een volledig geroerde vergister wordt de mest regelmatig geroerd voor een gelijkmatige temperatuurverdeling. Roeren voorkomt drijf- en bezinklagen en schuimvorming. Er zijn veel soorten mengsystemen. De meest eenvoudige systemen zijn een verticale peddel, een (versnijdende) radiaalpomp, een dompelpomp of een hydraulisch systeem. Er zijn ook vergisters die niet volledig geroerd zijn, zoals een propstroomvergister. Nieuw materiaal dat de propstroomvergister in gaat, komt hierdoor niet in contact met het materiaal dat al (deels) vergist is. In deze vergister kan wel een roerwerk zitten om te voorkomen dat er een drijf- en bezinklaag ontstaat.

Verwarmingssysteem

Het verwarmingssysteem (wandverwarming en/of bodemverwarming) zorgt ervoor dat inhoud van de vergister op de optimale temperatuur voor het vergistingsproces blijft. Het bestaat uit een warmtewisselaar, warmwaterleidingen, een waterpomp en een warmtebron.

Mestpompen

Mestpompen pompen het mengsel van mest en covergistingsmaterialen in de vergister en digestaat uit de vergister. Om zoveel mogelijk bezinkende mestdeeltjes te verwijderen, wordt de afvoerbuis vlakbij de bodem van de vergister bevestigd.

Gasbehandeling (ontzwaveling)

Vergistingsgas bestaat hoofdzakelijk uit methaan en koolstofdioxide en bevat daarnaast andere componenten, waarvan de belangrijkste water, ammoniak en waterstofsulfide. Bij afkoeling van het gas condenseert het water en kan dit water worden afgevoerd.

Bij de anaerobe afbraak van mest ontstaat waterstofsulfide. Waterstofsulfide is corrosief, heeft een lage geurdrempel en is bij relatief lage doses giftig. Het is daarom zowel voor de arbeidsveiligheid als voor de veiligheid voor de omgeving belangrijk dat waterstofsulfide uit het vergistingsgas wordt gehaald. Dit heet ontzwavelen. Hiervoor zijn verschillende technieken geschikt. Met de onderstaande technieken kan de concentratie waterstofsulfide beperkt worden.

Technieken voor het ontzwavelen van vergistingsgas

Beluchten - biologische ontzwaveling

Door een kleine hoeveelheid buitenlucht in de vergistingstank te pompen, ontstaat een kleine aerobe zone, waarin zwaveloxiderende bacteriën de waterstofsulfide omzetten in sulfaten. Sulfaten slaan als vaste stof neer in het digestaat. Het voordeel van deze techniek is dat de waterstofsulfide al in de vergistingstank wordt verwijderd, waardoor de gehele vergistingsinstallatie veiliger is. Het nadeel is dat de aanwezigheid van lucht in het vergistingsgas het gas ongeschikt maakt voor leveren aan het aardgasnet of het vloeibaar maken van het vergistingsgas.

Het toevoegen van lucht aan een brandstof kan leiden tot een explosief mengsel. Lucht in vergistingsgas zal niet snel leiden tot een explosief mengstel. Het vergistingsgas zou verdund moeten worden met circa 75% buitenlucht om tot een explosief mengsel te komen. Bij biologische ontzwaveling komt een hoeveelheid lucht in het vergistingsgas die ongeveer 60 maal te klein is om een explosief mengsel te veroorzaken.

Bij moderne mestvergisters wordt biologische ontzwaveling vaak gecombineerd met een scrubber voor het ontzwavelen van het vergistingsgas. In de scrubber wordt het vergistingsgas gewassen met natronloog. Het waterstofsulfide in het vergistingsgas reageert met natronloog tot natriumwaterstofsulfide en/of natriumsulfide.

Actief koolfiltratie

Als het vergistingsgas door een koolfilter stroomt, worden waterstofsulfide en andere componenten uit het gas geadsorbeerd aan het actief kool. Het voordeel van deze techniek is dat het niet alleen waterstofsulfide, maar ook bijvoorbeeld ammoniak verwijdert. Het nadeel is dat het koolfilter de waterstofsulfide pas na de vergistingstank en de gasopslag verwijdert, zodat het vergistingsgas in opslag relatief veel waterstofsulfide bevat.

Precipitatie

Door het toevoegen van bepaalde ijzerzouten, zoals ijzer(III)chloride, aan de mest slaan de zwavelverbindingen neer (=precipitatie). Hierdoor is er minder waterstofsulfide in het vergistingsgas. De zwavelverbindingen komen terecht in het digestaat en als het digestaat als meststof wordt toegepast, wordt het opgenomen door de planten. Het voordeel van het toevoegen van ijzerzouten is, dat dit de zwavelverbindingen in de vergistingstank zelf verwijdert. Het nadeel is dat er ijzerzouten aangevoerd moeten worden voor deze techniek.

Overdrukbeveiliging van de gasopslag

Overdruk kan optreden als de gasopslag volledig is gevuld en het niet mogelijk is om het vergistingsgas volledig te benutten in de warmtekrachtinstallatie (WKK) of een andere stookinstallatie of als de installatie voor de productie van groen gas niet goed functioneert. Als bijvoorbeeld de gasmotor van de WKK uitvalt, blijft de productie van vergistingsgas een tijd doorgaan, ook als de vergister wordt stopgezet. Het is daarom nodig een overdrukbeveiliging toe te passen. Dit kan met een overdrukventiel gevolgd door een afblaasinrichting of een fakkel.

Een overdrukventiel, met een waterslot of een gelijkwaardige voorziening, blaast het vergistingsgas af wanneer een bepaalde druk wordt bereikt. Een overdrukbeveiliging wordt automatisch in werking gesteld en blijft in werking tot een acceptabel drukniveau is bereikt. Het nadeel hiervan is dat er bij het afblazen ook een emissie van methaan en waterstofsulfide is. Waterstofsulfide is een giftig gas dat al bij lage concentraties te ruiken is (rotte eieren lucht).

Bij toepassing van een fakkel wordt het overtollige vergistingsgas verbrand, zodat er geen vergistingsgas in de lucht komt.