Ścieki z przetwórstwa manioku (manipueira) — BMP: 2 badania, średnia ważona 494 m³ CH₄/t s.m.o.

Czym jest i skąd się bierze

Ścieki z przetwórstwa manioku (maniok, cassava, Manihot esculenta), w Brazylii nazywane manipueira, powstają przy ścieraniu, prasowaniu i płukaniu bulw oraz przy produkcji skrobi i mąki. Przetwórstwo manioku jest ważną gałęzią przemysłu w krajach Afryki, Ameryki Łacińskiej i Azji; w 2017 roku region Afryki dostarczył 55% światowej produkcji (121 mln ton), a 25-37% plonu trafia do odpadów w postaci obierzyn i miazgi (Achi i in. 2020). W Polsce substrat nie występuje, więc wpis ma charakter poznawczy i dotyczy projektów w krajach tropikalnych. Zestawienie obejmuje dwie prace: ścieki z Beninu (Ahou i in. 2021) oraz ścieki uzyskane w laboratorium z bulw kupionych w stanie Maryland w USA (Achi i in. 2020).

Właściwości istotne dla fermentacji

Ciecz jest bardzo rozcieńczona: w pracy Achi i in. sucha masa wynosiła 17,8 g/kg (około 1,8%), z czego 97,2% to substancja organiczna, przy ChZT rzędu 30-34 g/L i pH 5,5. Materia organiczna to głównie skrobia i cukry, więc rozkłada się szybko, a wskazywanymi w literaturze problemami są niska zawartość azotu i szybkie zakwaszenie (Ahou i in. 2021; Achi i in. 2020). Ścieki nie wnoszą więc włókna ani ligniny, ale też prawie nie zawierają buforu. Dodatek obornika (kofermentacja) skracał fazę opóźnienia, lecz w badaniu Achi i in. nie zwiększył wydajności metanu w przeliczeniu na s.m.o. Poza tym klasycznym zagrożeniem są cyjanoglikozydy: podczas produkcji skrobi są uwalniane enzymatycznie i dają w ściekach cyjanek w stężeniach do 200 mg/L, a przy pH 5 lub niższym cyjanek gromadził się w reaktorze i preakwasowanie zawodziło (Siller i Winter 1998). Z kolei w kofermentacji miazgi manioku z gnojowicą świńską odpowiednio zaaklimatyzowany osad rozkładał cyjanek bez efektu hamującego, przy stabilnej pracy do obciążenia 6 kg s.m.o./m3 d (Glanpracha i Annachhatre 2016).

Jak czytać rozrzut wyników

Dwa rekordy to 368 m³ CH₄/t s.m.o. (Ahou i in. 2021, wartość ze streszczenia, bez podanej temperatury) i 620 m³ CH₄/t s.m.o. (Achi i in. 2020, 48 dni, 35 °C, wynik w warunkach 20 °C i 1 atm). Różnica jest bardzo duża, a wyższa wartość przekracza typowy teoretyczny potencjał samych węglowodanów (około 415 m³ CH₄/t s.m.o.). Z danych pracy Achi i in. wynika, że ChZT ścieków (około 30 g/L) jest wyraźnie wyższe, niż można by oczekiwać przy s.m.o. 17,3 g/kg dla materii węglowodanowej; to sugeruje, że s.m.o. mogła zostać zaniżona. W literaturze opisano mechanizm, który może to wyjaśniać: oznaczanie suchej masy przez suszenie powoduje straty związków lotnych, a brak korekty zawyża wydajność w przeliczeniu na s.m.o. (Kreuger i in. 2011, na przykładzie kiszonek). Nie ma jednak dowodu, że ten artefakt dotyczy omawianej pracy, więc należy traktować go jako hipotezę. Pewne jest jedynie, że wyniki dwóch prac znacznie się różnią, a przeliczenie na s.m.o. przy tak rozcieńczonej cieczy jest obarczone dużą niepewnością. Dlatego średnia (494 m³/t) jest tylko arytmetycznym środkiem dwóch wartości.

W praktyce biogazowni

Z uwagi na małą zawartość s.m. warto podawać wydajność także w przeliczeniu na objętość ścieków: w pracy Achi i in. było to około 10,7 m³ CH₄/t świeżej masy ścieków. Wsad jest zatem raczej rozcieńczalnikiem i źródłem łatwo dostępnego węgla niż substratem energetycznym; bardziej sensowne bywają reaktory przeznaczone do cieczy (np. UASB) lub kofermentacja z substratem o większej zasadowości. Konieczne jest kontrolowanie pH i LKT oraz stężenia cyjanku. Plan inwestycji wymaga własnego testu BMP z oznaczeniem ChZT, pH i cyjanków, wykonanego na ściekach z konkretnego zakładu.