Univerzitet u Novom Sadu
Prirodno­matematički fakultet
Departman
p
za hemiju, biohemiju
j ,
j i zaštitu životne sredine
Udruženje za unapređenje zaštite životne sredine „Novi Sad“
ANAEROBNA DIGESTIJA J
MULjEVA
MSc Marko Grgić
Novi Sad 2­5. septembar, 2014.
Digestija
g
j
Faza I
Faza II
Faza III
Konvencionalna mezofilna digestija
g
j
•Sve faze biohemijskih procesa se javljaju u istom sudu
•Digestija se izvodi na mezofilnim temperaturama (32 do 38°C)
Šema konvencijalnog mezofilnog digestora
Napredni procesi digestije
p
p
g
j
•Uključuju modifikacije konvencionalnih konfiguracija u cilju
1 postizanja
1.
posti anja potpunije
potp nije digestije, digestije
2. promovisanja smanjenje patogena, i
3. poboljšavanja rad digestije
Šemaski prikaz digestora sa dva stepena (kiselo/gasna digestija)
Predtretman •Tretman ultrazvukom (sonifikacija) koristi se za kondicioniranje aktivnog
mulja otpadnih voda pre digestije, sa ciljem poboljšanja same digestije i
redukcije volatilne čvrste materije i smanjenja stvaranje pene. Pasterizacija uključuje grejanje čvrste supstance na temperaturu od 70
70°C
C ili
ili
•Pasterizacija
višu radi uništavanja patogena. •Homogenizacija. je višestepen proces kojim se razara ćelijski zid bakterije u cilju promocije VSR tokom anaerobne digestije. •Termalna hidroliza. Procesi termalne hidrolize su dizajnirani za
temperature od 150 do 220°C i pritiscima oko 1380 kPa. Reakciono vreme
varira
i od
d 20 d
do 30 minuta.
i t Broj
B j procesa termalne
t
l hidrolize
hid li koji
k ji su na
raspolaganju, u zavisnosti od sistema, mogu da se koristite za ugušćavanje
ili sušenje mulja.
•Oksidacija vlažnim vazduhom je vrsta termalne hidrolize u kojoj je kiseonik
(u obliku vazduha ili čistog kiseonika) dodat u materiju za digestiju pre
zagrevanja i tretmana.
tretmana
Digestija
g
j p
pri visokojj koncentraciji
j suve materije
j
•Anaerobna
A
b digestija
di
ij se obično
bič koristi
k i i za mulj
lj sa koncentracijom
k
ij
suve
materije od 3 do 5%. ,
jp
proces se takođe može koristiti za muljeve
j
sa koncentracijom
j
•Međutim, ovaj
suve materije od 7 do 8%. •Sve komponente sistema za digestiju treba da budu dizajnirane da podrže
proces za muljeve visokih koncentracija suve materije. materije
Postrojenja i oprema za digestiju
Cilindrični digestor
g
Jajoliki digestor
Digestor
g
za rezrvoarom za g
gas na vrhu
Digestor u obliku više ugaone
zarubljene kupe
Imhoff tankovi
Lagunski sistemi za digestiju
Sekundarni digestori
•Sekundaran digestor koji se ne greje može poslužiti u sledeće svrhe: •kao
kao mesto za skladištenje digestiranih muljeva, muljeva
•kao pasivni primarni rezervoar i
•kao izvor mulja. •Pored toga, na
P d
i
instalacijama
l ij
gde
d se digestor
di
d k
dekantuje
j radi
di povećanja
ć j
koncentracija čvrste faze, sekundarni digestor može da se koristi kao miran
bazen za supernatant.
•Iz razloga što je jedna od namena sekundarnih digestora i kao mesto
skladištenja, oni obično imaju plutajuće ili membranske pokrivače da omoguće
ispuštanje
Pokrivači digestora
Mešanje digestora
Digestija bez mešanja
•sadržaj ovih digestora je slojevit, •ovi digestori su veličine za tipično vremena zadržavanja od 30 do 60 dana,
varenje je obično
je obično ograničeno na mala postrojenja
mala postrojenja koja tretiraju manje od 3,8 38
•varenje
m3/h mulja.
Di
Digestija
ij sa mešnjem
š j
•Stabilna i uniformna sredina stvorena mešanjem promoviše visok nivo digestije
i omogućava
g
korišćenje
j većih stopa
p ispuštanja
p
j u odnosu na niže ili standardne
nivoe digestije. Efektivno mešanje pruža sledeće pogodnosti: •distribuciju
d
b
č
čvrstih
h čestica
č
š
širom
d
digestora, •razbijanje čvrstih materija u cilju maksimalnog kontakta sa
mikroorganizmima, •prevenciju
p
j termičke stratifikacije, j ,
•smanjenje gomilanje skrame, •smanjenje gomilanje istaloženog materijala na podu digestora,
•razređivanje inhibitora digestije, kao što su toksičan material, nepovoljna
lj pH ili
H ili temperatura, t
t
•poboljšana odvajanje gasa za preradu iz
digestirane tečnosti.
Sistem mešanja pomoću pumpi
Sistem za mešanje radnim kolom
Sistem za mešanje u vidu koplja
Sistem mešanja pomoću bubble gun sistema
Grejanje digestora
Prikaz sistema unutrašnjeg prenosa toplote
Prikaz sistema spoljašnjeg prenosa toplote
Rukovanje gasom
•Teorija
j p
proizvodnje
j g
gasa. Gas iz digestora, biogas, se formira
g
,
g ,
u poslednjoj
p
j j fazi
digestije, kada mikroorganizmi konvertuju organske kiseline u •ugljen‐dioksid (CO2), •metan (CH4) i
•vodu
•Karakteristike digestiranog gasa. generisani biogas u anaerobnom procesu
varenja se prvenstveno
se prvenstveno sastoji od
•metana (60 do 65%) i
•ugljen dioksida (35 do 40%)
•nečistoće, •pena, •talog, •vodonik‐sulfid (H2S),
siloksani i
•siloksani
•vlaga
Upotreba gasa
•
Gas iz digestora je vredno gorivo koje se tradicionalno koristi za
• zagrevanje
j kotlova
k tl
za proizvodnju
i d j pare ili
ili za produkciju
d k ij tople
t l vode
d za
procese i grejanje, • rad turbina za sagorevanje ili generatore motora za proizvodnju
električne energije, energije
• operativnost sušilice u objektima za uklanjanje vlage iz čvrstih
materija
Tretman gasa.
Pre nego što se gas iz digestije koristi
kao izvor energije, on će morati da
j uklanjanja
j j
budu tretiran u cilju
•siloksana
•vlage
•taloga
•vodonik sulfida
•vodonik‐sulfida
•pene i nanosa
Rad digestora
Lokacija uzorka
Jedi‐
nica
i
Test metoda
Ciljana vrednost
j
Ulazni mulj
Ulazni mulj
Recirkulacioni mulj ili
mulj ili digestirani mulja
oC
Mertička
32‐38 oC
‐
X
Isparljive kiseline
p j
mg/l
5560C
50‐330
‐
X
Alkalitet
mg/l
2320
1500‐5000
X
X
‐
Kalkula‐
torna
0,1 do 0,2
N/A
N/A
pH
‐
Metrička
6,8‐7,2
X
X
Ukupna čvrsta materija
%
2540B
Evidentirati
X
X
Isparljiva čvrsta Isparljiva
čvrsta
materija
%
2540E
Evidentirati
X
X
l
Metrička
Evidentirati
X
X
Metrička
8,06 do 10,75 ,
,
3
m /kg digestovane čvrste supstance
Gasni sistem
Analiza gasa Manje od 35% CO2
Gasni sistem
Parametar
Tempreatura
Odnos VA/ALK
Protok
P d k ij
Produkcija gasa
Sastav gasa (CO2)
Cfd
%
Raspored dodavanja i povlačenja mulja
Opterećenje digestora.
Dva kriterijuma
k
mogu odrediti
d d kapacitet
k
d
digestora
d procesira materiju pravilno: da
l
(1) retencija za čvrstu materiju; (2) nivo ispuštanja isparljivih čvrstih supstanci. Ispumpavanje mulja
Treba uklanjati mulj najmanje dnevno da se izbegne
•nagli
li pad aktivne
d ki
populacije
l ij mikroorganizama, ik
i
•narušavanje odnosa VA/ALK digestora, koji će uticati na puferski
kapacitet.
Čvrste materije se mogu povući iz sledećih lokacija: (i) donji deo digestora; ((ii)) p
prelivna struktura; i
;
(iii) bilo koja tačka unutar digestora sa dobrim mešanjem.
Praćenje i testiranje
•
Kontrola anaerobne digestija se zasniva na uzorcima prikupljenim iz tri tačke
procesa digestije: p
g
j
(1) ulaznog mulja; (2) recirkulisanog mulja, i
((3)) digestije
g
j čvrste materije. j
•
Sledeće smernice za prikupljanje i analizu uzoraka su od suštinskog značaja za
dobijanje validnih rezultata: •
•
•
•
•
uzorak mora biti reprezentativan;
pH analiza mora biti izvršena odmah da bi se izbeglo odstupanje u pH zbog gubitka ugljen‐
dioksida;
uzorkovanje u svim digestorima mora biti brzom sukcesije;
svi kontejneri za uzorkovanje moraju biti temeljno očišćeni pre i posle upotrebe; i
ako uzorak nije odmah analiziran, onda mora biti konzervisan.
Parametar
Optimum vrednosti
d
i
Gornja
granica
i
Donja
granica
i
Temperatura
30 do 38°C
55 do 60°C
10°C
pH
6,8 do 7,2
8,0
6,0
Alkalitet
1500 do 5000 mg/l
Isparljive
kiseline
50 do 300 mg/l
VA/ALK
0,1 do 0,2
Problemi digestije i strategija konrole
Četiri osnovna uzroka problema digestora su:
1.
2.
3.
4.
hidraulično preopterećenje, organsko preopterećenje, temperaturni stres, i
preopterećenja toksičnim supstancama. U slučaju
U
slučaju problema u digestoru
u digestoru efikasna strategija kontrole obuhvata
sledeće korake:
•zaustaviti ili smanjiti prinosa čvrste hrane,
•odrediti uzrok neravnoteže,
•ispraviti uzrok neravnoteže, i
•obezbediti kontrolu pH dok se tretman ne vrati u normalu.
Temperatura
Temperaturni stres uzrokovan promenom temperature u digestoru većoj od 1 ili
2°C za manje od 10 dana, smanjuje biološku aktivnost mikroorganizama
metano-formera.
Kontrola toksičnosti
Anaerobni proces je osetljiv na određena jedinjenja, kao što su
•sulfidi
sulfidi,
•isparljive kiseline,
•teški metala,
•kalcijum,
•natrijum,
t ij
•kalijum,
•rastvoren kiseonik,
•amonijak,
amonijak, i
•hlorovana organska jedinjenja.
Koncentracija (mg/l)
Polutant
Stimulaciona
Umereno inibirajući
Izrazito inhibirajuća
Amonijak
50‐200
1500‐3000
>3000
Kalcijum
100‐200
2500‐4500
8000
Magnezijum
75‐150
1000‐1500
3000
Kalijum
200 400
200‐400
2500 4500
2500‐4500
12000
Natrijum
100‐200
3500‐5500
8000
Bakar
0,5
Cink
1
Hrom 6+
3
Nikal
2
pH kontrola
Hemikalije koje se koriste za
podešavanje pH uključuju:
•kreč,
•natrijum-bikarbonat,
•natrijum-karbonat,
•natrijum-hidroksid
natrijum hidroksid,
•amonijum-hidroksid, i
•gasovit amonijak
HVALA NA VREMENU I PAŽNjI!!!
Download

Anaerobni tretman muljeva, Marko Grgić