Univerzitet u Novom SaduPrirodno­matematički fakultet

Departman za hemiju, biohemiju i zaštitu životne sredinep j , jUdruženje za unapređenje zaštite životne sredine „Novi Sad“

ANAEROBNA DIGESTIJA JMULjEVA

MSc Marko Grgić

Novi Sad 2­5. septembar, 2014.

Digestijag j

Faza I

Faza II

Faza III

Konvencionalna mezofilna digestijag 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 digestijep p g j

•Uključuju modifikacije konvencionalnih konfiguracija u cilju1 posti anja potp nije digestije1. postizanja potpunije digestije, 2. promovisanja smanjenje patogena, i3. poboljšavanja rad digestije

Šemaski prikaz digestora sa dva stepena (kiselo/gasna digestija)

Predtretman 

•Tretman ultrazvukom (sonifikacija) koristi se za kondicioniranje aktivnogmulja otpadnih voda pre digestije, sa ciljem poboljšanja same digestije iredukcije volatilne čvrste materije i smanjenja stvaranje pene. 

•Pasterizacija uključuje grejanje čvrste supstance na temperaturu od 70°C iliPasterizacija uključuje grejanje čvrste supstance na temperaturu od 70 C ilivišu 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 zatemperature od 150 do 220°C i pritiscima oko 1380 kPa. Reakciono vreme

i d 20 d 30 i t B j t l hid li k jivarira od 20 do 30 minuta. Broj procesa termalne hidrolize koji su naraspolaganju, u zavisnosti od sistema, mogu da se koristite za ugušćavanjeili 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 tretmanazagrevanja i tretmana.

Digestija pri visokoj koncentraciji suve materijeg j p j j j

A b di ij bič k i i lj k ij•Anaerobna digestija se obično koristi za mulj sa koncentracijom suvematerije od 3 do 5%. 

•Međutim, ovaj proces se takođe može koristiti za muljeve sa koncentracijom, j p j jsuve materije od 7 do 8%. 

•Sve komponente sistema za digestiju treba da budu dizajnirane da podržeproces za muljeve visokih koncentracija suve materijeproces za muljeve visokih koncentracija suve materije. 

Postrojenja i oprema za digestiju

Cilindrični digestor Digestor za rezrvoarom za gas na vrhug g g

Jajoliki digestor Digestor u obliku više ugaonezarubljene kupe

Imhoff tankovi Lagunski sistemi za digestiju

Sekundarni digestori

•Sekundaran digestor koji se ne greje može poslužiti u sledeće svrhe: •kao mesto za skladištenje digestiranih muljevakao mesto za skladištenje digestiranih muljeva, •kao pasivni primarni rezervoar i•kao izvor mulja. 

P d i l ij d di d k j di ć j•Pored toga, na instalacijama gde se digestor dekantuje radi povećanjakoncentracija čvrste faze, sekundarni digestor može da se koristi kao miranbazen za supernatant.

•Iz razloga što je jedna od namena sekundarnih digestora i kao mestoskladištenja, oni obično imaju plutajuće ili membranske pokrivače da omogućeispuštanje

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 ograničeno na mala postrojenja koja tretiraju manje od 3 8varenje je obično ograničeno na mala postrojenja koja tretiraju manje od 3,8 m3/h mulja.

Di ij š jDigestija sa mešnjem

•Stabilna i uniformna sredina stvorena mešanjem promoviše visok nivo digestijei omogućava korišćenje većih stopa ispuštanja u odnosu na niže ili standardneg j p p jnivoe digestije. 

Efektivno mešanje pruža sledeće pogodnosti: 

d b č h č š d•distribuciju čvrstih čestica širom digestora, •razbijanje čvrstih materija u cilju maksimalnog kontakta samikroorganizmima, •prevenciju termičke stratifikacije, p j j ,•smanjenje gomilanje skrame, •smanjenje gomilanje istaloženog materijala na podu digestora,•razređivanje inhibitora digestije, kao što su toksičan material, 

lj H ili t tnepovoljna pH ili temperatura, •poboljšana odvajanje gasa za preradu izdigestirane 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 proizvodnje gasa. Gas iz digestora, biogas, se formira u poslednjoj fazij p j g g , g , p j jdigestije, kada mikroorganizmi konvertuju organske kiseline u 

•ugljen‐dioksid (CO2), •metan (CH4) i•vodu•vodu

•Karakteristike digestiranog gasa. generisani biogas u anaerobnom procesuvarenja se prvenstveno sastoji odvarenja se prvenstveno sastoji od

•metana (60 do 65%) i•ugljen dioksida (35 do 40%)•nečistoće,  

•pena, •talog, •vodonik‐sulfid (H2S),•siloksani isiloksani i•vlaga

Upotreba gasa

• Gas iz digestora je vredno gorivo koje se tradicionalno koristi za

j k tl i d j ili d k ij t l d• zagrevanje kotlova za proizvodnju pare ili za produkciju tople vode zaprocese i grejanje, 

• rad turbina za sagorevanje ili generatore motora za proizvodnjuelektrične energijeelektrične energije, 

• operativnost sušilice u objektima za uklanjanje vlage iz čvrstihmaterija

TTretman gasa.Pre nego što se gas iz digestije koristikao izvor energije, on će morati dabudu tretiran u cilju uklanjanjaj j j

•siloksana•vlage•taloga•vodonik sulfida•vodonik‐sulfida•pene i nanosa

Rad digestora

Parametar Jedi‐i Test metoda Ciljana vrednost

Lokacija uzorka

Ulazni muljRecirkulacioni 

mulj ilinica j Ulazni mulj mulj ili digestirani mulja

Tempreatura oC Mertička 32‐38 oC ‐ XIsparljive kiseline mg/l 5560C 50‐330 ‐ Xp j mg/l 5560C 50‐330 ‐ XAlkalitet mg/l 2320 1500‐5000 X XOdnos VA/ALK ‐ Kalkula‐

torna 0,1 do 0,2 N/A N/A

pH ‐ Metrička 6,8‐7,2 X XUkupna čvrsta materija % 2540B Evidentirati X X

Isparljiva čvrstaIsparljiva čvrsta materija % 2540E Evidentirati X X

Protok l Metrička Evidentirati X X

P d k ij8,06 do 10,75 

Produkcija gasaCfd Metrička

, ,m3/kg 

digestovane čvrste supstance

Gasni sistem

Sastav gasa (CO2) % Analiza gasa Manje od 35% CO2 Gasni sistem

Raspored dodavanja i povlačenja mulja

Opterećenje digestora.

k d d k d d lDva kriterijuma mogu odrediti kapacitet digestora da procesira materiju pravilno: (1) retencija za čvrstu materiju; (2) nivo ispuštanja isparljivih čvrstih supstanci. 

Ispumpavanje mulja

Treba uklanjati mulj najmanje dnevno da se izbegneli d k i l ij ik i•nagli pad aktivne populacije mikroorganizama, 

•narušavanje odnosa VA/ALK digestora, koji će uticati na puferskikapacitet.

Čvrste materije se mogu povući iz sledećih lokacija: (i) donji deo digestora; (ii) prelivna struktura; i( ) p ;(iii) bilo koja tačka unutar digestora sa dobrim mešanjem.

Praćenje i testiranje

• Kontrola anaerobne digestija se zasniva na uzorcima prikupljenim iz tri tačkeprocesa digestije: p g j(1) ulaznog mulja; (2) recirkulisanog mulja, i(3) digestije čvrste materije. ( ) g j j

• Sledeće smernice za prikupljanje i analizu uzoraka su od suštinskog značaja zadobijanje validnih rezultata: 

• uzorak mora biti reprezentativan;• pH analiza mora biti izvršena odmah da bi se izbeglo odstupanje u pH zbog gubitka ugljen‐

dioksida;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 d i

Gornjai

Donjaivrednosti granica granica

Temperatura 30 do 38°C 55 do 60°C 10°CpH 6,8 do 7,2 8,0 6,0Alkalitet 1500 do 5000 mg/lIsparljivekiseline

50 do 300 mg/l

VA/ALK 0,1 do 0,2

Problemi digestije i strategija konrole

Četiri osnovna uzroka problema digestora su:

1. hidraulično preopterećenje, 2. organsko preopterećenje, 3. temperaturni stres, i4. preopterećenja toksičnim supstancama. 

U slučaju problema u digestoru efikasna strategija kontrole obuhvataU slučaju problema u digestoru efikasna strategija kontrole obuhvatasledeće 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 iliTemperaturni stres uzrokovan promenom temperature u digestoru većoj od 1 ili2°C za manje od 10 dana, smanjuje biološku aktivnost mikroorganizamametano-formera.

Kontrola toksičnosti

Anaerobni proces je osetljiv na određena jedinjenja, kao što su•sulfidisulfidi, •isparljive kiseline, •teški metala, •kalcijum,

t ij•natrijum, •kalijum, •rastvoren kiseonik, •amonijak, iamonijak, i•hlorovana organska jedinjenja.

Koncentracija (mg/l)

Polutant Stimulaciona Umereno inibirajući

Izrazito inhibirajuća

Amonijak 50‐200 1500‐3000 >3000Kalcijum 100‐200 2500‐4500 8000

Magnezijum 75‐150 1000‐1500 3000

Kalijum 200 400 2500 4500 12000Kalijum 200‐400 2500‐4500 12000Natrijum 100‐200 3500‐5500 8000Bakar 0,5Cink 1Hrom 6+ 3Nikal 2

pH kontrola

Hemikalije koje se koriste zapodešavanje pH uključuju:

•kreč, •natrijum-bikarbonat, •natrijum-karbonat, •natrijum-hidroksidnatrijum hidroksid, •amonijum-hidroksid, i•gasovit amonijak

HVALA NA VREMENU I HVALA NA VREMENU I PAŽNjI!!!