Fermentacyjne technologie zagospodarowania odpadów

Etapy procesu oczyszczania ścieków

Stawy sedymentacyjne

Typowy ciąg technologiczny dla ścieków o wysokiej wartości BZT5.

I etap – staw anaerobowy przez 3 – 5 dniII etap – staw fakultatywny przez 20 – 40 dniIII etap – staw dojrzewalnikowy przez 7 dni

Konstrukcja filtru zraszanego do oczyszczania ścieków

Schemat procesu oczyszczania ścieków z zastosowaniem technologii osadu czynnego.

Oczyszczanie ścieków z użyciem osadu czynnego.

Mikroorganizmy w osadzie czynnym

1. Bakterie: od 5 109 komórek/ml do 1,5 1010 komórek/ml.

Dominujące rodzaje: Pseudomonas, Bacillus, Micrococcus, Alcaligenes, Moraxella, Flavobacterium; bakterie nitryfikacyjne –Nitrosomonas, Nitrobacter; Thiobacillus

2. Pierwotniaki – orzęski (osiadłe, pełzające, wiciowe, zarodziowe,wolnopływające), wrotki

Cecha charakterystyczna:wzrost w postaci kłaczków(sflokulowany)

Mikroskopowy obraz kłaczkaosadu czynnego

Cykl pracy reaktora SBR (bioreaktor sekwencyjny)

Oczyszczanie ścieków z użyciem osadu czynnego

reaktor pracujący w trybie półciągłym

Chemostat – hodowla ciągła drobnoustrojów, w której populacja mikroorganizmów jest utrzymywana na stałym poziomie poprzez ciągłe odbieranie części hodowli i zastępowanie jej świeżą pożywką. Klasyczny układ bioreaktora do oczyszczania ścieków z osadem czynnym jest przykładem chemostatu z zawracaniem części populacjikomórek.

Q – natężenie przepływu ściekówX – gęstość komórekS – stężenie składników odżywczych- współczynnik recyklinguC – współczynnik zatężenia biomasy zawracanej

Bilans biomasyBiomasa akumulowana = biomasa dopływająca + przyrost biomasy – biomasa usuwana – komórki martwe

XV

QXX

V

XQC

V

QX

dt

dX

)1(0- szybkość wzrostu - szybkość obumierania

0dt

dX

0dt

dXWprowadzając: D = Q/V – szybkość rozcieńczania, zakładając 0I brak zasilania biomasą oraz uzyskanie stanu równowagi, czyli , otrzymujemy: = D(1 + - C)

Parametry technologiczne osadu czynnego

Obciążenie komory osadu czynnego ładunkiem zanieczyszczeń

Bv = S1 Q1

VStężenia Bv i S1 wyrażone są w postaci parametrów BZT5 lub ChZT

Obciążenie osadu ładunkiem zanieczyszczeń

Bx =S1 Q1

V X2

X2 – zawartość zawiesin w osadzie czynnym

Reaktor ze złożem fluidalnym

Głębokoszybowy proces oczyszczania ścieków z zastosowaniemreaktora typu air-lift

Schemat reaktora membranowego do oczyszczania ścieków

Schemat dwustopniowego oczyszczania ścieków, umożliwiającegoprzeprowadzenie nitryfikacji i denitryfikacji

Przekrój pryzmy kompostowej

Fermentacja metanowaPrzekształcenie związków organicznych o różnym stopniu utlenienia do metanu i CO2 w warunkachbeztlenowych. Proces jest kilkuetapowy, prowadzony przez konsorcjum bakterii. Ostatni etap – bakterie metanowe

Produkt końcowy – biogaz, zawierający 55 – 75% metanu, 20 – 40% CO2, 2 - 3 % wodoru, 1 – 2% pary wodnej i 1 – 2% H2S

Bakterie metanogenne

1. Należą do Archebacteria2. Mają zróżnicowaną morfologię (pałeczki o różnej długości i kształcie), ziarniaki 3. Większość jest organizmami termofilnymi4. Ścisłe beztlenowce

Methanococcus spp.

Methanosarcina barkeri

Methanobacterium thermoautotrophicum

Methanotrix fervidus

Rodzaje reaktorów i techniki fermentacji anaerobowej

Fermentacja anaerobowa w bioreaktorze UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket)

Ścieki wpływają do reaktora od spodu i przepływają przez osad czynny bakterii beztlenowych rosnących na powierzchni ziaren nośnika (plastik, żwir,piasek, szkło). Mieszanina osadu czynnego, biogazu i wody jest rozdzielana w separatorze w górnej strefie reaktora.

Parametry: - zastosowanie głównie dla stężonych ścieków (> 2 g BZT5 na dm3) - mały przyrost biomasy (0,1 kg na kg BZT5)

-- wydajność biogazu: 0,3 dm3 metanu na g BZT5.

Schemat przydomowej wytwornicy biogazu

Poprawianie parametrów technologicznych biogazu

Problemy:

Obecność CO2, H2S, H2O

Skład biogazu: 55 – 75% metanu, 20 – 40% CO2, 2 - 3 % wodoru, 1 – 2% pary wodnej i 1 – 2% H2S

Rozwiązania ?

Schemat biogazowni wykorzystującej gnojowicę

INSTALACJA DO WYTWARZANIA BIOGAZU Z ORGANICZNYCH ODPADÓW STAŁYCH (SALZBURG, AUSTRIA)

W instalacji przerabianychjest rocznie 20 000 tonodpadów w jednofazowymprocesie fermentacji beztlenowej.

Odpady rozdrobnione do 40 mmsą transportowane do dozownika,mieszane ze szlamem fermentacyjnym.i podgrzewane do 55 C, a następniewprowadzane do bioreaktora.

Wydajność 135 m3 biogazu/T odpadów.Przetworzenie na energię elektryczną –250 kWh ze 135 m3 biogazu.

Schemat instalacji wykorzystującej odpady browarnicze do wytwarzania energiiw obiegu zamkniętym

Porównanie parametrów różnych technologii biologicznego oczyszczania ścieków

MBR – bioreaktor membranowyUASB – bioreaktor ze wstępującym przepływem kożucha osadu