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 dni II etap – staw fakultatywny przez 20 – 40 dni III etap – staw dojrzewalnikowy przez 7 dni

Konstrukcja filtru zraszanego do oczyszczania ścieków

Oczyszczanie ścieków z użyciem osadu czynnego. Schemat procesu oczyszczania ścieków z zastosowaniem technologii 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 kłaczka osadu czynnego

Oczyszczanie ścieków z użyciem osadu czynnego reaktor pracujący w trybie półciągłym Cykl pracy reaktora SBR (bioreaktor sekwencyjny)

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 populacji komórek.

Q – natężenie przepływu ścieków X – gęstość komórek S – stężenie składników odżywczych g - współczynnik recyklingu C – współczynnik zatężenia biomasy zawracanej Bilans biomasy Biomasa akumulowana = biomasa dopływająca + przyrost biomasy – biomasa usuwana – komórki martwe - szybkość wzrostu  - szybkość obumierania Wprowadzając: D = Q/V – szybkość rozcieńczania, zakładając   0 I brak zasilania biomasą oraz uzyskanie stanu równowagi, czyli , otrzymujemy:  = D(1 +  - C)

Parametry technologiczne osadu czynnego Obciążenie komory osadu czynnego ładunkiem zanieczyszczeń S1  Q1 Bv = V Stężenia Bv i S1 wyrażone są w postaci parametrów BZT5 lub ChZT Obciążenie osadu ładunkiem zanieczyszczeń S1  Q1 X2 – zawartość zawiesin w osadzie czynnym Bx = V  X2

Reaktor ze złożem fluidalnym

Głębokoszybowy proces oczyszczania ścieków z zastosowaniem reaktora typu air-lift

Schemat reaktora membranowego do oczyszczania ścieków

Schemat dwustopniowego oczyszczania ścieków, umożliwiającego przeprowadzenie nitryfikacji i denitryfikacji

Przekrój pryzmy kompostowej

Fermentacja metanowa Przekształcenie związków organicznych o różnym stopniu utlenienia do metanu i CO2 w warunkach beztlenowych. 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 Należą do Archebacteria Mają zróżnicowaną morfologię (pałeczki o różnej długości i kształcie), ziarniaki Większość jest organizmami termofilnymi Ścisłe beztlenowce Methanotrix fervidus Methanosarcina barkeri Methanococcus spp. Methanobacterium thermoautotrophicum

Rodzaje reaktorów i techniki fermentacji anaerobowej

Ścieki wpływają do reaktora od spodu i przepływają przez osad czynny 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

Obecność CO2, H2S, H2O Rozwiązania ? Poprawianie parametrów technologicznych biogazu Skład biogazu: 55 – 75% metanu, 20 – 40% CO2, 2 - 3 % wodoru, 1 – 2% pary wodnej i 1 – 2% H2S Problemy: Obecność CO2, H2S, H2O Rozwiązania ?

Schemat biogazowni wykorzystującej gnojowicę

INSTALACJA DO WYTWARZANIA BIOGAZU Z ORGANICZNYCH ODPADÓW STAŁYCH (SALZBURG, AUSTRIA) W instalacji przerabianych jest rocznie 20 000 ton odpadów w jednofazowym procesie fermentacji beztlenowej. Odpady rozdrobnione do 40 mm są transportowane do dozownika, mieszane ze szlamem fermentacyjnym. i podgrzewane do 55 C, a następnie wprowadzane 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 energii w obiegu zamkniętym

Porównanie parametrów różnych technologii biologicznego oczyszczania ścieków MBR – bioreaktor membranowy UASB – bioreaktor ze wstępującym przepływem kożucha osadu