Skip to Main Content

Projekty badawcze w sieci VIA CARPATIA

Szczegóły projektu badawczego

Numer umowy
2020/04/X/ST8/00211
Wykonawcy badań/ podległość
Wydział Budownictwa i Nauk o Środowisku
Tytuł
Wpływ niskotemperaturowego kondycjonowania osadu tlenowego granulowanego z wykorzystaniem zestalonego ditlenku węgla na przebieg fermentacji metanowej
Streszczenie
Głównym celem działania naukowego było określenie wpływu niskotemperaturowego kondycjonowania osadu tlenowego granulowanego (OTG) z wykorzystaniem zestalonego ditlenku węgla (ZDW) na przebieg fermentacji metanowej (FM) oraz efektywność procesu stabilizacji. Technologie kondycjonowania, stabilizacji i ostatecznej neutralizacji osadów ściekowych są dobrze znane, szeroko opisane w literaturze naukowej i branżowej oraz powszechnie stosowane w instalacjach pracujących w skali technicznej. Metody te dotyczą jednak typowego osadu czynnego, który w systemach oczyszczania ścieków jest zawieszony w postaci kłaczków. Zupełnie nową, konkurencyjną i przyszłościową technologią, która po wielu latach badań doczekała pierwszych implementacji w skali technicznej jest zastosowanie osadu tlenowego granulowanego (OTG). Granule tlenowe są rodzajem zagregowanej kompaktowej struktury mikrobiologicznej, która powstaje na skutek samoimmobilizacji bakterii. Podobnie jak klasyczny osad czynny, OTG jest biotopem zawieszonym w toni ścieków, jednak w odróżnieniu od kłaczków, granule mają wyraźnie zarysowany quasi-kulisty kształt, większy wymiar i bardziej zwartą strukturę. Te cechy struktury biologicznej wpływają bezpośrednio na fakt, iż skuteczność dotychczas znanych metod przeróbki osadów ściekowych jest istotnie ograniczona. Istnieje zatem konieczność poszukiwania skutecznych rozwiązań pozwalających na efektywne pod względem technologicznym i ekonomicznym zagospodarowanie nadmiernego OTG. Jedną z najbardziej uzasadnionych i przyjaznych środowisku metod neutralizacji osadów ściekowych jest poddanie ich fermentacji metanowej (FM). Poprawne przeprowadzenie tego procesu prowadzi do ograniczenia podatności na zagniwanie, częściowej higienizacji, zmniejszenia objętości oraz odzysku biogazu o wysokiej zawartości metanu. Efekty te można zintensyfikować poprzez wstępne kondycjonowanie osadów. Biorąc pod uwagę charakterystykę i strukturę OTG oraz dostępną wiedzę uzasadnioną metodą wstępnego przygotowania OTG przed procesem FM było zastosowanie niskotemperaturowego kondycjonowania z wykorzystaniem zestalonego ditlenku węgla (NKZDW). Materiał badawczy stanowił OTG pozyskiwany z obiektów pracujących w skali technicznej oraz bioreaktorów eksploatowanych w skali laboratoryjnej. Badania zmierzały do określenia parametrów technologicznych NKZDW pozwalających na poprawienie efektywności FM i stopnia stabilizacji OTG. W celu osiągnięcia zamierzonego celu w biomasie testowanego surowego OTG, OTG po procesie kondycjonowania oraz po FM monitorowana była zawartość suchej masy, suchej masy organicznej, protein, węglowodanów, tłuszczów, azotu amonowego (N-NH4+), fosforanów (PO43-) oraz stężenia ChZT, OWO, BZT5 w fazie rozpuszczonej. Analogicznym analizom poddane było stosowane inokulum beztlenowych komór respirometrycznych. Przeprowadzone badania pozwoliły w sposób pośredni ocenić wpływ NKZDW na dezintegrację zwartych struktur OTG, co ma bezpośrednie przełożenie na wydajność FM. Bezpośrednia ocena przebiegu i wydajności procesu FM przeprowadzona została z wykorzystaniem pomiarów respirometrycznych oraz chromatograficznych pomiarów składu jakościowego biogazu. Parametry technologiczne FM były następujące: początkowe obciążenie komory ładunkiem związków organicznych na poziomie 5,0 g s.m.o./dm3, temperatura 42°C oraz czas zatrzymania w zakresie 20 – 30 dni w zależności od wydajności przebiegu FM. W celu określenia wpływu testowanej technologii na higienizację wykonano badania mikrobiologiczne w OTG surowym, po NKZDW oraz w osadzie przefermentowanym. W próbkach oznaczane zostały bakterie z rodzaju Salmonella sp. i Escherichia coli oraz inwazyjne nicienie wskaźnikowe z rodzaju Ascaris, Trichuris i Toxocara. Badania przeprowadzono w sześciu wariantach eksperymentalnych, których kryterium wyboru był objętościowy stosunek ZDW do kondycjonowanego OTG mieszczący się w zakresie od 0:1 do 0,5:1. Wyniki badań poddano analizom statystycznym. Określone zostały zależności między ilością kondycjonowanego OTG a ilością wytworzonego biogazu oraz zawartością otrzymanego metanu. Realizacja działania naukowego dostarczyła danych o możliwości zastosowania NKZDW w procesie beztlenowej stabilizacji OTG. Zastosowanie fermentacji metanowej OTG spowodowało ograniczenie podatności na zagniwanie, częściową higienizację, zmniejszenie objętości oraz odzysk biogazu o wysokiej zawartości metanu. Efekty te zostały zintensyfikowane poprzez wstępne kondycjonowanie osadów zestalonym ditlenkiem węgla. Przeprowadzone badania umożliwiły wybór najbardziej efektywnych wariantów eksperymentalnych. Wykazano proporcjonalny wzrost stężenia COD w supernatancie wraz ze zwiększaniem dawki ZDW w zakresie testowanych stosunków objętościowych ZDW/OTG od 0,1 do 0,3. Wzrost stosowanej dawki ZDW powyżej wartości 0,3 nie wpływał istotnie na zwiększenie stężenia COD w fazie rozpuszczonej. Obserwowano bardzo silną dodatnią korelację między stężeniem COD, N-NH4+ i P-PO43- w fazie rozpuszczonej, a ilością pozyskiwanego biogazu przy stosowaniu ZDW/OTG. Największe jednostkowe ilości biogazu uzyskano w wariantach, w którym stosunek objętościowy ZDW do OTG wynosił 0,3 i 0,4. Zawartość metanu była wówczas najwyższa. Zwiększenie dawki ZDW nie wpływało na istotne zmiany w ilości produkowanego biogazu i metanu. Efektywność produkcji biogazu z OTG niekondycjonowanego była o prawie 40% niższa.
Program
MINIATURA
Uczelnia
Politechnika Białostocka
Slowa Kluczowe
biogaz; fermentacja metanowa; metan; niskotemperaturowe kondycjonowanie; osad tlenowy granulowany; zestalony ditlenek węgla

Informacje o projekcie

Stopka
Minister Nauki

Zadanie finansowane w ramach zlecenia
Ministra Nauki pod nazwą "Politechniczna Sieć VIA CARPATIA im. Prezydenta RP Lecha Kaczyńskiego" w latach 2022-2025

MNiSW
Wersja: 0.1b Właścicielem i administratorem danych zawartych w bazie danych są uczelnie: Politechnika Rzeszowska, Politechnika Lubelska oraz Politechnika Białostocka. Zaprojektowanie witryny: Paweł Kuraś, Krzysztof Demidowski, Veronika Vanivska
Built with using Oracle APEX