WP4 - DIGESTATE USE. dr inż. Katarzyna A. Ronewicz

Transkrypt

1 WP4 - DIGESTATE USE dr inż. Katarzyna A. Ronewicz Gdańsk 2016

2 Podzadania Subtasks 4.1. Inventory of experiences with digestate appliction 4.2. Analysis of digestate use from Testing no Analysis of digestate use from Testing no Analysis of digestate use from Testing no Socioeconomic analysis of the digestate use from different alternatives Zbiorniki pofermentu: otwarty i zamknięty

3 Realizowane zadania Tasks Ocena rolniczej przydatności pofermentu Assessment of the agricultural potential of digestate Odzysk nutrientów Nutrients removal and recovery Problemy badawcze Research problems 1. opracowanie metod zagospodarowania pofermentu powstającego w trakcie realizacji procesu produkcji biogazu; a complex strategy of biogas production requires designing methods of management of wastes created during the process; 2. poferment charakteryzujący się podwyższonymi stężeniami związków azotu (najczęściej od 1 do 5 g N - N og /dm 3 ) oraz fosforu ( mg P - P og /dm 3 ); the digestate characterized by high concentration of nitrogen compounds (mainly from 1 to 5 g N - N og /dm 3 ) and phosphorus ( mg P - P og /dm 3 ); 3. obróbka pofermentu musi jednocześnie zapewnić wysoką sprawność redukcji stężeń poszczególnych rodzajów zanieczyszczeń, a jednocześnie być ekonomicznie akceptowalna. the technology of digestate processing has to ensure high efficiency of reduction of concentration of various kinds of impurities and, at the same time, it has to be economically attractive.

4 Cel pracy Goal of research ocena rolniczej przydatności pozostałości z procesu fermentacji assessment of the agricultural potential of digestate odwodnienie pofermentu w wirówce sedymentacyjnej dyhydratation of digestate in centrifuge określenie potencjału zastosowania systemu osadu czynnego pracującego w układzie nitryfikacja-denitryfikacja do biologicznego oczyszczania odcieku application of nitrification and denitrification processes in order to remove nitrogen compouds from liquid phase of digestate opracowanie strategii odzysku fosforu poprzez jego strącenie w postaci struwitu to develop strategies for the recovery via precipitation of phosphorus in form of struvite zespół Prof. J.Hupki Prof. J.Hupka s group zespół Prof. J.Mąkini Prof. J.Mąkinia s group

5 Ocena rolniczej przydatności pofermentu Assessment of the agricultural potential of digestate

6 Ocena przydatności pofermentu w rolnictwie Assessment of the agricultural potential of digestate Wpływ dawki pofermentu na: Effect of the digestate dose on: właściwości gleby, properties of soil, przyrost biomasy, growth of green mass, efektywność owocowania. the effectiveness of fruiting. Ustalenie: Assessment of: ilości podawanych nawozów na podstawie zawartości nutrientów w obrabianym pofermencie, the amount of fertilizer on the basis of the content of nutrients in the treated digestate optymalnych warunków uprawy (natężenia światła, temperatury, wilgotności powietrza). optimal cultivating conditions (light intensity, temperature, air humidity).

7 Ocena przydatności pofermentu w rolnictwie Assessment of the agricultural potential of digestate Życica wielokwiatowa / Lolium multiflorum Pomidor Tukan F1 / Tukan F1 Tomato

8 Życica wielokwiatowa Lolium multiflorum badanie prowadzono na rozsadzie życicy w 15 donicach, mieszczących po 9 dm 3 gleby, w każdej umieszczono po 20 ziaren, przez okres około 9 tygodni (63 dni); study was conducted on ryegrass seedling in 15 pots, containing 9 dm3 of soil, 20 grains placed in each pot, for a period of approximately nine weeks (63 days); serie: series: - próba kontrolna, podlewana tylko wodą, control group, watered with water, - 4 próby z dawkami od 5kg do 20kg pofermentu na hektar ziemi uprawnej, 4 samples with doses from 5 kg to 20 kg digestate per hectare of arable land, rośliny podlewano taką ilością wody, aby utrzymać lekki nadmiar w stosunku do dziennego zapotrzebowania, plants watered with sufficient water to maintain a slight excess in relation to the daily demand, temperatura: 18 o C-20 o C, temperature: 18 o C-20 o C, średnia wilgotność powietrza: 75% average humidity: 75% co 3 tygodnie badano: every 3 weeks: - przyrosty masy zielonej roślin, increases the mass of green plants was tested

9 Pomidor Tukan F1 Tukan F1 Tomato badanie prowadzono na sadzonkach pomidorów w 15 donicach, mieszczących po 9 dm 3 gleby, przez okres 8 tygodni (56 dni); study was carried out on tomato seedlings in the 15 pots, containing 9 dm 3 of soil over a period of eight weeks (56 days); serie: series - próba kontrolna podlewana wodą, control group, watered with water, - próby z 25%, 50% i 100% zawartością optymalnej dawki składników pokarmowych, samples with 25%, 50%, and 100% content of optimal nutrients dose, - próba podlewana pofermentem, bez domieszki wody; sample watered with digestate, without addition of water; sadzonki podlewano taką samą ilością wody w dwudniowych odstępach; seedlings were watered with the same amount of water at two day long intervals; co 7 dni badano: every seven days - zawartość składników pokarmowych w glebie, przyrosty masy zielonej roślin, masę i ilość uzyskanych owoców. content of nutrients in the soil, increases the mass of green plants, weight and quantity of fruit obtained were tested.

10 WYNIKI RESULTS Życica wielokwiatowa / Lolium multiflorum Przyrosty suchej masy w zależności od ilości podawanego pofermentu Biomass growth for different digestate doses

11 Nutrient Pomidor Tukan F1 Tukan F1 Tomato Liście sadzonek podlewanych czystą woda oraz mieszaniną zawierającą 100% dziennej dawki składników pokarmowych Seed leaves watered with clear water and with a mixture of 100% demand of nutrients Grona owocowe oraz owoce z prób: z dawką 100%, z dawką 50%, z dawką 25% oraz kontrolnej Fruits of groups: control, 100% dose, 50% dose, 25% dose and control sample Week Zawartość składników odżywczych w glebie próby kontrolnej The content of nutrients in the soil of the control sample

12 Całkowity Total yield plon [g] [g] Average Średni growth przyrost increase [cm/dzień] [cm/day] Średnia Average masa mass owoców of fruits [g] [g] Pomidor Tukan F1 Tukan F1 Tomatoe Próba kontrolna Dawka 25% Dawka 50% Dawka 100% Surowy poferment 0 Próba kontrolna Dawka 25% Dawka 50% Dawka 100% Surowy poferment Próba kontrolna Dawka 25% Dawka 50% Dawka 100% Surowy poferment

13 Odzysk nutrientów Nutrients removal and recovery

14 Odwadnianie pofermentu Dewatering of digestate wirowanie za pomocą wirówki sedymentacyjnej (0,5m 3 /h) centrifuging (0.5m 3 /h) koagulacja za pomocą koagulantu żelazowego siarczanu żelaza (III) coagulation by using the ferric coagulant ferrous sulphate (III) flokulacja za pomocą polielektrolitu kationowego poliakrylamidu flocculation by using the cationic polyelectrolyte polyacrylamide

15 Cel pracy Goal of research zastosowanie systemu osadu czynnego pracującego w układzie nitryfikacjadenitryfikacja do biologicznego oczyszczania odcieku application of nitrification and denitrification processes in order to remove nitrogen compouds from liquid phase of digestate opracowanie strategii odzysku fosforu to develop strategies for the recovery of phosphorus

16 USUWANIE I ODZYSK ZWIĄZKÓW BIOGENNYCH P. Kowal, J. Majtacz, H. Al-Hazmi, A. Tuszyńska, K. Czerwionka, J. Mąkinia

17 Wprowadzenie Charakterystyka składu odcieków Potrzeba zagospodarowania odcieków Metody intensyfikacji procesu usuwania azotu Metody odzysku fosforu Zintegrowana technologia usuwania azotu i odzysku fosforu

18 Charakterystyka odcieków z beztlenowej fermentacji osadów Wskaźnik Jednostka Odcieki z układu pilotowego Odcieki z oczyszczalni Gdańsk Gdynia Słupsk ChZT g O 2 /m NO 3 -N g N/m 3 3,30 1,60 1,50 1,50 NO 2 -N g N/m 3 0,60 0,20 0,10 0,10 NH 4 -N g N/m P og g P/m

19 Metody usuwania azotu z odcieków Metody biochemiczne Konwencjonalna nitryfikacjadenitryfikacja Skrócona nitryfikacjadenitryfikacja (poprzez NO 2 -N) Deamonifikacja (częściowa nitryfikacja-anammox) Inne (heterotroficzna nitryfikacja, autotroficzna denitryfikacja) Metody fizyko-chemiczne

20 Usuwanie azotu z odcieków - stanowiska badawcze Laboratoryjny reaktor SBR I Objętość 2 x 10 dm 3 I Pełna automatyka (dopływ i odpływ ścieków, regulacja temperatury, stężenia tlenu i ph) Pilotowy reaktor SBR I Objętość dm 3 I Pełna automatyka (dopływ i odpływ ścieków, regulacja temperatury, stężenia tlenu i ph)

21 Przykładowe wyniki pomiarów skala laboratoryjna (1 doba) N, concentration, g N/m Nitrification phase Denitrification phase COD, g O 2 /m Time, h 0 - COD - N-NH N-NO N-NO - 2;

22 Przykładowe wyniki pomiarów skala laboratoryjna (20 doba) N, concentration, g N/m Nitrification phase Denitrification phase COD, g O 2 /m Time, h - COD - N-NH N-NO N-NO - 2; 0

23 Przykładowe wyniki pomiarów skala pilotowa (20 doba) N, concentration, g N/m Nitrification phase Denitrification phase COD, g O 2 /m Time, h - COD - N-NH N-NO N-NO - 2;

24 Podsumowanie wyników pomiarów zmiana szybkości nitryfikacji i denitryfikacji Szybkość nitryfikacji Szybkość denitryfikacji

25 Podsumowanie wyników pomiarów zmiana szybkości nitryfikacji i denitryfikacji Szybkość denitryfikacji I seria Szybkość denitryfikacji II seria

26 Porównanie właściwości sedymentacyjnych osadu przy różnych ZŹW etanol oleje fuzlowe

27 Możliwości odzysku fosforu z odcieków Mg 2+ + NH PO H 2 O MgNH 4 PO 4 6H 2 O (struwit) Stosunek: 1 (Mg 2+ ) : 1 (NH 4 + ) : 1 (PO 4 3 ) Problem? Korzyść! wawa-tech.pl wawa-tech.pl phosphorusplatform.eu

28 Metodyka badań strącania struwitu w warunkach laboratoryjnych - temperatura T = 25 o C - ph = 9 Surowce - odcieki po procesie fermentacji (70 g PO 4 -P/m 3 i 650 gnh 4 -N/m 3 ) z dodatkiem polimeru anionowego Kemira C492UP - roztwór alkalizujący: 1 molowy NaOH - roztwory jonów magnezu: MgCl 2. 6H 2 O, MgSO 4. 7H 2 O Parametry pracy układu - czas reakcji, t = 1 h - szybkość mieszania, 240 obr./min

29 Dawka magnezu, mg Mg/l Wyniki badań struwit wytworzony w warunkach laboratoryjnych Związek magnezu MgCl 2 MgSO

30 Efektywność usuwania PO 4 -P i NH 4 -N w trakcie strącania struwitu w warunkach laboratoryjnych MgCl 2 MgSO 4

31 Schemat instalacji do strącania struwitu Do reaktora SBR (usuwanie N)

32 Podsumowanie i wnioski Oczyszczanie odcieków i odzysk fosforu jako alternatywa dla rolniczego zagospodarowania pofermentu Efektywność usuwania azotu z odcieków - >90%, a szybkość procesu denitryfikacji - >10 g N/(g smo. h) Efektywność odzysku fosforu w postaci struwitu - >50%, zależna od wielu czynników Możliwość integracji procesów usuwania azotu i odzysku fosforu (w formie struwitu) z odcieków