Przegląd praktycznych rozwiązań stosowanych w gospodarowaniu osadami

Transkrypt

1 Przegląd praktycznych rozwiązań stosowanych w gospodarowaniu osadami dr hab. inż. Marcin Zieliński, prof. UWM dr hab. inż. Marcin Dębowski, prof. UWM Uniwersytet Warmińsko-Mazurski w Olsztynie Wydział Nauk o Środowisku Katedra Inżynierii Środowiska ul. Warszawska 117 a Olsztyn

2 Osady charakteryzują się zwykle uwodnieniem na poziomie 97% - 98,5% W większości są to ekskrementy oraz w niewielkim procencie niepobrana przez ryby pasza. Frakcja organiczna osadów może stanowić od 50% do 92 %. Skład osadów zależny jest od gatunku hodowanych ryb oraz stosowanej technologii.

3 WYDZIELANIE ZAGĘSZCZANIE Schemat możliwej kombinacji procesów gospodarki osadowej STABILIZACJA KONDYCJONOWANIE ODWADNIANIE ZAGOSPODAROWANIE

4 WYDZIELANIE Najczęściej stosowane jest proste grawitacyjne zagęszczanie z wykorzystaniem osadników. ZAGĘSZCZANIE STABILIZACJA KONDYCJONOWANIE Osadnik poziomy ODWADNIANIE ZAGOSPODAROWANIE

5 WYDZIELANIE Z uwagi na wysoką zawartość związków organicznych osady wymagają stabilizacji. Oznacza to w praktyce zmniejszenie zawartości materii organicznej do poziomu poniżej 60%. Prawidłowo ustabilizowane osady przestają powodować obciążenie zapachowe, możliwe jest również ich przyrodnicze wykorzystanie. ZAGĘSZCZANIE STABILIZACJA KONDYCJONOWANIE ODWADNIANIE Reaktor fermentacyjny ZAGOSPODAROWANIE Mieszacz osadów

6 WYDZIELANIE Kondycjonowanie polega za zwyczaj na dodatku polelektrolitów ułatwiających zagęszczanie i odwadnianie osadów. ZAGĘSZCZANIE STABILIZACJA KONDYCJONOWANIE ODWADNIANIE Efekt dozowania polielektrolitu ZAGOSPODAROWANIE

7 WYDZIELANIE ZAGĘSZCZANIE Rozwiązaniem, które może być stosowane przy niewielkiej ilości osadów są workownice. Wykorzystywane w nich hydrofobowe worki umożliwiają wyprowadzenie wilgoci z osadów, ograniczają natomiast wtórne ich namakanie. STABILIZACJA KONDYCJONOWANIE Workownica Dramid ODWADNIANIE ZAGOSPODAROWANIE

8 WYDZIELANIE Przyrodnicze wykorzystanie osadów w formie nawozów to racjonalny sposób postepowania z tego typu substancjami ZAGĘSZCZANIE STABILIZACJA KONDYCJONOWANIE ODWADNIANIE Przyrodnicze wykorzystanie osadów ZAGOSPODAROWANIE

9 Beztlenowa stabilizacja osadów Stabilizacja beztlenowa odbywa się w procesie fermentacji metanowej. W warunkach beztlenowych materia organiczna zawarta w osadach ulega mineralizacji, a końcowym produktem przemian jest biogaz. Zaletą tego rozwiązania są niskie koszty eksploatacyjne i potencjalna możliwość ujmowania biogazu. Wadą natomiast długotrwałość procesu szczególnie w przypadku niskich temperatur prowadzenia. Biogazownia rolnicza

10 Ko-fermentacja osadów rybackich w biogazowni utylizacyjnej Autor Gatunek ryby Typ reaktora Temperatura fermentacji ( 0 C) Hydrauliczny czas zatrzymania (dni) Metan (% biogazu) Produkcja metanu (l /gchzt ) Lanari, Franci (1998) Pstrąg tęczowy Złoże beztlenowe > Gebauer (2004) Łosoś CSTR Gebauer, Eikebrokk (2006) Łosoś narybek CSTR Mirzoyan et al. (2008) Krewetka UASB Tal et al. (2009) Dorada UASB Sharrer et al. (2007) Pstrąg tęczowy MBR (godzin) - - Przykłady wyników badań nad fermentacja osadów z systemów zamkniętych

11 Research Coordination for a Low-Cost Biomethane Production at Small and Medium Scale Applications, akronim Record Biomap Powstała strona internetowa która integruje środowisko naukowców, wytwórców, eksploatatorów i administratorów systemów biogazowych, a także pomaga oraz ukierunkowuje poszukujących informacji na temat produkcji biometanu w małej i średniej skali. This project has received funding from the European Union s Horizon 2020 research and innovation programme under grant agreement No

12 Możliwość zastosowania wydajnych metod pogłębionego utleniania w procesach przeróbki osadów pochodzących z produkcji rybackiej POGŁĘBIONE UTLENIANIE To procesy degradacji związków organicznych oparte na wykorzystaniu siły utleniającej wolnych rodników hydroksylowych (OH. ), które generowane są w wyniku reakcji chemicznych lub reakcji chemicznych wykorzystujących czynnik fizyczny jako katalizator procesu.

13 METODY POGŁĘBIONEGO UTLENIANIA: wykorzystanie ozonu oraz nadtlenku wodoru - O 3 /H 2 O 2 stosowanie ozonu w środowisku alkalicznym - O 3 /OH - wykorzystanie promieniowania elektromagnetycznego w układach - H 2 O 2 /UV, O 3 /UV, O 3 /H 2 O 2 /UV zastosowanie fotokatalizatora półprzewodnikowego i promieniowania - TiO 2 /UV reakcja Fentona Fe 2+ /H 2 O 2, Fe 3+ /H 2 O 2

14 PRZEBIEG REAKCJI FENTONA (UKŁAD Fe 2+ /H 2 O 2 ): Fe 2+ + H 2 O 2 Fe 3+ + OH - + OH. PRZEBIEG REAKCJI FENTONA (UKŁAD Fe 3+ /H 2 O 2 ): Fe H 2 O 2 OH 2 + Fe 2+ + H +. OH 2 + Fe 3+ Fe 2+ + H + + O 2 Fe 2+ + H 2 O 2 Fe 3+ + OH - + OH.

15 Technologia oparta na pogłębionym utlenianiu powinna zapewnić osiągnięcie następujących celów: degradację zanieczyszczeń organicznych w masie osadu pochodzącego z produkcji rybackiej, w tym usunięcie substancji podatnych na zagniwanie, znaczne poprawienie parametrów higienicznych osadów, poprzez usunięcie organizmów chorobotwórczych oraz pasożytów, poprawienie parametrów odwadniania osadów, a tym samym ograniczenie ich objętości, ograniczenie uciążliwości zapachowej, redukcję substancji biogennych, głównie fosforu oraz rozpuszczonych związków organicznych w cieczy nadosadowej wyeliminowanie lub ograniczenie toksyczności poprzez inaktywację antybiotyków.

16 POTENCJALNE PUNKTY ZASTOSOWANIA TECHNOLOGII POGŁĘBIONEGO UTLENIANIA W CIĄGU TECHNOLOGICZNYM PRZERÓBKI OSADÓW WYDZIELANIE OSADNIKI ZAGĘSZCZANIE STABILIZACJA TLENOWA BEZTLENOWA ODWADNIANIE POLETKA LAGUNY PRASY WIRÓWKI SUSZENIE

17 KONSTRUKCJA REAKTORÓW POGŁEBIONEGO UTLENIANIA Dopływ osadów 2. Dozowanie Fe Dozowanie H 2 O 2 4. Mieszadło 5. Odpływ osadów Schemat komory pogłębionego utleniania.

18 POLE MAGNETYCZNE HAMOWANIE REAKCJA FENTONA WOLNE RODNIKI (OH. ) KONFIGURACJA TRYPLETOWA TWORZENIE WIĄZAŃ MIĘDZY WOLNYMI RODNIKAMI KONFIGURACJA SINGLETOWA WEWNĘTRZNY SYSTEM KRZYŻUJACY (INTERSYSTEM CROSSING) ZMNIEJSZENIE ICH ILOŚCI W UKŁADZIE NIŻSZY EFEKT TECHNOLOGICZNY

19 POLE MAGNETYCZNE REAKCJA FENTONA WOLNE RODNIKI (OH. ) KONFIGURACJA TRYPLETOWA UTRZYMANIE ICH WYSOKIEJ KONCENTRACI W UKŁADZIE WYŻSZY EFEKT TECHNOLOGICZNY

20 KRZEMIENIEWSKI M., DĘBOWSKI M., SIKORA J Możliwość zastosowania reakcji Fentona w procesach kondycjonowania i stabilizacji osadów pochodzących z ośrodków intensywnej hodowli ryb. Rocznik Ochrona Środowiska, 7: SIKORA J., JANCZUKOWICZ W., RODZIEWICZ J., KLODOWSKA I., MIELCAREK A., Effect of the coupled action of ultrasonic waves and advanced oxidation reaction on the properties of bottom sediments originationg from trout culture. Aquaculture Research, 46 (3),

21 Przegląd praktycznych rozwiązań stosowanych w gospodarowaniu osadami dr hab. inż. Marcin Zieliński, prof. UWM dr hab. inż. Marcin Dębowski, prof. UWM Uniwersytet Warmińsko-Mazurski w Olsztynie Wydział Nauk o Środowisku Katedra Inżynierii Środowiska ul. Warszawska 117 a Olsztyn