Efektywność fermentacji metanowej z wykorzystaniem kiszonki kukurydzy i ścieków z toalet chemicznych

Podobne dokumenty
Produkcja biogazu w procesach fermentacji i ko-fermentacji

Potencjał metanowy wybranych substratów

Potencjał biomasy glonów jako niekonwencjonalnego substratu dla biogazowni rolniczych. Biogazownie w Polsce i UE technologie, opłacalność, realizacje

Biogazownie w Polsce i UE technologie, opłacalność, realizacje

Autorzy: Instytut Inżynierii Wody i Ścieków Wydział Inżynierii Środowiska i Energetyki Politechnika Śląska w Gliwicach

BADANIA BIODEGRADACJI SUROWCÓW KIEROWANYCH DO BIOGAZOWNI

Wpływ składu jakościowego substratów oraz obciążenia komory ładunkiem związków organicznych na skład i ilość uzyskiwanego biogazu

Biogazownia rolnicza w perspektywie

Modelowa Biogazownia Rolnicza w Stacji Dydaktyczno Badawczej w Bałdach

Zagospodarowanie pofermentu z biogazowni rolniczej

ROLNICZE ZAGOSPODAROWANIE ŚCIEKU POFERMENTACYJNEGO Z BIOGAZOWNI ROLNICZEJ - OGRANICZENIA I SKUTKI. Witold Grzebisz

Przydatność Beta vulgaris L. jako substratu biogazowni rolniczej

Wykorzystanie biowęgla w procesie fermentacji metanowej

WPŁYW STAŁEGO POLA MAGNETYCZNEGO NA PROCES USUWANIA ZWIĄZKÓW BIOGENNYCH ZE ŚCIEKÓW MLECZARSKICH W REAKTORZE TYPU SBR

BADANIA PODATNOŚCI ŚCIEKÓW Z ZAKŁADU CUKIERNICZEGO NA OCZYSZCZANIE METODĄ OSADU CZYNNEGO

Instytut Biotechnologii Przemysłu Rolno-Spożywczego. Oddział Cukrownictwa. Działalność naukowa. Oddziału Cukrownictwa IBPRS. dr inż.

METODA RESPIROMETRYCZNEJ OCENY PODATNOŚCI SUBSTRATÓW ROŚLINNYCH NA ROZKŁAD W WARUNKACH MEZOFILOWEJ FERMENTACJI METANOWEJ

SUBSTANCJA POFERMENTACYJNA JAKO NAWÓZ. dr Alina Kowalczyk-Juśko Uniwersytet Przyrodniczy w Lublinie Wydział Nauk Rolniczych w Zamościu

Standardyzacja ocen substratów oraz zasady doboru składu mieszanin dla biogazowni rolniczych z uwzględnieniem oddziaływao inhibicyjnych.

Poferment z biogazowni nawozem dla rolnictwa

Utylizacja osadów ściekowych

Wanda Wołyńska Instytut Biotechnologii Przemysłu Rolno-Spożywczego Oddział Cukrownictwa. IBPRS Oddział Cukrownictwa Łódź, czerwiec 2013r.

Szkolenie dla doradców rolnych

Hybrydowy reaktor fermentacyjny ogrzewany promieniowaniem mikrofalowym

Katarzyna Sobótka. Mazowiecka Agencja Energetyczna Sp. z o.o. Specjalista ds. energii odnawialnej. k.sobotka@mae.mazovia.pl

CENTRUM TRANSFERU TECHNOLOGII W OBSZARZE OZE. BioProcessLab. Dr inż. Karina Michalska

Pomorski Biogaz, Gdańsk

Efekty beztlenowego procesu przetwarzania odpadowych substratów organicznych pochodzących z przemysłu mięsnego

BioEnergy Farm. Kalkulatory - energetyczne wykorzystanie biomasy. Platforma Europejska BioEnergy Farm Kalkulacja opł acalnoś ci biogazowni

Efektywność oczyszczania ścieków przetwórstwa mięsnego z wykorzystaniem wypełnień aktywnych

Wpływ dodatku biowęgla na emisje w procesie kompostowania odpadów organicznych

Wpływ azotynów i zewnętrznych źródeł węgla na efektywność usuwania azotu w procesie nitryfikacji denitryfikacji w reaktorze SBR

Bałtyckie Forum Biogazu

Biogaz z odpadów jako alternatywne paliwo dla pojazdów. Biogas from wastes as an alternative fuel for vehicles

Biologiczne oczyszczanie ścieków

Biogazownie Rolnicze w Polsce

Biogazownie w Polsce alternatywa czy konieczność

BADANIA TECHNOLOGICZNE OCZYSZCZANIA ŚCIEKÓW Z PRZEMYSŁU CUKIERNICZEGO METODĄ OSADU CZYNNEGO

Pozyskiwanie biomasy z odpadów komunalnych

Stanisław Miodoński*, Krzysztof Iskra*

WPŁYW ATERMICZNYCH WŁAŚCIWOŚCI MIKROFALOWEGO PROMIENIOWANIA ELEKTROMAGNETYCZNEGO NA INTENSYFIKACJĘ PROCESU FERMENTACJI METANOWEJ ŚCIEKÓW MLECZARSKICH

Odnawialne źródła energii

OCZYSZCZANIE ŚCIEKÓW PRZEMYSŁOWYCH O DUŻEJ ZAWARTOŚCI OLEJÓW NA ZŁOŻU BIOLOGICZNYM

Nowatorska produkcja energii w biogazowni poprzez utylizację pomiotu drobiowego z zamianą substratu roślinnego na algi

Szkoła Główna Gospodarstwa Wiejskiego w Warszawie

DEZINTEGRACJA OSADÓW ŚCIEKOWYCH W ULTRADŹWIĘKOWYM REAKTORZE CYRKULACYJNYM

Ocena jakości wód powierzchniowych rzeki transgranicznej Wisznia

ZESZYTY NAUKOWE INSTYTUTU POJAZDÓW 1(97)/2014

OPIS PRZEDMIOTU ZAMÓWIENIA. I. Badania wody surowej, uzdatnionej, wód popłucznych i wody z rzeki

Dezintegracja osadów planowane wdrożenia i oczekiwane efekty

Biogazownie w energetyce

PRODUKTY UBOCZNE PRODUKCJI ZWIERZĘCEJ JAKO ŹRÓDŁO ENERGII ODNAWIALNEJ

WPŁYW DOGLEBOWEJ APLIKACJI DYGESTATU NA UZYSKANE WYNIKI PRODUKCJI ROŚLINNEJ W PORÓWNANIU DO NAWOŻENIA TRADYCYJNEGO

RECYKLING ODPADÓW ZIELONYCH. Grzegorz Pilarski BEST-EKO Sp. z o.o.

Budowa i eksploatacja oczyszczalni ściek. cieków w Cukrowni Cerekiew. Cerekiew S.A.

Equipment for ultrasound disintegration of sewage sludge disseminated within the Record Biomap project (Horizon 2020)

Dezintegracja ultradźwiękowa jako metoda kondycjonowania biomasy mikroglonów Chlorella vulgaris przed procesem fermentacji metanowej

Wykorzystanie modelu fermentacji beztlenowej ADM1 do estymacji produkcji metanu w bigazowniach rolniczych

Projektowanie i budowa biogazowni, uszlachetnianie biogazu. Leszek Zadura, Senior Marketing Advisor WARSZAWA

Produkcja biogazu z glonów i roślin słodkowodnych w mobilnym laboratorium na potrzeby studium wykonalności dla inwestycji biogazowej

Produkcja biogazu z pomiotu drobiowego i ko-substratów

OCENA WYDAJNOŚCI BIOGAZU DLA PLANOWANEJ BIOGAZOWNI PRZY FERMIE KRÓW MLECZNYCH

Praktyczne aspekty dawkowania alternatywnych. od badań laboratoryjnych do zastosowań w skali technicznej

ŚRODKOWO-POMORSKIE TOWARZYSTWO NAUKOWE OCHRONY ŚRODOWISKA. Rocznik Ochrona Środowiska. Tom 13. Rok 2011 ISSN X

EVERCON sp. z o.o. ul. 3 Maja 22, Rzeszów tel. 17/ , evercon@evercon.pl BIOGAZOWNIE 2011 ROK

PORÓWNANIE UZYSKU BIOGAZU Z TRZECH RODZAJÓW KISZONEK: Z KUKURYDZY, LUCERNY I TRAWY*

w przemyśle rolno-spożywczym

dr inż. Katarzyna Umiejewska inż. Aleksandra Bachanek inż. Ilona Niewęgłowska mgr inż. Grzegorz Koczkodaj

Każdego roku na całym świecie obserwuje się nieustanny wzrost liczby odpadów tworzyw sztucznych pochodzących z różnych gałęzi gospodarki i przemysłu.

Gospodarka odpadami organicznymi doświadczenia Norweskie

OCENA MOŻLIWOŚCI OCZYSZCZANIA ŚCIEKÓW Z ZAKŁADU PRZEMYSŁU CUKIERNICZEGO

WPŁYW OBCIĄŻENIA OSADU BEZTLENOWEGO ŁADUNKIEM SUBSTANCJI ORGANICZNYCH ZAWARTYCH W SERWATCE NA KINETYKĘ PRZEMIAN FERMENTACYJNYCH

H411 Działa toksycznie na organizmy wodne, powodując długotrwałe skutki

II Forum Ochrony Środowiska Ekologia stymulatorem rozwoju miast Warszawa lutego 2016 roku

EFEKTYWNOŚĆ USUWANIA ZWIĄZKÓW AZOTU I FOSFORU ZE ŚCIEKÓW MLECZARSKICH W REAKTORZE BEZTLENOWYM Z KLATKOWYM SYSTEMEM MIESZANIA

PROJEKTOWANIE DOSTAWY REALIZACJA ROZRUCH

PODSTAWOWE INFORMACJE DOTYCZĄCE WDRAŻANIA INSTALACJI BIOGAZOWYCH W POLSCE

Energia z odpadów komunalnych. Karina Michalska Radosław Ślęzak Anna Kacprzak

3.10 Czyszczenie i konserwacja kanalizacji Kontrola odprowadzania ścieków rzemieślniczo-przemysłowych (podczyszczanie ścieków)

85 Porównanie wydajności produkcji biogazu w procesie fermentacji metanowej wybranych roślin energetycznych

POTENCJAŁ UZYSKU BIOGAZU Z SORGO CUKROWEGO (SORGHUM BICOLOR) ODMIANY RÓD J1052

wynosi przeciętnie od 1000 do 2500 g O 2

PODCZYSZCZANIE ODCIEKÓW SKŁADOWISKOWYCH ZA POMOCĄ CaO

Co możemy zmienić: rola biorafinerii w rozwoju gospodarki cyrkulacyjnej

Projekt centrum paliwowoenergetyczno-chemicznego (CPECH) A.Vogt, S.Jabłoński, H.Kołodziej, J.Fałat, S.Strzelecki, M.Łukaszewicz

TECHNIKI SEPARACYJNE ĆWICZENIE. Temat: Problemy identyfikacji lotnych kwasów tłuszczowych przy zastosowaniu układu GC-MS (SCAN, SIM, indeksy retencji)

OCENA PODATNOŚCI BIOODPADÓW KUCHENNYCH I OSADÓW ŚCIEKOWYCH DO KOFERMENTACJI W WARUNKACH STATYCZNYCH

PODSTAWOWE INFORMACJE DOTYCZĄCE WDRAŻANIA INSTALACJI BIOGAZOWYCH W POLSCE

Oczyszczanie ścieków miejskich w Bydgoszczy

ANALIZA BAZY SUROWCOWEJ DO PRODUKCJI BIOGAZU W POWIECIE STRZELIŃSKIM

Szwedzkie Rozwiązania Gospodarki Biogazem na Oczyszczalniach Ścieków. Dag Lewis-Jonsson

Biogaz i biomasa -energetyczna przyszłość Mazowsza

Osady ściekowe odpad czy surowiec?

ul. Koszykowa 6, Warszawa, Poland tel , fax

Biogazownia w Zabrzu

ILOŚĆ WYTWORZONEGO BIOGAZU PODCZAS FERMENTACJI BEZTLENOWEJ W ZALEŻNOŚCI OD WYSOKOŚCI CHZT W ŚCIEKACH SUROWYCH WYBRANEGO BROWARU

BIOCHEMICZNE ZAPOTRZEBOWANIE TLENU

Transkrypt:

Karolina Kupczyk 1, Marcin Zieliński 2, Marcin Dębowski 3, Dawid Szwarc 4, Magdalena Rokicka 5 Uniwersytet Warmińsko-Mazurski w Olsztynie Efektywność fermentacji metanowej z wykorzystaniem kiszonki kukurydzy i ścieków z toalet chemicznych Wprowadzenie Coraz więcej jachtów pływających po polskich wodach, to jednostki wyposażone w toalety. Chociaż na dużych łodziach instaluje się je już od dawna, stopniowo zaczynają się pojawiać się również na mniejszych jednostkach. Zgodnie z obowiązującymi przepisami nieczystości należy składować i utylizować w wyznaczonych do tego miejscach. Jednostki pływające muszą zatem posiadać zbiorniki, czyli toalety chemiczne. W celu szybkiego rozkładu nieczystości i neutralizacji zapachów stosuje się w nich specjalne preparaty. Toalety chemiczne są najprostsze i najtańsze, gdyż zbiornik znajduje się wewnątrz samej konstrukcji i nie wymaga dodatkowego podprowadzenia pompy i odpływu. Odpowiednie płyny wlewa się do zbiornika i umiejscawia w zbiorniczkach spłukujących. Środki te produkowane są na bazie formaldehydów i charakteryzują się dużą aktywnością bakteriobójczą [3]. Problemem wynikającym z tego rodzaju rozwiązania jest konieczność dość częstego opróżniania zbiornika toalety. Zdarzają się przypadki wylewania zanieczyszczeń bezpośrednio do wód. Jednak większość zanieczyszczeń trafia do wyznaczonych specjalnych miejsc zrzutu, skąd fekalia kierowane są do oczyszczalni ścieków. W okresach letnich przy wzmożonej aktywności turystycznej ilość tych ścieków jest duża i negatywnie wpływa na działalność oczyszczalni ścieków, zaburzając jej funkcjonowanie[3]. W celu odciążenie oczyszczalni, nieczystości pochodzące z toalet chemicznych kierowane są do biogazowni jako substrat do beztlenowego rozkładu materii organicznej. Istnieje wiele zastrzeżeń związanych z tym sposobem utylizacji zanieczyszczeń. W związku z obawą obniżenia sprawność fermentacji uzasadnione wydaje się być podjęcie badań zmierzających do określenia efektywności procesu biodegradacji zanieczyszczeń pochodzących z toalet chemicznych z wykorzystaniem kiszonki kukurydzy. Metodyka badań Przeprowadzone badania dążyły do określenia możliwości prowadzenia procesy fermentacji metanowej w układzie technologicznym biogazowni z wykorzystaniem substratu o nietypowym składzie. Komory fermentacyjne zasilane były kiszonką kukurydzy oraz ściekami pochodzącymi z toalet chemicznych. Wykorzystywana w badaniach kiszonka kukurydzy pochodziła z gospodarstwa rolnego Uniwersytety Warmińsko-Mazurskiego w Olsztynie. Charakterystykę i skład fizyko-chemiczny wykorzystywanej kiszonki kukurydzy zaprezentowano w tabeli 1. 1 Karolina Kupczyk, Uniwersytet Warmińsko-Mazurski w Olsztynie, Katedra Inżynierii Środowiska, Olsztyn, karolina.kupczyk@uwm.edu.pl 2 Marcin Zieliński, Uniwersytet Warmińsko-Mazurski w Olsztynie, Katedra Inżynierii Środowiska, Olsztyn, marcin.zielinski@uwm.edu.pl 3 Marcin Dębowski, Uniwersytet Warmińsko-Mazurski w Olsztynie, Katedra Inżynierii Środowiska, Olsztyn, marcin.debowski@uwm.edu.pl 4 Dawid Szwarc, Uniwersytet Warmińsko-Mazurski w Olsztynie, Katedra Inżynierii Środowiska, Olsztyn, dawid.szwarc@uwm.edu.pl 5 Magdalena Rokicka, Uniwersytet Warmińsko-Mazurski w Olsztynie, Katedra Inżynierii Środowiska, Olsztyn, dawid.szwarc@uwm.edu.pl 9366

Tabela 1. Charakterystyka kiszonki kukurydzy Wskaźnik Jednostka Próba nr Wartość 1 2 3 4 średnia Odchylenie standardowe Sucha masa [%] 28,61 32,92 27,45 31,93 30,22 2,61272 Popiół surowy [% s.m.] 9,84 12,67 11,20 10,33 11,01 1,24137 Substancje organiczne [% s.m. ] 90,16 87,33 88,80 89,67 88,99 1,24137 Azot ogólny [gn/g s.m.] 0,0161 0,0173 0,0159 0,0166 0,0165 0,00062 Azot amonowy [gn-nh4/g s.m.] 0,0017 0,0023 0,0021 0,0019 0,0020 0,00026 Fosfor ogólny [gp/g s.m.] 0,0024 0,0027 0,0024 0,0023 0,0024 0,00017 Białko [g/g s.m.] 0,0952 0,0921 0,0898 0,0907 0,0919 0,00236 Tłuszcz [g/g s.m.] 0,0223 0,0218 0,0241 0,0215 0,0224 0,00116 Włókno surowe [g/g s.m.] 0,1954 0,2018 0,2093 0,1991 0,2014 0,00588 Węglowodany [g/g s.m.] 0,6057 0,5998 0,6025 0,6072 0,6038 0,00331 Gęstość [g/g s.m.] 717,9 743,8 721,3 707,6 722,6 15,25571 Odczyn [g/g s.m.] 4,12 4,10 4,12 4,13 4,11 0,01258 Ścieki wykorzystywane w badaniach pozyskiwano ze stacji zlewnej w stanicy żeglarskiej Korektywa, w miejscowości Piaski. Analizy przeprowadzono dla ścieków z dodatkiem środka Aqua Kem Blue oraz Aqua Kem Green oraz mieszaninę ścieków z dodatkami innych środków stabilizujących. Uzyskane wyniki zaprezentowano w tabeli 2. Tabela 2. Charakterystyka ścieków pochodzących z toalet chemicznych Parametr Jednostka Wartość min. Wartość max. Wartość średnia Odchylenie standardowe Odczyn [ph] 7,31 8,79 8,05 0,74 BZT 5 [mg O 2/dm 3 ] 316 974 645 329,00 ChZT [mg O 2/dm 3 ] 2947 4780 3863,5 916,50 Zawiesiny ogólne [mg/dm 3 ] 481 1319 900 419,00 Azot ogólny [mg N og/dm 3 ] 1943 2408 2175,5 232,50 Azot organiczny [mg N/dm 3 ] 1906 2392 2149 243,00 Azot amonowy [mg N-NH 4/dm 3 ] 47 139 93 46,00 Azot azotanowy [mg N-NO 3/dm 3 ] 1,3 3,16 2,23 0,93 Azot azotynowy [mg N-NO 2/dm 3 ] 0 0,12 0,06 0,06 Fosfor ogólny [mg P og/dm 3 ] 141 263 202 61,00 Ortofosforany [mg P-PO 4/dm 3 ] 96 162 129 33,00 Sucha pozostałość [mg/dm 3 ] 10,2 14,7 12,45 2,25 Subst. rozpuszczone [mg/dm 3 ] 9,03 11,07 10,05 1,02 Mineralne subst. rozp. [mg/dm 3 ] 5,01 6,07 5,54 0,53 Pozostałość po prażeniu [mg/dm 3 ] 2,41 4,59 3,5 1,09 Chlorki [mgcl - /dm 3 ] 512 636 574 62,00 Siarczany [mgso 4/dm 3 ] 0,27 0,51 0,39 0,12 Tłuszcze [mg/dm 3 ] 148 221 184,5 51,62 Osad beztlenowy stanowiący inokulum eksploatowanych w eksperymentach reaktorów beztlenowych pochodził z zamkniętych komór fermentacyjnych Miejskiej Oczyszczalni Ścieków Łyna w Olsztynie. Charakterystykę osadu stosowanego w badaniach zaprezentowano w tabeli 3. 9367

Tabela 3. Charakterystyka osadu beztlenowego Parametr Jednostka Wartość min. Wartość max. Wartość średnia Odchylenie standardowe Odczyn [ph] 7,89 8,08 7,98 0,10 Uwodnienie [%] 97,40 98,10 97,75 0,49 Sucha masa [%] 1,90 2,60 2,25 0,31 Substancje lotne [% s.m.] 47,32 51,04 49,18 2,63 Popiół [% s.m.] 48,96 52,68 50,82 1,86 CSK [s] 466 479 472,5 9,2 ChZT odcieku [mg O 2/dm 3 ] 736 752,8 744,4 11,9 OWO odcieku [mg /dm 3 ] 413,95 681,45 547,7 189,15 Eksperyment zostały podzielony na siedem serii. Kryterium podziału była ilość ścieków pochodzących z toalet chemicznych wykorzystywanych do uwodnienia kiszonki kukurydzy. We wszystkich seriach kiszonka kukurydzy była wstępnie homogenizowana i uwadniana do 90% za pomocą mieszaniny wody wodociągowej i ścieków. seria I kiszonka kukurydzy (100% woda, 0% ścieki), 100/0 seria II kiszonka kukurydzy (80% woda, 20% ścieki), 80/20 seria III kiszonka kukurydzy (65% woda, 35% ścieki), 65/35 seria IV kiszonka kukurydzy (50% woda, 50% ścieki), 50/50 seria V kiszonka kukurydzy (35% woda, 65% ścieki), 35/65 seria VI kiszonka kukurydzy (20% woda, 80% ścieki), 20/80 seria VII kiszonka kukurydzy (0% woda, 100% ścieki), 0/100 W zależności od wariantu technologicznego stosowano wielkości obciążenia objętości reaktora ładunkiem substancji organicznej na poziomie: wariant 1 1,0 kg s.m.o./m 3 d wariant 2 2,0 kg s.m.o./m 3 d wariant 3 3,0 kg s.m.o./m 3 d Badania przeprowadzono z wykorzystaniem zestawów respirometrycznych Oxi-Top firmy WTW, które składały się ze zbiorników reakcyjnych ściśle połączone z główkami pomiarowymi. Metoda ta pozwoliła na określanie aktywności beztlenowej osadu, podatności badanych ścieków na biodegradację, jak również określenie ilości i składu wytwarzanych gazów. Urządzenie odczytywało zmiany ciśnienia cząstkowego w zbiorniku pomiarowym wywoływane podczas produkcji biogazu w procesach beztlenowych prowadzonych przez mikroflorę bakterii. W każdej z serii eksperymentalnej wprowadzano do zbiorników fermentacyjnych 200 cm 3 beztlenowego osadu ze średnim stężeniem zawiesiny osiągającym 22,5 g s.m.o./dm 3. Pomiary przeprowadzano w temperaturze 35 C w przeciągu 20 dni. Wyniki analiz respirometrycznych zastosowano w celu określenia szybkości procesu produkcji biogazu. W celu uzyskania warunków beztlenowych, na początku eksperymentu objętości reaktora wraz z zawartością przedmuchiwano azotem. Kompletny zestaw pomiarowy umieszczany był w specjalnej szafie termostatycznej. Czas pomiaru wynosił 20 d, a wartości ciśnienia w zbiorniku reakcyjnym rejestrowano co 15 minut. Zawartość reaktora była okresowo mieszana za pomocą mieszadła magnetycznego. Częstotliwość mieszania wynosiła 10 minut trzy razy dziennie. Analizę statystyczną uzyskanych wyników wykonano w oparciu o pakiet STATISTICA. Weryfikację hipotezy dotyczącej rozkładu każdej badanej zmiennej określono na podstawie testu W Shapiro Wilka. W celu stwierdzenia istotności różnic między zmiennymi przeprowadzono jednoczynnikową analizę wariancji (ANOVA). Sprawdzenia jednorodności wariancji w grupach dokonano z wykorzystaniem testu Levene a. W celu określenia istotności różnic między analizowanymi zmiennymi zastosowano test RIR Tukeya. W testach przyjęto poziom istotności = 0,05. 9368

Wyniki i dyskusja W prowadzonych badaniach w warunkach statycznych kiszonkę kukurydzy uwadniano wodą wodociągową i ściekami pochodzącymi z toalet chemicznych, które zawierały mieszaninę różnych stabilizatorów chemicznych. Największą produkcję biogazu jak i udział metanu w mieszaninie odnotowano w serii I z wykorzystaniem wyłącznie wody wodociągowej. Obciążenie reaktorów ładunkiem substancji organicznej na poziomie 1,0 kg s.m.o./m 3 d w serii II umożliwiło osiągnięcie wydajności produkcji biogazu na poziomie 568 cm3/g s.m.o, szybkości reakcji na poziomie 8,94 [cm 3 /g s.m.o. h], i stężenia metanu w fazie gazowej - 64,0% (Tabela 4). Zwiększenie obciążenia do 2,0 kg s.m.o./m 3 d i 3,0 kg s.m.o./m 3 d spowodowało spadek produkcji biogazu oraz średniej zawartości metanu do 62 i 57 % w kolejnych wariantach (tabela 4). Amon i inni prowadzili badania nad procesem fermentacji różnych rodzajów biomasy. Badali między innymi kukurydzę, pszenicę, pszenżyto, żyto, słoneczniki oraz użytki zielone. Najwyższe uzyski metanu otrzymali z fermentacji kukurydzy ok. 7500-10000 m3/ha a [1]. Istotnie niższe ilości wytwarzanego biogazu oraz obniżoną zawartość metanu odnotowano w serii III, gdzie kiszonkę kukurydzy uwodniono mieszaniną zawierających 65% wody i 35%.W tym rozwiązaniu technologicznym, obciążenie objętości zbiornika beztlenowego związkami organicznymi na poziomie 1,0 kg s.m.o. / m 3 d miało pośredni wpływ na produkcję biogazu, która wynosiła 512 cm 3 /g s.m.o, przy stężeniu metanu w biogazie ok. 60,0%.Szybkość reakcji w tym wariancie eksperymentalnym osiągnęła 7,79 [cm 3 /g s.m.o. h] (tabela 4). W kolejnych wariantach produkcja biogazu jak i procentowy udział po 20 dniach inkubacji malały wraz ze zwiększanym obciążeniem. W serii IV eksperymentu, ilość ścieków stosowanych w procesie hydratacji, zwiększono do 50% w stosunku do wody wodociągowej. Gorsze wyniki odnotowano zarówno w ilości jak i składzie biogazu. W przypadku wariantu 1w porównaniu do układu kontrolnego jednostkowa ilość powstającego biogazu spadła do 468 [cm 3 /g s.m.o.], a zawartości metanu w biogazie wynosiła 57,0%. Szybkość procesu produkcji biogazu wynikająca z beztlenowego rozkładu stanowiła 7,23 [cm 3 /g s.m.o. h] (Tabela 4). Zwiększenie obciążenia do 2,0 kg s.m.o./m 3 d spowodowało zmniejszenie wydajności konwersji substratu do metabolitów gazowych. Wydajność produkcji biogazu obserwowane w tym przypadku stanowiła 421 cm 3 /g s.m.o, a zawartość metanu w fazie gazowej była na poziomie 49,0%. W trzecim wariancie efekty końcowe fermentacji metanowej były następujące: wydajność produkcji biogazu - 405 cm 3 /g s.m.o, tempo produkcji biogazu - 5,86 [cm 3 /g s.m.o. h],stężenie metanu - 47,0% (tabela 4). Dalszy wzrost ilości ścieków pochodzących z toalet chemicznych wykorzystywanych do uwodnienia kiszonki kukurydzy spowodował kolejny spadek wydajności procesu fermentacji metanowej. Zarówno w serii V jak i VI ilość biogazu w przeliczeniu na jednostkę masy organicznej zmniejszała się wraz ze zwiększeniem obciążenia i w przypadku wariantu 3 wynosiła odpowiednio 360 i 330 cm 3 /g s.m.o. Zawartość biometanu w gazie produkowanym ze ścieków stanowiła 40 i 35% (tabela 4). Najniższą produkcję biogazu odnotowano w serii VII, gdzie kiszonkę kukurydzy uwodniono tylko ściekami pochodzącymi z utylizacji odpadów. W tym rozwiązaniu technicznym, przy obciążeniu związkami organicznymi na poziomie 1,0 kg s.m.o /m 3 d produkcja biogazu wynosiła zaledwie 348 cm 3 /g s.m.o., a zawartości metanu w biogazie sięgała tylko 38,0%. Szybkość reakcji w tym wariancie eksperymentalnym wynosiła 6,23 [cm 3 /g s.m.o. h]. Wraz ze zwiększeniem obciążenia reaktora, ilość powstającego biogazu spadała do 321 cm 3 /g s.m.o w wariancie 2 i 309 cm 3 /g s.m.o w wariancie 3. (tabela 4).Skład powstającego biogazu zmieniał się również w zależności od prowadzonego wariantu. Kiszonka z kukurydzy jest obecnie głównym substratem roślinnym do pozyskiwania biogazu w biogazowniach rolniczych [2]. Jednakże ze względu na rosnące koszty jej pozyskiwania oraz konkurencyjność wykorzystania kukurydzy na cele paszowe i żywieniowe, zachodzi konieczność poszukiwania alternatywnych rodzajów biomasy oraz odpadów pochodzenia roślinnego i z przemysłu przetwórczego do wykorzystania w procesach fermentacji beztlenowej w biogazowniach rolniczych. 9369

Svedelius R. uważa, że recykling zamknięty powinien być stosowany do wykorzystania bioenergii i pierwiastków chemicznych tj. roślinnych składników odżywczych, które są pozostałością w fekaliach. W ten sposób nastąpi ograniczenie zastosowania nawozów sztucznych. Odchody ludzkie będą przetwarzane w biogazowniach w celu zapobiegania wpływowi potencjalnie toksycznych substancji chemicznych na oczyszczalnie ścieków [5]. Panyadee S. i in. wykorzystywali do produkcji biogazu Phyllanthus Emblica. Badacze stwierdzili, że wykorzystanie jako substratu tylko pozostałości Phyllanthus Emblica, nie jest przydatne do produkcji biogazu, ponieważ zwykle resztki te zawierają taniny, czyli metanogenne inhibitory. Wykazano, że dopiero w połączeniu z odpadami żywnościowymi istnieje możliwość przeprowadzenia wydajnego procesu fermentacji metanowej. Badacze udowodnili, że zastosowanie ko-substratu skutkowało wyższą wydajnością biogazu o 22% przy czasie zatrzymania 30 dni [4]. Wu i inni w swoich badaniach jako substratu używali łodyg kukurydzy, słomy owsa oraz słomy pszenicy. Współfermentowanie następowało z obornikiem pochodzącym od trzody chlewnej. Przeprowadzone badania wykazały, iż najlepszym surowcem okazały się łodygi kukurydzy. Ilość wytwarzanego biogazu naukowcy osiągali na poziomie 12 dm3/d, gdzie procentowy udział metanu wynosił 68% [6]. Parametr produkcja biogazu Tabela 4. Wyniki przeprowadzonych analiz respirometrycznych Jednostka [cm 3 /g s.m.o] 100/0 80/20 65/35 W 1 W 2 W 3 W 1 W 2 W 3 W 1 W 2 W 3 582 560 537 568 539 501 512 489 459 ilość CH 4 [%] 67 65 61 64 62 57 60 54 51 ilość CO 2 [%] 33 35 39 36 38 43 40 46 49 szybkość reakcji [cm 3 /g s.m.o. h] produkcja biogazu [cm 3 /g s.m.o] 9,96 8,21 8,02 8,94 7,68 7,13 7,79 7,05 6,56 50/50 35/65 20/80 W1 W 2 W 3 W 1 W 2 W 3 W 1 W 2 W 3 468 421 405 405 387 360 373 354 330 ilość CH 4 [%] 57 49 47 52 42 40 46 38 35 ilość CO 2 [%] 43 51 53 48 58 60 54 62 65 szybkość reakcji [cm 3 /g s.m.o. h] produkcja biogazu [cm 3 /g s.m.o] 7,23 6,57 5,86 7,01 6,12 5,09 6,89 5,84 4,66 0/100 W 1 W 2 W 3 348 321 309 ilość CH 4 [%] 38 35 30 ilość CO 2 [%] 62 65 70 szybkość reakcji [cm 3 /g s.m.o. h] 6,23 5,55 4,12 Podsumowanie W trakcie przeprowadzonych eksperymentów stwierdzono, iż istnieje możliwość wykorzystania ścieków pochodzących z toalet chemicznych jako ko-substratu w procesie fermentacji metanowej biomasy roślinnej. Badania wykazały, że tylko niewielkie dawki ścieków pochodzących z toalet chemicznych nie wpływają istotnie na proces fermentacji metanowej. Wykorzystując najniższy udział ścieków, czyli 20% do uwodnienia kiszonki kukurydzy nie odnotowuje się znacznego obniżenia wydajności procesu. Kolejne 9370

testowane dawki wynoszące 35%,50%,65%, 80% i 100% powodowało hamowanie procesu wytwarzania biogazu i wydajnego rozkładu substancji organicznych. Najwyższą ilość i najlepszy skład jakościowy biogazu zanotowano w każdej z serii w przypadku wariantu 1. W wariancie tym ładunek związków organicznych wynosił 1,0 kg s.m.o /m 3 d. Najniższe efekty końcowe uzyskano w wariancie, gdzie wartość tego parametru technologicznego była na poziomie 3,0 kg s.m.o /m 3 d. Streszczenie Doświadczenie przeprowadzone w warunkach statycznych wykazało, że zastosowanie ścieków pochodzących z płynnych stacji unieszkodliwiania toaletach chemicznych w procesie hydratacji kiszonki kukurydzy miało pośredni wpływ na znaczne zmniejszenie efektywności procesu fermentacji metanowej. W procesie hydratacji substratu organicznego, stosowanie 20% ścieków w całkowitej objętości cieczy niezbędnej do osiągnięcia pożądanego poziomu wilgotności nie wpływało istotnie na natężenie produkcji biogazu i zawartości metanu w biogazie. Zwiększenie dawki ścieków w procesie uwodnienia do 35%, 50%, 60%, 80% i 100% miało bezpośredni wpływ na redukcję efektów końcowych procesu. W przypadku wykorzystania ścieków pochodzących z toalet chemicznych jako składnika stosowanego w procesie hydratacji proces fermentacji kiszonki kukurydzy hamowany. Wyniki uzyskane w badaniu wskazują na możliwości stosowania ścieków z toalet chemicznych jako ko-substratu jednak w niewielkich ilościach. Słowa kluczowe: biogaz, fermentacja metanowa, ścieki pochodzące z toalet chemicznych, kiszonka kukurydzy EFFECT OF WASTEWATERS FROM CHEMICAL TOILETS ON TECHNOLOGICAL EF- FECTIVENESS OF MAIZE SILAGE FERMENTATION Abstract Experiments conducted under static conditions proved that the use of sewage originating from the liquid wastes disposal stations for chemical toilets in the process of maize silage hydration had an intermediate effect on a significant reduction of the effectiveness of methane fermentation process. In the process of hydration of an organic substrate, the use of 20% waste to the total volume of liquid needed to achieve the desired moisture level did not significantly affect the production rate of biogas and methane content of the biogas. Increasing the dose of waste water in the hydration to 35%, 50%, 60%, 80% and 100% had a direct impact on reducing the effects of the final effects of the process. In the case of applying sewages originating from chemical toilets as a component of the liquid used in the hydration process, analyses confirmed the inhibited effectiveness of maize silage fermentation. The highest quantity and the best qualitative composition of biogas produced was noted in the variants where the loading of anaerobic reactors with a feedstock of organic compounds reached 1.0 kg o.d.m./m 3 d. By contrast, the poorest final effects were achieved in the variant where the value of this technological parameter was at a level of 3.0 kg o.d.m /m 3 d. Keywords: biogas, methane fermentation, wastewaters from chemical toilets, maize silage 9371

Literatura [1] Amon T., Amon B., Kryvoruchko V., Machmu Ller A., Hopfner-Sixt K., Bodiroza V., Hrbek R., Friedel J., Potsch E., Wagentristl H., Schreiner M., Zollitsch W.: Methane production through anaerobic digestion of various energy crops grown in sustainable crop rotations, Biore. Technol., 98/2007, pp. 3204-3212. [2] Fugol M., Szlachta J.: Zasadność używania kiszonki z kukurydzy i gnojowicy świńskiej do produkcji biogazu, Inżynieria Rolnicza 2010/119, s. 169-174. [3] Janczukowicz W., Krzemieniewski M., Pesta J., Nagórska E.: Charakterystyka ilościowo-jakościowa ścieków powstających na pokładach jachtów pływających na szlaku Wielkich Jezior Mazurskich, Zeszyty Naukowe Politechniki Białostockiej. Inżynieria Środowiska. 15/2001, s. 167-175. [4] Panyadee S, Petiraksakul A., Phalakornkule Ch.: Biogas production from co-digestion of Phyllanthus emblica residues and food waste, Energy for Sustainable Development, 17(5)/2013, pp 515 520. [5] Svedelius R.: Upgrading of anaerobic digestion of waste activated sludge by ultrasonic pretreatment, Bioresource Technol. 68/2000, pp. 329 36 [6] Wu X., Yao W., Zhu J., Miller C.: Biogas and CH4 productivity by codigesting swine manure with three crop residues as an external carbon source, Biosresource Technology 101/2010, pp. 4042-4047. [7] Wu X., Yao W., Zhu J., Miller C.: Biogas and CH4 productivity by codigesting swine manure with three crop residues as an external carbon source, Biosresource Technology 101/2010, pp. 4042-4047. Podziękowania Badania prowadzono w ramach Projektu Kluczowego nr POIG.01.01.02-00-016/08: Modelowe kompleksy agroenergetyczne jako przykład kogeneracji rozproszonej opartej na lokalnych i odnawialnych źródłach energii. Projekt finansowany w ramach PO Innowacyjna Gospodarka. 9372