WP4 - DIGESTATE USE dr inż. Katarzyna A. Ronewicz Gdańsk 2016
Podzadania Subtasks 4.1. Inventory of experiences with digestate appliction 4.2. Analysis of digestate use from Testing no.1 4.3. Analysis of digestate use from Testing no.2 4.4. Analysis of digestate use from Testing no.3 4.5. Socioeconomic analysis of the digestate use from different alternatives Zbiorniki pofermentu: otwarty i zamknięty http://www.lubanski.eu/smierdzacy-interes/
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 (100-500mg 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 (100-500mg 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.
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
Ocena rolniczej przydatności pofermentu Assessment of the agricultural potential of digestate
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).
Ocena przydatności pofermentu w rolnictwie Assessment of the agricultural potential of digestate Życica wielokwiatowa / Lolium multiflorum www.pl.wikipedia.org/wiki/życica_wielokwiatowa Pomidor Tukan F1 / Tukan F1 Tomato http://www.tvr24.pl/
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 www.pl.wikipedia.org/wiki/życica_wielokwiatowa
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. http://www.tvr24.pl/
WYNIKI RESULTS Życica wielokwiatowa / Lolium multiflorum Przyrosty suchej masy w zależności od ilości podawanego pofermentu Biomass growth for different digestate doses
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
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 14 120 12 10 8 6 4 2 100 80 60 40 20 0 Próba kontrolna Dawka 25% Dawka 50% Dawka 100% Surowy poferment 0 Próba kontrolna Dawka 25% Dawka 50% Dawka 100% Surowy poferment 1800 1600 1400 1200 1000 800 600 400 200 0 Próba kontrolna Dawka 25% Dawka 50% Dawka 100% Surowy poferment
Odzysk nutrientów Nutrients removal and recovery
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
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
USUWANIE I ODZYSK ZWIĄZKÓW BIOGENNYCH P. Kowal, J. Majtacz, H. Al-Hazmi, A. Tuszyńska, K. Czerwionka, J. Mąkinia
Wprowadzenie Charakterystyka składu odcieków Potrzeba zagospodarowania odcieków Metody intensyfikacji procesu usuwania azotu Metody odzysku fosforu Zintegrowana technologia usuwania azotu i odzysku fosforu
Charakterystyka odcieków z beztlenowej fermentacji osadów Wskaźnik Jednostka Odcieki z układu pilotowego Odcieki z oczyszczalni Gdańsk Gdynia Słupsk ChZT g O 2 /m 3 2 600 990 550 500 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 3 900 880 650 780 P og g P/m 3 11 202 300 202
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
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 250-500 dm 3 I Pełna automatyka (dopływ i odpływ ścieków, regulacja temperatury, stężenia tlenu i ph)
Przykładowe wyniki pomiarów skala laboratoryjna (1 doba) N, concentration, g N/m 3 40 32 24 16 8 Nitrification phase Denitrification phase 500 400 300 200 100 COD, g O 2 /m 3 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 Time, h 0 - COD - N-NH 4 + - N-NO - 3 - N-NO - 2;
Przykładowe wyniki pomiarów skala laboratoryjna (20 doba) N, concentration, g N/m 3 40 32 24 16 8 Nitrification phase Denitrification phase 500 400 300 200 100 COD, g O 2 /m 3 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 Time, h - COD - N-NH 4 + - N-NO - 3 - N-NO - 2; 0
Przykładowe wyniki pomiarów skala pilotowa (20 doba) N, concentration, g N/m 3 40 32 24 16 8 Nitrification phase Denitrification phase 500 400 300 200 100 COD, g O 2 /m 3 0 0 1 2 3 4 0 Time, h - COD - N-NH + 4 - N-NO - 3 - N-NO - 2;
Podsumowanie wyników pomiarów zmiana szybkości nitryfikacji i denitryfikacji Szybkość nitryfikacji Szybkość denitryfikacji
Podsumowanie wyników pomiarów zmiana szybkości nitryfikacji i denitryfikacji Szybkość denitryfikacji I seria Szybkość denitryfikacji II seria
Porównanie właściwości sedymentacyjnych osadu przy różnych ZŹW etanol oleje fuzlowe
Możliwości odzysku fosforu z odcieków Mg 2+ + NH 4 + + PO 4 3 + 6H 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 www.kemipol.com.pl wawa-tech.pl phosphorusplatform.eu
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
Dawka magnezu, mg Mg/l Wyniki badań struwit wytworzony w warunkach laboratoryjnych Związek magnezu MgCl 2 MgSO 4 50 110
Efektywność usuwania PO 4 -P i NH 4 -N w trakcie strącania struwitu w warunkach laboratoryjnych MgCl 2 MgSO 4
Schemat instalacji do strącania struwitu Do reaktora SBR (usuwanie N) www.hazenandsawyer.com
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