ΑΝΑΕΡΟΒΙΑ ΣΥΝΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ ΑΓΡΟΤΟΒΙΟΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΑΠΟΒΛΗΤΩΝ ΜΕ ΠΕΡΙΣΣΕΙΑ ΙΛΥ ΒΙΟΛΟΓΙΚΩΝ ΚΑΘΑΡΙΣΜΩΝ

Transcript

1 ΗΜΟΚΡΙΤΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΡΑΚΗΣ ΤΜΗΜΑ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΟΣ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΚΑΙ ΙΑΧΕΙΡΙΣΗΣ ΥΓΡΩΝ ΑΠΟΒΛΗΤΩΝ ΑΝΑΕΡΟΒΙΑ ΣΥΝΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ ΑΓΡΟΤΟΒΙΟΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΑΠΟΒΛΗΤΩΝ ΜΕ ΠΕΡΙΣΣΕΙΑ ΙΛΥ ΒΙΟΛΟΓΙΚΩΝ ΚΑΘΑΡΙΣΜΩΝ

2 Εισαγωγή Κατάτην την αερόβια βιολογική επεξεργασία υγρών αποβλήτων, προκύπτουν και στερεά κατάλοιπα, τα οποία αποτελούνται από πρωτογενή (κατεξοχήν κοπρανώδη συστατικά) και δευτερογενή (βιοµάζα) ιλύ. Hιλύς λόγω του όγκου και της σύνθεσής της (βαρέα µέταλλα, παθογόνοι µικροοργανισµοί κ.ά.), δηµιουργεί προβλήµατα τελικής διάθεσης και καθίσταται αναγκαία η επεξεργασία της.

3 Σύνθεση ιλύος ΕΞΑΜΕΝΗ ΑΕΡΙΣΜΟΥ CΟ 2 ΕΙΣΡΟΗ ΟΡΓΑΝΙΚΑ ΣΥΣΤΑΤΙΚΑ (BOD 5 ) ΣΥΝΘΕΣΗΝΕΑΣ ΒΙΟΜΑΖΑΣ (ΙΛΥΟΣ) ΕΚΡΟΗ + O 2 ΚΑΤΑΒΟΛΙΣΜΟΣ CO 2, H 2 O, PO 4 3-, NO 3, SO 4 2- MΗ ΑΠΟΙΚΟ ΟΜΗΣΙΜΑ + ΑΝΟΡΓΑΝΑ ΣΥΣΤΑΤΙΚΑ ΑΝΑΚΥΚΛΟΦΟΡΙΑ ΙΛΥΟΣ Ο 2 Ο 2 Ο 2

4 Επεξεργασία ιλύος 1,E+02 m 3 *PE -1 *yr ,5 (CO 2 /N 2 ) kg*pe -1 *yr m 3 *PE -1 *yr -1 1,E+01 1,E+00 1 ΑΦΥ ΑΤΩΣΗ ΙΛΥΟΣ ΞΗΡΑΝΣΗ ΙΛΥΟΣ 0,2 1,E-01 21,9 kg*pe -1 *yr -1 1,E-02 0,003 1,E-03 69,4 kg*pe -1 *yr -1 69,4 31,0 31,0 31,0 kg*pe -1 *yr -1

5 K.R Imhoff (1930) Τα περισσότερα προβλήµατα δηµιουργεί η ιλύς των βιολογικών µονάδων επεξεργασίας λυµάτων. Αποτελεί µεν στην αρχική της µορφή, ως προϊόν καθίζησης, µόλις το 1% της επεξεργασµένης ποσότητας νερού, δηµιουργεί όµως 30% του κόστους επεξεργασίας του λύµατος και, ακόµα χειρότερα, το 90% των πονοκεφάλων

6 Αναερόβια χώνευση Ηαναερόβια επεξεργασία παχυµένης ενεργού ιλύος εφαρµόζεται για: σταθεροποίηση µέσω αποικοδόµησης των πτητικών συστατικών καταστροφή παθογόνων µικροοργανισµών παραγωγή βιοαερίου (ενεργειακά αυτάρκης διαδικασία) ΣΤΟΧΟΣ Η υψηλότερη (βέλτιστη) εκµετάλλευση υπαρχόντων µονάδων αναερόβιων χωνευτών ενεργού ιλύος ως προς την ενεργειακή παραγωγή σε µορφή βιοαερίου (CH 4 / C0 2 ). Η ευρύτερη εφαρµογή αναερόβιων συστηµάτων για παραγωγή ενέργειας (δεδοµένων των αµετάτρεπτα υψηλών τιµών πετρελαίου) από µεικτά υποστρώµατα ενεργού ιλύος µε υγρά απόβλητα: βιοµηχανίας τροφίµων σφαγείων ελαιουργείων κατάλοιπα παραγωγής βιο-ντίζελ κ.λ.π

7 Υλοποίηση Η αναερόβια χώνευση της απορριπτόµενης ενεργού ιλύος σε συνεπεξεργασία µε αγροτοβιοµηχανικά υγρά απόβλητα πραγµατοποιείται σε δύο συστήµατα αντιδραστήρων συνεχούς λειτουργίας. Αναερόβιαχώνευση σε συστοιχία δύο αντιδραστήρων V=40L και 60L αντίστοιχα Αναερόβιαχώνευση σε σύστηµα ενός σταδίου V=45L Acid Biogas Acid Biogas QIC QIC TI TI Influent M M LC LC Efluent M

8 Υλοποίηση Κάθε αντιδραστήρας περιλαµβάνει Υδατόλουτρο για σταθερή θερµοκρασία στους 37OC Ελεγκτή στάθµης Γκαζόµετρο για µέτρηση του παραγόµενου βιοαερίου Ρυθµιστή για σταθερή τιµή του ph= (προσθήκη 2Ν ΝaΟΗ) Biogas Acid Biogas Acid QIC QIC TI Influent TI M M LC LC Efluent M

9 Υλοποίηση Συνεπεξεργασία ιλύος µε δύο είδη αγροτοβιοµηχανικών υγρών αποβλήτων Απόβλητο ελαιοτριβείου Γλυκερίνη (κατάλοιπο κατά τη διαδικασία παραγωγής biodiesel)

10 Συνεπεξεργασία ιλύος µε απόβλητο ελαιοτριβείου Ποσοστότου του ελαιουργικού αποβλήτου στο µίγµα µε την παχυµένη ιλύ 30%. Χρόνοι παραµονής 11d 12.3d 14d 16.4d 19.7d Παράµετροι ελέγχου Βιοαέριο (και σύνθεση του) Υδρογόνο ιαλυτό και ολικό COD Ολικά και πτητικά στερεά Πρωτεΐνες Αµµωνιακό άζωτο ΤΚΝ Μικροµοριακά λιπαρά οξέα

11 Συνεπεξεργασία ιλύος µε απόβλητο ελαιοτριβείου Χρήσηυπερήχων µε συσκευή Sonoblock sb της εταιρίας Bandelin για ενίσχυση της βιοαποικοδοµησιµότητας της ιλύος και βελτιστοποίηση του βήµατος της υδρόλυσης. Ενσωµάτωση της συγκεκριµένης µηχανικής µεθόδου επεξεργασίας µεταξύ των δύο σταδίων

12 Συνεπεξεργασία ιλύος µε απόβλητο γλυκερίνης Ποσοστότου του αποβλήτου γλυκερίνης (αραιωµένο κατά 10 φορές) στο µίγµα µε την παχυµένη ιλύ 20% 30% 40% Παράµετροι ελέγχου Βιοαέριο (και σύνθεση του) Χρόνοι παραµονής Υδρογόνο 11d ιαλυτό και ολικό COD 12.3d Ολικά και πτητικά στερεά 14d Πρωτεΐνες 16.4d Αµµωνιακό άζωτο 19.7d ΤΚΝ Μικροµοριακά λιπαρά οξέα

13 Αποτελέσµατα Συστοιχία ογκοµετρικός ρυθµός παραγωγής µεθανίου µεταξύ 0.4 και 0.55 LCH 4 /L_d % αποµάκρυνση COD 38-71% 1 απόβλητο ελαιοτριβείου-cascade-30% 100 0,9 90 LCH4/L_d 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 58 0,55 0, , , COD removal [%] 0,2 0,1 volumetric methane production rate COD removal %] , ,4 19,7 τ [d] 0

14 Αποτελέσµατα Σύστηµα ενός σταδίου ογκοµετρικός ρυθµός παραγωγής µεθανίου µεταξύ 0.26 και 0.43 LCH 4 /L_d (~20% µικρότερος από τον αντίστοιχο της συστοιχίας) % αποµάκρυνση COD 36-72% 1 απόβλητο ελαιοτριβείου- single-30% 100 0,9 90 LCH4/L_d 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 36,04 0,34 0,43 61,98 0,34 67,92 72,29 0, COD removal [%] 0,1 0 volumetric methane production rate COD removal [%] 12,3 14 τ [d] 16,4 19,7 10 0

15 Αποτελέσµατα Συστοιχία ογκοµετρικός ρυθµός παραγωγής µεθανίου µεταξύ 0.58 και 0.94 LCH 4 /L_d % αποµάκρυνση COD 88-96% LCH4/L_d 1 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,94 87,94 glycerol- cascade-20% 0,81 93,96 0,72 93,43 95,66 0, COD removal [%] 0,2 0,1 volumetric methane production rate COD removal [%] ,3 14 τ [d] 16,4 19,7 0

16 Αποτελέσµατα Σύστηµα ενός σταδίου ογκοµετρικός ρυθµός παραγωγής µεθανίου µεταξύ 0.54 και 0.73 LCH 4 /L_d % αποµάκρυνση COD >93% LCH4/L_d 1,0 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,73 93,22 glycerol- single-20% 0,65 95,23 0,59 94,65 0,54 96, COD removal [%] 0,2 0,1 volumetric methane production rate COD removal [%] ,0 12,3 14 τ [d] 16,4 19,7 0

17 Αποτελέσµατα Συστοιχία ογκοµετρικός ρυθµός παραγωγής µεθανίου µεταξύ 0.66 και 1.07 LCH 4 /L_d % αποµάκρυνση COD 90-98% 1,2 1,0 1,07 90,12 glycerol-cascade 30% 1,07 96,00 96,85 98, LCH4/L_d 0,8 0,6 0,4 0,2 0,0 0,75 0,66 volumetric methane production rate COD removal [%] 12, ,4 19,7 τ [d] COD removal [%]

18 Αποτελέσµατα Σύστηµα ενός σταδίου ογκοµετρικός ρυθµός παραγωγής µεθανίου µεταξύ 0.76 και 1.11 LCH 4 /L_d % αποµάκρυνση COD >93% LCH4/L_d 1,0 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,73 93,22 glycerol- single-20% 0,65 95,23 0,59 94,65 0,54 96, COD removal [%] 0,2 0,1 volumetric methane production rate COD removal [%] ,0 12,3 14 τ [d] 16,4 19,7 0

19 Σύγκριση υποστρωµάτων cascade 30%-ελαιουργικό 30%- γλυκερίνη biogas [/d] ,3 14 τ [d] 16,4 19,7

20 Παράδειγµα εφαρµογής Γιαµια µονάδα δυναµικότητας 300 m 3 την ηµέρα Απόβλητογλυκερίνης Για Q=300m 3 /d 4500m 3 CH MJ 45000kWh 4500L L diesel Aν το 50% του θερµικού δυναµικού χρησιµοποιηθεί για θέρµανση (=81x10 kj) το 30% µετατραπεί σε ηλεκτρική ενέργεια (=13500 kwh) ) και γνωρίζοντας ότι ένα σπίτι 5 ατόµων καταναλώνει 15 kwh/d τότε καλύπτεται η ηλεκτρική απαίτηση 900 σπιτιών!

21 Παράδειγµα εφαρµογής Γιαµια µονάδα δυναµικότητας 300 m 3 την ηµέρα Απόβλητο ελαιοτριβείου Για Q=300m 3 /d 2250m 3 CH MJ 22500kWh 2250Ldiesel250Ldiesel Aν το 50% του θερµικού δυναµικού χρησιµοποιηθεί για θέρµανση (=40x10 6 kj) το 30% µετατραπεί σε ηλεκτρική ενέργεια (=6750 kwh) ) και γνωρίζοντας ότι ένα σπίτι 5 ατόµων καταναλώνει 15 kwh/d τότε καλύπτεται η ηλεκτρική απαίτηση 450 σπιτιών!

22 Συµπεράσµατα Η αναερόβια συνεπεξεργασία της ιλύος µε αγροτοβιοµηχανικά υγρά απόβλητα παρέχει υψηλή ενεργειακή ανάκτηση (µε τη µορφή βιοαερίου) Το µίγµα της ιλύος µε τη γλυκερίνη αποτελεί καλύτερο υπόστρωµα και επιφέρει καλύτερα αποτελέσµατα στην παραγωγή του βιοαερίου στην αποικοδόµηση του χηµικά απαιτούµενου οξυγόνου. Το σύστηµα της συστοιχίας έχει υπεροχή ως προς την παραγωγή του βιοαερίου δεν διαφέρει στην αποµάκρυνση των οργανικών συστατικών

23 Το έργο µε τίτλο Ολοκληρωµένη ιαχείριση Ιλύος από Εγκαταστάσεις Επεξεργασίας Λυµάτων και Επεξεργασία Υγρών Αποβλήτων µε Φυσικά Συστήµατα υλοποιείται στο πλαίσιο του Επιχειρησιακού Προγράµµατος Ανατολικής Μακεδονίας και Θράκης και συγχρηµατοδοτείται από το Ευρωπαϊκό Ταµείο Περιφερειακής Ανάπτυξης και την Περιφέρεια Ανατολικής Μακεδονίας και Θράκης µε τελικό δικαιούχο τη Γενική Γραµµατεία Έρευνας και Τεχνολογίας.