CZ306188B6

CZ306188B6 - Způsob čištění fugátu z bioplynových stanic a zařízení pro provádění tohoto způsobu

Info

Publication number: CZ306188B6
Application number: CZ2015-394A
Authority: CZ
Original assignee: Zemědělský výzkum,spol. s r.o.; agriKomp Bohemia s.r.o.
Priority date: 2015-06-11
Filing date: 2015-06-11
Publication date: 2016-09-14
Also published as: CZ2015394A3

Abstract

Způsob čištění fugátu z bioplynových stanic obsahuje následující kroky: - zředění fugátu vodou, přičemž fugát o obsahu sušiny 6,5 až 7,5 % se ředí vodou v poměru 1:3 až 1:4, po naředění musí být hodnota CHSK.sub.Cr.n. menší než 30 000 mg/l, - měření pH, - šoková změna pH na hodnotu 4 až 4,5, - dávkování suspenze adsorpčního činidla a dávkování roztoku anorganického srážedla/flokulantu, homogenizace směsi, - změna pH na hodnotu pH 8,5, homogenizace směsi, - dávkování roztoku organického kationaktivního flokulantu, pomalá homogenizace, - flokulace a sedimentace kalu, - separace sedimentovaného kalu a vyčištěného fugátu. Zařízení pro čištění fugátu z bioplynových stanic obsahuje zásobník (1) pro ředění fugátu, na který navazuje první reaktor (2), který má vstup pro ředěný fugát ze zásobníku (1), vstup pro prostředek snižující pH ze zásobníku (4), vstup pro adsorpční činidlo ze zásobníku (5) a vstup pro roztok anorganického srážedla/flokulantu ze zásobníku (6), dále na tento první reaktor (2) navazuje druhý reaktor (3), který má vstup pro homogenizovanou směs z prvního reaktoru (2), vstup pro prostředek zvyšující pH ze zásobníku (7) a vstup pro flokulant ze zásobníku (8), dále na tento druhý reaktor (3) navazuje separátor (9) pro oddělení kalu (12) sedimentovaného v druhém reaktoru (3) a vyčištěného fugátu (11), dále zařízení obsahuje zásobník (10) vody, který je pro přívod vody volitelně spojen s jednotlivými zásobníky (1, 4 až 8).

Description

Způsob čištění fugátu z bioplynových stanic a zařízení pro provádění tohoto způsobu

Oblast techniky

Vynález se týká způsobu zpracování vedlejších zbytkových produktů z procesu anaerobní digesce, konkrétně čištění kapalné části zvané fugát.

Dosavadní stav techniky

Při anaerobní digesci, tj. řízeném a kontrolovatelném mikrobiálním rozkladu organických látek bez přístupu vzduchu v zařízení bioplynové stanice, vzniká hlavní produkt bioplyn a vedlejší zbytkový produkt biologicky stabilizovaný digestát. Digestát obsahuje materiál, který nebyl při digesci rozložen a odumřelé mikroorganismy. Většinou se jedná o heterogenní suspenzi, která může být odvodněna pomocí šnekových separátorů, odstředivek či jiných zařízení. Tuhá fáze, oddělená z digestátu, se nazývá separát, a kapalná fáze je nazývána fugát.

Digestát je možné používat jako hnojivo, přičemž jeho aplikace musí být rovnoměrná po celém pozemku. Na některé půdy ho lze aplikovat pouze ve vegetačním období, aby bylo zabráněno znečištění podzemních a povrchových vod. Dále je zakázáno aplikovat digestát na půdu převlhčenou, zasněženou nebo promrzlou. Aby nedocházelo k únikům amoniaku do ovzduší, je třeba minimalizovat povrch, který je vystaven působení vzduchu. Navíc emise složek digestátu do ovzduší vedou ke ztrátám živin v půdě. Jelikož je digestát produkován celoročně, je nutné řešit skladování velkého objemu tohoto produktu, přičemž musí být především zamezeno úniku amoniaku do ovzduší, nebo navrhnout způsob jeho zpracování.

Zpracováním suspenze obsahující digestát se zabývá přihláška vynálezu WO 2 014/012 865 Al, kde tento proces probíhá v kyselém prostředí výhodně při pH 3,5 za použití oxidačních činidel peroxidu vodíku nebo peroxosloučenin a solí železa. Do této směsi se po době určitého zdržení přidá polymerové flokulační činidlo. Po flokulaci dochází k odvodnění směsi, přičemž kapalná část může být vypouštěna do kanalizace a jiná část použita pro terénní úpravy nebo jako hnojivo. Jelikož jak u zemědělské půdy, tak zejména u lesní půdy převládá u našich půd reakce kyselá, není tento způsob zpracování bez dalšího upravování pro naše podmínky příliš vhodný.

Vzhledem k tomu, že se do budoucna předpokládá další výstavba bioplynových stanic, čímž samozřejmě naroste i produkce digestátu z bioplynového procesu, je třeba vyhledávat další vhodná řešení.

Podstata vynálezu

Tímto vhodným řešením je řešení podle předkládaného vynálezu, kterým je způsob čištění oddělené kapalné části digestátu zvané fugát z bioplynových stanic a dále zařízení pro provádění tohoto způsobu.

Způsob čištění fugátu z bioplynových stanic podle tohoto vynálezu obsahuje následující kroky:

- zředění fugátu vodou; objemový poměr ředění závisí na obsahu sušiny fugátu a na koncentraci koloidních látek ve fugátu, přičemž fugát o obsahu sušiny 6,5 až 7,5 % se ředí vodou v objemovém poměru 1:3 až 1:4, po tomto naředění musí být hodnota CHSK_Cr menší než 30 000 mg/l,

- měření pH po naředění fugátu pro optimální nadávkování prostředku pro snížení pH,

- šoková změna pH na hodnotu 4 až 4,5, výhodně 4,0, dávkováním prostředku pro snížení pH, za účelem rozrážení koloidních komplexů,

- 1 CZ 306188 B6

- dávkování suspenze adsorpčního činidla na bázi montmorillonitu nebo hlinitokřemičitanů,

- dávkování roztoku anorganického srážedla/flokulantu,

- důkladná homogenizace směsi,

- dávkování roztoku prostředku zvyšujícího pH až do doby, kdy směs vykazuje hodnotu pH 8,5, - homogenizace směsi,

- dávkování roztoku organického kationaktivního flokulantu,

- pomalá homogenizace,

- flokulace a sedimentace kalu,

- separace sedimentovaného kalu a vyčištěného fugátu.

Obsah sušiny ve fugátu z bioplynových stanic závisí na surovinách a procesu bioplynové stanice, tudíž se může pohybovat v rozmezí od méně než 1 % až do 12 %. Při obsahu sušiny 6,5 až 7,5 % je nutné fugát ředit vodou v objemovém poměru 1:3 až 1:4, přičemž vždy po naředění musí být hodnota CHSK_Cr menší než 30 000 mg/1. Větší ředění než 1:4 a menší než 1:3 se neosvědčilo. Dále platí, že čím je větší koncentrace koloidních látek ve fugátu, tím je ředění větší.

Pro účinné vyčištění této velmi stabilní koloidní disperze fugátu, nacházející se v alkalické oblasti pH, musí být před aplikací chemických činidel provedena tzv. „šoková“ změna pH pro „šokové“ rozrážení koloidních komplexů. Prostředkem pro toto „šokové“ snížení pH je výhodně zředěná kyselina sírová nebo v případě, že bychom chtěli zvýšit obsah celkového fosforu ve vzniklém kalu, například z důvodu kompostování, zředěná kyselina fosforečná.

Poté se do směsi nadávkuje suspenze adsorpčního činidla na bázi montmorillonitu nebo hlinitokřemičitanů, výhodně bentonitu nebo zeolitu a roztok anorganického srážedla/flokulantu, výhodně chloridu železitého. Po důkladné homogenizaci dochází opět ke zvýšení pH pomocí prostředku zvyšujícího pH, výhodně nasyceného roztoku hydroxidu vápenatého nebo oxidu vápenatého. Poté, co směs dosáhne hodnoty pH 8,5 a po homogenizaci směsi se přidá roztok organického kationaktivního flokulantu a vzniklá směs se pozvolna homogenizuje. Dochází k flokulaci a sedimentaci kalu, na kterou navazuje separace sedimentovaného kalu a vyčištěného fugátu.

Předmětem tohoto vynálezu je také zařízení pro provádění tohoto způsobu, které obsahuje zásobník pro ředění fugátu, na který navazuje první reaktor, který má vstup pro ředěný fugát ze zásobníku, vstup pro prostředek snižující pH ze zásobníku, vstup pro adsorpční činidlo ze zásobníku a vstup pro roztok anorganického srážedla/flokulantu ze zásobníku. Dále na tento první reaktor navazuje druhý reaktor, který má vstup pro homogenizovanou směs z prvního reaktoru, vstup pro prostředek zvyšující pH ze zásobníku a vstup pro organický kationaktivní flokulant ze zásobníku. Dále na tento druhý reaktor navazuje separátor pro oddělení kalu sedimentovaného v druhém reaktoru a vyčištěného fugátu. Dále zařízení obsahuje zásobník vody, který je pro přívod vody volitelně spojen s jednotlivými zásobníky. Separátorem kalu může být výhodně šneková odstředivka nebo hydrosíta. Uspořádání tohoto zařízení může být realizováno pro periodický nebo kontinuální provoz.

Sedimentovaný kal obsahuje látky vhodné ke kompostování a může být výhodně kompostován například s biologickým kalem z ČOV. Kal vedle zbytkových organických látek obsahuje bentonit nebo přírodní zeolit, který pak v kompostu přispívá ke zlepšení půdní drobtovitosti a zvyšuje půdní potenciál iontové výměny pro biogenní prvky.

Vyčištěný fugát lze výhodně vracet do procesu čistění k ředění fugátu či k přípravě používaných činidel a prostředků. Vyčištěný fugát lze také výhodně shromažďovat v tzv. laguně, opatřené rákosovým porostem (biologické dočišťování od reziduí N-sloučenin). Vodu z laguny lze opět používat k ředění fugátu nebojí lze použít jako vodu technologickou či závlahovou.

-2 CZ 306188 B6

Vzhledem k tomu, že se při výrobě bioplynu v bioplynových stanicích používají nehomogenní směsi organického charakteru, sestávající např. z prasečí kejdy, silážních zbytků a dalších biologicky rozložitelných materiálů, je velmi obtížné stanovit přesné dávkování chemických komponent, potřebných pro chemickou úpravu fugátu z výroby bioplynu. Výhodně se proto fugát před zpracováním shromažďuje a egalizuje, analýzou se sleduje poměr CHSK_Cr a BSK₅, hodnoty pH, a poté se pro celou egalizovanou šarži laboratorně ověří optimální dávkování chemických komponent, určených pro danou úpravu.

Objasnění výkresů

Na obr. 1 je zobrazeno blokové schéma zařízení pro čištění fugátu z bioplynových stanic.

Příklady uskutečnění vynálezu

Fugát z bioplynové stanice o obsahu sušiny 7,17 % se v zásobníku 1 pro ředění fugátu naředí vodou v objemovém poměru 1:3. Hodnota pH tohoto roztoku je 10. Tento naředěný fugát je přiváděný do prvního reaktoru 2 s míchadlem, kde se provádí šoková změna pH pomocí 10% kyseliny sírové na hodnotu pH 4, poté se přidá 10% hmotn. suspenze Bentonitu 75 v množství 2 g/1 a 30% roztok chloridu železitého v množství 0,3 g/1 a směs se míchá až do důkladné homogenizace. Tato důkladně zhomogenizovaná směs se odvádí do druhého reaktoru 3 s míchadlem, kde se ke směsi přidává nasycený roztok hydroxidu vápenatého až do doby, kdy směs má hodnotu pH 8,5; směs se míchá. Poté se do směsi přidá čerstvý roztok flokulantu Sokoflok 56 v množství 0,025 g/1 a pomalu se míchá. Dochází k flokulaci a sedimentaci kalu. Poté vzniklá směs odchází do separátoru, kde se odděluje kal a vyčištěný fugát. Odstranění látek vyjádřených pomocí hodnot CHSKcr i BSK₅ bylo dosaženo cca 98% účinnosti.

Způsob čištění fugátu podle tohoto vynálezu dosahuje hodnot vyčištění z původních hodnot CHSKcr 60 000 až 80 000 mg/1 na hodnoty CHSK_Cr kolem 1200 mg/L

Zařízení pro čištění fugátu z bioplynových stanic obsahuje zásobník 1 pro ředění fugátu, na který navazuje první reaktor 2, který má vstup pro ředěný fugát ze zásobníku 1, vstup pro prostředek snižující pH ze zásobníku 4, vstup pro adsorpční činidlo ze zásobníku 5 a vstup pro roztok anorganického srážedla/flokulantu ze zásobníku 6. Dále na tento první reaktor 2 navazuje druhý reaktor 3, který má vstup pro homogenizovanou směs z prvního reaktoru 2, vstup pro prostředek zvyšující pH ze zásobníku 7 a vstup pro organický kationaktivní flokulant ze zásobníku 8. Dále na tento druhý reaktor 3 navazuje separátor 9 pro oddělení kalu sedimentovaného v druhém reaktoru 3 a vyčištěného fugátu 11. Dále zařízení obsahuje zásobník 10 vody, který je pro přívod vody spojen s jednotlivými zásobníky 1, 4 až 8. Kapacita čištění fugátu v uspořádání tohoto zařízení pro periodický provoz je do 40 m Vden a pro kontinuální provoz až do 200 m³/den.

Průmyslová využitelnost

Tento způsob čištění fugátu lze využít jak u komunálních bioplynových stanic, tak především u zemědělských bioplynových stanic.

Claims

1. Způsob čištění fugátu z bioplynových stanic, vyznačující se tím, že fugát se nejprve zředí vodou, kdy objemový poměr ředění závisí na obsahu sušiny fugátu a na koncentraci koloidních látek ve fugátu, přičemž fugát o obsahu sušiny 6,5 až 7,5 % se ředí vodou v poměru 1:3 až 1:4, po tomto naředění musí být hodnota CHSK_Cr menší než 30 000 mg/1, poté se změří pH roztoku pro optimální nadávkování prostředku pro snížení pH, následuje šoková změna pH na hodnotu 4 až 4,5 přidáním prostředku pro snížení pH pro rozrážení koloidních komplexů, dále se přidá suspenze adsorpčního činidla na bázi montmorillonitu nebo hlinitokřemičitanů a roztok anorganického srážedla/flokulantu, přičemž se provede důkladná homogenizace vzniklé směsi, poté dochází opět ke zvýšení pH pomocí ke směsi přidávaného prostředku zvyšujícího pH, a to na hodnotu pH 8,5 a provede se další homogenizace, poté se do homogenizované směsi přidá roztok organického kationaktivního flokulantu a vzniklá směs se pozvolna homogenizuje, dochází k flokulaci a sedimentaci kalu, na kterou navazuje separace sedimentovaného kalu a vyčištěného fugátu.

2. Způsob čištění fugátu z bioplynových stanic podle nároku 1, vyznačující se tím, že prostředkem pro snížení pH je zředěná kyselina sírová nebo zředěná kyselina fosforečná.

3. Způsob čištění fugátu z bioplynových stanic podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že suspenze adsorpčního činidla je suspenze bentonitu nebo zeolitu.

4. Způsob čištění fugátu z bioplynových stanic podle nároků laž3, vyznačující se tím, že roztok anorganického srážedla/flokulantu je roztok chloridu železitého.

5. Způsob čištění fugátu z bioplynových stanic podle nároků 1 až 4, vyznačující se tím, že prostředek zvyšující pH je nasycený roztok hydroxiduvápenatého nebo oxid vápenatý.

6. Zařízení pro provádění způsobu čištění fugátu z bioplynových stanic podle nároků 1 až 5, vyznačující se tím, že obsahuje zásobník (1) pro ředění fugátu, na který navazuje první reaktor (2), který má vstup pro ředěný fugát ze zásobníku (1), vstup pro prostředek snižující pH ze zásobníku (4), vstup pro adsorpční činidlo ze zásobníku (5) a vstup pro roztok anorganického srážedla/flokulantu ze zásobníku (6), dále na tento první reaktor (2) navazuje druhý reaktor (3), který má vstup pro homogenizovanou směs z prvního reaktoru (2), vstup pro prostředek zvyšující pH ze zásobníku (7) a vstup pro organický kationaktivní flokulant ze zásobníku (8), dále na tento druhý reaktor (3) navazuje separátor (9) pro oddělení kalu (12) sedimentovaného v druhém reaktoru (3) a vyčištěného fugátu (11), dále zařízení obsahuje zásobník (10) vody, který je pro přívod vody volitelně spojen s jednotlivými zásobníky (1,4 až 8).

7. Zařízení pro čištění fugátu z bioplynových stanic podle nároku 6, vyznačující se tím, že separátor (9) je šneková odstředivka nebo hydrosíta.

8. Zařízení pro čištění fugátu z bioplynových stanic podle nároku 6 nebo 7, vyznačující se tím, že uspořádání tohoto zařízení je pro periodický provoz.

9. Zařízení pro čištění fugátu z bioplynových stanic podle nároku 6 nebo 7, vyznačující se tím, že uspořádání tohoto zařízení je pro kontinuální provoz.