NO332626B1 - Fremgangsmate for fremstilling av metan i en anaerob slambehandlingsprosess. - Google Patents
Fremgangsmate for fremstilling av metan i en anaerob slambehandlingsprosess. Download PDFInfo
- Publication number
- NO332626B1 NO332626B1 NO20101667A NO20101667A NO332626B1 NO 332626 B1 NO332626 B1 NO 332626B1 NO 20101667 A NO20101667 A NO 20101667A NO 20101667 A NO20101667 A NO 20101667A NO 332626 B1 NO332626 B1 NO 332626B1
- Authority
- NO
- Norway
- Prior art keywords
- nitrate
- sludge
- added
- anaerobic
- cod
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 102
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 92
- 230000008569 process Effects 0.000 title claims abstract description 74
- 239000010802 sludge Substances 0.000 title claims abstract description 71
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 45
- 229910002651 NO3 Inorganic materials 0.000 claims abstract description 68
- NHNBFGGVMKEFGY-UHFFFAOYSA-N Nitrate Chemical compound [O-][N+]([O-])=O NHNBFGGVMKEFGY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 68
- 230000029087 digestion Effects 0.000 claims description 32
- ZCCIPPOKBCJFDN-UHFFFAOYSA-N calcium nitrate Chemical compound [Ca+2].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O ZCCIPPOKBCJFDN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 31
- 239000002351 wastewater Substances 0.000 claims description 27
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 24
- 238000004065 wastewater treatment Methods 0.000 claims description 22
- 229910001959 inorganic nitrate Inorganic materials 0.000 claims description 16
- 150000002823 nitrates Chemical class 0.000 claims description 12
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 11
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- VWDWKYIASSYTQR-UHFFFAOYSA-N sodium nitrate Chemical compound [Na+].[O-][N+]([O-])=O VWDWKYIASSYTQR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims description 7
- XTVVROIMIGLXTD-UHFFFAOYSA-N copper(II) nitrate Chemical compound [Cu+2].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O XTVVROIMIGLXTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- YIXJRHPUWRPCBB-UHFFFAOYSA-N magnesium nitrate Chemical compound [Mg+2].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O YIXJRHPUWRPCBB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- FGIUAXJPYTZDNR-UHFFFAOYSA-N potassium nitrate Chemical compound [K+].[O-][N+]([O-])=O FGIUAXJPYTZDNR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000004317 sodium nitrate Substances 0.000 claims description 4
- 235000010344 sodium nitrate Nutrition 0.000 claims description 4
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 claims description 3
- 239000004323 potassium nitrate Substances 0.000 claims description 3
- 235000010333 potassium nitrate Nutrition 0.000 claims description 3
- 239000000654 additive Substances 0.000 claims description 2
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 claims description 2
- 239000012266 salt solution Substances 0.000 claims description 2
- 239000010801 sewage sludge Substances 0.000 claims description 2
- 230000001965 increasing effect Effects 0.000 abstract description 11
- 230000033558 biomineral tissue development Effects 0.000 abstract description 2
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 22
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 22
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 22
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 20
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 12
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 12
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 12
- 229910001868 water Inorganic materials 0.000 description 12
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 11
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 11
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 10
- 239000000370 acceptor Substances 0.000 description 9
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 9
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 9
- 239000011368 organic material Substances 0.000 description 9
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 8
- 230000007062 hydrolysis Effects 0.000 description 7
- 238000006460 hydrolysis reaction Methods 0.000 description 7
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 7
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 7
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 6
- 239000000047 product Substances 0.000 description 6
- QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-M Acetate Chemical compound CC([O-])=O QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 5
- 241000894006 Bacteria Species 0.000 description 5
- RWSOTUBLDIXVET-UHFFFAOYSA-N Dihydrogen sulfide Chemical compound S RWSOTUBLDIXVET-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 5
- 210000003608 fece Anatomy 0.000 description 5
- 238000006213 oxygenation reaction Methods 0.000 description 5
- 239000002689 soil Substances 0.000 description 5
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 5
- 239000002028 Biomass Substances 0.000 description 4
- 238000005273 aeration Methods 0.000 description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 4
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 4
- 238000000855 fermentation Methods 0.000 description 4
- 230000004151 fermentation Effects 0.000 description 4
- 239000003337 fertilizer Substances 0.000 description 4
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 4
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 4
- 229910000037 hydrogen sulfide Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000010561 standard procedure Methods 0.000 description 4
- QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N Acetic acid Chemical compound CC(O)=O QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 241000196324 Embryophyta Species 0.000 description 3
- 241001465754 Metazoa Species 0.000 description 3
- XBDQKXXYIPTUBI-UHFFFAOYSA-M Propionate Chemical compound CCC([O-])=O XBDQKXXYIPTUBI-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 3
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 3
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 3
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 3
- 239000010871 livestock manure Substances 0.000 description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 3
- 150000002894 organic compounds Chemical class 0.000 description 3
- 239000005416 organic matter Substances 0.000 description 3
- 239000010815 organic waste Substances 0.000 description 3
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 3
- 241000203069 Archaea Species 0.000 description 2
- FERIUCNNQQJTOY-UHFFFAOYSA-M Butyrate Chemical compound CCCC([O-])=O FERIUCNNQQJTOY-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- FERIUCNNQQJTOY-UHFFFAOYSA-N Butyric acid Natural products CCCC(O)=O FERIUCNNQQJTOY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N Nitric acid Chemical compound O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229920002472 Starch Polymers 0.000 description 2
- UCKMPCXJQFINFW-UHFFFAOYSA-N Sulphide Chemical compound [S-2] UCKMPCXJQFINFW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000003889 chemical engineering Methods 0.000 description 2
- 230000001186 cumulative effect Effects 0.000 description 2
- XBDQKXXYIPTUBI-UHFFFAOYSA-N dimethylselenoniopropionate Natural products CCC(O)=O XBDQKXXYIPTUBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 2
- 235000013305 food Nutrition 0.000 description 2
- 230000005764 inhibitory process Effects 0.000 description 2
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 2
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 2
- 239000002054 inoculum Substances 0.000 description 2
- 239000000543 intermediate Substances 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 238000007726 management method Methods 0.000 description 2
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 2
- 230000000696 methanogenic effect Effects 0.000 description 2
- 244000005700 microbiome Species 0.000 description 2
- 229910017604 nitric acid Inorganic materials 0.000 description 2
- QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N nitrogen group Chemical group [N] QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 description 2
- KMUONIBRACKNSN-UHFFFAOYSA-N potassium dichromate Chemical compound [K+].[K+].[O-][Cr](=O)(=O)O[Cr]([O-])(=O)=O KMUONIBRACKNSN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000005180 public health Effects 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- 239000010865 sewage Substances 0.000 description 2
- 235000019698 starch Nutrition 0.000 description 2
- 239000008107 starch Substances 0.000 description 2
- 230000001629 suppression Effects 0.000 description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 2
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 108090000790 Enzymes Proteins 0.000 description 1
- 102000004190 Enzymes Human genes 0.000 description 1
- WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N Glucose Natural products OC[C@H]1OC(O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H]1O WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N 0.000 description 1
- 241000282412 Homo Species 0.000 description 1
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000007836 KH2PO4 Substances 0.000 description 1
- 241000202972 Methanobacterium bryantii Species 0.000 description 1
- 241000205275 Methanosarcina barkeri Species 0.000 description 1
- 101150042248 Mgmt gene Proteins 0.000 description 1
- IOVCWXUNBOPUCH-UHFFFAOYSA-M Nitrite anion Chemical compound [O-]N=O IOVCWXUNBOPUCH-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 240000007594 Oryza sativa Species 0.000 description 1
- 235000007164 Oryza sativa Nutrition 0.000 description 1
- 239000001888 Peptone Substances 0.000 description 1
- 108010080698 Peptones Proteins 0.000 description 1
- 150000001413 amino acids Chemical class 0.000 description 1
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 1
- 239000010828 animal waste Substances 0.000 description 1
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 1
- 150000001491 aromatic compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000010923 batch production Methods 0.000 description 1
- 230000003851 biochemical process Effects 0.000 description 1
- 230000031018 biological processes and functions Effects 0.000 description 1
- 239000006227 byproduct Substances 0.000 description 1
- 229940041514 candida albicans extract Drugs 0.000 description 1
- 150000001722 carbon compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 description 1
- 238000003501 co-culture Methods 0.000 description 1
- 239000002361 compost Substances 0.000 description 1
- 238000004590 computer program Methods 0.000 description 1
- 238000010924 continuous production Methods 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- SOCTUWSJJQCPFX-UHFFFAOYSA-N dichromate(2-) Chemical compound [O-][Cr](=O)(=O)O[Cr]([O-])(=O)=O SOCTUWSJJQCPFX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 235000014113 dietary fatty acids Nutrition 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- ZPWVASYFFYYZEW-UHFFFAOYSA-L dipotassium hydrogen phosphate Chemical compound [K+].[K+].OP([O-])([O-])=O ZPWVASYFFYYZEW-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 235000019797 dipotassium phosphate Nutrition 0.000 description 1
- 229910000396 dipotassium phosphate Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000002708 enhancing effect Effects 0.000 description 1
- 239000003344 environmental pollutant Substances 0.000 description 1
- 239000002360 explosive Substances 0.000 description 1
- 239000003925 fat Substances 0.000 description 1
- 229930195729 fatty acid Natural products 0.000 description 1
- 239000000194 fatty acid Substances 0.000 description 1
- 150000004665 fatty acids Chemical class 0.000 description 1
- 238000007716 flux method Methods 0.000 description 1
- 239000010794 food waste Substances 0.000 description 1
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 description 1
- 239000008103 glucose Substances 0.000 description 1
- 150000004676 glycans Chemical class 0.000 description 1
- 230000036541 health Effects 0.000 description 1
- 229910001385 heavy metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010800 human waste Substances 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 239000004615 ingredient Substances 0.000 description 1
- 230000002401 inhibitory effect Effects 0.000 description 1
- 229910010272 inorganic material Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011147 inorganic material Substances 0.000 description 1
- 150000002632 lipids Chemical class 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 230000001404 mediated effect Effects 0.000 description 1
- 230000000813 microbial effect Effects 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 239000000178 monomer Substances 0.000 description 1
- 235000019796 monopotassium phosphate Nutrition 0.000 description 1
- 229910000402 monopotassium phosphate Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002772 monosaccharides Chemical class 0.000 description 1
- 239000010813 municipal solid waste Substances 0.000 description 1
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 1
- 150000007523 nucleic acids Chemical class 0.000 description 1
- 102000039446 nucleic acids Human genes 0.000 description 1
- 108020004707 nucleic acids Proteins 0.000 description 1
- 235000015097 nutrients Nutrition 0.000 description 1
- 150000007524 organic acids Chemical class 0.000 description 1
- 235000005985 organic acids Nutrition 0.000 description 1
- 230000001151 other effect Effects 0.000 description 1
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 1
- 239000013618 particulate matter Substances 0.000 description 1
- 235000019319 peptone Nutrition 0.000 description 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
- 231100000719 pollutant Toxicity 0.000 description 1
- 229920001282 polysaccharide Polymers 0.000 description 1
- 239000005017 polysaccharide Substances 0.000 description 1
- 230000008092 positive effect Effects 0.000 description 1
- GNSKLFRGEWLPPA-UHFFFAOYSA-M potassium dihydrogen phosphate Chemical compound [K+].OP(O)([O-])=O GNSKLFRGEWLPPA-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 239000002243 precursor Substances 0.000 description 1
- 230000002265 prevention Effects 0.000 description 1
- 238000004886 process control Methods 0.000 description 1
- 235000019260 propionic acid Nutrition 0.000 description 1
- 108090000623 proteins and genes Proteins 0.000 description 1
- 102000004169 proteins and genes Human genes 0.000 description 1
- IUVKMZGDUIUOCP-BTNSXGMBSA-N quinbolone Chemical compound O([C@H]1CC[C@H]2[C@H]3[C@@H]([C@]4(C=CC(=O)C=C4CC3)C)CC[C@@]21C)C1=CCCC1 IUVKMZGDUIUOCP-BTNSXGMBSA-N 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
- 238000010992 reflux Methods 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 238000012552 review Methods 0.000 description 1
- 235000009566 rice Nutrition 0.000 description 1
- 239000002002 slurry Substances 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- 235000000346 sugar Nutrition 0.000 description 1
- 150000008163 sugars Chemical class 0.000 description 1
- 230000019086 sulfide ion homeostasis Effects 0.000 description 1
- 235000011149 sulphuric acid Nutrition 0.000 description 1
- 239000013589 supplement Substances 0.000 description 1
- 239000008399 tap water Substances 0.000 description 1
- 235000020679 tap water Nutrition 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
- 230000007306 turnover Effects 0.000 description 1
- 239000002912 waste gas Substances 0.000 description 1
- 239000012138 yeast extract Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F11/00—Treatment of sludge; Devices therefor
- C02F11/02—Biological treatment
- C02F11/04—Anaerobic treatment; Production of methane by such processes
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F3/00—Biological treatment of water, waste water, or sewage
- C02F3/28—Anaerobic digestion processes
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E50/00—Technologies for the production of fuel of non-fossil origin
- Y02E50/30—Fuel from waste, e.g. synthetic alcohol or diesel
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
- Y02W10/00—Technologies for wastewater treatment
- Y02W10/20—Sludge processing
Landscapes
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Hydrology & Water Resources (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Water Supply & Treatment (AREA)
- Microbiology (AREA)
- Biodiversity & Conservation Biology (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Treatment Of Sludge (AREA)
- Purification Treatments By Anaerobic Or Anaerobic And Aerobic Bacteria Or Animals (AREA)
Abstract
Foreliggende oppfinnelse vedrører en anaerob slambehandlingprosess. Nærmere bestemt vedrører foreliggende oppfinnelse anvendelsen av nitrat til stimulering av anaerobe slammineraliseringsprosesser som fører til økt metanproduksjon.
Description
Foreliggende oppfinnelse vedrører en anaerob fordøyelsesprosess. Nærmere bestemt vedrører foreliggende oppfinnelse anvendelsen av nitrat til stimulering av anaerob fordøying av uorganisk materiale, slik som slam fra spillvann, som fører til økt metanproduksjon.
Bakgrunn for oppfinnelsen
Mengden av organisk våtavfall, slik som matavfall, kloakkslam og spillvann fra industrien, jordbruk og fra befolkede riktig passende kan de økende mengdene med dyreavfall bli en trussel mot helsetilstand og mat for mennesker og dyr. Derfor er det ønskelig med passende og effektive løsninger for håndtering av den økende mengden.
Nedbrytning og fjerning av organisk materiale ved mineralisering er et hovedmål for spillvann- og slambehandling, og en foretrukket løsning er konverteringen av organisk materiale fra avfall til fornybar energi slik som metan.
Anaerobe prosesser blir vanlig benyttet for å behandle avfall med høye konsentrasjoner av organiske forbindelser. Istedenfor å omdanne ingredienser til vann (H20) og karbondioksid (CO2), som er målet for aerobe behandlingsprosesser, så gir en anaerob prosess H2O, CO2og metan (CH4).
I motsetning til en aerob nedbrytingsprosess er mindre energi nødvendig i prosessen fordi oksygen/luft ikke behøver å injiseres. I tillegg kan CH4etterpå bli benyttet som en fornybar energikilde, d.v.s. ved konverteringen til termisk eller elektrisk energi.
Anaerobe behandlingsanlegg er vanlige i større spillvann- eller slambehandlingsanlegg der de blir benyttet til å transformere biologisk aktivt overskuddsslam til stabilisert slam, som kan bli benyttet som gjødsel/jordforbedring, deponert i en landfylling eller brent. Anaerobe behandlingsanlegg har også blitt veldig vanlige i jordbruket, der de primært blir benyttet for å produsere energi fra biomasse og husdyrmøkk. Mens behandlet slam fra jordbruksbiogassanlegg alltid kan bli benyttet som gjødsel er dette mer begrenset for slam fra menneskelig aktivitet på grunn av forurensninger.
Med både anaerobe og aerobe nedbrytningsprosesser er det ønskelig at massen av behandlet slam er så liten som mulig på grunn av transportkostnader i etterkant.
Videre skal 20 % av det europeiske energibehovet bli fylt med fornybare energisystemer fra 2010 (Nielsen et al., 2009, "The future of anaerobic digestion and biogas utilization", Bioresource Technology, 100, s.5478-5484). Biogassproduksjon i EU har økt jevnt over de siste få årene og denne produksjonen var på 69 TW i 2007 (Petersson og Wellinger, 2009, Biogas upgrading technologies, development and innovations, www. iea- biogas. net'). Mer enn 1500 millioner tonn dyremøkk blir produsert hvert år i EU 27 alene (Nielsen et al., ovenfor). I tillegg til konvertering til biogass som fornybar energi reduseres frigjøringen av metan til atmosfæren sammenlignet med tradisjonell avfallshåndtering (kompost, landfylling) og gir et høykvalitetsfordøyelsesprodukt som gjødsel.
Konvensjonell anaerob behandling av spillvann og kloakk involverer tre grunnleggende trinn: 1) hydrolyse, 2) fermentering og 3) metanogenese. Hydrolysetrinnet involverer mer enn den standard kjemiske forståelsen av hydrolyse fordi den også inkluderer nedbrytningen og den enzymmedierte transformeringen av partikkelmateriale slik som lipider, polysakkarider, proteiner, nukleinsyrer, fett o.s.v. til løselige organiske materialer slik som fettsyrer, monosakkarider, aminosyrer, enkle aromatiske forbindelser og andre enkle monomerer, som kan bli benyttet av bakterier i løpet av den påfølgende fermenteringsprosessen. Fermenteringstrinnet kan også kalles acidogenese fordi dette trinnet fører til ytterligere nedbrytning av løselige, organiske materialer til i hovedsak acetat, hydrogen, CO2, propionat og butyrat. Propionatet og butyratet blir videre konvertert til acetat, hydrogen og CO2.1 metanogenesetrinnet blir acetat, H2og CO2konvertert til metan og karbondioksid ved metanogene Archaea. Metan blir produsert av to hovedgrupper av Archaea: acetatomsettere og hydrogenomsettende metanogener.
Anaerobe prosesser blir klassisk drevet uten injeksjon av en elektronkilde slik som oksygen og nitrat. Fullstendig anaerobe betingelser ved anaerob fordøying er videre vanskelig å opprettholde på grunn av begrensede og utilsiktede effekter av lufting forårsaket under tilførsel, fjerning av avløpsvann og gass, blanding o.s.v. (Botheju et al., 2009, "Oxygen effects in anaerobic digestion", Modelling, Identification and Control, 30(1), s. 1-11). Det er funnet at anaerobe mikroorganismer, slik som metanogener, overlever i slikt miljø (Kato et al., 1997, "Anaerobe tolerance to oxygen and potentials of anaerobic and aerobic co-cultures for waste water treatment", Brazilian journal of chemical engineering, vol. 14, nr. 4). Videre har det blitt rapportert at mikrolufting fremmer hydrolyse (Hao et al., 2009, "Regulating the hydrolysis of organic waste by micro-aeration and effluent recirculation", Waste Management, vol. 29, s. 2042-2050, Bakke 2006, Johansen J.-E. og Bakke R. 2006. Enhancing hydrolysis with microaeration. Wat. Sei. Tech. 53, nr. 8: 43-50, Nguyen et al., 2007, "Anaerobic digestion of municipal solid waste as treatment prior to land fill". Bioresource Technology, vol. 98. s. 380-387).
Rathnasiri (2009) har i doktoravhandlingen "Anaerobic digestion process using membrane integrated micro aeration", Norges Universitet for naturvitenskap og teknologi, funnet at injiseringen av små mengder oksygen fører til en økt metanproduksjon og også reduserte COD-nivåer (Chemical oxygen demand/kjemisk okygenbehov) ved de samme tilførsler.
Likevel er anvendelsen av oksygen i et anaerobt fordøyelsesprosessystem forbundet med flere ulemper. Det er ikke lett å håndtere fordi det krever diffusjon gjennom en nedsenket membran fordi gass ikke bør boble ut og komme inn i gassoppsamlingsområdet. Tilsetningen av oksygen i anaerobe fordøyelsesprosessystemer er i tillegg forbundet med en uønsket risiko for å påvirke topprommet i reaktoren. Der kan det dannes eksplosive blandinger med CH4.
På grunn av ulemper ved anvendelse av oksygentilsetning er det et mål for foreliggende oppfinnelse å tilveiebringe en forbedret, anaerob slambehandlingsprosess for produksjonen av metan som fører til økt metanutbytte og som ikke har ulempene ved anvendelsen av oksygentilsetning som nevnt ovenfor. Oppfinnerne av foreliggende oppfinnelse strebet derfor etter å finne en alternativ forbindelse som ville ha samme effekt på metanproduksjon som oksygen, d.v.s. være en elektronakseptor i en anaerob fordøyelsesprosess.
Nitrat kan virke som en elektronakseptor. Anvendelsen av nitrat i anaerobt miljø, slik som med anaerobe fordøyelsesprosesser i slam- og spillvannbehandlingsanlegg for å kontrollere hydrogensulfidgass (H2S) -produksjon er velkjent (Jenneman et al., 1986, Applied and Environmental Microbiology, vol. 51, nr. 6, s. 1205-1211, Bentzen et al., 1995, Controlled dosing of nitrate for prevention of H2S in a sewer network and the effects on the subsequent treatment processes. Water Science and Technoilogy, 31(7), s. 293-302, Zang et al., 2008, Chemical and biological technologies for hydrogen sulfide emission control in sewer systems: A review. Water Reasearch, 42(1-2), s. 1-11).
Kalsiumnitrattilsetning til anaerobe prosesser i biogassanlegg med jordbruksbakgrunn er ytterligere beskrevet i PCT-patentsøknaden WO 2008/090231 A2.1 nevnte patentsøknad blir en kalsiumnitratløsning benyttet for å minimalisere EhS-produksjon, som er et uønsket biprodukt av anaerobe prosesser.
Kalsiumnitrat som et tilskudd til anaerobe fordøyelsesprosesser rettet på reduksjon av sulfidproduksjon er videre beskrevet i US patent 4,505,819, der en fremgangsmåte som benytter en bevegelig solid-bed-reaktor blir benyttet.
I US patent 7,326,340 beskrives systemer og fremgangsmåter som involverer tilsetning av nitrat for å redusere produksjonen av illeluktende sulfidprodukter.
I US 7,285,207 beskrives en fremgangsmåte for å redusere hydrogensulfid som involverer tilsetting av nitrat og en alkalisk forbindelse.
Når det gjelder andre effekter av nitrat i slambehandlingsprosesser er det rapportert at tilsetningen av nitrat har en ufordelaktig effekt på metanproduksjon. Det har for eksempel blitt rapportert at metanproduserende bakterier blir hemmet av nitrattilsetting (Allison og Macfarlane, 1998, "Effect of nitrate on methane production and fermentation by slurries of human faecal bacteria", J. Gen. Microbiol. 134, 1397-1405, Kluber og Conrad 1998, "Inhibitory effects of nitrate, nitrite, NO and N2O on methanogenesis by Methanosarcina barkeri and Methanobacterium bryantii", FEMS Microbiology Ecology 25:331-339, Mohanakrishnan et al. (2008), Nitrate effectively inhibites sulphide and methane production in a laboratory scale sewer reactor. Water Reasearch, 42, s. 3961-3971). Dette er ytterligere i overensstemmelse med rapporten fra Bolag og Czlonkowski
(1973) (Inhibition of methane formation in soil by various nitrogen-containing compounds. Soil Biology and Biochemistry. 5(5), s. 673-678 som fant at fremkomsten av metan fra jordprøver under anaerobe betingelser ble undertrykt ved tilsetting av nitrogeninneholdende kjemiske forbindelser.
En annen negativ påvirkning ved nitrattilsetning ved anaerob fordøying er omsetningen av organisk karbon for denitrering som vist i ligningen
(Kim et al., 2006, ovenfor, Benis et al., 2010, "Effect of adding nitrate on the performance of a multistage biofilter used for anaerobic treatment of high strength waste water", Chemical Engineering Journal, 156, s.205-256). Konverteringen av organisk karbon i overensstemmelse med ligningen ovenfor fører til lavere utbytte av metan og dermed mindre energigjenvinning.
Andre har foreslått at hovedmekanismen som er involvert i undertrykkingen av CHU-produksjon med nitrat er inhiberingen av metanogenese ved denitreringsmellomprodukter heller enn konkurransen mellom denitreringsmidler og metanogener om substrater (Roy og Conrad, 1999, "Effect of methanogenic precursors (acetate, hydrogen, propionate) on suppression of methane production by nitrate in anoxic rise field soil", FEMS Microbiology Ecology, vol. 28, nr. 1, s. 49-61).
Singh og Singh (1996), Energy Convers. Mgmt., 37:4, s. 417-419 vedrører tilsetningen av kobbernitrat til kumøkk i et forsøk på å akselerere biogassproduksjon. Mengden av kobbernitrat tilsatt til den éne kg kumøkk (d.v.s. lg/kg kumøkk) i rapporten til Singh og Singh, ovenfor, representerer en vesentlig lavere mengde nitrat enn det som tilsettes ifølge foreliggende oppfinnelse. I tillegg representerer anvendelsen av kobbernitrat i storskala-slambehandlingsprosesser en ulempe på grunn av for eksempel miljømessige betraktninger.
De biokjemiske prosessene ved en anaerob fordøyelsesprosess og de ulike faktorene som påvirker for eksempel produksjonen av nedbrytningsprodukter slik som metan og t^S-gass er kompleks. De mange rapportene det er referert til ovenfor viser at alt i alt beskriver den kjente teknikken at tilsetningen av nitrat til anaerobe fordøyelsesprosesser som hovedregel fører til reduksjon av metanproduksjon.
Oppfinnerne av foreliggende oppfinnelse har overraskende funnet at tilsetningen av små mengder uorganisk nitrat til en anaerob slambehandlingsprosess faktisk fremmer metanproduksjon, noe som fører til en økning i produksjonen av metan. Foreliggende oppfinnelse tilveiebringer derfor en forbedret, anaerob fordøyingsprosess som fører til høyt metanutbytte ved tilsetting av uorganisk nitrat til det anaerobe slam- eller spillvannbehandlingsanlegget.
Oppsummering av oppfinnelsen
På grunn av de økende mengdene spillvann og slam i verden, og på grunn av behovet for fornybare energikilder, så er det et behov for mer effektive prosesser for fordøying av organisk materiale sammenlignet med prosessene beskrevet i den kjente teknikken og som gir høyere metanproduksjonsutbytter.
Foreliggende oppfinnelse tilveiebringer en fremgangsmåte for fremstilling av metan i anaerob slambehandlingsprosess der uorganisk nitratløsning som har en nitratkonsentrasjon ifølge foreliggende oppfinnelse blir tilsatt for å stimulere metanproduksjon. En løsning av uorganisk nitrat tilført som væske vil ha positive effekter tilsvarende effekten av mikrolufting, men ikke ulempene ved oksygentilsetning. Ifølge foreliggende oppfinnelse blir dermed det uorganiske nitratet benyttet som en elektronakseptor. Slik som oksygen kan nitratet bli benyttet for spesielt å forsterke nedbrytningen av ikke-lett-tilgjengelig organisk materiale, og generelt forsterke de innledende nedbrytningstrinnene ved anaerob fordøying.
Ifølge ett aspekt av oppfinnelsen tilveiebringes en fremgangsmåte for fremstilling av metan i en anaerob slambehandlingsprosess som er kjennetegnet ved at nitratsaltet blir tilsatt til en anaerob fordøyelsesprosess i en mengde tilsvarende 1-4 % av tilsatt COD.
Ifølge en utførelsesform av oppfinnelsen er det anaerobe slambehandlingssystemet valgt fra gruppen bestående av et kommunalt slambehandlingsanlegg, et jordbruksbiogassanlegg og industrielt, anaerobt slambehandlingsanlegg.
Ifølge nok en annen utførelsesform av oppfinnelsen er nitratsaltet i nitratsaltløsningen som tilsettes den anaerobe fordøyelsesprosessen valgt fra gruppen bestående av natriumnitrat, kaliumnitrat, kalsiumnitrat eller magnesiumnitrat.
Ifølge en ytterligere utførelsesform av oppfinnelsen er nitratsaltet som blir tilsatt til nevnte anaerobe fordøyelsesprosess kalsiumnitrat. Nevnte nitratsalt kan ifølge én utførelsesform bli tilsatt som et nitratsalt inneholdende 10-60 vekt% av nevnte, oppløste nitratsalter.
Ifølge nok en annen utførelsesform av oppfinnelsen tilveiebringes en fremgangsmåte som omfatter trinnene å a) introdusere slam eller spillvann inn i et anaerobt slam- eller spillvannbehandlingssystem, b) måle COD-nivået for slam-eller spillvannmaterialet ved et overvåkningspunkt i slam- eller spillvannbehandlingssystemet, c) beregne nitratdoseringen som skal tilsettes og d) tilsette nitrat i en mengde tilsvarende 1-4 % av tilsatt COD basert på beregningene i trinn c).
Ifølge nok en annen utførelsesform av foreliggende fremgangsmåte er nitratet som tilsettes ifølge oppfinnelsen ikke kobbernitrat.
I følge enda en annen utførelsesform av fremgangsmåten ifølge foreliggende tilsettes nitrat i starten av hver batch med slambehandling.
Ifølge en annen utførelsesform av fremgangsmåten ifølge foreliggende oppfinnelse går slambehandlingsprosessen kontinuerlig, og tilsetningen av nitrat blir dosert periodisk.
Foreliggende oppfinnelse vedrører ytterligere anvendelsen av uorganisk nitrat for å øke metanproduksjon i anaerobe slam- eller spillvannbehandlingsprosesser ved å benytte en uorganisk nitratløsning som en tilsetning i nevnte prosess. Ifølge dette aspektet av foreliggende oppfinnelse er mengden av uorganisk nitrat tilsatt ifølge én utførelsesform av oppfinnelsen lik 1 % - 4 % av COD.
Ifølge nok en annen utførelsesform av anvendelsen ifølge foreliggende oppfinnelse blir nitrogenløsningen tilsatt periodisk eller kontinuerlig under den anaerobe slambehandlingsprosessen i reaktoren. Ifølge en annen utførelsesform av foreliggende anvendelse blir nitrogenløsningen tilsatt til den første reaktoren/reaktorene eller stadium/stadier i en totrinns eller flertrinns anaerob fordøyelsesprosess.
Kort beskrivelse av figurene
Figur 1 viser kumulativ biogassproduksjon oppnådd i eksempel 1.
Figur 2 viser gjenværende total COD (TCOD) målt på slutten av eksperimentet rapportert i eksempel 1. Figur 3 viser gjenværene, løselig COD (SCOD) målt på slutten av eksperimentet rapportert i eksempel 1. Figur 4 er et skjematisk diagram av batch-reaktor benyttet i eksempel 1.
Definisjoner
Som benyttet her betyr "slam" eller "spillvann" slam eller spillvann fra kloakkanlegg for behandling av menneskelig avfall, dyremøkkbehandlingssystemer, organisk materiale fra industrioperasjoner, slik som kjemisk og biokjemisk prosessering, matvareindustri, papir- og papirmasseoperasjoner o.s.v. Ethvert slam eller spillvann som er nyttig som en kilde for metanproduksjon i en anaerob prosess kan bli benyttet i den anaerobe fordøyelsesprosessen ifølge foreliggende oppfinnelse.
Uttrykkene "anaerobt fordøyelsesprosessystem", "slambehandlingssystem" eller "spillvannbehandlingssystem" referer til enhver slam- eller
spillvannsamlingssystem og/eller -behandlingssystem eller -anlegg der organisk avfallsmateriale til stede i slammet eller spillvannet blir behandlet eller prosessert for å fremstille metan av organisk materiale som blir introdusert i nevnte behandlingssystem.
Uttrykket "tilførselspunkt" refererer slik det blir benyttet her til punktet der det uorganiske nitratet blir tilsatt slam- eller spillvannbehandlingsprosessen.
Uttrykket "overvåkningspunkt" eller "testpunkt" refererer slik de blir benyttet her til punktet på slam- eller spillvannbehandlingssystemet der datamålinger blir utført for å muliggjøre beregninger av nitratdoseringen som er nødvendig for å oppnå optimal metanproduksjon fra det behandlede slammet eller spillvannet.
Definisjon av oksidasjonsstyrkebehov
Oksidasjonsstyrkebehov (OPD, Oxidation Power Demand) er definert som mengden oksidasjonsstyrke som er nødvendig for fullstendig å oksidere én eller flere organiske forbindelser i slam, blandinger eller andre materialer. OPD blir fundamentalt uttrykt som mengde med elektroner som må bli overført i red-oks-prosessen for den fullstendige oksidasjonen, men mer generelt kan den bli uttrykt som den elektronakseptormengden som er nødvendige for å motta disse elektronene.
Som et eksempel vil 180 mg/l glukose = 1 mM overføre 24 mM elektroner til elektronakseptoren for fullstendig oksidasjon til CO2og H2O:
Denne halvreaksjonen må balanseres med en halvreaksjon som mottar disse elektronene, en reduksjon av en elektronakseptor. En elektronakseptor kan være utallige stoffer, men oksygen og nitrat er relevante i denne konteksten:
Den fulle reaksjonen i hvert tilfelle vil være:
OPD vil i dette eksempelet bli uttrykt som:
Når OPD blir uttrykt som mg/l O2blir den vanligvis referert til som kjemisk oksygenbehov (COD).
"Kjemisk oksygenbehov (COD)", slik det blir benyttet her, er en måleenhet som bestemmer vannets kapasitet til å konsumere oksygen ved nedbrytning av organisk materiale. Fagfolk på området er fullt klar over de ulike fremgangsmåtene som er tilgjengelige for målingen av COD for prøver med slam eller spillvann som føres inn i eller ut av et anaerobt slam- eller spillvannbehandlingsanlegg. Standardiserte laboratorieanalyser der en prøve blir inkubert med et sterkt kjemisk oksidasjonsmiddel under spesifikke betingelser for temperatur og i en spesifisert tidsperiode er kjente. Et vanlig benyttet oksidasjonsmiddel i tilgjengelige COD-^n^yser er for eksempel kajiumdikromat (K2Cr202), benyttet i kombinasjon med svovelsyre (H2SO4). En fremgangsmåte for måling av COD er dikromatrefluksfremgangsmåten ("Standard Methods for examination of Water and Waste water", Eaton AD, Clesceri LS, Greenberg AE. (1995), Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater, 19. utgave, American Public Health Association, USA - Method 5220 D Chemical Oxygen Demand) som tilveiebringer overlegen oksiderende evne av de fleste organiske forbindelser.
COD-nivået som måles kan bli benyttet til å bestemme mengden av nitrat som skal tilsettes for å fremme metanproduksjon ifølge foreliggende oppfinnelse. I foreliggende søknad er doseringen av nitrat følgelig uttrykt som en fraksjon (%) av COD for disse organiske materialene i den anaerobe fordøyelsestilførselen.
Ifølge foreliggende oppfinnelse blir økt biogassdannelse oppnådd ved tilsetting av nitrat i en mengde tilsvarende 1 % - 4 % av COD i tilført materiale. Ifølge én foretrukket utførelsesform av oppfinnelsen blir en nitratløsning tilsvarende 2 % av COD i tilført materiale tilsatt til en anaerob slam- eller
spillvannbehandlingsprosess.
Detaljert beskrivelse av oppfinnelsen
Ifølge foreliggende oppfinnelse blir nitrat tilsatt som en elektronakseptor for å fremme metanproduksjon i anaerobe slam- eller spillvannbehandlingsprosesser, for slik å ha lignende effekt som tilsettingen av oksygen som en elektronakseptor. Doseringen av en nitratløsning skal støtte mikrobeaktiviteten generelt. Det finnes et antall mi kro organ simer som er involvert i prosessen med anaerob fordøying, inkludert eddiksyredannende bakterier (acetogener) og metandannende bakterier (metanogener), som fører til at organisk avfall blir konvertert til intermediære molekyler, inkludert sukker, hydrogen, organiske syrer slik som eddiksyre og propionsyre, og til slutt biogass. Nitratet som tilsettes til de innledende nedbrytningstrinnene fører til mer biomasse i form av anoksiske enheter som senere kan bli nedbrutt anaerobt. I tillegg vil det organiske materialet selv være enklere nedbrytbart på grunn av forsterkningen av disse innledende prosessene.
Anaerobe slam- eller spillvannbehandlingsprosesser kan bli designet og utformet slik at de virker ved å benytte et antall ulike prosesskonfigurasjoner, for eksempel med hensyn på å bestå av diskontinuerlige ladningssystemer eller kontinuerlige systemer. Et batchsystem er den enkleste formen for system, der biomassen som skal fordøyes blir tilsatt til en reaktor i én batch og deretter forseglet under hele varigheten av prosessen. I kontinuerlige fordøyelsessystemer blir biomassen som skal fordøyes kontinuerlig tilsatt i stadier til reaktoren, og sluttproduktene, d.v.s. biogass og andre nedbrytningsprodukter blir kontinuerlig fjernet, noe som fører til kontinuerlig og relativt konstant produksjon av biogass. Både enkle og multiple fordøyelsesreaktorer plassert i sekvens er vanlig benyttet. Eksempler på velkjente systemer for kontinuerlig behandling av slam og spillvann inkluderer kontinuerlig rørte tankreaktorer (CSTR), oppstrøm anaerobt slamteppe ("up flow anaerobic sludge blanket") (UASB), ekspandert granulær slamleie (EGSB) og intersirkulasjonsreaktorer (IC).
Anaerobe slam- og spillvannbehandlingsprosesser kan også bli konstruert annerledes med hensyn på involvering av en ettrinns- eller enkelttrinnsprosess eller en totrinns- eller multitrinnsprosess. I så henseende representerer en enkeltrinnsprosess en prosess der alle biologiiske reaksjoner skjer inne i én enkelt reaktor. En totrinns- eller multitrinnsprosess involverer anvendelsen av mer enn én reaktor, og der hver reaktor er optimalisert med hensyn på å tilveiebringe optimale betingelser for de biologiske prosessene å bli utført inne i hver reaktor. For eksempel kan den første prosessen, som er hydrolyse- og acidogenesetrinnene, foregå i én reaktor mens det neste trinne, som er metanogenesen, foregår i en annen reaktor. Prosessen ifølge foreliggende oppfinnelse er anvendbar i de ulike slam- og spillvannbehandlingssystemene som er kjent for fagfolk på området for den biologiske produksjonen av metan, d.v.s. i batchsprosesser og kontinuerlige prosesser og i enkelttrinns- og multitrinnsprosesser.
For batchreaktorer blir en liten dose av et uorganisk nitrat, for eksempel slik som kalsiumnitrat, tilsatt i oppstarten av batchen.
Foreliggende oppfinnelse er anvendbar i alle de ulike anaerobe slam- og spillvannbehandlingsprosessene som er diskutert ovenfor.
For reaktorer som arbeider med kontinuerlig strømning blir en periodisk eller konstant dosering av uorganisk nitrat benyttet. Kontroll over kontinuerlig pågående prosesser kan kreve et kontrollsystem med prosesskontrollparametre som muliggjør estimeringen av nitratdosen som skal tilsettes. Ifølge foreliggende oppfinnelse blir slike datamålinger utført under slam- og spillvannbehandlingen med kontinuerlig tilstrømning for å muliggjøre bestemmelsen og tilsetningen av det nitrat som er nødvendig.
Uavhengig av typen av slam- eller spillvannprosess som blir benyttet kan nitratdosen som skal tilsettes bli estimert som utledet nedenfor.
Nitratet som skal tilsettes kan bli estimert fra oksidasjonsstyrkekravet (OPD) ut fra ulike fremgangsmåter for bestemmelse av det oksiderbare innholdet av organisk karbon i slammet eller spillvannet som skal behandles. Tre mulige fremgangsmåter er for eksempel:
1) OPD fra COD
Nitratdoseanbefalingen kan gjøres med referanse til OPD. En konverteringsfaktor er nødvendig for å beregne COD fra OPD. Fra (6) og (7) ovenfor vil fagfolk på området være kjent med at forholdet mellom COD-nivå (eller OPD uttrykt i O2/I) og OPD uttrykt i mg N03" er 1.55.
I et system med en tilførsels-COD-verdi på 50 000 mg O2/I vil en dosering (av nitrat) på 2 % OPD bety (50 000 x 1,55 x 0,02) = 1 550 mg N0371. Ved å benytte en 50 % kalsiumnitratløsning som produktet som skal tilsettes til en slambehandlingsprosess vil dette gi en doseringsrate på 2344 mg produkt/l (d.v.s. 1550<*>124/164/0,5).
I overensstemmelse med forklaringen ovenfor er det slik ganske enkelt å bestemme nitratdosen (i % OPD) fra informasjon/målinger av COD.
2) OPD fra TOC/ DOC
Når COD-informasjonen ikke er tilgjengelig kan OPD estimeres fra andre uttrykk for/bestemmelser av oksiderbart, organisk karbon, også kjent som parameteren totalt organisk karbon (TOC). Dersom forbindelsene er oppløst tilsvarer dette DOC-verdien. Dersom innholdet av TOC blir uttrykt som innhold av karbon, for eksempel løst organisk karbon (DOC), må man anta hvilken type karbon det er (oksidasjonstilstanden til karbonet).
3) OPD fra karbonforbindelser i toppdelen
Dersom COD, TOC eller DOC i det tilførte materialet ikke kan bli målt kan en estimering av COD for tilført materiale bli gjort via biogassproduksjon, ut fra produksjonsrater og konsentrasjoner av CH4og CO2i toppdelen av reaktoren. Den produserte biogassen er karbon overført fra løst og fast organisk materiale. Dermed er det en sammenheng mellom biogassproduksjon og innhold av organisk karbon i det som kommer inn og går ut av reaktoren.
Doseringsberegninger
Ifølge én utførelsesform av oppfinnelsen blir nitratdosen som skal tilsettes for å fremme metanproduksjon beregnet basert på COD i slammet eller spillvannet, d.v.s. COD-belastningen. Uten å være bundet av teori vil nitratet tilveiebringe en tilstrekkelig mengde elektroner til å stimulere de anaerobe prosessene uten å forstyrre dem.
Som nevnt ovenfor har oppfinnerne av foreliggende oppfinnelse overraskende funnet at tilførselen av en ekvivalent av 1 % til 4 % av COD som nitrat i en slambehandlingsreaktor fremmer metanproduksjon, og dette fører til en total økning av metanproduksjonen sammenlignet med en prosess der nitrat ikke tilsettes.
Prosessen ifølge foreliggende oppfinnelse bør bli stabilisert og overvåket ved å benytte CH4- og C02-måling til feedback-kontroll og kontinuerlig COD-beregning. Biogassproduksjonsrate, CH4- og C02-målinger i topprommet og i avgass fra reaktor er standardutstyr ved biogassproduksjonsanlegg og velkjent for fagfolk. Ifølge én utførelsesform av foreliggende oppfinnelse blir COD målt analytisk eller avledet fra karbonrelaterte parametere, som vist tidligere. Beregningen av doseringen av nitrat refererer til gjennomsnittlig COD for det som tilføres systemet (input) i tillegg til strømningen av det som tilføres Q (input).
Doseringen blir deretter beregnet ved hjelp av ligningen:
q(N03) [kg/t] = Q (input) [m<3>/t]<*>COD [kg/m<3>] * 1,55<*>u.
der u. er en verdi mellom 0,01 og 0,04, d.v.s. mengden av nitrat tilsvarende 1 % - 4 % av COD i tilført materiale.
Som et eksempel er doseringen av nitrat som skal tilsettes, d.v.s. q(N03), er 0,31 [kg/t] når Q (input) = 1 [m<3>/t], COD = [20 kg/m<3>], p. = 0,01. Dersom nitratet tilsettes som Ca(N03)2i en 45 % vandig løsning fører dette til q (Ca(N03)2) = 0,41 [kg/t]. Den massespesifikke doseringen er henholdsvis 310 ppm for N03og 449 ppm for Ca(N03)2. Lignende beregninger kan bli utført for de ulike tallene innenfor det ønskede området ifølge oppfinnelsen, d.v.s. der \ i er en verdi mellom 0,01 og 0,04.
For beregning av doseringen kan et selvlærende dataprogram bli benyttet. Denne dynamisk beregnede doseringsmengden kan bli tilsatt med en doseringspumpe koblet til datamaskinenheten. Denne enheten kan også bli benyttet for å overvåke temperatur, CO2- og CtLi-nivåer fordi disse parametrene også normalt dataovervåkes.
Fra spillvannbehandling er det kjent at natriumnitrat virker tilsvarende som kalsiumnitrat når det gjelder å støtte biologiske nedbrytningsprosesser i kloakk. Dermed vil et økt metanutbytte bli tilveiebrakt ikke bare med kalsiumnitrat men med ethvert uorganisk nitrat. En ikke-begrensende liste over uorganisk nitrat som kan bli benyttet ifølge foreliggende oppfinnelse er natriumnitrat, kaliumnitrat, kalsiumnitrat, magnesiumnitrat. Det er også mulig å benytte salpetersyre (HNO3).
Ifølge én utførelsesform av oppfinnelsen er nitratet som skal tilsettes ikke kobbernitrat fordi kobber som et tungmetall ikke skal tilsettes potensiell gjødsel.
De følgende eksemplene virker kun for å forklare oppfinnelsen i mer detalj, og skal ikke oppfattes som begrensende for omfanget av den krevde oppfinnelsen.
Eksempel 1:
Batchreaktorer i laboratorieskala.
Tolv batchreaktorer bestående av sprøyter ble benyttet som batchreaktorer i laboratorieskala (figur 4). Hver sprøyte ble koblet til en nål blokkert med en liten gummiaktig stopper (3) for å stoppe lekkasje av både gass (1) og væske (2). Sprøytene ble holdt i en inkubator ved en temperatur på 45 ± 1,0 °C. 39 ml med inokulum bestående av et første inokulum tatt fra et kommunalt anaerobt spillvann og slambehandlingsanlegg med kontinuerlig strømning (Porsgrunn kommune Norge) og næringsløsning inneholdende stivelse, pepton, gjærekstrakt, KH2PO4og K2HPO4og springvann ble innført i hver batchreaktor. Kalsiumnitratløsning ble tilsatt i begynnelsen av hver test. To parallelle grupper ble satt. Ti av reaktorene ble tilsatt kalsiumnitratløsninger tilsvarende ulike prosentandeler O2som følger: 0 %, 2 %, 4 %, 8 % og 16 % (som prosentandeler i COD-belastning i tilført materiale). To reaktorer ble holdt uten tilsetning og de andre 10 ble tilsatt 1 ml stivelsesløsning med 54468 mg/ml COD.
Generering av biogass ble målt for alle reaktorene ved ulike tidspunkter som vist i figur 1. Sammensetningen av oppsamlet gass ble analysert ved å benytte Hewlett Packard, HP, Micro Gas Chromatograph (GC) Agilent modell P200 ved å følge instruksjonene til produsenten. Databehandlings- og instrumentkontrollprogramvaren som ble benyttet var MTI EZChrom 200 versjon 4.5-datahåndteringprogramvare og -instrumentkontrollprogramvare.
I tillegg ble total COD (TCOD) og løselig COD (SCOD) testet i overensstemmelse med fremgangsmåtene beskrevet nedenfor som vist i figur 2 og 3. COD-målingen ble bestemt basert på COD-målingsprosedyren Closed Reflux, Colorimetric COD Method ifølge fremgangsmåten som er beskrevet i "Standard Methods for examination of Water and Waste water", Eaton AD, Clesceri LS, Greenberg AE,
(1995), Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater, 19. utgave, American Public Health Association, USA - Method 5220 D Chemical Oxygen Demand.
Figur 1 viser hvordan kumulativ gassproduksjon varierer ved ulike nitratnivåer benyttet i batchreaktorer i laboratorieskala. Resultatet viser at reaktorer tilført 1688 mg/l nitrat (tilsvarende 2 % oksygen i tilført COD) viste den høyeste genereringen av biogass sammenlignet med de andre laboratorieskalareaktorene. Resultatene viser videre at biogassdannelsen øker med økende mengder nitrat opp til et nivå tilsvarende 2 % oksygen. Resultatene viser videre at biogassdannelsen er høyere sammenlignet med reaktorene som ikke ble tilsatt noe nitrat, d.v.s. tilsvarende strengt anaerobe betingelser, inntil mengden oksygeneringsekvivalent overskrider omtrent 4 %.
Figur 2 og 3 viser henholdsvis SCOD og TCOD ved slutten av eksperimentet (358 timer) for de ulike nitratnivåene som ble testet. Ved tilsetning av nitratløsning tilsvarende henholdsvis 1 %, 2 % og 4 % oksygenering er både SCOD og TCOD lavere sammenlignet med reaktorene som ikke var tilsatt nitratløsning eller som var tilsatt enda større mengder nitratløsning (d.v.s. lik med 8 % til 16 % oksygenering).
Resultatene viser følgelig at ved å tilsette nitratløsning til en anaerob
slambehandlingsreaktor, der mengden nitrat er fra 1% til 4% oksygenering, oppnås høyere metanproduksjon og lavere COD. De mest optimale betingelsene oppnås når nitrogenløsningen som tilsettes tilsvarer 2% oksygenering.
Claims (13)
1. Fremgangsmåte for fremstillingen av metan i en anaerob slambehandlingsprosess,
karakterisert vedat nitratsalt blir tilsatt til en anaerob fordøyelsesprosess i en mengde tilsvarende 1-4 % av tilsatt COD.
2. Fremgangsmåte ifølge krav 1,
karakterisert vedat det anaerobe slambehandlingssystemet er valgt fra gruppen som består av et slambehandlingsanlegg for kloakk, et jordbruksbiogassanlegg og industrielt slamfordøyingsanlegg.
3. Fremgangsmåte ifølge ethvert av de foregående krav,
karakterisert vedat nitratsaltet i nitratsaltløsningen er valgt fra gruppen som består av natriumnitrat, kaliumnitrat, kalsiumnitrat eller magnesiumnitrat.
4. Fremgangsmåte ifølge krav 3,
karakterisert vedat nitratsaltet er kalsiumnitrat.
5. Fremgangsmåte ifølge krav 4,
karakterisert vedat nitratløsningen inneholder 10-60 vekt% med nevnte oppløste nitratsalter.
6. Fremgangsmåte ifølge krav 1,
karakterisert vedat den omfatter trinnene å: a. introdusere slam eller spillvann i et anaerobt biologisk slam- eller spillvannbehandlingssystem, b. måle COD-nivået i slam- eller spillvannmaterialet ved et overvåkningspunkt i slam- eller spillvannbehandlingssystemet, c. beregne nitratdosen som skal tilsettes, d. tilsette nitrat i en mengde tilsvarende 1-4 % av COD i tilført materiale basert på beregningene i trinn c.
7. Fremgangsmåte ifølge ethvert av de foregående krav,
karakterisert vedat nitratet ikke er kobbernitrat.
8. Fremgangsmåte ifølge ethvert av krav 1-7,
karakterisert vedat nitrat blir tilsatt i begynnelsen av hver ladning med slambehandling.
9. Fremgangsmåte ifølge ethvert av krav 1-7,
karakterisert vedat slambehandlingsprosessen går kontinuerlig og der tilsetningen av nitrat blir dosert periodisk.
10. Anvendelse av uorganisk nitrat for å øke metanproduksjon i anaerobe slam-eller spillvannbehandlingsprosesser ved å benytte en uorganisk nitratløsning som en tilsetning i nevnte prosess.
11. Anvendelse ifølge krav 10 der mengden av uorganisk nitrat som tilsettes er lik 1 % - 4 % av COD.
12. Anvendelse ifølge krav 10 der nitrogenløsningen blir tilsatt periodisk eller kontinuerlig under den anaerobe slambehandlingsprosessen i reaktoren.
13. Anvendelse ifølge kravene 1-7 og 10 der nitrogenløsningen blir tilsatt til den første reaktoren/reaktorene eller stadiene i en todelt eller multistadium anaerob fordøyel sesprosess.
Priority Applications (7)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| NO20101667A NO332626B1 (no) | 2010-11-29 | 2010-11-29 | Fremgangsmate for fremstilling av metan i en anaerob slambehandlingsprosess. |
| PL11190681T PL2457878T3 (pl) | 2010-11-29 | 2011-11-25 | Beztlenowe procesy przetwarzania szlamu |
| DK11190681.4T DK2457878T3 (en) | 2010-11-29 | 2011-11-25 | Method of anaerobic sludge treatment |
| ES11190681.4T ES2642085T3 (es) | 2010-11-29 | 2011-11-25 | Procedimientos anaeróbicos de tratamiento de lodos |
| PT111906814T PT2457878T (pt) | 2010-11-29 | 2011-11-25 | Processos de tratamento anaeróbico de lamas |
| EP11190681.4A EP2457878B1 (en) | 2010-11-29 | 2011-11-25 | Anaerobic sludge treatment processes |
| CY20171101002T CY1119573T1 (el) | 2010-11-29 | 2017-09-21 | Διαδικασιες αναεροβιας επεξεργασιας λυματολασπης |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| NO20101667A NO332626B1 (no) | 2010-11-29 | 2010-11-29 | Fremgangsmate for fremstilling av metan i en anaerob slambehandlingsprosess. |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| NO20101667A1 NO20101667A1 (no) | 2012-05-30 |
| NO332626B1 true NO332626B1 (no) | 2012-11-19 |
Family
ID=45092259
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| NO20101667A NO332626B1 (no) | 2010-11-29 | 2010-11-29 | Fremgangsmate for fremstilling av metan i en anaerob slambehandlingsprosess. |
Country Status (7)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP2457878B1 (no) |
| CY (1) | CY1119573T1 (no) |
| DK (1) | DK2457878T3 (no) |
| ES (1) | ES2642085T3 (no) |
| NO (1) | NO332626B1 (no) |
| PL (1) | PL2457878T3 (no) |
| PT (1) | PT2457878T (no) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP3502230A1 (en) * | 2017-12-22 | 2019-06-26 | Yara International ASA | Method for controlling the dosage of a biogas production optimizer in an anaerobic digester sludge and anaerobic biogas digester system for performing such a method |
| DE102019001727B4 (de) | 2019-03-13 | 2023-02-09 | LUCRAT GmbH | Feste, poröse, pyrogene Pflanzenkohlen, enthaltend adsobierte anorganische Nitrate, Verfahren zu ihrer Herstellung und ihre Verwendung |
| CN111239276A (zh) * | 2020-02-03 | 2020-06-05 | 广西大学 | 一种测定土壤和污泥有机质含量的方法 |
| CN111470744A (zh) * | 2020-04-13 | 2020-07-31 | 陈光浩 | 污泥厌氧发酵产挥发性有机酸的方法 |
| CN111500646A (zh) * | 2020-05-06 | 2020-08-07 | 苏州科技大学 | 一种含酚废水产甲烷的方法 |
| CN114592014A (zh) * | 2022-03-22 | 2022-06-07 | 太原理工大学 | 一种硝酸盐光解强化剩余污泥厌氧发酵产酸的方法 |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US1997252A (en) * | 1931-01-02 | 1935-04-09 | Dorr Co Inc | Sewage sludge treatment |
| NZ197992A (en) | 1980-08-18 | 1984-07-31 | Unisearch Ltd | Anaerobic bacterial degradation of organic materials |
| US7326340B2 (en) | 2003-03-05 | 2008-02-05 | Siemens Water Technologies Holding Corp. | System for controlling sulfide generation |
| US7087172B2 (en) | 2003-03-05 | 2006-08-08 | Usfilter Corporation | Methods for reducing nitrate demands in the reduction of dissolved and/or atmospheric sulfides in wastewater |
| WO2008090231A2 (de) | 2007-01-26 | 2008-07-31 | Sachtleben Chemie Gmbh | Verfahren zur unterdrückung störender schwefelwasserstoffbildung bei der biogasgewinnung durch zusatz von nitratsalzen |
| CA2641270C (en) * | 2008-06-25 | 2013-08-27 | Gemini Corporation | Apparatus and process for production of biogas |
-
2010
- 2010-11-29 NO NO20101667A patent/NO332626B1/no not_active IP Right Cessation
-
2011
- 2011-11-25 DK DK11190681.4T patent/DK2457878T3/en active
- 2011-11-25 PL PL11190681T patent/PL2457878T3/pl unknown
- 2011-11-25 EP EP11190681.4A patent/EP2457878B1/en active Active
- 2011-11-25 PT PT111906814T patent/PT2457878T/pt unknown
- 2011-11-25 ES ES11190681.4T patent/ES2642085T3/es active Active
-
2017
- 2017-09-21 CY CY20171101002T patent/CY1119573T1/el unknown
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| PT2457878T (pt) | 2017-11-14 |
| PL2457878T3 (pl) | 2017-12-29 |
| CY1119573T1 (el) | 2018-03-07 |
| ES2642085T3 (es) | 2017-11-15 |
| DK2457878T3 (en) | 2017-09-11 |
| EP2457878B1 (en) | 2017-08-02 |
| EP2457878A1 (en) | 2012-05-30 |
| NO20101667A1 (no) | 2012-05-30 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Angelidaki et al. | Biomethanation and its potential | |
| Ma et al. | Biochar triggering multipath methanogenesis and subdued propionic acid accumulation during semi-continuous anaerobic digestion | |
| Chen et al. | Review on microaeration-based anaerobic digestion: State of the art, challenges, and prospectives | |
| Kurade et al. | Microbial community acclimatization for enhancement in the methane productivity of anaerobic co-digestion of fats, oil, and grease | |
| Nordell et al. | Co-digestion of manure and industrial waste–The effects of trace element addition | |
| Zhang et al. | Influence of initial pH on thermophilic anaerobic co-digestion of swine manure and maize stalk | |
| Sheng et al. | Effect of ammonia and nitrate on biogas production from food waste via anaerobic digestion | |
| Ma et al. | A simple methodology for rate-limiting step determination for anaerobic digestion of complex substrates and effect of microbial community ratio | |
| Lei et al. | Methane production from rice straw with acclimated anaerobic sludge: effect of phosphate supplementation | |
| Mamimin et al. | Enhancement of biohythane production from solid waste by co-digestion with palm oil mill effluent in two-stage thermophilic fermentation | |
| Liu et al. | Characterization of methanogenic activity during high-solids anaerobic digestion of sewage sludge | |
| Ros et al. | Archaeal community dynamics and abiotic characteristics in a mesophilic anaerobic co-digestion process treating fruit and vegetable processing waste sludge with chopped fresh artichoke waste | |
| Zan et al. | Sulfate in anaerobic co-digester accelerates methane production from food waste and waste activated sludge | |
| AU2015242254B2 (en) | Biogas process with nutrient recovery | |
| Roopnarain et al. | Unravelling the anaerobic digestion ‘black box’: Biotechnological approaches for process optimization | |
| Moset et al. | Process performance of anaerobic co-digestion of raw and acidified pig slurry | |
| Golkowska et al. | Anaerobic digestion of maize and cellulose under thermophilic and mesophilic conditions–A comparative study | |
| Adou et al. | Anaerobic mono-digestion of wastewater from the main slaughterhouse in Yamoussoukro (Côte d’Ivoire): Evaluation of biogas potential and removal of organic pollution | |
| Giovannini et al. | A review of the role of hydrogen in past and current modelling approaches to anaerobic digestion processes | |
| DK2457878T3 (en) | Method of anaerobic sludge treatment | |
| Yu et al. | Hydrolysis and acidification of agricultural waste in a non-airtight system: Effect of solid content, temperature, and mixing mode | |
| Shofie et al. | Comprehensive monitoring and management of a long-term thermophilic CSTR treating coffee grounds, coffee liquid, milk waste, and municipal sludge | |
| Tampio et al. | Use of laboratory anaerobic digesters to simulate the increase of treatment rate in full-scale high nitrogen content sewage sludge and co-digestion biogas plants | |
| Yang et al. | Influence of reflux ratio on the anaerobic digestion of pig manure in leach beds coupled with continuous stirred tank reactors | |
| Luo et al. | The start-up and saline adaptation of mesophilic anaerobic sequencing batch reactor treating sludge from recirculating aquaculture systems |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| CHAD | Change of the owner's name or address (par. 44 patent law, par. patentforskriften) |
Owner name: YARA INTERNATIONAL ASA, NO |
|
| MM1K | Lapsed by not paying the annual fees |