PL217652B1 - Katalizator sposobu wytwarzania biogazu w procesie beztlenowej fermentacji metanowej osadów organicznych w zbiorniku fermentacyjnym po osiągnięciu stabilizacji wytwarzania biogazu oraz sposób wytwarzania biogazu z zastosowaniem takiego katalizatora - Google Patents

Katalizator sposobu wytwarzania biogazu w procesie beztlenowej fermentacji metanowej osadów organicznych w zbiorniku fermentacyjnym po osiągnięciu stabilizacji wytwarzania biogazu oraz sposób wytwarzania biogazu z zastosowaniem takiego katalizatora

Info

Publication number
PL217652B1
PL217652B1 PL391074A PL39107410A PL217652B1 PL 217652 B1 PL217652 B1 PL 217652B1 PL 391074 A PL391074 A PL 391074A PL 39107410 A PL39107410 A PL 39107410A PL 217652 B1 PL217652 B1 PL 217652B1
Authority
PL
Poland
Prior art keywords
fermentation
catalyst
amount
cycle
fermentation tank
Prior art date
Application number
PL391074A
Other languages
English (en)
Inventor
Andrzej Gadziński
Milan Holub
Original Assignee
New Energy Technologies Spółka Z Ograniczoną Odpowiedzialnością
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by New Energy Technologies Spółka Z Ograniczoną Odpowiedzialnością filed Critical New Energy Technologies Spółka Z Ograniczoną Odpowiedzialnością
Priority to PL391074A priority Critical patent/PL217652B1/pl
Priority to RU2012150989/10A priority patent/RU2012150989A/ru
Priority to PCT/PL2011/000043 priority patent/WO2011136671A2/en
Priority to EP11726514A priority patent/EP2563925A2/en
Publication of PL217652B1 publication Critical patent/PL217652B1/pl

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12P—FERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
    • C12P5/00—Preparation of hydrocarbons or halogenated hydrocarbons
    • C12P5/02—Preparation of hydrocarbons or halogenated hydrocarbons acyclic
    • C12P5/023—Methane
    • 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

Landscapes

  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Zoology (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Genetics & Genomics (AREA)
  • Processing Of Solid Wastes (AREA)
  • Treatment Of Sludge (AREA)

Description

Przedmiotem wynalazku jest katalizator sposobu wytwarzania biogazu w procesie beztlenowej fermentacji metanowej osadów organicznych w zbiorniku fermentacyjnym po osiągnięciu stabilizacji wytwarzania biogazu oraz sposób wytwarzania biogazu w procesie beztlenowej fermentacji metanowej osadów organicznych w zbiorniku fermentacyjnym realizowany z wykorzystaniem takiego katalizatora.
Osady ściekowe są specyficznym produktem odpadowym procesów prowadzonych w oczyszczalniach ścieków. Ogromna ilość tego rodzaju odpadów powoduje problem z ich zagospodarowaniem, który dodatkowo zwiększa wysoka zawartość w tych odpadach materii niebezpiecznej dla człowieka, takiej jak między innymi mikroorganizmy (bakterie, grzyby) oraz ołów i cynk, co powoduje niebezpieczeństwo sanitarne.
Jednym ze sposób zagospodarowania osadów organicznych jest ich wykorzystanie do produkcji biogazu w procesie beztlenowej fermentacji metanowej. Charakterystyczną cechą tego rodzaju fermentacji prowadzonej konwencjonalnymi sposobami jest jednak niestabilna produkcja biogazu.
Problem ten wynika między innymi z olbrzymiego zróżnicowania składu chemicznego osadów ściekowych, który zależy od wielu czynników, a w szczególności od rodzaju oczyszczanych ścieków (ścieki przemysłowe, komunalne, rolnicze, etc.) oraz od stosowanych procesów ich oczyszczania. Takie zróżnicowanie składu osadów warunkuje przebieg procesu ich fermentacji, skutkiem czego są duże wahania wydajności produkowanego biogazu, zmiany zawartości metanu w biogazie, zróżnicowanie czasu fermentacji a także zmiany składu odpadów pofermentacyjnych.
Problem zróżnicowanego składu osadów organicznych jest szczególnie widoczny w przypadku fermentatorów o stosunkowo małej wydajności, takich jak na przykład fermentatory domowe, gdzie może pojawiać się problem takiego obniżenia produkcji biogazu, że użytkowanie fermentatora stanie się całkowicie nieopłacalne.
Widoczny jest zatem problem dostarczenia rozwiązań zapewniających wyrównanie przebiegu procesów fermentacji metanowej pomimo silnie zróżnicowanego składu przetwarzanych osadów organicznych.
Dla rozwiązania tego problemu podejmowano próby zastosowania dozowania do fermentowanej masy katalizatorów, które miały zapewnić między innymi sterowalność procesu fermentacji. Większość tego rodzaju katalizatorów opiera się o metanol, glicerol lub serwatkę. W żadnym przypadku jednak nie osiągnięto zadowalających rezultatów, a próby te najczęściej kończyły się zagotowaniem fermentatora i jego unieruchomieniem, częstokroć wraz z współpracującą z nim oczyszczalnią ścieków.
W japońskim dokumencie patentowym JP 54154597 celem stabilizacji procesu fermentacji zaproponowano zastosowanie katalizatora w formie niższego alifatycznego kwasu lub alkoholu. W opisanym tam procesie przeznaczony do zutylizowania odpad organiczny, taki jak ścieki komunalne lub przemysłowe, odpady rolnicze lub z przetwórstwa rybnego, łączy się z grupą bakterii metanowych takich jak mikroorganizmy należące do rodzaju methanosulcina, methanococcus lub methanobacterium, a następnie wprowadza się je do fermentatora metanowego. W celu przyspieszenia wzrostu bakterii metanowych do fermentatora wprowadza się z odpowiedniego zbiornika niższy alifatyczny kwas lub alkohol, taki jak na przykład kwas octowy, kwas masłowy, alkohol metylowy czy alkohol etylowy. Następnie fermentacja metanowa jest kontynuowana wraz z dostarczaniem odpadów organicznych do fermentatora a powstający gaz jest odprowadzany do zbiornika magazynującego.
Celem wynalazku jest dostarczenie katalizatora dla sposobu wytwarzania biogazu pozbawionego wskazanych powyżej niedogodności, którego wydajność byłaby wysoka i niezależna od składu przetwarzanych osadów ściekowych i który cechowałby się wyższym stopniem jej sterowalności w porównaniu z rozwiązaniami znanymi ze stanu techniki.
Istotą wynalazku jest katalizator sposobu wytwarzania biogazu w procesie beztlenowej fermentacji metanowej osadów organicznych w zbiorniku fermentacyjnym po osiągnięciu stabilizacji wytwarzania biogazu, który charakteryzuje się tym, że zawiera metanol w ilości od 10 do 15% wag., glicerol w ilości od 20 do 25% wag., kwasy tłuszczowe w ilości od 3 do 10% wag. i wodę.
Katalizator według wynalazku pozwala skrócić czas przebywania osadów w fermentatorze przy jednoczesnym zwiększeniu efektywności wykorzystania zawartych w tych osadach substancji organicznych, których ilość w pozostałościach pofermentacyjnych jest dzięki temu bardzo niska.
PL 217 652 B1
Istotą wynalazku jest także sposób wytwarzania biogazu w procesie beztlenowej fermentacji metanowej osadów organicznych w zbiorniku fermentacyjnym, który charakteryzuje się tym, że obejmuje etapy:
a) pomiaru zawartości w zbiorniku fermentacyjnym węglowodanów, biogazu, metanu i opcjonalnie metali,
b) określania na podstawie pomiarów zarejestrowanych we wcześniejszych etapach (a) proporcji składników, ilości i chwili podania katalizatora fermentacji będącego mieszaniną metanolu, glicerolu i opcjonalnie innych składników dodatkowych,
c) dodawania do zbiornika fermentacyjnego określonego katalizatora fermentacji w określonej chwili podania,
d) wprowadzania do zbiornika fermentacyjnego nowych osadów organicznych, przy czym przeprowadza się co najmniej jeden pierwszy cykl etapów a) - c), aż do osiągnięcia stabilizacji wytwarzania biogazu oraz co najmniej jeden drugi cykl etapów a) - c), w którym katalizator fermentacji jest zdefiniowanym powyżej katalizatorem według przedmiotowego wynalazku i jest on inny niż katalizator fermentacji w rzeczonym co najmniej jednym pierwszym cyklu.
Celem cyklu pierwszego jest optymalizacja procesu namnażania populacji mikroorganizmów fermentacyjnych w zbiorniku fermentacyjnym, natomiast celem cyklu drugiego jest podtrzymanie ustabilizowanej produkcji metanu.
Sposób według wynalazku pozwala na zwiększenie ilości wytworzonego biogazu a także na zwiększenie zawartości metanu w produkowanym biogazie i może być stosowany do fermentacji dowolnych osadów organicznych, takich jak ścieki komunalne lub przemysłowe, odpady rolnicze lub z przetwórstwa rybnego.
Korzystne jest, aby w etapie b) określana była dodatkowo ilość nowych osadów organicznych wprowadzanych do zbiornika fermentacyjnego w etapie d).
Wynalazek zilustrowano na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia wykres wytwarzania biogazu w czasie w przykładowym zbiorniku fermentacyjnym.
Sposób według wynalazku realizowano w zbiorniku fermentacyjnym odpadów komunalnych 3 o pojemności 1240 m3, w którym, jak widać na rysunku fig. 1 początkowa produkcja biogazu wynosiła około 400 m3.
Skład katalizatorów fermentacji w poszczególnych cyklach zestawiono w Tabeli 1.
T a b e l a 1
CYKL I CYKL Il
Metanol 20-25% wag. 10-15% wag.
Glicerol maks. 5% wag. 20-25% wag.
Kwasy tłuszczowe maks. 5% wag. 3-10% wag.
Woda 65-80% wag. 55-70% wag.
Celem pierwszego cyklu (CYKL I) sposobu według wynalazku było wzmożenie namnażania mikroorganizmów fermentacyjnych i osiągnięcie stanu ustabilizowanego wytwarzania biogazu. Na wlocie zbiornika fermentacyjnego rejestrowano zawartość węglowodanów, zaś w samym zbiorniku rejestrowano ilość wytworzonego biogazu i zawartego w nim metanu. Na podstawie dotychczasowych pomiarów określano następnie ilość, proporcje składników i chwilę podania katalizatora fermentacji, a także ilość i chwilę wprowadzenia do zbiornika fermentacyjnego nowych osadów komunalnych.
W Cyklu I w skład katalizatora wchodził głównie metanol i woda, a do zbiornika fermentacyjne33 go wprowadzano dziennie średnio 1.23 m3 katalizatora i 64.56 m3 nowych odpadów.
Woda zawarta w katalizatorze stawowi wypełniacz nadający określoną konsystencję katalizatora i ułatwia jego dozowanie do zbiornika fermentacji.
Celem drugiego cyklu (CYKL II) sposobu według wynalazku było utrzymanie stałej populacji namnożonych bakterii (jej ilości i składu) zapewniającej stałą wartość wydajności produkcji biogazu jak i stałą wysoką zawartość metanu. Sygnałem do rozpoczęcia drugiego cyklu, jaki wystąpił po 49 dniach pracy w cyklu pierwszym było zmniejszenie ilorazu różnicowego (Aw/At) wydajności biogazu w jednostce czasu poniżej określonej wartości. Alternatywnie sygnałem tym mogłoby być też zaobserwowane zmniejszenie wahań wydajności AW.
PL 217 652 B1
Etapy drugiego cyklu były analogiczne do etapów cyklu pierwszego, przy czym stosowano tu katalizator fermentacji o innym składzie (Tabela 1).
Katalizator ten poza metanolem i glicerolem zawierał także znaczną ilość roślinnych kwasów tłuszczowych. Chociaż śladowa ilość kwasów tłuszczowych może być także zawarta w katalizatorze cyklu pierwszego, nie mają one większego wpływu na proces fermentacji w tym cyklu. Źródłem roślinnych kwasów tłuszczowych mogą być korzystnie substancje odpadowe otrzymywane przy produkcji olejów roślinnych.
3
W Cyklu Il do zbiornika fermentacyjnego wprowadzano dziennie średnio 78.02 m3 nowych od3 padów i 0.94 m3 katalizatora.
Jak widać na wykresie z rysunku fig. 1 w wyniku zastosowania katalizatora według wynalazku 3 produkcja biogazu szybko wzrastała i została ustabilizowana na poziomie około 1900 m3.
Przedstawione w Tabeli 1 składy katalizatora należy traktować jako ogólne wytyczne. Dokładne proporcje składników należy dobierać każdorazowo na podstawie obserwowanych parametrów pracy fermentatora. W ekstremalnych przypadkach, na przykład po dodaniu do fermentatora nadmiarowej ilości osadów ściekowych, konieczne może być nawet przekroczenie zakresów podanych w Tabeli 1.

Claims (3)

1. Katalizator sposobu wytwarzania biogazu w procesie beztlenowej fermentacji metanowej osadów organicznych w zbiorniku fermentacyjnym po osiągnięciu stabilizacji wytwarzania biogazu, znamienny tym, że zawiera metanol w ilości od 10 do 15% wag., glicerol w ilości od 20 do 25% wag., kwasy tłuszczowe w ilości od 3 do 10% wag. i wodę.
2. Sposób wytwarzania biogazu w procesie beztlenowej fermentacji metanowej osadów organicznych w zbiorniku fermentacyjnym, znamienny tym, że obejmuje etapy:
a) pomiaru zawartości w zbiorniku fermentacyjnym węglowodanów, biogazu, metanu i opcjonalnie metali,
b) określania na podstawie pomiarów zarejestrowanych we wcześniejszych etapach (a) proporcji składników, ilości i chwili podania katalizatora fermentacji będącego mieszaniną metanolu, glicerolu i opcjonalnie innych składników dodatkowych,
c) dodawania do zbiornika fermentacyjnego określonego katalizatora fermentacji w określonej chwili podania, i
d) wprowadzania do zbiornika fermentacyjnego nowych osadów organicznych, przy czym przeprowadza się co najmniej jeden pierwszy cykl etapów a) - c), aż do osiągnięcia stabilizacji wytwarzania biogazu oraz co najmniej jeden drugi cykl etapów a) - c), w którym katalizator fermentacji jest taki jak zdefiniowano w zastrz. 1 i jest on inny niż katalizator fermentacji w rzeczonym co najmniej jednym pierwszym cyklu.
3. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że w etapie b) określana jest dodatkowo ilość nowych osadów organicznych wprowadzanych do zbiornika fermentacyjnego w etapie d).
PL391074A 2010-04-27 2010-04-27 Katalizator sposobu wytwarzania biogazu w procesie beztlenowej fermentacji metanowej osadów organicznych w zbiorniku fermentacyjnym po osiągnięciu stabilizacji wytwarzania biogazu oraz sposób wytwarzania biogazu z zastosowaniem takiego katalizatora PL217652B1 (pl)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PL391074A PL217652B1 (pl) 2010-04-27 2010-04-27 Katalizator sposobu wytwarzania biogazu w procesie beztlenowej fermentacji metanowej osadów organicznych w zbiorniku fermentacyjnym po osiągnięciu stabilizacji wytwarzania biogazu oraz sposób wytwarzania biogazu z zastosowaniem takiego katalizatora
RU2012150989/10A RU2012150989A (ru) 2010-04-27 2011-04-26 Способ получения биогаза в процессе анаэробного сбраживания органического ила в бродильном резервуаре с выделением метана и катализатор для этого способа
PCT/PL2011/000043 WO2011136671A2 (en) 2010-04-27 2011-04-26 A method for producing biogas in a process of anaerobic methane fermentation of organic sludge in a fermentation tank and a catalyst for such a method
EP11726514A EP2563925A2 (en) 2010-04-27 2011-04-26 A method for producing biogas in a process of anaerobic methane fermentation of organic sludge in a fermentation tank and a catalyst for such a method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PL391074A PL217652B1 (pl) 2010-04-27 2010-04-27 Katalizator sposobu wytwarzania biogazu w procesie beztlenowej fermentacji metanowej osadów organicznych w zbiorniku fermentacyjnym po osiągnięciu stabilizacji wytwarzania biogazu oraz sposób wytwarzania biogazu z zastosowaniem takiego katalizatora

Publications (1)

Publication Number Publication Date
PL217652B1 true PL217652B1 (pl) 2014-08-29

Family

ID=44627264

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PL391074A PL217652B1 (pl) 2010-04-27 2010-04-27 Katalizator sposobu wytwarzania biogazu w procesie beztlenowej fermentacji metanowej osadów organicznych w zbiorniku fermentacyjnym po osiągnięciu stabilizacji wytwarzania biogazu oraz sposób wytwarzania biogazu z zastosowaniem takiego katalizatora

Country Status (4)

Country Link
EP (1) EP2563925A2 (pl)
PL (1) PL217652B1 (pl)
RU (1) RU2012150989A (pl)
WO (1) WO2011136671A2 (pl)

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS54154597A (en) * 1978-05-22 1979-12-05 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Methane fermentation
FR2539760B1 (fr) * 1983-01-20 1985-09-27 Elf Bio Rech Procede de production de methane par fermentation anaerobie
DK171735B1 (da) * 1987-07-14 1997-04-21 Niels Lang Mathiesen Anvendelse af kalksæber og/eller magniumsæber ved biogasfremstilling samt fremgangsmåde ved fremstilling af biogas

Also Published As

Publication number Publication date
EP2563925A2 (en) 2013-03-06
WO2011136671A4 (en) 2012-03-01
WO2011136671A2 (en) 2011-11-03
RU2012150989A (ru) 2014-06-10
WO2011136671A3 (en) 2011-12-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Bułkowska et al. Enhancement of biogas production from cattle manure using glycerine phase as a co-substrate in anaerobic digestion
Liew et al. Biogas production enhancement by co-digestion of empty fruit bunch (EFB) with palm oil mill effluent (POME): Performance and kinetic evaluation
Sun et al. Effects of organic loading rate on biogas production from macroalgae: Performance and microbial community structure
Aragaw et al. Co-digestion of cattle manure with organic kitchen waste to increase biogas production using rumen fluid as inoculums
Aboudi et al. Influence of total solids concentration on the anaerobic co-digestion of sugar beet by-products and livestock manures
Sibiya et al. Effect of temperature and pH on the anaerobic digestion of grass silage
Li et al. Changes in microbial community and methanogenesis during high-solid anaerobic digestion of ensiled corn stover
Nkemka et al. Start-up of a sequential dry anaerobic digestion of paunch under psychrophilic and mesophilic temperatures
JP2011514246A5 (pl)
Miryahyaei et al. Anaerobic co-digestion of sewage sludge with cellulose, protein, and lipids: Role of rheology and digestibility
Zahedi et al. Obtaining green energy from dry-thermophilic anaerobic co-digestion of municipal solid waste and biodiesel waste
Louhasakul et al. Valorization of palm oil mill wastewater for integrated production of microbial oil and biogas in a biorefinery approach
Budiyono et al. Study of biogas production from cassava industrial waste by anaerobic process
Saritpongteeraka et al. Co-fermentation of oil palm lignocellulosic residue with pig manure in anaerobic leach bed reactor for fatty acid production
PT2457878T (pt) Processos de tratamento anaeróbico de lamas
López Velarde Santos et al. Effect of inoculum source on the anaerobic digestion of mezcal vinasses at different substrate-inoculum ratios
Odejobi et al. Evaluation of biogas production from bio-digestion of organic wastes
Khalid et al. Anaerobic digestion restricted to phase I for nutrient release and energy production using waste-water grown Chlorella vulgaris
DE102011118067B4 (de) Aufbereitungsverfahren von Biomasse mit einer Zugabe mindestens eines Aktivators
Osman et al. Effect of cow rumen fluid concentration on biogas production from goat manure
Dababat et al. Biogas production using slaughterhouse wastewater co-digested with domestic sludge
Ibro et al. Impacts of Anaerobic Co-Digestion on Different Influencing Parameters: A Critical Review. Sustainability 2022, 14, 9387
Pratama Organic Waste cOnversiOn via cOntinuOus anaerObic cO-digestiOn Of Oil Palm emPty fruit bunches and cOW manure: evaluatiOn Of feeding regime On methane PrOductiOn
KR101092018B1 (ko) 하수오니를 이용한 연속 고온 단상 혐기 발효 활성오니 제조방법 및 이를 이용한 고온혐기 메탄발효방법
Kismurtono et al. Development of enhanced biogas production from palm oil mill effluent (POME)