SI21318A - Postopek in naprava za stabilizacijo in mineralizacijo blata iz naprav za čiščenje odpadne vode v termofilnem temperaturnem območju - Google Patents

Postopek in naprava za stabilizacijo in mineralizacijo blata iz naprav za čiščenje odpadne vode v termofilnem temperaturnem območju Download PDF

Info

Publication number
SI21318A
SI21318A SI200200254A SI200200254A SI21318A SI 21318 A SI21318 A SI 21318A SI 200200254 A SI200200254 A SI 200200254A SI 200200254 A SI200200254 A SI 200200254A SI 21318 A SI21318 A SI 21318A
Authority
SI
Slovenia
Prior art keywords
sludge
stage
anaerobic
aerobic
heat
Prior art date
Application number
SI200200254A
Other languages
English (en)
Inventor
Milenko ROŠ
Gregor Drago Zupančič
Original Assignee
Kemijski inštitut
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 Kemijski inštitut filed Critical Kemijski inštitut
Priority to SI200200254A priority Critical patent/SI21318A/sl
Priority to PCT/SI2003/000035 priority patent/WO2004035491A1/en
Priority to AU2003301295A priority patent/AU2003301295A1/en
Publication of SI21318A publication Critical patent/SI21318A/sl

Links

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
    • C02F11/00—Treatment of sludge; Devices therefor
    • C02F11/02—Biological treatment
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M21/00—Bioreactors or fermenters specially adapted for specific uses
    • C12M21/04—Bioreactors or fermenters specially adapted for specific uses for producing gas, e.g. biogas
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M23/00—Constructional details, e.g. recesses, hinges
    • C12M23/36—Means for collection or storage of gas; Gas holders
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M41/00—Means for regulation, monitoring, measurement or control, e.g. flow regulation
    • C12M41/12—Means for regulation, monitoring, measurement or control, e.g. flow regulation of temperature
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M43/00—Combinations of bioreactors or fermenters with other apparatus
    • C12M43/08—Bioreactors or fermenters combined with devices or plants for production of electricity
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M45/00—Means for pre-treatment of biological substances
    • C12M45/20—Heating; Cooling
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2301/00—General aspects of water treatment
    • C02F2301/10—Temperature conditions for biological treatment
    • C02F2301/106—Thermophilic treatment
    • 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
    • C02F3/30—Aerobic and anaerobic 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
    • 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)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • Zoology (AREA)
  • Genetics & Genomics (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Hydrology & Water Resources (AREA)
  • Water Supply & Treatment (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Clinical Laboratory Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Treatment Of Sludge (AREA)

Abstract

Blato nastalo pri čiščenju odpadne vode v čistilnih napravah, mora biti pred nadaljnjo uporabo ali deponiranjem dodatno obdelano. Predmet tega izuma je termofilna dvostopenjska anaerobno-aerobna stabilizacija in mineralizacija blata in ustrezna naprava. Razvit dvostopenjski proces v celoti operira v termofilnem področju, prednostno med 50-60 stopinj Celzija, in je razdeljen na dva dela. Zaradi termofilnega območja delovanja je razviti proces bistveno temeljitejši in tudi precej hitrejši. V prvi stopnji - anaerobni stopnji je proces podoben konvencionalnemu mezofilnemu procesu. Aerobna stopnja procesa po anaerobni stopnji dokončno stabilizira in odstrani skoraj vse biološko razgradljive snovi, ki anaerobno niso razgradljive. Dodatna novost je tudi regeneracija toplote, zato se toplotne potrebe bistveno zmanjšajo in proces postane lahko tudi enakovreden (z vidika toplotnih potreb) mezofilnemu procesu.ŕ

Description

Postopek in naprava za stabilizacijo in mineralizacijo blata iz naprav za čiščenje odpadne vode v termofilnem temperaturnem območju
Področje tehnike v katero spada izum
Predmetni izum je s področja reaktorske tehnike - varstva okolja in se nanaša na nov postopek stabilizacije in mineralizacije blata iz čistilnih naprav za čiščenje odpadne vode, ki nastaja kot trdni odpadek (odvečno oz. odpadno blato). Nanaša se zlasti na anaerobno-aerobni dvostopenjski postopek stabilizacije in mineralizacije blata v termofilnem temperaturnem področju. Prednostno obsega tudi regeneracijo toplote pri prvi stopnji - termofilnem anaerobnem procesu in termofilnem dvostopenjskem-anaerobno aerobnem procesu. Postopek stabilizacije blata je zelo fleksibilen in se lahko uporablja v širokem pasu potreb. Z uporabo prve anaerobne, druge aerobne in obeh stopenj pri različnih kombinacijah zadrževalnih časov, se lahko pokrijejo vse zmožnosti biološke stabilizacije in mineralizacije blata.
Tehnični problem
Pri biološkem čiščenju odpadne vode nastane velika količina odvečnega blata, ki ga je treba pred nadaljnjo uporabo dodatno obdelati. Običajne obdelave so mezofilni anaerobni razkroj v gniliščih (digestorijih) pri 30 do 38°C ali aerobna razgradnja pri minimalno 13°C, običajno pri 20°C. Zadrževalni časi v anaerobnih mezofilnih sistemih se običajno gibljejo med 30 in 60 dni, pri aerobnih pa med 50 do 60 dni. Namen razgradnje je zmanjšanje (običajna stopnja odstranitve pri mezofilnem procesu je 40%) in stabilizacija organskih snovi v blatu (manjše število patogenih mikroorganizmov), pri anaerobnem razkroju pa tudi pridobivanje bioplina, iz katerega večinoma pridobivajo električno energijo in toploto za potrebe čistilne naprave.
Tako obdelano blato se lahko uporabi za gnojilo na kmetijskih površinah, vendar le, če nima previsoke vsebnosti strupenih oz. nevarnih snovi, npr. težkih kovin. V takem primeru ga je potrebno deponirati. Trend zadnjih let (nižanje meje dovoljene vsebnosti težkih kovin, in vse večja onesnaženost in obremenjenost čistilnih naprav) uvršča blato kot posebni odpadek, ki ga je treba deponirati na posebna odlagališča. Samo v Sloveniji imamo 126 čistilnih naprav od katerih jih 33 nima obdelave blata, 4 blato kompostirajo ostale pa imajo večinoma anaerobno mezofilno stabilizacijo. Letna količina obdelanega blata v Sloveniji znaša 35872,6 m3 (6608,5 ton suhe snovi), od tega jih je 19833,6 m3 (3996,31 suhe snovi) deponiranega.
Stanje tehnike
Doslej je že več uveljavljenih dvostopenjskih procesov, ki le deloma delujejo v termofilnem področju in so osnovani na drugačnih konceptih, kot proces, ki je predmet tega izuma.
Dve bistveni lastnosti do sedaj uveljavljenih dvostopenjskih procesov v svetu, ki sta enaki vsem, sta:
• Dvostopenjski procesi so vsi v bistvu fazno ločeni anaerobni sistemi.
• Vsi procesi imajo prvo stopnjo termofilno, ki traja kratek čas (1-3 dni) in drugo stopnjo mezofilno, ki traja daljši čas (12-30 dni)
Kot je znano, je anaerobni proces stabilizacije s mikrobiološkega stališča dvostopenjski proces, sestavljen iz dveh faz, kislinske in metanogene. Pri sedaj uveljavljenih dvostopenjskih procesih se ti dve fazi ločujeta in optimizirata vsaka posebej. Tako je večinoma prva stopnja termofilna anaerobna (v nekaterih primerih tudi aerobna), kjer se proces stabilizacije in mineralizacije ustavi še v prvi - kislinski fazi procesa. Ta faza je kratka, traja le 1-3 dni, zaradi velike porabe toplote (proces je termofilen). Druga stopnja je zmeraj anaerobna mezofilna stabilizacija in sicer, metanogena faza anaerobnega procesa. Rezultati doseženi pri teh procesih so objavljeni tudi v svetovni strokovni literaturi [1-6]. Kot glavni razlog, da obe stopnji nista v termofilnem območju, se navaja, da so toplotne potrebe termofilnega procesa bistveno višje, in da se tak proces energijsko ne izplača (to je še posebej omenjeno v [1,2]).
Ločitev faz in optimizacija vsake faze posebej v dveh stopnjah pripomore k boljši razgradnji - večji mineralizaciji in stabilizaciji blata. Razgradnja organske komponente blata je večja pri krajših zadrževalnih časih. Proizvodnja bioplina je zaradi višje stopnje razgradnje prav tako višja, kot pri konvencionalnih mezofilnih procesih. Proizvodnja bioplina je nekoliko nižja pri procesih, kjer je prva stopnja aerobna. Rezultati vsake reference posebej so zbrani v Tabeli 1.
Tabela 1 - rezultati do sedaj razvitih dvostopenjskih procesov
Avtorji: Zadrževalni čas (dnevi) Odstranitev organske komponente blata (%)
rCheunbarn [1] 15 63
Cheunbarn [2] 15 61
Ghosh [3] 18,1 58,9
Bhattacharya [4] 12 54,3
Oles [5] 18-27 54-60
Yue Han [6] 13-28 44-52
Roberts [7] 14 45
Ker je proces v prvi stopnji izvajan v termofilnem področju, je sterilnost blata višja kot pri konvencionalnih mezofilnih sistemih. To pomeni, da je vsebnost patogenih mikroorganizmov manjša, oziroma, če je zadrževalni čas vsaj 48 ur, pod mejo vrednosti okužbe [8],
Reference:
1. Tapana Cheunbarn, Krishna R. Pagilla, Aerobic thermophillic and anaerobic mesophillic treatment ofsludge. Journal of environmental engineering, 2000. 126(9): p. 790-795.
2. Tapana Cheunbarn, Krishna R. Pagilla, Anaerobic Thermophillic/mesophillic dual-stage sludge treatment. Journal of environmental engineering, 2000. 126(9): p. 796-801.
3. Sambhunath Ghosh, Kevin Buoy, Larry Dressel, Terry Miller, Greg Wilcox, Dave Loos, Pilot and full scale two-phase anaerobic digestion ofmunicipal sludge. VVater environment and research, 1995. 67(2): p. 206-214.
4. Sanjoy K. Bhattacharya, Richard L. Madura, David AValling, Joseph B. Farrel, Volatile solids reduction in two phase and conventionai anaerobic sludge digestion. VVater research, 1996. 30(5): p. 1041-1048.
5. Juergen Oles, Norbert Dichtl, Hans-Hermann Niehoff, Fufl scaie experience of two stage thermophillic/mesophiliic sludge digestion. VVater Science and technology, 1997. 36(6-7): p. 449-456.
6. Yue Han, Shihwu Sung, Richard R. Dague, Temperature-phased anaerobic digestion of wastewater sludges. VVater Science and technology, 1997. 36(67): p. 367-374.
7. R. Roberts, W.J. Davies, C.F. Forster, Two-stage, thermophiilic-mesophiiiic anaerobic digestion ofsewage sludge. Trans I. Chem e., 1999. 77(part Β): p. 93-97.
8. Burtscher C., Fali P. A., Christ O., VVilderer P. A.; VVuertz S., Detection and survival of pathogens during two-stage thermophilic/mesophiiic anaerobic treatment of suspended organic waste. VVater Science and technology, 1998. 38(12): p. 123-126.
Opis nove rešitve tehničnega problema
Cilj predmetnega izuma je, da količino odvečnega blata iz čistilnih naprav za odpadne vode do najvišje možne mera zmanjša v najkrajšem možnem času. To zahteva, da se procesi vodijo v termofilnem temperaturnem področju (50-60°C), kar pa pomeni bistveno višje toplotne potrebe procesa, kar je doslej oteževalo obratovanje. Pridobljeni bioplin mnogokrat ni zadostoval niti za potrebe osnovnega procesa, kaj šele za dodatno - dopolnilno proizvodnjo električne energije. Prav tako je cilj, da se stabilizira - zmanjša ali ustavi vsakršna škodljiva aktivnost patogenih mikroorganizmov v blatu. To prav tako dosežemo po predmetnem izumu z obratovanjem v termofilnem temperaturnem področju.
Postopek za stabilizacijo in mineralizacijo blata iz naprav za čiščenje odpadne vode v termofilnem temperaturnem območju po predmetnem izumu je sestavljen iz dveh stopenj, v naslednjem zaporedju:
• prve stopnje - anaerobne stopnje, ki je anaerobna stabilizacija-mineralizacija in poteka v termofilnem območju 40 do 80°C, prednostno med 50 in 60°C;
• druge stopnje - aerobne stopnje, ki je aerobna stabilizacija-mineralizacija z uporabo zraka ali opcijsko čistega kisika in poteka v termofilnem območju med 40 in 80°C, prednostno med 50 in 60°C;
opcijsko z regeneracijo toplote.
Po eni varianti postopka se blato predgreje s pomočjo regeneracije toplote med iztokom blata iz druge - aerobne stopnje in blatom - vtokom v dvostopenjski proces. Po drugi varianti postopka se blato predgreje s pomočjo regeneracije toplote in obratuje samo prva - anaerobna stopnja dvostopenjskega procesa.
Drugi predmet izuma je naprava za stabilizacijo in mineralizacijo blata iz naprav za čiščenje odpadne vode v termofilnem temperaturnem območju, ki obsega sito za delce (1), toplotni menjalnik - regenerator (2), toplotni menjalnik - grelec (3), anaerobni reaktor (4), opcijsko vod (5) za tok blata, motor (6) z notranjim zgorevanjem, generator (7) za proizvodnjo električne energije, aerobni reaktor (8) in odstranjevalnik (9) vode.
Predmet izuma je nov postopek za stabilizacijo in mineralizacijo blata iz naprav za čiščenje odpadne vode v termofilnem temperaturnem območju, ki se v primerjavi z stanjem tehnike odlikuje po:
• večji proizvodnji bioplina, • višji stopnji razgradnje organskih snovi v enakem ali krajšem zadrževalnem času in • bistveno nižji porabi toplote za enak učinek.
Nova značilnost postopka je, da sestavljen iz dveh posameznih procesov anaerobnega in aerobnega in ne samo iz enega procesa, ki je fazno ločen, kar je primer do sedaj. Bistvena prednost te novosti je večja stabilnost dvostopenjskega procesa. Novost je prav tako tudi, da sta obe stopnji predmetnega izuma v termofilnem območju in ne samo ena, tako kot v do sedaj uveljavljenih dvostopenjskih procesih. Kot omenjeno v prejšnjem poglavju, je razlog, da je do sedaj le samo ena stopnja v termofilnem področju ta, da se za vzdrževanje takega procesa porabi preveč energije in da se to ne izplača. Na tem področju predmetni izum uvaja naslednjo novost, to je regeneracijo toplote, ki proces v termofilnem področju privede na enako ali celo manjšo stopnjo porabe energije, kot je pri mezofilnem procesu.
Postopek za stabilizacijo in mineralizacijo blata iz naprav po predmetnem izumu je sestavljen dveh stopenj:
• Prva stopnja je vedno anaerobna, zaradi maksimalnega izplena bioplina, zadrževalni čas te stopnje je od 3 do 12 dni. V tej stopnji se razgradi večina organskih delcev, zmanjša se tudi KPK. Ker pa anaerobno vse organske snovi niso razgradljive je • druga stopnja aerobna, kjer se bistveno zmanjša KPK. Razgradi se še tudi nekaj organskih delcev. Zadrževalni čas te stopnje je prav tako od 3 do 12 dni.
Skica 1 shematsko prikazuje napravo za stabilizacijo in mineralizacijo blata iz naprav za čiščenje odpadne vode v termofilnem temperaturnem območju, ki je nadaljnji predmet tega izuma.
• Odpadno blato iz naprav za čiščenje odpadne vode, z vsebnostjo trdnih delcev običajno okoli 3%, mora najprej skozi sito (1), ki izloči delce večje od 1,5 mm. To je potrebno zaradi regeneratorja (2) toplote, ki ima zaradi velike menjalne površine in višjega izkoristka take pretočne špranje, da delci večji od 1,5 mm povzročajo mašenje in manjšanje pretoka. , • Nato teče blato skozi toplotni menjalnik - regenerator (2), kjer se toplota iz toplega iztočnega blata 2. stopnje - aerobne stopnje procesa prenese na hladno vtočno blato.
Nato se blato še dogreje s toplotnim menjalnikom - grelcem (3) na delovno temperaturo, ki običajno znaša 55°C. Toplota grelca se dobi iz kogeneracijskega modula (motorja z notranjim zgorevanjem), katerega gorivo je bioplin proizveden v 1. stopnji - anaerobni stopnji.
• Blato nato steče v prvo stopnjo - anaerobni reaktor (4), kjer se s pomočjo anaerobnih bakterij razgrajujejo organski delci v blatu in kjer se zmanjšuje KPK organske snovi v blatu. Produkt anaerobne stabilizacije - mineralizacije je tudi bioplin, ki se uporablja kot gorivo za pogon kogeneracijskega modula. Temperatura anaerobne stopnje je 40 do 80°C, prednostno med 50 in 60°C.
• Delno stabilizirano - mineralizirano blato teče nato v 2. stopnjo - aerobni reaktor (8), kjer se do konca razgradijo organske snovi v blatu (trdni delci se le malo razgradijo, KPK se pa bistveno zmanjša). Temperatura v aerobnem reaktorju je prav tako med 50 in 60°C. Običajno je za 1-5°C nižja kot v anaerobnem reaktorju, zaradi toplotnih izgub aerobnega reaktorja. Aerobni reaktor mora biti zaprta posoda (vendar ne nadtlačna), zaradi izparevanja vode in manjših izgub toplote, ki se pojavijo z izparevanjem. Zato mora imeti aerobni reaktor oddušni izpust zraka.
• Blato po iztoku iz aerobnega reaktorja teče skozi toplotni regenerator (2), kjer greje vtočno blato.
• Na koncu se blatu pred nadaljnjo uporabo ali deponiranjem običajno še odvzame voda v odstranjevalniku (9), da se zmanjša volumen blata.
Alternative prikazane na Skici 1 so tudi recikli, kjer se del blata pri iztoku z reaktorja takoj vrača na vtok zaradi cepljenja - dodajanja mikroorganizmov v vtok.
Alternativa je tudi, da je prisotna samo ena stopnja, običajno je to anaerobna stopnja. V tem primeru mora zadrževalni čas anaerobne stopnje biti daljši, da se doseže dovolj velika stopnja stabilizacije in mineralizacije, kar pa pomeni tudi večji volumen reaktorja. Postopek regeneracije toplote je identičen. Toplota se regenerira med iztokom iz anaerobne stopnje in vtokom v anaerobno stopnjo. Blato pa vodimo po obdelavi v anaerobnem reaktorju (4) po vodu (5) direktno nazaj v toplotni menjalnik regenerator (2).
Obe stopnji obratujeta v zgoraj navedenem termofilnem območju, kar je tudi bistvena prednost pred do sedaj razvitimi dvostopenjskimi procesi, ki le delno obratujejo v termofilnem področju. Zaradi celotnega obratovanja v termofilnem področju je proces precej hitrejši. Glavni razlog, ki je do sedaj botroval temu, da je le majhen del procesa v termofilnem področju, je domnevno velika poraba toplote za vzdrževanje procesa.
Raziskave postopka, ki je predmet tega izuma so pokazale, da je toplota potrebna za dvostopenjski proces, resda precej višja od potrebe pri konvencionalnem mezofilnem procesu (od 40 do 50% višje toplotne potrebe). Od toplotne potrebe pri do sedaj razvitih dvostopenjskih procesih, pa se toplotna potreba dvostopenjskega procesa, ki je predmet tega izuma razlikuje ie za 1%.
Velika razlika toplotnih potreb med konvencionalnim mezofilnim in dvostopenjskim procesom tega izuma se krije s pomočjo regeneracije toplote. Postopek regeneracije toplote je prav tako predmet tega izuma.
Regeneracija toplote, ki je potrebna za postopek mineralizacije in stabilizacije blata, se izvršuje med iztočnim blatom iz druge - aerobne stopnje in vtočnim blatom prve anaerobne stopnje (Skica 1) . Stopnja regeneracije toplote lahko doseže tudi 70% in več, tako da je gledano s toplotnega vidika termofilni proces, ki se vrši z regeneracijo, celo ugodnejši od konvencionalnega mezofilnega procesa.
Skica 2 prikazuje toplotne bilance in temperaturna stanja blata skozi dvostopenjski proces.
• Odpadno blato - vtok blata se najprej predgreje s pomočjo toplotnega menjalnika - regeneratorja (2').
• Blato se nato segreje s pomočjo konvencionalnega grelnega sistema (7090°C) kogeneracijskega modula na vtočno temperaturo. Upošteva se tudi toplotna izguba anaerobnega reaktorja, tako da se blato segreje na malo višjo temperaturo, kot je temperatura v reaktorju ((4') (v primeru na Skici 2 nad 55°C), ravno dovolj da se pokrijejo izgube in da temperatura v reaktorju ostane 55°C. Višina temperature je odvisna od velikosti reaktorja. Manjši reaktorji imajo višjo temperaturo gretja blata.
• Toplotne izgube anaerobnega reaktorja so minimalne v primerjavi z toploto blata, (le 1-12% toplote potrebne za gretje blata).
• Blato iz anaerobnega reaktorja teče direktno v aerobni reaktor (8') brez dodatnega gretja. Temperatura v aerobnem reaktorju je zato nižja (1 do 5°C) kot v anaerobnem zaradi toplotnih izgub aerobnega reaktorja. Toplotne izgube aerobnega reaktorja se tako krijejo iz tega padca temperature blata.
• Zelo majhne so tudi toplotne izgube ki nastanejo zaradi odvajanja bioplina in produktov aerobne stabilizacije in mineralizacije. Le-te znašajo vsaka 1% toplote potrebne za gretje blata.
• Toplotni vpliv na aerobni reaktor ima tudi zrak za prezračevanje. Pri dimenzioniranju naprave je potrebno predvideti enako temperaturo zraka, kot je v aerobnem reaktorju. Potem se ta vpliv lahko zanemari.
• Z iztokom blata iz aerobnega reaktorja, ki ima temperaturo enako kot aerobni reaktor, se potem greje vstopno blato. Končni iztok blata ima temperaturo med 29°C in temperaturo aerobnega reaktorja, odvisno od stopnje regeneracije.
Zmogljivosti naprave so bile ugotovljene in večkrat preverjene na Kemijskem inštitutu, Ljubljana, Slovenija, v Laboratoriju za kemijo biologijo in tehnologijo voda. Eksperimenti so bili izvedeni z dvema reaktorjema; anaerobnim 20 I volumna, in aerobnim 18,2 I volumna.
Eksperimentalno je bilo določenih več kombinacij zadrževalnega časa anaerobne in aerobne stopnje. Zadrževalni čas v vsaki stopnji je v omočju 3 do 12 dni. Najvažnejše kombinacije so podane v Tabeli 2:
Tabela 2 - rezultati eksperimentalno določenih kombinacij procesa, kije predmet izuma
-1010
Proces: zadrževalni čas anaerobne in aerobne stopnje (dnevi AN + dnevi AE) Skupni zadrževalni čas (dnevi) Odstranitev organske komponente blata (%) Proizvodnja bioplina v (l/dan na I reaktorja)
1 3+3 6 38 0,52
2 3+6 9 49 0,35
3 5+5 10 49 0,36
4 3+12 15 61,8 0,23
5 10+10 > 20 62 0,22
Ugotovili smo, da je glede nastajanja bioplina najboljša 1. varianta, glede odstranjevanja organske komponente pa 4. in 5. varianta.
Dimenzioniranje priprave po predmetnem izumu
Pri dimenzioniranju potrebujemo izhodiščne parametre in sicer:
1. Izmerjene parametre,
2. Predvidene parametre in
3. Eksperimentalno določene parametre
Izmerjeni parametri so:
• Maksimalni dnevni pretok blata Qmax, (m3/d) • Minimalni dnevni pretok blata Qmjn, (m3/d) • Srednji dnevni pretok blata Qsr, (m3/d) • Srednja koncentracija KPK vstopnega blata, KPKvt (mg/l) • Koncentracija vtočnega blata Xvt, (g/l, kg/m3) • Delež organske snovi v suhi snovi blata, oz. koncentracija organske komponente blata χ0Γ9, (g/g, %) • Temperatura odpadnega blata (°C).
-1111
Predvideni parametri so:
• Zadrževalni čas anaerobne stopnje Tan, (dan) • Zadrževalni čas aerobne stopnje Tae, (dan) • Temperatura anaerobne stopnje tan, (°C) • Debelina in tip gradbenih in izolacijskih materialov reaktorjev
Eksperimentalno določeni parametri so:
• Stopnja odstranitve organske komponente blata za anaerobno in aerobno Stopnjo Tfo-arh 7o-ae, (%) • Stopnja zmanjšanja KPK za anaerobno in aerobno stopnjo ηκρκ-an, ηκρκ-ae (%) • Specifična proizvodnja bioplina G0p, (l/kg vstopne org. Mase blata) • Sestava bioplina (procent metana v bioplinu) ξ&κ, (%)
Eksperimentalno določeni parametri so ključnega pomena in se določajo laboratorijsko za vsako specifično blato posebej.
Dimenzioniramo določimo naslednje parametre:
• Volumen reaktorjev Vran, Vrae, (m3) • Pretok bioplina Qbp> (m3/dan), pretok metana Qch4, (m3/dan) • Velikost in tip kogeneracijskega modula • Energijsko in toplotno kapaciteto procesa • Koncentracijo blata in organske komponente v blatu iztoka anaerobne stopnje Xan, Xo-an, (g/l, kg/m3) • Koncentracijo blata in organske komponente v blatu iztoka aerobne stopnje Xae,
X0-ae, (g/l. kg/m3) • KPK na iztoku anaerobne stopnje KPKar (mg/l) • KPK na iztoku aerobne stopnje KPKae (mg/l) • Pretok zraka za prezračevanje Qzr, (m3/h) in na osnovi tega velikost prezračevalnih naprav
-1212 • Toplotne izgube in potrebe gretja blata • Temperaturo vtoka blata tOvt, (CC) in temperaturo aerobnega reaktorja tae, (°C) • Stopnjo potrebne regeneracije toplote iz iztoka na vtok blata κΓ (%), in na osnovi tega velikost in tip toplotnih menjalnikov, regeneratorja in grelca blata.
Volumen reaktorjev:
Anaerobni reaktor:
L,, = · Pb! i kjer je gostota blata
Aerobni reaktor;
^rae — £?max P hi ^at.'
Pretok bioplina in metana:
Qbp Qs! vt Xιαγ ~ Qhp
Velikost kogeneracijskega modula:
Velikost kogeneracijskega modula se določi na osnovi kemično vezane energije metana (energijska kapaciteta). Ta se določi s pomočjo nižje kurilne vrednosti metana.
Qkm ~ Q-Chh\ ’ ^/<7/4
Ko izberemo določeni kogeneracijski modul, nam proizvajalec poda transformacijske koeficiente za pretvorbo kemično vezane energije v metanu v koristno toploto ητ (toplotna kapaciteta) in električno energijo.Tako se določi toplotna kapaciteta:
Qi =7/ 'Qk„
Koncentracija blata in organske komponente v blatu iztoka anaerobne stopnje:
Aali vt X (//·χ ) + Xw.t; t>-an vi Xrtrg 7'o-ati
-1313
Koncentracija blata in organske komponente v blatu iztoka aerobne stopnje:
Xac = ' (1 ~ Z,^ )+ X(, an ‘ ho-ae = X<> an ' hc-ae
KPK na iztoku anaerobne stopnje in aerobne stopnje
KPKan = ηκ,>κ.α» KPKV, KPKac = ηκρκ_ KPK^
Pretok kisika oz. zraka za prezračevanje:
„ &, (KPK^-KPKj-R^-r, ) ^0, ~ ^0; ‘ Λ , • l 24-Ar J
Pkisik plinska konstanta kisika
Tzr temperatura zraka,
K faktor absorbcije kisika v zraku v blato, ki ga poda proizvajalec prezračevalne naprave in
K faktor absorpcije kisika v blato, ki ga poda proizvajalec naprave za prezračevanje s čistim kisikom.
Toplotne izgube in potrebe gretja blata:
- toplotne izgube anaerobnega in aerobnega reaktorja = A„, · A„„ (/„„ -1,.) Q, = kM. Aue -1,.) kjer so:
kae> kan koeficienti prestopa toplote za anaerobni in aerobni reaktor
Aan, Aae površine anaerobnega in aerobnega reaktorja tOk temperatura okolice
- toplotne potrebe gretja blata = Qh/ * P h! ‘ £ p /»/ ' O«« ” Ph* kjer je cp.bi specifična toplota blata
-1414
Temperatura vtoka blata:
Qi7i'-nn + Qi>r-hl
Temperatura aerobnega reaktorja:
t =1--— at: an z x
Qhl ' P k! ' C μ-Η
Stopnja potrebne regeneracije toplote in toplotna kapaciteta regeneratorja:
Na osnovi določenih pretokov blata temperatur, toplotnih potreb in stopnje regeneracije se določijo potrebne dimenzije in tip toplotnih menjalnikov.
-1515 številke na Skicah sito za delce toplotni menjalnik - regenerator toplotni menjalnik - grelec anaerobni reaktor (prva stopnja postopka) vod za tok blata, če prisotna samo prva stopnja postopka motor z notranjim zgorevanjem generator za proizvodnjo električne energije aerobni reaktor (druga stopnja postopka) odstranjevalnik vode toplotni menjalnik - regenerator anaerobni reaktor (prva stopnja postopka) aerobni reaktor (druga stopnja postopka)

Claims (5)

Patentni zahtevki
1. Postopek za stabilizacijo in mineralizacijo blata iz naprav za čiščenje odpadne vode v termofilnem temperaturnem območju, značilen po tem, da je sestavljen iz dveh stopenj, v naslednjem zaporedju:
• prve stopnje - anaerobne stopnje, ki je anaerobna stabilizacija-mineralizacija in poteka v termofilnem območju 40 do 80°C in zadrževalnem času 3 do 12 dni; druge stopnje - aerobne stopnje, ki je aerobna stabilizacija-mineralizacija s uporabo zraka in poteka v termofilnem območju med 50 in 60°G ter v zadrževalnem času 3 do 12 dni;
po potrebi z regeneracijo toplote.
2. Postopek po zahtevku 1, značilen po tem, da je temperatura v prvi stopnji med 50 in 60°C.
3. Postopek po zahtevku 1, značilen po tem, da se blato predgreje s pomočjo regeneracije toplote med iztokom blata iz druge - aerobne stopnje in blatom vtokom v dvostopenjski proces.
4. Postopek po zahtevku 1, značilen po tem, da se blato se blato predgreje s pomočjo regeneracije toplote in da obratuje samo prva - anaerobna stopnja dvostopenjskega procesa.
5. Naprava za stabilizacijo in mineralizacijo blata iz naprav za čiščenje odpadne vode v termofilnem temperaturnem območju, značilna po tem, da obsega sito za delce (1), toplotni menjalnik-regenerator (2), toplotni menjalnik-grelec (3), anaerobni reaktor (4), opcijsko vod (5) za tok blata, motor (6) z notranjim zgorevanjem, generator (7) za proizvodnjo električne energije, aerobni reaktor (8) in odstranjevalnik (9) vode.
SI200200254A 2002-10-18 2002-10-18 Postopek in naprava za stabilizacijo in mineralizacijo blata iz naprav za čiščenje odpadne vode v termofilnem temperaturnem območju SI21318A (sl)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SI200200254A SI21318A (sl) 2002-10-18 2002-10-18 Postopek in naprava za stabilizacijo in mineralizacijo blata iz naprav za čiščenje odpadne vode v termofilnem temperaturnem območju
PCT/SI2003/000035 WO2004035491A1 (en) 2002-10-18 2003-10-06 Procedure and device for thermophilic temperature range stabilization and mineralization of sludge from wastewater treatment plants
AU2003301295A AU2003301295A1 (en) 2002-10-18 2003-10-06 Procedure and device for thermophilic temperature range stabilization and mineralization of sludge from wastewater treatment plants

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SI200200254A SI21318A (sl) 2002-10-18 2002-10-18 Postopek in naprava za stabilizacijo in mineralizacijo blata iz naprav za čiščenje odpadne vode v termofilnem temperaturnem območju

Publications (1)

Publication Number Publication Date
SI21318A true SI21318A (sl) 2004-04-30

Family

ID=32105817

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SI200200254A SI21318A (sl) 2002-10-18 2002-10-18 Postopek in naprava za stabilizacijo in mineralizacijo blata iz naprav za čiščenje odpadne vode v termofilnem temperaturnem območju

Country Status (3)

Country Link
AU (1) AU2003301295A1 (sl)
SI (1) SI21318A (sl)
WO (1) WO2004035491A1 (sl)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102007010600A1 (de) * 2006-09-14 2008-04-10 Josef Moser Vorrichtung und Verfahren zur Erzeugung von Energie
FR2924038B1 (fr) * 2007-11-28 2011-05-06 Ile Dlmr Soc Civ Procede de traitement des dechets associant une phase de traitement par methanisation et une phase de traitement aerobie thermophile
RU2504520C2 (ru) * 2012-03-22 2014-01-20 Государственное научное учреждение Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства Российской академии сельскохозяйственных наук (ГНУ ВИЭСХ Россельхозакадемии) Способ биологической обработки концентрированных органических субстратов с получением удобрений, газообразного энергоносителя и технической воды и устройство для его реализации
CN109295112A (zh) * 2018-09-25 2019-02-01 大连理工大学 一种基于酵母发酵秸秆产乙醇耦合餐厨垃圾共消化的两相厌氧处理方法
BE1028840B1 (nl) * 2020-11-30 2022-06-27 Krivalec Bvba Inrichting en werkwijze voor productie van elektriciteit en warmte door verwerking van biomassa
CN112574862B (zh) * 2020-12-31 2021-09-17 中国科学院地理科学与资源研究所 一种秸秆好氧厌氧交替发酵系统及工艺
CN114706438B (zh) * 2022-05-19 2022-11-08 河南省科学院地理研究所 一种污水处理控制系统及方法

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3615971C2 (de) * 1986-05-13 1995-11-16 Schulze Oswald Kg Anlage zum Behandeln von Schlamm
AT392957B (de) * 1987-08-06 1991-07-25 Technoagrar Consulting Ag Verfahren zur behandlung und entsorgung von gemengen aus feststoffen und fluessigkeiten
GB2246122A (en) * 1990-06-06 1992-01-22 Alan Hilton Ridett Digestion of sewage sludge

Also Published As

Publication number Publication date
AU2003301295A1 (en) 2004-05-04
WO2004035491A1 (en) 2004-04-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Bayrakdar et al. Dry anaerobic digestion of chicken manure coupled with membrane separation of ammonia
Zhang et al. Sludge treatment: Current research trends
EP2212413B1 (en) Process for the treatment of wastes combining a phase of treatment by methanization and a phase of thermophilic aerobic treatment
Zhou et al. Effect of thermal hydrolysis pre-treatment on anaerobic digestion of municipal biowaste: a pilot scale study in China
EP3280685B1 (en) Treatment of waste products with anaerobic digestion
Karagiannidis et al. Evaluation of sewage sludge production and utilization in Greece in the frame of integrated energy recovery
Babson et al. Anaerobic digestion for methane generation and ammonia reforming for hydrogen production: A thermodynamic energy balance of a model system to demonstrate net energy feasibility
CN110304786A (zh) 有机废物食物废水的处理水无放流资源化处理装置以及其处理方法
Krishna Role of factors influencing on anaerobic process for production of bio hydrogen: Future fuel
KR101553370B1 (ko) 분뇨와 오폐수를 이용한 메탄 발전 시스템 및 그 방법
KR20150056429A (ko) 용매 추출을 이용한 슬러지와 폐수를 포함하는 하수의 처리방법
Banerjee et al. A biorefinery approach for sewage sludge
SI21318A (sl) Postopek in naprava za stabilizacijo in mineralizacijo blata iz naprav za čiščenje odpadne vode v termofilnem temperaturnem območju
Ghorbanian et al. Impact of supplemental hydrogen on biogas enhancement and substrate removal efficiency in a two-stage expanded granular sludge bed reactor
US20170158535A1 (en) Process for recovering elemental selenium from wastewater
KR101051729B1 (ko) 유기성 폐기물을 포함하는 고농도 폐수 처리방법 및 그 장치
Mininni et al. An innovative sludge management system based on separation of primary and secondary sludge treatment
KR101813894B1 (ko) 증발 및 응축 유기산 생성 구조의 고도 하수 처리 시스템 및 그에 의한 하수 처리 방법
KR100949246B1 (ko) 유기성 폐기물 처리 방법
US11185816B2 (en) Process and plant for the thermal abatement of malodorous emission from a purification plant with energy recovery from said abatement
KR200417043Y1 (ko) 고온호기소화조와 중온혐기소화조 및 전기분해조를 이용한활성슬러지의 감량화장치
CN212532729U (zh) 一种污泥的集成处理系统
KR101113253B1 (ko) 유기폐기물을 이용한 바이오가스 생산 시스템
KR20150114152A (ko) 가용효율이 높고 탈질 및 고농축처리가 가능한 음식물 쓰레기 탈리여액 처리시스템
Sadecka et al. Processing of sewage sludge with energy recovery in a wastewater treatment plant

Legal Events

Date Code Title Description
IF Valid on the prs date
KO00 Lapse of patent

Effective date: 20090603