Az anaerob fermentáció sebességének felgyorsítása mechanikus sejtroncsolással

Átírás

1 Az anaerob fermentáció sebességének felgyorsítása mechanikus sejtroncsolással Dr. Németh Zsolt, Takács Beáta Kiss Gábor, Kovács Péter (xxx), Varga Tibor (xxx) Euro-Open Kft., Zalaegerszeg 8900 Kosztolányi u 2. Vasivíz Zrt., 9700 Szombathely, Újvilág u. xxx Zalaviz Zrt, 8900 Zalaegerszeg, Balatoni u 8.

2 Tartalom: 1. A sejtroncsolás módszerei és hatásai 2. Ultrahangos roncsolás 3. Shark Technológa 4. Nagyüzemi tapasztalatok 5. Összegzés, kitekintés

3 Miért kell az anyagot feltárni??

4 KIADÁSOK: Beruházás... ( Euro/m3 növekszik!!) Gépészet (fűtés, keverés...) Szállítás (ki-be napi több száz tonna...) Karbantartás! Haszon? Megtérülés??

5 Anaerobic degradation of biosolids biosolids hydrolysis dissolved org. compounds acidogenesis H2 CO2 org. acids acetic acid alcohols acetic acid acetogenesis methanogenesis CH4 CO2

6 Volatile Solids (VS) reduction during anaerobic digestion of sewage sludge 60 otr-abbau VS reduction [%] Rohschlamm Raw Sludge Überschußschlamm WAS digestion Faulzeit time [d]

7 Disintegration of biosolids sludge floc sludge water energy energy bacteria inert particles extracellular polymers

8 Light-microscopical analysis energy energy untreated WAS 30s sonicated 90s sonicated

9 Effect of sonication on sludge water phase C S B [ m g / l ] COD DS : g / k g DS : g / k g sonication B e s c h a l l time z e i t [ s ]

10 Increase in anaerobic VS degradation Increase Abbausteigerung in VS-degradation [%] y = 1.9x R = Degree Aufschlußgrad of disintegration A CSB DD[%] COD [%]

11 Fighting of bulking / floating sludge untreated sonicated

12 Methods for sewage sludge disintegration (Source: ATV-expert group AK 1.6 Sewage sludge disintegration ) Classification Processes / Apparatus Mechanical Chemical Biochemical Thermal Ball mill High pressure homogeniser Lysat-centrifuge Impinging fluid jet technique Pulsed power technique Ultrasonic technology Acid addition Alkaline addition Addition of chemically oxidizing agents Addition of enzymes Heating of the sludge ++ : No creation of by-products -- : Creation of by-products (inert COD, toxic products!) - : Little operational experience -- : Creation of by-products (inert COD, toxic products!)

13 High-Power Ultrasonic Technology Outflow Inflow Ultrasonic Generator Sonotrode

14 Ultrasonic Cavitation Sound Pressure Compression waves Radius of cavitation bubble in μm Generation Growth Time in μs

15

16 Cavitational field in a liquid

17 High-power Ultrasound Reactor (Technology transfer competition, Germany 2002)

18 SHARK TECHNOLÓGIA Új, magyar fejlesztésű 100 m/s nyírósebesség 1 mikron nyírótáv!! 100 m3/nap (T<15-20%) Éves karbantartás ~ 2400 Eur. Minimásli energiaigény! Automatizált, PLC-vezérelt, telep irányításba illeszthető! SZABADALOMMAL VÉDETT!

19 A nyírás eredményei:

20 85% of all fibres were smaller than 15 micrometer!!!

21 Waste activated sludge (~5% DS) before and after Shark:

22

23 Nagyüzemi tapasztalatok: Szombathely: UH alkalmazás anaerob rothasztás Intenzifikálására ( hét, hétig) Utána a denitrifikáció javjtására.

24 keletkezett biogáz (m 3 ) / feladott szerves szárazanyag (kg) 0,85 0,80 0,75 0,70 0,65 0,60 0,55 0,50 0,45 0,40 0,35 0,30 0,25 0,20 Keletkezett biogáz (m 3 ) / feladott szerves szárazanyag (kg) 2010 ( hét) keletkezett biogáz (m 3 ) / feladott szerves szárazanyag (kg) 0,85 0,80 0,75 0,70 0,65 0,60 0,55 0,50 0,45 0,40 0,35 0,30 0,25 0,20 Keletkezett biogáz (m 3 ) / feladott szerves szárazanyag (kg) az ultrahangos próbaüzem során 2010 ( hét) hét hét Keletkezett biogáz (m 3 ) / feladott szerves szárazanyag (kg) 2010 ( hét) Keletkezett biogáz (m 3 ) / feladott szerves szárazanyag (kg) 2010 (48-52), 2011 (1.-4. hét) UH mkűködött keletkezett biogáz (m 3 ) / feladott szerves szárazanyag (kg) 0,70 0,65 0,60 0,55 0,50 0,45 0,40 0,35 0,30 0,25 0, keletkezett biogáz (m 3 ) / feladott szerves szárazanyag (kg) 0,70 0,65 0,60 0,55 0,50 0,45 0,40 0,35 0,30 0,25 0, hét hét

25 0,70 Keletkezett biogáz (m 3 ) / feladott szerv es szárazanyag (kg) 2011 ( hét) 3000 Ultrahanggal kezelt iszap mennyisége (m 3 ) 2010 keletkezett biogáz (m 3 ) / feladott szerves szárazanyag (kg) 0,65 0,60 0,55 0,50 0,45 0,40 0,35 0,30 0,25 0, hét ultrahanggal kezelt iszap mennyisége (m3) május június július augusztus szeptember hónap október november december 0,8 Toronyra feladott fölös iszap (m 3 ) / nyers iszap (m 3 ) 3000 Ultrahanggal kezelt iszap mennyisége (m 3 ) 2011 fölös iszap (m 3 ) / primer iszap (m 3 ) 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0, ultrahanggal kezelt iszap mennyisége ( m 3 ) január február március április május június hónap július augusztus szeptember október november december

26 Összes nitrogén (mg/l) 2010 Összes nitrogén (m g/l), online m érő Összes nitrogén (mg/l) Összes nitrogén (mg/l) hónap hónap 25 Nitrát-nitrogén (mg/l), online mérő ,5 Összes foszfor (mg/l), online mérő 2011 Összes nitrogén (mg/l) Összes foszfor (mg/l) 2 1,5 1 0, hónap hónap

27 Zalaviz: Shark + UH Napi biogáz képződés rothasztótornyokban Nm biogáz mennyiség 1-es rothasztó (m3) biogáz mennyiség 2-es rothasztó (m3) szept 08.szept 15.szept 22.szept 29.szept 06.okt 13.okt 20.okt 27.okt 03.nov 10.nov 17.nov 24.nov 01.dec 08.dec 15.dec 22.dec 29.dec

28 Kikapcsolás után: 400 Fajlagos biogáztermelés (m3/t), I.+II. rothasztó okt márc I + II. roth. Lineare Regression für I + II. roth. Lineare Regression für okt 2011.nov dec jan febr márc.

29 Nyári próbaüzem: Fajlagos biogáztermelés (m3/t), I.+II. torony, (20 napos számolás) I + II. roth I + II. roth Lineáris (I + II. roth. 2011) Lineáris (I + II. roth. 2012) Hónap

30 OTS degradation: 45 Rothasztás hatásfoka %, I.+II. rothasztó, (20 napos számolás) Hónap I + II. roth I + II. roth Lineáris (I + II. roth. 2011) Lineáris (I + II. roth. 2012)

31 Eredmények: Téli próbaüzem ~ 34 % gáztöbblet Nyári próbaüzem ~ 10 % gáztöbblet Éves átlag: ~ 20-22% (Csak fölösiszap!!) Habosodás a toronyban nem jelentkezik! (csak lekapcsolás után..) Szálasanyag-probléma megszűnt! Jelenlegi kapacitáson 3 év alatti megtérülés!

32 Összefoglalás: Mechanikai roncsolást érdemes betervezni és végezni, mert: Már a beruházásnál többszörösen megtérül!! (építés, fűtés, keverés, víztelenítés, szállítás, elhelyezés...) Meglévő üzemek hatásfokát jelentősen javítja! Üzemi problémáktól kímél meg! (szálasanyag, fonalasodás, habzás, magas össz-nitrogén, magas iszaphozam..stb.) Olcsó és egyszerű üzemeltetni! Környezetbarát!! (Zéró károsanyag kibocsátás, vegyszermentes!) Gyors megtérülés után hasznot hoz!!!

33 Köszönöm a figyelmet! Bővebb információ: NZT@gmx.de

34 Bamberg WWTP (230,000 PE) Improvement of anaerobic sewage sludge degradation due to partial sonication of the waste activated sludge % m³/d VS destruction [%] % biogas production [m³/d] m³/d conventional us-treated 0 conventional us-treated

35 Cost-benefit-calculation Bamberg WWTP: 230,000 PE, 150 m³/d PS, 250 m³/d WAS, 20 d digestion time, spec. bio-gas prod. = 0.6 m³ CH 4 /kg VS destroyed 30% of WAS (~ 75 m³/d) was sonicated 3 us-units Cost: a) invest ~ 330, EUR, 10 a 50, EUR/a b) operation ~ 25, EUR/a Benefit: 30% increase in digester performance (VS-destruction increased from 42% to 54%) a) reduction in sludge mass for disposal ~ 2,500 kg DS/d, 0.10 EUR/kg DS -90, EUR/a b) increase of bio-gas production ~ +4,800 kwh el /d, EUR/kWh el ( EEG ) -135, EUR/a

36 Heiligenstadt WWTP (50,000 PE) Improvement of aerobic sewage sludge degradation due to partial sonication of the return sludge Fracht des Überschussschlammes [t TS/d] Stillstand US-Anlage Datum Entwässerte Schlammmenge [t TS/Monat] ,8 71,5 72,5 68,4 62,2 51, Oktober 02 November 02 Dezember 02 Januar 03 Zeitraum

37 Ultrasound Sludge Disintegration for Intensification of Aerobic Sludge Stabilization Minimization) Leinetal WWTP, Germany I. Brief Snapshot of the PlantDesign Capacity: PE Sludge stabilisation: Extended aeration (simultaneous-aerobic sludge digestion) Facilities:Two activated sludge tanks, aerobic sludge age 18 dayshigh amount of waste activated sludge production Floating sludge due to excessive growth of filamentous micro-organisms (Sludge

38 II. Initial Plan for the Aerobic Digestion Facilities Upgrade Construction of a new activated sludge tank in order to increase the aerobic sludge age. III. The Trial of the Ultrasound Disintegration System The plant decided to use the Ultrawaves innovative Ultrasound reactor for sewage sludge cell disintegration in order to intensify aerobic sewage sludge digestion and to eliminate the need for the construction of a new activated sludge tank as follows:three Months Test (December 2002 February 2003) with Treatment of 30% of total TWAS flow, which was recycled back into the aeration tank.

39 IV. The Results and Benefits of Using Ultrasound Waste activated sludge quality: minimization of sludge mass of about 30% better stabilized end product (reduced organic content) 2% increase in cake dryness after WAS dewatering no foam and no floating sludge in the aeration tank reduction in sludge volume index SVI from 140 to 85 ml/g Payback time: less than 3 years Current Leinetal WWTP sludge flow sheetavoided the Construction of a New Aeration Tank

40 Results 100 Waste Activitated Sludge Mass for Disposal [t DS/month] ,5 68,4 72,5 78,8 introduction of ustechnology 62, Oct 02 Nov 02 Dec 02 Jan 03 V. Contact Mr. Kaufhold, Technical manager of the Leinetal WWTP. Phone: (+49)

41 Ultrasound Sludge Disintegration for Combating Foaming Sludge Meldorf WWTP, Germany

42 Brief Snapshot of the Plant: Design Capacity: PE Actual Capacity: PESludge Feed: Primary and TWAS, Cofermentation of biosolids Facilities:Two mesophilic anaerobic digester tanks (2 x m³) Detention time:30 day HRT Operational problems: Digester foaming due to excessive growth of filamentous microorganisms in the WAS The Trial of the Ultrasound Disintegration System The plant decided to use the Ultrawaves Ultrasound reactor for the decomposition of the filamentous sludge structures (Microthrix parvicella) in the TWAS flow in order to allow an undisturbed anaerobic digestion without foaming problems. Three Months Test (Sept. Nov. 2004) with Treatment of 100% of the total TWAS flow

43 after installation of US-Technology Digested sludge VS: Reduced from 61% (as % of TS) to 45% Biogas production: 30% increase Payback time: 2 years

44 digester) Feeding of co-substrates to anaerobic digester becomes possible Reduction of sludge mass for disposal Full-scale Installation since February VS in the digested sludge [%] introduction of - us-technology Sep. 4. Okt. 11. Okt. 18. Okt. 25. Okt. 1. Nov. 8. Nov. 15. Nov.