Ko-szubsztrát rothasztás tapasztalatai az Észak-pesti Szennyvíztisztító Telepen Román Pál és Szalay Gergely - Fővárosi Csatornázási Művek Zrt.

Átírás

1 Ko-szubsztrát rothasztás tapasztalatai az Észak-pesti Szennyvíztisztító Telepen Román Pál és Szalay Gergely - Fővárosi Csatornázási Művek Zrt.

2 Ko-szubsztrát rothasztás definíciója, előnyei A társított vagy ko-szubsztrát rothasztás kettő vagy több szubsztrátból készült homogén keverék közös rothasztását jelenti: az alapszubsztráthoz (pl. szennyvíziszap) egyéb kiegészítő anyagokat (pl. élelmiszeripari hulladék, állati eredetű hulladékok stb.) adagolnak és közösen rothasztják. Az alap szubsztrát biztosítja az alapvető tápanyagokat (N, P) és mikroelemeket (Ca, Fe, Mg, Mn, Co stb.). A jó makro és mikro tápanyag ellátás következtében a ko-szubsztrát rothasztás sokkal hatékonyabb, mint a mono-szubsztrátok rothasztása.

3 Hulladékfogadás az Észak-pesti Szennyvíztisztító Telepen Víztelenített és folyékony szennyvíz iszap Élelmiszeripari folyékony hulladékok Élelmiszeripari növényi hulladékok Állati eredetű hulladékok Zsírok

4 A Ko-szubsztrát rothasztás műtárgyai és technológiája az Észak-pesti Szennyvíztisztító Telepen

5 A hulladék fogadás és előkezelés technológiája Víztelenített iszap fogadó Higítás, előkezelés Tartály Szilárd hulladék Folyékony hulladék fogadó Törő szivattyú Folyékony hulladék ATEV fogadó Szivattyúk Mezofil rothasztók Állati eredetű hulladék

6 Víztelenített iszap fogadó

7 Víztelenített iszap fogadó Technológiai folyamatábra Víztelenített iszap Fogadó garat Transzport csigák Tömő szivattyú Rothasztók Macerátor Iszaptartály Dilacerátor Kevert iszap

8 Növényi hulladékok a víztelenített iszap fogadóban Aprított növényi hulladék Gyümölcstörköly

9 Víztelenített iszap fogadó üzemeltetési problémái Tömő szivattyú károsodása vashulladék miatt Szálas anyag eltávolítása a 70m 3 -es iszaptartály tengelyéről

10 Mezofil rothasztók

11 Mezofil rothasztók - technológiai folyamatábra. Víztelenített iszap fogadó Kevert iszap Biogáz Biogáz Rothasztott iszap Technológiai víz 11 Állati eredetű hulladék Folyékony hulladék Sűrített iszap Jelmagyarázat: 1. Oltó keverő 2. Hőcserélő 3. Iszapelvételi cső 4. Túlfolyó 5. Keringető szivattyúk. 6. Habzsilip 7. Búvónyílás 8. Kazánok 9. Gázkompresszorok 10. Gázlándzsák 11. Csavarszivattyú 12.Dilacerátor

12 Rothasztók keverése az Észak-pesti Szennyvíztisztító Telepen Az Észak-pesti Szennyvíztisztító Telepen alkalmazott gázlándzsás keveréssel kapcsolatos tapasztalatok kedvezőek. Kiülepedés nem volt tapasztalható, a reaktorok felszíne a különböző származású hulladékok fogadása ellenére tiszta maradt. Nem tapasztaltunk habzást, vagy uszadék képződést. A rothasztó toronyban kialakuló áramlást két technológiai alrendszer, a gázlándzsás keverőrendszer és az iszapfűtő-keringető rendszer határozza meg. A gázlándzsás keverés elsődleges célja az képződő biogáz felszínre hozása, és ezzel a habképződés megakadályozása. A gázlándzsás keverés segíti az üledékfázis lebegésben tartását. A buborékoltatás a technológiai időzítésnek megfelelően változtatott, szektoros elrendezésű gázlándzsa csoportokon történik, így a buborékoltatás hatására az iszaptest vízszintes tengely körüli merevtestszerű forgásba tud jönni. Az üledék lebegésben tartásának fontos eleme a fűtőköri keringetés, amelynek elszívási pontja az enyhén kúpos tartályfenék közepén, a visszavezetési pontja pedig a tartály tetején található.

13 Rothasztók keverése az Észak-pesti Szennyvíztisztító Telepen ANSYS-FLUENT szimuláció A keverési folyamat szakaszai: Fent: Az egyes szakaszok betűjele és időtartama; Lent: az adott szakaszban üzemelő gázlándzsák buborékoszlopai. Az egyes fázisokban üzemelő gázlándzsa csoportok az alábbiak: A:1+4, B:1+6, C:2+5, D:2+3, E:8, F:-, G:1+4, H:1+6, I:2+5, J:2+3. Lajos, T., Kristóf, G.,(2009): Rothasztó tornyok gázsugaras keverésének vizsgálata

14 Rothasztók keverése az Észak-pesti Szennyvíztisztító Telepen ANSYS-FLUENT szimuláció Lajos, T., Kristóf, G.,(2009): Rothasztó tornyok gázsugaras keverésének vizsgálata

15 Biogáz kezelés 1. Kavicsszűrők 2. Biológiai kéntelenítő 3. Gáztároló 4. Kerámia szűrők 5. Aktívszén szűrő 6. Gázmotorok

16 Biogáz hasznosítás 1 db JENBACHER JMS 316 GS-B/N.LC Biogáz Elektromos energia 835 kw Hő energia 935 kw 2 db CATERPILLAR G3516A Biogáz 1245 kw Elektromos energia 1100 kw Hő energia 1245 kw Biogáz Elektromos energia 1100 kw Hő energia 1245 kw

17 Rothasztók üzemének ellenőrzése és szabályozása Ko-szubsztrát rothasztás gyakorlatában általában elkevert reaktorokat alkalmaznak. Ez azt jelenti, hogy a három lebontási folyamat (hidrolízis, savképződés, metánképződés) egymással egy időben, párhuzamosan megy végbe. Az üzemi körülmények változásának megfelelően előfordul, hogy alkalmanként az egyensúly megbomlik, és ennek következtében a fermentáció (savtermelés) vagy a metántermelés kerül előtérbe. Az üzemeltetés feladata, hogy e két baktérium populáció kényes egyensúlyát biztosítsa. A folyamat ellenőrzése szempontjából ezért fontos, hogy megfelelő paraméterek mérésével a rothasztó működését jellemezzük. Az üzemeltetést ellenőrző paramétereket annak figyelembe vételével határoztuk meg, hogy az anaerob rothasztásnál egyik paraméter sem jelzi egyértelműen a rothasztó instabilitását. Ezért több paraméter egyidejű ellenőrzésével kell a megfelelő üzemmenetet folyamatosan követni.

18 Ellenőrző paraméterek az Észak-pesti Szennyvíztisztító Telepen Technológiai paraméterek Klasszikus paraméterek Biogáz összetétel Biokémiai paraméterek Hidraulikus tartózkodási idő ( nap ) ph Összes illósav (mint mg/l ecetsav) Metán (v % ) Szén-dioxid (v % ) Enzimaktivitás mérések: Térfogati szerves anyag terhelés ( Kg szerves szárazanyag/m 3 nap ) Szervesanyag lebontási hatásfok (%) Lúgosság (mint mgcaco 3 /l) Összes illósav és lúgosság arány száma Illó savak ecetsav mg/l propionsav mg/l izo-vajsav mg/l vaj sav mg/l izo-valeriánsav mg/l valeriánsav mg/l kapronsav mg/ Hidrogén (v % ) Oxigén (v % ) Nitrogén (v % ) Kén-hidrogén ( ppm ) Sziloxánok (ppm) Dehidrogenáz Celluláz

19 Rothasztók üzemének ellenőrzése és szabályozása Klasszikus paraméterek Paraméter Optimális érték Megengedhető érték Üzemzavar Összes illósav koncentráció (ecetsavban kifejezve) Lúgosság (kalciumkarbonátban kifejezve ) Összes illósav és a lúgosság hányadosa mg/l mg/l 3000 mg/l felett 4000 mg/l felett mg/l 1500 mg/l alatt 0,1-0,2 0,2-0,8 0,8 felett

20 Észak-pesti Szennyvíztisztító Telep Klasszikus paraméterek 2013

21 Észak-pesti Szennyvíztisztító Telep Klasszikus paraméterek 2013

22 Észak-pesti Szennyvíztisztító Telep Biogáz összetétel 2013

23 Biokémiai paraméterek enzimaktivitás mérések Az enzimaktivitás méréssel jellemezhető a rothasztóban lejátszódó hidrolízis folyamata. Az alkalmazott enzimaktivitás mérésekkel (a klasszikus ellenőrző paraméterek mellett) nyomon követhető az anaerob fermentorokban lezajló szubsztrát lebontási sebesség változása, amely hatással van a képződött biogáz mennyiségére. Gyakori szubsztrát változások esetén az anaerob rendszer adaptációjáról és aktivitásáról az enzimaktivitás mérésekkel szintén gyors választ kaphatunk. Az Észak-pesti Szennyvíztisztító Telepen a napi üzemeltetési gyakorlatban a dehidrogenáz és a celluláz enzimaktivitás méréseket alkalmazzuk.

24 Biokémiai paraméterek dehidrogenáz enzimaktivitás A dehidrogenáz össz-aktivitást jellemző paraméter, a hidrogén átvitelét katalizálja a redukált hidrogén donorról az oxidált hidrogén akceptor szubsztrátra. Mesterséges hidrogén akceptor: a 2,3,5-trifenil-tetrazólium-klorid (TTC) az enzim által katalizált folyamat eredményeképpen vörös színű trifenilformazánná (TF) redukálódik, és mennyisége a színreakció után spektrofotometriásán mérhető. A dehidrogenáz enzimaktivitás, mint az össz-aktivitást jellemző paraméter, kitűnően jellemzi a mikroorganizmusok által végzett lebontási folyamatok intenzitását, és jelzi a megváltozott környezeti tényezők hatását. A terhelésváltozásokra gyorsabban reagál, mint a hagyományos paraméterek.

25 Észak-pesti Szennyvíztisztító Telep Biokémiai paraméterek

26 Biokémiai paraméterek celluláz enzimaktivitás A cellulóz hidrolízise celluláz enzimek hatásárára megy végbe az anaerob rothasztás során. Az enzimaktivitás vizsgálattal a folyamat intenzitását határozhatjuk meg. Az elmúlt évben indult meg, és növekvő tendenciát mutat az élelmiszeriparból származó növényi eredetű hulladékok hasznosítása. (cefremoslék, gyömölcstörköly, aprított növények) A külső, magas cellulóz tartalmú szubsztrát szennyvíziszappal történő együttes rothasztásával növelhető a biogáz mennyisége. A folyamatok nyomon követésére a szubsztrát specifikus celluláz enzimaktivitás megbízhatónak bizonyult. A növényi eredetű hulladékok egy része kampányszerűen érkezik a telepre, ilyenkor a celluláz enzimaktivitás ugrásszerűen megemelkedik.

27 Észak-pesti Szennyvíztisztító Telep Biokémiai paraméterek

28 Észak-pesti Szennyvíztisztító Telep Termelt biogáz ( m 3 /nap)

29 Észak-pesti Szennyvíztisztító Telep Gázmotorok teljesítmény szabályozása PLC ( teljesítmény szabályozás ) Fogyasztók Biogáz Elektromos energia 10 kv 6 kv Biogáz Elektromos energia 10 kv Fogyasztók Biogáz Elektromos energia 10 kv 0,4 kv

30 Észak-pesti Szennyvíztisztító Telep Termelt és vásárolt villamos energia (%)

31 Köszönjük a megtisztelő figyelmüket! Román Pál és Szalay Gergely - Fővárosi Csatornázási Művek Zrt.