Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Vegyészmérnöki és Biomérnöki Kar Alkalmazott Biotechnológia és Élelmiszertudományi Tanszék Fizikai Kémia és Anyagtudományi Tanszék Az eleveniszap low S- low DO fonalasodásának és reológiai tulajdonságainak vizsgálata folytonos üzemű laboratóriumi modellkísérletben Nagy Eszter, Dr. Gyarmati Benjámin, Dr. Bakos Vince Dr. Dulovics Dezső Junior Szimpózium 2018.
Befolyó Bioreaktor Utóülepítő Elfolyó Levegőztetés Fölösiszap Recirkuláció 2
EPS: tussal festett képen fehéren világító széles udvar a törtfehér flokkulum körül 3 Forrás: Kiss et al.,water Environment Research, 2011
Forrás: Chudoba et al., Water Research Pergamon Press, 1973 Forrás: Jobbágy et al., 12th IWA Specialised Conference on Design, Operation and Economics of Large Wastewater Treatment Plants, 2015 4
Reológiai tulajdonságok befolyásolják: Oxigénátadási tényezőt a bioreaktorban (levegőztető rendszer tervezése) Recikulációs szivattyúk megválasztása Keverők, prések hatékonyságát Utóülepítők hidrodinamikáját Szállítási folyamatokat (csősúrlódási nyomásveszteségek) Reológiai tulajdonságokat befolyásoló tényezők: MLSS T ph Fémionok anaerob fokozat jelenléte flokkulum szerkezet?! 5
Bioreaktor Elfolyó Befolyó Levegőztetés Utóülepítő Vizsgált paraméterek: ph, T, DO, KOI, MLSS, V30, TSS ammónia, foszfát, nitrát és nitrit mikroszkópos vizsgálatok reológiai mérések 2016. rendszer 2017/1. rendszer 6
Fonalas tömegesedés előidézése önállóan folytonos üzemű laboratóriumi modellkísérletben Összefüggés keresése az eleveniszap pehelyszerkezet változása és a reológiai tulajdonságok alakulása között Több hetes, folytonos üzemű kísérlet üzemeltetése Ülepedési és reológiai tulajdonságok nyomon követése Fonalas mikroorganizmusok minőségi és mennyiségi meghatározása Eredmények összehasonlítása a korábban, valamint egyidejűleg üzemeltetett rendszerek eredményeivel 7
Levegőztetett, kevert bioreaktor Befolyó tartály Levegőztetés Recirkuláció Utóülepítő Elfolyó 8 Low S low DO körülmények ph, T, DO, KOI, MLSS, V 30, CST, TSS, ammónia, foszfát, nitrát és nitrit mikroszkópos vizsgálatok (mennyiségi elemzés Nagy Göde Péter) reológiai mérések (FKAT Lágy Anyagok Kutatócsoport & Francia kutatópartner)
de a 30. napon iszapelúszás 9
10
11
12
13 6 6 Microthrix parvicella Haliscomenobacter 15 19 hydrossis Nostocoida limicola II Nostocoida limicola III 27 27 Type 021N Thiothrix II
Mérési körülmények BME FKAT Montpellier Mérőfej PP50/S lap-lap Doublegap Iszapkoncentráció Mért paraméterek ~3,5 g/l Nyírási sebesség-viszkozitás Kiértékelés BME FKAT Montpellier Ostwald-féle hatvány összefüggés Linerizálás Ábrázolás η = KK γ nn 1 lg η = lg K + n 1 lg γ K és n meghatározása az egyenes egyenletéből 14
15
16 Kovács, 2017
n=0,2-0,35 17 Cifka, 2016
Low S low DO körülmények között sikerült előidézni a biomassza nagymértékű fonalasodását (viszkózus iszappuffadás elkerülésével) az ülepíthetőség jelentős leromlásával. A kísérlet végére a biomassza szuszpenzió 90%-ban fonalas szervezeteket tartalmazott, és a DSVI elérte az extrém magas 2000 cm 3 /g értéket. A festési eljárások azt mutatták, hogy az extrém fonalasodásért vélhetően a Type 021N és a Thiothrix II fajok voltak felelősek. A kísérlet végére 3,5 g/l állandó iszapkoncentráció mellett - jellemzően alacsony konzisztencia index többszörösére növekedett. A kutatócsoport egyéb kísérleteivel való összehasonlító értékelés során megállapítható, hogy a viszkózus iszappuffadás a konzisztencia koefficiens jóval nagyobb mértékű (egy nagyságrendnyi) növekedését okozza, ugyanakkor az extracelluláris poliszacharidok túltermelése esetén a folyási indexben trendszerű változás nem volt megfigyelhető. A kutatás keretében kapott eredmények jó eszközül szolgálhatnak az eleveniszap szerkezet változások reológiai nyomon követésére, valamint a nagy energia-felhasználású és/vagy biomassza elválasztási problémákkal küzdő eleveniszapos rendszerek költségkímélő hatékonyság növelésére. 18 a
Dr. Bakos Vince, egyetemi adjunktus (BME ABÉT) Dr. Gyarmati Benjámin, egyetemi adjunktusnak (BME FKAT) reológiai vizsgálatok Nagy Göde Péter, szennyvíztechnológus, biológusnak (DMRV Zrt.) fonalasok mennyiségi meghatározása Dr. Jobbágy Andrea c. egyetemi tanárnak Dr. Szilágyi András egyetemi docensnek Prof. Dr. Christelle Wisniewski, Dr. Laurent Vachoud, Dr. Michèle Delalonde és Emilie Ruiz francia kollégáknak A kutatás eredményei a Nemzeti Kutatási, Fejlesztési és Innovációs Hivatal, valamint a Campus France anyagi támogatásával jöhettek létre. 19
Bakos V., Gyarmati B., Vachoud L., Ruiz E., Nagy Göde P., Nagy E., Kovács R., Delalonde M., Wisniewski C. (2017): Az eleveniszap reológiai tulajdonságainak vizsgálata az iszappehely szerkezet és ülepíthetőség függvényben: 2017-ben elért új eredmények, Hírcsatorna, 2017/6. szám, 24-34. 20
Összetevő Adagolt mennyiség 15 l csapvízhez 0-13. nap 15-30. nap Na-acetát * 3 H2O 2,3 g 4,3 g Pepton 3,0 g 1,7 g K2HPO4 0,42 g 0,42 g CaCl2 0,54 g 0,54 g MgCl2 0,25 g 0,25 g 21
Vizsgált paraméter Mintavételi pont Gyakoriság Hőmérséklet Befolyó, bioreaktor minden hétköznap Oldott oxigén koncentráció Befolyó, bioreaktor minden hétköznap ph Befolyó, bioreaktor minden hétköznap Iszapülepedés (V 30, DV 30 ) Bioreaktor minden hétköznap KOI koncentráció Befolyó, bioreaktor (centrifugált, szűrt), elfolyó minden hétköznap Iszapkoncentráció Bioreaktor minden hétköznap Mikroszkópos vizsgálat Bioreaktor minden hétköznap Ammónia koncentráció Befolyó, bioreaktor (centrifugált, szűrt), elfolyó heti 2-4 Foszfát koncentráció Befolyó, bioreaktor (centrifugált, szűrt), elfolyó heti 2-3 Nitrát koncentráció Bioreaktor (centrifugált, szűrt), elfolyó heti 2-3 Bioreaktor: hígítatlan szuszpenzió, Reológiai vizsgálat tisztított szennyvízzel kétszeresen hígított szuszpenzió, centrifugált szűrt 22 szuszpenzió víz fázisa heti 2-3
Az eleveniszapban leggyakrabban előforduló fonalas mikroorganizmusok jellemző morfológiai és festődési tulajdonságai Közvetlen megvilágítás, 1000x nagyítás Fáziskontraszt megvilágítás, 1000x nagyítás Neisser festés Fonalas Fonalas Sejtfal jól Csipkéződé Gram átmérő hosszúság Fonalasok megfigyelhet s a sejt Egységek Fonalas típus festés Fonalak Zárványok [µm] [µm] alakja Elhelyezkedés ő szeptumon Tok alkotják S. natans - - - 1,4-1,6 100-500 E K + + + - 1701 típus - - - 0,8-1,0 20-80 E,Í B,K + + + ++ H. hydrossis - - - 0,5 10-100 E,Í K,SZ - - + -,+ 021N típus - - -,+ 1,6-2,5 50-1000 E,EH K + + - - Thiotrix I. -,+ - -,+ 1,6-2,5 100-500 E,EH K + - + - Thiotrix II. -,+ - -,+ 0,8-1,4 50-200 E,EH K + - + - 0914 típus -,+ - -,+ 1,0-1,2 50-200 E K,SZ + - + -,+ Beggiatoa spp. -,+ - -,+ 3,0-4,0 100-500 E SZ -,+ - - - N. limicola I. + + - 0,8-1,0 40-100 T B,K + + - - N. limicola II. -,+ -,+ - 1,4 50-200 T B,K + + - - N. limicola III. -,+ + - 2 100-300 T B,K + + - - 0411 típus - - - 0,8-1,2 50-150 Í,SZL K + + - - 0961 típus - - - 1,0-1,4 40-150 E K + - - - 0092 típus - + - 0,8-1,0 10-80 E,Í B -,+ - - - 0581 típus - - - 0,5-0,8 100-200 T B - - - - 0041 típus +,változó - -,+ 1,8-2,0 100-500 E,EH B,K + - + ++,- 0675 típus +,változó - -,+ 1 50-150 E,EH B + - + ++,- 1851 típus + gyenge - - 0,8 50-200 E,EH K +,- - + -,+ 0803 típus - - - 0,8-1,0 50-150 E K,SZ + - - - M. parvicella + - + 0,8 50-200 T B - - - - Nem szénalapú 23 formák + - + 1 5-30 SZL B + - - -