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.
Tartalom: 1. A sejtroncsolás módszerei és hatásai 2. Ultrahangos roncsolás 3. Shark Technológa 4. Nagyüzemi tapasztalatok 5. Összegzés, kitekintés
Miért kell az anyagot feltárni??
KIADÁSOK: Beruházás... (500-700 Euro/m3 növekszik!!) Gépészet (fűtés, keverés...) Szállítás (ki-be napi több száz tonna...) Karbantartás! Haszon? Megtérülés??
Anaerobic degradation of biosolids biosolids hydrolysis dissolved org. compounds acidogenesis H2 CO2 org. acids acetic acid alcohols acetic acid acetogenesis methanogenesis CH4 CO2
Volatile Solids (VS) reduction during anaerobic digestion of sewage sludge 60 otr-abbau VS reduction [%] 50 40 30 20 Rohschlamm Raw Sludge Überschußschlamm WAS 0 5 10 15 20 25 30 35 40 digestion Faulzeit time [d]
Disintegration of biosolids sludge floc sludge water energy energy bacteria inert particles extracellular polymers
Light-microscopical analysis energy energy untreated WAS 30s sonicated 90s sonicated
Effect of sonication on sludge water phase C S B [ m g / l ] COD 8000 6000 4000 2000 0 DS : 34. 4 g / k g DS : 15. 2 g / k g 0 20 40 60 80 100 sonication B e s c h a l l time z e i t [ s ]
Increase in anaerobic VS degradation Increase Abbausteigerung in VS-degradation [%] 60 50 40 30 20 10 0 y = 1.9x + 10.4 R = 0.94 0 5 10 15 20 25 Degree Aufschlußgrad of disintegration A CSB DD[%] COD [%]
Fighting of bulking / floating sludge untreated sonicated
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!)
High-Power Ultrasonic Technology Outflow Inflow Ultrasonic Generator Sonotrode
Ultrasonic Cavitation Sound Pressure Compression waves Radius of cavitation bubble in μm Generation Growth Time in μs
Cavitational field in a liquid
High-power Ultrasound Reactor (Technology transfer competition, Germany 2002)
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!
A nyírás eredményei:
85% of all fibres were smaller than 15 micrometer!!!
Waste activated sludge (~5% DS) before and after Shark:
Nagyüzemi tapasztalatok: Szombathely: UH alkalmazás anaerob rothasztás Intenzifikálására (2010 20.-36.hét, 48.- 2011.04.hétig) Utána a denitrifikáció javjtására.
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 (1.-19. hét) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 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 (20.-36. hét) 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 hét hét Keletkezett biogáz (m 3 ) / feladott szerves szárazanyag (kg) 2010 (37.-46. 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 0,20 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 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 0,20 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 hét hét
0,70 Keletkezett biogáz (m 3 ) / feladott szerv es szárazanyag (kg) 2011 (5.-36. 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 0,20 1 6 11 16 21 26 31 36 41 46 51 hét ultrahanggal kezelt iszap mennyisége (m3) 2500 2000 1500 1000 500 0 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 0,1 0 2009 2010 2011 ultrahanggal kezelt iszap mennyisége ( m 3 ) 2500 2000 1500 1000 500 0 január február március április május június hónap július augusztus szeptember október november december
Összes nitrogén (mg/l) 2010 Összes nitrogén (m g/l), online m érő 2011 25 25 Összes nitrogén (mg/l) 20 15 10 5 Összes nitrogén (mg/l) 20 15 10 5 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 hónap 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 hónap 25 Nitrát-nitrogén (mg/l), online mérő 2011 2,5 Összes foszfor (mg/l), online mérő 2011 Összes nitrogén (mg/l) 20 15 10 5 Összes foszfor (mg/l) 2 1,5 1 0,5 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 hónap 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 hónap
Zalaviz: Shark + UH Napi biogáz képződés rothasztótornyokban 700 650 600 550 500 Nm3450 400 350 biogáz mennyiség 1-es rothasztó (m3) biogáz mennyiség 2-es rothasztó (m3) 300 250 200 01.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
Kikapcsolás után: 400 Fajlagos biogáztermelés (m3/t), I.+II. rothasztó 2011. okt. - 2012. márc. 350 300 250 200 I + II. roth. Lineare Regression für I + II. roth. Lineare Regression für 150 100 50 0 2011.okt 2011.nov. 2011.dec. 2012.jan. 2012.febr. 2012.márc.
Nyári próbaüzem: 2012 06.06 08.31 Fajlagos biogáztermelés (m3/t), I.+II. torony, 2011-2012 (20 napos számolás) 350 300 250 200 150 I + II. roth. 2011 I + II. roth. 2012 Lineáris (I + II. roth. 2011) Lineáris (I + II. roth. 2012) 100 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Hónap
OTS degradation: 45 Rothasztás hatásfoka %, I.+II. rothasztó, 2011-2012 (20 napos számolás) 40 35 30 25 20 15 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Hónap I + II. roth. 2011 I + II. roth. 2012 Lineáris (I + II. roth. 2011) Lineáris (I + II. roth. 2012)
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!
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!!!
Köszönöm a figyelmet! Bővebb információ: NZT@gmx.de
Bamberg WWTP (230,000 PE) Improvement of anaerobic sewage sludge degradation due to partial sonication of the waste activated sludge 60 50 54 % 12000 10000 10110 m³/d VS destruction [%] 40 30 20 42 % biogas production [m³/d] 8000 6000 4000 7860 m³/d 10 2000 0 conventional us-treated 0 conventional us-treated
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 ~ 330,000.00 EUR, 10 a 50,000.00 EUR/a b) operation ~ 25,000.00 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 -90,000.00 EUR/a b) increase of bio-gas production ~ +4,800 kwh el /d, 0.079 EUR/kWh el ( EEG ) -135,000.00 EUR/a
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] 5 4 3 2 1 0 Stillstand US-Anlage 10.11.2002 20.11.2002 30.11.2002 10.12.2002 20.12.2002 30.12.2002 09.01.2003 19.01.2003 29.01.2003 Datum Entwässerte Schlammmenge [t TS/Monat] 80 60 40 20 0 78,8 71,5 72,5 68,4 62,2 51,0 2000 2001 Oktober 02 November 02 Dezember 02 Januar 03 Zeitraum
Ultrasound Sludge Disintegration for Intensification of Aerobic Sludge Stabilization Minimization) Leinetal WWTP, Germany I. Brief Snapshot of the PlantDesign Capacity: 50.000 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
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.
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
Results 100 Waste Activitated Sludge Mass for Disposal [t DS/month] 80 60 40 20 71,5 68,4 72,5 78,8 introduction of ustechnology 62,2 51 0 2000 2001 Oct 02 Nov 02 Dec 02 Jan 03 V. Contact Mr. Kaufhold, Technical manager of the Leinetal WWTP. Phone: (+49) 3606-655-0
Ultrasound Sludge Disintegration for Combating Foaming Sludge Meldorf WWTP, Germany
Brief Snapshot of the Plant: Design Capacity: 65.000 PE Actual Capacity: 65.000 PESludge Feed: Primary and TWAS, Cofermentation of biosolids Facilities:Two mesophilic anaerobic digester tanks (2 x 2.000 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
after installation of US-Technology Digested sludge VS: Reduced from 61% (as % of TS) to 45% Biogas production: 30% increase Payback time: 2 years
digester) Feeding of co-substrates to anaerobic digester becomes possible Reduction of sludge mass for disposal Full-scale Installation since February 2005+ 70 VS in the digested sludge [%] 60 50 introduction of - us-technology 40 27. Sep. 4. Okt. 11. Okt. 18. Okt. 25. Okt. 1. Nov. 8. Nov. 15. Nov.