Povećanje energetske efikasnosti u postrojenjima za tretman otpadnih voda optimizacijom procesa kodigestije
Increasing of energy efficiency in wastewater treatment plants by optimizing the codigestion process
Author
Rakić, NikolaMentor
Šušteršič, VanjaCommittee members
Gordić, DušanBošković, Goran
Jovičić, Nebojša
Spasić, Živan
Metadata
Show full item recordAbstract
Anaerobna digestija je proces u kojem mikroorganizmi razlažu biorazgradivi
materijal u odsustvu kiseonika. Danas, ona predstavlja tehnologiju kojom se može
stabilizovati kanalizacioni mulj, a koristi se i kod digestivnih tretmana različitih
biorazgradivih otpadaka. Krajnji proizvod procesa je biogas koji se sakuplja kao
obnovljiva energija i digestat bogat hranljivim materijama, a koji se najčešće koristi
kao bio-đubrivo. Na taj način, proizvodnja obnovljive energije i prerada otpada
postižu se istovremeno, bez potrebe za dodatnim postrojenjima. Stabilnost i
performanse procesa anaerobne digestije mogu se poboljšati kombinovanjem nekoliko
različitih vrsta biorazgradivog otpada u jednu smešu. Na taj način bi se poboljšala
profitabilnost postrojenja i prevazišli brojni problemi, poput neravnoteže
hranljivih materija, brzog zakiseljavanja i prisustva inhibicijskih jedinjenja.
Implementacijom kodigestije u postrojenja za prečišćavanje otpadnih voda povećava se
prinos biogasa, pa je cilj ov...e disertacije bio pronalaženje optimalnog odnosa
biorazgradivog otpada i kanalizacionog mulja. Poboljšanje proizvodnje biogasa
istraženo je serijskim testovima pomoću osnovne opreme za procenu bio-hemijskog
metanskog potencijala (BMP), dok su sinergijski efekti procenjeni bilansiranjem
hemijske potrošnje kiseonika (COD). Analize su vršene u četiri odnosa (bazirana na
zapremini) (3/1, 1/1, 1/3, 1/0) primarnog mulja i otpada od hrane sa niskim
procentualnim dodatkom otpadne hrane: 3,375%; 4,675% i 5,35%; respektivno.
Utvrđeno je da je najbolji odnos 1/3 sa maksimalnom proizvodnjom biogasa (618,7 mL/g
VS dodatog) i organskim uklanjanjem od 52,8% eliminacije COD-a. Najveća stopa
poboljšanja primećena je između ogleda sa odnosom 3/1 i 1/1 (105,72 mL/g VS). Uočena
je pozitivna korelacija između prinosa biogasa i uklanjanja hemijske potrošnje
kiseonika, dok je mikrobiološki fluks zahtevao optimalnu vrednost pH. Vrednost pH
od 8 značajno je smanjila dnevnu stopu proizvodnje. Redukcija COD-a dopunski je
podržala sinergijski efekat; konkretno, dodatnih 7,1%; 12,8% i 17% COD-a je
pretvoreno u biogas tokom kodigestija 1, 2 i 3, respektivno. Za procenu kinetičkih
parametara i proveru tačnosti eksperimenata primenjena su tri matematička modela.
Model prvog reda sa stopom hidrolize od 0,23–0,27 ukazivao je na brzo biorazgradive
ko/supstrate, modifikovani Gomperc je potvrdio trenutni početak kodigestija kroz
nultu fazu kašnjenja, dok je Konov model imao najbolju prilagođenost od preko 99% za
sva ispitivanja. Konačno, u okviru disertacije je pokazano da se model COD-a zasnovan
na linearnoj zavisnosti može koristiti za relativno tačnu procenu potencijala
biogasa u anaerobnim digestorima.
Anaerobic digestion is a process in which microorganisms break down biodegradable material
in the absence of oxygen. Today, it represents a technology that can stabilize sewage sludge,
and be used in the digestive treatment of various food or biodegradable wastes and the
collection of bioenergy. The end product of the process is biogas, which is collected as
renewable energy and nutrient-rich digestate, which is most often transformed into biofertilizer. In this way, the production of renewable energy and the processing of waste are
achieved simultaneously, without the need for additional facilities. The stability and
performance of the anaerobic digestion process can be improved by combining several different
types of biodegradable wastes into one mixture. On that way plant profitability would improve
and overcome numerous problems, such as nutrient imbalances, rapid acidification, and the
presence of inhibitory compounds.
Co-digestion implementation in wastewater treatment plants enh...ances biogas yield, so this
dissertation investigated the optimal ratio of biodegradable waste and sewage sludge. The
increase in biogas production was investigated through batch tests using basic biomethane
potential (BMP) equipment, while synergistic effects were evaluated by chemical oxygen
demand (COD) balance. Analyses were performed in four volume basis ratios (3/1, 1/1, 1/3,
1/0) of primary sludge and food waste with added low food waste: 3,375%; 4,675% and 5,35%;
respectively. The best proportion was found to be 1/3 with the maximum biogas production
(618,7 mL/g VS added) and the organic removal of 52,8% COD elimination. The highest
enhancement rate was observed among co-digs 3/1 and 1/1 (105,72 mL/g VS). A positive
correlation between biogas yield and COD removal is noticed while microbial flux required an
optimal pH, value of 8 significantly decreased daily production rate. COD reductions further
supported the synergistic impact; specifically, an additional 7,1%; 12,8%; and 17% of COD
were converted into biogas during co-digestions 1, 2, and 3, respectively. Three mathematical
models were applied to estimate the kinetic parameters and check the accuracy of the
experiment. The first-order model with a hydrolysis rate of 0,23–0,27 indicated rapidly
biodegradable co/substrates, modified Gompertz confirmed immediate commencement of codigs through zero lag phase, while the Cone model had the best fit of over 99% for all trials.
Finally, the thesis points out that the COD method based on linear dependence can be used for
developing a relatively accurate model for biogas potential estimation in anaerobic digesters.