Hidrológiai Közlöny 2004 (84. évfolyam)

4. szám - Palkó György T- Oláh József - Szilágyi Mihály: Az anaerob iszapkezelés energiatermelési és- hasznosítási lehetőségei

PALKÓ GY. - OLÁH J. - SZILÁGYI M.: Az anaerob iszapkezelésben rejlő ... 35 3. táblázat: A mezofil és termofil rothasztás A fentiekhez hasonlóan a szubsztrátra vonatkozóan is Összehasonlítása a hátrányok alapján felírható az anyagmérleg (2): Mezofil (kondicionálatlan helyzethez viszonyítva) - A nagy tartózkodási idő (>15 nap) miatt nagy reaktor térfogat szükséges és megnő a beruházási költség. - A nagyfokú hidrolízis miatt romlik az iszapviz minősége (KOI, NH<\ foszfor) - Toxikus hatású szerves anyagok és nehézfémek bizonytalanná tehetik a folyamatot Termofil (mezofil rendszerhez viszonyítva) - Nagyobb a fűtési energia szükséglet - Nagyobb üzemelési hőfok miatt nagyobb fokú lesz a hidrolízis mértéke, tehát tovább romlik a dekantált iszapviz minősége (KOI; NH.-N) - Hőmérséklet-változásra érzékenyebb, mint a mezofil rendszer. - Nagyobb hőcserélő szükséges a pontos hőfok-tartás miatt - Hosszú bedolgozási idő (+lés +2 "C/d hőfokemeléssel lehet számolni) - Toxikus anyagokra érzékenyebb, mint a mezofil, az üzem egyensúlya könnyen felborulhat Szubsztrát koncentráció változása a reaktorban = Befolyó Lebontott Elfolyó szubsztrát szubsztrát szubsztrát •ve i/v 4. táblázat: Különböző eredetű hulladékok anaerob lebontása során várható biogáz képződési értékek A hulladék-fajta megnevezése Fajlagos biogáz fejlődés a betáplált anyagra vonatkoztatva (NmVkg) Fajlagos biogáz fejlődés a lebontott anyagra onatkoztatva (Nm

3/kg) KOI (általában) 0,46 0,62 - 0,76 Zsír 0,72 1,12-1,43 Főző olaj 0,60 • Aprított fa kéreg 0,20 Sertés trágya 0,30 Sőrgyári-iszap 0,75 Tejipari hulladék 0,55 Zöld hulladék 0,48 Konyhai hulladék 0,22 Nyers iszap 0,5 - 0,75 0,8-1,0 Fölös eleveniszap 0,35 - 0,46 0,75 - 0,85 Fehérje hulladék 0,74 Szénhidrát 0,83 8. Az anaerob lebontás kinetikai jellemzése Nem célunk az anaerob biológiai folyamat részletes kinetikai jellemzése, de a folyamatos rendszert jellemző anyagmérleg alapján néhány alapvető összefüggés ismertetését feltétlenül szükségesnek tartjuk. Folyamatos rendszerben a mikroorganizmusok nettó szaporulatát az (1) összefüggéssel lehet leírni: Sejt koncentrá= A befolyóval + Iszap Az elfolyóval távoció változása érkező sejt szapozó mikroorganiza reaktorban mennyisége rulat mus mennyisége — = X

0F + pX,V- X,F (1) dt V - a reaktor térfogata (m

3) Xo~ mikroorganizmus koncentráció a befolyóban (kg/m

3) X, - mikroorganizmus koncentráció a reaktorban (kg/m

3) F - az átfolyási sebesség (m

3/óra) (x- fajlagos szaporodási sebesség (kg^n/kg^ottc. nap) Az esetek jelentős részében feltételezhetjük, hogy a befolyóban a mikroorganizmus koncentrációja nulla. A hidraulikus tartózkodási időt © = V/F formájában kifejezhetjük. Egyensúlyi szaporodási viszonyok esetében dX/dt = 0, ennek megfelelően a szaporodási sebesség megegyezik a hidraulikus tartózkodási idő reciprokával: p = 1/8. A gyakorlatban a baktériumszám mérésére alkalmas módszer nincs, dr az összefüggés alapján a mindenkori szaporodási sebességet a hidraulikus tartózkodási idővel jellemezhetjük. Víf£l= S

0F - pl±L_ S,F (2) dt Y S„ - szubsztrát koncentráció a befolyóban (kg/m

3) S| - szubsztrát koncentráció a reaktorban és az elfolyóban (kg/m

3) A recirkuláció nélküli anaerob rendszerben egyensúlyi helyzetet feltételezve a baktérium (X,), a szubsztrát (SO koncentrációra, a fajlagos szaporodási (p) és a fajlagos szubsztrát lebontási sebességre (v.) és a szubsztrát eltávolítási hatásfokra (ri

s) vonatkozó összefüggéseket a 5. táblázatban foglaltuk össze. Ha ismeijük egy szubsztrát kinetikai állandóit (Y, K

s, p™ k,) akkor egy tetszőlegesen kiválasztott elfolyó (S,) szubsztrát koncentrációhoz meghatározhatjuk a hozzátartozó hidraulikus tartózkodási időt vagy számolhatjuk a szükséges minimális tartózkodási időt is. Az 5. táblázat összefüggéseit az (1), (2) és a Monod összefüggés alapján lehet levezetni, (a részletezéstől eltekintünk). 8.1 A kinetikai összefüggések alkalmazása A kinetikai összefüggések gyakorlati alkalmazását az alábbiakban számpéldán mutatjuk be. Tételezzük fel, hogy mezofil (33-35°C) anaerob rendszerben 200 m

3/ nap és 20 kg/m

3 koncentrációjú (extrakt), folyékony, zsírszerü anyagot kell kezelni. Számítsuk ki a mezofil anaerob reaktor várható üzemi paramétereit. A számításokat az 5. táblázat összefüggései alapján végeztük. A számított eredményeket a 6. táblázatban foglaltuk össze. A számítás értelmében a rothasztóból elfolyó iszap zsír (extrakt) tartalma 2,3 kg/m

3 értéknek adódott, ez 88 %-os zsír lebontást jelent. A zsírszerü anyagokból még anaerob viszonyok között is jelentős mennyiségű iszap képződik, 0,12 hozam állandóval számolva a napi képződött iszap mennyisége 360 kg/nap. Ez az iszap mennyiség az aerob viszonyok mellett képződött mennyiségnek, csak kb. az ötöde. Meg kell jegyezni bizonyos szubsztrátok (zsírok, fehérjék) aerob úton nem vagy nagyon nehezen bonthatók le. Tehát számos esetben csak az anaerob kezelés jöhet szóba. A 12 napos tartózkodási idő esetében recirkuláció alkalmazásával a 17 napos iszapkort viszonylag könnyen be lehet állítani. Az elvégzett számításnak természetesen alapfeltétele, hogy megfelelő szubsztráthoz rendelkezésre álljanak a kinetikai állandók. A kevert anyagok (kommunális iszap-zsírcellulóz származékok) esetében az egyenletek állandói nem állnak rendelkezésre. 9. Termofil anaerob rothasztással szerzett üzemi tapasztalatok értékelése A növekvő iszaplerakási költségek nagymértékben fokozták a dániai szennyvíztisztító telepeken az iszap mennyiségének további csökkenetési igényét. Az üzemelő mezofil rothasztók termofil üzem-módra történő átállításával a fenti cél elérhető, sőt e mellett a termofil rothasztás jelentős energia nyereséget biztosít. Az USA-ban már az 1980-as évek óta üzemelnek temofil rothasztó berendezések. Európában az elmúlt 10 év alatt a termofil rothasztás új lendületet kapott. így pl. Dániában 8 termofil rothasztó üzemel, és jelenleg 5 pedig kivitelezés alatt áll. Dániában a termofil eljárással kezelt iszapok higiéniai eredményeiről Nielsen és Petersen (1999) számolt be. A 8. táblázat Holbaek dániai szennyvíztelep kezeletlen, mezofil