Aplikace anaerobního membránového bioreaktoru pro čištění farmaceutických odpadních vod

Aplikace anaerobního membránového bioreaktoru pro čištění farmaceutických odpadních vod aneb zkušenosti a výsledky z odborné zahraniční stáže 3. 12. 2013 Lukáš Dvořák [email protected]

Seminář CxI | Liberec | 3.12.2013

Obsah prezentace 

kde jsem byl na stáži



co jsem tam dělal – práce vs. volný čas



princip anaerobního membránového bioreaktoru



výhody a nevýhody technologie



aplikační potenciál



vybrané výsledky



shrnutí


Kde jsem byl 

v Basileji (Švýcarsko)



Fachhochschule Nordwestschweiz



Institut für Ecopreneurship



supervisor: prof. Dr.-Ing. Thomas Wintgens



Pracovní náplň 

provoz, optimalizace a detailní monitoring anaerobního MBR



poloprovozní jednotka (50 l) s keramickou membránou (UF 50 kDa)



AnMBR určen pro čištění farmaceutických OV



zvyšování látkového zatížení s ohledem na hraniční stavy



kontroly i jiných poloprovozních MBR



aktivity se studenty a praktikanty


Co je to AnMBR 

nová inovativní technologie



spojení anaerobních procesů (biodegradace organických látek) a membránové separace



anaerobní procesy -

produkce bioplynu (CH4 a CO2)

-

zdroj energie



membrána -

specifické podmínky v reaktoru

-

vysoká kvalita odtoku – bez nerozpuštěných látek


Princip technologie 

biodegradace organických látek -

hydrolýza

-

acidogeneze

-

acetogeneze

-

metanogeneze

Zdroj: http://www.clarke-energy.com


Princip technologie membrána umožňuje

 -

retenci metanogenních či specifických MO v systému  ↑ produkce bioplynu či odstraňování specifických složek OV

-

vysokou kvalitu odtoku – nezávislá na separačních vlastnostech biomasy

-

rychlejší náběh technologie vs. konvence


Výhody AnMBR produkce bioplynu – spalování, výroba elektrické energie



1 kg CHSKodst. ≈ 0,35 m3 CH4; 1 m3 BP ~ 60 % CH4 ≈ 0,6 KWh 

vysoká účinnost odstranění organických látek



vysoké stáří a koncentrace kalu (i nad 50 g·l-1) -

nízká produkce kalu – ↓ provozních nákladů

-

minimalizace event. toxického působení složek OV



možnost provozu při vysokém zatížením biomasy  menší reaktory



rychlý „nájezd“ technologie v případě „složitých“ OV


Nevýhody AnMBR 

zanášení membránového povrchu – nejvýznamnější faktor!



nutnost čištění membrán



horší filtrovatelnost anaerobního kalu  rychlejší zanášení, více energie na dosažení požadovaného hydraulického výkonu



vyšší investiční náklady



složitější provoz systému  vyšší nároky na obsluhu a údržbu


Potenciály AnMBR 

zejména při čištění průmyslových a zemědělských OV (CHSKCr přítoku > 5 g·l-1)



↑ potenciálu s ohledem na úspory vody, monotónně orientované výroby a provozy, důraz na znovuvyužití vody aj.



extrémní podmínky a složení OV: vysoký obsah NL, tuků, olejů, teplota, salinita, koncentrované a toxické OV, rychlé a velké změny v zatížení – snadnější adaptace biomasy -



konvenční technologie = degranulace a ↓ aglomerace biomasy, ↓ aktivity mikroorganismů – AnMBR eliminace problémů

možnost využít odtok z AnMBR


Vybrané výsledky 

schéma a foto poloprovozní jednotky AnMBR



původní uspořádání AnMBR neutralizace pH ~ 7

H+

OH-

bioplyn permeát

pH

AnMBR farmaceutická OV



problémy vůči původnímu plánu  rozfázování provozu



fáze 1 - pouze farmaceutické OV – velké fluktuace ve složení  instalace vyrovnávací nádrže před reaktor



fáze 2 - mix farmaceutických OV a vybraného rozpouštědla  vážné problémy a kolaps systému



fáze 3 - mix farmaceutických OV a MeOH – adaptace biomasy na MeOH ( pak přídavek nových/dalších odpadních rozpouštědel)



složení farmaceutických OV (příklad – časté změny) - voda 14,7 %

- metanol 62,5 % - etanol 6,4 % - aceton 0,5 % - metylenchlorid 6,9 % - tetrahydrofuran 0,4 % - etylacetát 2,8 % - toluen 2,1 % - Namon. 2,7 %


Měřené parametry 

analýzy vzorků přítoku, odtoku, bioplynu a biomasy



CHSKCr, BSK5, hodnota pH, koncentrace Ncelk. a Pcelk.



množství a obsah CH4 v bioplynu (GC)



koncentrace těkavých mastných kyselin (VFA) na GC – důležitý parametr pro řízení anaerobních procesů



vlastnosti anaerobní biomasy - koncentrace - metabolická aktivita - mikroskop - velikost částic


CHSKCr Fáze 1




prům. odstr. CHSKCr 80%



400-1400 mg·l-1 v odtoku



BSK : CHSK (přítok) >0,7



BSK : CHSK (odtok) 0,2

Produkce BP Fáze 1




produkce BP koresponduje s látkovým zatížením biomasy/konc. CHSK v přítoku



platné jen do určité míry – poté přetížení systému a kolaps

Testy aktivity Fáze 1 

stand. podmínky: CHSK 1 g·l-1, 35°C, X 1,5 g·l-1


Fáze 2 

směs farmaceutických OV s vybraným odpadním rozpouštědlem



instalace automatického vzorkování


Fáze 2 

cíl: zvyšovat zatížení vybraným odpadním rozpouštědlem



rozložitelnost předem ověřena v lab. podmínkách

plán

realita

0.80 0.60 0.40 0.25


0.21 0.15

0.09

CHSKCr

Fáze 2




kolaps systému po zahájení dávkování rozpouštědla



ukončení dávkování



dávkován opět pouze MeOH

Produkce BP Fáze 2




konst. obsah CH4 v BP cca 60%



kolaps systému dobře patrný – velmi rychlý pokles produkce BP

Koncentrace VFA Fáze 2




prudký nárůst koncentrací C2 (více jak 200krát)



↓ hodnoty pH



nárůst i C3



konc. C4 a C6 bez výrazných změn



nový neznámý pík na cca 8. minutě (před C2)!

Testy aktivity Fáze 2

farmaceutická OV OV + MeOH OV + rozpouštědlo OV + MeOH


Fáze 3 

směs nových farmaceutických OV s MeOH



instalace recyklu přítoku – eliminace problémů se změnou složení OV


Fáze 3 

cíl: adaptace biomasy na vysoké koncentrace MeOH, poté dávkování dalšího „lepšího“ rozpouštědla 0.80 0.58→0.30

0.60

plán

realita

0.40 0.25


0.35-0.41 0.20-0.29

0.46

CHSKCr Fáze 3

↑ doby zdržení v reaktoru o 50 %




pomalé zvýšení zatížení biomasy OK



rychlejší zvýšení zatížení – problémy



proč? – přetížení či málo spec. MO?

Produkce BP Fáze 3




produkce BP korespondovala ± se zatížením biomasy



vliv akumulace v reaktoru

Koncentrace VFA Fáze 3




↑ VFA s vyšším zatížením, ale nižší než při prvním přetížení (až 450 mg·l-1)



žádné změny (pokles) v hodnotě pH

Testy aktivity Fáze 3

den -7 (obnovení po „otravě“) den 7 (3. fáze provozu) den 21 den 35 (↑ zatížení na 0,6 gCHSK/(g·d))


Závěr 

inovativní technologie



slibná alternativa pro aerobní MBR



energetický zdroj; bez nutnosti dodávat kyslík jako v aerobních MBR



vhodné pro extrémní podmínky a složení OV: teplota, salinita, koncentrované a toxické OV, velké a rychlé kolísání ve složení přítoku, zatížení apod.



možnost eventuálního využití odtoku na závlahy (s ohledem na původ OV!)



nutnost dalšího testování zejména s ohledem na zanášení membrán – kritický faktor pro plno-provozní aplikace!


Děkuji za pozornost. Prostor pro Vaše otázky.


Aplikace anaerobního membránového bioreaktoru pro čištění farmaceutických odpadních vod

Recommend Documents