WP4 - DIGESTATE USE

dr inż. Katarzyna A. Ronewicz

Gdańsk 2016

Podzadania

Subtasks

4.1. Inventory of experiences with

digestate appliction

4.2. Analysis of digestate use from

Testing no.1

4.3. Analysis of digestate use from

Testing no.2

4.4. Analysis of digestate use from

Testing no.3

4.5. Socioeconomic analysis of the

digestate use from different

alternatives

http://www.lubanski.eu/smierdzacy-interes/

Zbiorniki pofermentu: otwarty i zamknięty

Realizowane zadania

Tasks

Ocena rolniczej przydatności pofermentu

Assessment of the agricultural potential

of digestate

Problemy badawcze

Research problems

1. opracowanie metod zagospodarowania pofermentu powstającego w trakcie realizacji procesu produkcji biogazu;

a complex strategy of biogas production requires designing methods of management of wastes created during

the process;

2. poferment charakteryzujący się podwyższonymi stężeniami związków azotu

(najczęściej od 1 do 5 g N - Nog/dm3) oraz fosforu (100-500mg P - Pog/dm3);

the digestate characterized by high concentration of nitrogen compounds

(mainly from 1 to 5 g N - Nog/dm3) and phosphorus (100-500mg P - Pog/dm3);

3. obróbka pofermentu musi jednocześnie zapewnić wysoką sprawność redukcji stężeń poszczególnych rodzajów

zanieczyszczeń, a jednocześnie być ekonomicznie akceptowalna.

the technology of digestate processing has to ensure high efficiency of reduction of concentration of various

kinds of impurities and, at the same time, it has to be economically attractive.

Odzysk nutrientów

Nutrients removal and recovery

Cel pracy

Goal of research

• ocena rolniczej przydatności pozostałości z procesu fermentacji

assessment of the agricultural potential of digestate

• odwodnienie pofermentu w wirówce sedymentacyjnej

dyhydratation of digestate in centrifuge

• określenie potencjału zastosowania systemu osadu czynnego pracującego w układzie nitryfikacja-denitryfikacja do biologicznego oczyszczania odcieku

application of nitrification and denitrification processes in

order to remove nitrogen compouds from liquid phase of

digestate

• opracowanie strategii odzysku fosforu poprzez jego strącenie w postaci struwitu

to develop strategies for the recovery via precipitation of

phosphorus in form of struvite

zespół Prof. J.Mąkini

Prof. J.Mąkinia’s group

zespół Prof. J.Hupki

Prof. J.Hupka’s group

Ocena rolniczej przydatności pofermentu

Assessment of the agricultural potential of digestate

Ocena przydatności pofermentu w rolnictwie

Assessment of the agricultural potential of digestate

Wpływ dawki pofermentu na:

Effect of the digestate dose on:

• właściwości gleby,

properties of soil,

• przyrost biomasy,

growth of green mass,

• efektywność owocowania.

the effectiveness of fruiting.

Ustalenie:

Assessment of:

• ilości podawanych nawozów na podstawie zawartości nutrientów w obrabianym

pofermencie,

the amount of fertilizer on the basis of the content of nutrients in the treated digestate

• optymalnych warunków uprawy (natężenia światła, temperatury, wilgotności powietrza).

optimal cultivating conditions (light intensity, temperature, air humidity).

Ocena przydatności pofermentu w rolnictwie

Assessment of the agricultural potential of digestate

Życica wielokwiatowa / Lolium multiflorum Pomidor Tukan F1 / Tukan F1 Tomato

www.pl.wikipedia.org/wiki/Życica_wielokwiatowa http://www.tvr24.pl/

Życica wielokwiatowa

Lolium multiflorum

• badanie prowadzono na rozsadzie życicy w 15 donicach, mieszczących po 9 dm3 gleby, w każdej umieszczono po

20 ziaren, przez okres około 9 tygodni (63 dni);

study was conducted on ryegrass seedling in 15 pots, containing 9 dm3 of soil, 20 grains placed in each pot, for a

period of approximately nine weeks (63 days);

• serie:

series:

- próba kontrolna, podlewana tylko wodą,

control group, watered with water,

- 4 próby z dawkami od 5kg do 20kg pofermentu na hektar ziemi uprawnej,

4 samples with doses from 5 kg to 20 kg digestate per hectare of arable land,

• rośliny podlewano taką ilością wody, aby utrzymać lekki nadmiar w stosunku do dziennego zapotrzebowania,

plants watered with sufficient water to maintain a slight excess in relation to the daily demand,

• temperatura: 18oC-20oC,

temperature: 18oC-20oC,

• średnia wilgotność powietrza: 75%

average humidity: 75%

• co 3 tygodnie badano:

every 3 weeks:

- przyrosty masy zielonej roślin,

increases the mass of green plants was tested

www.pl.wikipedia.org/wiki/Życica_wielokwiatowa

Pomidor Tukan F1

Tukan F1 Tomato

• badanie prowadzono na sadzonkach pomidorów w 15 donicach, mieszczących po 9 dm3 gleby, przez okres 8

tygodni (56 dni);

study was carried out on tomato seedlings in the 15 pots, containing 9 dm3 of soil over a period of eight

weeks (56 days);

• serie:

series

- próba kontrolna – podlewana wodą,

control group, watered with water,

- próby z 25%, 50% i 100% zawartością optymalnej dawki składników pokarmowych,

samples with 25%, 50%, and 100% content of optimal nutrients dose,

- próba podlewana pofermentem, bez domieszki wody;

sample watered with digestate, without addition of water;

• sadzonki podlewano taką samą ilością wody w dwudniowych odstępach;

seedlings were watered with the same amount of water at two day long intervals;

• co 7 dni badano:

every seven days

- zawartość składników pokarmowych w glebie, przyrosty masy zielonej roślin,

masę i ilość uzyskanych owoców.

content of nutrients in the soil, increases the mass of green plants,

weight and quantity of fruit obtained were tested. http://www.tvr24.pl/

WYNIKI

RESULTS

Życica wielokwiatowa / Lolium multiflorum

Przyrosty suchej masy w

zależności od ilości

podawanego pofermentu

Biomass growth for

different digestate doses

Pomidor Tukan F1

Tukan F1 Tomato

Liście sadzonek podlewanych czystą woda oraz mieszaniną zawierającą

100% dziennej dawki składników pokarmowych

Seed leaves watered with clear water and with a mixture of 100%

demand of nutrients

Grona owocowe oraz owoce z prób: z dawką 100%, z dawką 50%, z dawką

25% oraz kontrolnej

Fruits of groups: control, 100% dose, 50% dose, 25% dose and control

sample

Zawartość składników odżywczych w glebie próby kontrolnej

The content of nutrients in the soil of the control sample

Nutr

ien

t

Week

Pomidor Tukan F1

Tukan F1 Tomatoe

0

2

4

6

8

10

12

14

Próba

kontrolna

Dawka

25%

Dawka

50%

Dawka

100%

Surowy

poferment

Śre

dni

prz

yro

st [

cm/d

zień

]

0

20

40

60

80

100

120

Próba

kontrolna

Dawka

25%

Dawka

50%

Dawka

100%

Surowy

poferment

Śre

dnia

mas

a ow

ocó

w [

g]

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

Próba

kontrolna

Dawka

25%

Dawka

50%

Dawka

100%

Surowy

poferment

Cał

kow

ity p

lon [

g]

Aver

age

gro

wth

incr

ease

[cm

/day

]

Aver

age

mas

s of

fruit

s [g

]

Tota

l yie

ld [

g]

Odzysk nutrientów

Nutrients removal and recovery

Odwadnianie pofermentu

Dewatering of digestate

• wirowanie za pomocą wirówki sedymentacyjnej (0,5m3/h)

centrifuging (0.5m3/h)

• koagulacja za pomocą koagulantu żelazowego siarczanu żelaza (III)

coagulation by using the ferric coagulant – ferrous sulphate (III)

• flokulacja za pomocą polielektrolitu kationowego poliakrylamidu

flocculation by using the cationic polyelectrolyte – polyacrylamide

• zastosowanie systemu osadu czynnego pracującego w układzie nitryfikacja-

denitryfikacja do biologicznego oczyszczania odcieku

application of nitrification and denitrification processes in order to remove

nitrogen compouds from liquid phase of digestate

• opracowanie strategii odzysku fosforu

to develop strategies for the recovery of phosphorus

Cel pracy

Goal of research

USUWANIE I ODZYSK ZWIĄZKÓW BIOGENNYCH

P. Kowal, J. Majtacz, H. Al-Hazmi, A. Tuszyńska, K. Czerwionka, J. Mąkinia

Wprowadzenie

• Charakterystyka składu

odcieków

• Potrzeba zagospodarowania

odcieków

• Metody intensyfikacji procesu

usuwania azotu

• Metody odzysku fosforu

• Zintegrowana technologia

usuwania azotu i odzysku

fosforu

Charakterystyka odcieków z beztlenowej fermentacji

osadów

Wskaźnik Jednostka

Odcieki z

układu

pilotowego

Odcieki z oczyszczalni

Gdańsk Gdynia Słupsk

ChZT g O2/m3 2 600 990 550 500

NO3-N g N/m3 3,30 1,60 1,50 1,50

NO2-N g N/m3 0,60 0,20 0,10 0,10

NH4-N g N/m3 900 880 650 780

Pog g P/m3 11 202 300 202

Metody usuwania azotu z odcieków

• Metody biochemiczne – Konwencjonalna nitryfikacja-

denitryfikacja

– „Skrócona” nitryfikacja-denitryfikacja (poprzez NO2-N)

– Deamonifikacja (częściowa nitryfikacja-anammox)

– Inne (heterotroficzna nitryfikacja, autotroficzna denitryfikacja)

• Metody fizyko-chemiczne

Usuwanie azotu z odcieków - stanowiska badawcze

Laboratoryjny reaktor SBR

I Objętość 2 x 10 dm3

I Pełna automatyka (dopływ i odpływ

ścieków, regulacja temperatury, stężenia

tlenu i pH)

Pilotowy reaktor SBR

I Objętość 250-500 dm3

I Pełna automatyka (dopływ i odpływ

ścieków, regulacja temperatury, stężenia

tlenu i pH)

0

8

16

24

32

40

0 1 2 3 4 5 6 7 8Time, h

N, co

ncen

trati

on

, g

N/m

3

0

100

200

300

400

500

CO

D, g

O2/m

3

Denitrification phaseNitrification phase

● - COD ▬ - N-NH4+ ▬ - N-NO-

3 ▬ - N-NO-2;

Przykładowe wyniki pomiarów –

skala laboratoryjna (1 doba)

0

8

16

24

32

40

0 1 2 3 4 5 6 7 8

Time, h

N, co

ncen

trati

on

, g

N/m

3

0

100

200

300

400

500

CO

D, g

O2/m

3

Denitrification phaseNitrification phase

Przykładowe wyniki pomiarów –

skala laboratoryjna (20 doba)

● - COD ▬ - N-NH4+ ▬ - N-NO-

3 ▬ - N-NO-2;

Przykładowe wyniki pomiarów –

skala pilotowa (20 doba)

0

8

16

24

32

40

0 1 2 3 4

Time, h

N, co

ncen

trati

on

, g

N/m

3

0

100

200

300

400

500

CO

D, g

O2/m

3

Denitrification phaseNitrification phase

● - COD ▬ - N-NH4+ ▬ - N-NO-

3 ▬ - N-NO-2;

Szybkość nitryfikacji Szybkość denitryfikacji

Podsumowanie wyników pomiarów

– zmiana szybkości nitryfikacji i denitryfikacji

Szybkość denitryfikacji – I seria Szybkość denitryfikacji – II seria

Podsumowanie wyników pomiarów

– zmiana szybkości nitryfikacji i denitryfikacji

etanol oleje fuzlowe

Porównanie właściwości sedymentacyjnych

osadu przy różnych ZŹW

wawa-tech.pl www.kemipol.com.pl phosphorusplatform.eu

Mg2+ + NH4+ + PO4

3− + 6H2O ↔ MgNH4PO4·6H2O (struwit) Stosunek:

1 (Mg2+) : 1 (NH4+ ) : 1 (PO4

3 –)

wawa-tech.pl

Problem? Korzyść!

Możliwości odzysku fosforu z odcieków

- temperatura T = 25oC

- pH = 9

- czas reakcji, t = 1 h

- szybkość mieszania, 240 obr./min

Parametry pracy układu

- odcieki po procesie fermentacji (70 g PO4-P/m3 i 650 gNH4-N/m3)

z dodatkiem polimeru anionowego Kemira C492UP

- roztwór alkalizujący: 1 molowy NaOH

- roztwory jonów magnezu: MgCl2.6H2O, MgSO4

.7H2O

Surowce

Metodyka badań strącania struwitu

w warunkach laboratoryjnych

Związek magnezu

MgCl2 MgSO4

Daw

ka

ma

gn

ezu

, m

g M

g/l

50

110

Wyniki badań – struwit wytworzony

w warunkach laboratoryjnych

MgCl2 MgSO4

Efektywność usuwania PO4-P i NH4-N w trakcie

strącania struwitu w warunkach laboratoryjnych

www.hazenandsawyer.com

Do reaktora SBR (usuwanie N)

Schemat instalacji do strącania struwitu

• Oczyszczanie odcieków i odzysk fosforu jako

alternatywa dla rolniczego zagospodarowania

pofermentu

• Efektywność usuwania azotu z odcieków - >90%,

a szybkość procesu denitryfikacji - >10 g N/(g smo.h)

• Efektywność odzysku fosforu w postaci struwitu - >50%,

zależna od wielu czynników

• Możliwość integracji procesów usuwania azotu i odzysku

fosforu (w formie struwitu) z odcieków

Podsumowanie i wnioski