Hulladékgazdálkodás Előadás 14. Anaerob hulladékkezelési eljárások (rothasztás) - A rothasztás célja, alkalmazási területei, befolyásoló tényezői. - Magas szervesanyag-tartalmú szennyvizek és hulladékok anaerob kezelésének előnyei és hátrányai. - Száraz és nedves anaerob technológiai megoldások. - A kezelés méretezéséhez szükséges paraméterek és vizsgálatok. - Tervezés és üzemeltetés szempontjai.

A rothasztás célja, alkalmazási területei, befolyásoló tényezői Források, ajánlott irodalom: -Iszapkezelés tantárgy anyagai. -Sivák Szilvia: Anaerob iszapkezelés jegyzet (FTP) -Szűcs Beatrix: Szerves hulladékok kezelése előadások -Simon Miklós: Iszapkezelés c. tantárgy ismeretanyag -Öllős Géza: Rothasztás -Tamás János: Szennyvíztisztítás és szennyvíziszap elhelyezés 9. rész. -Juhász Endre: Útmutató a települési szennyvíztisztító telepen keletkező szennyvíziszapok telepen belüli előkezeléséhez -Simon Miklós: Anaerob szennyvíztisztítás

A rothasztás célja, alkalmazási területei, befolyásoló tényezői Rothasztás: -Anaerob körülmények között (oldott és kötött oxigén kizárásával) -Többlépcsős biológiai folyamat – többfajta, egymásra utalt mikroorganizmus - szintrófizmus -Fermentáló mikroorganizmusok (elektron-donor és akceptor is szerves vegyület) -Célok: -Stabilizálás, bontható szerves anyagok eltávolítása -Mennyiség csökkentése -Biogáz termelés, energianyerés

A rothasztás célja, alkalmazási területei, befolyásoló tényezői Rothasztás: -Alkalmazási terület: -Bármilyen, biológiailag bontható szerves anyagot nagy mennyiségben tartalmazó hulladék kezelésére: -Szennyvíziszap anaerob kezelése -Anaerob szennyvíz tisztítás -Híg trágya, állattartás -Élelmiszeripar

Befolyásoló tényezők, folyamatok Folyamat lépései: KOI és metán összefüggése: CH 4 + 2O 2 = CO 2 + 2H 2 O 1 mol CH 4 = 2 mol O 2 = 64 g KOI 22,41 Normál liter CH 4 = 64 g KOI 1 Normál liter CH 4 = 2,86 g KOI 100% anaerob úton degradálható KOI

Befolyásoló tényezők, folyamatok

Folyamat 4 fő lépése: 1.Hidrolízises lépcső (nem metántermelő) -(1) Hidrolízis: nagy molekula tömegű szerves vegyületek tördelése kisebbekre -(2) Fermentáció: Illó savak keletkezése -(3) Ecetsav termelés 2.(4) Metántermelés A sorrend az egyes folyamatok egymástól való függését is jelzi, de a párhuzamosan végbemenő folyamatok és a sokféle mikroorganizmus miatt nem ilyen egyszerű.

Befolyásoló tényezők, folyamatok A sorrend az egyes folyamatok egymástól való függését is jelzi, de a párhuzamos végbemenő folyamatok és a sokféle mikroorganizmus miatt nem ilyen egyszerű. -Az anaerob körülmények közt végbemenő folyamatok felsorolása (!!!): 1.Lebegőanyag hidrolízise – lipidek, szénhidrátok, fehérjék keletkezése. 2.Nagy molekulájú lipidek, szénhidrátok, fehérjék hidrolízise – szerves savak, összetett cukrok – polimer, oligomer. 3.Polimerek és oligomerek hidrolízise monomerekké – etanol, ketonok, illósavak, aminosavak 4.Fermentáció – propionsav, vajsav végül ecetsav termelés + obligát ecetsavtermelők közvetlenül ecetsavat, CO 2 -t, hidrogént termelnek 5.Szulfát és nitrát jelenlétben a könnyen bontható szerves anyagokat szulfát és nitrátredukáló baktériumok elhasználják. (N 2 és H 2 S képződés) 6.Ecetsavat hasznosító baktériumok metánttermelése. 7.Hidrogenofil baktériumok CO 2 és hidrogén felhasználásával metánt termelnek.

Befolyásoló tényezők Hőmérséklet: Háromféle tartomány: - pszichrofil (hideg rothasztás) 0 – 20 o C - lassú lebontás (6 hónap – több év) - stabilizálás tökéletlen - régen kétszintes ülepítőben, házi oldómedencében - mezofil (20 – 42 o C, optimum 30 o C) - leggyakrabban alkalmazott - termofil (42 – 75 oC, optimum 60 o C)

Befolyásoló tényezők pH - metántermelés: 6,8-7,4 - savtermelés: 5,8-6,2 Túlzott savtermelésnél a metántermelők elpusztulnak – több metántermelő kell a rendszerben, mint savtermelő – beoltás. Pufferkapacitásra, lúgosságra ügyelni: karbonátok, lúgok adagolása lehet szükséges

Befolyásoló tényezők Lebegőanyag: - elegendő szilárd felület a baktériumoknak - de a reaktor átkeverését, gáz kijutását nem akadályozza C/N arány: - minimum KOI:N:P 350:7:1, a valóságban általában mindig elég nagy (>1000:7:1)

Befolyásoló tényezők Toxikus anyagok: - ammónia, magas pH-n a szabad ammónium toxikus hatású lehet - szulfidok, fémek jelenlétében (vas) odhatatlan és veszélytelen, szabad H 2 S formában toxikus és a biogáz felhasználást is zavarja, a gáz tisztítandó. - nehézfémek: Cu,Zn,Ni,Cr oldott formában toxikus, szerencsére általában a szulfidok jelenléte miatt oldhatatlanok (pH függő). - toxikus szerves anyagok – szerves oldószerek, stb. rothasztás előtt eltávolítandók

Előnyök -Energiatermelés – képződött metán felhasználása (hő, villamos energia) -Tömeg és térfogat csökkenés (szerves anyag tartalom %-al csökkenthető) -Hulladék stabilizálódik -Végtermék nitrogén tartalma stabil, nincs ammónium miatti szaghatás -Szennyvíztisztításnál az aerobhoz képes jóval kevesebb (csak 10-15%) fölös biomassza képződik (az anaerob folyamat kisebb energianyeresége, hosszabb generációs ideje miatt) -Terhelés ingadozásra kevésbé érzékeny -Baktériumok sokáig túlélnek, akár szezonálisan, nagy kihagyással is üzemeltethető

Előnyök -Anaerob szennyvíztisztítás kisebb helyigénye? -Alacsonyabb gépészeti beruházási költségek -Nem igényel fejlett technológiát, egyszerűen üzemeltethető, robusztus

Hátrányok -Szűk üzemelési pH tartomány -Magas beruházási költség (nagy térfogat, fűtés, gáztisztítás) -Hosszú tartózkodási idő (> 10 nap) -Szaghatások, kénhidrogén keletkezés (vas-sóval kivédhető) -Víztartalom nem csökken, utána vízteleníteni kell a kirothasztott iszapot. (De léteznek magas szárazanyag tartalommal üzemelő rothasztók is, csak ritkábbak) -Hosszú beüzemelés az alacsony iszapszaporulat, generációs idő miatt (ha nincs megfelelő beoltás) -Csurgalék („reject”) vizek kezelése körülményes (magas nitrogén, foszfor, nehezen bontható szerves anyag tartalom)

Száraz és nedves anaerob technológiai megoldások -Lebegtetett vagy fix filmes rendszerek -Fix filmes lehet: -Állóágy (töltet rögzített) -Mozgóágy (töltet is lebeg a biofilmmel együtt) -Cél a magas biomassza koncentráció a reaktorban -AFF = Anaerob Fixed Film: - rögzített hordozóanyagon -SB = Sludge Bed: iszapágy -AAFEB = anaerobic attached film expanded bed: -rögzített filmes expandált ágyas – mobil hordozóanyag -UASB = Upflow anaerobic sludge bed: - felfelé áramló iszapágyas -EGSB = expandált granulált iszapágy -Stb.

Száraz és nedves anaerob technológiai megoldások -hagyományos, kis terhelésű egylépcsős rothasztók, -nagyterhelésű, kevert reaktoros technológiák, -kétlépcsős rothasztás -Savtermelés és metántermelés együtt, de két egymás utáni reaktorban, második reaktor utórothasztó és tároló. -Kétfázisú: sav termelés és metántermelés külön lépcsőben -Folyamatos/szakaszos -Száraz/félszáraz/nedves

Száraz és nedves anaerob technológiai megoldások Rothasztó tartály kialakítása: - hőveszteés - átkeverhetőség - henger, kúpos fenékkel és felső résszel - tojás alak Fedett rothasztók keverési kivitelezése: gáz-diffúzor keverésű rothasztó szívócsöves mechanikai keverésű rothasztó(b)

Száraz és nedves anaerob technológiai megoldások Fűtési megoldások:

Száraz és nedves anaerob technológiai megoldások

UASB reaktor felépítése

Száraz és nedves anaerob technológiai megoldások - szennyvíztisztítás

Száraz és nedves anaerob technológiai megoldások -Nedves: szárazanyag tartalom ~ 10% -Félszáraz: szárazanyag tartalom ~ 15-25% -Száraz: szárazanyag tartalom ~ 30-40%

Száraz és nedves anaerob technológiai megoldások -DRANCO – átkeverés recirkulációval -VALOGRA – átkeverés biogáz befúvással -KOMPOGAS – száraz, mechanikus keverés

A kezelés méretezéséhez szükséges paraméterek és vizsgálatok -Szárazanyag, szervesanyag tartalom (szárítás 105 o C, izzítás ~650 o C) -Anaerob degradálhatóság (KOI csökkenése a lebontás során) -Anaerob aktivitás (pl.: metán termelés sebessége, ideális körülmények között) -Szerves hulladék összetétel: nehézfémek, szerves anyag frakciók, -Nitrogén, kén, foszfor

A kezelés méretezéséhez szükséges paraméterek és vizsgálatok -Szilárd és magas lebegőanyag tartalmú szerves hulladék KOI mérése: dikromátos roncsolás vizes oldatban -Foszfor tartalom mérése: roncsolás, foszfor ortofoszfáttá alakítása, majd ortofoszfát mérése fotometriásan. -Nitrogén tartalom: összes nitrogén, roncsolás után Kjeldahl-módszerrel. -Gáz összetétel vizsgálat: gázanalizátor, gázkromatográf

Tervezés és üzemeltetés szempontjai Méretezés: hidraulikai tartózkodási idő -Kétszintes ülepítő (hideg rothasztás) rothasztó tere: -60 napos rothasztási idő (12 o C alatt ennél több) -Mezofil rothasztás: nap -Termofil rothasztás ~ 10 nap

Tervezés és üzemeltetés szempontjai Méretezés:

Tervezés és üzemeltetés szempontjai Méretezés: Az iszapterhelés (B V ) a reaktor egységnyi térfogatába adott idő alatt betáplált szerves anyag mennyiséggel jellemezhető. Szennyvíziszap rothasztók esetében általában az 1 m 3 reaktortérfogatra naponta beadagolt szerves anyag tömegével adják meg ezt a fajlagost (kg/m 3 d). A terhelés a reaktor hidraulikus tartózkodási idejétől és az érkező iszapáramtól, valamint annak koncentrációjától függ a következőképpen: B V = Q C 0 / V = C 0 / t, ahol Q az iszap térfogatárama (m 3 /d), C 0 az iszap koncentrációja (kg/m 3 ), V a reaktor térfogata (m 3 ).

Tervezés és üzemeltetés szempontjai Méretezés: Részletesebb technológiai számítások, rothasztó modellek egyenlőre kevésbé nyilvánosak, ritkábban használatosak idehaza.

Tervezés és üzemeltetés szempontjai Üzemeltetés: A keverés módjai: - mechanikus keverő (zárt tartály miatt a karbantartás nehézkes) - keverés folyadékkal (cirkuláció) - keverés gázzal (az utóbbi kettő egyszerűbb, de enrgiaigényesebb)

Tervezés és üzemeltetés szempontjai Üzemeltetés: A keverés legfőbb kedvező hatásai: -hőmérséklet-különbségek kiegyenlítése a reaktortérben, -adaptálódott biomassza és a nyers iszap összekeverése, -közti termékek és mindenféle toxikus nyersanyag megfelelő homogenizálása az inhibíció minimalizálása érdekében, -felületen úszó iszapréteg keletkezésének, valamint a nehezebb részek kiülepedésének megakadályozása a rothasztóban.

Tervezés és üzemeltetés szempontjai Üzemeltetés: Biogáz kezelése: kéntelenítés, páraleválasztás motorban való elégetés előtt. Csurgalékvizek kezelése: -Magas N és P tartalom -lásd szennyvíztisztás és iszapkezelés tantárgyak (ANAMMOX és hasonló eljárások)

ZH kérdések 1.Mit nevezünk rothasztásnak, anaerob kezelésnek? 2.Milyen célokból alkalmazzuk a rothasztást 3.Milyen hulladékok kezelése során alkalmazunk rothasztást? 4.Milyen biológiai folyamtok játszódnak le a rothasztás során? 5.Mi történik a hidrolízis során? 6.Mi történik a fermentáció során? 7.Az alkalmazott hőmérséklet szerint milyen rothasztási eljárásokat különböztetünk meg? 8.Hogyan befolyásolja pH és a pufferkapacitás a rothasztás folyamatait? 9.Milyen anyagok lehetnek toxikusak a rothasztás folyamataira? 10.Milyen előnyei vannak az anaerob kezelésnek? 11.Miért kisebb a fölösiszap hozam anaerob szennyvíztisztításnál? 12.Milyen hátrányai vannak az anaerob kezelésnek? 13.Hogyan csoportosíthatjuk a különböző anaerob eljárásokat? 14.Milyen anaerob reaktor típusokat ismer? 15.Milyen jellemzőket mérünk az anaerob kezelés tervezésekor, üzemletetése során? 16.Miért fontos a rothasztó csurgalék vizeinek kezelése? 17.Milyen fő paramétereket veszünk figyelembe a rothasztók tervezésekor? 18.Mi a keverés szerepe a rothasztó műtárgyban? 19.Milyen módszerekkel lehet megoldani a keverést a rothasztókban?