Analýza procesu míchání ve fermentorech bioplynových stanic

Ing. Luděk Kamarád

Doctoral thesis

Analysis of the mixing process in biogas digesters

Abstract:

Cílem práce "Analýza procesu míchání ve fermentorech bioplynových stanic" je popsat proces míchání ve fermentorech dvou sledovaných bioplynových stanic a faktory ovlivňující tyto procesy. V rámci práce byl po dobu dvou let sledován provoz primárních fermentorů dvou vybraných bioplynových stanic. Sledované fermentory se lišily svým pracovním objemem (2000 m3 a 1500 m3), hydraulickou dobou zdržení, typem a způsobem provozu míchadel stejně jako vlastnostmi míchané fermentační suspenze. K popsání vlastností fermentační suspenze byly provedeny analýzy obsahu sušiny, sítové rozbory, měření viskozity, velikosti obsažených částic v suspenzi i vybraných dávkovaných substrátech. K posouzení kvality procesu míchání ve sledovaných fermentorech byly provedeny testy se stopovačem. Jako stopovače byly použity lithné soli a spory mikroorganismu Bacillus athrophaeus. V každém z fermentorů byly provedeny testy celkem dvakrát, pokaždé s jiným stopovačem. Z naměřených koncentrací stopovače na výtoku z fermentoru bylo možné v některých případech detekovat zkratové proudění a předčasné vyplavení substrátu z fermentoru. Výsledky testů v obou fermentorech se výrazně lišily. Výstupy z testů s lithným stopovačem byly na závěr porovnány s výsledky paralelně provedených počítačových simulací (CFD). Bylo zjištěno, že při použití vhodně zvoleného míchacího systému lze travní a jiné vláknité substráty nejlépe využívat jako substrát při vyšším obsahu sušiny ve fermentorech. V případech, kdy je technologie dimenzována spíše pro substráty na bázi kejdy a kukuřičné siláže, nelze používání travních a vláknitých substrátů doporučit. Pokud již mají být travní nebo jiné vláknité substráty využívány, tak pouze v omezeném množství (např. do 10 % denní dávky) nebo za využití předúpravy substrátu.

Abstract:

The aim of this work "Analysis of the mixing process in biogas digesters" is to describe the mixing quality in two different primary digesters at two selected biogas plants and the factors influencing the homogenization of substrates and biogas slurries. The primary digesters were monitored for two years. The digesters differed in their volumes (2000 m3 a 1500 m3), hydraulic retention time, type and operation way of the installed mixing systems and proprieties of the mixed biogas slurries. To describe the slurry characteristics the fermentation suspensions were analyzed for dry matter content, particle size (sieve analysis), viscosity measurements, and the length of particles contained in the suspensions and in the selected substrates. To assess the quality of the mixing process in the monitored digesters, tracer tests were carried out as well. Lithium salts and spores of microorganism Bacillus athrophaeus were selected as tracers. The tracer tests were performed in each digester twice, each time with a different tracer. From the measured tracer concentration in the digester effluent it was possible to detected short-circuiting flow and premature substrate washing out from the digester; different results were obtained. The experimental results obtained by lithium tracer tests were finally compared with results from parallel performed computational simulations (CFD). It was found that if an appropriate mixing technology is used, grass-like substrates can be used more intesive and work best at a higher total solids content. However, if a digester that was designed for liquid and maize silage based substrates is used, grass should only be used rather in small quantities (e.g. less than 10% daily substrate dose).

Keywords

fermentační suspense, míchání, viskozita, stopovač, bioplynový fermentor

Keywords

biogas slurry, digester, mixing, suspension, tracer test, viscosity

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 4. 1. 2017

Thesis defence

• Date of defence: 13. 11. 2014
• Supervisor: prof. Ing. Bořivoj Groda, DrSc.
• Reader: František Babinec, CSc., prof. Ing., Ján Gaduš, externi, Petr Hlavínek, externi

Mendel University in Brno

Faculty of AgriSciences

Doctoral programme / field:
Waste Technology / Waste Technology