Optimalizace průběhu biologické úpravy fugátu

Bc. Tereza Kubová

Diplomová práce

Optimization of the Course of Biological Treatment of Fugate

Anotace:

V rámci diplomové práce probíhal v prostorách ČZU od 7. 3. 2016 do 19. 5. 2017 laboratorní experiment zabývající se zpracováním fugátu nitrifikací. Fugát je kapalná frakce fermentačního zbytku vznikající jako sekundární produkt v bioplynových stanicích (BPS). Během experimentu byl kladen důraz na optimalizaci podmínek panujících v nitrifikačním reaktoru tak, aby výsledným produktem oxidace amoniakálního dusíku byly dusičnany. Pozornost byla věnována především hodnotě pH, koncentraci rozpuštěného kyslíku, toxickým nedisociovaným formám dusíku a dalším faktorům, které měly vliv na biologickou předúpravu fugátu, zejména na nitratační bakterie oxidující toxické dusitany na žádoucí dusičnany.Laboratorní model byl umístěn v laboratoři o provozní teplotě 24,0 ± 2,0 °C. Reaktor o objemu 5 l nitrifikoval fugát ze zemědělské BPS zpracovávající biologicky rozložitelný odpad a jako inokulum byl využit aktivovaný kal z velké městské čistírny odpadních vod. Koncentrace N-amon se ve vstupním fugátu pohybovala mezi 2130 a 7450 mg/l. Hodnota pH v reaktoru se pohybovala mezi 5,8 a 9,3, přičemž byla regulována prostřednictvím přídavku roztoku NaOH. Reaktor byl uměle provzdušňován a koncentrace rozpuštěného kyslíku byla naměřena od 0,61 do 9,01 mg/l. Během experimentu objemové zatížení reaktoru amoniakálním dusíkem v průměru činilo 0,23 ± 0,08 kg.m-3.d-1.Výsledky laboratorního experimentu dokázaly, že i přes extrémní charakteristiky fugátu v něm lze dlouhodobě provozovat úplný nitrifikační proces. Bylo prokázáno, že v agresivním prostředí fugátu je možné vytvářet dusičnany jako výsledný produkt nitrifikace. Průměrná účinnost převedení N-amon na oxidované formy činila 92,0 ± 14,0 % a významně na ni působila regulace hodnoty pH. Mezi oxidovanými produkty nitrifikace bylo procentuální zastoupení N-NO3- v průměru 86,5 ± 28,0 %, u N-NO2- byl průměr 13,5 ± 28,0 %. Podíl dusičnanů a dusitanů značně ovlivňovaly nedisociované formy dusíku – volný amoniak (Free Ammonia - FA) a volná kyselina dusitá (Free Nitrous Acid - FNA), jež inhibují nitratační bakterie převádějící dusitany na dusičnany. Při zvýšené koncentraci FA a FNA tak docházelo ke kumulaci dusitanů.

Abstract:

As part of diploma thesis, a laboratory experiment, dealing with the processing of the fugate by nitrification, took place in a laboratory in CZU from 7.03.2016 until 19.05.2017. The fugate is the liquid phase of digestate (LPD), formed as a secondary product in the biogas plants. During the experiment, an emphasis was placed on optimizing the conditions in the nitrification reactor so that the resulting product of ammonia nitrogen oxidation was nitrates. Particular attention was paid especially to the pH value, dissolved oxygen concentration, toxic undissociated forms of nitrogen and the other factors that influenced the biological pretreatment of the LPD, above all the nitrating bacteria oxidizing toxic nitrites to the desirable nitrates. The laboratory model was placed in the laboratory and the temperature range was 24.0 ± 2.0 °C. A nitrification reactor of five liters operational volume nitrified LPD from agricultural biogas plant, which processes biodegradable waste, as an inoculum was used activated sludge from a large urban wastewater treatment plant. In the beginning was the total ammonium nitrogen (TAN) concentration between 2130 to 7450 mg/l. The pH in the reactor ranged between 5.8 and 9.3, and was controlled by the addition of NaOH solution. The reactor was artificially aerated and the dissolved oxygen concentration was measured from 0.61 to 9.01 mg/l. During the experiment, the volume loading of the reactor with ammonia nitrogen averaged 0.23 ± 0.08 kg.m-3.d-1.The results of the laboratory experiment proved that despite the extreme characteristics of the LPD, a complete nitrification process can be operated in it for a long time. It has been proved that in the aggressive environment of the LPD it is possible to form nitrates as a final product of nitrification. The average efficiency of conversion of TAN to oxidized forms was 92.0 ± 14.0 % and was significantly affected by pH regulation. Among the oxidized nitrification products, the percentage of N-NO3- was on average 86.5 ± 28.0 %, for N-NO2- the average was 13.5 ± 28.0 %. The proportion of nitrates and nitrites was considerably affected by undissociated forms of nitrogen – Free Ammonia (FA) and Free Nitrous Acid (FNA), which inhibit nitrating bacteria that covert nitrites to nitrates. With increased concentrations of FA and FNA, nitrites accumulated.

Klíčová slova

bioplynové stanice, fugát, nitrifikace, inhibice, živiny

Keywords

biogas plants, fugate, nitrification, inhibition, nutrients

Jazyk práce: čeština

Datum vytvoření / odevzdání či podání práce: 22. 7. 2020

Obhajoba závěrečné práce

• Vedoucí: Ing. Pavel Švehla, Ph.D.

Česká zemědělská univerzita v Praze

Fakulta agrobiologie, potravinových a přírodních zdrojů

Magisterský studijní program / obor:
Technologie odpadů / Technologie zpracování a využití odpadů