Nitrifikace amonného dusíku obsaženého kapalné fázi digestátu jako předstupeň biologického odstraňování sulfanu z bioplynu

Pavel Růžička

Master's thesis

Nitrification of Ammonia Contained in Liquid Phase of Digestate as the First Stage of Biological Hydrogen Sulphide Removal from Biogas

Abstract:

Jedním z výstupů z bioplynové stanice je odpad po fermentaci zvaný digestát, dalším poté sirovodík, který je znečišťující složkou při fermentaci vznikajícího bioplynu, jehož další použití je přítomností sirovodíku ztíženo. Snaha o zefektivnění procesů a využití všech výstupů vedla k úvahám o možnosti zpracování kapalné fáze digestátu takovým způsobem, aby mohla sloužit jako zdroj oxidovaných forem dusíku využitelných jako akceptor elektronů pro biologické odstraňování sulfanu z bioplynu. Jako podklad byl vybrán proces autotrofní nitrifikace pro zpracování digestátu a proces autotrofní denitrifikace pro odstranění sirovodíku z bioplynu. Sulfan je možné vyprat z bioplynu do alkalického roztoku a takto vzniklé sulfidy odstranit biologickou cestou, tedy právě autotrofní denitrifikací. K autotrofní denitrifikaci potřebujeme oxidované formy dusíku, které je možné získat přímo v objektu bioplynové stanice při čistění kapalné fáze digestátu nitrifikací. Tato práce se zabývá vlivem různých faktorů na účinnost a zastoupení produktů nitrifikace kapalné fáze digestátu. Cílem této práce bylo prověřit fungování autotrofní nitrifikace v kontinuálním reaktoru plněném tekutou fází digestátu za různých reakčních podmínek. V rámci práce byly v laboratorních podmínkách optimalizovány podmínky pro nitrifikaci amoniakálního dusíku (N-amon) obsaženého v kapalné fázi digestátu za účelem následné aplikace dusičnanového, resp. dusitanového dusíku jako akceptoru elektronů pro odstraňování sulfidické síry obsažené původně v bioplynu. Bylo zjištěno, že i v tekuté fázi digestátu s extrémními vstupními hodnotami N-amon přes 1 g/l může probíhat uspokojivě nitritace. Zároveň byl potvrzen inhibiční vliv FNA a NO2- na průběh nitratace, který se projevil po zvýšení objemového zatížení BV na hodnotu 0,3 kg.m-3.den-1 a s ním spojeným poklesem pH. Inhibiční vliv koncentrace FNA na průběh nitritace nebyl potvrzen.

Abstract:

One of the biogas plant´s outputs is a fermentation waste called digestate. One of the other outputs is hydrogen sulphide, which negatively influences the quality of biogas produ-ced during fermentation, and the further use of which is made more difficult by the presence of hydrogen sulphide. Efforts to make fermentation processes more effective and to use all outputs led to considerations about the digestate liquid phase to be treated in such a way as to make the liquid phase a donor of oxidized forms of nitrogen. These forms could then become electron acceptors for biological removal of hydrogen sulphide from biogas. Autotrophic nit-rification was chosen for treatment of digestate and autotrophic denitrification was chosen for removal of hydrogen sulphide from biogas. Hydrogen sulphide can be removed from biogas by dissolving it in an alkaline solution. The resulting sulphides are subsequently removed by autotrophic denitrification. For autotrophic denitrification, oxidized forms of nitrogen are ne-eded. These oxidized forms can be obtained in a biogas plant in the process of digestate liquid phase nitrification. This thesis deals with the impact of different factors on nitrification ef-fectiveness and the content of nitrification´s outputs. The aim of the thesis is to verify the functioning of autotrophic nitrification in a conti-nuous reactor filled with liquid phase of digestate under different reaction conditions. For the purposes of the thesis, the conditions for nitrification of ammonia nitrogen contained in the liquid phase of digestate were optimized in a laboratory for further use of nitrate and nitrite as electron acceptors for the removal of sulphidic sulphur contained in biogas. It emerged that the nitrification process can be carried out effectively even in the digestate liquid phase with ammonia nitrogen input values above 1 g/l. At the same time the inhibitory effect of FNA and NO2- on the nitration process has been confirmed. This effect appeared after increasing the nitrogen loading rate to 0.3 kg.m-3.day-1 and the associated pH decrease. Inhibitory effect of FNA on nitration has not been confirmed.

Keywords

autotrofní denitrifikace, dusík, síra, nitrifikace, bioplynové stanice, kapalná fáze digestátu

Keywords

nitrogen, biogas plants, sulphur, nitrification, autotrophic denitrification, liquid phase of digestate

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 4. 4. 2016

Thesis defence

• Supervisor: Ing. Pavel Švehla, Ph.D.

Czech University of Life Sciences Prague

Faculty of Agrobiology, Food and Natural Resources

Master programme / field:
Care of Biosphere / Sustainable Biosphere Development