Vliv podmínek panujících v nitrifikačním reaktoru na průběh biologické úpravy kapalné frakce fermentačního zbytku

Bc. Soňa Nováková

Master's thesis

The Influence of the Conditions Prevailing in Nitrification Reactor on the Process of Biological Treatment of the Liquid Phase of Digestate

Abstract:

Tato diplomová práce se zabývala vlivem podmínek panujících v nitrifikačním reaktoru zpracovávajícím kapalnou frakci fermentačního zbytku z provozu zemědělských bioplynových stanic (tzv. fugátu) na tvorbu konečných produktů, přičemž byl cílený převod N-amon na oxidované formy dusíku. V rámci této práce byly provozovány dva nitrifikační reaktory. Reaktor M1 byl konstruován k provozu při nízkém pH, kdy bylo cílem otestovat, zda je proces nitrifikace realizovatelný i v nepříznivém prostředí fugátu při hodnotách pH okolo 5. Reaktor M2 byl konstruován k testování vlivu objemového zatížení N-amon na provoz reaktoru. Objemové zatížení je významný faktor, který se v praxi odráží přímo v návrhu nádrží, ve kterých bude v provozních podmínkách bioplynové stanice probíhat. Nádrže musí být dostatečně velké tak, aby byly schopny fugát pojmout. Proces nitrifikace fugátu nabízí zajímavé řešení problematiky spojené se skladováním fugátu, ale i ekonomické úspory. Díky nitrifikaci se zamezí ztrátám dusíku ve formě amoniaku, které mohou činit až 30 % z celkového množství dusíku. Těkáním amoniaku do ovzduší se ochuzuje fugát o cenné živiny a zároveň dochází k znečišťování ovzduší. Nitrifikace fugátu je tedy slibnou cestou, jak stabilizovat živiny a využít fugát jako kvalitní hnojivo. V rámci diplomové práce byla nastíněna i atraktivní alternativa aplikace systému nitrifikace – tepelné zahušťování, kdy by došlo k výraznému zmenšení objemu a stabilizaci živin v koncentrované formě. Nitrifikace je spojena s nízkým pH, což je výhodou pro tepelné zahušťování, kdy nebude nutné dávkovat minerální kyseliny k úpravě pH. Tato varianta je spojena i s nižší frekvencí přejezdů zemědělské techniky, tedy i s významnou úsporou finančních nákladů a snížením rizika zhutnění půdy. V rámci této diplomové práce jsou prezentovány výsledky, které naznačují, že nitrifikace je realizovatelná i v agresivním prostředí fugátu při pH okolo 5, rovněž se podařilo dosáhnout hodnoty objemového zatížení nitrifikačního reaktoru až 0,59 kg/(m3.d) a stanovit, že při objemovém zatížení 0,2 kg/(m3.d) je proces nitrifikace dlouhodobě stabilně realizovatelný.

Abstract:

This diploma thesis dealt with the influence of conditions, which are manifested in nitrification reactor processing the liquid phase of digestate from operation of agricultural biogas plants for the production of final products, while the conversion of N-ammonium to oxidized nitrogen forms was targeted. In this work, two nitrification reactors were operated. Reactor M1 was designed to operate at low pH to test whether the nitrification process is feasible even in unfavorable environments at pH values around 5. Reactor M2 was designed to test the effect of the N-ammonium volume load on reactor operation. The volume load in practice directly affects the design of the tanks that will be built for this purpose. The tanks must be large enough to accommodate the liquid fraction of digestate. The process of nitrification of the liquid fraction of digestate offers an interesting solution to the problems associated with the storage of the liquid phase of digestate, but also economic savings. Nitrification prevents the loss of nitrogen in the form of ammonia, which can be up to 30% of the total nitrogen. Fluxing of ammonia into the air depletes valuable nutrients and also pollutes the air. Thus, nitrification of the liquid phase of digestate is a promising way to stabilize nutrients and use the liquid phase of the digestate as a good fertilizer. The thesis also outlines an attractive alternative to the application of the nitrification system - heat thickening, which would significantly reduce the volume and stabilize nutrients in concentrated form. Nitrification is associated with low pH, which is an advantage for thermal thickening, where it will not be necessary to dispense mineral acids to adjust the pH. This option is also associated with a lower frequency of crossings of agricultural equipment, ie with significant cost savings and reduced risk of soil compaction. In this diploma thesis are presented results that suggest that nitrification is also feasible in aggressive environment of the liquid phase of digestate at pH around 5, also the volume load of nitrification reactor up to 0.59 kg / (m3.d) was reached and at a load of 0.2 kg / (m3.d), the nitrification process is stable over the long term.

Keywords

fugát, biologická předúprava, nitrifikace, ztráty dusíku, hodnota pH, výkonnost reaktoru

Keywords

the liquid phase of digestate, biological pre-treatrment, nitrification, losses of nitrogen, pH value, performance of reactor

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 16. 4. 2019

Thesis defence

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

Czech University of Life Sciences Prague

Faculty of Agrobiology, Food and Natural Resources

Master programme / field:
Waste Technology / Technology, Processing and Utilization of Waste