Βιοενίσχυση αναερόβιων αντιδραστήρων συνεχούς ροής υπό συνθήκες τοξικότητας αμμωνίας - η επίδραση του υδραυλικού χρόνου συγκράτησης των αποβλήτων
Creators: name: Τζένος, Χρήστος Αθανασίου
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2021
Subjects: Βιοαέριο
Αναερόβια Αποικοδόμηση
Τοξικότητα Αμμωνίας
Biogas
Anaerobic Digestion
Ammonia Toxicity

description: Στην παρούσα εργασία μελετάται η εφαρμογή δύο μεθόδων καταπολέμησης των αρνητικών συνεπειών που επιφέρει η τοξικότητα της αμμωνίας στην παραγωγή βιοαερίου μέσω αναερόβιας αποικοδόμησης. Οι δύο μέθοδοι που επιλέχθηκαν είναι η μεταβολή του υδραυλικού χρόνου συγκράτησης (hrt) των αντιδραστήρων και η διεργασία της βιοενίσχυσης. Ο εγκλιματισμός των μικροοργανισμών, που χρησιμοποιήθηκαν κατά τη διεργασία της βιοενίσχυσης, πραγματοποιήθηκε σε αντιδραστήρες διαλείποντος έργου (batch reactors) με τη σταδιακή αύξηση της συγκέντρωσης της αμμωνίας. Χρησιμοποιήθηκαν δύο αντιδραστήρες συνεχούς ροής και ανάδευσης (cstr) και η τροφοδοσία τους γινόταν με κόπρο βοοειδών προερχόμενη από σταβλική εγκατάσταση στη βόρεια Ελλάδα η οποία δεν εμπεριείχε στρωμνή. Αρχικά οι δύο αντιδραστήρες λειτούργησαν με hrt 28 ημερών και στη συνέχεια μεταβλήθηκε σε 20 ημέρες στον πρώτο και σε 30 ημέρες στο δεύτερο. Μετά ακολούθησε η προσθήκη χλωριούχου αμμωνίου για την επίτευξη συνθηκών τοξικότητας αμμωνίας και στους δύο αντιδραστήρες. Τέλος εφαρμόστηκε η διεργασία της βιοενίσχυσης με πληθυσμό μικροοργανισμών εγκλιματισμένο σε υψηλές συγκεντρώσεις αμμωνίας. Οι μετρήσεις που λήφθηκαν περιλαμβάνουν την ημερήσια παραγωγή βιοαερίου, το ποσοστό του μεθανίου στο βιοαέριο, τη συγκέντρωση των πτητικών λιπαρών οξέων (vfa) και τη τιμή στην κλίμακα ph. Κατά τη λειτουργία υπό συνθήκες τοξικότητας αμμωνίας παρατηρήθηκε μείωση της παραγωγής μεθανίου κατά περίπου 37.5% και στους δύο αντιδραστήρες. Μετά από την εφαρμογή της βιοενίσχυσης η παραγωγή του μεθανίου αυξήθηκε περίπου στο 91.0% της αρχικής και στους δύο αντιδραστήρες.. Όμως, παρόλο που το ποσοστό ανάκαμψης ήταν περίπου ίδιο και στους δύο αντιδραστήρες, κρίθηκε πως η διεργασία της βιοενίσχυσης δεν ήταν αποτελεσματική στον αντιδραστήρα με το hrt (20d). Διότι η μερική ανάκαμψη της παραγωγής του βιοαερίου επήλθε μετά το πέρας ενός hrt, ενώ στον αντιδραστήρα με το hrt (30d) τα αποτελέσματα της βιοενίσχυσης ήταν πολύ πιο άμεσα. Η αργή απόκριση του αντιδραστήρα στην βιοενίσχυση είναι πολύ πιθανό να οφείλεται στο φαινόμενο της έκπλυσης του εγκλιματισμένου πληθυσμού που προκύπτει λόγω του μικρού hrt. Πιθανώς σε μία μονάδα με χαμηλό hrt, για την αύξηση της αποτελεσματικότητας της βιοενίσχυσης, ο διαχειριστής της μονάδας θα μπορούσε να αυξήσει το htr του βιοαντιδραστήρα (πχ με ανακυκλοφορία των εκρεόμενων επεξεργασμένων αποβλήτων) πριν την εφαρμογή της βιοενίσχυσης. Αφότου ο εγκλιματισμένος πληθυσμός έχει προσαρμοστεί στον βιοαντιδραστήρα, το hrt μπορεί να ρυθμιστεί στην κανονική τιμή λειτουργίας.
description: In the present study the application of two methods to combat the negative effects of ammonia toxicity on biogas production through anaerobic digestion are investigated. The two methods selected are the change of the hydraulic retention time (hrt) of the reactors and the bioaugmentation process. The acclimatization of the microorganisms, used during the bioaugmentation process, was carried out in batch reactors with the gradual increase of the ammonia concentration. Two continuously stirred tank reactors (cstr) were used and they were fed with cattle manure from a stable installation in northern Greece. Initially the two reactors operated with a 28-day hrt and then were switched to 20 days in the first and 30 days in the second. The addition of ammonium chloride followed to achieve ammonia toxicity conditions in both reactors. Finally, the bioaugmentation process was applied with a population of microorganisms acclimatized to high concentrations of ammonia. The parameters that were measured include the daily biogas production, the percentage of methane in the biogas, the concentration of volatile fatty acids (vfa) and the ph value. During the operation under ammonia toxicity conditions a reduction in methane production of approximately 37.5% was observed in both reactors. After the application of the bioaugmentation process the production of methane increased to about 91.0% of the original value in both reactors. However, although the recovery rate was about the same in both reactors, it was decided that the bioaugmentation process was not effective in the reactor with the 20-day hrt. The reason for this is, that the partial recovery of biogas production in the reactor with the 20-day hrt occurred after 20 days, while in the reactor with the 30-day hrt the results of the bioaugmentation process were much more immediate. The reactor's slow response to the bioaugmentation process is most likely due to the washout of the acclimatized population due to the low hrt. Possibly in a biogas plant with low hrt, to increase the efficiency of the bioaugmentation, the plant manager could increase the hrt of the bioreactor (eg with the recirculation of the bioreactor effluent stream) before the application of the bioaugmentation. After the acclimatized population has adapted to the bioreactor, the hrt can be adjusted to the normal operation value.