Hmotově energetická bilance anaerobního rozkladu

Transkript

1

2 Hmotově energetická bilance anaerobního rokladu stupeň redukovatelnosti uhlíkového atomu: γ průměrné oidační číslo uhlíkového atomu: POXČ teoretická výtěžnost metanu dané látk ( skutečná) vliv denitrifikace a sulfátredukce na výtěžnost metanu

3 Hmotově energetická bilance anaerobního rokladu Uvažujeme organickou sloučeninu sumárního vorce C H O, kde inde,, načípočet atomů jednotlivých prvků. Úplná oidace této látk probíhá podle rovnice: kde C H O +n O CO +/H 0 (1) n=+/ () Číslo n udává počet atomů kslíku potřebných k úplné oidaci dané organické látk (teoretickou spotřebu kslíku - TSK). Protože jeden atom kslíku představuje dva elektronové ekvivalent, číslo n udává elektronový ekvivalent molekul dané organické látk, tj. počet elektronů, které tato molekula předá při úplné oidaci finálnímu akceptoru elektronů. T elektron, redukční ekvivalent, jsou energetický potenciál dané látk.

4 Obecná stechiometrická rovnice vniku methanu je následující: 8 8 CO CH O H O H C Množství vniklého methanu ávisí na počtu volných elektronů, které má molekula dané organické látk k dispoici. Jednoduchým působem le dokáat, že k úplné oidaci methanu vniklého předchoí reakcí spotřebujeme stejné množství kslíku jako k oidaci původní látk.

5 po úpravě: n n = + / C H O + no CO + / H 0 H O CO O CH O H CO O CH 8 8 Při úplném anaerobním rokladu veškerá energetická ásoba výchoí látk (neuvažujeme-li i spotřebu energie k růstu) ůstává achována ve vniklém methanu.

6 Poměrpočtu ekvivalentních elektronů kpočtu atomů uhlíku v molekule organické látk n udává,,stupeň redukovatelnosti" dané látk - γ. n Bilance elektronů organické látk obecného složení C H O je daná vtahem + -, což vtaženo na jeden atom uhlíku představuje,,stupeň redukovatelnosti" substrátu γ = + / - /

7 Stupeň redukovatelnosti γ le stanovit e nalosti elementárního složení vorku i analtického roboru daného substrátu Číslo γ je měřítkem teoretické spotřeb kslíku na jeden atom uhlíku. V hmotnostním vjádření přecháí na tvar: / n n 16 1 n TSK 1,5 16 Corg / / POXČ / / POXČ POXČ -průměrné oidační číslo atomu uhlíku TSK - g kslíku potřebné na oidaci dané látk, u směsných substrátů le nahradit stanovením CHSK C org - g uhlíku v dané látce, což je také analtick dostupná hodnota

8 POXČ můžeme vpočítat jak pro čisté sloučenin, tak i pro směsné či přírodní substrát, u nichž náme jejich elementární složení. Pro obecný vorec C H O je POXČ POXČ γ CO + 0 CH - 8 Některé tp sloučenin mají POXČ naprosto konstantní be ohledu na velikost molekul anebo na počet atomů uhlíku v ní obsažených (např. všechn sacharid i polsacharid mají POXČ = 0)

9 Provedená hmotnostně energetická bilance prokáala, že bilance anaerobního rokladu může být prováděna v kslíkových jednotkách TSK nebo CHSK le použít k výpočtu teoretické výtěžnosti methanu a složení bioplnu Výpočet teoretické výtěžnosti methanu Výtěžnost methanu ávisí na druhu látk, ejména na jeho oidačním stupni, tj. na množství dostupných elektronů, které má molekula látk k dispoici. Čím je nižší POXČ nebo čím je všší γ, tím je výtěžnost methanu všší.

10 Přepočtové koeficient mei CH achsk 1molCH (16 g) mol O (6 g) 6gCHSK(16*), litrů *) 1gCHSK 0,5gCH (16/6) 0,35 litrů CH *) (16/,) 1gCH gchsk (6/16) 1,395 litru*) (,/16) 1 litr CH,857 g CHSK (6/,) C H O noco H O n CH O CO HO n 0 *) Pon.: Platí a standardních podmínek, teplota 0 C, tlak 101,3 kpa

11 Ze stanovené CHSK nebo vpočítané TSK spočítáme Teoretickou výtěžnost methanu vjádřenou jako hmotnostní množství methanu na hmotnostní jednotku přivedeného substrátu Y CHm podle vtahu: Y CHm = 0,5 CHSK [g/g] (CH, substrát) vjádřenou jako objem methanu na hmotnostní jednotku přivedeného substrátu Y CHg podle vtahu: Y CHg = 0,35 CHSK [l*/g] (CH, substrát) *) Platí a standardních podmínek, teplota 0 C, tlak 101,3 kpa

12 n = + / TSK=16n/M.Hm 0,35*TSK sum.vorec C H O O POXČ γ TSK CH M.Hm. n (-)/ n/ g/g l/g* CH CH ,00 8,00 1, CO CO 1 0 0,00 0, ks.octová CHO 60 0,00,00 1,07 0,37

13 n = + / TSK=16n/M.Hm 0,35*TSK sum.vorec C H O O POXČ γ TSK CH M.Hm. n (-)/ n/ g/g l/g* CH CH ,00 8,00 1, CO CO 1 0 0,00 0, ks.octová CHO 60 0,00,00 1,07 0,37 etanol CH6O ,00 6,00,09 0,73

14 n = + / TSK=16n/M.Hm 0,35*TSK sum.vorec C H O O POXČ γ TSK CH M.Hm. n (-)/ n/ g/g l/g* CH CH ,00 8,00 1, CO CO 1 0 0,00 0, ks.octová CHO 60 0,00,00 1,07 0,37 etanol CH6O ,00 6,00,09 0,73 n-amlalkohol C5H1O ,00 6,00,73 0,95

15 n = + / TSK=16n/M.Hm 0,35*TSK sum.vorec C H O O POXČ γ TSK CH M.Hm. n (-)/ n/ g/g l/g* CH CH ,00 8,00 1, CO CO 1 0 0,00 0, ks.octová CHO 60 0,00,00 1,07 0,37 etanol CH6O ,00 6,00,09 0,73 n-amlalkohol C5H1O ,00 6,00,73 0,95 ks.stearová C18H36O ,78 5,78,9 1,03 ks.palmitová C16H3O ,75 5,75,9 1,01 ks. olejová C18H3O ,67 5,67,89 1,01 ks. benoová C7H6O ,00 3,3 1,57 0,55 glcerol C3H8O ,67,67 1, 0,3 glukosa C6H1O ,00,00 1,07 0,37 ks. šťavelová CHO ,00 1,00 0,18 0,06

16 DUSÍK Dusík se vsktuje jako organick váaný (většinou v aminoskupinách nebo heterocklech) vstupuje jako akceptor tří volných elektronů (při výpočtu n pro TSK se odečítá 1,5 O na 1 N v molekule) při oidaci (při stanovení CHSK) přecháí na NO 3, takže podíl dusíku je již ahrnut v CHSK substrátu dále ve formě NH +, NO - a NO 3 - Amoniakální dusík jakožto sloučenina s nejnižším oidačním stupněm dusíku elektronovou bilanci neovlivňuje. NO - a NO 3- podléhají redukci na N, čímž snižují množství volných elektronů substrátu

17 Pro korekci výtěžnosti methanu na dusičnan a dusitan musíme od stanovené CHSK substrátu odečíst CHSK potřebnou k redukci NO - a NO 3- na N NO - : NO 3- : 1 NO - 3 e - ¾ O 1 g NO - N g O 1 g NO - N 1,71 g O (CHSK) 1 NO 3-5 e - 5/ O 1 g NO 3- N 0 g O 1 g NO 3- N,86 g O (CHSK) Y CHg. = 0,35 (CHSK N) [l*/g] (CH, substrát) kde N je korekce na přítomnost NO - -N a NO 3- -N

18 SÍRA Síra se vsktuje organick váaná v aminokselinách -většinou ve formě sulfidické (prasečí kejda) -někd v sulfoskupinách ( SO 3 H) v anorganických sloučeninách jako SO -, SO 3 - Při stanovení CHSK se síra v nižších oidačních stupních oiduje na síran

19 Pro korekci výtěžnosti methanu na síran musíme od stanovené CHSK substrátu odečíst CHSK potřebnou k redukci SO - na S - 1 SO - na redukci spotřebuje 8 e - tj. O 3 g S - SO - 6 g O l g S - SO - spotřebuje g O (CHSK) l g SO - odpovídá 0,67 g O (CHSK) 96 g SO - 6 g O Y CHg. = 0,35 (CHSK S) [l*/g] (CH, substrát) S je kslíkový ekvivalent sír S =.(celkový obsah sír) [g] (CHSK, O )

20 Pro korekci výtěžnosti methanu na dusičnan, dusitan a síran musíme od stanovené CHSK substrátu odečíst CHSK potřebnou k redukci NO - a NO 3- na N aso - na S - Y CHg. = 0,35 (CHSK N - S) [l*/g] (CH, substrát)