Anaerobní membránové bioreaktory Mgr. Ing. Bc. Lukáš Dvořák, Ph.D. lukas.dvorak@tul.cz
Obsah prezentace co je to anaerobní membránový bioreaktor princip technologie výhody a nevýhody technologická uspořádání AnMBR membránové moduly aplikační potenciál možnosti nasazení úkoly a výzvy v oblasti AnMBR shrnutí, závěry
Co je to AnMBR nová inovativní technologie spojení anaerobních procesů (biodegradace organických látek) a membránové separace anaerobní procesy - produkce bioplynu (CH 4 a CO 2 ) - zdroj energie membrána - specifické podmínky v reaktoru - vysoká kvalita odtoku
Princip technologie biodegradace organických látek - hydrolýza - acidogeneze - acetogeneze - metanogeneze Zdroj: http://www.clarke-energy.com
Princip technologie membrána umožňuje - retenci metanogenních MO (pomalu rostoucí) v systému - vysokou kvalitu odtoku nezávislá na separačních vlastnostech biomasy - rychlejší náběh technologie v porovnání s konvencí - retenci patogenních MO - retenci specifických MO pro danou aplikaci odstraňování specifických polutantů z odpadních vod
Výhody AnMBR vysoká účinnost odstranění organických látek (CHSK) vysoké stáří (i více než 150 d) a koncentrace kalu v systému (obvykle 10-12 g l -1, ale až i 50 g l -1 ) - nízká produkce kalu provozních nákladů - minimalizace event. toxického působení složek OV nízké požadavky na nutrienty schopnost pracovat s vysokým (či velmi vysokým) zatížením biomasy menší reaktory a požadavky na prostor rychlý nájezd technologie v případě složitých OV
Výhody AnMBR produkce bioplynu - zdroj energie (spalování, výroba elektrické energie kogenerace teplo + ele. energie) retence metanogenních MO - produkce bioplynu - zlepšení energetické bilance systému 1 kg CHSK odst. 0,35 m 3 CH 4 ; 1 m 3 BP 60 % CH 4 0,6 KWh
Nevýhody AnMBR zanášení membránového povrchu nejvýznamnější faktor! nutnost čištění membránové povrchu horší filtrovatelnost anaerobního kalu rychlejší zanášení, více energie na dosažení požadovaného hydraulického výkonu vyšší investiční náklady složitější provoz systému vyšší nároky na obsluhu a údržbu
Možnosti uspořádání side-stream (externí) - membrána mimo reaktor - nutná pumpa: rychlá cirkulace biomasy (2-4 m s -1 ) permanentní čištění membrány - spotřeba E na pumpování - rozpad buněk vlivem střihových sil pokles velikosti částic a zvýšení konc. rozpuštěných organických látek - jednoduché chemické čištění a náhrada membrány
Možnosti uspořádání submerged (interní) - membrána ponořená přímo v reaktoru - absence recirkulační pumpy nižší energetické požadavky - technicky jednodušší systém - míchání vznikajícím bioplynem - nižší střihové síly nižší stres pro MO než v side-stream vs. nižší flux větší plocha membrány pro stejný hydraulický výkon - obtížná náhrada/oprava membránového modulu
Membránové moduly trubkové moduly - keramické a externí uspořádání - nejvhodnější pro AnMBR nižší tendence k zanášení, vydrží drsnější podmínky při čištění při min. vlivu na životnost membrány deskové moduly polymery a interní uspořádání moduly z dutých vláken polymery a interní uspořádání dynamické samo-formovací membrány formování na přepážce/podpoře nestabilní provoz i kvalita odtoku
Potenciály AnMBR zejména při čištění průmyslových a zemědělských OV potenciálu AnMBR s ohledem na úspory vody, monotónně orientované a specifické výroby i provozy, důraz na znovuvyužití vody aj. udržení pomalu rostoucích anaerobních MO v systému za nekonvenčních podmínek extrémní podmínky a složení OV: vysoký obsah NL, tuků, olejů, teplota, salinita, koncentrované a toxické OV, rychlé a velké změny v zatížení a fluktuace v HRT - konvenční technologie: degranulace a aglomerace biomasy, pokles aktivity MO AnMBR eliminace problémů
Potenciály AnMBR využitelné při koncentraci CHSK v přítoku více jak 5 g l -1 až 98 % CHSK v přítoku do bioplynu adaptace biomasy na velmi specifické podmínky dostatečný flux/hydraulický výkon jinak limitace pro full-scale aplikace aplikovatelnost AnMBR je dána bilancí mezi technicko-ekonomickými faktory odtok z AnMBR lze využít např. na závlahy (hnojivo) koncentrace N a P, zbytkové koncentrace rozpuštěné organiky
Úkoly ve výzkumu AnMBR pochopení rozdílů zanášení v AMBR a AnMBR jak přesně ovlivňují provozní podmínky zanášení jaká aditiva a jak ovlivňují/zlepšují zanášení zdali je možné začlenit i odstraňování nutrientů zejména dusíku jak zvýšit výtěžnost metanu z nízkoteplotních procesů možnosti dočištění/využití odtoku z AnMBR detailní ekonomická a energetická bilance procesu
Závěr inovativní technologie slibná alternativa pro AMBR energetický zdroj, bez nutnosti dodávat kyslík jako v AMBR vhodné pro extrémní podmínky a složení OV: teplota, salinita, koncentrované a toxické odpadní vody, velké a rychlé kolísání ve složení přítoku, zatížení apod. možnost eventuálního využití odtoku na závlahy nutnost dalšího testování zejména s ohledem na zanášení membrán kritický faktor pro full-scale aplikace!
Děkuji za pozornost. Prostor pro Vaše otázky.