Metodologia Kontakt
Wlewanie osadu czynnego z niebieskiego pojemnika do zbiornika reaktora membranowego w laboratorium oczyszczalni.

Badania BMPOsady ściekowe i przemysłowe

Osad nadmierny (wtórny, czynny) — BMP: 12 badań, średnia ważona 151 m³ CH₄/t s.m.o.

Osad nadmierny (wtórny, czynny) to biomasa bakteryjna z oczyszczalni ścieków, trudniej fermentująca od osadu wstępnego; poprawia ją obróbka wstępna.

ocena: negatywnyCH₄ ≈ 58 % (szacunek)

Opublikowano Zaktualizowano 3 min czytaniaRedakcja Substraty.pl

Fot. SuSanA Secretariat / Wikimedia Commons, licencja CC BY 2.0, plik źródłowy; zmiany: kadrowanie

Średnia ważona
151m³ CH₄/t s.m.o.
Zakres
53–183m³ CH₄/t s.m.o.
Rekordy
12badań
Publikacje
3źródła
Temperatury
35 °C, 36 °Ctestu

Metan w biogazie

Średnia zawartość metanu · ≈ 5,8 kWh/m³ biogazu

szacunek z typu substratu W zebranych badaniach brak pomiaru. Przedział wynika z przybliżonego składu (bogaty w białko (klasyfikacja procesowa)) i wydajności grup związków wg FNR.

Jak liczymy i co oznaczają strefy

Ocena dla biogazowni

negatywny — ocena redakcji dla biogazowniMoże zagrozić stabilności procesu — nie warto go brać nawet z dużą dopłatą

Potencjał na tonę masy świeżej bardzo niski (2 m³ CH₄/t); ryzyko procesu: białko / azot, inhibitory. Koszty obsługi: powolny rozkład. Niski potencjał przy ryzyku procesu i kosztach obsługi.

Dlaczego? Czynniki oceny

Potencjał na tonę −1

  • −1potencjał 2 m³ CH₄/t masy świeżej (BMP 151 × s.m. 2,1 % × s.m.o. 48 %)

Stabilność procesu −1,5

  • −1białko / azot: ryzyko inhibicji amoniakiem przy wyższym udziale
  • −0,5inhibitory: naturalne lub pozostałości (np. limonen, polifenole, antybiotyki, metale)

Obsługa i koszty −0,5

  • −0,5powolny rozkład — długi czas retencji

Suma punktów: −3 · progi: ≥ 2,5 bardzo dobry, ≥ 1 dobry, poniżej — neutralny; negatywny przy skumulowanym ryzyku procesu.

Niski potencjał przy ryzyku procesu i kosztach obsługi.

Ocena redakcji wg metodyki · pewność oceny: średnia · bez cen rynkowych

Dodaj do kalkulatora kofermentacji Dane CSV

Krzywe BMP z 12 badań

Średnia ważona Pojedyncze rekordy

Krzywe BMP: Osad nadmierny (wtórny, czynny)Skumulowana produkcja metanu w czasie dla 12 rekordów oraz średnia ważona 151 m³ CH₄/t s.m.o.. 12 krzywych to przebiegi modelowe (kinetyka I rzędu).0501001502000510152025303540czas [d]m³ CH₄/t s.m.o.Catenacci i in. (2019) · 1: 53 m³ CH₄/t s.m.o. (przebieg modelowy)Catenacci i in. (2019) · 2: 95 m³ CH₄/t s.m.o. (przebieg modelowy)Catenacci i in. (2019) · 3: 105 m³ CH₄/t s.m.o. (przebieg modelowy)Catenacci i in. (2019) · 4: 125 m³ CH₄/t s.m.o. (przebieg modelowy)Catenacci i in. (2019) · 5: 133 m³ CH₄/t s.m.o. (przebieg modelowy)Catenacci i in. (2019) · 6: 155 m³ CH₄/t s.m.o. (przebieg modelowy)Catenacci i in. (2019) · 7: 170 m³ CH₄/t s.m.o. (przebieg modelowy)Catenacci i in. (2019) · 8: 175 m³ CH₄/t s.m.o. (przebieg modelowy)Catenacci i in. (2019) · 9: 180 m³ CH₄/t s.m.o. (przebieg modelowy)Catenacci i in. (2019) · 10: 183 m³ CH₄/t s.m.o. (przebieg modelowy)Erden i Filibeli (2010): 151 m³ CH₄/t s.m.o. (przebieg modelowy)Nielfa i in. (2015): 164 m³ CH₄/t s.m.o. (przebieg modelowy)średnia151

Linie przerywane to przebieg modelowy (kinetyka I rzędu, B(t) = B₀·(1 − e−kt)); z publikacji pochodzi punkt końcowy. Wszystkie krzywe są modelowe.

Skumulowana produkcja metanu w czasie testu [m³ CH₄/t s.m.o.]. Gruba linia to średnia ważona wszystkich rekordów (151); kropki oznaczają wartości końcowe podane w publikacjach. Wskaż wykres, aby odczytać wartości; kliknij pozycję legendy, aby ukryć lub pokazać rekord.

Rekordy i źródła

Pobierz CSV
ŹródłoBMP
m³ CH₄/t s.m.o.		TemperaturaPróbkaKrzywa
Catenacci i in. (2019) · 1 DOI5335 °C · mezofilowy(oryg.: „secondary sludge”)punkt końcowy (krzywa modelowa)
Catenacci i in. (2019) · 2 DOI9535 °C · mezofilowy(oryg.: „secondary sludge”)punkt końcowy (krzywa modelowa)
Catenacci i in. (2019) · 3 DOI10535 °C · mezofilowy(oryg.: „secondary sludge”)punkt końcowy (krzywa modelowa)
Catenacci i in. (2019) · 4 DOI12535 °C · mezofilowy(oryg.: „secondary sludge”)punkt końcowy (krzywa modelowa)
Catenacci i in. (2019) · 5 DOI13335 °C · mezofilowy(oryg.: „secondary sludge”)punkt końcowy (krzywa modelowa)
Catenacci i in. (2019) · 6 DOI15535 °C · mezofilowy(oryg.: „secondary sludge”)punkt końcowy (krzywa modelowa)
Catenacci i in. (2019) · 7 DOI17035 °C · mezofilowy(oryg.: „secondary sludge”)punkt końcowy (krzywa modelowa)
Catenacci i in. (2019) · 8 DOI17535 °C · mezofilowy(oryg.: „secondary sludge”)punkt końcowy (krzywa modelowa)
Catenacci i in. (2019) · 9 DOI18035 °C · mezofilowy(oryg.: „secondary sludge”)punkt końcowy (krzywa modelowa)
Catenacci i in. (2019) · 10 DOI18335 °C · mezofilowy(oryg.: „secondary sludge”)punkt końcowy (krzywa modelowa)
Erden i Filibeli (2010) DOI15136 °C · mezofilowyosad biologiczny (oryg.: „wastewater sludge”)punkt końcowy (krzywa modelowa)
Nielfa i in. (2015) DOI164—Osad biologiczny (nadmierny) z oczyszczalni, test mezofilowy, ISR 1/1, Valladolid (Hiszpania) (oryg.: „Biological sludge (BS)”)punkt końcowy (krzywa modelowa)
Średnia ważona151średnia arytmetyczna 141, SD 40

Typowy skład

Sucha masa (s.m.)
2,1% (zakres 2,1–2,1)
Sucha masa organiczna (s.m.o.)
48 % s.m. (zakres 48–48)

Mediana i zakres oznaczeń podanych w publikacjach źródłowych rekordów BMP tego substratu (źródło odczytu: MY-D); sucha masa: 1 oznaczenie, sucha masa organiczna: 1 oznaczenie. S.m. z jednego oznaczenia – wartość orientacyjna.

Źródła: Erden i in. (2010).

Skład surowca zmienia się między partiami — do obliczeń instalacji użyj analizy własnej próbki. Wartości typowe kalkulator wstawia automatycznie.

Właściwości procesowe

  • bogaty w białko
  • wolny rozkład
  • bogaty w azot
  • zawiera inhibitory
  • klasyfikacja redakcji

Zalety

  • Potencjał metanowy w zbiorze BMP Substraty.pl: średnia ważona 151.0 m³ CH₄/t s.m.o. (SD 40.0; 12 rekordów, 3 źródeł).
  • Biomasa bakteryjna - baza do kofermentacji; poprawia się obróbką wstępną (Appels i in. 2008).

Wady i ryzyka

  • Ściany komórkowe ograniczają hydrolizę - etap limitujący (Appels i in. 2008).
  • Białko -> amoniak (Rajagopal i in. 2013).
  • Zawartość metali ciężkich zależy od ścieków (Chen i in. 2008).

Kofermentacja — z czym łączyć, na co uważać

Dawkowanie

Brak źródłowego progu.

Wprowadzaj stopniowo, zaczynając od małej dawki i obserwując proces (np. FOS/TAC, pH, skład gazu).

Źródła danych procesowych

  1. Davidsson i in. (2008). Co-digestion of grease trap sludge and sewage sludge. Waste Manag.
  2. Appels i in. (2008). Principles and potential of the anaerobic digestion of waste-activated sludge. Prog. Energy Combust. Sci.
  3. Rajagopal, Masse, Singh (2013). A critical review on inhibition of anaerobic digestion process by excess ammonia. Bioresour. Technol.
  4. Chen, Cheng, Creamer (2008). Inhibition of anaerobic digestion process: A review. Bioresour. Technol.

Ocenę konkretnej mieszanki z tym substratem pokaże kalkulator kofermentacji.

Czym jest i skąd się bierze

Osad nadmierny, zwany też wtórnym lub czynnym (WAS), to nadmiar biomasy bakteryjnej usuwany z układu osadu czynnego w oczyszczalni ścieków komunalnych. Zagęszcza się go mechanicznie i kieruje do wydzielonych komór fermentacyjnych, często w mieszaninie z osadem wstępnym. W Polsce stanowi duży strumień odpadów, a komory fermentacyjne w oczyszczalniach należą do najliczniejszych instalacji biogazu. W zbiorze są próbki osadu wtórnego badane w temperaturze mezofilowej.

Właściwości istotne dla fermentacji

Osad składa się głównie z komórek bakteryjnych, białka, polimerów zewnątrzkomórkowych i frakcji mineralnej. Ściany komórkowe są odporne na hydrolizę, co jest etapem limitującym, dlatego rozkład jest wolniejszy, a uzysk niższy niż w osadzie wstępnym. Ze względu na dużą zawartość białka osad uwalnia amoniak. Zawartość metali ciężkich i mikrozanieczyszczeń zależy od ścieków dopływających do oczyszczalni. Osady z oczyszczalni z biologicznym usuwaniem fosforu mogą zawierać związki zwiększające tworzenie struwitu.

Jak czytać rozrzut wyników

Wyniki zależą od wieku osadu (im starszy, tym bardziej zmineralizowany i trudniej fermentuje), rodzaju oczyszczalni i usuwania biogenów, składu ścieków, sposobu zagęszczania oraz od przechowywania. Duży wpływ mają warunki testu: temperatura, inokulum, stosunek substratu do inokulum i długość inkubacji. Jeśli osad wstępnie rozbijano (ultradźwięki, ogrzewanie), wynik rośnie, ale takie rekordy w zbiorze oznaczono osobno. Rekordy tutaj dotyczą osadu bez obróbki wstępnej.

W praktyce biogazowni

Osad nadmierny jest fermentowany przede wszystkim w komorach oczyszczalni, gdzie stabilizacja osadu jest wymaganym etapem. Często stosuje się hydrolizę termiczną lub dezintegrację, które zwiększają wydajność gazu. Poferment trzeba odwodnić i zagospodarować zgodnie z przepisami o osadach ściekowych (kod 19 08 05), co jest kosztowne i regulowane. Kofermentacja osadów z odpadami bogatymi w węglowodany lub tłuszcze zwiększa produkcję gazu, ale wymaga zezwolenia i kontroli procesu.

Dla porównania z osadem wstępnym nadmierny ma wolniejszą kinetykę, więc czas zatrzymania w komorach oczyszczalni jest wyznaczany m.in. przez jego udział. Przy dłuższym starzeniu osadu w układzie biologicznym wynik dodatkowo spada, co warto uwzględnić, interpretując dane literaturowe z różnych oczyszczalni.

Metodyka w skrócie

BMP to ilość metanu uzyskana z suchej masy organicznej (s.m.o., ang. VS) w teście okresowym, podawana w m³ CH₄ na tonę s.m.o. (liczbowo tyle samo co NmL CH₄/g VS w publikacjach) i przeliczona na warunki normalne (0 °C, 101,325 kPa). Średnia ważona daje każdej publikacji łączną wagę 1, dzieloną po równo między jej wyniki dla danego substratu — praca z dwudziestoma odmianami nie przeważa pracy z jedną próbką. W programach międzylaboratoryjnych jednostką jest laboratorium (łączna waga 1), a w jego obrębie waga testu rośnie z liczbą butelek (powtórzeń). Wyniki po obróbce wstępnej (np. termicznej, chemicznej, enzymatycznej) pokazujemy osobno i nie wliczamy ich do średniej.

Linie ciągłe to krzywe zmierzone w testach. Gdy publikacja podaje tylko wynik końcowy, rysujemy przebieg modelowy kinetyki pierwszego rzędu, B(t) = B₀·(1 − e−kt): z publikacji pochodzi wyłącznie punkt końcowy, a kształt krzywej służy jedynie wizualizacji — nie odczytuj z niego produkcji w konkretnym dniu. Dla tego substratu przyjęto k = 0,091 d−1 (brak danych kinetycznych dla grupy – przyjęto medianę wszystkich dostępnych stałych k (93 wartości) = 0.091 d⁻¹).

Statystyki opisują rozrzut opublikowanych wyników — to zestawienie opisowe, a nie metaanaliza ani gwarancja uzysku w instalacji.

Pełna metodyka i zasady korekt

Wyniki po obróbce wstępnej (1) — poza średnią
ŹródłoBMP
m³ CH₄/t s.m.o.		ObróbkaPróbka
Erden i Filibeli (2010)220physical(oryg.: „wastewater sludge”)

Bibliografia

  1. Catenacci, A.; Azzellino, A.; Malpei, F. (2019). Development of statistical predictive models for estimating the methane yield of Italian municipal sludges from chemical composition: a preliminary study. Water Science and Technology 79(3), 435–447. DOI: 10.2166/wst.2019.063 DOI
  2. Erden, G.; Filibeli, A. (2010). Ultrasonic pre‐treatment of biological sludge: consequences for disintegration, anaerobic biodegradability, and filterability. Journal of Chemical Technology & Biotechnology 85(1), 145–150. DOI: 10.1002/jctb.2298 DOI
  3. Nielfa, A.; Cano, R.; Fdz-Polanco, M. (2015). Theoretical methane production generated by the co-digestion of organic fraction municipal solid waste and biological sludge. Biotechnology Reports 5, 14–21. DOI: 10.1016/j.btre.2014.10.005 DOI

Wszystkie źródła serwisu: bibliografia.

Inne substraty z grupy „Osady ściekowe i przemysłowe”