Metodologia Kontakt
Głębokie spękania wysychającego osadu ściekowego – twarda, wyschnięta pozostałość z oczyszczalni ścieków.

Badania BMPOsady ściekowe i przemysłowe

Osad ściekowy komunalny (mieszany, nieokreślony) — BMP: 15 badań, średnia ważona 250 m³ CH₄/t s.m.o.

Osad ściekowy komunalny (mieszany, nieokreślony) to zbiorcza pozycja osadu wstępnego i nadmiernego; wyniki są umiarkowanie rozproszone i zależą od oczyszczalni.

ocena: neutralnyCH₄ ≈ 54 % (szacunek)

Opublikowano Zaktualizowano 3 min czytaniaRedakcja Substraty.pl

Fot. Hannes Grobe 08:01, 27 October 2007 (UTC) / Wikimedia Commons, licencja CC BY-SA 2.5, plik źródłowy; zmiany: kadrowanie

Średnia ważona
250m³ CH₄/t s.m.o.
Zakres
111–407m³ CH₄/t s.m.o.
Rekordy
15badań
Publikacje
8źródeł
Temperatury
35 °C, 37 °C, 38 °Ctestu

Metan w biogazie

Średnia zawartość metanu · ≈ 5,4 kWh/m³ biogazu

szacunek z typu substratu W zebranych badaniach brak pomiaru. Przedział wynika z przybliżonego składu (białko z azotu ogólnego (N 2,2 % s.m. × 6,25)) i wydajności grup związków wg FNR.

Jak liczymy i co oznaczają strefy

Ocena dla biogazowni

neutralny — ocena redakcji dla biogazowniBez wyraźnych zalet — za przyjęcie warto pobierać opłatę

Potencjał na tonę masy świeżej niski (14 m³ CH₄/t); ryzyko procesu: białko / azot, inhibitory, siarka. Bez dodatkowych wymagań obsługi.

Dlaczego? Czynniki oceny

Potencjał na tonę 0

  • ±0potencjał 14 m³ CH₄/t masy świeżej (BMP 250 × s.m. 6,9 % × s.m.o. 78,7 %)

Stabilność procesu −1,75

  • −1białko / azot: ryzyko inhibicji amoniakiem przy wyższym udziale
  • −0,5inhibitory: naturalne lub pozostałości (np. limonen, polifenole, antybiotyki, metale)
  • −0,25siarka: H₂S w biogazie (toksyczność dla bakterii, korozja, odsiarczanie)

Obsługa i koszty 0

  • 0brak czynników

Suma punktów: −1,75 · progi: ≥ 2,5 bardzo dobry, ≥ 1 dobry, poniżej — neutralny; negatywny przy skumulowanym ryzyku procesu.

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

Dodaj do kalkulatora kofermentacji Dane CSV

Krzywe BMP z 15 badań

Średnia ważona Pojedyncze rekordy

Krzywe BMP: Osad ściekowy komunalny (mieszany, nieokreślony)Skumulowana produkcja metanu w czasie dla 15 rekordów oraz średnia ważona 250 m³ CH₄/t s.m.o.. 15 krzywych to przebiegi modelowe (kinetyka I rzędu).01002003004005000510152025303540czas [d]m³ CH₄/t s.m.o.Browne i in. (2013): 247 m³ CH₄/t s.m.o. (przebieg modelowy)Holliger i in. (2017): 407 m³ CH₄/t s.m.o. (przebieg modelowy)Koch i in. (2017) · 1: 268 m³ CH₄/t s.m.o. (przebieg modelowy)Koch i in. (2017) · 2: 270 m³ CH₄/t s.m.o. (przebieg modelowy)Koch i in. (2017) · 3: 290 m³ CH₄/t s.m.o. (przebieg modelowy)Koch i in. (2017) · 4: 295 m³ CH₄/t s.m.o. (przebieg modelowy)Koch i in. (2017) · 5: 305 m³ CH₄/t s.m.o. (przebieg modelowy)Koch i in. (2017) · 6: 315 m³ CH₄/t s.m.o. (przebieg modelowy)Kolbl i in. (2014): 309 m³ CH₄/t s.m.o. (przebieg modelowy)Kouas i in. (2017) · 1: 126 m³ CH₄/t s.m.o. (przebieg modelowy)Kouas i in. (2017) · 2: 270 m³ CH₄/t s.m.o. (przebieg modelowy)Serrano i in. (2016): 111 m³ CH₄/t s.m.o. (przebieg modelowy)Lallement i in. (2021) · 1: 242 m³ CH₄/t s.m.o. (przebieg modelowy)Lallement i in. (2021) · 2: 243 m³ CH₄/t s.m.o. (przebieg modelowy)Zahan i in. (2016): 192 m³ CH₄/t s.m.o. (przebieg modelowy)średnia250

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 (250); kropki oznaczają wartości końcowe podane w publikacjach. Wskaż wykres, aby odczytać wartości; kliknij pozycję legendy, aby ukryć lub pokazać rekord.

  • Pokaż pozostałe rekordy w legendzie (3)

Rekordy i źródła

Pobierz CSV
ŹródłoBMP
m³ CH₄/t s.m.o.		TemperaturaPróbkaKrzywa
Browne i in. (2013) DOI24737 °C · mezofilowy(oryg.: „wastewater sludge”) · obróbka: rozdrobnienie/przygotowanie próbki (MY-D: obróbka fizyczna)punkt końcowy (krzywa modelowa)
Holliger i in. (2017) DOI407—osad ściekowy (oryg.: „Waste sludge”)punkt końcowy (krzywa modelowa)
Koch i in. (2017) · 1 DOI26838 °C · mezofilowy(oryg.: „sewage sludge”)punkt końcowy (krzywa modelowa)
Koch i in. (2017) · 2 DOI27038 °C · mezofilowy(oryg.: „sewage sludge”)punkt końcowy (krzywa modelowa)
Koch i in. (2017) · 3 DOI29038 °C · mezofilowy(oryg.: „sewage sludge”)punkt końcowy (krzywa modelowa)
Koch i in. (2017) · 4 DOI29538 °C · mezofilowy(oryg.: „sewage sludge”)punkt końcowy (krzywa modelowa)
Koch i in. (2017) · 5 DOI30538 °C · mezofilowy(oryg.: „sewage sludge”)punkt końcowy (krzywa modelowa)
Koch i in. (2017) · 6 DOI31538 °C · mezofilowy(oryg.: „sewage sludge”)punkt końcowy (krzywa modelowa)
Kolbl i in. (2014) DOI30938 °C · mezofilowyosad komunalny (oryg.: „municipal”)punkt końcowy (krzywa modelowa)
Kouas i in. (2017) · 1 DOI12635 °C · mezofilowy(oryg.: „wastewater sludge”)punkt końcowy (krzywa modelowa)
Kouas i in. (2017) · 2 DOI27035 °C · mezofilowy(oryg.: „wastewater sludge”)punkt końcowy (krzywa modelowa)
Serrano i in. (2016) DOI11135 °C · mezofilowy(oryg.: „sewage sludge”)punkt końcowy (krzywa modelowa)
Lallement i in. (2021) · 1 DOI24238 °C · mezofilowyinokulum 1 (oryg.: „WWTP sludge (Inoculum 1)”)punkt końcowy (krzywa modelowa)
Lallement i in. (2021) · 2 DOI24338 °C · mezofilowyinokulum 2 (oryg.: „WWTP sludge (Inoculum 2)”)punkt końcowy (krzywa modelowa)
Zahan i in. (2016) DOI19237 °C · mezofilowymieszanina osadu wstępnego i nadmiernego (oryg.: „Sewage sludge (SS, primary + waste activated sludge mix)”)punkt końcowy (krzywa modelowa)
Średnia ważona250średnia arytmetyczna 259, SD 74

Typowy skład

Sucha masa (s.m.)
6,9% (zakres 4,1–23)
Sucha masa organiczna (s.m.o.)
78,7 % s.m. (zakres 77–80)
Azot
2,2 % s.m.
Stosunek C/N
19,7

Mediana i zakres oznaczeń podanych w publikacjach źródłowych rekordów BMP tego substratu (źródło odczytu: MY-D); sucha masa: 4 oznaczenia, sucha masa organiczna: 3 oznaczenia. C/N obliczono jako iloraz zawartości C i N (% s.m.) z tego samego źródła.

Źródła: Browne i in. (2013); Koch i in. (2017); Kolbl i in. (2014); Serrano i in. (2016).

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

Właściwości procesowe

  • bogaty w białko
  • zmienny skład
  • bogaty w siarkę
  • zawiera inhibitory
  • klasyfikacja redakcji

Zalety

  • Potencjał metanowy w zbiorze BMP Substraty.pl: średnia ważona 249.6 m³ CH₄/t s.m.o. (SD 74.2; 15 rekordów, 8 źródeł).
  • Typowy substrat oczyszczalni; kofermentacja z tłuszczem lub glicerolem zwiększała produkcję metanu (Fountoulakis i in. 2010; Davidsson i in. 2008).

Wady i ryzyka

  • Osad jako baza kofermentacji tolerował glicerol tylko do ok. 1% (v/v) wsadu; powyżej proces był silnie zaburzony (Fountoulakis i in. 2010).
  • Metale ciężkie, mikrozanieczyszczenia zależą od ścieków (Chen i in. 2008).

Kofermentacja — z czym łączyć, na co uważać

Dawkowanie

Brak limitu dla samego osadu — jest on bazą (matrycą) dla współsubstratów. Limity z literatury dotyczą dodawanych składników: glicerol do ok. 1% v/v wsadu (Fountoulakis i in. 2010), osad z separatorów tłuszczu 10–30% s.m.o. wsadu (Davidsson i in. 2008), masa sterylizowana z rzeźni do 5% w/w (Pitkä i in. 2013) — zob. wpisy tych substratów.

Źródła danych procesowych

  1. Fountoulakis, Petousi, Manios (2010). Co-digestion of sewage sludge with glycerol to boost biogas production. Waste Manag.
  2. Davidsson i in. (2008). Co-digestion of grease trap sludge and sewage sludge. Waste Manag.
  3. Pitk i in. (2013). Co-digestion of sewage sludge and sterilized solid slaughterhouse waste: methane production efficiency and process limitations. Bioresour. Technol.
  4. Chen, Cheng, Creamer (2008). Inhibition of anaerobic digestion process: A review. Bioresour. Technol.
  5. Appels i in. (2008). Principles and potential of the anaerobic digestion of waste-activated sludge. Prog. Energy Combust. Sci.

Ocenę konkretnej mieszanki z tym substratem pokaże kalkulator kofermentacji.

Czym jest i skąd się bierze

Osad ściekowy komunalny to osad powstający w oczyszczalniach ścieków bytowych i komunalnych: mieszanina osadu wstępnego i nadmiernego, czasem po zagęszczeniu. W zbiorze są próbki opisane jako osad ściekowy, wastewater sludge lub waste sludge, bez wskazania frakcji, badane głównie w warunkach mezofilowych. W Polsce większość większych oczyszczalni stabilizuje osady w komorach fermentacyjnych, a zagospodarowanie pofermentu jest dużym wyzwaniem.

Właściwości istotne dla fermentacji

Skład to mieszanina zawiesin organicznych i biomasy bakteryjnej: węglowodanów, białek i tłuszczów, z udziałem frakcji mineralnej. Im większy udział osadu wstępnego, tym wyższy potencjał, im większy osadu nadmiernego, tym niższy i wolniejszy rozkład. Białko uwalnia amoniak, a siarka siarkowodór. Osady mogą zawierać metale ciężkie, mikrozanieczyszczenia, mikroplastik i patogeny, co ma znaczenie dla zagospodarowania pofermentu, ale nie dla samej fermentacji.

Jak czytać rozrzut wyników

Zakres jest umiarkowany, bo pozycja uśrednia wiele oczyszczalni. Na wynik wpływają proporcja osadów, wiek osadu, technologia oczyszczalni, udział ścieków przemysłowych, zagęszczenie i przechowywanie, a także warunki testu: temperatura, inokulum (często osad z komory), stosunek substratu do inokulum i długość inkubacji. Rekordy z wielu źródeł pokazują typową zmienność, ale dla konkretnej oczyszczalni przydatne są własne pomiary.

W praktyce biogazowni

Osady są podstawą biogazu z oczyszczalni ścieków; zwykle fermentuje się je w komorach mezofilowych z czasem zatrzymania zależnym od instalacji. Zwiększenie produkcji gazu umożliwia obróbka wstępna osadu nadmiernego oraz kofermentacja z odpadami. Osady są odpadami (kod 19 08 05) i podlegają przepisom o gospodarce odpadami oraz o komunalnych osadach ściekowych, w tym o ich wykorzystaniu w rolnictwie lub przyrodniczym, a w Polsce zasady te są restrykcyjne.

Dla porównania z pozycjami osadu wstępnego i nadmiernego ta pozycja jest mniej precyzyjna, ale bliższa temu, co widać w komorach oczyszczalni. Do planowania zalecane jest wykorzystanie danych osobnych frakcji, jeśli znane są ich proporcje w danej instalacji, oraz uzupełnienie ich własnym badaniem.

Dlatego własny test BMP jest zalecany.

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 (3) — poza średnią
ŹródłoBMP
m³ CH₄/t s.m.o.		ObróbkaPróbka
Serrano i in. (2016)118physical(oryg.: „sewage sludge”)
Serrano i in. (2016)130physical(oryg.: „sewage sludge”)
Serrano i in. (2016)118physical(oryg.: „sewage sludge”)

Bibliografia

  1. Browne, J.D.; Allen, E.; Murphy, J.D. (2013). Evaluation of the biomethane potential from multiple waste streams for a proposed community scale anaerobic digester. Environmental Technology 34(13-14), 2027–2038. DOI: 10.1080/09593330.2013.812669 DOI
  2. Holliger, C.; Fruteau de Laclos, H.; Hack, G. (2017). Methane Production of Full-Scale Anaerobic Digestion Plants Calculated from Substrate’s Biomethane Potentials Compares Well with the One Measured On-Site. Frontiers in Energy Research 5, 12. DOI: 10.3389/fenrg.2017.00012 DOI
  3. Koch, K.; Lippert, T.; Drewes, J.E. (2017). The role of inoculum’s origin on the methane yield of different substrates in biochemical methane potential (BMP) tests. Bioresource Technology 243, 457–463. DOI: 10.1016/j.biortech.2017.06.142 DOI
  4. Kolbl, S.; Paloczi, A.; Panjan, J.; Stres, B. (2014). Addressing case specific biogas plant tasks: Industry oriented methane yields derived from 5L Automatic Methane Potential Test Systems in batch or semi-continuous tests using realistic inocula, substrate particle sizes and organic loading. Bioresource Technology 153, 180–188. DOI: 10.1016/j.biortech.2013.12.010 DOI
  5. Kouas, M.; Torrijos, M.; Sousbie, P.; Steyer, J.P.; Sayadi, S.; Harmand, J. (2017). Robust assessment of both biochemical methane potential and degradation kinetics of solid residues in successive batches. Waste Management 70, 59–70. DOI: 10.1016/j.wasman.2017.09.001 DOI
  6. Serrano, A.; Siles, J.; Martín, M.; Chica, A.; Estévez-Pastor, F.; Toro-Baptista, E. (2016). Improvement of anaerobic digestion of sewage sludge through microwave pre-treatment. Journal of Environmental Management 177, 231–239. DOI: 10.1016/j.jenvman.2016.03.048 DOI
  7. Lallement, A.; Siaud, A.; Peyrelasse, C.; Kaparaju, P.; Schraauwers, B.; Maunas, S.; Monlau, F. (2021). Impact of Operational Factors, Inoculum Origin, and Feedstock Preservation on the Biochemical Methane Potential. Bioengineering 8(11), 176. DOI: 10.3390/bioengineering8110176 DOI
  8. Zahan, Z.; Othman, M.Z.; Rajendram, W. (2016). Anaerobic Codigestion of Municipal Wastewater Treatment Plant Sludge with Food Waste: A Case Study. BioMed Research International 2016, 1–13. DOI: 10.1155/2016/8462928 DOI

Wszystkie źródła serwisu: bibliografia.

Inne substraty z grupy „Osady ściekowe i przemysłowe”