Badania BMPOsady ściekowe i przemysłowe

Osad biologiczny z przemysłu celulozowo-papierniczego — BMP: 25 badań, średnia ważona 100 m³ CH₄/t s.m.o.

Osad biologiczny z przemysłu celulozowo-papierniczego ma niski potencjał metanowy z powodu ligniny i popiołu; wyniki zależą od rodzaju zakładu i technologii.

ocena: negatywny CH₄ ≈ 52 % (szacunek)

Opublikowano 2 września 2021Zaktualizowano 29 października 20263 min czytaniaRedakcja Substraty.pl

Fot. Aleš Makovec / Wikimedia Commons, licencja CC BY-SA 3.0, plik źródłowy; zmiany: kadrowanie

Średnia ważona: 100m³ CH₄/t s.m.o.
Zakres: 67–209m³ CH₄/t s.m.o.
Rekordy: 25badań
Publikacje: 4źródła
Temperatury: 20 °C, 35 °C, 37 °C, 38 °Ctestu

Metan w biogazie

≈51–54% CH₄

Średnia zawartość metanu · ≈ 5,2 kWh/m³ biogazu

szacunek z typu substratu W zebranych badaniach brak pomiaru. Przedział wynika z przybliżonego składu (przewaga węglowodanów (brak cech białka i tłuszczu)) 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 (1 m³ CH₄/t); ryzyko procesu: inhibitory, siarka. Koszty obsługi: włókna, kożuch, powolny rozkład. Niski potencjał przy ryzyku procesu i kosztach obsługi.

Dlaczego? Czynniki oceny

Potencjał na tonę −1

−1potencjał 1 m³ CH₄/t masy świeżej (BMP 100 × s.m. 2,2 % × s.m.o. 68 %)

Stabilność procesu −1,25

−1inhibitory: naturalne lub pozostałości (np. limonen, polifenole, antybiotyki, metale)
−0,25siarka: H₂S w biogazie (toksyczność dla bakterii, korozja, odsiarczanie)

Obsługa i koszty −1

−0,5włókna, kożuch — rozdrabnianie i intensywne mieszanie
−0,5powolny rozkład — długi czas retencji

Suma punktów: −3,25 · 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: wysoka · bez cen rynkowych

Dodaj do kalkulatora kofermentacji Dane CSV

Krzywe BMP z 25 badań

Średnia ważona Pojedyncze rekordy

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 (100); 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 (13)

Rekordy i źródła

Pobierz CSV

Źródło	BMP m³ CH₄/t s.m.o.	Temperatura	Próbka	Krzywa
Karlsson i in. (2011) · 1 DOI	89	37 °C · mezofilowy	zakład 6 (masa mechaniczna) (oryg.: „Mill 6 mech”)	punkt końcowy (krzywa modelowa)
Karlsson i in. (2011) · 2 DOI	97	37 °C · mezofilowy	zakład 4 (CTMP/siarczanowy) (oryg.: „Mill 4 CTMP/Kraft”)	punkt końcowy (krzywa modelowa)
Karlsson i in. (2011) · 3 DOI	138	37 °C · mezofilowy	zakład 1 (masa mechaniczna) (oryg.: „Mill 1 mech”)	punkt końcowy (krzywa modelowa)
Karlsson i in. (2011) · 4 DOI	145	37 °C · mezofilowy	zakład 3 (siarczanowy) (oryg.: „Mill 3 Kraft”)	punkt końcowy (krzywa modelowa)
Karlsson i in. (2011) · 5 DOI	155	37 °C · mezofilowy	zakład 5 (oryg.: „Mill 5”)	punkt końcowy (krzywa modelowa)
Karlsson i in. (2011) · 6 DOI	158	37 °C · mezofilowy	zakład 5 (oryg.: „Mill 5”) · obróbka: rozdrobnienie/przygotowanie próbki (MY-D: obróbka fizyczna)	punkt końcowy (krzywa modelowa)
Karlsson i in. (2011) · 7 DOI	159	37 °C · mezofilowy	zakład 2 (siarczynowy) (oryg.: „Mill 2 sulphite”)	punkt końcowy (krzywa modelowa)
Karlsson i in. (2011) · 8 DOI	162	37 °C · mezofilowy	zakład 5 (oryg.: „Mill 5”) · obróbka: rozdrobnienie/przygotowanie próbki (MY-D: obróbka fizyczna)	punkt końcowy (krzywa modelowa)
Karlsson i in. (2011) · 9 DOI	167	37 °C · mezofilowy	zakład 5 (siarczanowy/CTMP) (oryg.: „Mill 5 Kraft/CTMP”)	punkt końcowy (krzywa modelowa)
Karlsson i in. (2011) · 10 DOI	173	37 °C · mezofilowy	zakład 3 (oryg.: „Mill 3”) · obróbka: rozdrobnienie/przygotowanie próbki (MY-D: obróbka fizyczna)	punkt końcowy (krzywa modelowa)
Karlsson i in. (2011) · 11 DOI	175	37 °C · mezofilowy	zakład 3 (oryg.: „Mill 3”) · obróbka: rozdrobnienie/przygotowanie próbki (MY-D: obróbka fizyczna)	punkt końcowy (krzywa modelowa)
Karlsson i in. (2011) · 12 DOI	176	37 °C · mezofilowy	zakład 2 (siarczynowy) (oryg.: „Mill 2 sulphite”)	punkt końcowy (krzywa modelowa)
Karlsson i in. (2011) · 13 DOI	182	37 °C · mezofilowy	zakład 3 (oryg.: „Mill 3”)	punkt końcowy (krzywa modelowa)
Karlsson i in. (2011) · 14 DOI	188	37 °C · mezofilowy	zakład 3 (oryg.: „Mill 3”)	punkt końcowy (krzywa modelowa)
Karlsson i in. (2011) · 15 DOI	197	37 °C · mezofilowy	zakład 6 (masa mechaniczna) (oryg.: „Mill 6 mech”)	punkt końcowy (krzywa modelowa)
Karlsson i in. (2011) · 16 DOI	199	37 °C · mezofilowy	zakład 5 (oryg.: „Mill 5”)	punkt końcowy (krzywa modelowa)
Karlsson i in. (2011) · 17 DOI	209	37 °C · mezofilowy	zakład 5 (oryg.: „Mill 5”) · obróbka: rozdrobnienie/przygotowanie próbki (MY-D: obróbka fizyczna)	punkt końcowy (krzywa modelowa)
Kinnunen i in. (2015) · 1 DOI	89	35 °C · mezofilowy	(oryg.: „paper biosludge”)	punkt końcowy (krzywa modelowa)
Kinnunen i in. (2015) · 2 DOI	92	35 °C · mezofilowy	(oryg.: „paper biosludge”)	punkt końcowy (krzywa modelowa)
Kinnunen i in. (2015) · 3 DOI	93	35 °C · mezofilowy	(oryg.: „paper biosludge”)	punkt końcowy (krzywa modelowa)
Kinnunen i in. (2015) · 4 DOI	94	35 °C · mezofilowy	(oryg.: „paper biosludge”)	punkt końcowy (krzywa modelowa)
Kinnunen i in. (2015) · 5 DOI	102	35 °C · mezofilowy	(oryg.: „paper biosludge”)	punkt końcowy (krzywa modelowa)
Kolbl i in. (2014) DOI	74	38 °C · mezofilowy	odwodniony (oryg.: „dehidrated Paper mill sludge”)	punkt końcowy (krzywa modelowa)
Meyer i Edwards (2014) · 1 DOI	67	20 °C · psychrofilowy	(oryg.: „paper sludge”) — wartość przytoczona w przeglądzie literatury	punkt końcowy (krzywa modelowa)
Meyer i Edwards (2014) · 2 DOI	68	20 °C · psychrofilowy	(oryg.: „paper sludge”) — wartość przytoczona w przeglądzie literatury · obróbka: rozdrobnienie/przygotowanie próbki (MY-D: obróbka fizyczna)	punkt końcowy (krzywa modelowa)
Średnia ważona	100	średnia arytmetyczna 138, SD 46

Typowy skład

Sucha masa (s.m.): 2,2% (zakres 0,6–19,7)
Sucha masa organiczna (s.m.o.): 68 % s.m. (zakres 65–78,4)

Mediana i zakres oznaczeń podanych w publikacjach źródłowych rekordów BMP tego substratu (źródło odczytu: MY-D); sucha masa: 14 oznaczeń, sucha masa organiczna: 3 oznaczenia.

Źródła: Karlsson i in. (2011); Kinnunen i in. (2015); Kolbl i in. (2014).

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

Właściwości procesowe

wolny rozkład
włóknisty
bogaty w siarkę
ubogi w azot
zawiera inhibitory
klasyfikacja redakcji

Zalety

Potencjał metanowy w zbiorze BMP Substraty.pl: średnia ważona 99.6 m³ CH₄/t s.m.o. (SD 46.2; 25 rekordów, 4 źródeł).
Termofilowa kofermentacja osadu pierwotnego i wtórnego z papierni jest wykonalna przy OLR ok. 1 kg s.m.o./(m³·d) (Bayr i in. 2012).

Wady i ryzyka

Lignina nie ulega rozkładowi w procesie (Bayr i in. 2012).
Wymagana korekta pH i uzupełnienie N (Bayr i in. 2012).

Kofermentacja — z czym łączyć, na co uważać

dobrze łączyć
substraty: wysoka zasadowość (bufor) — np. Obornik i odchody bydlęce, Gnojowica świńska, Gnojowica bydlęca, Gnojowica kacza, Treść przewodu pokarmowego (żwacza, jelit)
Gnojowica dostarcza N, zasadowości i mikroelementów.^[1][2]

Dawkowanie

Brak źródłowego limitu udziału w mieszance. Bayr i in. (2012), termofilowe reaktory CSTR: osad pierwotny z papierni — wykonalny przy OLR 1–1,4 kg s.m.o./(m³·d) i HRT 16–32 d, a najwyższy testowany OLR 2 i HRT 14–16 d mógł być możliwy po potwierdzeniu stabilności pH; kofermentacja osadu pierwotnego i wtórnego przy OLR 1 i HRT 25–31 d. Są to obciążenia całego reaktora w teście laboratoryjnym, nie limit udziału składnika, dlatego nie podano max_share. Uwzględnić korektę pH i niedobór azotu.

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

Źródła danych procesowych

Ocenę konkretnej mieszanki z tym substratem pokaże kalkulator kofermentacji.

Czym jest i skąd się bierze

Osad biologiczny z przemysłu papierniczego powstaje w oczyszczalniach ścieków zakładów produkujących celulozę i papier. Ścieki są ubogie w azot i fosfor, zawierają związki ligninowe i polisacharydy z drewna, a ich oczyszczanie metodą osadu czynnego daje nadmiar biomasy. W zbiorze jest wiele rekordów z badania wielu zakładów, opisanych jako masa mechaniczna, CTMP/siarczanowa i siarczanowa, oraz z innych prac.

Właściwości istotne dla fermentacji

Osad zawiera biomasę bakteryjną, włókna celulozowe i drobne frakcje drewna oraz popiół z wypełniaczy. Związki ligninowe i garbniki są trudno rozkładalne i mogą hamować mikroorganizmy. Biomasa bakteryjna ma ściany komórkowe, które utrudniają rozkład, a udział łatwo dostępnych składników jest niewielki. Ścieki z zakładów siarczanowych zawierają siarkę, co może zwiększać zawartość siarkowodoru w biogazie. Osad ma niski stosunek N do C ze względu na ubogie w azot ścieki, choć same bakterie wnoszą azot.

Jak czytać rozrzut wyników

Rozrzut wynika z różnic między zakładami: rodzaj wytwarzanej masy (mechaniczna, chemiczna), jakość ścieków, technologia oczyszczania, wiek osadu i udział włókien. Wpływ mają również odwodnienie, przechowywanie i rozdrobnienie, a także warunki testu: temperatura, inokulum, stosunek substratu do inokulum oraz długość. Duża liczba rekordów pochodzi z jednej pracy porównującej wiele zakładów, więc nie wszystkie są niezależne.

W praktyce biogazowni

Osady papiernicze rzadko fermentuje się samodzielnie z uwagi na niski uzysk. Mogą być uzupełnieniem mieszanin o wyższej zawartości łatwo dostępnych substratów lub poddawane obróbce wstępnej. Ich główną zaletą jest to, że powstają w zakładzie, co ogranicza transport. Są odpadami przemysłowymi (grupa 03), a ich zagospodarowanie wymaga zezwoleń; często trafiają do spalania lub kompostowania.

Dla porównania z osadami komunalnymi osad papierniczy zawiera mniej łatwo dostępnych związków i więcej popiołu, a to wyjaśnia, dlaczego wyniki są niższe. Obróbka wstępna, taka jak ogrzewanie czy mielenie, bywa badana, jednak jej opłacalność w skali przemysłowej zależy od lokalnych warunków.

Ponieważ rozrzut jest duży, warto wykonać własny test BMP.

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 (4) — poza średnią

Źródło	BMP m³ CH₄/t s.m.o.	Obróbka	Próbka
Karlsson i in. (2011)	240	enzymatic	(oryg.: „Mill 5”)
Karlsson i in. (2011)	239	physical-enzymatic	(oryg.: „Mill 5”)
Meyer i Edwards (2014)	97	unspecified	(oryg.: „paper sludge”)
Meyer i Edwards (2014)	66	enzymatic	(oryg.: „paper sludge”)

Bibliografia

Wszystkie źródła serwisu: bibliografia.