Przebiegu procesu fermentacji anaerobowej nie można w pełni sformalizować. W tym odniesieniu pożądane jest wykorzystanie metod sztucznej inteligencji (AI) i uczenia maszynowego do monitoringu i sterowania procesami i operacjami jednostkowymi w celu uzyskania bardziej wydajnych metod prowadzenia procesu i ilości produktów końcowych. Akwizycja danych odbywa się przez automatyczny monitoring oraz poprzez badania analityczne. Wiedzę opisującą prowadzenie procesu fermentacji anaerobowej zestawiono w postaci reguł: IF (przesłanka) THEN (konkluzja). Zestawiony zbiór reguł tworzy bazę wiedzy systemu ekspertowego prowadzenia procesu wraz ze wskazówkami dla operatora. Reguły wiedzy są aktualizowane i rozwijane w trakcie prowadzenia procesu, zaś zastosowanie AI zapewnia zachowanie wiedzy operatorów przy zmianach personelu obsługi reaktorów. Przedstawiono budowę laboratoryjnego stanowiska fermentacji anaerobowej odpadów kuchennych i żywnościowych, stosowane urządzenia techniczne, strukturę systemu AI oraz wybrane reguły wiedzy.
EN
Artificial intelligence (AI) and machine learning were used to obtain more effective methods for conducting the digestion process and achieving final products. Data acquisition was carried out by an automatic monitoring and anal. research. The knowledge describing the anaerobic digestion process was summarized in the form of rules: IF (premise) THEN (conclusion). The compiled set of rules created a knowledge base of the expert system, which was used to run the anaerobic digestion process and provided instructions to the operator. Knowledge rules were updated and developed during the process. The construction of a mobile laboratory system for the anaerobic digestion of kitchen and food waste, the tech. devices, the structure of the AI system, and selected knowledge rules were presented.
Grupowa Oczyszczalnia Ścieków „Dębogórze", z uwagi na swoją lokalizację oraz fakt, iż przyjmuje i oczyszcza ścieki komunalne z rozległej zlewni (miast: Gdynia, Rumia, Reda, Wejherowo oraz gmin: Wiejska Gmina Wejherowo, cześć Gminy Puck, Gmina Kosakowo oraz Gmina Szemud), które ostatecznie odprowadzane są do Zatoki Puckiej, należy do kluczowych elementów infrastruktury odpowiedzialnej za utrzymanie dobrego stanu wód Morza Bałtyckiego.
Fermentacja ma dłuższą historię niż kompostowanie. Mikrobiologiczne procesy fermentacji stosowane są od starożytności. Od ponad 6000 lat wykorzystywane są do produkcji piwa i wina. Biogaz używano już w X w. p.n.e. do ogrzewania łaźni wodnych w Asyrii i Persji. Dziś wracamy do tego paliwa wzbogaceni o nowoczesne technologie.
4
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
Research results indicate the growing ammonia concentration in the air and the necessity to undertake the work aimed at the change of the mentioned situation, using different solutions. University of Maryland (USA) undertook the study of global ammonia concentrations in the air over the most productive agricultural regions in the world. Acidification of animal slurry has proved to be an efficient solution to minimize NH3 emissions in-house, during storage, and after soil application, as well as to increase the fertilizer value of slurry, without negative impacts on other gaseous emissions. This solution has been used commonly in Denmark, and its efficiency with regard to the minimization of NH3 emissions has been documented in some studies. Slurry acidification technology gives many advantages from the point of view of soil fertilization and also the limiting of ammonia emission. Acidification reduced NH3 emission from the stored slurry to less than 10% of the emission from untreated slurry, and the NH3 emission from the slurry employed on the field was reduced by 67%. Of course it requires providing the safety procedures to avoid a direct contact of farm workers with harmful activity of the acid. Reducing the loss of nitrogen from agriculture has a key meaning for reduction of eutrophication of the Baltic Sea. Most of the airborne eutrophication to the Baltic Sea comes from the ammonia emissions, and in the BSR almost all ammonia emissions come from livestock manure. Annual deposition of ammonia nitrogen to the Baltic Sea has been increasing during the recent years and was greater in 2012 than in 1995. While emissions are decreasing slightly in some countries, HELCOM Baltic Sea Action Plan calls for a reduction of 118.000 tonnes of nitrogen annually to the Baltic Sea, and the Revised Gothenburg Protocol (2012) calls for ambitious reductions in ammonia emissions from all BSR countries. Slurry acidification also affects solid/liquid slurry separation efficiency positively; DM is higher, N lower and P higher in the solid fraction. A combined treatment should efficiently prevent gaseous emissions, increase fertilizer value of slurry and reduce transport and energy costs. The pH level of 5.5-6.4 is not very acidic, and no more acidic than rain water, which has a normal pH range from 4.5 to 8.5. Biogas experiments show the possibility of utilization of slurry with high dry matter content in biogas production.
PL
Wyniki badań wskazują na rosnące stężenie amoniaku w powietrzu i konieczność podjęcia pracy nad zmianą tej sytuacji przy zastosowaniu różnych rozwiązań. University of Maryland (USA) podjął się badania globalnych stężeń amoniaku w powietrzu nad najbardziej produktywnymi regionami rolniczymi na świecie. Zakwaszanie gnojowicy zwierzęcej okazało się skutecznym rozwiązaniem minimalizującym emisję NH3 w gospodarstwie, podczas przechowywania i po zastosowaniu doglebowym, a także zwiększającym wartość nawozową gnojowicy bez negatywnego wpływu na inne emisje gazowe. Rozwiązanie to jest powszechnie stosowane w Danii, a jego skuteczność w zakresie minimalizacji emisji NH3 została udokumentowana w niektórych badaniach. Technologia zakwaszania gnojowicy daje wiele korzyści z punktu widzenia nawożenia gleby, a także ograniczenia emisji amoniaku. Zakwaszenie ograniczyło emisję NH3 z magazynowanej gnojowicy do mniej niż 10% emisji z gnojowicy nieoczyszczonej, a emisja NH3 z gnojowicy stosowanej na polu została zmniejszona o 67%. Oczywiście wymaga to zapewnienia procedur bezpieczeństwa, aby uniknąć bezpośredniego kontaktu pracowników rolnych ze szkodliwym działaniem kwasu. Ograniczenie strat azotu z rolnictwa ma kluczowe znaczenie dla ograniczenia eutrofizacji Morza Bałtyckiego. Większość eutrofizacji przenoszonej drogą powietrzną do Morza Bałtyckiego pochodzi z emisji amoniaku, a w BSR prawie wszystkie emisje amoniaku pochodzą z obornika zwierzęcego. Roczna depozycja azotu amonowego w Morzu Bałtyckim wzrastała w ostatnich latach i była większa w 2012 r. niż w 1995 r. Podczas gdy emisje w niektórych krajach nieznacznie spadają, Bałtycki Plan Działania HELCOM zakłada redukcję o 118 000 ton azotu rocznie do Morza Bałtyckiego oraz zrewidowany protokół z Göteborga (2012) wzywa do ambitnych redukcji emisji amoniaku ze wszystkich krajów BSR. Zakwaszenie gnojowicy wpływa również pozytywnie na skuteczność separacji gnojowicy ciało stałe/ciecz; DM jest wyższy, N niższy, a P wyższy we frakcji stałej. Połączona obróbka powinna skutecznie zapobiegać emisjom gazów, zwiększać wartość nawozową gnojowicy oraz obniżać koszty transportu i energii. Poziom pH 5,5-6,4 nie jest bardzo kwaśny i nie bardziej kwaśny niż woda deszczowa, która ma normalny zakres pH od 4,5 do 8,5. Doświadczenia biogazowe wskazują na możliwość wykorzystania gnojowicy o wysokiej zawartości suchej masy do produkcji biogazu.
Obecny kryzys klimatyczny sprawia, że nie mamy już czasu na stosowanie półśrodków i należy mocno zrewidować sposób gospodarowania zasobami pozyskiwanymi choćby na takich obiektach jak oczyszczalnie ścieków. Dzisiejszym wyzwaniem jest zwiększenie efektywności i dążenie do osiągnięcia neutralności energetycznej oczyszczalni, bez uszczerbku na wydajności samego procesu oczyszczania. W przyszłości oczyszczalnie ścieków powinny, a wręcz muszą, stać się instalacjami o dodatnim bilansie energetycznym.
Doświadczenia autora zebrane w toku zarządzania przedsiębiorstwem wodno-kanalizacyjnym pozwalają wysunąć wniosek, że biomasa wytworzona na bazie odpadów oczyszczalni ścieków ma strategiczne znaczenie w poszukiwaniu niezależności energetycznej tego typu przedsiębiorstwa.
Oczyszczalnia Ścieków w Kościerzynie eksploatowana przez Miejskie Przedsiębiorstwo Infrastruktury „KOS-EKO" Sp. z o.o. została ostatnio rozbudowana o węzeł beztlenowej fermentacji osadów ściekowych. W czerwcu br. zakończono rozruch nowych i modernizowanych obiektów, zrealizowany na zlecenie KOS-EKO przez HMK Sp. z o.o. z Pszczyny.
W założeniach tereny przeznaczone na składowiska odpadów przeważnie usytuowane są poza granicami miast w miejscach stosunkowo słabo zaludnionych. Jednakże ze względu na gwałtowny rozwój urbanistyczny istniejące od lat składowiska, znacznie przybliżyły się do ich granic i stały się uciążliwym problemem okolicznych mieszkańców. Zmieniło się to radykalnie gdy ustawodawca zakazał składowania na składowiskach odpadów ulegających biodegradacji.
Transformacja energetyczna gospodarki wynikająca z odchodzenia od paliw kopalnych to szansa dla polskich przedsiębiorstw, możliwość rozwoju nowych technologii i produktów - otwarte drzwi do budowy przemysłu opartego o zasady Europejskiego Zielonego Ładu. Mając to na uwadze, Narodowe Centrum Badań i Rozwoju uruchomiło m.in. przedsięwzięcie "Innowacyjna Biogazownia", którego celem jest opracowanie technologii mającej szansę stać się przełomowym rozwiązaniem dla polskiego sektora biogazu i biometanu.
11
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
Zbadano możliwość zgazowania pozostałości z produkcji zielarskiej w warunkach optymalnych dla bakterii mezofilnych. Badanym substratem były pozostałości po obróbce ziół (zdrewniałe łodygi), które oznaczono jako: Z1, Z2, Z3. Wykazano, że pomimo małej wilgotności i znacznego stopnia zdrewnienia odpady zielarskie poddają się fermentacji metanowej. Średnie wartości wydajności produkcji biogazu wyniosły w warunkach normalnych ok. 300 m3/t.
EN
Dry residues from the prodn. of herbal plants (Mentha spicata L., Mentha rotundifolia L. and Rosmarinus officinalis L.) were subjected to MeH fermentation at 37°C. The av. content of MeH in the obtained biogas was 66%, CO2 32%, O2 1% and H2S 500 ppm. The max. biogas productivity was about 300 m3/t.
12
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
Wastewater treatment plants are becoming an important part of circular economy. In addition to the classic role of wastewater treatment plants, they are gaining a new important mission to fulfil. According to the Nutrients-Energy-Water (N-E-W) paradigm, wastewater treatment plants should also focus on energy production and resource recovery. Intensification of biogas production is an important element in improving the energy efficiency of wastewater treatment plants. This can be achieved by introducing sewage sludge co-digestion with organic substrate, thermal hydrolysis and disintegration of the sludge. Water renewal, which includes a number of processes to restore the water features of the wastewater, is also becoming an important objective. Intensive research is being carried out on the production of bioplastics by bacteria inhabiting municipal and industrial sewage. Technologies for recovery of nutrients (nitrogen and phosphorus) from sewage and sludge are also advanced. The paper presents current trends in the development of sewage treatment plants based on the assumptions of circular economy and current policy of the European Green Deal.
13
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
Frakcja podsitowa odpadów komunalnych (< 80 mm) jest prawie nieograniczonym i łatwo dostępnym źródłem biomasy, niestety duża zawartość osłon ligninowych i hemicelulozowych ogranicza jej wykorzystanie w produkcji biogazu. W zastosowaniu przemysłowym nie istnieją tanie i skuteczne metody hydrolizy materiałów zawierających ligniny oraz hemicelulozę. Jedną z potencjalnych metod jest hydroliza amoniakalna, jednak hydrolizaty amoniakalne nie mogą być poddane bezpośrednio fermentacji metanowej ze względu na zbyt duże stężenie amoniaku, letalne dla bakterii metanowych. Zaproponowano chemisorpcję transmembranową jako łatwą i skuteczną metodę usuwania amoniaku w sposób ciągły. Uzyskane wyniki potwierdziły słuszność założenia, gdyż efektywność produkcji biogazu z hydrolizatów amoniakalnych, z których usunięto amoniak za pomocą chemisorpcji transmembranowej była ok. 5-krotnie wyższa niż dla hydrolizatów wodnych.
EN
A municipal biomass waste based on rye straw or cardboard was sep. subjected to hydrolysis (temp. 60°C, time up to 8 hrs), by using a 2% aq. NH3 or H2O. The NH3 hydrolyzates (previously purified from NH3 by using a polypropylene membrane and H2SO4) as well as aq. hydrolyzates were used to assess the efficiency of biogas production. The efficiency of CH4 prodn. from NH3 hydrolyzates was 5 times higher than from aq. hydrolyzates.
14
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
Celem badań było określenie wpływu współfermentacji osadów ściekowych i produktu ubocznego rafinacji buraków cukrowych (melasa) na efektywność produkcji biogazu. Badania były prowadzone w warunkach mezofilowych przez 28 dni. Do badanych próbek dodano kolejno 0,5%, 1%, 1,5%, 2% oraz 3% melasy. Uzyskane wyniki wskazują, że dodany substrat wpłyną) pozytywnie na ilość wyprodukowanego biogazu. Najwyższą sumaryczną produkcję biogazu (3,9 dm3) uzyskano w próbce z 0,5% udziałem melasy. W stosunku do próbki zawierającej same osady produkcja biogazu zwiększyła się o 21%. W tej samej próbce odnotowano również najwyższą zawartość metanu w biogazie (73%). Dla porównania w próbce kontrolnej zawartość metanu w biogazie wynosiła 70%. Dawki melasy powyżej 0,5% powodowały inhibicję procesu fermentacji. Minimalny stopień degradacji substancji organicznych został osiągnięty w próbce kontrolnej (38,53%) oraz w próbce z 0,5% udziałem melasy (39,71%). W przypadku pozostałych próbek wartości kształtowały się od 35,61% dla próbki z 3% zawartością melasy do 36,76% dla próbki z 1% zawartością melasy. Proces współfermentacji miał natomiast negatywny wpływ na właściwości odwadniające osadów. Przed procesem czas ssania kapilarnego wynosił od 31 do 55 sek., natomiast po procesie od 36 do 556 sek. (odpowiednio w próbkach od 0% do 3% zawartości melasy).
EN
The efficiency of simultaneous digestion of sewage sludge and by-product of refining sugar beets (molasses) was investigated. The study was conducted for 28 days under mesophilic conditions. 0,5%, 1%, 1,5%, 2% and 3% (m/m) of molasses was added to the mixture of sludge. The result of the study showed that addition of molasses had positive effect the biogas production. The biggest biogas yield was achieved in sample with 0,5% of molasses (3,9 dm3). In this sample biogas production increased by 34% in comparison with reference sample (without molasses). The biggest methane content (73%) was also observed in the sample with 0,5% of molasses. For comparison in reference sample was produced biogas with 70% content of methane. The dose over 0,5% of molasses caused inhibition of fermentation process. The minimal degree (38%) of degradation of organic matter was achieved in reference sample (38,53%) and in sample with 0,5% of molasses (39,71%) but in other samples was in the range of 35,61-36,76% (from 3% to 1%, respectively). Digestion process have adverse effect on dewatering properties of sludge. Before co-digestion capillary suction time was from 31 s to 55 s, and after process increased from 36 s to 556 s (from 0% to 3% of molasses, respectively).
15
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
In the field of electric power industry, renewable energy sources, fertilisers, reclamation, and waste management, biomass is widely studied and used. Minerals are present in every step of biogas transformation, but their forms, occurrence, and composition have not been studied yet. However, there is no comprehensive study research that would address the presence of mineral phases in the process of biogas production. This aim of the study is determination of the amount and composition of the mineral phases present in fermentation residues resulting from different production technologies. Digestate mineral composition was analysed using 46 samples from agricultural biogas plants and university testing biogas reactor. The majority of samples contained the amorphous phase. Minority phases consisted of quartz, albite, orthoclase, muscovite, and amphibole. Opal-CT was found in eleven samples (1.26 to 12.1% wt.). The elements present in gas-liquid fluids or in liquids, gases and aerosols within the biogas technology system may create mineral phases, namely the amorphous phase or the crystalline phase under certain conditions. Opal-CT may enter the fermenter as part of plant tissues referred to as phytoliths, or as an unwanted admixture of different origin. It may also originate from the present amorphous SiO2.
The article is the literature review on the importance of trace elements supplementation in the methane fermentation process. The production of biogas, including methane, as well as the efficiency of the process depend on the substrates to be fermented. Substances supplied with the substrate as well as products generated in the decomposition phases can inhibit the process. The factor limiting fermentation is the rate of enzymatic hydrolysis of substrates. Certain compounds, such as alkanes, alkenes, biphenol, aromatic hydrocarbons, alcohols and ketones, are not directly susceptible to hydrolysis. They undergo this process in the presence of extracellular enzymes. The instability of the methane fermentation process described in the literature may be related to the lack of trace elements or micronutrients. Trace elements (Co, Ni, Cu, Mn, Fe, Zn, Se and Mo) are components of enzymes, some bacterial nucleic acids and essential for the synthesis of vitamins. The role of some trace elements, eg. Fe or Mo, has been well understood, while the importance of others still needs to be clarified. Literature data indicate that supplementing trace elements not only prevents process inhibition, but can also improve its performance by providing higher methane production.
PL
Artykuł stanowi przegląd literatury dotyczący znaczenia pierwiastków śladowych w procesie fermentacji metanowej. Produkcja biogazu w tym metanu, jak również efektywność procesu zależą od substratów poddawanych fermentacji. Substancje dostarczane z substratem jak i produkty powstające w fazach rozkładu mogą hamować proces. Czynnikiem limitującym fermentację jest szybkość enzymatycznej hydrolizy substratów. Niektóre związki, takie jak alkany, alkeny, bifenol, węglowodory aromatyczne, alkohole i ketony, nie są bezpośrednio podatne na hydrolizę. Ulegają temu procesowi w obecności enzymów zewnątrzkomórkowych. Opisane w literaturze niestabilności przebiegu procesu fermentacji metanowej mogą być związane z brakiem mikroelementów lub pierwiastków śladowych. Pierwiastki śladowe (Co, Ni, Cu, Mn, Fe, Zn, Se i Mo) są składnikami enzymów, niektórych bakteryjnych kwasów nukleinowych i niezbędne do syntezy witamin. Rola niektórych pierwiastków śladowych np. Fe czy Mo, została dobrze poznana, podczas gdy znaczenie innych nadal wymaga wyjaśnienia. Dane literaturowe donoszą, że uzupełnianie pierwiastków śladowych nie tylko zapobiega inhibicji procesu, ale może również poprawić jego wydajność zapewniając wyższą produkcję metanu.
In the paper general information about the basic parameters of the fermentation process and also the most frequently used substrates were presented. Additional constructed test stand of reactor with equipment is showed which will be used in the study of fermentation and co-fermentation of sewage sludge for biogas production.
18
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
Uzyskanie 100% samowystarczalności energetycznej oczyszczalni ścieków jest możliwe. Jak dokonały tego Iławskie Wodociągi? M. in. zmodernizowano komory fermentacyjne, zainstalowano trzy jednostki kogeneracyjne, zaaplikowano dodatkowe substancje - kofermenty. W efekcie w październiku 2016 r. spółka odnotowała najwyższą produkcję biogazu w historii oczyszczalni.
Regionalne Centrum Gospodarki Wodno-Ściekowej S. A. w Tychach jest kreatorem rozwiązań w zakresie produkcji biogazu oraz efektywnego wykorzystania zielonej energii. W efekcie, już za kilka miesiecy, biogaz z oczyszczalni bedzie zasilał dwie bioelektrociepłownie w Tychach: w oczyszczalni ścieków oraz w budowanym przez spółkę Wodnym Parku Tychy.
JavaScript jest wyłączony w Twojej przeglądarce internetowej. Włącz go, a następnie odśwież stronę, aby móc w pełni z niej korzystać.