ANAEROBIC DIGESTION OF ORGANIC MUNICIPAL SOLID WASTE: A VALID WASTE MANAGEMENT OPTION

1
Environmental
Engineering
Laboratory
Department of Chemical Engineering
School of Engineering
Aristotle University of Thessaoliniki
Αναερόβια χώνευση του οργανικού κλάσματος τωνΑναερόβια χώνευση του οργανικού κλάσματος των
ΑΣΑ: μια καλή επιλογή διαχείρισης απορριμμάτωνΑΣΑ: μια καλή επιλογή διαχείρισης απορριμμάτων
Θεοφανίδης Σταύρος-ΑλέξανδροςΔημοσθένης Α. Σαρηγιάννης
Παρασκευή, 24 Μαΐου 2013 9ο Πανελλήνιο Επιστημονικό Συνέδριο Χημικής Μηχανικής

2
Environmental
Engineering
Laboratory
 Ένας από τους ερευνητικούς στόχους του εργαστηρίου Περιβαλλοντικής
Μηχανικής είναι η μελέτη των εναλλακτικών μεθόδων διαχείρισης Στερεών
αποβλήτων. H παρούσα εργασία εστιάζει στην αναερόβια χώνευσή τους για την
παραγωγή ενέργειας (waste to energy).
 Στόχος της είναι η περιβαλλοντική και η ενεργειακή ανάλυση ενός
ολοκληρωμένου συστήματος διαχείρισης αστικών στερεών απορριμμάτων, που
περιλαμβάνει μονάδα αναερόβιας χώνευσης και μονάδα συμπαραγωγής
ηλεκτρικής ενέργειας και θερμότητας για την βέλτιστη εκμετάλλευση του
παραγόμενου βιοαερίου.
 Το κυριότερο συμπέρασμα που προκύπτει είναι η δυνατότητα παραγωγής
περίσσειας ενέργειας με ταυτόχρονη μείωση του περιβαλλοντικού αποτυπώματος
λόγω μείωσης της απαιτούμενης έκτασης για ΧΥΤΑ καθώς και των εκπομπών
ισοδύναμου CO2.

4
Environmental
Engineering
Laboratory
Α. Σχεδιασμός εγκατάστασης

5
Environmental
Engineering
Laboratory
 Η επιλογή των 4
αντιδραστήρων
προσδίδει ευελιξία
κατά την εκτέλεση
των πειραμάτων.
 Η θέρμανση όλων
των αντιδραστήρων
πραγματοποιείται
από ένα κοινό
κλειστό σύστημα
ροής θερμού νερού.
Διάγραμμα Ροής της πειραματικής διάταξηςΔιάγραμμα Ροής της πειραματικής διάταξης

6
Environmental
Engineering
Laboratory
Ογκομετρικός κύλινδρος συλλογής
αερίου
Δειγματοληψία Αερίου
Αναδευτήρες
Σύριγγα Τροφοδοσίας
Περιγραφή πειραματικής διάταξηςΠεριγραφή πειραματικής διάταξης
Το παραγόμενο αέριο από κάθε
αντιδραστήρα καταλήγει σε ένα
μετρητή. Κάθε ένδειξη του
μετρητή αντιστοιχεί σε
συγκεκριμένο όγκο αερίου.
Μετρητής/Αντιδραστήρας Όγκος αερίου (mL)
1 200
2 200
3 200
4 190

7
Environmental
Engineering
Laboratory
Μέτρηση όγκου παραγόμενου μεθανίουΜέτρηση όγκου παραγόμενου μεθανίου
• Η μέτρηση του παραγόμενου μεθανίου βασίστηκε στη
δέσμευση του CO2 που περιέχεται στο βιοαέριο, από
υδατικό διάλυμα NaOH 2Μ. Το αέριο εισάγεται σε
ογκομετρικό κύλινδρο 1 L, ο οποίος περιέχει στο
εσωτερικό του ογκομετρικό κύλινδρο 500 mL,
τοποθετημένο ανάποδα
• Η είσοδος του αερίου πραγματοποιείται από το πυθμένα.
• Η μέτρηση του όγκου CH4 στηρίζεται στον όγκο του
υγρού που εκτοπίζει το αέριο που δεν αντέδρασε.

8
Environmental
Engineering
Laboratory
Β. Βελτιστοποίηση λειτουργίας αντιδραστήρωνΒ. Βελτιστοποίηση λειτουργίας αντιδραστήρων

9
Environmental
Engineering
Laboratory
Το πειραματικό μέρος χωρίζεται σε 2 κύκλους
Τροφοδοσία Θερμοκρασία (ο
C) Λειτουργία αντιδραστήρα Ανάδευση
α΄ κύκλος πειραμάτων Οργανικό κλάσμα ΑΣΑ 35 Batch 4 λεπτά/ 3 ώρες
β΄ κύκλος πειραμάτων Συνθετικό Απόβλητο 35 Batch και CSTR 4 λεπτά/ 3 ώρες
 Σε όλους τους πειραματικούς κύκλους προστέθηκε εμβόλιο από εγκατάσταση
αναερόβιας χώνευσης που λειτουργεί σε βιομηχανική κλίμακα.

10
Environmental
Engineering
Laboratory
α΄ κύκλος πειραμάτων
Χρησιμοποιούμενο υπόστρωμα:
Οργανικό κλάσμα των ΑΣΑ

11
Environmental
Engineering
Laboratory
Όγκος και σύσταση τροφοδοσίας αντιδραστήρωνΌγκος και σύσταση τροφοδοσίας αντιδραστήρων
Αντιδραστήρας 2 Αντιδραστήρας 4
Απόβλητο (mL) 1750 2100
Εμβόλιο (mL) 1750 1400
Ενεργός όγκος (mL) 3500 3500
Σύσταση % 50% απόβλητο – 50% εμβόλιο 60% απόβλητο – 40% εμβόλιο
pH 4.93
COD 210,000 mg/L
TS 200,000 mg/L
VS % 87
TKN 1333.3 mg/L
NH3 140 mg/L
Χαρακτηριστικά τροφοδοσίαςΧαρακτηριστικά τροφοδοσίας

12
Environmental
Engineering
Laboratory
Συγκριτικό διάγραμμα μεταβολής COD και pH: Αντιδραστήρα 2
(50% απόβλητο – 50% εμβόλιο)
Συγκριτικό διάγραμμα μεταβολής COD και pH: Αντιδραστήρα 4
(60% απόβλητο – 40% εμβόλιο)

13
Environmental
Engineering
Laboratory
Συγκριτικό διάγραμμα παραγωγής βιοαερίου συναρτήσει της
κατανάλωσης του COD: Αντιδραστήρας 2 (50% απόβλητο – 50%
εμβόλιο)
Συγκριτικό διάγραμμα παραγωγής βιοαερίου συναρτήσει της
κατανάλωσης του COD: Αντιδραστήρας 4 (60% απόβλητο – 40%
εμβόλιο)
Η παραγωγή βιοαερίου:
Για την αναλογία 50% απόβλητο – 50% εμβόλιο είναι 280 mL CH4/ g COD αποβλήτου που απομακρύνεται.
Για την αναλογία 60% απόβλητο – 40% εμβόλιο είναι 200 mL CH4/ g COD αποβλήτου που απομακρύνεται

14
Environmental
Engineering
Laboratory
β' κύκλος πειραμάτων
Χρησιμοποιούμενο υπόστρωμα:
Συνθετικό απόβλητο

15
Environmental
Engineering
Laboratory
Σύσταση συνθετικού αποβλήτουΣύσταση συνθετικού αποβλήτου
Ένωση Χημικός Τύπος g/L
Γλυκόζη 45
Φωσφορικό αμμώνιο (NH4)2HPO4 0.91
Χλωριούχο αμμώνιο NH4Cl 0.56
Χλωριούχο κάλιο KCl 0.08
Τριχλωριούχος σίδηρος FeCl3 0.1
Χλωριούχο μαγνήσιο με έξι νερά MgCl2·6H2O 0.2
Χλωριούχο αλουμίνιο με έξι νερά AlCl3·6H20 0.022
Χλωριούχο ασβέστιο με δύο νερά CaCl2·2H2O 0.02
Θειικό μαγνήσιο με ένα νερό MgSO4·H2O 0.005
Χλωριούχος ψευδάργυρος ZnCl2 0.0002
Τέτρα-ύδρο-μολυβδενικό αμμώνιο (NH4)6MoO4 ·4H20 0.002
Τύπος αντιδραστήρα Όγκος τροφοδοσίας Όγκος εμβολίου Ενεργός όγκος
Batch 2.4 L 1.6 L 4 L
CSTR 0.2 L/d 4 L ~4 L
Λειτουργία και τροφοδοσία αντιδραστήρωνΛειτουργία και τροφοδοσία αντιδραστήρων

16
Environmental
Engineering
Laboratory
Συγκριτικό διάγραμμα μεταβολής της περιεκτικότητας του βιοαερίου σε CH4 για
τον Batch και τον CSTR αντιδραστήρα.
• Το βιοαέριο από τον CSTR αντιδραστήρα
είχε μεγαλύτερη περιεκτικότητα σε
μεθάνιο τις πρώτες 15 μέρες λειτουργίας
τους.
• Έπειτα, και οι δυο αντιδραστήρες
παρουσίασαν την ίδια περιεκτικότητα σε
μεθάνιο, η οποία κυμάνθηκε στο 70%.
• Σύμφωνα με τη βιβλιογραφία η
περιεκτικότητα του βιοαερίου σε μεθάνιο
55-60%.

17
Environmental
Engineering
Laboratory
• Για να επιβεβαιωθεί η ορθή λειτουργία του CSTR
αντιδραστήρα πραγματοποιήθηκαν μετρήσεις
COD.
Διάγραμμα μεταβολής COD για τον CSTR αντιδραστήρα Καμπύλη παραγόμενου βιοαερίου συναρτήσει του χρόνου
• Το σύστημα φθάνει στη μόνιμη κατάσταση μετά
από 15 ημέρες και η παραγωγή βιοαερίου
ανέρχεται στα 3.8 L/d σε STP.

18
Environmental
Engineering
Laboratory
Γ. Ενεργειακή- Περιβαλλοντική ανάλυση

19
Environmental
Engineering
Laboratory
• Η περίσσεια ηλεκτρικής
ενέργεια, η οποία ανέρχεται
στις 0.245 MWh / tn
επεξεργασμένων οργανικών
ΑΣΑ (882.5 MJ/ tn οργανικών
ΑΣΑ), δύναται να πωληθεί στο
εθνικό δίκτυο.
• Στην περίπτωση της
Θεσσαλονίκης, παράγονται 640
tn/d οργανικών ΑΣΑ. Η
εκτιμώμενη ενέργεια που θα
μπορούσε να παραχθεί στη
περιοχή της Θεσσαλονίκης είναι
157 MWh.
Ενεργειακή ανάλυσηΕνεργειακή ανάλυση

20
Environmental
Engineering
Laboratory
Περιβαλλοντική ανάλυσηΠεριβαλλοντική ανάλυση
Καύση βιοαερίου σε μονάδα CHP 0.28 ton ισοδύναμου CO2 / MWh
Υγειονομική ταφή οργανικών ΑΣΑ 2,323 ton ισοδύναμου CO2 / tn αποβλήτου
Καύση συμβατικών καυσίμων για
παραγωγή ενέργειας
0.89 ton ισοδύναμου CO2 / MWh
Πίνακας εκπομπών διοξειδίου του άνθρακα
Πηγές εκπομπής ισοδύναμου
CO2
Παρούσα κατάσταση Προτεινόμενο σενάριο Διαφορά
Υγειονομική ταφή οργανικών
ΑΣΑ
2,323 ton ισοδύναμου CO2 / tn
αποβλήτου
464 ton ισοδύναμου CO2 / tn
αποβλήτου
-1859 ton ισοδύναμου CO2 / tn
αποβλήτου
Μονάδα συμπαραγωγής με
καύσιμο το βιοαέριο
- 0.28 ton ισοδύναμου CO2 / MWh
-0.61 ton ισοδύναμου CO2 / MWh
Καύση συμβατικών καυσίμων
για παραγωγή ενέργειας
0.89 ton ισοδύναμου CO2 / MWh -
Κατά τη περιβαλλοντική ανάλυση πραγματοποιείται σύγκριση δυο σεναρίων. Το ένα αναφέρεται στο ισχύον
σύστημα υγειονομικής ταφής των οργανικών ΑΣΑ και το άλλο στην εκμετάλλευσή τους σε μονάδα αναερόβιας
χώνευσης ακολουθούμενης από μονάδα συμπαραγωγής ενέργειας και θερμότητας.
Παρουσίαση της παραγωγής ισοδύναμου CO2 για τα δυο σενάρια

21
Environmental
Engineering
Laboratory
Συμπεράσματα- Συζήτηση

22
Environmental
Engineering
Laboratory
• Τα αποτελέσματα των πειραμάτων έδειξαν ότι:
 Πετύχαμε παραγωγή 280 mL CH4/ g COD που είναι κοντά στη μέγιστη θεωρητική παραγωγή (350
mL CH4/ g COD ).
 Βέλτιστη αναλογία 50% οργανικά ΑΣΑ- 50% εμβόλιο . Μπορεί να αποτελέσει την αρχική
αναλογία πλήρωσης ενός CSTR αντιδραστήρα.
 Είναι δυνατή η δημιουργία ενός ολοκληρωμένου συστήματος διαχείρισης οργανικών ΑΣΑ με
εκμετάλλευση του παραγόμενου βιοαερίου σε μονάδα συμπαραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας και
θερμότητας.
• Η ενεργειακή ανάλυση έδειξε ότι:
 Η περίσσεια ηλεκτρικής ενέργεια ανέρχεται στις 0.245 MWh / tn επεξεργασμένων οργανικών
ΑΣΑ (882.5 MJ/ tn οργανικών ΑΣΑ) δύναται να πωληθεί στο εθνικό δίκτυο.
• Η περιβαλλοντική ανάλυση:
 Μείωση του όγκου των απορριμμάτων που οδηγούνται σε υγειονομική ταφή κατά 60-70%.
 Μείωση μέχρι και 75% εκπομπής των αερίων του θερμοκηπίου σε σύγκριση με την υγειονομική
ταφή των επεξεργασμένων οργανικών ΑΣΑ.
 Μείωση έως και 69% μείωση των εκπομπών ισοδύναμου CO2 ανά παραγόμενη KWh, κατά την
αντικατάσταση των συμβατικών καυσίμων από το βιοαέριο.

ANAEROBIC DIGESTION OF ORGANIC MUNICIPAL SOLID WASTE: A VALID WASTE MANAGEMENT OPTION

Empfohlen

Empfohlen

Weitere ähnliche Inhalte

Ähnlich wie ANAEROBIC DIGESTION OF ORGANIC MUNICIPAL SOLID WASTE: A VALID WASTE MANAGEMENT OPTION

Ähnlich wie ANAEROBIC DIGESTION OF ORGANIC MUNICIPAL SOLID WASTE: A VALID WASTE MANAGEMENT OPTION (16)

Mehr von envelab

Mehr von envelab (6)

ANAEROBIC DIGESTION OF ORGANIC MUNICIPAL SOLID WASTE: A VALID WASTE MANAGEMENT OPTION