eigen_frontfoto

Invloed van digestaatrecirculatie op anaerobe vergisting - IWT project ReciDigest

Op vrijdag 30 oktober werd de start gegeven voor het IWT-TETRA project ReciDigest. Binnen dit project worden technische mogelijkheden gezocht om de koolstof binnen de reactor beter te benutting en de biologie te optimaliseren door ammoniumverwijdering of terugwinning.

Doelstellingen

Bij anaerobe vergisting wordt slechts een deel van het beschikbare organisch materiaal omgezet naar biogas, waardoor het digestaat nog een aanzienlijke hoeveelheid potentieel afbreekbaar materiaal bevat. Door het toepassen van een desintegratietechniek (i.e. AOP, ultrasoon) op het digestaat en het vervolgens te recirculeren naar de vergister kan het totale afbraakpotentieel aanzienlijk verhoogd worden. Bovendien is een hoge concentratie aan ammoniak in de vergister problematisch voor de stabiliteit van het systeem en kan dit aanleiding geven tot inhibitie van de micro‐organismen. De toegepaste desintegratietechnieken kunnen ook zorgen voor een oxidatie van ammoniak (NH3) naar stikstofcomponenten die minder of niet toxisch zijn en die tijdens de verdere vergisting ook verwijderd kunnen worden. Naast microbiële omzetting naar nitraat (i.e. anammox-proces), waarbij stikstof bij recirculatie naar de anaerobe vergisting kan worden geneutraliseerd tot N2, wordt tevens onderzocht worden in hoeverre ammoniakale stikstof kan teruggewonnen worden als waardevol mineraal. Hierbij zal gewerkt worden met LTL (liquid to liquid) overdracht systemen die op ruw geëxtraheerd digestaat of dunne fractie hiervan na scheiding worden uitgevoerd. Hierbij wordt een recirculatie van N-­verarmd digestaat naar de reactor beoogd om op die wijze de ammoniakinhibitie te verlagen en biogasomzet-­ting te verbeteren.

Achtergrond

Er is een toenemende trend naar een energetische valorisatie van afvalstromen zoals waterzuiveringsslib, dierlijke mest en restanten van landbouwgewassen. In dit opzicht wordt de inzet van anaerobe vergisting als zeer positief beschouwd (economisch en ecologisch). Tijdens de slibvergisting wordt een energierijk biogas geproduceerd (55‐75% methaan) dat kan gevoed worden aan gasmotoren voor de productie van warmte en elektriciteit. Door de aanwezigheid van rigide en moeilijk afbreekbare structuren verloopt de vergisting soms traag, waardoor een lange verblijftijd in de vergister noodzakelijk is, typisch tussen 15-30 dagen. Zelfs bij deze lange verblijftijden blijft de totale omzettingsgraad beperkt. Slechts om en bij de 50% van de totale organische droge stof wordt omgezet naar gas. Dit betekent dat het digestaat nog een aanzienlijke hoeveelheid organisch materiaal bevat en potentieel dus verder naar biogas kan worden omgezet. Het behandelen van dit digestaat levert de mogelijkheid om in te spelen op dit probleem, en laat tevens toe om de ammoniakconcentratie in de vergister te verlagen, waardoor de stabiliteit verhoogd wordt.

Projectinhoud

1/ Verhoging van het omzettingsrendement

Zoals reeds aangegeven bevat digestaat dat uit de vergister komt nog een aanzienlijke fractie aan vergistbaar organisch materiaal. In dit deel zal worden nagegaan in welke mate het omzettingsrendement of biogaspotentieel van digestaat wordt beïnvloed wanneer het wordt onderworpen aan desintegratietechnieken als ultrasoontechnologie en AOP. Dit zal gepaard gaan met een parameterstudie om de optimale digestaatbehandelingscondities vast te leggen. In voorgaande studies werd al aangetoond dat desintegratie leidt tot de vorming van meer biodegradeerbaar organisch materiaal, wat een positieve invloed moet hebben op het biogaspotentieel. Naar implementatie op grote schaal toe is het van belang een inschatting te kunnen maken van het economisch potentieel van deze toepassing. Hiervoor zal een uitgebreide energetische analyse uitgevoerd worden om zo te komen tot een economische balans.

2/ Stikstofproblematiek

Sommige organische stromen zoals o.a. dierlijke mest bevatten een hoog gehalte aan ammoniak; dit heeft echter een nadelige invloed op de werking van de micro-­‐organismen en kan leiden tot zeer lage biogasopbrengsten. In dit deel zal worden nagegaan wat de efficiëntie van ultrasoon en AOP is op de oxidatie van NH3, tot welke oxidatieproducten dit leidt (N2, NOx, NO2-­ en NO3-­) en hoeveel van de beschikbare radicalen er verbruikt worden tijdens deze omzetting. De invloed op de werking van de vergister zal eveneens worden onderzocht. Meer bepaald zal gekeken worden naar eventuele denitrificatie van het gevormde NO2-­en NO3-­ tot N2 en hoe de biogassamenstelling hierdoor wordt beïnvloed. Door behandeling en recirculatie van het digestaat gebeurt een verdunning van de verse voeding waardoor een lagere NH3-­‐concentratie in de vergister zal ontstaan.

Naast oxidatie zal de reductie van NH3 door stripping en recuperatie nagegaan worden. Er zal onderzocht worden in hoeverre ammoniakale stikstof kan teruggewonnen worden als waardevol mineraal. Hierbij zal gewerkt worden met LTL (liquid to liquid) overdracht systemen die op ruw geëxtraheerd digestaat of dunne fractie hiervan na scheiding. Bij deze overdracht wordt gespeeld met het evenwicht tussen wateroplosbare NH4+ en vluchtige NH3 i.f.v. procesparameters (T en pH). Verhogen van één of beide van deze parameters bevoordeelt de gasfase vorm en dus ontsnapping uit het substraat (digestaat of dunne fractie). Dit principe werd reeds onderzocht in MIP NutriCycle als end‐of‐the-pipe techniek voor terugwinning van minerale N uit organisch beladen digestaat. In de huidige context wordt een recirculatie van N-­‐verarmd digestaat naar de reactor beoogd om op die wijze de NH4-­‐druk hierin te verlagen en biogasomzetting te verbeteren.

Doelgroep

Doelgroep van dit onderzoeksproject zijn voornamelijk technologieleveranciers die vergistingsinstallaties ontwerpen en bouwen, milieuadviesbureaus, leveranciers van ultrasoontechnologie en oxidatietechnieken (ozon, AOP, …), waterzuiveraars, eindgebruikers (bedrijven die een vergistingsinstallatie bezitten en deze verder wensen te optimaliseren).

Uw partnership zal u de mogelijkheid geven de precieze inhoud van dit onderzoeksproject vorm te geven alsook het project van dichtbij op te volgen en bij te sturen door te zetelen in de gebruikerscommissie. Gezien het financieringskanaal (IWT-­Tetra), is hiervoor een beperkte cofinancieringsbijdrage vereist; deze bedraagt 7,5% en wordt door alle geïnteresseerde partners samen gedragen.

Uitvoerders

• KU Leuven/Campus De Nayer. Dept. Chemische Ingenieurstechnieken, Prof. Lise Appels

• KU Leuven/KULAB, Dept. Microbiële en Moleculaire Systemen, Prof. Boudewijn Meesschaert

• UGent, Vakgroep Toegepaste Analytische en Fysische Chemie, Prof. Erik Meers

Heeft u verdere interesse in dit project? Neem dan vrijblijvend contact op met Biogas-E vzw of met één van de uitvoerders.

Datum publicatie