Technologie Ochrony Środowiska

2. Wyjaśnij pojęcia:

proces termiczny

wartość opałowa

piroliza

spalanie

zgazowanie

kwasy huminowe i fulwowe

biogaz

biologiczne przetwarzanie odpadów

recykling organiczny

fermentacja metanowa.

3. Zalety prowadzenia procesu pirolizy.

4. Wymień procesy biologiczne zachodzące przy kompostowaniu odpadów.

5. Fazy procesu kompostowania.

6. Czynniki wpływające na przebieg procesu kompostowania.

7. Klasyfikacja systemów kompostowania wg typu reaktora.

8. Opisz etapy fermentacji metanowej.

9. Wady i zalety fermentacji mezo- i termofilowej.

10. Scharakteryzuj parametry wpływające na przebieg procesu fermentacji.

Proces termiczny:

Zbiór przemian lub przemiana fizyczna chemiczna fizykochemiczna zachodząca pod wpływem zmian parametrów termicznych ( P,T,V) w środowisku tlenowym lub beztlenowym przy udziale różnych stymulatorów ( organizmy żywe katalizatory) Proces termiczny dzielimy na nisko, średnio i wysoko temperaturowe)

Wartość opałowa

Jest to ilość ciepła wydzielana przy spalaniu jednostki masy lub jednostki objętości paliwa przy jego całkowitym i zupełnym spalaniu przy założeniu ze para wodna zawarta w spalinach nie ulega skropleniu pomimo ze spaliny osiągną temperaturę początkową paliwa.

Protoliza- uwęglenie

Termiczny rozkład substancji organicznych, temperatura powyżej 450^o (600^o)którego produktami są

-gaz pirolityczny, para wodna, smoła pirolityczna, pyły

-koks pirolityczny

Spalanie

-proces termiczny przebiegający powyżej temp. Zapłonu substancji organicznych przy nadmiarze tlenu. Towarzyszą mu procesy utleniania i odgazowania oraz zagazowanie.

Zagazowanie

proces termiczny konwersji materii palnej ( organicznej) w obecności tlenu lub /i pary wodnej do palnych gazów : metanu wodoru oraz tlenku węgla II

Składa się z wielu procesów cząstkowych :pirolizy spalania redukcji i reformingu

-Kwasy huminowe- mieszanina jednocząsteczkowych związków organicznych o zmiennym składzie i charakterze kwasowym

-Kwasy fulwowe- organiczne związki chemiczne o charakterze kwasowym są mniejsze niż kwasy huminowe

Biologiczne przetwarzanie odpadów

Rozkład lub przekształcenie zawartych w odpadach substancji organicznych wskutek procesów mikrobiologicznych w produkty które można zawrócić do naturalnego obiegu materii

Recykling organiczny - obróbka tlenowa lub beztlenowa odpadów ulegających biodegradacji w kontrolowanych warunkach przy wykorzystaniu mikroorganizmów w wyniku której powstaje materia organiczna lub metan.

Fermentacja metanowa

Jest to zespół procesów biochemicznych w których wielocząsteczkowe substancje organiczne (głównie węglowodory i białka , tłuszcze) są rozkładane do alkoholi lub niższych kw. Organicznych oraz metan, CO_{2 i} H₂O.

2. Zalety prowadzenia pirolizy

-niska zawartość substancji toksycznych w gazach odlotowych

-nie występuje porywanie cząstek ciała stałego do fazy gazowej

-mniejsza wymywalność metali ciężkich z koksu pirolitycznego zmieszanego z żużlem

-brak formowania dioksyn i furanów

-łatwiejsza kontrola procesu ze względu na endotermiczny charakter

-duża elastyczność w zakresie składu (stałe płynne oraz stosowanej skali( duża , mała)

-możliwość magazynowania produktów i wykorzystania w późniejszym czsie.

3. Wymień procesy biologiczne zachodzące przy kompostowaniu odpadów

Mineralizacja- utlenianie substancji organicznej do CO₂ H₂O, azotanów siarczanow fosforanów i innych składników na najwyższy stopień utlenienia.

Reakcje egzotermiczne- które wywołują proces samozagniewania się kompostowanego materiału

Humifikacja- poszczególne systemy oczyszczania spalin ze spalania odpadów

4.Fazy procesu kompostowania.

a) wstępnego kompostowania - wzrost temp. Do warunków mezofilnych trwa kilka dni.

b) intensywnego kompostowania- wysokotemperaturowa (termofilowa) trwa kilka tygodni, rozłożone związki łatwo ulegające biodegradacji

c) kompostowanie właściwe- spadek temp. 3- 5 tygodni, rozpad związków trudno biodegradowalnych

d) kompostowanie wtórne - dalszy spadek temp. Utworzenie stabilnej frakcji (humusu) trwa nawet kilka miesięcy

5.Czynniki wpływające na przebieg procesu kompostowania.

- liczba i rodzaj mikroorganizmów

- skład chemiczny surowca- obecność substancji pokarmowych

-stężenie tlenu (zawartość tlenu nie powinna być< 12%)

-odczyn środowiska( bakterie 6-7,5, grzyby 5,5-8

- stopień rozdrobnienia materiału

-wilgotność kompostowanego materiału

-temperatura

-optymalny iloraz C:N waha się od 25:1 do 35:1

-działalnośc organiczna zachodzi na powierzchni cząstek organicznych

-cząstki małe mają większą powierzchnię właściwą

-kompostowana materia to zbiór cząstek stałych rozdzielonych pustymi przestrzeniami.

Puste przestrzenie powinny być wypełnione powietrzem

-optymalne wymiary cząstek 1,5-7,5 cm

-optymalna wilgotność 45-60%

Temperatura

( w procesie intensywnego kompostowania 1kg materii organicznej wydziela 12 MJ ciepła, masa kompostowa w ciągu 3-5 dni może nagrzać się do 60-70^oC

-szybkość rozkładu rośnie ze wzrostem temp, najbardziej efektywna 45-55^oC nie powinna przekraczać 55^oC

6.Klasyfikacja systemów kompostowania wg typu reaktora.

-jednoetapowe- warunki naturalne- bez napowietrzania lub z napowietrzaniem bez obróbki wstępnej lub z obróbką wstępną

-sterowane i kontrolowane

b) dwuetapowe

I etap- kompostowanie wstępne w warunkach sterowanych

II etap- dojrzewanie kompostu w warunkach naturalnych lub sterowanych

Systemy reaktorowe

-w reaktorach o przepływie pionowym ( wieże)

- w reaktorach o przepływie poziomym ( bębny i zbiorniki)

Systemy nie reaktorowe

- bez przemieszczania odpadów

-z przemieszczaniem odpadów

7.Opisz etapy fermentacji metanowej.

-Pierwszym etapem procesu fermentacji beztlenowej jest hydroliza związków organicznych na mniejsze cząsteczki. Szybkość hydrolizy jest różna, w zależności od składu biomasy. 

-Faza acidogenna (kwasogeneza) rozkład produktów hydrolizy do krótkołańcuchowych kwasów organicznych, głównie (76%) do lotnych kwasów do, aldehydów i produktów gazowych CO₂ i H₂.

-Faza acetogenna (octanogeneza) przetwarzanie etanolu oraz lotnych kwasów tłuszczowych do octanów oraz CO₂ i H₂ przez bakterie acetogenne. Zahamowanie aktywności tych bakterii prowadzi do kumulacji lotnych kwasów organicznych, co prowadzi do obniżenia odczynu i zahamowania wzrostu bakterii metanogennych. Wówczas uaktywniają swoją działalność bakterie homoacetogenne, produkujące octany z CO₂ i H₂, umożliwiając rozwój bakterii acetogennych, a później metanogennych.

-Ostatnim etapem jest formowanie metanu tzw. faza metanogenna. 2/3 metanu powstaje z octanów lub alkoholi, a 1/3 z redukcji dwutlenku węgla wodorem.

8.Wady i zalety fermentacji mezo- i termofilowej.

-fermentacja mezofilna Zalety:

-sprowadzenie procesu

-małe zapotrzebowanie na energię procesową

-Wady:

-brak pełnej higienizacji produktu

Fermentacja termofilowa:

Zalety

- wyższy o om 10% stopień rozkładu

-większa szybkość rozkładu

Wady:

- wrażliwość na wahania temp. I stężenia

- czasami mniejsza produkcja energii netto

-niekiedy gorsza jakość fermentatu

-większa emisja odorów

-większa odporność właściwa osadu

9.Scharakteryzuj parametry wpływające na przebieg procesu fermentacji.

Wilgotność środowiska reakcji to najważniejszy parametr wpływający na szybkość biologicznego rozkładu biomasy. Woda umożliwia transport produktów powstających podczas fermentacji, enzymów pożywek dla drobnoustrojów rozpuszcza metabolity, ma wpływ na rozwój mikroorganizmów. Najbardziej optymalna wilgotność to 60-70%, nadmiar wody spowalnia proces fermentacji.

-wielkość cząstek materii organicznych wpływa na szybkość hydrolizy. Cząstki mniejsze większa powierzchnia właściwa większa szybkość rozkładu hydrolitycznego wyższa szybkość powstawania biogazu

-dzieki rozdrobnieniu materiału można skrócić czas rozkładu

-minusem rozdrabniania może być nadmirny ubytek wody

-pH wpływa na wydajność i stabilność tworzenia metanu. Obniżenie pH spowoduje wzrost stężenia lotnych kwasów

-przy pH 4,5-4,8 uaktywnia się bakteryjny system buforowy

-pH ma wpływ na rozwój materii zwłaszcza metanowych

-obniżenie pH do 6.6 powoduje zahamowanie ich rozwoju

- główne składniki pokarmowe C,S,P,Noraz pierwiastki śladowe

-C:N - 10:1-25:1, N:P:S 7:1:1

---