Poloprovozní ověření možnosti recyklace nutrientů z odpadní vody z chovu prasat ve formě struvitu Ondřej Lhotskýa, Eva Sýkorováb, Tereza Hudcováa, Michal Šereša a DEKONTA, a.s. Dretovice 109, Stehelčeves 273 42, Czech Republic , lhotsky@dekonta.cz b VŠCHT, Praha

Úvod Minerál struvit Hexahydrát fosforečnanu hořečnatoamonného (NH4MgPO4x6H2O) Minerál organického původu Vznik v odpadních vodách s vysokým obsahem nutrientů Problémy na čistírnách odpadních vod Výskyt i ve formě močových kamenů Možnost využití jako hnojiva: - nízká rozpustnost, snížení výplachu živin - dle dostupné literatury účinnější než většina konvenčních hnojiv

Úvod Srážení struvitu Srážení struvitu z OV je nově se prosazujících postup umožňující snížení zatížení vod nutrienty a současně jejich recyklaci Ke srážení struvitu dochází ve vodách s vyššími koncentracemi hořčíku, fosforu a amoniakálního dusíku za alkalického pH Rovnice vzniku struvituA : Mg2++NH4++H2PO4- +6H2O↔2H+ + MgNH4PO4.6H2O A - Babić-Ivancić, V., Kontrec, J., Kralj, D., Brecević, L. Precipitation Diagrams of Struvite and Dissolution Kinetics of Different Struvite Morphologies. Croatica Chemica Acta 75, 2002, 89‑106

Testované odpadní vody (OV) Testy provedeny z OV z chovu prasat obsahují vysoké koncentrace nutrientů v současné době nejčastěji přímo aplikovány na pole přímá aplikace způsobuje řadu nepříznivých dopadů, předevšímB: acidifikace půd mobilizace fosforu vedoucí k eutrofizaci Efektivní řešení nakládání s OV z chovu prasat představuje anaerobní digesceC pro malé producenty OV není výhodná (vysoké investiční náklady, malá množství produkovaných OV Alternativní řešení pro malé producenty OV – srážení struvitu přídavky zdroje Mg a probubláváním (stripování CO2 z vod a nárůst jejich pH) B - DEPARTMENT OF AGRICULTURE, FISHERIES AND FORESTRY, QUEENSLAND GOVERNMENT (2009): Managing Effluent and Sludge Application. C- HOLM-NIELSEN J.B, AL SEADI T. OLESKOWICZ-POPIEL P. (2009): The future of anaerobic digestion and biogas utilization. Bioresource Technology, 100: 5478–5484

Poloprovozní X Laboratorní testy Materiál a metody Poloprovozní X Laboratorní testy Laboratorní testy Poloprovozní testy Provedeny přímo na lokalitě Vsádkově: Objemy od 200 do 400 L Dávkování roztoku MgCl2 podle orientačního stanovení Portho V reaktoru (B) probubláváno po 24 h Průtok vzduchu cca 310 l/min. Následně filtrace přes slámový filtr (C) S OV ze zásobní nádoby A Vsádkově 0,8 L Ve 3 opakováních na koagulační lavici Zachovány stejné poměry Mg:P jako u poloprovozních testů a stejná doba probublávání Bez testování filtrace Odpadní voda byla nejprve čerpána z podzemního betonového bunkru pro akumulaci odpadní prasečí kejdy do akumulační nádrže na OV (A) čerpadlem opatřeným ochranným filtračním košem obaleným plastovou filtrační tkaninou s velikostí ok 1 mm. Z akumulační nádrže byly odebrány vzorky pro laboratorní testy a pro stanovení vstupních koncentrací sledovaných analytů (Reaktor vstup). Přímo na lokalitě bylo okamžitě po načerpání OV do akumulační nádrže provedeno orientačního stanovení koncentrace PO43- pomocí kolorimetrické sady pro stanovení fosforečnanů13. Dle orientačně zjištěné koncentrace PO43- a zvoleného poměru Mg:P byla vypočtena dávka 33% MgCl2 (viz tabulka 1, totožný poměr Mg:P byl pak zachován při laboratorních testech) a zvolené množství roztoku bylo k OV přidáno po jejím přečerpání do reaktoru. Následně byl do reaktoru kontinuálně přiváděn vzduch pomocí vzduchovadla Secoh EL-S-200. Průtok vzduchu byl nastaven na cca 310 l/min. a reaktor byl probubláván po dobu cca 24 hodin. V průběhu probublávání byla v OV sledována hodnota měrné vodivosti, pH, ORP a koncentrace rozpuštěného kyslíku pomocí multimetru Hanna HI9628. Totožné testy byly zopakovány v laboratorních podmínkách, pouze v malém měřítku.

Materiál a metody Sledované parametry Sledované fyzikálně-chemické parametry: v průběhu testů průběžně sledováno: pH, konc. O2 navíc v reaktoru sledována: elektrolytická konduktivita, ORP a teplota Vzorky OV byly odebírány: Před testem ze zásobní nádrže po testu přímo z reaktoru (či z kádinek v případě laboratorních testů) po testu a filtraci přes slámový filtr Úprava vodných vzorků před stanovením (mimo CHSKCr a NLS ) centrifugací sledované parametry: Portho ; Namon ; Mg ; Cl- ; CHSKCr ; Ca ; NLs Centrifugací získaná sraženina usušena a dále analyzována: mikroskopická analýza, rentgenová difraktometrie (zjištění přítomných krystalických fází), odhad podílu struvitu (rozpouštění sraženiny)

Přehled provedených testů Výsledky Přehled provedených testů Tabulka shrnující informace o provedených testech Test No.:   1 2 3 4 5 Objem vsádky (L) 200 275 400 Portho orientačně (mg/L) 500 120 150 300 Přidaný roztok MgCl2 (ml/L OV) 1.0 0.73 0.625 X Poměr Mg:P 1.38 (0.78) 4.41 (2.89) 4.32 (3.08) 1.95 (1.55) 2.38 Tabulka shrnující informace o parametrech vstupních OV - patrná je značná proměnlivost kvality OV - konc. Portho od 211 do 723 mg/l - konc. Namon od 1698 do 2325 mg/l - vysoké vstupní koncentrace Mg od 143 do 262 mg/l   Portho Namon Mg Cl- CHSKCr Ca NLs Konduktivita pH mg/l mS/m - TEST 1 723 1698 143 709 2 688 124 1 524 12 220 7,46 TEST 2 211 2 204 154 x 6 481 151 3 125 15 140 7,71 TEST 3 221 2 325 172 92 6 196 178 15 520 7,87 TEST 4 670 2 298 262 43 10 304 77 3 210 13 500 7,66 TEST 5 367 2 193 176 9 598 80 15 750 7,78

Výsledky pH a koncentrace O2 pH vstupní OV okolo 7,5 až 8 probubláváním postupný nárůst na konečné hodnoty okolo 8,9 až 9,1 konc. O2 ve vstupní OV nulová, s probubláváním postupný nárůst, následně opětovný pokles až na 0 a následně opětovný nárůst u konc. O2 sledován totožný trend jak v poloprovozním reaktoru, tak v laboratoři Je za tento fenomén zodpovědná vysoká mikrobiální aktivita? Provedení dodatečného testu

Ověření mikrobiální aktivity v průběhu testu Výsledky Ověření mikrobiální aktivity v průběhu testu Dodatečný test ověření, že fenomén klesající koncentrace O2 je způsoben extrémně vysokou mikrobiální aktivitou Test proveden s OV z chovu prasat ve 3 opakováních v laboratoři, v průběhu probublávání průběžně odebírány vzorky pro mikrobiologická a chemická stanovení Vedle fyzikálně-chemických parametrů sledováno BSK5, CHSKCr a PLFA PLFA (Phospholipid Fatty-acid Analysis) – dle koncentrací různých fosfolipidových mastných kyselin a jejich poměrů umožňuje provést odhad zastoupení několika skupin mikroorganismů

Ověření mikrobiální aktivity v průběhu testu Výsledky Ověření mikrobiální aktivity v průběhu testu ← Vývoj koncentrací PLFA reprezentujících bakteriální osídlení (bacteria) a celkovou mikrobiální biomasu (total microbial biomas) spolu s vývojem konc. O2 ve vzorcích odebíraných v průběhu probublávání OV ↓Vývoj BSK5, CHSKCr spolu s vývojem konc. O2 ve vzorcích odebíraných v průběhu probublávání OV Výsledky ukazují, že v době, kdy došlo k poklesu koncentrací rozpuštěného O2 došlo k významnému nárůstu mikrobiální biomasy, který se posléze projevil také na významném poklesu koncentrací BSK5 a CHSKCr Lze tedy předpokládat, že pokles koncentrací O2 byl skutečně způsoben extrémně vysokou aktivitou aerobních bakterií

Teplota, Elektrolytická konduktivita a ORP Výsledky Teplota, Elektrolytická konduktivita a ORP Tyto parametry měřeny pouze v pilotním reaktoru Teplota dána provedením testů v letním období Elektrolytická konduktivita setrvale klesala ORP narůstalo, ovšem i přes dlouhodobé probublávání vzduchem zůstávalo v záporné oblasti

Kvalita výstupní OV z reaktoru po filtraci Výsledky Kvalita výstupní OV z reaktoru po filtraci Minimální a maximální účinnosti odstranění jednotlivých parametrů při provedených testech v poloprovozním reaktoru po filtraci přes slámový filtr jsou shrnuty v tabulce V případě Mg při testech 2 a 3 došlo k nárůstu jeho koncentrace oproti vstupní OV Tabulka ukazuje v absolutních číslech koncentrace složek struvitu v přečištěné OV a rozdíly koncentrací od vstupní OV Parametr Min. účinnost Max. účinnost Portho 63 % 96 % Namon 22 % 79 % CHSKCr 40 % 65 % NLs 32 %   Portho Namon Mg Cl- CHSKCr Ca NLs mg/l TEST 1 32 931 114 1280 1720 x 1172 Rozdíl od vstupu 691 767 29 -571 968 352 TEST 2 78 1160 216 1070 3260 43 1150 133 1044 -62 3221 1975 TEST 3 79 1120 222 1110 3876 37,7 142 1205 -50 -1018 2320 TEST 4 106 479 192 454 3654 3020 564 1819 70 -411 6650 190 TEST 5 64 4921 303 6790

Výsledky Kompostování Po provedení testů byl obsah slámového filtru kompostován spolu s přídavkem malého množství tzv. zeleného substrátu a dřevní štěpky. V průběhu procesu kompostování došlo k hygienizaci připraveného kompostu, což potvrdily mikrobiologické analýzy. Výsledný kompost nesplňuje některé parametry požadované pro rekultivační komposty. Je ovšem použitelný v místě svého vzniku a jelikož vykazuje vysoké koncentrace pomalu uvolnitelného fosforu a vysoký poměr C:N jedná se o kvalitní hnojivo.

Závěr Provedené testy potvrdily, že s využitím dávkování zdroje Mg a probublávání je možné odstranit část nutrientů ve formě struvitu z odpadních vod z chovu prasat Probublávání OV vede rovněž k nastartování intenzivní mikrobiální degradace přítomného organického znečištění a částečnému stripování amoniakálního dusíku Přečištěné vody jsou prosté zápachu a světle hnědé barvy Slámový filtr byl efektivní v odstraňování nerozpuštěných látek včetně struvitu a kompostováním jeho obsahu byl získán kvalitní kompost obohacený o struvit

Poděkování Děkujeme Technologické agentuře České republiky za finanční podporu, která umožnila provést popsané poloprovozní experimenty. Finanční podpora byla poskytnuta v rámci programu Alfa projektu Bioclean - Systém biotechnologického čistění odpadních vod v zemědělství a jejich recyklace TA01020573. Děkuji za pozornost. Michal Šereš Dekonta, a.s. michal.seres@dekonta.cz