Αναερόβια χώνευση Flashcards
Ποιοι είναι οι τρεις τύποι των χημικών και βιοχημικών αντιδράσεων που συμβαίνουν στην αναερόβια χώνευση;
Οι τρεις τύποι των χημικών και βιοχημικών αντιδράσεων που συμβαίνουν στην αναερόβια χώνευση είναι
- η υδρόλυση
- η ζύμωση (ο σχηματισμός διαλυτών οργανικών ενώσεων και οργανικών οξέων με μικρές αλυσίδες)
- η μεθανογένεση (η βακτηριακή μετατροπή των οργανικών οξέων σε μεθάνιο και διοξείδιο του άνθρακα)
Από ποια ομάδα οργανισμών πραγματοποιείται το τρίτο στάδιο, η μεθανογένεση;
Το τρίτο στάδιο, η μεθανογένεση, πραγματοποιείται από μια ομάδα οργανισμών που είναι γνωστοί ως μεθανογενετικοί.
Η μια ομάδα, που καλούνται μεθανογενετικοί οξυκλάστες, διασπούν το οξικό οξύ σε μεθάνιο και διοξείδιο του άνθρακα.
Η δεύτερη ομάδα οργανισμών, που καλούνται μεθανογενετικοί υδρογονοκλάστες, χρησιμοποιούν το υδρογόνο ως δότη ηλεκτρονίων και το CO2 ως δέκτη ηλεκτρονίων για την παραγωγή μεθανίου.
Να περιγραφεί το διάγραμμα ροής για την παραγωγή μεθανίου.
1η φάση (ΥΔΡΟΛΥΣΗ):
Η βιομάζα, δηλαδή οι μεγαλομοριακές ενώσεις, πρωτεϊνες, υδατάνθρακες, λίπη), υδρολύονται σε μικρομοριακές δηλαδή αμινοξέα, σάκχαρα, γλυκερίνη και λιπαρά οξέα με την βοήθεια προεραιτικά αναερόβιων βακτηρίων
2η φάση (ΠΑΡΑΓΩΓΗ ΟΞΕΩΝ):
Ετερότροφοι 70%:
Με ζύμωση παράγονται πτητικά λιπαρά οξέα, VFAs (προπιονικό οξύ, βουτιρικό οξύ, αλκοόλες μικρού μ.β. κ.α.)
Αυτότροφοι 30%:
Παράγεται οξικό οξύ, H2, CO2, με την βοήθεια των προαιρετικά αναερόβιων βακτηρίων.
Επίσης, απ’ τις πρωτεϊνες περισσεύει NH4+, HPO4(2-), H2S
3η φάση (Παραγωγή οξικού οξέος):
Με τα οξικοποιητικά βακτήρια παράγεται H2, CO2 και οξικό οξύ.
4η φάση (ΠΑΡΑΓΩΓΗ ΜΕΘΑΝΙΟΥ):
Με τα μεθανογενή βακτήρια παράγεται βιοαέριο (70% CH4, 30% CO2), αυστηρά αναερόβια.
(Η μια ομάδα, που καλούνται μεθανογενετικοί οξυκλάστες, διασπούν το οξικό οξύ σε μεθάνιο και διοξείδιο του άνθρακα. Η δεύτερη ομάδα οργανισμών, που καλούνται μεθανογενετικοί υδρογονοκλάστες, χρησιμοποιούν το υδρογόνο ως δότη ηλεκτρονίων και το CO2 ως δέκτη ηλεκτρονίων για την παραγωγή μεθανίου.)
Πώς μπορούμε να αυξήσουμε την απόδοση της αναερόβιας χώνευσης ως προς τον χώρο και τον χρόνο;
Για να αυξήσουμε την απόδοση ως προς τον χώρο και τον χρόνο, πρέπει να απεξαρτήσουμε την καταλυτική βιομάζα από τον χρόνο παραμονής του υποστρώματος, διότι ο χρόνος παραμονής των μικροοργανισμών είναι συγκριτικά μεγάλος.
(με καθίζηση διαχωρίζουμε τον υδραυλικό χρόνο με τον χρόνο παραμονής των στερεών, ώστε να γίνει ανακυκλοφορία της λάσπης)
Να γίνει το διάγραμμα ροής άνθρακα και υδρογόνου κατά την αναερόβια χώνευση.
σελ. 10
Σύνθετες οργανικές ενώσεις
-> H2
-> Οργανικά οξέα υψηλού μ.β.
-> Οξικό οξύ
Μετά:
οργανικά οξέα υψηλού μ.β.
-> H2
-> Οξικό οξύ
Μετά:
- H2 -> (με υδρογονοκλάστες) -> CH4 (30%)
- Οξικό οξύ (με οξικοκλάστες) -> CH4 (70%)
Τι γνωρίζεις για τα μεθανογενή βακτήρια; Ποιοι μικροοργανισμοί είναι υπεύθυνοι για την παραγωγή μεθανίου και τι κάνουν;
Τα μεθανογενή βακτήρια είναι υπεύθυνα για την υδρόλυση και την χώνευση και αποτελούνται από προαιρετικά και υποχρεωτικά αναερόβια βακτήρια.
Οι μικροοργανισμοί που είναι υπεύθυνοι για την παραγωγή μεθανίου είναι τα Αρχαία και είναι αυστηρώς υποχρεωτικά αναερόβια.
Τα Methanosarcina και Methanothrix είναι οι μοναδικοί οργανισμοί που είναι ικανοί να χρησιμοποιήσουν το οξικό οξύ για την παραγωγή μεθανίου και διοξείδιου του άνθρακα.
Οι άλλοι μικροοργανισμοί οξειδώνουν το υδρογόνο μαζί με το διοξείδιο του άνθρακα ως δέκτη των ηλεκτρονίων για την παραγωγή μεθανίου.
SOS
Από ποιους συντελεστές εξαρτάται η ανάπτυξη των αναερόβιων μ/ο;
Η ανάπτυξη των αναερόβιων μ/ο είναι μια συνάρτηση διαφόρων συντελεστών, όπως:
- HRT, SRT (υδραυλικός χρόνος παραμονής, χρόνος παραμονής στερεών)
- T (θερμοκρασία)
- ORP (οξειδωαναγωγικό δυναμικό)
- pH
- από το είδος των οργανικών συστατικών
SOS
Ποιοι είναι οι ανασταλτικοί παράγοντες στην αναερόβια χώνευση;
Σημαντικοί παράγοντες είναι (7):
(1) ο χρόνος παρακράτησης των στερεών, SRT
(2) ο υδραυλικός χρόνος παρακράτησης, HRT
(3) η θερμοκρασία, T
(4) η αλκαλικότητα
(5) το pH
(6) η παρουσία ουσιών παρεμπόδισης, π.χ. τοξικών υλικών
(7) η βιοδιαθεσιμότητα θρεπτικών και ιχνών μετάλλων
Οι τρεις πρώτοι παράγοντες είναι σημαντικοί στην επιλογή της διεργασίας.
Η αλκαλικότητα είναι συνάρτηση της τροφοδοσίας των στερεών και είναι σημαντική στην έλεγχο της διεργασίας της χώνευσης, όπως και το pH και οι ουσίες παρεμπόδισης.
Η παρουσία των απαραίτητων θρεπτικών και ιχνοστοιχείως είναι αναγκαία για τη βιολογική ανάπτυξη.
Πότε είναι ίσα το HRT με το SRT;
Όταν δεν υπάρχει καθίζηση.
Πού βασίζεται το μέγεθος του αναερόβιου χωνευτήρα;
Το μέγεθος του αναερόβιου χωνευτήρα βασίζεται στην παροχή αρκετού χρόνου παρακράτησης σε καλά αναμιγμένους αντιδραστήρες για να συμβεί σημαντική καταστροφή των πτητικών αιωρούμενων στερεών (VSS).
Τα κριτήρια που έχουν χρησιμοποιηθεί και αφορούν το μέγεθος είναι:
(1) ο χρόνος παρακράτησης των στερεών SRT, που είναι ο μέσος χρόνος που συγκρατούνται τα στερεά στη διεργασία της χώνευσης
(2) ο υδραυλικός χρόνος παρακράτησης HRT, που είναι ο μέσος χρόνος που συγκρατείται το υγρό στη διεργασία της χώνευσης.
Ποια είναι η διαφορά α’ βάθμιας με β’ βάθμια καθίζηση;
Η πρωτοβάθμια καθίζηση αφαιρεί μεγάλα σωματίδια που καθιζάνουν λόγω της βαρύτητας και αποτελείται κυρίως από ανόργανα σωματίδια.
Η ιλύς που παράγεται κατά την πρωτοβάθμια καθίζηση αποτελείται κυρίως από ανόργανα σωματίδια, λάσπη, άμμο και άλλα αιωρούμενα στερεά που καθιζάνουν λόγω της βαρύτητας.
Η α’ βάθμια έχει στερεά μεγάλου μεγέθους με οργανικό BOD και ανόργανο υλικό. Φεύγει περίπου το 20% του BOD και δεν μπαίνει για επεξεργασία (δεν είναι ενεργός ιλύς, είναι στερεά).
Η ιλύς από τη δευτεροβάθμια καθίζηση είναι κυρίως βιολογική.
Στην β’ βάθμια το οργανικό φορτίο μετατρέπεται σε στερεά (μπαίνει θολό νερό).
Αποτελείται κυρίως από οργανικά υλικά.
Ποιες δυσμενείς επιπτώσεις παρουσιάζει η αραιωμένη ιλύς στη λειτουργία του χωνευτήρα;
(1) μειωμένο HRT
(2) μειωμένη καταστροφή VS
(3) μειωμένη παραγωγή μεθανίου
(4) μειωμένη αλκαλικότητα
(5) αυξημένοι όγκοι βιοστερεών και υπερκείμενου
(6) αυξημένες απαιτήσεις θέρμανσης
(7) μειωμένη ικανότητα αφυδάτωσης
(8) αυξημένο κόστος άντλησης για τα βιοστερεά του υγρού
