Rotating bioreactors for sustainable hydrogen sulphide removal (LIFE + ENV/IT/075-BIOSUR )
17 Novembre 2014 - Cuoiodepur
Azione B.2 B.2 Preliminary tests to compare different type of support media and cleaning strategies; Action B 2.1 Work programme for prototype preliminary testing Action B 2.2 Start up of the prototype Action B 2.3 Preliminary tests Action B 2.4 Assessment of the preliminary test Action B 2.5 Process Modelling and optimization Action B 2.6 Process definition for optimized pre industrial scale tests
Azione B.2 B.2 Preliminary tests to compare different type of support media and cleaning strategies; Action B 2.1 Work programme for prototype preliminary testing Action B 2.2 Start up of the prototype Action B 2.3 Preliminary tests
Deliverable n 17_Work programme for prototype preliminary testing
Action B 2.4 Assessment of the preliminary test Action B 2.5 Process Modelling and optimization • Periodo I: start up dell’impianto Controllo pompescale e valvole Action B 2.6 Process definition for optimized pre industrial tests Controllo sensori Inoculo
What: prototipo visione frontale
Serbatoio soluzione di lavaggio
Aria da trattare
What: prototipo visione posteriore Aspiratore
Uscita prototipo connessa ad uno scrubber
Serbatoio di ricircolo
Serbatoio soda (opzionale) Autocampionatore
Serbatoio nutrienti
Pompe e valvole è stato verificato: •l’azionamento manuale e automatico delle valvole ed elettrovalvole; •l'azionamento del ventilatore; •l'azionamento della rotazione dei dischi; è stato verificato: •l'azionamento e range di funzionamento della pompa di ricircolo; •l'azionamento e range di funzionamento della pompa per il dosaggio dei nutrienti; •l'azionamento e range di funzionamento della pompa per il dosaggio della soda; •l'azionamento e range di funzionamento della pompa per il dosaggio della soluzione di lavaggio; •Il funzionamento del make up (con l'acqua di pozzo); •l'azionamento delle valvole testate precedentemente in assenza di acqua;
Sensori In questa fase si è verificata la connessione delle seguenti sonde installate sul sistema: •il flussimetro posto a valle del ventilatore con funzione di misuratore di portata e regolatore sul ventilatore; •il misuratore della portata del ricircolo; •il misuratore della portata di make up; •il misuratore di conducibilità posto all'interno della serbatoio di ricircolo; •il misuratore di torbidità posto all'interno della serbatoio di ricircolo; •il misuratore di livello posto all'interno della serbatoio di ricircolo; •il misuratore di pH posto all'interno della serbatoio di ricircolo; •il misuratore di pH posto nel primo settore del prototipo; •il misuratore di temperatura posto nel primo settore; •il misuratore delle perdite di carico nei vari settori; •il misuratore di livello nel serbatoio dei nutrienti, soda e soluzione di lavaggio; •il gascromatografo per la misura continua delle concentrazioni dell'idrogeno solforato tra ingresso e uscita;
Inoculo Reattore CSTR pH Temperatura [°C] Volume [litri] Solfuri [mg l-1] Solfati [mg l-1] Cloruri [mg l-1] Alcalinità [mg l-1 CaCO3] TSS [mg l-1] VSS [mg l-1]
Giorno 0 2,69
Giorno 60 2,89
13,3 400 1 277 1751
12 900 1 1288 -
0 671 -
0 376 TSS = VSS
Configurazione iniziale: •portata del flusso di ricircolo: 10 m3h-1; •portata del gas: 6500 m3 h-1; •decremento graduale del set point del pH da valori pari a quella dell’acqua di pozzo fino a valori prossimi a 3 in funzione della rapidità di attivazione delle reazioni biologiche (il pH nel tempo iniziale presentava un valore intorno ad 8); •rotazione dischi intermittente a 10 Hz (ovvero a 0,3 r.p.m. per 5 minuti e poi 25 minuti di stop);
Principio di funzionamento del prototipo La biomassa è adesa su dischi rotanti riempiti di poliuretano espanso parzialmente immersi in acqua. La rotazione dei dischi e, all’occorrenza, l’utilizzo di sistemi di lavaggio, applica sul biofilm di sforzi di taglio in grado di rimuovere la biomassa in eccesso e controllare le perdite di carico minimizzando i costi.
H2S O2
H+ SO4 --
Principio di funzionamento del prototipo
Osservazioni post collaudo •Si è osservato che l'aspirazione dovuta alla depressione della Torre 6 sviluppa una portata di circa 6000 metri cubi all'ora all'interno del prototipo. • Portata massima 12000 metri cubi all'ora •Per quanto riguarda la rotazione dell’albero del bioreattore è stata verificata la velocità massima di 2 giri al minuto. Criticità e guasti risolti: •Flussimetro •Perdite di soda dalla torre 6 •GC •Sostituzione di alcune valvole e correzione bug del pannello di controllo
Perdite di carico del letto vuoto Condizione
spruzzatori e spruzzatori e ricircolo in Altezza acqua 50 Rotazione dischi 1 rpm Rotazione dischi 1.7 rpm ricircolo in funzione funzione 10 m3h-1 cm nel prototipo (30 Hz) (50 Hz) 18 m3h-1 (portata (portata di massima) progetto)
1 2 3 3bis 4 4bis 5
x x x x x x
x x x x
x x x
7
Head Loss (mbar)
Condition 1 6
condition 2
5
condition 3
4
condition 4 condition 5
3 2 1 0 2000
4000
6000 8000 Flow ( m3h-1 )
10000
12000
Perdite di carico in varie configurazioni Perdite di carico del disco che si asciuga Perdite di carico all'interno del prototipo condizione 2
0,2 1,6 0,15
1,4
0,1
1,2
0,05
Head loss (mbar)
1
0,8
0 0
0,65 0,4 0,2 0
10
Variazione delle perdite di carico al variare della portata e velocità di rotazione dei dischi
15 20 25 6 t(min) 5 4 3 2 4-5 Comparto Comparto 5-6 1 0 10000 Head loss (mbar)
Head loss (mbar)
0,25
30
35
Velocità
Portata 3 rotazione dischi Portata 2 Portata 1
Comparto 6-7
Comparto 7-8
11000 Flow ( m3h-1 )
(giri min-1) 0,6 81 17 44 8…
Azione B.2 B.2 Preliminary tests to compare different type of support media and cleaning strategies; Action B 2.1 Work programme for prototype preliminary testing Action B 2.2 Start up of the prototype Action B 2.3 Preliminary tests Action B 2.4 Assessment of the preliminary test II: test velocità di rotazione Action B 2.5 Process Modelling and •Periodo optimization • Periodo III: test soluzioni di lavaggio • Periodo pre IV: portata di ricircolo Action B 2.6 Process definition for optimized industrial scale tests • Periodo V: test pH Deliverable n 19_Report on the start up test
Tests Test velocità di rotazione
Il programma prevedeva di testare differenti velocità di rotazione e studiare l’effetto della rotazione intermittente. Con i carichi e le portate sperimentate la rotazione intermittente è in grado di rimuovere la biomassa in eccesso, la rotazione continua o molto frequente ripulisce a fondo i biodischi. Velocità di rotazione sufficiente per la rimozione: 0,3 RPM tempo intermittente sperimentato: 1, 5, 15, 60, 90, 180, 240, 720 minuti e oltre. Test soluzioni di lavaggio Con i carichi e le portate sperimentate la sola rotazione è in grado di rimuovere la biomassa in eccesso. Le soluzioni di lavaggio verranno sperimentate successivamente. Similmente per Il dosaggio della soda nell’acqua di make up.
Tests Test portata di ricircolo Il programma prevedeva di testare differenti portate e studiare l’effetto della portata intermittente. Con i carichi e le portate sperimentate si evince che la portata intermittente non è la configurazione ideale per la corretta umidificazione del letto (questo aspetto è dipendente anche alla rotazione e portata d’aria). L’effetto del ricircolo sul distacco della biomassa è inferiore rispetto alla rotazione. La portata di ricircolo influenza la variazione di pH durante la procedura di make up. Test pH Il programma prevedeva di aumentare gradualmente il setpoint di pH per valutare i limiti della tecnologia per pH superiori. Con i carichi e le portate sperimentati non ci sono verificate precipitazione critiche di solfato di calcio e i rendimenti non sono variati. Risulta più difficoltoso mantenere il pH stabile.
Azione B.2 B.2 Preliminary tests to compare different type of support media and cleaning strategies; Action B 2.1 Work programme for prototype preliminary testing Action B 2.2 Start up of the prototype Action B 2.3 Preliminary tests Action B 2.4 Assessment of the preliminary test Action B 2.5 Process Modelling and optimization Action B 2.6 Process definition for optimized pre industrial scale tests
Preliminary tests • l'efficienza di rimozione misurata è risultata in media superiore all'80%; • la capacità di eliminazione risultano mediamente intorno a 90 g H2S m-3 bed h-1; • le perdite di carico tra ingresso e uscita sono risultate molto contenute (1-3 mbar).
Risultati: efficienza rimozione Rimozione specifica
Tempo di contatto EBRT
Consumo soda
Costi operativi
U.M.
Kg H2S d-1
s
Kg NaOH / Kg H2S removed
€ / Kg H2S removed
8 Scrubber
40-50
<4
30
13
Prototipo Biosur (RBBTF)
10-15
<4
-
<4 (stima)
Completed test Concentration (g S m-3)
250
Concentrazioni in ingresso e uscita di H2S (10 ore)
IN
200
OUT
150 100 50 0
Removal capacity (g S m-3 bed h-1)
0
1
2
4
5
t(h)
6
7
8
10
Capacità specifica di rimozione (per unità di volume di letto)
90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 0
10
20
30 T(d)
40
50
60
Rimozione biomassa per rotazione Valore del pH nel liquido di ricircolo in funzione della rotazione dei dischi 7
Ph
rotazione dei dischi 6 (5 minuti)
Rotazione on Solidi Sospesi
pH
5 Incremento dei solidi sospesi nel liquido di 4 ricircolo 3 2 1 0 0
5
10
15
20
25 T(h)
30
35
40
45
Rimozione biomassa per rotazione Valore del pH nel liquido di ricircolo in funzione della rotazione dei dischi 8
Ph Rotazione on
7 6
pH
5 4 3 2 1 0 0
150
300
450
600 T(min)
750
900
Azione B.2 B.2 Preliminary tests to compare different type of support media and cleaning strategies; Action B 2.1 Work programme for prototype preliminary testing Action B 2.2 Start up of the prototype Action B 2.3 Preliminary tests Action B 2.4 Assessment of the preliminary test Action B 2.5 Process Modelling and optimization Action B 2.6 Process definition for optimized pre industrial scale tests
Modello: Aquasim AQUASIM - Computer Program for the Identification and Simulation of Aquatic Systems http://www.eawag.ch/forschung/siam/software/aquasim/index Processi simulati: Idraulica del sistema Diffusione e avvezione Crescita biomassa Endogeno biomassa Equilibrio cariche nel sistema Equilibrio zolfo nel sistema Reattore liquido
Reattore biofilm
Reattore gassoso
L1
B1
G1
Link avvettivi Link diffusivi
Modello
Water Ric
L1
Lout
Serbatoio
L2
L3
B1
G1
Air Primo settore
B2
G2
L4
B3
G3
B4
G4
Gout
Azione B.2 B.2 Preliminary tests to compare different type of support media and cleaning strategies; Action B 2.1 Work programme for prototype preliminary testing Action B 2.2 Start up of the prototype Action B 2.3 Preliminary tests Action B 2.4 Assessment of the preliminary test Action B 2.5 Process Modelling and optimization Action B 2.6 Process definition for optimized pre industrial scale tests
Action B 2.6 • Apertura prototipo; • Valutazione dei composti (diversi dall’idrogeno solforato) rimossi; • Analisi dei risultati in corso per definire la configurazione ideale di funzionamento. Ridurre le oscillazioni del setpoint pH.
