Biologiczne suszenie osadów chmielowych w kierunku ich energetycznego wykorzystania

Celem pracy była ocena możliwości wykorzystania osadu chmielowego (będącego odpadem i/lub produktem ubocznym z produkcji piwa) na cele energetyczne, a także dobór parametrów procesu biologicznego suszenia oraz wskazanie optymalnego wypełniacza. Ponadto, planowano określić, czy zastosowane parametry procesu biologicznego suszenia z dodatkiem strukturotwórczych wypełniaczy (frakcji podsitowej i paliwa alternatywnego tzw. RDF-u) przyczynią się do higienizacji i stabilizacji uzyskanego produktu, tak aby możliwe było jego długotrwałe przechowywanie (magazynowanie) przed poddaniem go procesowi spalania np. w zakładzie energetyki zawodowej. Proces biologicznego suszenia w porównaniu do metod suszenia konwencjonalnego jest znacznie dłuższy (trwa od 7 do 14 dni), ale jednocześnie mniej energochłonny i charakteryzuję się znikomym negatywnym wpływem na środowisko. W czasie trwania procesu do atmosfery emitowana jest głównie para wodna i śladowe ilości dwutlenku węgla.

Dr inż. Mateusz Malinowski¹

¹Katedra Inżynierii Bioprocesów, Energetyki i Automatyzacji, Uniwersytet Rolniczy w Krakowie, ul. Balicka 116b, 30-149 Kraków, Polska 

1.

Osad chmielowy został poddany procesowi biosuszenia w bioreaktorach laboratoryjnych typu BKB 100 w różnych wariantach napowietrzania odgrywającego kluczową rolę w procesie technologicznym. Doświadczenie zaplanowano tak, że osad był suplementowany przez dodatek różnego rodzaju materiałów strukturotwórczych (frakcja podsitowa wytwarzana z odpadów komunalnych i paliwo alternatywne), ponieważ proces nie zachodził dla niesuplementowanych odpadów. Proces kontrolowano za pomocą pomiaru temperatury odpadów i powietrza procesowego. Kolejno po 1 i 2 tygodniach prowadzenia procesu biosuszenia z bioreaktorów pobierano próbki odpadów do badań mikrobiologicznych, których celem była ocena zróżnicowania drobnoustrojów w analizowanym materiale oraz do badań fizyko-chemicznych, których celem była analiza zawartości wody (ocena efektu suszenia), węgla, substancji organicznej oraz pozostałych właściwości paliwowych.

2.

Analizy mikrobiologiczne, wykonane w trzech powtórzeniach obejmowały ocenę liczebności wybranych grup drobnoustrojów tj., bakterie wegetatywne i spoczynkowe (agar TSA, BTL Polska, hodowane w 37°C, 24h), grzyby pleśniowe (agar MEA, BTL Polska, hodowane w 24°C, 5 dni), promieniowce (agar Pochona, BTL Polska, hodowane w 28°C, 7 dni) i bakterie potencjalnie chorobotwórcze: Staphylococcus spp. (agar Champana, BTL Polska, hodowane w 37°C, 24h), Escherichia coli (agar TBX, BTL Polska, hodowane w 44°C, 24h), Salmonella spp. i Shigella spp. (agar SS, BTL Polska, hodowane w 37°C, 24h), Enterococcus faecalis (agar SB, BTL Polska, hodowane w 37°C, 48h), Clostridium perfringens (agar SC, BTL Polska, hodowane w 37°C, 24h), których obecność może stanowić zagrożenie z epidemiologicznego punktu widzenia i jest ważnym sygnałem informującym o skażeniu mikrobiologicznym. Przy pomocy pH–metru (Elmetron, Polska) zbadano odczyn wszystkich próbek [3]. Po okresie inkubacji zliczono wyrośnięte kolonie, wyniki podając w jednostkach tworzących kolonie na gram suchej masy próbki (CFU·g–1 s.m.). Przeprowadzono również wstępną identyfikację drobnoustrojów z wykorzystaniem kluczy diagnostycznych [1].

3.

Przebieg procesu był monitorowany za pomocą sond temperatury typu PT1000 umieszczonych w odpadach i ponad nimi. Bioreaktor posiadał osłonę termiczną ograniczającą straty energii pochodzącej z rozkładu materii organicznej prowadzonej przez mikroorganizmy tlenowe. Zastosowane natężenia przepływu powietrza zapewniały suszenie materiału, przy niskiej stracie węgla, a więc w efekcie uzyskanie wysokiej wartości wskaźnika biosuszenia. W próbkach materiałów pobranych okresowo z bioreaktorów oceniono zawartość wody (i suchą masę), straty prażenia (zawartość substancji organicznej) oraz zawartość popiołów. Analizie poddano także zawartość węgla oraz kaloryczność badanych odpadów tj. ich ciepło spalania i wartość opałową skorygowaną na podstawie pomiarów azotu, wodoru i siarki.

1. Domsch, K.H., Gams, W., Anderson, T.H., 1980. Compendium of Soil Fungi, Academic Press, London.
2. Holt, J.G. (Ed.), 1994. Bergey’s manual of determinative bacteriology, ninth ed. Williams & Wilkins, Baltimore.
3. Wolny-Koładka K., Żukowski W. 2019. Mixed municipal solid waste hygienisation for refuse-derived fuel production by ozonation in the novel configuration using fluidized bed and horizontal reactor. Waste and Biomass Valorization, 10(3): 575-583. DOI: 10.1007/s12649-017-0087-7.