Řízení procesu anaerobní digesce pomocí koncentrace rozpuštěného vodíku

Abstract

Dizertační práce se zaměřuje na možnosti monitorování a včasné detekce nestability procesu anaerobní digesce. Pro včasné odhalení této nestability disertační práce ověřuje možnost monitorování vodíku rozpuštěného v anaerobní suspenzi. Vodík představuje klíčový meziprodukt mnohofázového procesu anaerobní digesce. Význam rozpuštěného vodíku spočívá v jeho důležité roli při udržování rovnováhy mezi mikrobiálními společenstvy, která jsou zodpovědná za stabilní anaerobní rozklad organické hmoty. V rámci experimentální práce bylo provedeno pět experimentů jednostupňové mezofilní anaerobní digesce probíhaly v rotačním bubnovém bioreaktoru INFORS HT Terrafors IS, s různým typem substrátu - zbytky jídla z univerzitní menzy a kukuřičnou siláž - a různou intenzitou dávkování. Nadměrná koncentrace rozpuštěného vodíku by měla odhalit nestabilitu procesu dříve, než současně využívaná metoda založená na titraci organických kyselin a pufrovací kapacity. Nejslibnější výsledky poskytl poslední provedený experiment, ve kterém byla jako substrát využita kukuřičná siláž. V rámci tohoto experimentu se ukázalo, že množství rozpuštěného vodíku je nadějným parametrem pro detekci nestability anaerobní digesce. Jako kritické se ukázaly použité mikrosenzory rozpuštěného vodíku, které byly původně výrobci určeny pro mnohem čistší vodné vzorky, a které trpěly nedostatečnou citlivostí a krátkou životností při pravidelném měření. Navíc mohou být výsledky ovlivněny citlivostí na ostatní chemické sloučeniny obsažené v digestátu.

The dissertation focuses on the possibilities of monitoring and early detection of instability in the anaerobic digestion process. For the early detection of this instability, the dissertation verifies the possibility of monitoring hydrogen dissolved in anaerobic suspension. Hydrogen is a key intermediate in the multiphase anaerobic digestion process. The importance of dissolved hydrogen lies in its important role in maintaining the balance between microbial communities that are responsible for stable anaerobic decomposition of organic matter. As part of the experimental work, five experiments of single-stage mesophilic anaerobic digestion were carried out in the INFORS HT Terrafors IS rotary drum bioreactor, with different types of substrate - food residues from the university canteen and corn silage - and different dosing intensities. Excessive concentration of dissolved hydrogen should reveal process instability earlier than the currently used method based on titration of organic acids and buffer capacity. The most promising results were provided by the last experiment, in which corn silage was used as a substrate. In this experiment, the amount of dissolved hydrogen has been shown to be a promising parameter for detecting anaerobic digestion instability. The critical issue was the dissolved hydrogen microsensors used, which were originally designed by the manufacturer for much purer aqueous samples and suffered from insufficient sensitivity and short lifetime during regular measurements. In addition, the results may be affected by sensitivity to other chemical compounds contained in the digestate.