Striparea
STRIPAREA
Tehnicile actuale utilizate pentru reducerea concentraţiei de azot din dejecţiile zootehnice se bazează preponderent pe două tipuri de intervenţii: prima constă în reducerea azotului proteic din regimul alimentar al animalelor; a doua constă în reducerea conţinutului de azot din dejecţii cu ajutorul tehnologiilor şi instalaţiilor de tratare a apelor uzate zootehnice înainte de utilizarea agronomică.
Procesele de tratare, fie ele fizico-mecanice precum separarea solid-lichid, sau biologice precum procesele de aerare sau cele de nitrificare/denitrificare (cu nămoluri active în reactoare tradiţionale sau în acelaşi reactor cu tehnologia Sbr - Sequencial batch reactor), permit reducerea mai mult sau mai puţin marcată a azotului din dejecţii, dar prezintă dezavantajul că determină pierderea unei părţi din azot în atmosferă, sub formă de amoniac.
DESCRIEREA PROCESULUI
Fracţia lichidă a apelor uzate digestate rezultată în urma separării, după filtrare, este preîncălzită şi pompată în regim continuu într-un bazin, în vederea corectării pH-ului, înainte de introducerea în instalaţia de tratare a amoniacului.
Este important de subliniat faptul că fazele de stripare şi absorbţie se desfăşoară în circuit închis în ceea ce priveşte fluxul de gaz, evitând astfel toate problemele asociate emisiilor de gaz în atmosferă.
Amoniacul, care în cadrul fazei de stripare trece din stare lichidă în stare gazoasă, este ulterior absorbit (în soluţie acidă) înainte de reutilizarea ulterioară la nivelul turnului de stripare.
Contactul bifazic dintre lichidul care conţine amoniac şi aerul de stripare se realizează în interiorul unei coloane cu corpuri de umplere, la temperaturi de funcţionare relativ ridicate, coloana trebuind să opereze în condiţii izotermice, la aproximativ55 °C.
Caracteristicile de construcţie specifice garantează menţinerea unei temperaturi constante şi a unor fluxuri constante de lichid şi gaz în fiecare secţiune a turnului.
Pentru a reduce la minimum consumul de energie termică, digestatul filtrat este preîncălzit într-un schimbător de căldură, unde se este propulsat în sens opus faţă de apele uzate care ies din partea de jos a coloanei de stripare. Un al doilea element de încălzire racordat la instalaţia de cogenerare energetică aduce temperatura apelor uzate aflate la intrarea în coloana de stripare la valoarea optimă, în vreme ce caracterul izotermic al coloanei este asigurat de tehnologiile speciale brevetate utilizate la realizarea instalaţiei. Schimbătoarele de căldură sunt dotate cu sistem de curăţare automată cu comandă PLC.
În condiţii de funcţionare, apele uzate coboară de-a lungul coloanei de stripare şi transferă amoniacul fluxului gazos care se deplasează în sens invers.
Aerul cu amoniac care iese din coloana de stripare este aspirat de un ventilator special şi trimis la baza coloanei de absorbţie. În coloana prevăzută cu inele de umplere, aerul cu amoniac este ridicat de un flux de acid sulfuric introdus prin partea de sus a coloanei cu ajutorul unei pompe.
Acidul sulfuric reacţionează cu amoniacul din aer, dând naştere la sulfatul de amoniu, până la atingerea unei valori prestabilite a pH-ului.
Când sulfatul de amoniu atinge valoarea prestabilită a pH-ului, acesta este extras automat, iar absorbitorul este reîncărcat cu acid sulfuric proaspăt.
Aerul lipsit de amoniac este reciclat la baza instalaţiei de stripare, obţinându-se în acest fel un circuit închis şi evitându-se emisiile în atmosferă.
Apele uzate care ies din partea de jos a coloanei de stripare sunt răcite într-un schimbător de recuperare a căldurii în contracurent, în vederea preîncălzirii apelor uzate de tratat aflate la intrarea în instalaţie, după care sunt transportate la bazinele de stocare în aşteptarea utilizării agronomice.
SULFATUL DE AMONIU RECUPERAT ÎN REZERVOARE SPECIALE POATE SĂ FIE COMERCIALIZAT ÎN CONDIŢII LEGALE, CU SPECIFICAREA UNEI CONCENTRAŢII MINIME DE 6% AZOT (potrivit Decretului legislativ nr. 217 din 29 aprilie 2006).
Schema simplificată blocuri pentru îndepărtarea Azotului
"Sistem inovator de tratare a dejecţiilor zootehnice pentru reducerea consumului de energie, reducerea impactului asupra mediului, reducerea consumului de apă şi obţinerea de produse cu o valoare agronomică ridicată"
În contextul acestui proiect, societatea ROTA GUIDO în parteneriat cu CRPA (Centrul de Cercetare asupra Produselor de Origine Animală) a definitivat teoria de verificare experiementală a eficienţei eliminării azotului din dejecţiile de bovine, supuse sau nu la procese de tratare anaerobă, cu ajutorul unei instalaţii de stripare la cald simplificate şi cu utilizarea de energie termică şi electrică obţinută prin utilizarea în scopuri energetice a biogazului produs prin digestie anaerobă.
Acest proiect răspunde măsurii 3.1 A din Planul Teritorial Regional (PRRITT) pentru Emilia Romagna (Concursul de proiecte din februarie 2004). Reducerea nivelului de azot din apele uzate zootehnice prin aplicarea tehnicii de stripare cu introducere de aer prevede trecerea amoniacului, prezent în dejecţii, printr-o soluţie acidă, astfel încât să se producă săruri de amoniu stabile. Pentru a facilita gestiunea soluţiei de săruri de amoniu, procesul de tratare poate fi prelungit până la cristalizarea sărurilor. Cantitatea de azot amoniacal care poate fi stripată de la nivelul dejecţiilor sau poate fi absorbită de o soluţie acidă depinde de două echilibre tehnice:
1) Echilibrul ionului de amoniac în aer şi în apă
2) Echilibrul de disociere a amoniului în soluţie
În orice caz, cu cât pH-ul şi temperatura au valori mai mari, cu atât va fi mai mare fracţia de amoniac liber. Activităţile planificate au avut ca scop în primul rând experimentarea procesului de stripare şi a eficienţei sale, iar în al doilea rând analizarea problematicii de gestiune a soluţiilor apoase de săruri de amoniu obţinute la scrubber şi în urma spălării cu soluţie acidă a zonei de stripare.
Activitatea experimentală asupra procesului de stripare a fost realizată în cadrul Întreprinderii Agricole Boldini situată în Basilicanova – Montechiarugolo (PR).
Obiectul principal de activitate al întreprinderii este creşterea de bovine de lapte.
Numărul de capete prezente aici se ridică la aproximativ 300. Dejecţiile produse sunt transferate la o staţie de stripare/separare.
Partea solidă este utilizată ca şi ameliorator pentru sol, în vreme ce partea lichidă este utilizată pentru alimentarea digestorului de tip plug-flow.
La ieşirea din instalaţia de biogaz, digestatul a fost transportat la instalaţia experimentată montată în cadrul întreprinderii.
Modul de amplasare al prototipului reactorului de stripare cu turn de spălare (scrubber) şi instrumentar pentru monitorizarea experimentală.
Principalii parametri monitorizaţi în cadrul fiecărui test au fost următorii:
1) caracteristicile chimice ale dejecţiilor (pH şi azot amoniacal): la începutul testului şi după fiecare oră de funcţionare
2) caracteristicile chimice ale dejecţiilor (pH, solide totale, azot total şi azot amoniacal): la începutul şi la finalul testului;
3) temperatura aerului în diferite puncte ale instalaţiei: în amonte şi în aval faţă de reactor, în interiorul masei dejecţiilor prezente în reactor, în amonte şi în aval faţă de scrubber şi în circuitul de apă caldă pentru încălzirea reactorului;
4) presiunea în aval şi în amonte faţă de reactorul de stripare;
5) concentraţia de azot amoniacal în fluxul de aer utilizat pentru stripare în amonte şi în aval faţă de dispozitivul de stripare şi în amonte şi în aval faţă de scrubber;
6) concentraţia de azot şi volumul soluţiei de sulfat de amoniu prezente în rezervorul scrubber-ului;
7) consumurile electrice: s-a instalat un analizor de reţea şi un contor de ore pentru fiecare dintre diferitele componente ale prototipului;
8) consumurile termice: încălzirea masei de dejecţii la începutul testului şi consumurile de menţinere în timpul introducerii de aer au fost monitorizate cântărind după fiecare oră butelia de gaz GPL utilizată pentru alimentarea cazanului.
Figură: punct de prelevare mostre de dejecţii lichide
Pentru a da şi mai multă relevanţă experimentului, s-a efectuat testul de stripare şi pentru dejecţiile de bovine neprocesate colectate direct de la grajduri. Rezultatele obţinute sunt prezentate în tabelele de mai jos:
Caracteristicile chimico-fizice ale dejecţiilor înainte de digestia anaerobă şi ale digestatului înainte şi după tratamentul de stripare
Caracteristicile chimico-fizice ale dejecţiilor înainte de digestia anaerobă şi ale digestatului înainte şi după tratamentul de stripare.
Variaţia parametrilor chimico-fizici ai dejecţiilor tratate şi reducerea conţinutului de azot amoniacal în cele două categorii de mostre.
Variaţia parametrilor chimico-fizici şi reducerea conţinutului de azot amoniacal la variaţia cantităţii de dejecţii încărcate în instalaţia de stripare.
Variaţia parametrilor chimico-fizici şi reducerea conţinutului de azot amoniacal la variaţia cantităţii de dejecţii încărcate în instalaţia de stripare.
Datele din tabele indică procente semnificativ
e de reducere a azotului. Consumul de energie specificat mai sus se referă la proba efectuată cu reactor pilot, unde striparea din motive experimentale nu a avut loc în regim continuu şi unde eficienţa energetică poate fi îmbunătăţită semnificativ dacă se optează pentru dispozitive de talie industrială, în locul reactoarelor mici pilot.
Trebuie să reamintim bineînţeles că produsul obţinut prin stripare, adică sulfatul de amoniu, poate fi utilizat integral ca şi îngrăşământ mineral pentru agricultură.