Rotating bioreactors for sustainable hydrogen sulphide removal (LIFE + ENV/IT/075-BIOSUR ) 17 Novembre Cuoiodepur

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1 Rotating bioreactors for sustainable hydrogen sulphide removal (LIFE + ENV/IT/075-BIOSUR ) 17 Novembre Cuoiodepur

2 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

3 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 programmefor 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 Action B 2.6 Process definition for optimized Controllo pre industrial pompe scale e valvole tests Controllo sensori Inoculo

4 What: prototipo visione frontale Serbatoio soluzione di lavaggio Aria da trattare

5 What: prototipo visione posteriore Aspiratore Uscita prototipo connessa ad uno scrubber Serbatoio di ricircolo Serbatoio soda (opzionale) Autocampionatore Serbatoio nutrienti

6 Pompee 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;

7 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;

8 Inoculo Reattore CSTR Giorno 0 Giorno 60 ph 2,69 2,89 Temperatura [ C] 13,3 12 Volume [litri] Solfuri [mg l -1 ] 1 1 Solfati [mg l -1 ] Cloruri [mg l -1 ] Alcalinità [mg l -1 CaCO3] 0 0 TSS [mg l -1 ] VSS [mg l -1 ] - TSS = VSS Configurazione iniziale: portata del flusso di ricircolo: 10 m 3 h -1 ; portata del gas: 6500 m 3 h -1 ; decremento graduale del set pointdel 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);

9 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. H 2 S O 2 H+SO 4 --

10 Principio di funzionamento del prototipo

11 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 metri cubi all'ora Per quanto riguarda la rotazione dell albero del bioreattoreè 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

12 Perditedi carico delletto vuoto Head Loss (mbar) Condizione Altezza acqua 50 cm nel prototipo Rotazione dischi 1 rpm (30 Hz) Rotazione dischi 1.7 rpm (50 Hz) spruzzatori e ricircolo in funzione 10 m 3 h -1 (portata di progetto) spruzzatori e ricircolo in funzione 18 m 3 h -1 (portata massima) 1 2 x 3 x x 3bis x x 4 x x x 4bis x x x 5 x x Condition 1 condition 2 condition 3 condition 4 condition Flow ( m 3 h -1 )

13 Perdite di carico invarie configurazioni Head loss (mbar) 0,25 0,2 0,15 0,1 0,05 0 Perdite di carico del disco che si asciuga Head loss (mbar) 1,6 1,4 1,2 1 0,8 Perdite di carico all'interno del prototipo condizione 2 0 0, ,4 t(min) 5 0, Comparto Comparto 5-6 Comparto 6-7 Comparto Flow ( m 3 h -1 ) Head loss (mbar) Variazione delle perdite di carico al variare della portata e velocità di rotazione dei dischi Portata 3 Portata 2 Portata 1 Velocità rotazionedischi (giri min -1 ) 0,

14 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 Periodo optimization II: test velocità di rotazione Periodo III: test soluzioni di lavaggio Action B 2.6 Process definition for optimized Periodo pre IV: portata industrial di ricircolo scale tests PeriodoV: test ph Deliverable n 19_Report on the start up test

15 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.

16 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 setpointdi 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.

17 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

18 Preliminarytests l'efficienza di rimozione misurata è risultata in media superiore all'80%; la capacità di eliminazione risultano mediamente intorno a 90 g H 2 Sm -3 bed h -1 ; le perdite di carico tra ingresso e uscita sono risultate molto contenute(1-3 mbar).

19 Risultati:efficienza rimozione Rimozione specifica Tempo di contatto EBRT U.M. Kg H 2 S d -1 s Kg NaOH/Kg H 2 Sremoved Consumo soda Costi operativi /Kg H 2 S removed 8 Scrubber < Prototipo Biosur (RBBTF) <4 - <4 (stima)

20 Completedtest Concentration (g S m -3 ) Removal capacity(g S m -3 bed h -1 ) Concentrazioni in ingresso e uscita di H 2 S (10 ore) t(h) Capacità specifica di rimozione (per unità di volume di letto) T(d) IN OUT

21 7 6 Rimozione biomassa per rotazione Valore del ph nel liquido di ricircolo in funzione della rotazione dei dischi rotazione dei dischi (5 minuti) Ph Rotazione on Solidi Sospesi 5 Incremento dei solidi sospesi nel liquido di ricircolo 4 ph T(h)

22 Rimozione biomassa per rotazione Valore del ph nel liquido di ricircolo in funzione della rotazione dei dischi 8 7 Ph Rotazione on 6 5 ph T(min)

23 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

24 Modello: Aquasim AQUASIM - Computer Program for the Identification and Simulation of Aquatic Systems 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 Link avvettivi Link diffusivi L1 B1 G1

25 Water Modello Ric Lout Serbatoio L1 L2 L3 L4 B1 B2 B3 B4 Air G1 G2 G3 G4 Gout Primo settore

26 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

27 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.