Search the digital library catalog

Abstract: Namen diplomskega dela je bil odstraniti oziroma zmanjšati koncentracijo težkih kovin, kot so Zn, Cu, Ni in Cd iz trdne frakcije digestata aktivnega blata po anaerobni digestiji, da bi omogočili njegovo uporabo v kmetijstvu. V sklopu diplomskega dela smo sintetizirali maghemitne nanodelce s ko-precipitacijo železovih Fe2+ in Fe3+ ionov, jih prevlekli s približno 3 nm debelo plastjo amorfnega SiO2 ter jih nadaljnje funkcionalizirali z derivatom GOPTS-bPEI, ki je v svoji strukturi bogat z aminskimi skupinami, znanimi kot kelatorji kovin. Aminske skupine smo uporabili za kelacijo kovin in posledično omogočili njihovo odstranitev. Po končani sintezi smo izvedli površinsko ATR-FTIR spektroskopijo in uspešno dokazali prisotnost želenih funkcionalnih skupin v nanodelcih. V diplomskem delu smo združili dve metodi za odstranjevanje težkih kovin iz trdnih materialov in jih uporabili na primeru digestata aktivnega blata. Združili smo kemijsko izluževanje s kislinami ter adsorpcijo kovin na modificirane magnetne nanodelce. Z združitvijo teh metod smo želeli povečati učinkovitost odstranitve težkih kovin. Pred adsorpcijo smo vzorce trdne frakcije digestata izpostavili kislinam. Najprej smo primerjali učinkovitost ekstrakcije glede na vrsto kisline, pri čemer smo uporabljali 0,2 M citronsko kislino in 0,2 M oksalno kislino, zraven tega smo preučevali še učinkovitost ekstrakcije glede na kontaktni čas. Za primerjavo smo izvedli tudi poskuse z digestati, pri katerih smo kovine ekstrahirali le z vodo. V drugem delu smo na pridobljenih ekstraktih izvedli poskuse adsorpcije kovin s sintetiziranimi modificiranimi magnetnimi nanodelci in tako preučili vpliv pH vrednosti ter vpliv mase nanodelcev na učinkovitost adsorpcije težkih kovin. Izračunali smo adsorpcijske kapacitete za posamezne kovine ter določili celokupno adsorpcijsko kapaciteto nanodelcev pri posameznem vzorcu. Koncentracije težkih kovin smo določili z atomsko adsorpcijsko spektroskopijo (AAS). Ugotovili smo, da se je iz testiranih vzorcev ob uporabi citronske kisline izlužilo največ cinka (dosegli smo kar 97,6 % učinkovitost), najmanj pa se ekstrahira bakra. Primerjava učinkovitosti ekstrakcije je pokazala, da je citronska kislina primernejša za izluževanje cinka, niklja in kadmija, oksalna kislina pa je primernejša v primeru bakra. Rezultati odstranjevanja težkih kovin z modificiranimi magnetnimi nanodelci so pokazali, da so nanodelci najučinkovitejši pri odstranjevanju niklja. Najvišjo adsorpcijsko kapaciteto smo dosegli v primeru cinku (24,0 mg/g). Najvišja celokupna adsorpcijska kapaciteta, ki smo jo dosegli, je bila 27,42 mg/g.
Keywords: odstranjevanje težkih kovin, digestat aktivnega blata, izluževanje kovin s kislino, adsorpcija, magnetni nanodelci
Published in DKUM: 08.10.2020; Views: 1234; Downloads: 104
Full text (1,69 MB)

Abstract: Anaerobna digestija (AD) je biološki proces, ki preoblikuje začetni substrat (ingestat) v želeni produkt (bioplin) in v trdni tekoči stranski produkt (digestat oziroma pregnito blato). Je široko uporabljena in fleksibilna tehnologija. Zaradi njene fleksibilnosti so za surovino pri postopku primerne različne vrste organskih snovi. Za surovino lahko zato uporabimo organske komunalne odpadke, blato pri čiščenju odpadnih voda, odpadke iz živilskopredelovalne industrije in kmetijske odpadke, kot so gnoj in ostanki rastlin. Digestat z bioplinom predstavlja končne izdelke anaerobne digestije (AD). Digestat je snov, bogata s hranili in se lahko uporablja kot gnojilo. Digestat ni kompost, čeprav ima nekaj podobnih značilnosti, razlika med njima je ta, da kompost proizvajajo aerobni mikroorganizmi, kar pomeni, da je za proces potreben kisik. Z uporabo digestata, namesto sintetičnih gnojil, ki so pridobljena iz zemeljskega plina, lahko prihranimo energijo, zmanjšamo porabo fosilnih goriv in ogljični odtis. V digestatu so vedno prisotni dušik, fosfor in kalij, teh pa v bioplinu ne najdemo. Glavna pomanjkljivost digestata je, da je mešanica hranil vedno vnaprej določena in je ni mogoče spremeniti. Namen magistrske naloge je bil določiti vsebnost težkih kovin, skupnega dušika in organske snovi v digestatu ter njihove merilne negotovosti. Merilna negotovost pomeni dvom v meritve, ki so bile izvedene. Je parameter, ki označuje območje razpršenih vrednosti in jih je mogoče smiselno pripisati merjeni veličini. V območju razpršenosti se nahaja prava vrednost rezultata. V teoretičnem delu so podrobneje opisane značilnosti anaerobne digestije in digestata ter merilne negotovosti. V eksperimentalnem delu pa so prikazane metode in rezultati določevanja merilne negotovosti vzorčenja in priprave v digestatu na podlagi meritev vsebnosti naših parametrov.
Keywords: Anaerobna digestija, digestat, merilna negotovost
Published in DKUM: 05.12.2019; Views: 1269; Downloads: 198
Full text (2,91 MB)

Abstract: Glavna produkta anaerobne razgradnje sta bioplin in presnovljen digestat, ki je bogat z makro in mikrohranili. Presnovljena biomasa je znana kot odlično gnojilo in je bolj homogena in bogata s hranili kot svež živalski gnoj. Možna je uporaba različnih surovin za izboljšanje učinkovitosti proizvajanja bioplina in večje vsebnosti hranil v presnovljeni biomasi. Raziskali smo kako substrati z različnimi vrstami dodanih snovi povečajo nastanek bioplina in obogatijo presnovljeno biomaso z dušikom, fosforjem in kalijem. Uporabljeni vzorci za analize so bili sestavljeni iz mešanice gnoja in inokuluma oz. iz mešanice gnoja, inokuluma ter dodanih različnih substratov (hranljivih surovin) kot so alge, odpadno olje, ostanki hrane, jedilni škrob in koruzna silaža. Med procesom anaerobne digestije smo spremljali volumen nastalega bioplina in vrednost pH digestata, s kivetnimi testi smo presnovljenemu digestatu merili vsebnost dušika in fosforja ter z atomsko emisijsko spektrometrijo določevali vsebnost kalija. Vsebnosti makrohranil (NPK) smo analizirali tudi v tekočih in trdnih umetnih gnojilih z znano sestavo ter primerjali dobljene vrednosti. Rezultati so pokazali, da so dodatki različnih hranljivih surovin povečali proizvodnjo bioplina glede na vzorce brez dodane hranljive snovi. Kot najboljša surovina se je izkazalo odpadno olje, sledijo mu koruzna silaža, jedilni škrob, ter ostanki hrane. Najmanj bioplina so proizvedle alge. Vrednost pH je celoten čas procesa ostajala v območju optimalnega intervala za metanogene bakterije. Rezultati analize NPK so pokazali, da je uporaba različnih surovin izboljšala vsebnost makrohranil. Najvišje vsebnosti kalija in dušika smo izmerili v vzorcih z dodanimi ostanki hrane in škrobom, najvišje vsebnosti fosforja pa pri vzorcih z dodanimi algami.
Keywords: Anaerobna digestija, proizvodnja bioplina, presnovljen digestat, NPK analiza
Published in DKUM: 21.08.2018; Views: 1346; Downloads: 439
Full text (6,08 MB)

Abstract: Cilj magistrskega dela je bil raziskati možnost zmanjšanja hidravlične obremenitve bioplinske naprave s tekočim digestatom v zimskih mesecih s tehniko dvostopenjskega vakuumskega uparjanja. V prvi stopnji je bil cilj iz digestata v čim večji meri odstraniti vodno raztopino amonijevih ionov (NH4+) in slednjo nevtralizirati z žveplovo(VI) kislino (H2SO4). Amonijev sulfat ((NH4)2SO4), označen tudi kot AS, ki nastane kot produkt nevtralizacije, je anorganska sol, ki je uporabna kot umetno gnojilo. Ker je vsebnost amonijevih ionov v (NH4)2SO4 nizka in volumen raztopine velik, so stroški transporta visoki. Zato je bila potrebna tudi druga stopnja uparjanja, s katero smo zmanjšali volumen vode in sol koncentrirali do sprejemljive meje, določene z masnim deležem AS, to je, 35 %. S spreminjanjem parametrov (temperature, tlaka, vrednosti pH) smo si prizadevali najti najboljše pogoje uparjanja in v skladu z zakonodajo določiti, ali se lahko AS uspešno uporabi kot gnojilo. Na podlagi eksperimentalnega dela smo izračunali masne in energijske bilance vakuumskega uparjanja. Med karakterizacijo digestata, vzorčenega v različnih časovnih obdobjih, je bilo ugotovljeno, da fizikalne in kemijske vrednosti nihajo, predvsem vsebnost amonijaka. S tem smo potrdili visoko odvisnost digestata od pogojev fermentacije. Med prvo stopnjo uparjanja, ki je potekala pri 40 °C, vrednosti pH digestata nismo spreminjali, saj je ta znašala 7, kar pomeni, da se je ves amonijak nahajal v hlapni obliki in je med med uparjanjem prehajal v kondenzat. Ugotovili smo tudi odvisnost stopnje uparjanja od koncentracije topljenca, to je, amonijaka. Ta je višja pri nižji koncentraciji topljenca. Po nevtralizaciji kondenzata prve stopnje je delež AS znašal 0,61 %. Med drugo stopnjo uparjanja smo želeno mejo AS v koncentratu, to je 35,62 %, dosegli pri 40 °C in vrednosti pH 5. Delež AS v kondenzatu je znašal 0,12 %. Na osnovi laboratorijskih poskusov smo ugotovili, da je delež digestata, ki po prvi stopnji uparjanja prehaja v koncentrat, 24 %, in delež, ki prehaja v kondenzat, enak 76 %. Po drugi stopnji uparjanja je delež, ki preide v koncentrat, enak 8 %, in delež, ki preide v kondenzat, enak 92 %.
Keywords: digestat, tekoča frakcija, vakuumsko uparjanje, umetno gnojilo
Published in DKUM: 09.03.2018; Views: 1560; Downloads: 151
Full text (2,22 MB)