Original title:
Získávání celulózy z městských odpadních vod a její energetické využití
Translated title:
Extracting Cellulose from Urban Wastewater and Energy Reuse
Authors:
Djordjevićová, Denisa ; Rusník, Igor (referee) ; Zeleňáková, Martina (referee) ; Hlavínek, Petr (advisor) Document type: Doctoral theses
Year:
2024
Language:
cze Publisher:
Vysoké učení technické v Brně. Fakulta stavební Abstract:
[cze][eng]
Celulóza je hojná organická sloučenina s vysokým energetickým potenciálem. V odpadních vodách se celulóza vyskytuje ve formě vláken z toaletního papíru. V západoevropských zemích Evropské unie se ročně spotřebuje až 15 kg toaletního papíru na osobu. Buničina z toaletního papíru, která končí na čistírně odpadních vod, tvoří 30 až 50 % nerozpuštěných látek obsažených v primárním čistírenském kalu. Separace celulózové frakce na primárním stupni čištění přispívá ke zlepšení celkového procesu čištění odpadních vod a tedy snižuje zatížení nerozpustnou organickou frakcí biologického stupně čištění odpadních vod a kalového hospodářství. V rámci své teoretické části výzkumu jsem se zaměřila na popis současných metod získávání celulózy z toaletního papíru, která se vyskytuje v primárním kalu městských splaškových odpadních vod a představuje energeticky atraktivní zdroj. Separace celulózy z odpadních vod směřuje k výrobě recyklovaných zdrojů a obnovitelné energie z bioenergetických zdrojů jako jsou biopalivo z biomasy, bioetanol a bioplyn. V praktické části disertační práce jsem se věnovala způsobu získání celulózy z přítoku odpadní vody na městské čistírně odpadních vod proséváním přes jemná síta s průlinami 0,3 mm. V rámci zpracování procesu bylo nutné primární celulózový kal gravitačně odvodnit a následně solárně usušit. Z připravené filtrační hmoty byly udělány celulózové pelety stlačením získaného celulózového kalu na požadovanou velikost. Pro určení energetické hodnoty celulózových pelet a možností jejich energetického znovupoužití byla použita technologie středně teplotní pyrolýzy. Proces zahrnoval pyrolýzu celulózových pelet na teplotě mezi 500 až 650 °C nad mezí termické stability přítomných organických látek v celulózových peletách. Během tohoto procesu docházelo k štěpení vazeb vysokomolekulárních látek na nízkomolekulární produkty. Při tomto termickém zpracování celulózového kalu pyrolýzou vznikly tři produkty: pevný uhlíkatý produkt, pyrolýzní olej a pyrolýzní plyn. Jedním z hlavních cílů disertační práce bylo definovat možnosti získávání celulózových vláken na přítoku na městských čistírnách odpadních vod. Dalším cílem disertační práce bylo určit potenciál materiálové transformace celulózových vláken a posoudit jejich energetické využití pomocí technologií středně teplotní pyrolýzy. V rámci možných instalací byl dále posouzen vliv separace celulózových vláken na biologický stupeň čištění odpadní vody a na kalové hospodářství.
Cellulose is an abundant organic compound with high energy potential. In wastewater, cellulose occurs in the form of toilet paper. In the Western European countries of the European Union, up to 15 kg of toilet paper per person is consumed annually. The pulp of toilet paper that ends up at the sewage treatment plant makes up 30 to 50 % of the insoluble substances contained in the primary sewage sludge. The separation of the cellulose fraction in primary wastewater treatment contributes to the overall improvement of the wastewater treatment process, consequently reducing the load on the biological treatment stage and improving sludge management. As part of my theoretical research, I focused on description of existing methods of extracting cellulose from toilet paper, that is found in the primary sludge of sewage wastewater and represents an energetically attractive resource. The separation of cellulose from wastewater can lead to the production of recycled resources and renewable energy from bioenergy sources such as biofuel from biomass, bioethanol and biogas. In the practical part of my dissertation, I focused on obtaining cellulose from the inflow of wastewater at a municipal wastewater treatment plant by sieving through fine screens with openings of 0.3 mm. Gravity dewatering and solar drying were required for the primary cellulose sludge during the processing. From the prepared filter mass, cellulose pellets were prepared by compressing the obtained cellulose sludge to the required size. Medium-temperature pyrolysis technology was used to determine the energy value of cellulose pellets and the possibilities of their energy reuse. The process involved heating cellulose pellets to a temperature between 500 and 650°C above the thermal stability limit of the organics present in the cellulose pellets. During this process, the bonds of high-molecular substances were split into low-molecular products. During the thermal processing of cellulose sludge by pyrolysis, three products were obtained: a solid carbonaceous product, pyrolysis oil and pyrolysis gas. One of the aims of this dissertation was to define the possibilities of obtaining cellulose fibers at the inflow of municipal wastewater treatment plants. Another goal of the dissertation was to determine the potential of material transformation of cellulose fibers and assess their energy utilization using medium-temperature pyrolysis technologies. As part of the possible installations, the influence of the separation of cellulose fibers on the biological stage and sludge management of wastewater treatment was assessed.
Keywords:
cellulose recycling; mechanical pretreatment; pyrolysis; solid carbonaceous product; Wastewater treatment; mechanické předčištění; pevný uhlíkatý produkt; pyrolýza; recyklace celulózy; Čištění odpadních vod
Institution: Brno University of Technology
(web)
Document availability information: Fulltext is available in the Brno University of Technology Digital Library. Original record: https://hdl.handle.net/11012/249646
guest ::
