TOC/TN Measurement for the Control and Evaluation of Methane Fermentation of Food Waste using TOC and TN Measurement System

Význam tématu

Metoda měření celkového organického uhlíku (TOC) a celkového dusíku (TN) je klíčová pro kontrolu a vyhodnocení bioplynové výroby z potravinářského odpadu formou metanové fermentace. Přesné stanovení poměru C/N suroviny umožňuje stabilní průběh procesu, optimalizaci produkce metanu a posuzování kvality zbytkového digestátu jako hnojiva.

Cíle a přehled studie / článku

Průmyslový výzkumný institut prefektury Šizuoka (IRI Shizuoka Pref.) zkoumá efektivní a cenově přijatelné metanové fermentační systémy pro malé potravinářské provozy. Studie představuje:

• Vývoj přenosné pilotní pilotní stanice s 1 000 l fermentační nádrží.
• Laboratorní validaci fermentace různých druhů potravinářského odpadu.
• Vyhodnocení fermentačních parametrů včetně účinnosti produkce plynu a rozkladu organické hmoty.

Použitá metodika

Vzorky kalu potravinářského odpadu a výpust fermentace obsahující pevné částice byly homogenizovány ultrazvukem a naředěny ultrapure vodou. Analýza probíhala na základě spalovací metody TOC (TC–IC) a TN s následujícími podmínkami:

• Měření TOC a TN v režimu optické detekce CO2 (TOC) a chemiluminiscenčního detektoru (TN).
• Single-point kalibrace pro TOC (200 mgC/l), IC (100 mgC/l) a TN (100 mgN/l).

Použitá instrumentace

• Shimadzu TOC-LCPH (total organic carbon analyzer) s High Suspension Kit pro vzorky s vysokým obsahem pevných částic.
• TNM-L (total nitrogen unit) pro stanovení celkového dusíku.
• Ultrazvukový homogenizátor pro rozrušení suspendovaných pevných částic.
• Ultrapure voda pro ředění vzorků.

Hlavní výsledky a diskuse

Analýza ukázala, že více než 90 % organických látek bylo rozloženo během fermentace (pokles TOC z 5 445 mg/l na 374 mg/l). Koncentrace TN zůstala zachována (212 mg/l vs. 221 mg/l), což potvrzuje využitelnost digestátu jako hnojiva. Výsledky potvrdily, že stanovení TOC je oproti běžnému COD méně závislé na podmínkách analýzy a dovoluje spolehlivou kvantifikaci rozkladu organické hmoty.

Přínosy a praktické využití metody

Metoda umožňuje:

• Optimalizaci C/N poměru suroviny pro stabilní fermentaci.
• Kvantifikaci účinnosti produkce bioplynu a rychlosti rozkladu organických látek.
• Hodnocení výstupního digestátu z hlediska obsahu dusíku a možného využití jako kvalitního hnojiva.

Budoucí trendy a možnosti využití

Očekávané směry rozvoje zahrnují:

• Integraci online monitoringu TOC/TN pro automatizované řízení fermentačních procesů.
• Rozšíření metod na měření dalších živin a stopových prvků v reálném čase.
• Komercializaci kompaktních přenosných laboratorních jednotek pro přímo na provozech.

Závěr

Implementace systému Shimadzu TOC-L a TNM-L pro analýzu metanové fermentace potravinářského odpadu poskytuje spolehlivá data pro optimalizaci procesu, maximalizaci bioplynu a využití digestátu. Tato metodika nabízí rychlý, reprodukovatelný a méně závislý přístup k hodnocení organické hmoty ve srovnání s tradičními COD testy.

Reference

• Shimadzu Corporation: Application News No. O65, First Edition January 2018.