Lietesakeuden vaikutus biokaasuprosessiin
LIETESAKEUDEN VAIKUTUS BIOKAASUPROSESSIIN Laboratoriotason lietemädätyskokeet Laura Kannisto 2014 Bioliike-projektia (v. 2013-2014) rahoitetaan Etelä-Suomen EAKR-ohjelmasta SISÄLLYS 1 TAUSTA JA TAVOITTEET ...................................................................................... 1 2 KOEJÄRJESTELYT ................................................................................................... 1 2.1 Reaktoreiden syöttö ja poisteenotto .................................................................... 2 2.2 Syötemateriaalit ................................................................................................... 2 3 TULOKSET ................................................................................................................ 3 3.1 Lietesakeuden vaikutus prosessin tilaan ............................................................. 3 3.2 Kuormitusnoston vaikutus prosessin tilaan. ........................................................ 6 3.3 Flotaatiolietteen lisäyksen vaikutus prosessin tilaan. .......................................... 8 3.4 Eri lietteillä syötettävien biokaasureaktoreiden vertailu (4,2 kgVS/m3vrk ja sakeus 10 %) ............................................................................................................... 10 4 JOHTOPÄÄTÖKSET ............................................................................................... 12 Lietesakeuden vaikutus biokaasuprosessiin 1 TAUSTA JA TAVOITTEET Bioliike-projektissa kartoitettiin Suomen kaikkien lietemädättämöjen tilannetta, mm. niihin syötettävien lietteiden sakeuden ja prosessitoiminnan kannalta. Selvityksestä laadittiin oma projektiraportti: Milla Salmela, Maritta Kymäläinen, Lietemädättämöselvitys. Suomen lietemädättämöjen kuormitustarkastelu. Selvitys osoitti, että mädättämöjä ajetaan käytännössä kovin alhaisilla kuormituksilla, ja useilla toimijoilla oli tarvetta lisätä käsittelykapasiteettia. Tähän mädättämöreaktorin toiminnan tehostaminen voisi tarjota mahdollisuuden ilman suuria uusia investointeja. Käytännössä olikin tarpeen selvittää, miten korkeisiin sakeuksiin ja reaktorikuormitukseen lietemädättämöissä voitaisiin päästä. Tätä varten hankkeessa toteutettiin perusteellinen, pitkäkestoinen (n.vuoden mittainen) lietetutkimus koereaktoreilla HAMKin ympäristöbiotekniikan laboratoriossa. Tavoitteena oli selvittää lietesakeuden ja reaktorikuormituksen vaikutusta mädätysprosessiin ja biokaasuntuottoon. Lisäksi koejaksolla tutkittiin, miten flotaatiolietteen lisääminen syöteseokseen vaikuttaa prosessiin. Tutkimuksessa käytettiin kahden eri jätevedenpuhdistamon lietteitä (A ja B). 2 KOEJÄRJESTELYT Koejakso suoritettiin HAMKin Visamäen yksikön ympäristölaboratoriossa kolmella nestetilavuudeltaan 3,5-litraisella reaktorilla (Kuva 1). Reaktoreissa on vesivaippalämmitys, jolla lämpötila oli säädetty 35 °C:een; lämpötila, johon koejaksolla käytetyt ympit olivat sopeutuneet. Syöttöputki laskeutuu nestepinnan alle. Reaktoreissa on ajastettu sekoitus. Kaasumittaukseen käytettiin BioProcess Controlin AMPTS-laitteiston kaasunmittauskennostoa. Kuva 1. Kaasunmittauskennosto (vasemmalla) ja 3,5 litran koereaktorit 1 Lietesakeuden vaikutus biokaasuprosessiin 2.1 Reaktoreiden syöttö ja poisteenotto Reaktoreita syötettiin viitenä päivänä viikossa, myös kuormitukset ja viipymäajat oli laskettu viidellä päivällä. Syöteseos koostui tiivistetyn ja linkokuivatun lietteen seoksesta. Seostussuhde määräytyi tavoitellun sakeuden mukaan. Ennen poisteenottoa reaktoreiden massa sekoitettiin hyvin. Poisteputkessa ollut massa palautettiin reaktoriin ja varsinainen poiste otettiin reaktoripöntössä olleesta massasta, joka oli seonnut tasaisesti koko vuorokauden ajan. Poisteesta mitattiin päivittäin pH sekä kerran tai kaksi kertaa viikossa tehtiin tarkemmat analyysit. 2.2 Syötemateriaalit Reaktoreissa käytettiin ymppinä saman jätevedenpuhdistamon biokaasureaktorin poistetta, jonka lietettä käytettiin syötteenä. Lietteistä tutkittiin kuiva-aineen (TS) ja orgaanisen aineksen (VS) pitoisuus (SFS 3008) sekä kokonaistyppi (Kjeldahl) ennen kuin niitä käytettiin syötteenä. Taulukko 1. Syöte Koejaksolla käytettyjen jätevedenpuhdistamolietteiden analyysitulokset. TS % VS % VS/TS N Al Fe Cu mg/g ka Zn S 3,6 2,2 0,61 39,9 7 100 69 000 420 480 5 700 22,4 12,9 0,58 44,6 9 000 68 500 150 390 4 500 0,09 0,05 0,58 8,4 15 400 15 200 <10 <10 22 500 tiivistetty liete 2,3 1,8 0,77 61,1 linkokuivattu liete 12,6 9,4 0,75 58,7 Puhdistamo A tiivistetty liete linkokuivattu liete flotaatioliete Puhdistamo B Puhdistamon A lietteiden kohdalla keskiarvot neljästä eri liete erästä (metallit yhdestä), flotaatiolietteestä yhdestä, Puhdistamo B:n lietteiden kohdalla keskiarvot samasta erästä kolmeen eri kertaan tehdyistä analyysistä. Metallit analysoitu Novalabilla, muut HAMK:n laboratoriossa. Jätevedenpuhdistamolla A biokaasureaktorin syötteenä käytetään painovoimaisesti tiivistettyä lietettä. Osa laitoksella syntyvästä lietteestä linkokuivataan ja lähetetään toisaalle mädätettäväksi. Flotaatioliete on otettu jätevedenpuhdistuksen viimeisestä vaiheesta. Laitoksella tämä liete sekoitetaan muihin lietteisiin ja syötetään bioreaktoriin. B puhdistamolla syötelietteenä käytetään lingottua lietettä. Koejaksolla sitä laimennettiin linkoukseen menevällä lietteellä. 2 Lietesakeuden vaikutus biokaasuprosessiin 3 TULOKSET Koejakson aikana syöttöjen yhteydessä tarkkailtiin biokaasuntuottoa. Vähintään kerran syötemuutoksesta tehtiin biokaasun koostumusmittaus (Geotech GA 2000 Plus). Tämä tapahtui syötejakson loppupuolella. Prosessin tilaa seurattiin poisteesta tehdyillä analyyseillä, kerran tai kaksi viikossa. Näihin analyyseihin kuuluivat pH, alkaliteetti (titraus), haihtuvat rasvahapot (titraus), ammoniumtyppi (Kjeldahl), kemiallinen hapenkulutus (Hach Lange), kuiva ja orgaaninen aines (SFS 3008). Jokaisen syötejakson loppupuolella määritettiin myös kokonaistyppi (Kjeldahl). Tulokset on laskettu vastaamaan viiden vuorokauden syöttöä. Jos nämä lasketaan viikon jaksolle, niin esim. kuormitus 2 kgVS/m3vrk vastaa arvoa 1,4 kgVS/m3vrk ja arvo 15,5 vrk vastaa arvoa 22 vrk. 3.1 Lietesakeuden vaikutus prosessin tilaan Sakeuden muuttuminen syötteessä vaikuttaa myös muihin syöttöparametreihin, kuormitustasoon ja viipymäaikaan. Tästä syystä sakeuden muutosta tutkittiin kahdella reaktorilla, joissa toisessa sakeuden lisäksi vakioitiin kuormitus (2 kgVS/m3vrk) ja toisessa viipymä (15,5 vrk). Sakeus nostettiin 5 %:sta pikkuhiljaa 12 %:iin, jonka seurauksena viipymä piteni 15,5 vrk:sta 32 vrk:een. Toisessa tapauksessa kuormitus nousi arvosta 2 kgVS/m3vrk arvoon 4,6 kgVS/m3vrk. Sakeuden nostamista testattiin puhdistamon A lietteillä. 600 l/kgVS vko 500 400 300 200 100 0 5% 6% 8% 10% 12% 12% 10% 2kgVS / 2kgVS 2kgVS / 2,4kgVS 2kgVS / 3,3kgVS 2kgVS / 4,2kgVS --kgvS / 4,6kgVS --kgvS / 5kgVS --kgvS / 5kgVS 15,5d / 15,5d 20d / 15,5d 26d / 15,5d 32d / 15,5d ---d / 15,5d ---d / 13,3d ---d / 11,3d nouseva HRT (2kgVS) Kuva 2. nouseva OLR (15,5d) Sakeuden noston vaikutus tuottoon (l/kgVS viikossa) Syötesakeuden nouseminen 10 %:iin ei häirinnyt, kummassakaan tapauksessa, biokaasutuottoa. Reaktori, jossa kuormitus pysyi vakiona sakeuden noustessa, tuotti 10 %:n sakeudella n. 70 l/kgVS viikossa paremmin kuin sakeudella 5 %, mikä todennäköisesti johtui viipymäajan pitenemisestä. Reaktorissa, jossa viipymä pysyi vakiona, ei biokaasuntuotossa tapahtunut 3 Lietesakeuden vaikutus biokaasuprosessiin suurta muutosta sakeuden noustessa. Syötteen kuiva-ainepitoisuuden ollessa 10 %, viipymä laski 15,5 vrk:sta 11,3 vrk:een, mikä romahdutti biokaasutuoton. Kun syötesakeus nousi TS-arvoon 12 % (ORL 4,6 kgVS/m3vrk, HRT 15,5 vrk) biokaasutuotto (orgaanista ainesta kohti) laski. Biokaasun tuoton laskuun syynä voi olla liian suuri sakeus hajoamisprosessin kannalta, mutta todennäköisemmin syy löytyy reaktoreiden ominaisuuksista: reaktorimassan sakeutuessa sekoitustulos huononee, mikä heikentää hajoamista ja alentaa kaasutuottoa. Sakeamman syöteseoksen myötä kasvoi myös reaktoriin syötetty typpipitoisuus (arvosta 1,7 gN/kg arvoon 4,9 gN/kg). Tämä nosti reaktorin ammoniumtyppipitoisuutta. Sakeudella 5 % reaktoreiden ammoniumtyppipitoisuudet olivat n. 1,5 g/kg, kun ne sakeudella 10 % nousivat kaksinkertaisiksi. 4,5 4,0 3,5 g/kg 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0,0 5% 6% 8% 10% 12% 2kgVS / 2kgVS 2kgVS / 2,4kgVS 2kgVS / 3,3kgVS 2kgVS / 4,2kgVS --kgvS / 4,6kgVS 15,5d / 15,5d 20d / 15,5d 26d / 15,5d 32d / 15,5d ---d / 15,5d nouseva HRT (ORL 2kgVS) Kuva 3. nouseva OLR (HRT 15,5d) Sakeuden noston vaikutus reaktoreiden ammoniumtyppipitoisuuteen. Ammoniumtyppipitoisuuden kasvu näkyy myös kohonneissa pH-arvoissa. 8,4 8,2 8,0 7,8 7,6 7,4 7,2 7,0 6,8 5% 6% 8% 10% 12% 2kgVS / 2kgVS 2kgVS / 2,4kgVS 2kgVS / 3,3kgVS 2kgVS / 4,2kgVS --kgvS / 4,6kgVS 15,5d / 15,5d 20d / 15,5d 26d / 15,5d 32d / 15,5d ---d / 15,5d nouseva HRT (ORL 2kgVS) Kuva 4. nouseva OLR (HRT 15,5d) Sakeuden noston vaikutus reaktoreiden pH-arvoihin. 4 Lietesakeuden vaikutus biokaasuprosessiin Samaa tahtia ammoniumtyppipitoisuuden noustessa nousi myös alkaliteettipitoisuus. Alkaliteetti 10 %:n sakeudella oli noin kaksinkertainen 5 %:n sakeuteen verrattuna. 14000 12000 mgCaCO3/l 10000 8000 6000 4000 2000 0 5% 6% 8% 10% 12% 2kgVS / 2kgVS 2kgVS / 2,4kgVS 2kgVS / 3,3kgVS 2kgVS / 4,2kgVS --kgvS / 4,6kgVS 15,5d / 15,5d 20d / 15,5d 26d / 15,5d 32d / 15,5d ---d / 15,5d nouseva HRT (ORL 2kgVS) Kuva 5. nouseva OLR (HRT 15,5d) Sakeuden noston vaikutus reaktoreiden alkaliteettiarvoon. Prosessista tehtyjen ammoniumtyppi- ja alkaliteettianalyysien perusteella prosessi toimi hyvin koko ajan. Kuitenkin haihtuvien rasvahappojen ja kemiallisen hapenkulutuksen tuloksista voidaan nähdä prosessissa häiriintymistä syötesakeuden noustessa 6 %:sta 8 %:iin (Kuva 6Virhe. Viitteen lähdettä ei löytynyt.). Ongelmia oli erityisesti reaktorissa, jossa kuormitus nousi sakeuden noustessa. Ongelmat näkyivät suurena hajontana eri aikaan viikosta tehtyjen analyysien välillä. Vaihtelua oli havaittavissa syöttöjakson alussa, muutaman viikon ajan, tämän jälkeen tilanne tasaantui. Vastaavaa ongelmaa ei esiintynyt myöhemmin. 1200 1000 mg/l 800 600 400 200 0 5% 6% 8% 10% 12% 2kgVS / 2kgVS 2kgVS / 2,4kgVS 2kgVS / 3,3kgVS 2kgVS / 4,2kgVS --kgvS / 4,6kgVS 15,5d / 15,5d 20d / 15,5d 26d / 15,5d 32d / 15,5d ---d / 15,5d nouseva HRT (ORL 2kgVS) Kuva 6. nouseva OLR (HRT 15,5d) Sakeuden noston vaikutus haihtuviin rasvahappoihin 5 Lietesakeuden vaikutus biokaasuprosessiin Syötesakeuden kasvaessa myös poisteen sakeus kasvoi. Kuiva-aineen vähenemä pysyi tasaisena n. 35 ± 10 %, syötesakeuteen 10 % asti. Syötesakeuden noustua 12 %:iin, kuiva-aineen reduktio laski 13 %. Tämä ei välttämättä johdu suuren kuorman tuomasta heikentyneestä hajotuskyvystä, vaan huonontuneesta sekoitustehosta. Sakeampi massa laskeutuu reaktorin pohjalle, josta näyte otetaan. Massa on hankala sekoittaa homogeeniseksi, joten näytteestä tulee sakeampi kuin todellinen tilanne reaktorin sisällä on. 12% 10% 8% 6% 4% 2% 0% 2kgVS / 2kgVS 2kgVS / 2,4kgVS 2kgVS / 3,3kgVS 2kgVS / 4,2kgVS --kgvS / 4,6kgVS 15,5d / 15,5d 20d / 15,5d 26d / 15,5d 32d / 15,5d ---d / 15,5d Syötteen TS Kuva 7. poisteen TS (nouseva HRT, 2kgVS) poisteen TS (nouseva OLR, 15,5d) Syötteen ja poisteen sakeus, tässä TS-arvot. Poisteen VS/TS-suhde pysyi tasaisena sakeudesta riippumatta, noin 0,45 0,47, eli orgaanisen aineen osuus kuiva-aineesta oli lähes puolet. 3.2 Kuormitusnoston vaikutus prosessin tilaan. Kuormitusnoston vaikutusta prosessin tilaan seurattiin puhdistamon B lietteellä. Syöteseoksen sakeus oli vakio (10 %), joten kuormitusnostot laskivat viipymäaikaa. Kuormitus nostettiin arvosta 3,3 kgVS/m3vrk arvoon 5kgVS/m3vrk, jolloin viipymä laski 23 vrk:sta 15 vrk:een. Analyysitulosten ja biokaasuntuoton perusteella prosessin tila pysyi hyvänä kuormituksen noususta huolimatta. Viikoittainen biokaasuntuotto pysyi tasaisena koejakson ajan. Kuormalla 5 kgVS/m3vrk reaktori tuotti n. 50 l/kgVS paremmin kuin kuormituksella 3,3 kgVS/m3vrk. Biokaasun koostumus pysyi tasalaatuisena koko koejakson ajan, metaanipitoisuus oli noin 67 %. 6 Lietesakeuden vaikutus biokaasuprosessiin 400 350 l/kgVS vko 300 250 200 150 100 50 0 3,3kgVS; 23d; 10% 4,2kgVS; 18d; 10% 4,6kgVS; 16d; 10% Biokaasuntuotto Kuva 8. 5kgVS; 15d; 10% Metaanintuotto Kuormitusnoston vaikutus biokaasu- ja metaanituottoon (l/kgVS viikossa) Prosessin tilan vakaus on nähtävissä tasaisten biokaasuntuottojen lisäksi poisteesta tehdyissä seuranta-analyyseissä, joiden tulokset pysyivät hyvällä alueella. 700 600 mg/l 500 400 300 200 100 0 3,3kgVS; 23d; 10% 4,2kgVS; 18d; 10% 4,6kgVS; 16d; 10% Kuva 9. 5kgVS; 15d; 10% Kuormitusnoston vaikutus reaktoreiden haihtuvien rasvahappojen (VFA) pitoisuuksiin. Syötesakeuden pysyessä samana (10 %) pysyi tiivistetyn ja tiivistämättömän lietteen suhde samana. Samasta seossuhteesta johtuen syötteen typpipitoisuus oli vakio (6 g/kg), tästä seurasi myös reaktoreiden tasaiset ammoniumtyppipitoisuudet. 7 Lietesakeuden vaikutus biokaasuprosessiin 5,0 4,5 4,0 3,5 g/kg 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0,0 3,3kgVS; 23d; 10% 4,2kgVS; 18d; 10% 4,6kgVS; 16d; 10% Kuva 10. 3.3 5kgVS; 15d; 10% Kuormitusnoston vaikutus reaktoreiden ammoniumtyppipitoisuuteen. Flotaatiolietteen lisäyksen vaikutus prosessin tilaan Jätevedenpuhdistamolla A biokaasureaktoriin syötetään jatkuvasti flotaatiolietettä osana syöteseosta, tästä syystä flotaatiolietettä meni päivittäin jokaiseen reaktoriin pieni määrä. Lisäksi tässä kokeessa yhdellä reaktorilla flotaatiolietteen määrää kasvatettiin, jotta saatiin selville sen vaikutus prosessiin. Flotaatiolietettä lisättiin alkuperäiseen syöteseokseen (ORL 2 kgVS/m3vrk; TS 10 %; HRT 32 vrk) niin, että lopullinen syöteseos laimeni, mutta kuorma ja syötelietteiden suhde pysyi samana. Flotaatiolietteen osuudeksi lopullisesta syötteestä valittiin aluksi 10 %, josta se nostettiin 20 %:iin ja lopulta 30 %:iin. Syöteseoksen laimentuessa sen tilavuus kasvoi ja viipymäaika lyheni 27 vrk:sta 20 vrk:een. Biokaasuntuotto lähti selvään laskuun flotaatiolietteen lisäyksen myötä. Kun syötteessä oli 10 % flotaatiolietettä, oli biokaasuntuotto n. 7 % alhaisempi kuin flotaatiolietteettömällä syötteellä. Flotaatiolietteen ollessa 30 % syöteseoksesta laski biokaasuntuotto n. 37 % alkuperäisestä. Biokaasutuottojen laskettua näin huomattavasti, vaihdettiin flotaatioliete vesijohtoveteen, sen osuus oli aluksi 30 % lopullisesta syötteestä. Koska biokaasuntuotoissa ei ollut havaittavissa muutosta kahden viipymäajan jälkeen, nostettiin syöteseoksen sakeutta. Sakeutta nostettiin niin että veden osuus lopullisesta syötteestä laski 10 %:iin ja viipymä nousi 25 vuorokauteen. Biokaasuntuottojen perusteella flotaatiolietteen lisääminen syötteeseen laskee biokaasuntuottoa. Vaikutus on pitkäaikaista, sillä biokaasuntuotossa ei tapahtunut muutosta flotaatiolietteen vaihduttua vedeksi, tai viipymäajan noustessa. 8 Lietesakeuden vaikutus biokaasuprosessiin 500 Flotaatiolietteen lisäys 450 400 l/kgVS vko 350 300 250 200 150 100 50 0 HRT 25,6d HRT 32,4d HRT 26,5d HRT 23,5d HRT 19,7d HRT 19,7d HRT 25,3d TS 8% TS 10% TS 9% TS 8% TS 7% TS 7% TS 9% flo 10% flo 20% flo 30% water 30% water 10% Kuva 11. Flotaatiolietteen vaikutus biokaasuntuottoon (l/kgVS viikossa) Ennen flotaatiolietteen lisäämistä, sekä 10 %:n ja 20 %:n flotaatiolietelisäyksellä biokaasun metaanipitoisuus oli n. 62 - 63 %. Biokaasutuoton laskiessa sen metaanipitoisuus parani hieman. Kun syöteseoksesta 30 % oli flotaatiolietettä, saatiin metaanipitoisuudeksi n. 65 %. Flotaatiolietteen lisäyksen myötä syötteen pitoisuudet laskevat, mikä näkyy poisteesta tehtyjen analyysitulosten laskemisena (esim. Kuva 12 ja Kuva 13). Muutos tapahtuu syötelietteen laimenemisen takia, eikä itse flotaatiolietteellä ole välttämättä merkitystä muutokseen. Prosessin hajoaminen pysyy tasapainossa. 500 Volatily Fatty acid, mg/l 450 400 350 300 250 200 150 100 50 HRT 25,6d HRT 32,4d HRT 26,5d HRT 23,5d HRT 19,7d HRT 19,7d HRT 25,3d TS 8% TS 10% TS 9% TS 8% TS 7% TS 7% TS 9% flo 10% flo 20% flo 30% water 30% water 10% Kuva 12. Flotaatiolietelisäyksen vaikutus reaktoreiden VFA-pitoisuuksiin. 9 Lietesakeuden vaikutus biokaasuprosessiin 3,5 3,0 g/kg 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0,0 HRT 25,6d HRT 32,4d HRT 26,5d HRT 23,5d HRT 19,7d HRT 19,7d HRT 25,3d TS 8% TS 10% TS 9% TS 8% TS 7% TS 7% TS 9% flo 10% flo 20% flo 30% water 30% water 10% Kuva 13. 3.4 Flotaatiolietelisäyksen vaikutus reaktoreiden ammoniumtyppipitoisuuteen. Eri lietteillä syötettävien biokaasureaktoreiden vertailu (4,2 kgVS/m3vrk ja sakeus 10 %) Eri puhdistamoilla syntyvät lietteet ovat erilaisia, tästä syystä koereaktoreiden syötelietteistä on mahdotonta saada täysin toisiinsa vertailtavia. Seuraavassa vertaillaan kahden eri puhdistamon lietteillä syötettäviä koereaktoreita 4,2 kgVS/m3vrk kuormalla ja sakeudella 10 %. Seokset on saavutettu sekoittamalla tiiviimpää ja märempää lietettä keskenään. Erilaisista syötteistä seuraa myös eroavat prosessiarvot. Taulukko 2. Eri puhdistamoiden lietteillä syötettyjen reaktoreiden prosessiarvot, kun ORL 4,2 kgVS/m3vrk ja sakeus 10 %. Syöte Reaktorin A syöte Reaktorin B syöte viipymä vrk Syötteen VS/TS Poisteen VS/TS biokaasun tuotto l/kgVS w VSreduktio % metaani% Syötteen N-pitoisuus g/kg Poisteen NH4-N g/kg 15,5 0,58 0,50 427 48,5 63,4 3,9 3,0 18 0,74 0,62 313 40,1 68,1 6,0 4,2 Koska syötelietteiden VS/TS-suhde eroaa toisista huomattavasti (A lietteillä n. 0,6 ja B lietteillä n. 0,76) halutun VS-kuormituksen saavuttamiseksi (vakio TS-pitoisuudella) syötteiden tilavuudet poikkesivat toisistaan, minkä seurauksena B-syötteellä viipymäaika oli n. 3 vrk pidempi. A lietteellä syötetyn reaktorin biokaasuntuotto oli viikossa n. 100 l/kgVS parempi kuin B lietteellä syötetyn reaktorin. B lietteellä saatiin parempi metaanipitoisuus, mutta tästä huolimatta A lietteellä syötetyn reaktorin metaanituotto oli paremman biokaasuntuoton takia parempi n. 55 - 60 l/kgVS. 10 Lietesakeuden vaikutus biokaasuprosessiin 450 400 l/kgVS vko 350 300 250 200 Biokaasu 150 Metaani 100 50 0 A ORL 4,2 kgVS HRT 15,5d TS 10% Kuva 14. B ORL 4,2kgVS HRT 18d TS 10% Eri lietteiden biokaasu- ja metaanituotot (l/kgVS viikossa) Puhdistamo B:n lietteen korkeampi typpipitoisuus johti selvästi korkeampiin ammoniumtyppipitoisuuksiin reaktoripoisteessa. 7 6 gN/kg 5 4 3 Syötteen N-tot 2 Poisteen NH4+ 1 0 A ORL 4,2 kgVS HRT 15,5d TS 10% Kuva 15. B ORL 4,2kgVS HRT 18d TS 10% Syötteen kokonaistyppi-ja poisteen ammoniumtyppipitoisuus Korkeamman ammoniumtyppipitoisuuden johdosta myös pH-arvo ja alkaliteettipitoisuus olivat korkeammat lietteellä B syötettäessä. Korkeamman alkaliteettinsa ansiosta B reaktori sietää myös korkeampia haihtuvien rasvahappojen (VFA) pitoisuuksia ilman ongelmia. B lietteellä syötetyn reaktorin alkaliteettiarvot olivat 30 % suurempia kuin A lietteellä, VFA-arvoissa ero oli jopa 50 %. 11 16000 1600 14000 1400 12000 1200 10000 1000 8000 800 6000 600 4000 400 2000 200 0 Alkaliteetti VFA 0 A ORL 4,2 kgVS HRT 15,5d TS 10% Kuva 16. VFA mg/l alkaliteetti mgCaCO3/l Lietesakeuden vaikutus biokaasuprosessiin B ORL 4,2kgVS HRT 18d TS 10% Eri lietteiden vaikutus alkaliteettiin ja haihtuviin rasvahappoihin B lietteellä syötetyn reaktorin poisteen TS-pitoisuus oli korkeampi kuin A lietteellä syötetyn. B lietteellä TS reduktio oli 28,1 % kun se A lietteellä oli 33,5 %. 10% 8% 6% 4% Syötteen TS Poisteen TS 2% 0% A ORL 4,2 kgVS HRT 15,5d TS 10% Kuva 17. 4 B ORL 4,2kgVS HRT 18d TS 10% Eri lietteiden vaikutus TS-reduktioon. JOHTOPÄÄTÖKSET Kokeessa osoitettiin, että hyvä biokaasutuotto ja prosessin tasapaino voidaan saavuttaa nykyistä käytäntöä korkeammilla lietemädättämön sakeusja kuormitusarvoilla. Kokeessa pystyttiin ilman ongelmia nostamaan sakeus arvoon 10 % sekä kuormitus arvoon 4,2 kgVS/m3vrk, kun viipymä pysyi yli 15 vrk. 12 Lietesakeuden vaikutus biokaasuprosessiin Flotaatiolietteen lisäämisen todettiin vähentävän biokaasuntuottoa. Flotaatiolietteellä ei ole vaikutusta biokaasun metaanipitoisuuteen tai prosessintilaan. Oletettavasti vaikutus kestää reaktorissa pitkään, sillä biokaasuntuotto ei parantunut flotaatiolietteen vaihduttua veteen. Eri laitosten puhdistamolietteet ovat erilaisia. Erilaisista lietteistä johtuen biokaasureaktoreiden prosessiarvot eroavat toisistaan. Reaktorit pystyvät toimimaan selvästi erilaisissa prosessiarvoissa. Reaktoreiden biokaasutuotot ja kuiva-aineen vähenemät kuten myös ammoniumtyppitasot voivat vaihdella reaktoreissa merkittävästikin, syötelietteiden eroista johtuen. 13
© Copyright 2024