1. No category

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