Översikt över befintliga och nya tekniker för förbehandling av slam före rötning. VA-teknik

Transkript

1 Översikt över befintliga och nya tekniker för förbehandling av slam före rötning Åsa Davidsson VA-teknik Inst. för Kemiteknik

2 Vad begränsar den anaeroba nedbrytningen? Partikulärt organiskt material Protein Kolhydrat Fett HYDROLYS Hydrolys Lösliga organiska föreningar Aminosyror Socker Fettsyror Syrabildning Mellanprodukter Alkoholer och VFA Acetatbildning Acetiklastisk metanbildning Acetat CH 4, CO 2 H 2, CO 2 Hydrogenotrof metanbildning

3 Biologisk hydrolys Hydrolys (partiklar lösta ämnen) Partikelstorleken t l k väsentlig (angreppsyta för enzymerna) Olika enzym angriper olika ämnen BIOGAS SLAM FÖRBEHANDLING

4 Effekter av förbehandling av slam före rötning: 1. Snabbare nedbrytning genom att hydrolysen påskyndas 2. Andelen nedbrytbart mtrl ökar

5 Möjliga positiva effekter vid förbehandling av slam Ökad nedbrytning mindre mängder rötslam Snabbare nedbrytning minskat volymbehov Minskad skumning i rötkammare Ökad biodiversitet i rötkammaren Förbättrad avvattning Ökad patogenreduktion Förbättrad och billigare drift av bio-p och/eller bio-n Förbättrade sjunkegenskaper och minskad skumning i AS

6 Studerade parametrar Löst organiskt mtrl (COD, VSS, TOC etc) Partikelstorlek t l k Biogasproduktion Nedbrytningsgrad Avvattningsegenskaper Patogenavdödning

7 Möjliga slam att förbehandla Försed. Aktivt Sed. BIOGAS slam

8 Primärslam/Bioslam Primärslam (kompakt och inhomogent) Bioslam (slamflockar och mer homogent) Låg nedbrytning vid rötning (långsamt) Slamflockar motståndskraftiga Det organiska materialet: EPS >50% Levande bakterier 10-20% Annat organiskt10-30% Blandslam Rötat slam (recirkulation) Bakteriekolonier och EPS Adsorberat material EPS och individuella bakterier Organiska fibrer Figur. Slamflockens struktur Filamentbakterier

9 Mekaniska Kombinationer Förbehandlingsmetoder Termiska Kemiska Biologiska

10 Mekaniska metoder Kvarnar Centrifugering i Tryckbehandling Högtryckshomogenisering Kollision med platta Ultraljud Figur. Ultraljudsanläggning lj lä Figur. Tryckbehandling med plattkollision

11 Mekanisk förbehandling 1. Sönderdelning av partiklar ökad hydrolyshastighet 2. Sönderdelning d av cellen cellinnehållet tillgängligt li t ökad nedbrytning möjlig Figur. Roterande skiva

12 Elektriska impulser/elektroporation Pulserande elektriska fält spänningsvariationer slammets cellväggar bryts upp (porer i cellmembranet) Används för att underlätta extraktion av t.ex. sockerbetor

13 Termisk behandling Temperaturer CC Låga temp (55-70 C) biologisk termisk hydrolys Höga temp C) sönderdelar slammet Långa/korta behandlingstider (sek-h-dygn) Högre temperatur ger större nedbrytning (men även svårnedbrytbara/hämmande ämnen) Påverkar främst kolhydrater och protein Cambi-processen; BioTHELYS Patogenreduktion

14 Termisk behandling Figur. BioThelys

15 70 grader 1 h 18 liter/dygn) Uppstart Högre metanutbyte Metanp produktion ( Hygieniserat blandslam Blandslam Dygn

16 Mikrovågsteknik Alternativ till termisk behandling 1 mm-1 m våglängd 300 GHz-300 MHz

17 Biologisk hydrolys Utnyttja den naturliga biologiska nedbrytningen: 1. Skapa gynnsamma förhållanden för de organismer (hydrolyserande) som producerar enzymer som kan bryta ned molekylerna Aerob eller anaerob Termisk behandling 2. Tillsätta enzymer eller hydrolyserande bakterier Figur. Enzymtillsats i fullskala på Lundtofte ARV

18 Kemisk behandling 1) Tillsats av syra/bas Syratillsats Risk för korrosion Bastillsats: bäst effekt från NaOH > KOH > Mg(OH) 2 Höga ph vanligast Effektivt för att lösa ut organiskt material Dyrt ph-justering innan rötning 2) Oxidationsmedel (O 3, H 2 O 2 ) Ozonering mest studerat

19 Termo-kemisk behandling Kombinationen har visat sig effektiv i labtester Både tillsats t av syra och bas + termisk Effekt på kolhydrat, protein och fett Krepro, Protox, Synox

20 Andra kombinationer Termisk-mekanisk (ultraljud) lite effekt Kemisk mekanisk k Alkali + ultraljud minskad u-tid

21 Fullskaleerfarenheter Dominerande metoder (förbättra rötningen): Termisk hydrolys (Cambiprocessen) Ultraljudsbehandling Förtjockningscentrifuger Biologisk hydrolys Figur. Cambianläggning på Næstved Centralrenseanlæ

22 Fullskaleerfarenheter Dominerande metoder (förbättra rötningen): Termisk hydrolys (Cambiprocessen) Ultraljudsbehandling Förtjockningscentrifuger Biologisk hydrolys Högtrycksbehandling Figur. MicroSludge-anläggning

23 Jämförelse av metoder Carrère et al (2010) sammanställt jämförelser Jämförelser svåra Olika slam Olika rötningsbetingelser (temp, u-tid, belastning) Satsvis/kontinuerlig rötning Lågintensiva metoder (ultraljud, biologisk beh.) ökad hydrolyshastighet Högenergimetoder (termisk, oxidering) ökad nedbrytning

24 Energiåtgång Studien från 2008 (SVU rapport ): Framförallt mekanisk k och termisk behandling ger ökat metanutbyte Få uppgifter om energiåtgång Energibalans endast positiv för en metod, högtryckshomogenisering

25 Utvärdering energi/kostnader Modell för utvärdering av olika förbehandlingar (Bordeleau et al, 2010) Energibalans och kostnader för förbehandling rötning avvattning slamavyttring 004 0,04 0,035 0,03 0,025 $/m3 0,02 0, ,01 0,005 Cost - average conditions Cost - high conditions 0 Ultraljud Kemisk Termisk Mikrovåg

26 Utvärdering energi/kostnader Carrere et al Energianalys för rötning av olika behandlade slam (olika referenser) gjordes: kwh h/kg VS 4 3,5 3 2,5 2 1,5 70% 60% 50% 40% 30% El kons Värme kons Biogas prod VS reduktion 1 20% 0,5 10% 0 Meso Termo Bio-term Termisk Ultraljud Kulkvarn Högtryck (70 C) (170 C) (30 (200 bar) kw/m3) 0%

27 Även viktigt - Sidoeffekter Avvattningsegenskaper Postiva/negativa effekter Bildande av svårnedbrytbara och/eller hämmande ämnen Hög NaOH dos Hög temperatur Bundet kväve ammonium Ökad andel tungmetaller i vätskefasen? Andra ämnen läkemedelsrester? Kolkälla för rening

28 Litteratur några sammanställningar Carrère, H, Dumas, C, Battimelli, A., Batstone, D.J., Delgenès, J.P., Steyer, J.P., Ferrer, I.(2010). Pretreatment methods to imrpove sludge anaerobic degradability: A review. Journal of Hazardous Materials 183 (1-15). Bordeleau, E.L., Droste. R.L. (2010) Comprehensive Review and Compilation of Pretreatments for Mesophilic and Thermophilic Anaerobic Digestion. Proceedings of the IWA World Water Congress and Exhibition, September 2010, Montreal. Khanal, S.K., Grewell, D., Sung, S., Van Leeuwen, J.H. (2007). Ultrasound Applications in wastewater sludge pretreatment: A Review. Critical Reviews in Environmental Science and Technology, 37: Davidsson, Å., Jönsson, K., la Cour Jansen, J., Särner, E. (2008). Metoder för slamhydrolys. SVU rapport Nr