Kolets biogeokemiska kretslopp. Fotosyntes

Storlek: px

Starta visningen från sidan:

Download "Kolets biogeokemiska kretslopp. Fotosyntes"

Ulla-Britt Lindberg
för 6 år sedan
Visningar:

2 Kolets kretslopp

3 Kolets biogeokemiska kretslopp Fotosyntes Koldioxid och vatten blir organiskt material och syre i gröna växter. Energi från solljus byggs på detta sätt in i det organsika materialet. Växterna tar under processen upp näringsämnen som kväve, fosfor och svavel ur marken. Aerob respiration Djur, svampar och bakterier bryter vid tillgång på syre ned organiskt material till koldioxid och vatten. Man säger att det organiska materialet oxideras till koldioxid och syre reduceras till vatten. Närsalterna kväve, fosfor, svavel och kalium med flera mineraliseras. Solenergin som bands i det organiska materialet används av organismerna i deras livsprocesser, slutresultatet blir värme som avges till omgivningen.

4 Kolets kretslopp mänskliga aktiviteter

5 Kolets kretslopp anaerob respiration

6 Anaerob respiration När syre inte finns tillgängligt i miljön övergår en del bakterier till att istället oxidera/förbränna det organiska materialet med syreinnehållande molekyler som nitrat och sulfat. Om bakterierna använder nitrat blir resultatet koldioxid och kvävgas.relativt mycket energi frisätts vid förbränningen som bakterierna kan utnyttja för sina livsprocesser. Vid oxidation/respiration av organiskt material med syreinnehållande föreningen sulfat bildas koldioxid (oxiderat kol) och svavelväte (reducerat svavel). Eftersom svavelväte är en relativt energirik molekyl blir mindre energi över till bakteriernas livsprocesser. Det sammanlagda energiinnehållet i bildat svavelväte och det som är tillgängligt för bakteriernas livsprocesser motsvarar de solenergi som bundits i det organiska materialet.

7 Fermentation När de syreinnehållande molekylerna har tagit slut tar fermentationsreaktioner vid. Fermentationer är reaktioner vars slutprodukter är koldioxid och ett energirikt kolväte, som etanol, organiska syror, eller vätgas. Vid fermentationsreaktioner oxiderar bakterierna vissa delar av det organiska materialet till koldioxid. Andra delar blir till de mycket energirika (reducerade) fermentationsprodukterna. Eftersom så mycket av energin i det ursprungliga organiska materialet hamnar i dessa produkter blir energiutbytet för bakterierna litet. De slutliga produkterna av en fullständig fermentation är metan och koldioxid. Metan är den mest energirika (reducerade) enkolsföreningen medan koldioxid är den mest energifattiga (oxiderade). Det sista steget i processen, metanogenesen, utförs av archaea. En typ av levande organism som är mycket olik bakterier. Archaea är mer olika bakterier än vad bakterier är olik människor. Vi kommer att titta närmare på fermentation/metanogenes under nästa lektion

8 Kolets kretslopp

9 I naturen exempel havsbotten, sediment

10 Överkurs: Redoxpotential Alla de nämnda reaktionerna/processerna består av en oxidation och en reduktion sk. redoxreaktioner. Det betyder att elektroner flyttas från en molekyl som oxideras till en annan som reduceras. Då uppkommer två nya ämnen som tillsammans innehåller mindre energi än de två ursprungliga. Den energin mäts som redoxpotential och är den energi som bakterierna har att utnyttja för sina livsprocesser. Exempel ur texten ovan: Organiskt material oxideras och syre reduceras resultatet blir koldioxid och vatten. Dvs elektroner flyttas från organiskt material till syre varvid de nya föreningarna koldioxid och vatten uppkommer. Koldioxid och vatten har betydligt lägre energi; mycket energi till livsprocesserna. Organiskt material oxideras och sulfat reduceras. Resultatet blir koldioxid och svavelväte. Svavelväte inehåller en hel del energi varför det blir mindre energi till livsprocesser.

12 Råvaror vid rågasframställning källa. Substrathandboken

13 Grundläggande begrepp C/N kvot energiinnehåll/näringsinnehåll Optimalt Metanpotential Utrötningsförsök eller teoretisk potential anges i Nm3/tonVS Utrötningsförsök: VS och TS VS minus lignin kan bli gas

Grundläggande begrepp Specifik organisk belastning Organisk belastning Rötkammarvolym = OLR Exempel: 6 ton substrat med TS 9% och VS 90 % matas varje

14 Grundläggande begrepp Specifik organisk belastning Organisk belastning Rötkammarvolym = OLR Exempel: 6 ton substrat med TS 9% och VS 90 % matas varje dygn in i en rötkammare som är 500 m3 stor 6000*0,09*0,9/500 = 0,97 kgvs/m3 d Utrötningsgrad VS in / VS ut Andel av det organiska materialet som blir gas

15 Grundläggande begrepp Hydraulisk uppehållstid SolidsRetentionTime Rötkammarens volym Tillförd dygnsvolym Massan TS ut ur systemet Massan TS i rötkammaren = HLR = SRT SRT= HLR SRT>HLR

16 Uppgift Räkna ut utrötningsgraden i rötkammrarna i anläggningen. Rötkammarvolym m3. GF=VS

17 Anläggningens delar

18 Pumpa in Förträngningspumpar Varvtalet är rätlinjigt proportionellt mot flödet Bra vid inmatning av substrat Centrifugalpumpar Flödet beror av varvtal och mottryck Bra vid höga flöden

19 Värma upp Extern värmeväxlare Värmeslingor Varmvattenslingor i rötkammaren. (Ånginjicering)

20 Värmeväxlare

21 Omrörningsmetoder Låg energiförbrukning Saker kan lindas kring axel eller fastna: axelbrott Hög energiförbrukning Kan ibland orsaka skummningsproblem

22 Omrörningsmetoder Effektiv omrörning Kan kombineras med skumdämpande dysor uppifrån. Lägst energiförbrukning Reverserad drift för skumdämpning Ovanlig i Sverige; används på äggformade r.k.

23 Anläggningens delar

24 Bearbetningsmetoder vid rågasframställning Deponigasanläggning Lantbruksanläggning Avloppsreningsverk Anläggning för matavfall

25 Lantbruksanläggning

26 Lantbruksanläggning Flytgödsel; Gris och höns; låg C/N kvot mineralrikt kontinuerlig ympning Ensilage; hög, varierande C/N kvot lång uppehållstid Samrötningsfördelar mer gas stabil process

28 Lantbruksanläggning Mottagning Gödselbrunn Förbehandling Kvarn Hygienisering om många gårdar

29 Lantbruksanläggning Rötning Mesofil, 37 C; låg C/N kvot Svavelvätereduktion Gasanvändning CHP, uppgradering Rötrestlager Täckt eller svämtäcke. Mineraliserad gödsel ger minskat läckage av näringsämnen till vattendrag

31 Avloppsreningsverk

32 Avloppreningsverk

33 Förbehandling Mekaniska vattenreningen Galler Kvarn Sandfång Försedimentering Gravitationsförtjockare Från 2-3 %TS till 5-6%TS Förtjockarcentrifug Valfri TS halt Polymertillsats

Förbehandling Flotationsförtjockare; Används för svårsedimenterat slam som bioslam I flotationsanläggningen höjs torrsubstanshalten i slammet genom att vatten avskiljs.

34 Förbehandling Flotationsförtjockare; Används för svårsedimenterat slam som bioslam I flotationsanläggningen höjs torrsubstanshalten i slammet genom att vatten avskiljs. Processen inleds med att slammet tillförs polymer och dispersion. Dispersion är processvatten som under tryck övermättats med luft med hjälp av en kompressor. När trycket släpps bildas små luftbubblor som fastnar på slammet varvid det flyter upp och bildar ett flytslam som skrapas av vattenytan.

35 Rötning Oftast inga problem med näringssammansättning Kan ibland uppstå problem med hämmande ämnen Skummningsproblem kan uppkomma när primärslam blandas med bioslam. Orsak filamentbildande bakterier.

Avvattning och rejektvattenbehandling Till 25

36 Avvattning och rejektvattenbehandling Till % TS Bandfilterpress Ger minskat transportbehov för rötslam SBR Rejektvattnet går tillbaka till reningsverket via rejektvattenbehandling.

37 Anläggning för matavfall

38 Anläggning för matavfall

39 Förbehandling Mottagning Tippficka Sönderdelning Kross Kvarn

40 Förbehandling Separering Skivsikt Skruvpress

41 Förbehandling

42 Förbehandling Separering Sandfång med screenrake Separering i vattenbad Tung fraktion; sand Lätt fraktion; plast Mellanfraktion; till rötning

43 Sorterings metoder Avancerad sortering ger ca 5% metanpotential i rejekt Enklare sortering med bara skruvpress ger ca 30 % metanpotential i rejekt

44 Hygienisering Max 12 mm partikelstorlek 70 C i minst 1 h

45 Rötning av matavfall Bra sammansättning Stort behov av förbehandling Ofta termofil rötning Hygienisering krävs Hög TS/låg viskositet; behöver spädas för att bli pumpbart Hög metanpotential

46 Avvattning Ger uppdelning i flytande rötrest med högt kväveinnehåll och fast rötrest med hög fosforhalt Ger processvatten för spädning av substrat

47 Anläggning för matavfall

48 Alternativ metod; torrötning följd av våtrötning

49 Reningsverk/rötningsmetoder för industrier UASB-reaktor

50 Deponigas

51 Deponigas % metan i gasen 5-20 % kvävgas (från luft) % av gasen som bildas i deponin samlas in Föroreningar i gasen som orsakar problem i motorer; siloxaner och halogenerade kolväten Förbränning eller ev. kraftvärme efter reningssteg.

52 Pyrolys Organiskt material upphettas till 400 C -700 C utan tillgång till syre Tre produkter 1) Gas - vätgas, kolmonoxid, metan 5-20 % av varje beroende på tryck temperatur mm 2) Olja -fenoler, aromater Behöver genomgå kemisk reformering för att kunna användas 3) Kol (Trä biochar, träkol)

Förgasning Organiskt material upphettas till 800-1500 C utan tillgång till

53 Förgasning Organiskt material upphettas till C utan tillgång till syre. Gasen renas till syngas som kan användas till att framställa tex diesel

55 Förädlingsmetoder till energiprodukter Kraft (el) och värme CHP Fordonsgas

56 Uppgradering till fordonsgas Från 60-65% metan till 98 % metan genom att ta bort koldioxid. Orsak utrymmesbesparande i tanken. Ta bort svavelväte; orsak skadar motorn, försurar miljön.

57 Uppgraderingsmetoder Vattenskrubber Amin-skrubber Kryoteknik, Membranteknik, PSA, Ekologisk lunga,

Relevanta dokument

RÅGASPRODUKTION: ENERGIGASPRODUKTION FRÅN BIOMASSA OLIKA METODER FÖR RÖTNING GRUNDLÄGGANDE PROCESSBEGREPP BIOGASANLÄGGNINGENS DELAR EGENSKAPER HOS

RÅGASPRODUKTION: ENERGIGASPRODUKTION FRÅN BIOMASSA OLIKA METODER FÖR RÖTNING GRUNDLÄGGANDE PROCESSBEGREPP BIOGASANLÄGGNINGENS DELAR EGENSKAPER HOS OLIKA SUBSTRAT Principen för biogasanläggningar Energiutvinning: