RÖTNINGENS MIKROBIOLOGI NÄRINGSLÄRA BIOGASPROCESSEN PROCESSDRIFTPARAMETRAR PROCESSTÖRNING

Transkript

1 RÖTNINGENS MIKROBIOLOGI NÄRINGSLÄRA BIOGASPROCESSEN PROCESSDRIFTPARAMETRAR PROCESSTÖRNING

2 RÖTNING En mikrobiell process Rätt mikrober Metanogena archeae G A S Rätt temperatur Mesofil 37 C Termofil 55 C Sönder delning Substrat Rätt mängd- OLR Rätt balans- C/N-kvot Omrörning Mikroberna får tillgång till allt substrat

3 Indelning av livsformer Organismer med cellkärna Djur Växter Svampar Protista Finns i rötkammaren Producerar metan Bakterier Archaea

4

5 RÄTT MIKROBER Protein Fett Kolhydrater Hydrolyserande bakterier Mindre molekyler som socker Fermenterande bakterier Organiska syror och koldioxid Metan och koldioxid Metanproducerande archaea Man får rätt mikrober om miljöförhållanderna är sådana att de man vill ha trivs

6 RÖTNING En mikrobiell process Rätt mikrober Metanogena archeae G A S Rätt temperatur Mesofil 37 C Termofil 55 C Sönder delning Substrat Rätt mängd- OLR Rätt balans- C/N-kvot Omrörning Mikroberna får tillgång till allt substrat

7 Termofil: TEMPERATUR Mesofil Högre specifik organisk belastning Bidrar till hygienisering Ger rötrest med lägre kvävehalt Större behov av processkontroll Klarar substrat med högre kvävehalt Ger därför högre kvävehalt i rötrest Långsammare process Många substrat behöver lång uppehållstid för att rötas effektivt

8 SUBSTRAT Näringslära för biogastekniker Rätt mikrober Metanogena archeae G A S Rätt temperatur Mesofil 37 C Termofil 55 C Sönder delning Substrat Rätt mängd- OLR, HLR Rätt balans- C/N-kvot Omrörning Mikroberna får tillgång till allt substrat

9 RÅVAROR VID RÅGASFRAMSTÄLLNING För information om specifika substrat: Substrathandboken Matavfall Ensilage? Grödor Avloppsslam Gödsel En av uppgifterna i projektet är att fundera över vilka substrat som är lämpliga att röta tillsammans. Har ni egna ideer?

10 NÄRINGSLÄRA Substrat VATTEN TS Organiskt material VS Näringsämnen och spårämnen Energi till bakterier, en andel av detta blir gas Grundämnena kol,väte och syre Viktigaste beståndsdelen av rötrest; gödsel för växter Grundämnena kväve, fosfor, kalium och svavel mfl

11 SUBSTRAT NÄRINGSLÄRA Protein Slakteriavfall mjukdelar Svinflytgödsel Hönsgödsel Kolhydrater Ensilage Sockerbeta Potatis Fett Glycerol Slakteriavfall Frityrfett

12 PROTEIN Enzymer som katalyserar biokemiska reaktioner består av protein. HYDROLYS ger aminosyror Innehåller kväve, fosfor, svavel. Hydrolys

13 KOLHYDRATER Energibärare, strukturgivare i växter Cellulosa, Stärkelse och Socker HYDROLYS

14 LIPIDER ELLER FETT Bygger upp bland annat upp cellmembran Består av fettsyror och glycerol

15 METANPOTENTIAL Teoretisk metanpotential Att från en känd sammansättning av substratet beräkna gaspotentialen Bildad biogas Andel metan Kolhydrater 0,38 50% Fett 1,0 70% Protein 0,53 60% Verklig metanpotential Att genom utrötningsförsök bestämma substratets metanpotential Uppgifter hittas i Substrathandbok för biogasproduktion

16 TEORETISK METANPOTENTIAL C är kol H är väte O är syre Metanbildningens stökiometri: Bildad biogas Andel metan Kolhydrater 0,38 50% Fett 1,0 70% Protein 0,53 60% N är kväve S är svavel

17 VERKLIG METANPOTENTIAL Maximal gasvolym Vatten, slam (Ymp; bakterier,archaea) samt substrat hälls i en flaska. Omrörning och uppvärmning vidtar. Gasvolym och sammansättning mäts

18 METANPOTENTIAL METANPRODUKTION VS i form av rötrest VS in VS i form av gas (VS in-vsut) / VS in = Utrötningsgrad Andel av organiskt material som blir gas Organiskt material (massa) x Metanpotential x Utrötningsgrad = Metanproduktion

19 Ur OLR beräkningar BERÄKNINGAR Producerad gasmängd Beräkning av producerad mängd gas Massan TS VS Utrötningsgrad Metanpotential = Producerad gasmängd

20 UTRÖTNINGSGRADEN en kvalificerad bedömning Normalt mellan 0,5 och 0,65

21 RÖTNING En mikrobiell process Rätt mikrober Metanogena archeae G A S Rätt temperatur Mesofil 37 C Termofil 55 C Sönder delning Substrat Rätt mängd- OLR Rätt balans- C/N-kvot Omrörning Mikroberna får tillgång till allt substrat

22 BETYDELSEN AV SÖNDERDELNING 1 2 3

23

24

25 RÄTT MÄNGD SUBSTRAT Hydraulisk uppehållstid HRT Medeluppehållstiden för vätskan i rötkammaren Solids Retention Time Organisk belastning SRT Medeluppehållstiden för partiklarna = mikroberna i rötkammaren OLR Mängden nytt substrat som tillförs

26 HRT/SRT Metanproducerarnas fördubblingstid > 12 dygn men beroende av Temperatur Hämmande substanser Organisk belastning Substratets nedbrytbarhet Energigrödor : 50+ dygn Ättiksyra: Enstaka dygn

27 Uppehållstid Rötkammarens volym / Tillförd dygnsvolym =HRT Det är oftast SRT som är viktigast att känna till men man brukar oftast beräkna HLR I en totalomrörd kontinuerlig process är vanligtvis SRT=HLR Om man tillämpar EXRT processen blir dock SRT>HLR TS ut / TS i rötkammaren = SRT SRT=HRT SRT>HRT

28 OLR Jämn belastning För samrötningsanläggningar är det viktigt att planera mottagningen så att man får en jämn ström av substrat Maxbelastningen är temperaturberoende Temperatur OLR Mesofil 37 C 2-3 kgvs/m3*d Termofil 55 C 4-5 kgvs/m3*d EXRT högre belastning Eftersom metanproducerare återförs till processen kan belastningen ökas

29 FÖR HÖG OLR eller annan processtörning Protein Fett Kolhydrater Hydrolys Hydrolyserande bakterier Mindre molekyler som socker Fermentation Syrabildning Fermenterande bakterier Organiska syror, vätgas och koldioxid Metanproducerande archaea Metan och koldioxid För hög OLR leder till obalans; för mycket fermentationsbakterier

30 Processtörning -orsaker och verkan Spårämnesbrist För hög/varierande belastning Ändrad sammansättning Snabba kolhydrater Ändrad sammansättning C/N kvot Minskad gasproduktion Störande ämnen Men vilken är orsaken i det specifika fallet? För att veta det måste man ha koll på driftparametrar.

31 Processtörning -orsaker och verkan Mycket fetthaltigt substrat Mycket svårnedbrytbart material Skummning Dålig sönderdelning

32 DRIFTPARAMETRAR Processövervakning C/N-kvot HLR OLR Utrötningsgrad Temperatur Syfte: Att undvika processtörning För mycket kväve och för lite näringsämnen tex kväve hämmar metanproduktionen För kort uppehållstid ger dålig utrötningsgrad och liten gasproduktion För hög OLR belastar metanproducerarna så att de hämmas Minskad utrötningsgrad tyder på processtörning Om temperaturen inte är optimal blir inte metanproducerarnas arbetstakt optimal.

33 DRIFTPARAMETRAR Processövervakning Syfte: Att undvika processtörning Gasproduktion Minskad gasproduktion tyder på att något är fel ph Surare miljö lägre ph Överbelastad rötkammare Alkalinitet VFA Förmågan hos systemet att motstå syra Lägre alkalinitet Överbelastad r.k Mängden organiska syror Stigande halter tyder på för hög belastning

34 ALKALINITET Överbelastning

35 VFA (VOLATILE FATTY ACIDS) OCH GASPRODUKTION Gasproduktionen sjunker Orsaker: Överbelastning Hämmande ämnen Temperaturförändring

36 RÄTT BALANS SUBSTRAT MED LÅG C/N KVOT Kväverika substrat Vid fermentation frigörs ammoniak Ammoniak är giftig i höga koncentrationer. Därför skall substrat med Låg C/N kvot rötas mesofilt Men kväverika substrat innehåller många spårämnen och ger ph-stabilitet

37 RÄTT BALANS SUBSTRAT MED HÖG C/N KVOT Generell brist på näringsämnen, spårämnen Vid rötning av enbart energigrödor kan näringsämnen spårämnen behöva tillsättas Snabba kolhydrater ger snabb fermentation Snabb Långsam

38 Tabell ur Mikrobiologisk handbok för biogasanläggningar