Effek%vare biogasproduk%on

Transkript

1 Effek%vare biogasproduk%on Samband mellan process och mikrobiologi Anna Schnürer Inst för Mikrobiologi, Sveriges lantbruksuniversitet (SLU) Tema M, Linköpings universitet

2 Den op%mala biogasprocessen Hög produk%vitet Vi vill a' processen ska ha Hög stabilitet Hög flexibilitet

3 = ett optimerat mikroorganismssamhälle Biogas Oktober 2016

4 Alla är viktiga men vissa har nyckelpositioner Rötkammaren är mikroorganismernas arbetsplats och miljön måste vara lämplig för alla medarbetare. Vissa av medarbetarna är möjliga ap byta ut och ersäpa men är krirska för funkronen!! KRITISKT - ap det finns många olika mikroorganismer, dvs hög biodiversitet/mångfald Jag går inte ap ersäpa!

5 Reaktor typ KonRnuerlig Satsvis En eller två steg Torr/våt rötning Miljön påverkar vilka som är där Substratets sammansägning Typ av organiskt material C/N kvot Spårämnen Processparametrar Temperatur UppehållsRd Belastning Hämmande ämnen Ammoniak Sulfid VFA ProducRvity Flexibility Stability

6 Det komplexa mikrobiella nedbrytningsförloppet som leder Rll biogas Succesiv nedbrytning som udörs av många olika mikroorganismer, Rllhörande både Bakterier och Arkeer Många reakroner begränsade av termodynamik, dvs organismerna får lite energi=växer dåligt En balans mellan vätgasproducerande och vätgaskonsumerande mikroorganismer är mycket vikrg ORGANISKT MATERIAL LÖSLIGA MONOMERS SAMMARBETE KRÄVS FLYKTIGA FETTSYROR Hydrolys Fermenta7on Anerob oxida7on Första och sista steget är ofast hasrghetsbegränsande. VÄTGAS KOLDIOXID SAOB/ACETOGENER ACETAT Metanogenes METAN KOLDIOXID

7 Ett typisk mikroorganismsamhälle i en biogasprocess Metanbildare Bakterier Tenericutes Synergistetes Spirochaetes Euryarchaeota Verrucomicrobia Other Acidobacteria AcRnobacteria Representerar typisk mellan 0,1-5% av samhället Representerar mellan 95-99,9% av samhället Planctomycetes Proteobacteria Bacteroidetes Representeras av ep Rotal olika arter Representeras av hundra- Rll tusentals olika arter Chloroflexi Nyckelposi%on Firmicutes Fibrobacteres

8 Den typiska metanbildaren - lite besvärlig! Gillar inte temperatursvängningar Vill ha ph mellan 6-8 Behöver ofa spårämnen Känslig för höga ammoniakhalter Känslig för höga sulfidhalter Beroende av andra bakterier Jag gillar inte ap bli stressad Jag vill jobba i grupp! Jag vägrar arbeta om jag inte får lunch Jag gillar inte min kollega! Jag tycker ap det är för kallt här! Jag vill bestämma!

9 Temperatur och ammoniak = starka påverkansparametrar Hög temperatur och ammoniakhalt (bildas från proteiner) leder Rll minskad diversitet, dvs färre arter av olika organismer. Temperatur Påverkar alla mikroorganismer men metanogener specifikt NH 3 DePa kan påverka processen nega%vt och öka risken för instabilitet. De Vrieze et al, Water research 75 (2015)

10 Hög temperatur = minskad artrikedom = ökad risk för instabilitet Antal Bakterier Antal metanogener 37 o C o C o C Samma trend gäller för ökad ammoniakhalt

11 Låg biodiversitet kan leda %ll kollaps av processen! Två olika processer får samma substrat (matavfall) utsäps för ökad belastning. Reaktor DB (röd) kraschar och reaktor DA (blå) fungerar bra! VARFÖR???? SVAR: Reaktor DA har en högre biodiversitet, dvs fler olika sorters mikroorganismer Metanutbyte [N ml/gvs dag] Låg biodiversitet = kollaps OLR DA OLR DB Hög biodiversitet = hög produkron Days OLR [gvs/(l dag)]

12 Välj räg material vid uppstart!! Ymp med låg biodiversitet (hög ammoniak) = lång uppstartsperiod De Vrieze et al, Appl. Microbiol biotech 99 (2015)

13 Hur kan kraven för medarbetarna (mikroorganismerna) Rllgodoses på arbetsplatsen (rötkammaren)?

14 Säkerställ bra substrat i lagom dos! Extra spårämnen kan behövas för enzymarsk akrvitet Järn för ap ta fälla bort sulfider Buffert ämnen för ap hålla ph Skumdämpare Ibland behövs extra 7llsatser som boosters eller stabilisatorer

15 Ge mikroorganismerna %d ag växa och ag anpassa sig %ll nya förhållanden! Vi gillar låga kvävenivåer Jippi, äntligen lite högre kväve!!! Stabil kvävenivå Ökande kvävenivå BLÄÄ här vill vi inte vara

16 Övervaka din process!!!

17 Fram%den- Mikrobiell styrning? Kaaktärisering av reaktorns mikobiom Hela samhällen eller nyckelorganismer? Analys över 7d! Tolkning och Implementering Modellering kan visa avvikelser from det normala 7llståndet? Justering av drit, i.e. matningsfrekvens, HRT, temperatur, bioagumenta7on etc Guidedline för styrning Koch et al 2014 Curr Opinion of Biotechnology 27:65 Temadag mikrobiologi 25 November 2015

18 Tack för uppmärksamheten! Har du frågor eller är intresserad av samarbete? Visit: