Tentamen i Avfallshantering 5HP Del 1

Transkript

1 Tentamen i Avfallshantering 5HP Del 1 Kod:. Tillåtna hjälpmedel; Papper, Penna Svaren skall ges som hela, tydliga meningar som är lätta att förstå, anledningen är att detta ökar möjligheten att du får valuta för din insats Del 1 och del 2 examineras separat, tiden mellan delarna disponeras efter eget val, man får dock maximalt ägna 3 timmar åt varje del. För godkänt krävs 50% på båda delarna, var för sig. Del två rekommenderas att påbörjas när del ett lämnats in. Del 1 1. Hur skulle du utforma en sluttäckningskonstruktion på en deponi för icke farligt avfall? (börja med första skiktet ovanför avfallet) (4p) i 2. Ofta används indikatorer som ett alternativ till patogener vid analyser av den hygieniska kvaliteten a. Ange två egenskaper som indikatorer bör ha. (1p) ii b. Ge två exempel på indikatorer, (ange, namn, organismtyp samt vad de är indikator för). (2p) iii 3. Vid kompostering rekommenderas oftast att kol/kväve-kvoten skall ligga i intervallet Vid rötning kan enligt viss litteratur balansen mellan C:N:P vara upp till 850:5:1. a. Vilka är nackdelarna om den i komposteringsprocessen är lägre än 15 respektive högre än 30? (2 p) b. Varför är mängden näringsämnen som behövs vid rötning så mycket mindre än vid kompostering eller aktiv slamprocessen? (2p) c. Vilka problem uppstår i rötningen om mängden näringsämnen är alltför hög eller alltför låg? (1p) iv 4. Ansvaret för det avfall som uppstår i ett hushåll är delat. a. Vilka aktörer handlar det om och vilka avfall (lista exempel) ansvarar var och en av dessa aktörer för? (2p) b. Vilket/vilka ansvar har dessa aktörer och vilket ansvar har hushållet självt? (2p) v 5. Det finns i princip fyra olika sätt att hantera och behandla fast köksavfall: deponering, förbränning, kompostering och rötning. Jämför i en kortfattad diskussion dessa metoder vad gäller miljöstörande utsläpp i form av växthusgaser, försurning, övergödning och hushållning med växtnäring samt med energi och energikvalitet. (12 p) vi

2 6. I kursen har aeroba, anoxiska och anaeroba reaktioner/processer behandlats. a. Vilken är den principiella skillnaden mellan dem (=hur definieras de)? (3 p) b. Nämn, för varje typ av reaktion, minst en biologisk process som utnyttjar denna typ av reaktion eller som förutsätter dessa förhållanden. (1,5 p) vii 7. De tre viktigaste användningsområdena för biogas är produktion av värme, elektricitet samt fordonsbiogas. När gasen används som drivmedel krävs det avancerad behandling av den producerade gasen innan den kan användas. Ge de tre viktigaste substanserna/ämnena som avlägsnas från gasen och beskriv två behandlingstekniker för att göra detta, inklusive behandlingens funktion. (3.5p) viii 8. Proteinproduktion är ett relativt nytt alternativ för behandling av organiskt avfall. Sammanfatta kort konceptet av proteinproduktion, samt ge en fördel och en risk med behandlingsmetoden.(3p) ix

3 Del 2 Tillåtet material; allt förutom personlig konsultation. Svaren på del 1 måste vara inlämnade för att ta fram annat material än papper och penna. När du använder ekvationer från litteraturen, ange gärna vilken källa du använt (detta ökar dina chanser till poäng för dina svar). Beräkningarna måste vara enkla att förstå. Använd en sida per uppgift, och skriv endast på ena sidan av pappret. 1. Recirkulering av organiskt avfall kan medföra hygieniska risker. Dessa behöver kvantifieras för att möjliggöra bedömning av om de är acceptabla och för att ge underlag till hygieniska förbättringar av systemen. Kvantifieringen kan göras via epidemiologiska studier eller via kvantitativ mikrobiell riskanalys (QMRA, Quantitative Microbial Risk Assessment). a. Vad är kvantitativ mikrobiell riskanalys och vilka delsteg består det av? (4p) b. Ge två för- och två nackdelar för kvantitativ mikrobiell riskanalys jämfört med epidemiologiska studier. (4p) 2. Tabellen under visar data från studier av inaktivering av Enterococcus faecalis i gödsel vid olika temperaturer. Temperatur ( C) Inaktiveringskonstant k (h -1 ) a. Vad är Z-värdet för inaktivering av Enterococcus faecalis i gödsel? (4p) x b. Vad är Dr-value vid 51 C i gödsel? (3p) xi c. Hur lång tid behövs för 5 log10 reduktion av Enterococcus faecalis i gödsel vid 51 C? (2p) xii d. I en strängkompost håller 86 % av materialet 51 C, medan det resterande håller lägre temperatur (ingen inaktivering). Komposten omblandas en gång om dagen. Hur många gånger måste komposten vändas för att uppfylla kraven till 5log10 reduktion av Enterococcus faecalis enligt ABP? (4p) xiii 3. I ett reningsverk förtjockas ett processlam till 8 % ts. Slammets glödrest är 25%. a. Beräkna med Haugs tumregler slampartiklarnas absoluta densitet och slammets densitet.(6p) xiv b. Slammet avvattnas därefter till 25% ts. Dess skrymdensitet uppmätts nu till 0,85. Hur stor andel luftfyllda porer har slammet?(8p) xv

4 c. För att kunna bli av med slammet vill man kompostera det för att sedan använda det i jordtillverkning. Den biologiskt nedbrytbara delen av detta råslams organiska substans beräknas vara 90%. I en bra kompostering räknar man med att 85% av det biologiskt nedbrytbara bryts ned. Verkar energin räcka för att kompostera slammet med recirkulation av komposterat slam som enda strukturmaterial? Hur mycket kompost-ts bildas då per kg slam in i processen? (7p) xvi d. Hur många kg luft per kg slam behövs för att bortföra vattnet under komposteringen? Ingående luft har temperaturen 10 C och 80% RF (relativ fuktighet). Utgående luft håller 50 C och 100% RF. (8p) xvii e. Slammet har sammansättningen C 22 H 39 O 10 N. Hur stort är det stökiometriska luftbehovet per kg slam? (2p) xviii

5 Lämnas in med del 1 av tentan Kod Antal sidor: Inlämningstid: Markera frågorna du svarat på: Fråga Besvarad Poäng Max 1 4 2a 1 2b 2 3a 2 3b 2 3c 1 4a 2 4b a 3 6b 1,5 7 3,5 8 3 Total Poäng: Betyg:

6

7 Lämnas in med del 2 av tentan Kod Antal sidor: Starttid: tid för inlämning: Markera vilka frågor du svarat på: Fråga Besvarad Poäng Max 1a 4 1b 4 2a 4 2b 3 2c 2 2d 4 3a 6 3b 8 3c 7 3d 8 3e 2 Totalpoäng: Betyg:

8

9 i gasdräneringsskikt (om det finns deponigas organiskt nedbrytbart avfall) tätskikt (bentonitmatta eller motsvarande) dräneringsskikt (grus eller motsvarande) (Geotextil ovan och under dräneringsskiktet) skyddsskikt med växtetableringsskikt ii Icke patogena, bete sig som patogenen de är indikator för, vara enkel att odla, förekomma i materialet.1 min iii E.coli, Bakterie bra indikator för tex salmonella den används även i vissa sammanhang som indikator för all fekal kontamination, Enterokocker, bakterie, är en konservativ indikator bör bakterier. Bakterifager, kan används som modell för virus, fager är ett bakterievirus. Tomatfrön, kan användas som indikator för de flesta organismer. 1 minut iv a) Vid lägre kol-kvävekvot ungefär 15 så behöver inte bakterierna all näring för sin celluppbyggnad, vilket innebär att kväveöverskottet kommer att försvinna som ammoniakemission, vilken därför ökar starkt vid minskande kol/kväve-kvot. Om kol/kvävekvoten är högre än ca 30 räcker inte kvävemängden till för snabbast möjliga tillväxt av mängden bakterieceller. Komposteringshatigheten sjunker liksom maximal temperatur. (2 min) B) Vid rötning bildas mycket färre mindre mängd cellmassa än vid aerob nedbrytning. Detta innebär att näringsbehovet blir mycket mindre än vid kompostering eller aktiv slamprocessen. (2min) C) Om kol-kvävekvoten är mycket mindre än den rekommenderad, alltså om det finns mycket mera kväve än den mängd som åtgår för celluppbyggnad finns risk för att ammoniumhalten når toxiska nivåer och påverkar metanogenerna. Om mängden kväve är mindre än den rekommenderade är risken stor att metanogenerna inte kan tillväxa optimalt och att processhastigheten därför blir låg. (2 min) v Mellan producenter och kommunen. Producenterna ansvarar för förpackningar av glas, papper, plast och metal. Dessutom finns producentansvar för papper och tidningar, wellpapp, däck & bilar, el, elektronik & vitvaror. Producenterna/importörerna ansvarar för insamling, återvinning och slutligt omhändertagande av sina respektive avfall. Kommunen ansvarar för insamling, behandling/återvinning och slutligt omhändertagande av övrigt hushållsavfall, inkl. grovavfall, slam, latrin, källsorterad urin etc., för sådant producentansvarsavfall som hushållen inte sorterat ut, samt för hushållens farliga avfall. Hushållen ansvarar för att de sorterar ut producentansvarsavfall och farligt avfall. (5 min) vi Växthusgaser: Utsläppen av växthusgaser är klart störst vid deponering, eftersom en stor del av det organiska materialet kommer att omvandlas till deponigas, som är en form av biogas. Även om man har en väl fungerande insamling av deponigas så kan man inte räkna med att mer än ca 50% samlas in sett över deponins hela livstid. Under förutsättning att rötningssystemet är tätt och att man undviker metanutsläpp så är utsläppen av växthusgaser vid rötning, kompostering och förbränning små. Utsläpp av försurande och övergödande ämnen är klart störst från kompostering, eftersom utsläppen av ammoniak är stora om man inte har en bra behandling av frånluften. Om man behandlar frånluften, helst genom att kyla och kondensera den och sedan genom ev. behandling i biofilter blir utsläppen vid kompostering likvärdig med de vid rötning. Utsläppen av försurande ämnen från rötningen är mindre än från kompostering utan frånluftsbehandling, men större än från förbränning, framförallt om gasen används i en motor utan att först svaveväte avlägsnats och om motorn är utan katalysator. Om däremot gasen renats från svavelväte och motorn har katalysator så kan utsläppen bli små. Katalysator är också viktigt för att hålla utsläppen av övergödande kväveföreningar små, men där är det också viktigt att rötresten lagras och sprids med minimala ammoniakförluster. Vad gäller hushållning med växtnäringsämnen är de biologiska processerna givetvis klart bättre än förbränning eller deponering och rötning hushållar bättre med kväve än kompostering. Mest energi frigörs vid förbränningsprocessen. Genom att kyla frånluften från komposten kan man möjligen nyttiggöra kanske ¼ till hälften så mycket värmeenergi som från förbränningen. Värmen från komposteringen har också lägre temperatur lägre kvalitet. Ungefär lika mycket energi kan frigöras som biogas vid rötning, men denna energi kan användas för motordrift och har härigenom en mycket högre kvalitet än värmen från förbränning eller kompostering. Nästan samma kvalitet, men mindre mängd biogas, fås från deponin. (16 min) Aspekt Deponering Förbränning Rötning Kompostering Växthusutsläpp ---- R + +/-0 Försurning - R - eller -- - eller -- Övergödning ---- R

10 vii Energihushållning ---- R + till 0 0 till - Energikvalitet + R Icke förnybara resurser (vx-näring) 0 R Aerob kompostering, aktivt slam, nitrifiktaion syre är elektronacceptor Anoxiskt denitrifikation Andra ämnen än syre eller kol är elektronacceptor, t.ex. kvävet i NO - 3 eller svavlet i SO 2-4. Anaerobt rötning, biologisk fosforrening Kol i organiska föreningar är elektronacceptor (1:30 resp 1:00 min) Kommentar Som definition på anaerob har utan tillgång till syre godkänts, trots att det bara borde godkännas utan tillgång till fritt eller bundet syre. viii The following needs to be removed: H2S CO2 H2O NH3 The treatment, upgrading of the biogas is done by in a pressurized scrubber with water, which absorbs the components above except water wich is removed later by drying?, by a Pressure swing adsorption (PSA) process, where molecules are trapped onto activated carbon or zeolites according to molecular size, but H2S has to be removed before??. By scubbing with Selexol a chemical compound (polyglycol ether), which reacts with carbon dioxide and thus removes it.as well as hydrogen sulphide and water (5 min) By absorption by chemical reaction, with for example alkalano amider at atm pressure in a absorption column CO2 remowed but H2S has to be removed prios to avoid poisoning the chemical. Condensation/Freezing? ix The concept of this strategy is the production of animal protein, in the form of worms or fly larvae, directly from the waste. The advantages are: a shortened recycling of nutrients, which minimises the losses; the reduction in volume of the residues, which simplifies post-treatment and spreading. The risks are: spreading of pathogens; recycling of environmental toxins; recycling of antibiotic resistant organisms and genes and the accumulation of heavy metals. x Z =4.67 C xi 2.25 timmar xii 2.25 x 5 = timmar xiii gånger xiv Absolut densitet på slammet Gs=1,176kg/dm 3 1 G s V = G s V 1 V + G f s (ekv 6.1) 1 G s 0,75 0,25 = + =0,75+0,10= 0,85 1,0 2,5

11 d = d 1,0 1 = = 0,08 0, ,08 1,176 w s = S s + 1 S s Gs (5min) 1,01 kg dm 3 xv Sidan: 3 ( 1 0,25) 0,85 0,25 0,85 f = 1 = 1 0,181 0,638 = 18,2% 1,176 1 = andelen luftfyllda porer. (5min) xvi Sidan: 4 Mängden kompost TS per kg slam blir 106,6 gram W=mängd vatten/mängd nedbrytbar organisk substans= 44 fungerar troligen komposteringen. 143,44g 5555cal g E=utveckad energi/mängd vatten= 750g bör komposteringen fungera. (6min) 750 = 4, (sid 298 i Haug) genom att W<8 168,75 = 1061cal genom att E är högre än 700 cal/g g xvii Sidan: 4 Haug visar att i princip allt vatten in behöver avdunstas, vi räknar på det! Mängd vatten som behöver avdunstas är 750g. Ingående luft 10 C, 80%RF. Utgående luft 50 C, 100%RF. 10 C 80%RF X(från tabell)*rh= 7,74g (H2O)/kg luft * 0,8=6, C 100%RF: X(från tabell)*rh=87,5*1=87,5 ΔH2O(g)=H2O(g50 C)-H2O(g10 C)=87,5-6,192=81,308gH2O per kg luft 750g vatten skall förångas, 83,308g H2O förångas per kg luft. 750 = 9,224kg luft 81,308 (4min) xviii Sidan: 4 22C H O N Syrebehov 26O 2 =26 32=832 C 22 H 39 O 10 N + 26O 2 22CO H 2 O + NH 3 Stökiometriskt syrebehov= 1,

12 Syrebehov per kg slam= 1,744 0,1434=0,25019g O 2 /g slam. Luftbehovet blir därmed 0,25019/0,232=1,078kg luft per gram slam.