Ann-Charlotte Jakobsson Åhs

Transkript

1 Fakulteten för hälsa, natur- och teknikvetenskap Miljö- och energisystem Ann-Charlotte Jakobsson Åhs Rötning av matavfall en studie av metanutbytet hos matavfall förbehandlat med skruvkrossteknik samt vid samrötning med bioslam från pappersbruk Anaerobic digestion methane yields in organic municipal solid waste pre-treated with screw cross and co-digest with paper mill sludge. Examensarbete 22,5 hp Högskoleingenjörsprogrammet i energi- och miljöteknik KARLSTADS UNIVERSITET Juni 2014 Handledare: Karin Granström Examinator: Lena Stawreberg Karlstads universitet Karlstad Tfn Fax Information@kau.se

2

3 Sammanfattning Dagens samhälle står inför stora utmaningar. För att minska klimatpåverkan bör fossila bränslen bytas ut till bränslen som inte bidrar till växthuseffekten. Den växande befolkningen genererar organiskt avfall med ursprung från industrin och hushållen. Genom anaerob rötning kan avfallet tas tillvara för att producera energirik metangas. På detta sätt kan avfallet vara en resurs istället för en belastning för samhället. Syftet med detta projekt är att undersöka metanutbytet hos matavfall förbehandlat med skruvkrossteknik samt metanutbytet vid samrötning av matavfall och bioslam från pappersbruk. Matavfall som antingen förbehandlats i en skruvkross eller i en Food Waste Mill och en blandning av matavfall och bioslam från pappersbruk rötades i en semi-kontinuerlig, våt process under mesofila förhållanden med en uppehållstid på 20 dagar. Skruvkrosstekniken gav en slurry med ett metanutbyte på cirka ml/g VS vilket var något högre än utbytet på ml/g VS från slurryn förbehandlad med Food Waste Mill. Metanhalten var något högre för slurryn förbehandlad med Food Waste Mill, 74 % i medelvärde att jämföra med 68 % för slurryn förbehandlad med skruvkross. Bioslam från pappersbruk är ett organiskt avfall som går att röta i syfte att framställa biogas. Slammet är näringsfattigt och metanutbytet vid enskild rötning av pappersbruksslam blir relativt lågt. I denna studie har bioslammet samrötats med matavfall. Blandningen med proportionerna 1:1 med avseende på g VS gav ett metanutbyte på cirka ml/g VS vilket är högre än om de ingående substraten rötats var för sig. Medelvärdet på metanhalten vid samrötningen blev 80 % vilket även det är högre än vid enskild rötning av substraten.

4

5 Abstract Today's society is facing major challenges. In order to reduce the climate impact fossil fuels should be replaced with fuels that do not contribute to the greenhouse effect. The growing population generates organic waste originating from industry and households so called organic fraction of municipal solid waste (OFMSW). Through anaerobic digestion, waste can be utilized to produce energy-rich methane gas. In this way, waste can be a resource instead of a burden on society. The purpose of this project is to investigate the methane yield of source-sorted organic fraction of municipal solid waste (SS-OFMSW) pretreated with screw crush technology and methane yield at the co-digestion of food waste and biosludge from paper mills. SS-OFMSW which is either pre-treated in a screw crusher or a Food Waste Mill and a mixture of SS-OFMSW and biosludge from paper mills digested in a semi - continuous wet process under mesophilic conditions with a retention time of 20 days. Screw crush technique gave a slurry with a methane yield of about ml / g VS, which was slightly higher than the yield of ml / g VS from the slurry pretreated with Food Waste Mill. The methane concentration was slightly higher for slurry pretreated with Food Waste Mill, 74% in average compared with 68% for slurry pretreated with screw crush. Biosludge from paper mills is an organic waste that can be digested in order to produce biogas. The sludge is poor in nutrients and methane yield at individual anaerobic digestion of paper mill sludge is relatively low. In this study, biosludge was co-digested with SS-OFMSW. The mixture with the proportions 1:1 by g VS gave a methane yield of about ml / g VS which is higher than the constituent substrates digested separately. Co-digestion gave a methane concentration at 80% which is also higher than at the individual anaerobic digestion of substrates.

6

7 Förord Examensarbetet utfördes på Karlstads Universitet, avdelningen för energi- och miljöteknik. UNAB och Biogas Systems har tillhandahållit uppgifter om skruvkrosstekniken och matavfall förbehandlat med skruvkross. Detta examensarbete har redovisats muntligt för en i ämnet insatt publik. Arbetet har därefter diskuterats vid ett särskilt seminarium. Författaren av detta arbete har vid seminariet deltagit aktivt som opponent till ett annat examensarbete. Genom detta arbete har jag fått ett stort intresse för biogasproduktion och dess möjlighet att expandera i samhället. Mer forskning behövs, särskilt om pappersbruksbioslammets möjligheter som biogasproducent. Samrötningsanläggningar där man blandar ut substrat med hög torrhalt med bioslam som har låg torrhalt skulle kunna anläggas på pappersbruken. Matavfall rötas på många olika anläggningar landet men jag tror att hanteringen kan förbättras, kanske ska anläggningarna för behandling av matavfallet skalas ner och istället bli fler för att minska på transporter. Tackord Jag vill först och främst tacka min handledare Karin Granström som visade mig hur laboratorieutrustningen fungerade och har varit en inspirationskälla och ett stöd under hela arbetet. Jag vill tacka Ulf Nordin, UNAB som är anledningen till att detta examensarbete som ide uppkom överhuvudtaget. Tack till Amanda Larsson som hjälpte till i labet när gaspåsarna blev överfulla och tack till Lars Pettersson för all teknisk hjälp med reaktorerna. Jag vill även tacka Fiskartorpets reningsverk i Kristinehamn för bidrag med ymp, Marika på Karlskoga Energis anläggning i Mosserud för guidning på anläggningen och bidrag med slurry, personalen på Borås Energis anläggning för bland annat hjälp med skruvkrossen och Stora Enso Skoghall AB för bidrag med bioslam. Slutligen tack till min familj som stöttat mig och haft förståelse för allt helgarbete i labet.

8

9 Innehåll 1. Inledning Introduktion Bakgrund Syfte och mål Rötning/anaerob nedbrytning Temperatur ph-värde och ammoniumhalt Syrgas Belastning Rötkammarens utformning Hydraulisk och partikulär uppehållstid Rötrester Mikrobiologi Substratets egenskaper Skruvkrossteknik Matavfall Bioslam från pappersbruk Samrötning Metod och material Reaktorerna Utförande Material Analysmetoder TS-halt VS-halt Ammoniumhalt ph Gassammansättning Tungmetaller Resultat Rötning av matavfall från grossist berett med skruvkross eller från hushåll berett med Food Waste Mill Samrötning matavfall från hushåll berett med Food Waste Mill och bioslam från pappersbruk Rötning av matavfall från hushåll berett med skruvkross

10 3.4 Sammanställning Diskussion Möjlig fortsättning Slutsatser Referenser

11 1. Inledning 1.1 Introduktion Sorterat matavfall från hushåll/livsmedelsindustrin innehåller stora delar organiskt material. Genom att röta detta avfall kan energirik biogas utvinnas, samt växtnäringsämnena såsom fosfor och kväve återföras till jordbruksmark genom att rötresterna används som gödningsmedel. Detta kan minska övergödningen i sjöar, hav och vattendrag samt spara fosfor som är en ändlig resurs. Dessutom kan den producerade biogasen ersätta fossila bränslen för till exempel drivmedel eller uppvärmning. För att få ett mer hållbart samhälle bör allt avfall tas tillvara, kan det inte återvinnas kan möjligheterna att utvinna energi ur avfallet utredas. Bioslam från pappersbruk är en resurs för biogasproduktion som ännu är outnyttjad. 1.2 Bakgrund I Sverige uppkommer cirka 128 kg matavfall per person och år från hushåll, restauranger, storkök och butiker (Linné et al. 2008). Fler och fler kommuner satsar på att genom olika sopsorteringssystem, dela upp hushållsavfall i olika fraktioner. Matavfall är en av dessa fraktioner. Det finns olika metoder att samla upp avfallet, bland annat köksavfallskvarnar, papperspåsar och plastpåsar (Avfall Sverige 2013). Avfallet behöver finfördelas innan det kommer in i rötkammaren, dels för att kunna transporteras/pumpas in i rötkammaren och dels för att underlätta rötningsprocessen. Det finns flera olika tekniker i form av kvarnar, pressar och krossar för att finfördela avfallet. De olika teknikerna bör även kunna avskilja sådant som hamnat fel och inte ska rötas, såsom plast, metall och glas mm. (Steffen et al. 1998). Detta så kallade rejekt bör vara så fritt från organiskt material som möjligt. En bra teknik för sortering och finfördelning av matavfallet bör även vara tålig, ha låg investeringskostnad, vara billig i drift och dessutom ska det behandlade matavfallet ge en hög metangasproduktion i rötkammaren. I Sverige har vi en ännu outnyttjad resurs i slammet från pappersbrukens luftade dammar. Detta så kallade bioslam innebär idag en extra kostnad för pappersbruken då organiskt material sedan 2005 är förbjudet att dumpa (Sandberg 2012). Bioslammet kan avvattnas för att förbrännas och härigenom tillvarata värmeenergin i slammet (Krogerus, et al. 1999). Avvattningsprocessen är dock svår och kostsam på grund av bioslammets svåravvattnade egenskaper. Slammet har visat sig möjligt att röta för att producera biogas, dock kan det krävas tillskott i form av extra näring för hög biogasproduktion då slammet i sig är näringsfattigt (Hagelqvist 2013). Genom att samröta slam från pappersbruk med matavfall skulle hanteringen av slammet bli mindre kostsam för pappersbruket och kommunerna skulle få tillgång till mer substrat att röta. 1.3 Syfte och mål Samhällets strävan mot att bli mer hållbart kräver att alla resurser som kan omvandlas till energi till nytta för samhället tas tillvara. Avfallsströmmar kan rötas för att producera värdefull metangas och syftet med detta projekt är att undersöka hur ny teknik för beredning av matavfall fungerar samt möjligheten att utnyttja avfallsströmmar som ännu är outnyttjade i rötningssammanhang. Målen med examensarbetet är dels att undersöka metanbildningspotentialen hos matavfall som antingen förbehandlats i en skruvkross eller i en Food Waste Mill och dels att undersöka metanproduktionen vid samrötning av matavfall och bioslam från pappersbruk. 3

12 1.4 Rötning/anaerob nedbrytning Rötning är en form av anaerob biologisk nedbrytning där mikroorganismer, främst bakterier, bryter ned organiska ämnen till bland annat koldioxid och metangas. Denna process uppträder naturligt i syrefria miljöer såsom sediment, våtmarker och i magen på idisslare (Jarvis, Schnurer 2009). Metangasen kan användas för att tillverka biogas för exempelvis fordonsdrivmedel, uppvärmning och elproduktion. Vid stabilisering av kommunalt avloppsvatten har denna teknik använts i Sverige i över 70 år (Nordberg 2006) genom så kallad slamrötning. Sedan mitten av 90-talet har flera anläggningar byggts för att röta organiskt avfall, t.ex. från hushåll, restauranger, jordbruk, livsmedelsindustrier m.m. (Nordberg 2006) Vid rötning skiljer man våt rötning från torr rötning. Våt rötning har låg torrsubstanshalt (ex 2-10%TS) och torr rötning har högre torrsubstanshalt (ca 30 %). (Persson 2005) Temperatur Vid rötning för produktion av biogas används vanligen mesofila eller termofila temperaturintervall där de mesofila förhållandena är mellan 25-40ºC och de termofila förhållandena är vid temperaturer mellan 45-65ºC (Garcia-Heras 2003). Vid mesofila biogasprocesser hålls temperaturen vanligen vid 35-40ºC och vid termofila biogasprocesser hålls temperaturen vid ºC (Nordberg 2006). Den termofila processen går nästan dubbelt så fort i sina reaktioner i jämförelse med den termofila och därför kan uppehållstiden vara kortare och rötkammarvolymen mindre. Däremot är den termofila processen mer störningskänslig och mer energikrävande än den mesofila (Nordberg 2006) ph-värde och ammoniumhalt ph-värdet är ett enkelt sätt att övervaka rötningsprocessen då både ett för lågt och ett för högt ph-värde indikerar störningar. Ett optimalt ph-värde ligger mellan 6,5 till 7,2 (Appels et al. 2008) och ett lågt ph kan vara inhiberande/hämmande för vissa av mikroorganismerna. Ett sjunkande ph kan fås vid hög fetthalt på det inkommande substratet då fettet hydrolyseras till långa fettsyror och dessa kan då sänka ph-värdet om inte övriga mikroorganismer hinner med att konsumera dessa (Carlsson, Uldal 2009). Inhiberingsproblem kan även uppstå vid höga, toxiska ammoniumhalter för de metanbildande bakterierna vid nedbrytning av substrat med höga proteinhalter. Vanligtvis ligger gränsen för inhibering vid ammoniumhalter på 2-3g/l men kan vara så låg som 0,15g/l. Termofila anläggningar är känsligare för ammoniumförgiftning än mesofila anläggningar (Carlsson, Uldal 2009) Syrgas Det är viktigt att rötkammaren är lufttät då metanbildarna inte tål syrgas. Dock kan vissa av mikroorganismerna i rötningsprocessen använda syrgas för sin metabolism vilket medför att ett litet syreläckage inte behöver vara förödande för processen. Däremot medför läckaget en mindre produktion av metan då mikroorganismerna som använder sig av syre tar en del av kolet till sin tillväxt och det blir följaktligen mindre kvar till metanbildarna (Jarvis, Schnurer 2009) Belastning Med belastning menas hur mycket nytt organiskt material som tillförs processen per tidsenhet. Vanligt är att ange belastningen med Organic Loading Rate (OLR). Termofila processer klarar vanligen en belastning på cirka 4-5 kg organiskt material (VS)/m 3 rötkammare och dygn medan en mesofil process klarar cirka 2-3 kg VS/m 3 och dygn (Jarvis, Schnurer 2009). Belastningen bör vara så jämn som möjligt och inte ändras mer än % över en vecka. 4

13 Även substratsammansättningen bör hållas så konstant som möjligt eftersom mikroorganismerna anpassar sig efter det substrat de matas med (Jarvis, Schnurer 2009) Rötkammarens utformning Rötkammaren kan vara utformad som en enstegsprocess eller en flerstegsprocess. Hela den anaeroba nedbrytningsprocessen sker i samma behållare i enstegsprocessen men i flerstegsprocessen är processen uppdelad i flera steg i olika behållare. I detta projekt genomförs utrötningsförsöken som enstegsprocesser i en så kallad Semi Continously Stirred Tank Reactor (SCSTR). Rötkammaren måste vara lufttät och ha någon form av gastömning samt tömning för rötresterna. Dessutom skall maten kunna föras in i reaktorn, kontinuerligt i en CSTR-reaktor, semikontinuerligt i en SCSTR-reaktor eller satsvis om hela substratmängden tillförs samtidigt. Reaktorn ska hålla den temperatur vid vilken rötningen sker, vanligen mesofil (35 C) eller termofil (55 C) utan variationer i temperaturen. Reaktorinnehållet måste blandas om i reaktorn så ett system för omblandning krävs (Jarvis, Schnurer 2009) Hydraulisk och partikulär uppehållstid Uppehållstiden anges ofta som Hydraulic Retention Time (HRT) eller Solids Retention Time (SRT) där HRT står för vätskans uppehållstid i reaktorn och SRT är slammets uppehållstid i reaktorn. I en kontinuerlig rötningsprocess är för det mesta vätskans och slammets uppehållstider lika långa men i de fall där delar av rötresten återförs till rötkammaren blir slammets uppehållstid längre. Biogasprocessen har vanligen en uppehållstid på mellan dygn men kan även vara längre (Jarvis, Schnurer 2009) Rötrester Restprodukten från rötningen, biogödseln kan användas som gödselmedel och spridas på åkermark. Innan användning som gödning måste biogödseln analyseras så att den inte innehåller något som är olämpligt att sprida på åkermark (Carlsson, Uldal 2009). Det finns olika system för att kontrollera att rötresterna inte innehåller för höga halter av exempelvis tungmetaller. Revaq är ett certifieringssystem som ägs och administreras av svenskt vatten, branschorganisation för Sveriges vattenverk (Svenskt vatten 2014). SPCR 120 är Avfall Sveriges certifieringssystem för biogödsel (Ljung et al. 2013). I tabell 1 ses gränsvärden för vissa tungmetaller enligt dessa certifieringssystem. Tabell 1. Gränsvärden för tungmetaller i biogödsel enligt SPCR 120 samt Revaq. Metall Gränsvärden enligt SPCR 120 [ mg/kg TS] Gränsvärden enligt Revaq [mg/kg TS] Bly Kadmium 1 2 Koppar Krom Nickel Zink TS Mikrobiologi Flera olika sorter av mikroorganismer med olika roller behövs för den anaeroba nedbrytningen. Tre huvudgrupper av mikroorganismer har identifierats med olika funktioner i processen. Dessa är hydrolyserande och fermenterande bakterier, väteproducerande bakterier 5

14 samt de metanbildande bakterierna (Ahring 2003). Den åtråvärda metangasen är en avfallsprodukt från den anaeroba nedbrytningen. En schematisk bild över nedbrytningsprocessen ses i fig. 1 och de tre stegen beskrivs nedan. Hydrolys Organiska substanser som proteiner, fetter och cellulosa spjälkas med enzymer av hydroliserande mikroorganismer till enkla lösliga föreningar såsom ammoniumsalter, glukos, fettsyror (Ahring 2003). Fermentering Under fermenteringen, även kallad jäsningen tar mikroorganismerna upp det hydroliserade organiska materialet och bryter ned det till acetat, vätgas, koldioxid samt flyktiga fettsyror som ättiksyra och propionsyra. Fettsyrorna bryts ned av väteproducerande bakterier (Ahring 2003) till acetat, väte och koldioxid. Ättiksyra är den viktigaste fettsyran för metanbildningen. Om halten av ättiksyra blir för hög kan dock ph-värdet bli för lågt och detta kan i sin tur leda till inhibering av de mikroorganismer som lever av ättiksyra vilket medför att ättiksyrekoncentrationen stiger ytterligare. Metanbildning Acetat och väte omvandlas av två olika grupper av metanogener till metan och koldioxid (Ahring 2003) Detta skede brukar kallas det metanbildande skedet. Den anaeroba processen är känslig för toxiska ämnen som kan slå ut reningen,exempelvis tungmetaller kan slå ut metanogenerna (Jarvis, Schnurer 2009). Biopolymerer Kolhydrater, proteiner, fett Monomerer Socker, aminosyror m. m. Intermediärer Flyktiga fettsyror, alkoholer m. m. Acetat Vätgas Biogas Metan, koldioxid Figur 1. Principschema för rötningsprocessen. Bild baserad på (Ahring 2003). 6

15 1.4.9 Substratets egenskaper Substratet som ska rötas bör ha en bra näringssammansättning för att mikroorganismerna som ingår i rötningsprocessen ska må bra och därmed bryta ned substratet samt producera metan. Substratet måste även vara möjligt att bryta ned anaerobt. Torrsubstanshalten (TS) och innehållet av organiskt material (VS = volatile solids) samt sammansättningen hos materialet med avseende på fett, kolhydrater och proteiner är avgörande för utbytet av biogas (Litorell & Loven Persson 2007). Torrsubstanshalten är den torra, kvarvarande delen då substratet torkats i torkugn. Substrat med hög TS-halt (>15%) behöver ofta spädas för att vara pumpbara och för att omrörningssystem ska fungera. Substrat med låga TS-halter kan användas för att späda ut tjockare substrat (Carlsson, Uldal 2009) och därigenom förbättra de mekaniska egenskaperna. Innehållet av organiskt material (VS-halt) i substratet kan tas fram genom att hetta upp substratet i 550 C, den så kallade glödförlusten eller på engelska Volatile Solids (VS) är det som är brännbart i materialet och kan antas vara organiskt material. Plast och lignin kan dock vara en del av en hög VS-halt men är inte nedbrytningsbara i rötkammaren och därför kan resultatet vara missvisande (Carlsson, Uldal 2009). En hög VS-halt medför ett mer effektivt utnyttjande av rötkammaren det vill säga ett högt gasutbyte per volymsenhet substrat jämfört med en låg VS-halt då det endast är den organiska delen av TS som kan brytas ned och därmed producera biogas. Kol/kväve-kvot Liksom andra mikroorganismer behöver mikroorganismerna som deltar i rötningsprocessen tillgång till näringsämnen såsom kol, kväve, fosfor samt mikronäringsämnen, vitaminer och spårämnen (Carlsson, Uldal 2009). C/N-kvoten, det vill säga förhållandet mellan kol och kväve är av stor betydelse. Kvoter runt 30 är gynnsamma för mikroorganismerna medan överskott på kväve, kvoter lägre än orsakar ammoniumackumulering samt förhöjt phvärde och kan därigenom vara toxiskt för mikroorganismerna (Carlsson, Uldal 2009). Överskott på kol, vid kvoter över 30, medför att nedbrytningen avtar (Wannholt 1998). 1.5 Skruvkrossteknik Det finns idag flera olika maskiner som behandlar matavfall i syfte att finfördela materialet och reducera volymen, till exempel kvarnar, pressar, krossar och komprimatorer. Dessa maskiner är ofta dyra i underhåll genom att de är känsliga för driftstörningar på grund av främmande material samt i regel energikrävande och dyra i inköp (Avfall Sverige 2013). I en skruvkross arbetar ett skär i form av en gänga mot längsgående skär i höljet. I greppet mellan skären klipps och krossas materialet (fig. 2 och 3). Det unika med skruvkrosstekniken är att skär, krossytor och material är i ständig rörelse sinsemellan under sönderdelningsarbetet. Att krossningen också sker i en långsam rörelse och med stor kraft gör att det mesta av tillförd energi används till sönderdelning istället för att försvinna som rörelseenergi och värmeförluster, som ofta är fallet i konventionella kvarnar eller krossar enligt Nordin 1. I komprimeringsdelen knådas avfallet under högt tryck och substratet skiljs från förpackningar och liknande. 1 Ulf Nordin, UNAB, beskrivning skruvkross. 7

16 motor Slurry Rejekt Figur 2. Principskiss skruvkross. Bild från Ulf Nordin. Figur 3. Materialet klipps och krossas under skruvens rörelse mot skären i höljet. Bild från Ulf Nordin. I tabell 2 ses data för skruvkrossen framtagna under testkörning i Borås. Bild från testkörningen ses i fig. 4. Tabell 2. Data för skruvkross. Ungefärliga värden framtagna från försökskörning i Borås. Elbehov Kapacitet Vikt Data skruvkross 3 kwh/ton avfall 2 ton/h 700 kg 8

17 Figur 4. Skruvkrossen uppställd för testkörning på Borås Energis anläggning. I detta projekt undersöks även slurry av matavfall som har förbehandlats med en så kallad Food Waste Mill. Det är en maskin för sönderdelning och separation av oönskat material i matavfall. Det finns för närvarande två i drift i Sverige, en i Huddinge och en i Karlskoga. Båda har nyligen tagits i bruk. Tanken är att maskinen ska kunna hantera allt matavfall även förpackat så att allt material kan behandlas i en gemensam processlinje. Inkommande material separeras i separatorn och spädvätska tillsätts vid behov. Sönderdelningen sker genom att en roterande axel med slagor och ett omkringliggande såll slår sönder materialet. I tabell 3 ses data för en Food Waste Mill (Avfall Sverige 2013). Tabell 3. Data för Haarslevs industries Food waste Mill. Elbehov Kapacitet Vikt Data Food Waste Mill 5 kwh/ton avfall ton/h 7,5 ton 1.6 Matavfall Matavfall kan vara utsorterat matavfall från hushåll, restauranger, storkök eller grossister. Dessa fraktioner skiljer sig åt innehållsmässigt samt följaktligen gällande biogaspotentialen se tabell 4 (Carlsson, Uldal 2009). Dessutom kan graden av sortering variera kraftigt. Källsorterat hushållsavfall tenderar att vara sämre sorterat än matavfall från restauranger och storkök (Carlsson, Uldal 2009). Matavfall från grossister innehåller huvudsakligen livsmedel där bäst före datum passerats (RVF Rapport 2006), alltså oätet avfall. Sorterat matavfall från hushåll kräver alltid någon form av förbehandling som består i finfördelning, spädning och separering av oönskat material som plast och metall (Steffen et al. 1998). Matavfall ger ett högt biogasutbyte som dock varierar beroende på hur välsorterat avfallet är och vilken förbehandlingsmetod som används. Valet av förbehandlingsmetod har dock inte så stor betydelse då det gäller metanutbytet baserat på organiskt material (Davidsson et al ). Den stora skillnaden mellan olika förbehandlingsmetoder var enligt en dansk studie andelen organiskt material i rejektet. Studien visade att upp till 44,5 % av det inkommande avfallet följde med rejektet (Hansen et al. 2007). Alltså kan valet av förbehandlingsmetod betyda ett mer eller mindre effektivt utnyttjande av matavfallet. 9

18 Tabell 4. Karakteristiska data för olika fraktioner av matavfall. Substrat VS av TS (%) Metanhalt (%) ml CH 4 /g VS C/N-kvot Matavfall grossister i.u. 59 % i.u. i.u. Matavfall hushåll 85 % 63 % Matavfall storkök 92 % 59 % 650 i.u. Matavfall restaurang 87 % 63 % I Sverige idag finns det ett tjugotal anläggningar som tar emot matavfall för förbehandling (Avfall Sverige 2013). Torrsubstanshalten för slurryn på dessa anläggningar är i genomsnitt 14 % men arbete pågår med att höja TS-halten hos slurryn genom bättre förbehandlingsmetoder. Härigenom blir både ekonomi och miljönytta bättre (Avfall Sverige 2013). 1.7 Bioslam från pappersbruk Skogsindustriellt bioslam är överskottsslammet som tas ut från pappersbrukens luftade dammar där bruken renar vattnet som används i processerna för pappersframställning (Hagelqvist 2013). Vattenreningen i de luftade dammarna sker biologiskt med hjälp av mikroorganismer som bryter ner det organiska materialet och släpper ut vatten och koldioxid. Bioslammet består till största delen av mikroorganismer och träfibrer och är näringsfattigt till följd av lågt kväveinnehåll (Hagelqvist 2013). Kol/kvävekvoten blir följaktligen hög, enligt Cornell Compsting (1992) är kvoten för bioslam 54. Av det bioslam som produceras idag förbränns cirka 50 %, medan 30 % komposteras och 20 % materialåtervinns eller tas omhand på annat sätt (Linné et al. 2008). Detta innebär kostnader för pappersbruken och dessutom utnyttjas inte energin i avfallet på ett hållbart sätt. Slammet har i flera studier visat sig möjligt att röta för att producera metan. I en studie med mesofil rötning i kontinuerligt matade reaktorer var metanutbytet från pappersbruksbioslam 120 ml/g VS efter 20 dagars rötning (Karlsson et al. 2011) vilket är lågt jämfört med potentialen från matavfall som ligger på ml/g VS, se tabell Samrötning För att uppnå en stabil rötningsprocess måste balansen av näringsämnen i blandningen vara den rätta samt ett stabilt ph-värde för att uppnå en stabil rötningsprocess. Substrat med lågt näringsinnehåll kan samrötas med substrat med högt näringsinnehåll för att få en bra balans mellan kväve, kol och alkalinitet i blandningen som matas in i rötkammaren. Även ammoniumhalten i rötkammaren kan hållas nere om proteinrika substrat blandas med proteinfattiga substrat. Genom att späda ut substrat med hög TS-halt som exempelvis matavfall med substrat med en lägre TS-halt som skogsindustriellt bioslam behöver inte vatten användas som utspädning vilket är vanligt förekommande för att undvika problem med pumpningen in i rötkammaren (Hartmann et al. 2003). Samrötning kan också medföra att rötresten får en bättre sammansättning. Detta beror på att substrat med olika innehåll vad gäller makro- och mikronäringsämnen eller tungmetaller kan komplettera eller späda ut varandra så att rötresten får koncentrationer av ingående ämnen som gör det attraktivt att använda som gödsel på åker- eller skogsmark (Berg et al. 2011). 10

19 2. Metod och material 2.1 Reaktorerna Rötningen skedde i fyra stycken semikontinuerligt matade reaktorer med volymen 10 liter, se fig. 5. Principiellt betyder det att matningen inte sker hela tiden utan exempelvis 1-2 gånger per dygn. Försöken gjordes genomgående i duplikat. Varje försöksomgång var från början tänkt att vara 20 dagar men på grund av brist på substrat i försökens början och andra förseningar varade den tredje försöksomgången i 10 dagar. Totalt pågick experimenten i lite drygt två månader och under denna period undersöktes metanutbytet hos 4 olika substrat. Innan försöken påbörjades rengjordes reaktorerna och fylldes med 7 liter ymp vardera. Ympen hämtades från Kristinehamns reningsverk som har mesofil rötningsprocess. Temperaturen och omrörningen hos reaktorerna var automatiserad och datorstyrd. Rötningsförsöken gjordes under mesofila förhållanden och temperaturen sattes därför till 35 C. Omrörningen ställdes in på 20 rpm. Temperaturen övervakades kontinuerligt och kalibrering av temperaturen gjordes vid behov. 2.2 Utförande Reaktorerna matades en gång per dag. Matningen utfördes manuellt med en stor plastspruta. Innan matning sönderdelades substratet med en mixer i syfte att underlätta matningen. Rekommenderad organisk belastning (OLR) är 2-4 g VS per liter och dag och reaktorernas aktiva volym är 7 liter vilket ger g VS per dag, [1]. För att inte överbelasta gaspåsarna i denna studie är dock den maximala VS-mängden 15 g/dag och lagom VS-mängd är ca 10 g/dag. där: OLR = Organic Loading Rate,[g substrat/l reaktor och dag] Q in, ut = substratets volymflöde[l/dag] S = substratets koncentration i inflödet[g VS/L] V = reaktorns aktiva volym[l] [1] För att få en uppehållstid i reaktorn på 20 dagar (SRT) måste substratet spädas ut eller förtjockas till en volym av 0,35 liter [2]. Förtjockning av substrat gjordes i en centrifug, Rotofix 32 A från Hettich zentrifugen. [2] 11

20 Qbiogas V Omrörning Qin s Qut Värmeplatta Figur 5. Schematisk figur över rötkammare. Gasen som producerades i rötkamrarna samlades upp i gaspåsar, se fig. 6 och dessa tömdes minst en gång per dag. Gaspåsarna tömdes manuellt med en 100 ml glasspruta för att få fram mängd producerad biogas, fig. 7. Innan tömning analyserades gassammansättningen genom att gasprov på 0,5 ml togs med en gastät 1 ml Hamiltonspruta och analyserades i en gaskromatograf. Kalibrering gjordes med syntetisk biogas avsedd för kalibrering. Analys av gassammansättningen gjordes dagligen. Koncentrationen av metan i gasprovet kunde sedan räknas ut genom ekvation [3]och [4]. där: X = värdet på metans topparea i GC-spektrat vid 100 % metangashalt Y = värdet på metans topparea i GC vid 60,22 % metangashalt C k = 60,22 %, halten metangas i kalibreringsgasen [3] där: C metan = koncentrationen av metan i gasproverna [%] Z = värdet på metans topparea i GC vid provtagningarna. [4] Med hjälp av ekvation 3 och 4 samt mängden producerad biogas kunde mängden metangas räknas fram. Därefter kunde den specifika mängden metangas som ml metangas per g VS beräknas, eftersom den organiska belastningen var känd [5]. där: SGP = Specifik gasproduktion [ml metangas/g VS i substrat] [5] 12

21 Gaspåse Motor till omrörning Reaktorn Inmatning Utlopp rötrest Figur 6. Laboratorieuppställning av reaktor. Figur 7. Glasspruta som användes för tömning av gaspåsarna. Rötresterna trycktes kontinuerligt ut genom en slang som var kopplad till reaktorn och ledde till ett uppsamlingskärl vilket var placerat på golvet under reaktorn. Problem som kunde uppstå var att rötresterna klumpade ihop sig i slangen vilket ledde till stopp av utflödet. Stoppet gick att åtgärda med hjälp av en lång, smal flaskborste. Hindrat utflöde kunde i sin tur 13

22 leda till att reaktorvätska trycktes ut i gasuppsamlingsslangen och orsakade stopp även där. Gasuppsamlingsslangen fick då monteras bort för att rengöras med vatten och/eller tryckluft. Varje vecka togs prov på reaktorinnehållet. Innehållet analyserades med avseende på ph och ammoniumhalt. 2.3 Material Laboratorieförsöken gjordes i tre serier, se fig 8: 1. Rötning av matavfall från grossist förbehandlat med skruvkrossteknik samt matavfall från hushåll förbehandlat med en så kallad Food Waste Mill. 2. Samrötning av matavfall från hushåll förbehandlat med Food Waste Mill tillsammans med bioslam från Skoghalls Bruk, Hammarö. Blandningen som reaktorerna matades med bestod av 50 % VS från matavfallet och 50 % VS från bioslammet. 3. Rötning av matavfall från hushåll förbehandlat med skruvkrossteknik. Matavfall grossist Matavfall Hushåll Bioslam pappersbruk Skruv kross Food Waste Mill Skruv kross Slurry mat Slurry mat Slurry 50% mat +50% bioslam Slurry mat Figur 8. Schematisk bild över försökserie 1-3. Reaktorerna fylldes inför försöken med 7 liter mesofil ymp per reaktor. Mellan försöksserierna byttes inte ympen ut, enbart byte av substrat för inmatning. Alla ingående substrat analyserades med avseende på TS- och VS-halt innan försöksomgången inleddes, se tabell 5. Substraten förvarades i kylskåp under försöksperioden, förutom matavfallet från 14

23 livsmedelsaffären beredd med skruvkrossteknik, detta substrat förvarades i frys eftersom det var förpackat i små volymer och kunde tinas efterhand. När substratens VS-halt var känd kunde volymen substrat för inmatning i reaktorn beräknas enligt ekvation [1] då önskad belastning är ca g VS/dag. Tabell 5. Resultaten av analyserna på ingående substrat samt ymp. Substrat TS-halt (g/l) VS-halt (g/l) Ammonium halt (mg/l) VS av TS (%) Volym substrat för inmatning (L) Ymp 32,5 17,5-53,8 - - Matavfall livsmedelsaffär skruvkross ,05 88,3 0,05 1,4 Matavfall hushåll Food Waste Mill 0,11 enbart matavfall 0,06 samrötning med bioslam 1, ,07 92,4 Bioslam från 0,37 samrötning pappersbruk 19,2 16,0 0,04 83,3 med matavfall 1,7 Matavfall hushåll skruvkross ,26 87,0 0,03 1,4 OLR (g/l reaktor och dag) Substratvolymen för inmatning skiljer sig åt beroende på varierande TS- och VS-halt, tabell 5 samt fig. 9. Figur 9. Till vänster i bilden, mängden skruvkrosslurry för inmatning/dag till två reaktorer, till höger mängden slurry till två reaktorer beredd med Food Waste Mill. 2.4 Analysmetoder TS-halt Torrsubstanshalten (TS) togs fram genom APHA, standard 2540 B. Proverna torkades i 103 C tills vikten på provet var konstant. Provet bestod av en volym på 10 ml för matavfallet 15

24 och 40 ml för ymp, bioslam och rötrest. Provet vägdes på en våg som visade i gram med fyra decimaler VS-halt Andelen organiskt material (VS-halt) togs fram genom APHA, standard 2540 E. De torkade TS-proverna placerades efter vägning i brännugn i 20 minuter. VS-halten togs även fram genom Svensk Standard, SS Provet var då i brännugnen i 2 h. Båda sätten att ta fram VS-halten gav här samma resultat Ammoniumhalt Ammoniumhalten undersöktes genom att ett litet prov med rötrest filtrerades för att avskilja torrsubstansen från vätskan. 5 ml av vätskan tillsattes i ett ammoniumrör av märket Hach Lange LCK304 avsedd för koncentrationer på 0,015 2,0 mg/ L NH 4 N. Efter 15 minuter kunde ammoniumkoncentrationen läsas av i en fotospektrometer. Ammoniumhalten undersöktes även genom att prov med rötrest centrifugerades med 40 rpm/rcm*100 i ca 9 minuter i en centrifug Rotofix 32 A från Hettich zentrifugen. Därefter användes ammoniumröret Hach Lange LCK enligt beskrivning ovan ph ph-värdet i substrat och reaktorinnehåll analyserades med en ph-detektor av märket Mettler Toledo Gassammansättning Metanhalten mättes dagligen med en gaskromatograf av modell Clarus 480 (PerkinElmer) med helium som bärgas i 4 minuter. Ugnstemperaturen var 40 C, injektortemperaturen 50 C och detektortemperaturen 150 C. Kolonnen var en opolär J & W Scientific, DB5, 30m x 0.25mm Tungmetaller Rötresten från samrötningsförsöket med matavfall och bioslam från pappersbruk skickades för analys till Eurofins som använde sig av analysmetoder enligt tabell 6. Tabell 6. Analysmetoder för tungmetaller. Metall Analysmetod Bly SS /ICP-MS Kadmium SS /ICP-MS Koppar SS /ICP-MS Krom SS /ICP-MS Nickel SS /ICP-MS Zink SS /ICP-MS 3. Resultat Resultatdelen är indelad enligt de tre försöksserierna med diagram över producerad mängd biogas/g VS, metangas/g VS, metanhalt och avslutas med en sammanställning av försöken och där redovisas också ph-värden och ammoniumhalter på substrat samt reaktorinnehåll. 3.1 Rötning av matavfall från grossist berett med skruvkross eller från hushåll berett med Food Waste Mill Alla fyra reaktorerna användes till rötning under den första försöksserien men reaktor 3 hade problem med luftläckage som inte gick att åtgärda och resultaten från reaktor 3 togs därför 16

25 Metanhalt Metanutbyte ml/g VS bort. Reaktor 1 hade inledningsvis problem med läckage men dessa åtgärdades. I fig. 10 och 11 ses hur metanutbyte samt metanhalt varierar över tid vid rötning av matavfall förbehandlat med skruvkross respektive Food Waste Mill. De låga värdena från reaktor 4 vid mätdag 17 och 18 både gällande metanutbyte samt metanhalt kan förklaras med stopp i utmatningen av rötrester vilket ledde till läckage av reaktorvätska i gasutflödet och därmed hindrat utflöde Mätdag reaktor 1 reaktor 2 reaktor 4 Figur 10. Metanutbyte vid rötningsförsök angivet i ml/g VS. Reaktor 1 och 2 matades med en slurry av matavfall från grossist beredd med skruvkrossteknik och reaktor 4 matades med en slurry av matavfall från hushåll beredd med en Food Waste Mill. 100% 80% 60% 40% 20% 0% Mätdag reaktor 1 reaktor 2 reaktor 4 Figur 11. Metanhaltens variation över tid. Reaktor 1 och 2 matades med en slurry av matavfall från grossist beredd med skruvkrossteknik och reaktor 4 matades med en slurry av matavfall från hushåll beredd med en Food Waste Mill. Vid jämförelse av metanutbytet, fig 10 ses att metanutbytet är högre hos reaktor 1 och 2 som matas med skruvkrosslurry än hos reaktor 4 som matas med matavfall berett med Food Waste Mill. Däremot är metanhalten hos biogasen mer jämn vid jämförelse mellan de olika substraten, fig. 11. I tabell 7 sammanfattas resultaten från serie 1. Avvikande värden, det vill säga mätvärden från uppstartsperioden (fram till mätdag 4 för reaktor 2 och 4 samt fram till mätdag 7 för reaktor 1) och mätvärden som kan härledas till tekniska problemhar plockats bort innan medelvärdena har räknats ut. Här ses tydligt att matavfallet från grossist berett med skruvkrossteknik producerar mer gas än matavfallet från hushåll berett med Food Waste Mill trots att metanhalten hos det förstnämnda är något lägre. 17

26 Metanutbyte ml/g VS Tabell 7. Sammanställning av gasutbytet under försöksserie 1, medelvärden. Serie 1 medelvärden Reaktor 1 Skruvkross matavfall grossist Reaktor 2 Skruvkross matavfall grossist Biogas ml/ g VS Metanhalt 68 % 73 % 74 % Metan ml/g VS Reaktor 4 FWM matavfall hushåll I tabell 8 ses medelvärden av ph-värde samt ammoniumhalt i reaktorinnehållet hos reaktorerna under försöksperioden. ph-värdet visar mycket liten variation och ammoniumhalten är mycket låg enligt uppmätta värden. Tabell 8. Sammanställning av ph-värden och ammoniumhalter i reaktorinnehåll. Serie 1 ph-värde Ammoniumhalt (mg/l) Reaktorinnehåll 1 7,0 0,06 Skruvkross matavfall grossist Reaktorinnehåll 2 6,9 0,07 Skruvkross matavfall grossist Reaktorinnehåll 4 FWM matavfall hushåll 7,0 0, Samrötning matavfall från hushåll berett med Food Waste Mill och bioslam från pappersbruk. I den andra försöksserien användes reaktor 3 och 4 för att samröta bioslam från pappersbruk med matavfall berett med Food Waste Mill. I fig. 12 och 13 ses hur metanutbyte samt metanhalt varierar över tid. Låga värden under mätdag 14 och 15 beror på att temperaturen i reaktorerna plötsligt sjönk då värmen stängdes av en period. Låga värden under mätdag 19 kan härledas till tillfälligt ändrat matningsmönster. Båda reaktorerna följer i princip samma kurva och efter uppstartperioden (fram till dag 8) är värdena på metanutbyte och metanhalt jämna om de avvikande mätvärdena tas bort reaktor 3 reaktor 4 Figur 12. Metanutbyte vid rötningsförsök angivet i ml/g VS. Både reaktor 3 och 4 matades med en blandning där 50 % av VS bestod av matavfall (Food Waste Mill) och 50 % av VS bestod av bioslam från Stora Ensos bruk i Skoghall, Hammarö. 18

27 Metanhalt 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% Mätdag reaktor 3 reaktor 4 Figur 13. Metanhaltens variation över tid. Både reaktor 3 och 4 matades med en blandning där 50 % av VS bestod av matavfall (Food Waste Mill) och 50 % av VS bestod av bioslam från Stora Ensos pappersbruk i Skoghall, Hammarö. I tabell 9 sammanfattas resultaten från serie 2. Avvikande värden, det vill säga mätvärden från uppstartsperioden (fram till mätdag 8) samt mätvärden som kan härledas till tekniska problem har plockats bort innan medelvärdena har räknats ut. Tabell 9. Sammanställning av gasutbytet under försöksserie 2, medelvärden. Serie 2 Reaktor 3 FWM matavfall + pappersbruksbioslam Reaktor 4 FWM matavfall + pappersbruksbioslam Biogas ml/ g VS Metanhalt 78 % 80 % Metan ml/g VS I tabell 10 ses medelvärden av ph-värde samt ammoniumhalt i reaktorinnehållet hos de två reaktorerna under försöksperioden. ph-värdet visar ingen variation och ammoniumhalten är mycket låg enligt uppmätta värden. Tabell 10. Sammanställning av ph-värden och ammoniumhalter i reaktorinnehåll. Serie 2 ph-värde Ammoniumhalt (mg/l) Ammoniumhalt extern analys (mg/l)* Reaktorinnehåll 3 6,8 0,07 FWM matavfall + pappersbruksbioslam Reaktorinnehåll 4 6,8 0,06 FWM matavfall + pappersbruksbioslam Rötrest 0, *analyserat av Eurofins, analysmetod SS-EN

28 Metanutbyte ml/g VS I tabell 11 ses resultatet av analysen av rötresten gällande tungmetaller. Rötresten som analyserades med avseende på detta kommer från samrötningsförsöket. Tabell 11. Halterna av tungmetaller i rötresten från samrötningen med matavfall och bioslam från pappersbruk jämfört med uppsatta gränsvärden. Metall Innehåll rötrest [mg/kg TS] Gränsvärden enligt SPCR 120 [ mg/kg TS] Gränsvärden enligt Revaq [mg/kg TS] Bly Kadmium 1,8 1 2 Koppar Krom Nickel Zink Rötning av matavfall från hushåll berett med skruvkross Under försöksserie 3 rötades matavfall från hushåll förbehandlat med skruvkross. I fig. 14 och 15 ses hur metanutbyte och metanhalt varierar över tid. Redan från mätdag 1 är värdena på metanutbyte och metanhalt jämna vid jämförelse mellan de tre reaktorerna och från mätdag 2 har metanutbytet stabiliserat sig på en nivå runt 480 ml CH 4 /g VS reaktor 2 reaktor 3 reaktor 4 Figur 14. Metanutbyte vid rötningsförsök angivet i ml/g VS. Reaktorerna matades med slurry tillverkad av matavfall från hushåll och förbehandlad med skruvkrossteknik. 20

29 Metanhalt 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% reaktor 1 reaktor 3 reaktor 4 Figur 15. Metanhaltens variation över tid. Reaktorerna matades med slurry tillverkad av matavfall från hushåll och förbehandlad med skruvkrossteknik. I tabell 12 sammanfattas resultaten från serie 3. Avvikande värden, det vill säga mätvärdena från uppstartsperioden (den första mätdagen) har plockats bort innan medelvärdena har räknats ut. Alla tre reaktorerna uppvisar liknande resultat. Tabell 12. Sammanställning av gasutbytet under försöksserie 3, medelvärden. Serie 3 Reaktor 2 Skruvkross matavfall hushåll Reaktor 3 Skruvkross matavfall hushåll Biogas ml/ g VS Metanhalt 68 % 67 % 67 % Metan ml/g VS Reaktor 4 Skruvkross matavfall hushåll I tabell 13 ses medelvärden av ph-värde samt ammoniumhalt i reaktorinnehållet hos de olika reaktorerna under försöksperioden. ph-värdet visar ingen variation och ammoniumhalten är mycket låg enligt uppmätta värden. Tabell 13. Sammanställning av ph-värden och ammoniumhalter i reaktorinnehåll. Serie 3 ph-värde Ammoniumhalt (mg/l) Reaktorinnehåll 2 7,0 0,07 Skruvkross matavfall hushåll Reaktorinnehåll 3 7,0 0,04 Skruvkross matavfall hushåll Reaktorinnehåll 4 Skruvkross matavfall hushåll 7,0 0,03 21

30 Metanutbyte ml/g VS 3.4 Sammanställning I fig. 16 ses hur metanutbytet varierar för de fyra olika substraten i de tre olika mätserierna sammanställt i ett diagram Mätdag Food Waste Mill matavfall + bioslam pappersbruk Skruvkross matavfall hushåll Skruvkross matavfall grossist Food Waste Mill matavfall hushåll Figur 16. Metanutbytet som funktion av tid vid rötning av de olika substraten. Mätserien skruvkross matavfall hushåll sträcker sig över 9 dagar, övriga mätserier pågår i 19, respektive 20 dagar enligt figur. I tabell 14 har medelvärdena på biogasutbyte, metanutbyte samt metanhalt hos de olika substraten tagits fram. Avvikande värden, det vill säga mätvärden från uppstartsperioden av varje försök samt mätvärden som kan härledas till tekniska problem har tagits bort innan medelvärdet har räknats ut. Högst biogasutbyte gav substratet med matavfall från hushåll förbehandlat med skruvkross följd av matavfall från grossist, även det förbehandlat med skruvkross. Högst metanhalt gav samrötningen med matavfall berett med Food Waste Mill och pappersbruksbioslam. Substrat med matavfall från hushåll förbehandlat med skruvkross gav det högsta metanutbytet med samrötningsförsöket med matavfall och pappersbruksslam strax därefter. Tabell 14. Sammanställning av gasutbytet under försöksserierna, medelvärden och standardavvikelser. Skruvkross matavfall hushåll 3 reaktorer FWM matavfall hushåll 1 reaktor Skruvkross matavfall grossist 2 reaktorer FWM matavfall + pappersbruksbioslam 2 reaktorer Biogas ml/ g VS 723 +/ / / /- 51 Metanhalt 68 % +/ % +/ % +/ % +/- 10 Metan ml/g VS 481 +/ / / /

31 I tabell 15 ses en sammanställning av ph-värden och ammoniumhalt i reaktorinnehållet hos de fyra undersökta substraten. Alla värden är medelvärden. Samrötningen ger lägst ph-värde och är den enda som avviker. Ammoniumhalterna är alla mycket låga. Tabell 15. Sammanställning av ph-värden och ammoniumhalter i reaktorinnehållet under alla förssökserierna. ph-värde Ammoniumhalt (mg/l) Reaktorinnehåll 7,0 0,1 skruvkross matavfall grossist Reaktorinnehåll 7,0 0,16 FWM matavfall hushåll Reaktorinnehåll 6,8 0,07 FWM matavfall + pappersbruksbioslam Reaktorinnehåll skruvkross matavfall hushåll 7,0 0,05 4. Diskussion De uppmätta värdena på metanutbytet och metanhalten från rötningsförsöken med fraktionerna av matavfall stämmer väl överens med tidigare studier inom området exempelvis Davidsson et al. (2006) samt Hansen et al. (2007). Matavfallet förbehandlat med skruvkrossteknik genererar i högre metanutbyte jämfört med matavfallet förbehandlat med Food Waste Mill. Då avfallet i ena fallet, försökserie 1, kom från en grossist kan detta förklara det högre utbytet. Grossistavfallet var troligen bättre sorterat än hushållsavfallet samt innehöll antagligen mer kasserade livsmedel och hushållsavfallet mer matrester, hushållspapper och liknande. I försöksserie 3 rötades matavfall från hushåll förbehandlat med skruvkrossteknik. Detta substrat gav även det högre metanutbyte än matavfallet berett med Food Waste Mill. Detta tyder tillsammans på att skruvkrossen mer effektivt sorterar ut oönskat material såsom plast och metall ur avfallet. Substraten analyserades endast med avseende på TS- och VS-halt och plast förbränns liksom organiskt material i brännugnen och kommer därför vara en del av VS vid beräkningarna. Plast genererar däremot inte i någon metangas utan är en vanligt förekommande orsak till problem i rötkammaren med bland annat omrörningen. Enligt TS- och VS-analyser utförda på substratet från matavfall i denna studie medför förbehandlingen med skruvkross högre TS- och VS-halt. Den högre koncentrationen medför att det går åt betydligt mindre volym av slurryn från skruvkross jämfört med slurryn från Food Waste Mill (tabell 5, fig. 9). Det är positivt då det blir mindre volym av substratet att hantera men samma mängd organiskt material. Samrötningen visade sig inverka positivt på metanutbytet jämfört med om de två ingående substraten rötas var för sig. Detta stämmer även det väl överens med tidigare studier. Lin et al. (2012) samrötade matavfall med pappersbruksbioslam under mesofila förhållanden (37ºC) satsvis och testade olika sammansättningar av substraten. Störst metanutbyte, 256 ml/g VS gav en blandning av 1:1 baserat på VS-halt. Det är samma sammansättning som i denna studie gav ett metanutbyte på 464 ml/g VS. Skillnaderna mellan studierna är bland annat att i denna studie matades reaktorerna semikontinuerligt och Lin et al. (2012) rötade satsvis. Troligen ger det bättre resultat med kontinuerlig matning vilket kan bero på att rötresterna avlägsnas och de ingående mikroorganismerna hela tiden får tillgång till ny näring. Dessutom liknar det mer verkliga anläggningar där kontinuerlig matning är att föredra. 23

32 Även studier av Berg et al. (2011) har visat att en högre metanpotential hos samrötningssubstraten jämfört med pappersbruksbioslam leder till att man vid samrötning producerar väsentligt mer gas per g VS och per volym rötkammare. Samrötningsförsöket i detta projekt har liksom i tidigare genomförda studier medfört att metanhalten i rågasen ökade (tabell 9). Vid en studie av Karlsson et al. (2011) med enskild rötning av bioslam från pappersbruk erhölls metanhalter på upp till 60 %. Metanhaltens ökning vid samrötning kan bero på att matavfallet innehåller mer energi per g VS än bioslammet från pappersbruket. Ytterligare en positiv aspekt med samrötningen var att inget vatten behövde tillsättas för att uppnå önskad volym vid den kontinuerliga matningen. Detta kan vara en av anledningarna till det höga metanutbytet vid samrötningen, reaktorinnehållet blev mer koncentrerat när det inte späddes ut med vatten. Rötresten från samrötningsförsöket skickades på analys för att undersöka rötrestens potential som gödningsmedel. Resultaten visade att halterna av kadmium, krom och nickel är för höga för att uppfylla kraven från SPCR 120 samt Revaq, se tabell 11. Kadmiumhalterna ligger visserligen något under Revaqs krav men över kraven från SPCR 120. Det krävs att pappersbruket arbetar på olika sätt med förebyggande åtgärder för att minska mängden miljöstörande ämnen i avloppsvattnet för att rötresten ska klara kraven och kunna användas som gödning, i annat fall får den bli anläggningsjord. De uppmätta ammoniumhalterna i studien är mycket låga, från 0,05 0,16 mg/l vilket är betydligt lägre än de ammoniumhalter som orsakar problem i rötkammaren. 150 mg/l kan enligt litteraturen orsaka inhibering men vanligen är det halter på mg/l som är toxiska för mikroorganismerna. Ammoniumhalten i studien av Lin et al. (2012) var mg/l vid samrötning av matavfall och pappersbruksbioslam. Anledningen till de låga uppmätta halterna är oklara, först misstänktes problem vid filtreringen av reaktorinnehållet/rötresten så på slutet av studien centrifugerades rötrest istället för filtrering innan mätning och ammoniumhalten blev då något högre men fortfarande låg, 0,129 mg/l se tabell 10. Vid en extern analys av rötrest från samrötningsförsöket uppmättes ammoniumhalten till 470 mg/l (tabell 10) vilket stämmer väl överens med tidigare studier (Lin et al. 2012). Den uppmätta ammoniumhalten vid den externa analysen bekräftar misstanken om att något är fel med de uppmätta ammoniumhalterna i denna studie. ph-värdena på reaktorinnehållet (tabell 15) för alla ingående substrat ligger inom intervallet där enligt litteraturen ingen inhibering sker. Både ett för högt och för lågt ph-värde indikerar på störningar av något slag, under denna studie var dock ph-värdena jämna under alla mätningar vilket stämmer väl överens med de höga metanhalterna och den höga gasproduktionen. 5. Möjlig fortsättning Det skulle vara intressant att prova skruvkrossen parallellt med någon annan typ av förbehandling på matavfall med samma ursprung. Detta var inte möjligt i denna studie men skulle ge en mer rättvis bild av skruvkrosstekniken som förbehandlingsmetod av matavfall. Skruvkrossen är en liten behändig maskin jämfört med Food Waste Mill (tabell 2 och 3) och passar på mindre anläggningar. En intressant frågeställning värd att utreda är effekterna av att decentralisera matavfallshanteringen. Varje kommun skulle kunna ha en egen anläggning för förbehandling av matavfallet som sedan transporteras till en rötkammare centralt belägen i regionen istället för att matavfallet transporteras långt i obehandlad form till en stor anläggning. Om matavfallet transporteras efter förbehandling är det mer koncentrerat och om 24