Rapport Metanpotential

Transkript

1 Rapport Metanpotential Biogassubstrat från N-Research My Carlsson AnoxKaldnes AB Tel Fax Klosterängsvägen 11A SE Lund, Sweden Org nr VAT no. SE

2 Innehåll MATERIAL OCH METODER... 1 ANALYSER... 2 RESULTAT BMP... 3 RESULTAT KARAKTERISERING... 5 SAMMANFATTANDE RESULTATTABELL... 6 i

3 Inledning Syftet med undersökningen var att bestämma potentiell metanproduktion från tre substrat som levererats från N-Research. Proverna togs ut och utgjordes av två olika blandningar av Ciona och Laminaria; 20/80 (i det följande Prov A ) respektive 10/90 (Prov B) samt enbart Ciona (Prov C) och enbart Laminaria (Prov D). Metanpotetnialen utvärderades genom ett BMP-test (biochemical methane potential) samt genom karakterisering av materialets sammansättning. Ett BMP-test ger information om ett substrats anaeroba nedbrytbarhet och maximala metanbildningspotential, i det här fallet vid 37 C. Substratet blandas i försöket med en stor mängd ymp, det vill säga rötrest från välfungerande biogasanläggning. Ympen bidrar, förutom med mikroorganismer, dels med kompletterande näring till substratet, dels med en utspädningseffekt av eventuella toxiska substanser. Information om näringsmässiga begränsningar i substratet, samrötningseffekter samt hämningseffekter kan därför inte hämtas från ett konventionellt utformat BMP-test. BMP-testets utfall är helt beroende av ympens kvalitet, så denna testas i försöket med lämpligt kontrollsubstrat. BMP-testet utfördes under perioden Material och metoder Försöket utfördes på AnoxKaldnes laboratorium i Lund. Som ymp till försöken användes rötslam från Lysekils rötkammare, vilken drivs vid mesofil temperatur (37 C). Ympen förvarades i värmeskåp under 4 dagar för att största delen av kvarvarande organiskt material skulle brytas ner. Fem olika lösningar bereddes till försöket enligt Tabell 1. Blanklösningen innehöll endast ympslam spätt med vatten, för att kontrollera ympens bidrag till metanproduktionen. Kontrollösningen innehöll även natriumacetat-trihydrat (NaAc*3H 2 O) som substrat för att se vilken aktivitet som kunde erhållas från slammet med ett lättnedbrytbart substrat under optimala förhållanden. En relativt låg belastning (0,5 g COD/g VS) valdes för att garantera att aktiviteten inte hämmades av överbelastning. Det teoretiska utbytet från kontrollsubstratet är 350 ml CH 4 /g COD. Slutligen bereddes tre testlösningar - en med Prov A, ympslam och vatten, en med Prov C, ympslam och vatten samt en med Prov D, ympslam och vatten. Förhållandet mellan ymp och testsubstraten anpassades så att den samlade mängden VS från substratet utgjorde 0,5 g VS per g VS från ymp, detta för att minimera risken för överbelastning. 1

4 Tabell 1 Koncentrationer av slam, testsubstrat respektive kontrollsubstrat (NaAc*3H 2 O) i de olika lösningar som användes i försöken. Lösningarna späddes med kranvatten. Ymp Testsubstrat Kontrollsubstrat Lösning g/l g/l g/l Blank Kontroll 228-5,3 Prov A ,3 - Prov C ,1 - Prov D ,2 Vid försökets början mättes TS/VS i ympslam och testsubstrat och testsubstrat C och D skickades iväg för elementaranalys samt analys av fettinnehåll. De olika lösningarna sattes som triplikat om 400 ml i ml gastäta testflaskor (minirötkammare). Testflaskorna förvarades under hela försöksperioden i värmeskåp (37±1ºC). Under försöksperioden togs gasprover regelbundet ur flaskorna för att beräkna och mäta gasproduktion och metanhalt. Analyser Tabell 2 redovisar metoderna som använts för att utföra analyserna som presenteras i denna rapport utöver dessa har ett externt laboratorium utfört elementaranalys av prov C och D. Metoderna för detta presenteras i Bilaga A. Tabell 2 Metoder och standarder som använts för analyserna i denna rapport. Analys Metod/standard Gasvolym och sammansättning GC-TCD TS/VS SS Totalfett SS

5 Resultat BMP TS och VS i ympslam och testsubstrat redovisas i Tabell 3. Tabell 3 TS och VS i ympslam och testsubstrat. Substrat TS VS VS/TS Ympslam 4,3 % 2,2 % 51,0 % Prov A 9,6 % 5,4 % 56,3 % Prov B 9,3 % 5,1 % 54,9 % Prov C 10,1 % 5,5 % 54,6 % Prov D 14,0 % 8,9 % 63,4 % Den ackumulerade metanproduktionen från blank- kontroll- och testflaskor redovisas med standardavvikelse i Diagram 1. Diagram 1 Resultat från nedbrytning av blanklösning, kontrollösning samt testlösningar. Kurvan visar ackumulerad metanproduktion som medelvärde från triplikat med standardavvikelse. Diagram 1 visar att metanproduktionen från ympslammet utgör ca 25 % av den totala metanproduktionen i testflaskorna, vilket är en bra nivå eftersom en hög bakgrundsproduktion från ympen medför att de korrigerade resultaten blir mer osäkra. Standardavvikelsen är relativt låg i kontroll, blank och i samtliga testflaskor trots att substraten var relativt heterogena. 3

6 Resultaten från aktivitetstestet av ympslammet redovisas i Diagram 2. Kurvan visar ackumulerad mängd metangas som produceras per gram tillsatt COD från kontrollsubstratet. Resultaten är medelvärde av triplikat. Aktivitetstestet visar hur snabbt ett mycket lättnedbrytbart substrat bryts ner av det aktuella slammet. Vid test med ett ympslam med god aktivitet börjar gasproduktionen inom ett par dagar och avslutas inom 10 dagar. Diagram 2 Resultat från nedbrytning av kontrollsubstrat. Kurvan visar ackumulerat metanutbyte från kontrollsubstrat och har korrigerats för ympens bidrag. Medelvärde från triplikat. Kurvan i Diagram 2 visar att nedbrytningen av referenssubstrat börjar direkt och bryts ned fullständigt inom 6 dagar. Teoretiskt metanutbyte för referenssubstratet är 350 Nml CH 4 /gcod. Uppnått metanutbyte under detta försök var ca 360 Nml CH 4 /gcod. Rötslammet har således mycket hög metanogen aktivitet och var i detta avseende lämpligt att använda som ymp för utrötningsförsök. Ackumulerade metanutbyten per VS för de tre testsubstraten redovisas i Diagram 3. 4

7 Diagram 3 Resultat från nedbrytning av testsubstraten. Kurvan visar ackumulerat metanutbyte från testsubstrat och har korrigerats för ympens bidrag. Medelvärde från triplikat. Kurvorna i Diagram 3 visar att nedbrytningen av testsubstraten kommer igång direkt och men ännu inte har avslutats efter 49 dagar. Försöket avslutades dock ändå och metanproduktionen vid 49 dagar omnämns i det följande som metanpotentialen. Försöket visar att Prov A och Prov C gav likvärdiga maximala metanutbyten på ca 305 Nml CH 4 /gvs in. Gasens metaninnehåll var ~65 %. Försöket visar att Prov D gav ett maximalt metanutbyte på ca 280 Nml CH 4 /gvs in. Gasens metaninnehåll var ~60 %. Resultat Karakterisering Fullständiga resultat från karakterisering av externt lab presenteras i Bilaga A. Fetthalt, C/N-kvot och metanpotentialer beräknade med två olika metoder presenteras i Tabell 4. Tabell 4 Fetthalt, C/N-kvot och beräknade metanpotentialer i två testsubstrat. Metanpotential Metanpotential Substrat Totalfett C/N -Elementar* -Komponent** Prov C 2 g/kg 5, Prov D 1 g/kg 11, *Baserat på elementaranalys och Buswells formel med hänsyn taget till kväve **Baserat på medelsammansättning av fett, protein resp. kolhydrat samt Buswells formel 5

8 Sammanfattande resultattabell Metanutbyte BMP Metanutbyte teoretiskt a* Metanutbyte teoretiskt b** Metanhalt BMP Nedbrytningshastighet*** BMP TS VS av TS C/N Nml CH 4/gVS in Nml CH 4/gVS in Nml CH 4/gVS in dagar Testsubstrat Prov A % 17 9,6 % 56,3 % - Testsubstrat Prov B ,3 % 54,9 % - Testsubstrat Prov C % 17 10,1 % 54,6 % 5,4 Testsubstrat Prov D % 10 14,0 % 63,4 % 11,3 Ympslammets kvalitet Ympslammets bidrag Mycket hög metanogen aktivitet (kontrollsubstratet bröts ned helt inom 6 dagar) Ca 25 % av totala gasproduktionen i testflaskorna vid försökets slut Standardavvikelse *Baserat på elementaranalys och Buswells formel med hänsyn taget till kväve ** Baserat på medelsammansättning av fett, protein resp. kolhydrat samt Buswells formel ***Nedbrytningshastighet motsvarar här den tid det tar att uppnå 80 % av BMP Max 2,8 % av totala gasproduktionen i testflaskorna vid slutavläsning 6

9 Bilaga A

10 Bilaga A

11 Bilaga A