Rötning av fiskslam med återföring av avvattnat rötslam

Rötning av fiskslam med återföring av avvattnat rötslam Författare: Titel: Rötning av fiskslam med återföring av avvattnat rötslam Datum: 2012-12-19

Rötning av fiskslam med återföring av avvattnat rötslam Författare: MSc Engineering Biology bjorn.magnusson@scandinavianbiogas.com Process Engineer R&D Scandinavian Biogas Fuels AB Rapport: Dnr 2012/206 Titel: Rötning av fiskslam med återföring av avvattnat rötslam Datum: 2012-12-19

INNEHÅLLSFÖRTECKNING: 1 INTRODUKTION... 4 2 MÅL MED FÖRSÖKET... 4 3 MATERIAL OCH METOD... 4 3.1 Processkoncept... 4 3.2 Substrat... 5 3.2.1 Förbehandling... 5 3.3 Batchexperiment... 6 3.4 Semikontinuerligt reaktorexperiment... 7 3.4.1 Uppstart av reaktor samt drift... 8 3.4.2 Efterbehandling... 8 3.4.3 Analyser... 8 4 RESULTAT AND OBSERVATIONER... 9 4.1 Substrat... 9 4.2 Rötningsförsök... 10 4.2.1 Batch experiment... 10 4.2.2 Semikontinuerligt reaktorexperiment... 10 4.3 Efterbehandling... 17 5 SLUTSATSER OCH REKOMMENDATIONER... 17 5.1 Substrat/Förbehandling... 17 5.2 Rötning... 18 5.3 Gas... 18 5.4 Rötslam/Efterbehandling... 18 REFERENSER... 18 APPENDIX 1... 19 Gasutbyte... 19 APPENDIX 2... 20 Analysrapport av substrat, tvättat fiskslam... 20 APPENDIX 3... 21 Analysrapport av rötslam... 21 3

1 INTRODUKTION Västervik Biogas AB kontaktade Tema Vatten vid Linköpings Universitet för utvärdering av fiskslam som substrat för biogasproduktion. Utvärderingen är en del av rapporten Fiskslam från problem till möjlighet - resultat från pilotskalerötning och näringsåterföring (Västervik Biogas AB) inom EU-projektet Biogas - nya substrat från havet. Då Tema Vatten har ett nära samarbete med Scandinavian Biogas Fuels AB (SBF) utfördes rötningsförsöket i SBF:s regi på uppdrag av Tema Vatten. Konceptet, som bygger på återföring av avvattnad rötrest, valdes då mycket substrat kan processas under en kort tid (d.v.s. en uppehållstid kan hållas i reaktorn) med bibehållen processtabilitet. Att processa substratet snabbt innebär mindre slitage på utrustning samt frigöring av rötkammarvolym till andra typer av substrat. Substratet utvärderas i batchförsök (satsvisrötning) för bestämning av metanpotential samt långtidsförsök (4 mån) i reaktor på laboratorieskala. 2 MÅL MED FÖRSÖKET Försökets mål var att: Bestämma det specifika metan- och biogasutbytet för fiskslam under anaeroba förhållanden vid 37 C Visa att processkoncept med återföring av avvattnat rötslam fungerar för fiskslam Visa en stabil biogasprocess kan uppnås med fiskslam som monosubstrat. 3 MATERIAL OCH METOD 3.1 Processkoncept I skissat processkoncept tillsätts fiskslam tillsammans med processkemikalier i huvudrötkammaren (Figur 1). Material från huvudrötkammaren förs sedan vidare till en efterrötkammare där avgasning sker. Rötslam från efterrötkammaren avvattnas och delas upp i två fraktioner, en fast (accept) och en flytande (rejekt). Rejektet kan användas för att öka kväveinnehåll i gödsel medan acceptet, som innehåller den i biogasprocessen aktiva mikrofloran, återförs till huvudrötkammaren. Detta möjliggör en kort uppehållstid (HRT < 15 dygn) med bibehållen processtabilitet i huvudrötkammaren. Figur 1. Processkoncept för rötning av fiskslam med återföring av rötslam. 4

3.2 Substrat Substratet är fiskslam från en närbelägen fiskindustri. Fiskslammet uppstår i fiskfabrikens flotationsanläggning, och fiskslammet är effluenten från denna. Influenten till flotationen är restströmmar från fiskfabriken samt tvättvatten från av trålningsfartygens lagertankar. Fisken som behandlas i fabriken är mestadels skarpsill. Koncentrationerna för de ämnen som ingår i certifieringsreglerna för biogödsel (SPCR 120) samt järn och kobolt (TS, VS, Kjeldahl-N, NH 4 -N, Cd, Ca, Cr, Co, Cu, Fe, Pb, Mg, Hg, Ni, P, K, Na, S och Zn) analyserades av Eurofins Environment Sweden AB Lidköping, Sverige samt Eurofins Food & Agro Sweden AB, Lidköping, Sverige. Protein, fett och kolhydratinnehållet i sill antogs vara 1,7, 98,3 respektive 0% av VS. Proteininnehållet skattades via kväveinnehållet i fiskslammet (Eurofins ovan) och enligt Livsmedelsverket innehåller hel sill 0% kolhydrater (http://www7.slv.se/naringssok). Att andelen fett är högre i fiskslam än i sill beror sannolikt på behandlingen i fiskfabrikens flotationsanläggning. 3.2.1 Förbehandling Det fiskslam som användes för reaktorförsöket innehöll mycket sand och tvättades därför innan rötning. Anledningen till den höga sandhalten samt om det är en återkommande företeelse är okänt: 1. 300 ml fiskslam blandades med 700 ml vatten varefter det fick sedimentera. 2. Provet dekanterades och dekantatet sparades och sedimentet blandades med ytterligare 600 ml vatten. 3. Ytterligare en sedimentering och dekantering genomfördes. 4. Dekantaten från punkt 2 och 3 blandades. 5. 1 700 ml dekantat blandades med 200 ml obehandlat fiskslam för inte all det organiska material som är fäst vid sanden ska försvinna. Denna blandning användes sedan som substrat i rötningsförsöket Ursprungsmaterialet höll en TS-halt på 24% och en VS av TS på 30%. Det tvättade materialet hade i genomsnitt under hela försöket en TS på 2% och en VS av TS på 41%. 5

3.3 Batchexperiment Figur 2. Batchförsöksflaskor inkuberade vid 37 C. De specifika rågas- och metanpotentialerna bestäms genom satsvisa utrötningsförsök. Substratet inkuberas tillsammans med ymp under anaeroba förhållanden. Gasproduktion och metanhalt mäts normalt sju under ca 60 dagar. Förutom inkubationer innehållande ymp och substrat används tre typer av kontroller: flaskor med enbart ymp (negativ kontroll), flaskor med ymp och ett känt substrat (positiv kontroll) samt flaskor med vatten som vätskefas och med känt metaninnehåll (extern kontroll). Samtliga led körs i triplikat. Rågas- och metanproduktionen från substratet beräknas som skillnaden mellan ymp+substrat och enbart ymp. Resultatet ges som ml rågas och metan per g tillförd VS. Detta motsvarar L/kg VS och m 3 /ton VS. Gasproduktionen mäts genom tryckmätningen med Testo 312-3 Precision manometer (Testo) medan metanhalten mäts på gaskromatograf med FI-detektor. Flaskorna tryckutjämnas efter varje provtagning. Metanutbytet räknas om till normalmilliliter (NmL) eller normalliter (NmL; 1 atm tryck vid 0 C), medan rågasproduktionen anges som våt gas vid 37 C (ml eller L). 6

Positiv kontroll Substrat Ymp CH 4 - utbyte Extern standard (CH 4 ) Figur 3. Exempel på metanproduktion i substratinkubationer, positiv kontroll och ymp. Extern standard med enbart metan visas också. 3.4 Semikontinuerligt reaktorexperiment Figur 4. Uppställning av semikontinuerlig reaktor. I reaktorförsöket avvändes en 5-liters glasbehållare med 4 liters arbetsvolym. Reaktorn förslöts med en gummipropp som har genomföringar för omrörning samt för utsläpp av gas (Figur 4). Även en mindre öppning för uttag av rötslam och tillförsel av substrat finns. Reaktorn körs vid mesofila förhållanden (37 C). Semikontinuerliga reaktorförsök ger rågas- och metanutbyten, samt uppfattning om processtabilitet/processtörningar med valt processkoncept (i detta fall rötning av fiskslam med slamåterföring). 7

3.4.1 Uppstart av reaktor samt drift Rektorn startades den 25:e juni 2012. Uppstarten gjordes med rötslam från Nykvarn reningsverk (Linköping) (44% våtvik; vv), kogödsel (6% vv) samt vatten. Uppehållstiden i reaktorn sattes till 13 dygn och omrörning (250 rpm) skedde med propeller 15 min var tredje timme. En fast uppehållstid ansågs som primärt före konstant belastning, varför belastningen i reaktorn varierades m.a.p. TS/VS i substratet (Figur 7). Nytt substrat tillfördes processen en gång per dag. Beskickningen skedde genom att substratburk skakas och därefter hälls i reaktorn. Gasproduktionen mättes kontinuerligt medan gaskompositionen (CH 4, CO 2, O 2 och H 2 S), TS och VS, ph, VFA och ammonium-kväve mäts en gång per vecka. För att följa behovet av processkemikalier analyseras dessa i rötslammet en gång per månad (nedan). Processkemikalierna som tillsattes var Fe, Co samt Ni. 3.4.2 Efterbehandling Rötslammet avvattnades genom centrifugering (Sorvall Biofuge Primo, Thermo Scientific, 8500 rpm (relative centrifugal force; RCF = 10 016*g) under 4 min) utan tillsats av polymer. Denna metod är inte optimerad för fullskalig drift. 3.4.3 Analyser Tabell 1 visar vilka analyser som utfördes samt med vilken frekvens. ph och TS/VS mättes i enlighet med Svensk Standard (SS-EN 12176) respektive (SS 028113). Ammonium- och VFA-koncentrationen bestämdes med kit från Hach-Lange (LCK 302 respektive LCK 365). Näringsinnehållet analyserades av externt laboratorium (Eurofins Environment Sweden AB, Lidköping, Sverige samt Eurofins Food & Agro Sweden AB, Lidköping, Sverige). Gasproduktionen mättes med gasmätare som utnyttjar gas förmåga att tränga undan vatten. Gaskompositionen (metan, koldioxid, syre och svavelväte) analyserades genom att rågas samlas upp i ballong under 24 h och därefter analyseras med en portabel gasmätare (Biogas Check Analyser, Geotech). Tabell 1. Analyserade parametrar samt hur ofta analyserna skedde. Rågasproduktion Torrsubstans(TS) Glödförlust (VS) ph Gaskomposition Flyktiga fettsyror (VFA) Ammonium Näringskomposition Dagligen En gång per vecka En gång per vecka Två gånger per vecka Veckovis Veckovis Veckovis Månadsvis 8

4 RESULTAT AND OBSERVATIONER 4.1 Substrat Den sändning fiskslam som används i rötningsförsöken innehöll mycket sand och skiktade sig snabbt (ca 10 sek) med ett sandliknande material på botten och en tunn hinna överst. Fiskslammet har en stark lukt som kan upplevas som obehaglig. Fiskslammets näringsinnehåll (efter förbehandling; sandtvätt) listas i Tabell 2. Originalrapporten från Eurofins återfinns i Appendix 2. Tabell 2. Sammanfattning av substratets näringsinnehåll. Analysen är gjord av Eurofins. Parameter Förkortning Resultat Enhet Torrsubstans TS 0,95 % Glödförlust VS 43,2 % TS Bly Pb < 0,21 mg/kg TS Fosfor P 61 053 mg/kg TS Järn Fe 26 316 mg/kg TS Kadmium Cd 0,091 mg/kg TS Kalcium Ca 3 474 mg/kg TS Kalium K 18 947 mg/kg TS Kobolt Co 0,72 mg/kg TS Koppar Cu 3,1 mg/kg TS Krom Cr 1,3 mg/kg TS Kvicksilver Hg 0,022 mg/kg TS Kväve-ammonium NH 4 -N 80 000 mg/kg TS Kväve-Total, Kjeldahl Tot-N 81 053 mg/kg TS Magnesium Mg 6 316 mg/kg TS Nickel Ni 0,92 mg/kg TS Svavel S 3 368 mg/kg TS Zink Zi 64 mg/kg TS Fiskslammets teoretiska metanpotential beräknades utifrån substratets proteininnehåll som i sin tur uppskattats från slammets kväveinnehåll. Eftersom sill enligt Livsmedelsverket inte innehåller några kolhydrater samt att substratet är effluent från flotationsanläggning antas resterande VS vara fett. Metanpotentialen beräknades med Buswellekvationen (Eq. 1) för protein (generellt protein; 510 NmL/g VS) samt fett (fettsyrasammansättning sill; 996 NmL/g VS). Tillsammans med sammansättningen i fiskslam blir metanpotentialen 990 NmL/g VS eller 0,99 L CH 4 /g VS med 69% metanhalt (Tabell 3). h o 3n s CcH hoo N nss c H 2O 4 2 4 2 c h o 3n s c h o 3n s CO2 CH 2 8 4 8 4 2 8 4 8 4 4 n NH 3 s H 2 S (Eq. 1) 9

Tabell 3. Sammansättning av fiskslam (förbehandlat) m.a.p. protein, fett och kolhydrat. Sammansättning i substrat Protein Beräknad från kväveinnehåll Fett Fettsyrasammansättningen sill (Livsmedelsverket) Kolhydrat 1,7% of VS 98,3% of VS 0% of VS Teoretisk metanpotential Teoretisk metanhalt i biogas 69% 0,99 L/g VS 4.2 Rötningsförsök 4.2.1 Batch experiment Gasbildningen från fiskslammet skedde i huvudsak under inkubationens första 8 dagar då ca. 84% av det slutgiltiga metanutbytet hade nåtts (Figur 5). Mätningar fortgick sedan fram till ca dag 80 och den slutliga metanpotentialen motsvarar 77% av den teoretiska (Tabell 4). Tabell 4. Sammanfattning av batchexperimentet. Medelvärde för triplikat ± standardavvikelse ges. NmL/g VS motsvarar Nm 3 /ton VS. Rågasutbyten ges för våt gas vid 37 C medan metanutbyten ges för torr gas vid 0 C. Parameter Resultat Enhet Rågasutbyte efter 14 dagar 1020±28 ml/g VS Slutligt rågasutbytet (dag 82) 1132±1 ml/g VS Slutlig metanhalt (%) 68 % Metanutbyte efter 14 dagar 704±20 NmL/g VS Slutligt metanutbytet (dag 82) 765±14 NmL/g VS 4.2.2 Semikontinuerligt reaktorexperiment Den första veckan användes ursprungssubstrat (TS: 22%) som ingående material och en uppehållstiden var då 37 dygn. Processproblem i form av skumningar och omrörningsproblem uppstod dock, sannolikt relaterat till den långa uppehållstiden och det höga sandinnehållet. Man beslutade då att tvätta bort delar av sanden (se 3.2.1 Förbehandling) innan beskiktning samt att korta uppehållstiden till 13 dagar och, för att klara detta, återföra avvattnat slam till processen. Slamåterföring gjordes baserat på TS i huvudrötkammaren, om TS var under 4% så tillsattes accept. Återföring av accept skedde varje tredje till fjärde dag. De utgående processparametrarna rågasutbyte (ml/l reaktor volym och dag), specifikt rågasutbyte (ml/g tillförd VS och dag), metanhalt (% av rågas), ph, NH 4 + - och VFA-koncentrationer presenteras som medel för data erhållna dag 94-120 (de sista 26 dagarna av försöket; två sista uppehållstiderna). Dessa anges, tillsammans med ingående processparametrar i Tabell 5. 10

Ackumulerad metanproduktion [NmL/g VS] Rapport: Dnr 2012/206 900 800 700 600 500 400 300 200 100 0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 Tid [dagar] Figur 5. Ackumulerad metanproduktion (NmL CH4/g tillförd VS substrat). Metan som bildas från det organiska materialet i ympen har subtraherats i presenterade data. Tabell 5. Sammanfattning av ingående och utgående processparametrar. Resultatet är beräknat från dag 94-120. Total VFA är summan av alla VFA. Alla värden är analyserade på SBF laboratorium. Rågasvärden är angivna för våt gas vid 37 C. Ingående processparametrar Uppehållstid (HRT) Belastning (OLR) TS av substrat VS av substrat Näringstillsats Skumdämpare Omrörningsintervall Spädningsmedium Utgående processparametrar Rågasutbyte Specifikt rågasutbyte 13 dagar 0,3-0,4 g VS/L och dag 1,3% av våtvikt 37% av TS Ja; Fe, Co och Ni Nej 15 minuter var tredje timme Nej 610±160 ml/l reaktor volym och dag 1670±330 ml/g tillförd VS och dag Metanhalt 66±2% (del av rågasen som är CH 4 ) H 2 S <6-13 ppm ph 7.7±0.05 Total VFA Ammonium-kväve TS av rötslam VS av rötslam <0,9 mm 1044±25mg/L 2,7±0.5% av våtvikt 28±2% av TS 11

ml rågas per L reaktorvolym och dag [ml/l RV och dag] Rapport: Dnr 2012/206 4.2.2.1 Rågas och metanutbyte; jämförelse med batchresultat Alla beräkningar är gjorda utifrån en aktiv rötkammarvolym om 4 L. Ett slutgiltigt rågasutbyte om 0,6 L/L reaktorvolym och dag och ett specifikt rågasutbyte om 1,6 L/g tillförd VS och dag (Tabell 5) uppmättes under försöket. Biogasen innehöll 66% metan vilket motsvarar 0,3 NL metan/l reaktorvolym och ett specifikt metanutbyte på 0,91 NL/g tillförd VS (Appendix 1). Detta motsvarar 92±17% av det teoretiska utbytet. De specifika rågas- och metanutbytena per g tillförd VS är högre än vad som erhölls i batchexperiment (Tabell 4). Det specifika metanutbytet i reaktor motsvarar 119±22% av det som erhölls i batchförsök. Skillnaden kan bero på problem med invägning av substratet i batchförsöket; som nämnts skiktar sig fiskslammet väldigt snabbt och detta kan ge problem särskilt batch då mängden substrat som tillförs är liten (ca 50 g per flaska mot 300 g per dag i reaktor). I båda fall erhölls dock en hög utrötningsgrad (77% i batch jämfört med 92% i reaktorförsöket) vilket visar att en stor del av den tillgängliga energin i fiskslam kan omvandlas till metan. 4.2.2.2 Rågasproduktion och trender i rågasproduktionen Rågasproduktionen i reaktorn går ner över tiden (Figur 6). Detta beror sannolikt till stor del på den varierande belastningen (3.4.1 Uppstart av reaktor samt drift) samt att bakgrund från startymp avtar. I genomsnitt producerades 3,6 L rågas per dag. Pikarna i Figur 6 (dag 34, 62, 75 och 118) korrelerar väl med byte av substratbatch. Korrelationen visar sannolikt att de dagliga substratportionerna inte är helt lika p.g.a. av att materialet lätt skiktar sig. Eftersom substratet kommer från en reningsanläggning med flotationsteknik och är väldigt fettrikt är det inte osannolikt att det material som flyter är fett (vilket ger mer gas än protein och kolhydrater). Samma mönster om pikar (dag 34, 62, 75 och 118) kan ses på det specifika rågasutbytet (Figur 7). 1600 1400 1200 1000 800 600 400 200 0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 Tid [dagar] Figur 6. Rågasproduktionen per reaktorvolym och dag. Gasvolymen anges för våt gas vid 37 C. 12

ml rågas per g tillförd VS och dag [ml/g tillförd VS och dag] Belastning (OLR) [g VS/L] Rapport: Dnr 2012/206 4000 2.5 3200 2.0 2400 1.5 1600 1.0 800 0.5 0 0.0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 Tid [dagar] Figur 7. Specifika rågasproduktionen ( ) samt belastning ( ). Den specifika rågasproduktionen anges för våt gas vid 37 C som ml per g tillförd VS medan belastningen anges som g VS substrat/l reaktorvolym. Den höga gasproduktionen i början (dag 0-40) beror till största delen på effekter från startmaterialet (ympen). Efter dag 40 (d.v.s. tre uppehållstider om 13 dygn) så stabiliseras gasproduktionen och är sedan relativt stabil (runt 600 ml/l rötkammarvolym) till dag 95 (Figur 6). För att ge en mer rättvisande bild av gasproduktionen under varierade belastning, är rågasutbytet kompenserad för belastning och ger det specifika rågasutbytet (ml/g tillförd VS) (Figur 7). I genomsnitt var den specifika biogasproduktionen 1,6 L biogas per tillförd g VS. Ökningen i biogasproduktion som kan ses i Figur 7 från dag 113 beror sannolikt på en högre fetthalt i det material gick in i reaktorn under denna tid (se ovan om sedimentering och flotation). Den organiska belastningen (organic loading rate = OLR) varierade under försöket eftersom en fast uppehållstid valdes (Figur 7). Med otvättat substrat kunde en högre belastning användas då det obehandlade fiskslammet hade en högre TS halt. Belastningen var då 2,0 g VS/L och dag. När tvättat substrat användes kunde inte en högre OLR nås utan att sänka uppehållstiden ytterligare (lägre än 13 dygn). Det beslutades då att belastningen skulle styras av uppehållstiden som skulle hållas konstant. Med en fast uppehållstid kommer volymen substrat per beskickning vara konstant. Med varierande TS/VS blir mängden VS olika per beskickning och därmed varierar belastningen. Belastningen varierade mellan belastningen 0,1-1,0 g VS/L och dag. 13

TS [% våt vikt] VS av TS [% TS] Rapport: Dnr 2012/206 Från dag 70 är TS i substratet relativt stabilt medan VS sjunker fram till dag 106 (Figur 8). Därefter ökar VS något. Tydligt är att VS-halten i rötslammet och VS-halten i substratet följer varandra. När VS i substratet sjunker, dag 23-41, så sjunker även VS i rötslammet. Perioden dag 42-80 är VS i fiskslammet stabil eller något ökande, det samma gäller då för rötslammet. Samma trend finns för resterande period fram till försökets avslutande (Figur 8). 0.06 0.05 0.04 0.6 0.5 0.4 0.03 0.02 0.01 0 0.3 0.2 0.1 0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 Tid [dagar] TS rötslam TS substrat VS rötslam VS substrat Figur 8. Ingående och utgående TS och VS i rötkammaren. TS-värden på substrat (otvättat substrat) som överskrider graderingen har ett värde på 24%. 4.2.2.1 VFA Generellt var halten av VFA låg under hela experimentet, dock förkom en anrikning i början av försöket då icke-tvättat substrat användes och ingen slamåterföring gjordes. En vecka efter uppstart uppmättes 197 mg acetat/l (justerat mot blank, ojusterad: 412 mg/l) och ytterligare en vecka senare hade dessa ökat till 256 mg/l (justerat mot blank, ojusterad: 256 mg/l). I samband med detta sänktes uppehållstiden och processkemikalier tillsattes och VFA-halten började gå ner. Efter fyra veckor hade de minskat till under 100 mg/l (justerat mot blank) och de fortsatte att minska till under 50 mg/l (justerat mot blank, under mätområdet), vilket är under detektionsgränsen, ända tills försöket avslutades. 4.2.2.2 VS-reduktion Då rötslammet är väldigt lättsedimenterat (4.2.2.1 Skumning, sedimentering och omrörning) kan inte en VS-reduktionen i reaktorn beräknas korrekt. Samt vid avslut av reaktorn återfanns stor del sand på botten av reaktorn. Av dessa anledningar beräknas inte VS-reduktionen då den skulle återge ett felaktigt värde. 4.2.2.3 ph Efter den inledande fasen då ph låg runt 7,6, stabiliserades värdet runt 7,8 (Figur 9). 14

ph NH 4 -N koncentration [mg/l] Rapport: Dnr 2012/206 8.1 8 7.9 1600 1400 1200 7.8 7.7 7.6 7.5 7.4 7.3 1000 800 600 400 200 0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 Tid [dagar] Figur 9. ph (svarta symboler) och ammoniumkoncentration (grå symboler) i rötslam över tid. 4.2.2.4 NH4 + -N Kvävehalten i rötkammaren började på 1170 mg NH 4 -N/L och ökade till 1350 mg NH 4 -N/L på 6 veckor, för att sedan sjunka och stabilisera sig omkring 1050 mg NH 4 - N/L (Figur 9). Dessa ammoniumkvävehalter är inte några problem för processen, högre koncentrationer kan hållas utan att processtörningar uppstår på grund av för hög kvävehalt. 4.2.2.5 Processkemikalier För att säkerställa en stabil process tillsattes processkemikalierna järn: önskad koncentration i rötslam om 0,2-0,3 g/l; kobolt: 0,1-0,3 mg/l; och nickel: 0,1-0,3 mg/l (Gustavsson J., 2012). Tillsatserna gjordes under hela försöket. Det slutgiltiga näringsinnehållet i rötslammet listas i Tabell 6. Originalrapporten från Eurofins återfinns i Appendix 3. 4.2.2.1 Skumning, sedimentering och omrörning I början av försöket (då icke-tvättat substrat användes och ingen slamåterföring skedde) tenderade processen att skumma och det var även problem med omrörningen. Dessa problem försvann efter att tvättat substrat började användas samtidigt som uppehållstiden sänktes och slamåterföring påbörjades. Rötslammet är precis som fiskslammet mycket lättsedimenterat. Under omrörning är rötslammet visuellt homogent, men då omrörningen stoppas, sedimenterar rötslammet. På mindre än 5 min har 30% av den totala aktiva volymen i reaktorn (1,2 L av 4 L) bildat sediment av sandliknande karaktär. Omrörningen i reaktorn har fungerat väl efter att tvättat substrat användes. 15

Tabell 6. Rötslammets näringsinnehåll enligt analysen från Eurofins på rötvätska tagen vid reaktorns avslutande (2012-10-30). Kväve- ammonium är analyserat av SBF laboratorium då Eurofins ej kunde leverera kvalitetssäkrad analys av ammonium-kväve i detta fall. Parameter Förkortning Resultat Enhet Torrsubstans TS 1,6 % Glödförlust VS 28,8 % TS Bly Pb 1,00 mg/kg TS Fosfor P 120 000 mg/kg TS Järn Fe 220 000 mg/kg TS Kadmium Cd 0,38 mg/kg TS Kalcium Ca 12 000 mg/kg TS Kalium K 7 000 mg/kg TS Kobolt Co 7,1 mg/kg TS Koppar Cu 17 mg/kg TS Krom Cr 30 mg/kg TS Kvicksilver Hg 0,083 mg/kg TS Kväve-ammonium NH 4 -N 66 250 mg/kg TS Kväve-Total, Kjeldahl Tot-N 150 000 mg/kg TS Magnesium Mg 38 000 mg/kg TS Nickel Ni 18 mg/kg TS Svavel S 9 500 mg/kg TS Zink Zi 400 mg/kg TS 4.2.2.1 Gaskomposition Rågasen analyserades med avseende på CH 4, CO 2, O 2 och H 2 S innehåll en gång per vecka och resultaten (medelvärden för dag 94-120) presenteras i Tabell 7. Tabell 7. Sammanfattning av gaskompositionen. Medelvärde (tre mätningar) och standardavvikelse för dag 94-120. Komponent Dag 94-120 CH 4 (%) 66±2 CO 2 (%) 17±1 O 2 (%) 1,9±0,4 H 2 S (ppm) <13 4.2.2.2 Rötslamskvalitet Rötslammet har en tydlig fisklukt. Det innehåller mycket sand vilket kan orsaka problem i rötningsprocessen, speciellt mekaniska. Karakteristiken för rötslammet kan ses i Tabell 6. I Tabell 8 presenteras de maximala tillåtna halterna för metaller enligt SPCR 120 (certifieringsregler för biogödsel) och en jämförelse med rötslammet från försöket. Förutom begränsningar vad gäller metallinnehåll bestämmer halten av N, P, K, Ca, Mg och S rötslammets potential som gödselmedel. I Tabell 9 ges en jämförelse mellan rötslam från processen och kogödsel samt svingödsel. Tydligt är att fosforinnehållet är att jämföra med det innehåll som återfinns i svingödsel, medans magnesiumhalten är samma som i både kogödsel och svingödsel. De övriga komponenterna är lägre i rötslammet. En möjlighet kan därför vara att berika kogödsel med rötslam för att öka fosforinnehållet i gödslet. 16

Tabell 8. Gränsvärde för metaller i rötslam från biogasproduktion enligt SPCR 120 Certifieringsregler för biogödsel samt uppmäta halter i rötslam genererat i försöket. Komponent Gränsvärde [mg/kg TS] Rötslam [mg/kg TS] Bly (Pb) 100 1,00 Kadmium (Cd) 1 0,38 Koppar (Cu) 600 17 Krom (Cr) 100 30 Kvicksilver (Hg) 1 0,083 Nickel (Ni) 50 18 Zink (Zn) 800 400 Tabell 9. Innehållet av N, P, K, Ca, Mg och S i kogödsel, svingödsel och rötslam. Enhet (kg/m 3 ). Komponent Kogödsel kg/m 3 Svingödsel kg/m 3 Rötslam kg/m 3 Total N 3,9 5,1 2,4 N-NH 4 1,8 3,3 1,0 Total P 0,8 1,9 1,9 K 4,0 3,0 0,1 Ca 1,4 2,2 0,2 Mg 0,7 0,6 0,6 Total S 0,6 0,6 0,2 4.3 Efterbehandling Avvattning av rötslammet gjorde från dag 14. Från denna dag återfördes även accept till huvudrötkammaren i enlighet med avsnitt 3.1 Processkoncept. Fördelningen mellan rejekt och accept var 87:13. Rejektet var klart och innehöll inte mycket partiklar. TS på rejektet var 0,4% och VS av TS 12%. För acceptet var TS 36,5% och VS av TS 22%. 5 SLUTSATSER OCH REKOMMENDATIONER 5.1 Substrat/Förbehandling Substratet har en karakteristisk och stark fisklukt som kan upplevas som obehaglig. Substratet skiktar väldigt lätt/snabbt. Substratet Innehåller mycket sand, sandavskiljning är nödvändig innan rötning. o Sanden ger stort slitage på utrustning. o Risk för mekaniska och mikrobiella problem i rötningsprocessen. o Anledningen till den höga sandhalten är okänd samt om det är en återkommande företeelse. 17

5.2 Rötning Processkoncept med slamåterföring fungerar väl för fiskslam. o En kort HRT minskar det mekaniska slitaget som ev. sand genererar. Ingen samrötning med annat substrat är nödvändig för att uppnå stabil process. Processen kunde efter dag 7 köras utan störningar, dock varierade gasproduktionen över tid Figur 6. VS-reduktionen i reaktorn kunde ej beräknas p.g.a. den stora mängden sediment. Rötslammet sedimenterar, ca 30% av rötkammarvolymen bildar sediment. Processkemikalierna järn, kobolt och nickel tillsattes under hela försöket. Dock kan det inte uteslutas att andra processkemikalier är nödvändiga för fortsatt stabil drift. 5.3 Gas Rågasproduktion var 0,6 m 3 per m 3 reaktorvolym vid en belastning mellan 0,3-0,4 kg VS/m 3 reaktorvolym. Det specifika rågasutbyte var 1 670 m 3 /kg VS tillförd. Det specifika metanutbyte var 910 Nm 3 /kg VS tillförd vilket motsvarar 119±22% av vad som erhölls i batchförsöket. Det uppmätte specifika metanutbytet motsvarar 92±17% av den teoretiska metanpotentialen. Merparten av rågasen består av metan, 66%, koldioxidhalten var 17%. H 2 S-halten i gasen var mindre än 13 ppm. 5.4 Rötslam/Efterbehandling Rötslammet avvattnades genom centrifugering och utan polymertillsats. Förhållandet mellan rejekt och accept var 87:13. Metallinnehållet i rötslammet översteg inte gränsvärdena för biogödsel enligt SPCR 120. Kvaliteten på rötslammet indikerar att det skulle kunna användas för att fosforberika annat gödselmedel. REFERENSER Gustavsson J. (2012) Cobalt and Nickel Bioavailability for Biogas Formation PhD thesis. pp 17-34. Department of Thematic Studies- Water and Environment, Linköping, Sweden. 18

APPENDIX 1 Gasutbyte Tabell 1Ap. Gasdata för reaktor med fiskslam som substrat. Data nedan utvärderas utifrån dag 100-120. RV = reaktor volym. Alla gasvolymer ger i NmL. Data kopplad till rågas ges för våtgas vid 37 C och data kopplad till metangas ges för torr gas vid 0 C. OLR (g VS/L) Rågas/ RV 1 Rågas/g VS tillförd * dag 2 Methanhalt (%) CH 4 / CH 4 /g RV 3 VS tillförd * dag 4 0,3-0,4 610±160 1 670±330 66±2 320±84 910±165 1 Rågasutbyte 2 Specifikt rågasutbyte 3 Metanutbyte 4 Specifikt metanutbyte 19

APPENDIX 2 Analysrapport av substrat, tvättat fiskslam sid 2 innehåller endast rapportansvarig för ovanstående analys (Paola Nilsson, Eurofins) varför denna utelämnas. 20

APPENDIX 3 Analysrapport av rötslam Eurofins kunde ej leverera en kvalitetssäkrad analys av ammonium-kvävekoncentrationen i rötslammet, varför denna ej finns med på ovanstående rapport. Analys av SBF m.a.p. ammoniumkvävekoncentrationen, ger 1 060 mg/l (Hach-Lange, Kit LCK 302), vilket motsvarar 66 250 mg/kg TS och 6,6% TS. sid 2 innehåller endast rapportansvarig för ovanstående analys (Mari Johansson, Eurofins) varför denna utelämnas. 21