Var produceras biogas? Vegetation När vegetation bryts ner i naturen Boskap gödsel på lantbruk Avloppsrening slammet påett reningsverk behandlas ofta i rötkammare. Deponier av organiskt material Behandling av organiskt avfall och jordbruksprodukter Industrivattenrening med anaerobt steg i processen
Småskaliga rötkammare Indien
Täckta bassänger Melbourne, Australien
UASB granulbaserad rötning Gist Brocades, Nederländerna
CSTR kontinuerlig rötning av avfall Växtkraft -Västerås
Idag Nedbrytningsprocessen -lite om substrat Optimering av processen - räkneövningar Uppföljning av processen - så att inte processproblem uppstår
Hur ser vi på biogasproduktion? koldioxid+ metan (Biogas) Organiskt material (Substrat) Rötrest (Biogödsel) Organiskt material CO 2 + CH 4 + Biomassa
Fett Kolhydrater Protein Hydrolys Aminosyror, fettsyror Acidogenes Alkoholer, ättiksyra, karboxylsyror Acetogenes Ättiksyra, vätgas, koldioxid Metanogenes (Hydroklastisk) Metanogenes (Acetoklastisk) Biogas (metan och koldioxid)
Processtemperatur Growth rate 100 80 60 40 Psychrophiles Mesophiles Thermophiles Hyperthermophiles 20 0-10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Temperature ( C)
Processtemperatur (källa: Jørgen Ballermann, Xergi A/S, Biogas Developmentand Resource Availability @ 2nd Nordic Biogas Conference (2008-03-05))
Substrat Vad rötar vi på våra anläggningar idag?
Vad är ett substrat? Tillgång/logistik Tekniker för omhändertagande Kostnad/intäkt Nerbrytbarhet? Biogaspotential TS/VS Näringsinnehåll Luktframkallande Organiskt avfall som ger biogas!
Substratets byggstenar Indelning av organiskt material: Kolhydrater Fett (Lipider) Protein Lignin
Biogasutbyte från substratets byggstenar Teoretiska utbyten vid total nedbrytning av 1 kg organiskt material Biogas [Nm 3 /kg] CH 4 [Nm 3 /kg] CH 4 [%] Fett 1,39 0,96 69 Protein 0,65 0,51 78 Kolhydrat 0,84 0,42 50 COD - 0,35 - BOD - 0,35 -
Vad ska man tänka på? -Animaliska biprodukter kräver hygienisering - Alkoholer undvik uppvärmning - Flyktiga ämnen undvik uppvärmning - Hög fetthalt värme? belastning? lagring? - Varma substrat skiktning? för varmt? - Heterogena homogenisering?
Vet hur nedbrytningen av substrat fungerar Vet hur mycket gas olika substrat ger. Vill vi optimera och få en stabil processen
Uppehållstid Hydraulisk uppehållstid (HRT) - Medeluppehållstid för materialet i rötkammaren -Normalt ca 20-50 (90) dagar
Uppehållstid 3 Rötkammarens vätskevol ym[m ] HRT[dygn] = 3 m Inpumpadvolymsubstrat per dygn [ ] d Inflöde = 100 m 3 /d Rötkammarvolym = 3 000 m 3 3000 Exempel : HRT = = 100 30 dygn
Uppehållstid Vilken uppehållstid krävs? Bakterierna måste hinna tillväxa. Materialet ska hinna brytas ner. Ursköljningseffekt är momentan!
Uppehållstid Mikrobiell/slammets uppehållstid (SRT) HRT och SRT kan separeras för effektivt utnyttjande av rötkammarvolymen (hög genomströmning av substrat) Rötkammare Slamavskiljning Substrat in Rötrest/biogödsel ut Återföring av biomassa
Organisk belastning Organisk belastning Mängd organiskt material (VS) som pumpas in i rötkammaren. TS - torrsubstans [%] VS - volatile solids, glödförlust [% av TS eller %]
Organisk Belastning 3 Organisk belastning[kg VS/(m d)] = BeskickadmängdVS Rötkammarvolym Inpumpadmängd[kg]x 0,01x TS- halt[%]x 0,01x VS- halt[%] 3 Volymrötkammare[m ] Inflöde = 100 m 3 /d TS-halt = 10 % VS-halt = 80 % av TS Rötkammarvolym = 3000 m 3 100x 0,01x 10 x 0,01x 80 Exempel: 3000 1000= 3 2,7 kg VS/(m d)
Gasproduktion Total gasproduktion Volym gas under t.ex. ett dygn. [m 3 /d] Specifik gasproduktion [m 3 /(kg VS d)] Volym gas som bildats av den mängd organiskt material (VS) som beskickats rötkammaren under ett dygn. Volumetrisk gasproduktion [m 3 /(m 3 R d)] Producerad volym gas per volym rötkammare och dygn.
Gasproduktion 3 Specifik gasproduktion [Nm /kg VS] = 3 Gasproduktion [Nm ] Beskickad mängd VS[kg VS] = Gasproduktion (Inpumpad mängd x 0,01 x TS - halt x VS- halt) x 1000 Inflöde = 100 m 3 /d TS-halt = 10 % VS-halt = 80 % av TS Gasproduktion = 5000 m 3 5000 Exempel : = 0,625 (100 x 0,01x 10 x 0,01x 80) x 1000 Nm 3 /kg VS
Liten jämförelse Belastning Gasproduktion Specifik gasproduktion Volumetrisk gasproduktion Uppehållstid Utrötningsgrad (kg VS/m 3 ) (m 3 /d) (m 3 /kg VS) (m 3 /m 3 R) (d) (%) Bromma (ARV) 0,6 12000 1,72 0,7 45 Jönköping 0,8 2700 1,20 1,1 (100) 83 Kalmar 0,7 6220 1,44 3,7 26 60 Kristianstad 1,1 18000 0,91 2,8 29 70 Malmö (ARV) 2,1 2600 0,47 0,9 38 59 Skövde (ARV) 2,6 1600 0,38 0,6 25 51 Ulricehamn (ARV) 1,4 500 0,72 1,4 18 58 Vänersborg 1,6 5040 0,61 2,3 20 76 Västerås 2,5 7500 0,39 1,9 17
Processtörning Överbelastning innebär att mikroorganismerna inte har möjlighet att bryta ner materialet som tillförts reaktorn Hur skall vi kunna upptäcka ex en överbelastning i tid? Vad händer: Produktion av organiska syror > konsumtion Medför att ph sjunker Medför att alkalinitet överförs till koldioxid Medför ökande vätgashalter Medför minskande metangasproduktion Kan medföra våldsam skumbildning
Syror bildas i nedbrytningen. Normalt omvandlas de till metan. Skall inte öka utan ligga på en stabil nivå. Ökar syrorna, någon typ av störning. Fett Kolhydrater Protein Hydrolys Aminosyror, fettsyror Acidogenes Alkoholer, ättiksyra, karboxylsyror Acetogenes Ättiksyra, vätgas, koldioxid Metanogenes (Hydroklastisk) Metanogenes (Acetoklastisk) Biogas (metan och koldioxid)
ph Neutralt ph
Processtörning Vi hade en överbelastning, som gav ökade syror, sjunkande alkalinitet och förändring påph. Dessa parametrar kan analyserar i labb och påsåsett hinna före olyckan Finns det andra saker som kan ge processproblem?
Tack! Mariana Johansson Tekniska Verken i Linköping +46 70 569 81 95