Biogasanläggning Energibesparing med avloppsvatten 2008-09-05 Peter Larsson ver 2
Biogasanläggning Förutsättningar Processprincip Processparametrar Driftprincip och anläggningsutförande Biogas Anläggningskostnad Teoretisk energibesparing
Förutsättningar: Varför? Ta hand om avloppsvattnet vid källan Kommunal anläggning ej lämplig för bryggeriavloppsvatten Energiåtervinning, minskat oljeberoende Bryggeriavloppsvatten Lätt nedbrytbart Kort uppehållstid <24 tim Minimal anläggning Varmt avloppsvatten Låg partikelhalt Biologisk process Levande mikroorganismer Temperaturberoende ph känsligt Luftfri miljö
Processparametrar: COD belastning x avloppsflödet = dygnsbelastningen styr anläggningsdimensioneringen ph-variationer och ph-justering Partikelinnehåll i avloppsvattnet, grovfiltrering Avloppstemperatur
Kemisk syreförbrukning Chemical Oxygen Demand COD COD är ett mått på föroreningsgraden Reningsgraden, volym- och slambelastningen baseras på COD analyser 1 kg COD nedbrutet = 0,35 Nm 3 metan COD nedbrutet
Anaerob nedbrytning Omvandling av nedbrytbart material (COD,BOD) till Metan (CH 4 ) Koldioxid (CO 2 ) Lite ny biomassa
Anaeroba nedbrytningssteg Hydrolys Enzymer utanför cellen bryter ner stora molekyler till mindre, som kan brytas ner av mikroorganismerna. Enzymerna bildas av syraproducerande organismer Syrabildning (acidogenesis) Syrabildande bakterier omvandlar mindre molekyler till flyktiga syror (ättikssyra, propionsyra, smörsyra etc) Ättiksyrabildning (acetogenesis) Organismer omvandlar flyktiga syror (VFA) till ättikssyra, koldixid (CO 2 )och vätgas (H 2 ) Metanproduktion (methanogenesis) Ättikssyra, CO 2 och H 2 omvandlas till biogas (CH 4 och CO 2 ).
Egenskaper biomassan Granulerad biomass utan bärarmaterial Höga sedimentationshastigheter (60-100 m/h) COD belastning 10-20 kg COD per m 3 reaktor volym per dag Slamproduktion 1-5% av nedbruten COD
Beräkningsfaktorer och parametrar Summan av VFA och alkaliniteten i blandningstanken och anaerobutloppet är alltid ungefär lika Utgående VFA i normalt fungerande anläggningar är < 150 mg ättikssyra/l, och 300 mg/l är övre gräns Optimal temperatur är 37 o C Optimalt ph I anaeroba reaktorn är 6.8-7.0 (intervall 6.5-8.0)
Flyktiga syror - VFA (Volatile Fatty Acids) Alkalinitet Den viktigaste parametern för den anaeroba processen Daglig analys är nödvändig
Nödvändiga förutsättningar för mikroorganismer Vatten utan vatten INGET liv Kol viktigast för cellstrukturen Kväve proteiner, DNA och RNA Fosfor energitransport (ATP), DNA och RNA Svavel proteiner Tillväxtfaktorer vitaminer Mineraler t ex nickel (Ni) och kobolt (Co) för metanbakterier
Temperaturintervaller för mikrooganismer o C Typ min optimum max Psykrofil 5 15 20 Mesofil 15 37 42 Termofil 40 60 70
Temperatur Methanogenic activity at various temperatures 120 100 Biomass activity (%) 80 60 40 20 0 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Temperature ( Celcius)
ph ALLMÄNNA BIOLOGISKA PROCESSER 4.0 < ph < 9.0 METANBILDNING 6.5 < ph < 8.0
ph optimum för metanbakterier
Till Panna Gasfackla Kemikalie dosering Anläggningsuppbyggnad Buffert+hydrolys Tank Blandnings Tank Bioreaktor Slam Lager Utlopp Ev. beluftning VVX Ev.värmepump VVX
Biogas: Biogas består av: Metan Koldioxid Vattenånga och kvävgas Svavelväte ± 65 vol-% ± 30 vol-% ± 4 vol-% ± 0.1-2 vol-%
Störningsfaktorer Förgiftning Slamflykt Stora belastningsvariationer Driftavbrott Vattentemperatur
Miljörisker: Brännbara och giftiga gaser som bildas i den anaeroba processen: Metan (CH 4 ) Svavelväte (H 2 S) Lukter från anläggningen Tillsatskemikalier för ph-justering
Uppskattad anläggningskostnad: Byggnader, maskiner, processutrustning 25-35 miljoner SvKr Driftkostnader 500 700 TKr/år (El, kemikalier, analys, rep.underhåll, medräknat 5 graders uppvärmning 3 månader) Personal 2 tim/dag Tillkommer gaseldning
Teoretiskt energiutbyte och gasvärde Antag 85 % COD nedbrytning 1 kg COD nedbrutet = 0,35 Nm 3 metan 1 m 3 biogas = 7 kwh 1 m 3 metangas = 9,7 kwh Antalet produktionsdagar 250 dygn Antaget BOD-COD förhållande 0,6 1 m 3 eldningsolja är 10,2 Mwh
Teoretiska beräkning 1 Antagen produktionsvolym 2 miljoner Hl = 200 000 m 3 produkt Antagen avloppskoncentration medelvärde 2857 mg/liter Antagen avloppsmängd 3,5 liter/liter producerad produkt ( renvattenförbrukning ca 4,6 l/l ) Antagen COD mängd 10 kg COD/ m 3 produkt Anläggningsstorlek medel 8000 kg COD/d 200 000 m 3 produkt x 10 kg COD/m 3 = 2 000 000 kg COD (jfr. 200 000 m 3 x 3,5 l/l x 2857 mg/l = 2 000 000 kg COD) Medelnedbrytning COD 85% x 2 000 000 kg COD = 1 700 000 kg CODnedbruten 1 700 000 kg CODnedbruten x 0,35 Nm 3 metan = 595 000 Nm 3 metan 595 000 Nm 3 x 9,7 kwh/m3 = 5 771 500 kwh = 5 772 MWh Motsvarande oljemängd 5 772 MWh och 10,2 MWh/m 3 = 566 m 3 olja
Beräkning 2 Antagen produktionsvolym 1 miljoner Hl = 100 000 m 3 produkt Antagen avloppskoncentration medelvärde 3 000 mg/liter Antagen avloppsmängd 4 liter/liter producerad produkt ( renvattenförbrukning ca 5,1 l/l ) Antagen COD mängd 12 kg COD/ m 3 produkt Anläggningsstorlek medel 5000 kg COD/d 100 000 m 3 produkt x 12 kg COD/m 3 = 1 200 000 kg COD (jfr. 100 000 m 3 x 4 l/l x 3000 mg/l = 1 200 000 kg COD) Medelnedbrytning COD 85% x 1 200 000 kg COD = 1 020 000 kg CODnedbruten 1 020 000 kg CODnedbruten x 0,35 Nm 3 metan = 357 000 Nm 3 metan 357 000 Nm 3 x 9,7 kwh/ m 3 = 3 462 900 kwh = 3 462 MWh Motsvarande oljemängd 3 462 MWh och 10,2 MWh/m 3 = 339 m 3 olja
Frågor