OPTIMERING AV BIOGASPRODUKTION FRÅN BIOSLAM INOM PAPPERS- MASSAINDUSTRIN VÄRMEFORSKS BIOGASDAG 2011 Bo Svensson Institutionen för Tematiska studier, Vatten och Miljö (Tema vatten) Linköpings universitet
SAMARBETE MELLAN: PÖYRY SWEDEN AB SCANDINAVIAN BIOGAS FUELS AB TEMA VATTEN, LiU REFERENSGRUPP MED REPRESENTANTERFRÅN PMI OCH V-FORSKS MEDLEMMAR
BIOGASFORSKNING VID LiU GASRENINGSTEKNIK: MEMBRANER, ENZYMER ASSIST. PROF. NATHANAEL ROBINSSON PROF. UNO CARLSSON ENZYMER I ANAEROBIC RENING ASSIST. PROF. MARTIN KARLSSON ENERGISYNERGIER GENOM KOMBINATION AV BIOGAS- PROCESSEN I BIOENERGISYSTEM PROF. MATS EKLUND OPTIMIMERING OCH SUBSTRATUTNYTTJANDE PROF. BO SVENSSON
OPTIMERING AV BIOGASPROCESSER MER METAN PER REAKTORVOLYM OCH TID STABILA PROCESSER HÖGRE INKOMSTER
OPTIMERING AV BIOGASPROCESSER ÖKA DEN MIKROBIELLA TILLVÄXTEN OCH DÄRMED DEN SPECIFIKA METANPRODUK- TIONEN FRÅN ETT SUBSTRAT
OPTIMERING AV BIOGASPROCESSER ÖKA DEN MIKROBIELLA TILLVÄXTEN OCH DÄRMED DEN SPECIFIKA METANPRODUKTIONEN FRÅN ETT SUBSTRAT FÖRBEHANDLING MED FYSIKALISKA, KEMISKA OCH BIOLOGISKA METODER AV SUBSTRAT FÖR ÖKAD TILLGÄNGLIGHET AV DET ORGANISKA MATERIALET
OPTIMERING AV BIOGASPROCESSER VID TEMA VATTEN NÄRINGSSTATUS - TILLFÖRSEL VISKOSITET MIKROFLORANS SAMMANSÄTTNING OCH DYNAMIK MODELLERING
TILLVÄXT COMPLEX POLYMERS (proteins, polysacharides, fat etc..) Mono- & oligomerer (amino acids, sugars & peptides etc.) Fermentation products Org. acids, alcoholes etc.) NUTRIENTS: C, H, O N, P, K Ca, Na, S, Fe, Mg, Cl Zn, Cu, Al, Se, Wo, B, Mo, Co, Ni, Mn. H 2 + CO 2 Acetate CH 4 + CO 2
TILLVÄXT Fe Co COMPLEX POLYMERS (proteins, polysacharides, fat etc..) Ni Se Wo Mono- & oligomerer (amino acids, sugars & peptides etc.) Fermentation products Org. acids, alcoholes etc.) H 2 + CO 2 Acetate CH 4 + CO 2
Fe, Zn, Cu, Al, Se, Wo, B, Mo, Co, Ni, Mn. S 2- = MINSKAD TILLGÄNGLIGHET SVÄLT PRODUKTION AV ORGANISKA KOMPLEX: SMP, EPS V I S K O S I T E T
TILLSATS AV NÄRINGSÄMNEN BLANDA SUBSTRAT SAMRÖTNING TILLSATS AV SPÅRÄMNEN
FÖRBEHANDLING SAMRÖTNING TILLSATS AV SPÅRÄMNEN
UNDERSÖKNING AV POTENTIAL FÖR BIOGASPRODUKTION FRÅN SLAM VID OLIKA BRUK FÖRBEHANDLING ULTRALJUD OCH ENZYM SAMRÖTNING TILLSATS AV SPÅRÄMNEN
BIOGASPOTENTIALER I BATCHKULTURER LAB.-SKALEREAKTORER ANALYS AV RÖTRESTER EKONOMISKA MÖJLIGHETER
INLEDANDE PROJEKT MED BIOSLAM FRÅN SEX BRUK 2 MEKANISK MASSA 3 SULFATMASSA 1 SULFITMASSA
METANPOTENTIALEN FÖR BIOSLAM FRÅN SEX BRUK 6 MEK, 3 SO4, 1 MEK, 2 SO3, 5 SO4, 4 SO4
TS-HALTER? SLAMÅLDER?
TS-HALT 5,6-11,6% 0,6%
SLAMÅLDER
FÖRBEHANDLINGAR ENZ. + ULTRA ENZYM ULTRALJUD KONTROLL
REAKTORFÖRSÖK BIOSLAM 1 SO 4 +/- ENZYM
REAKTORFÖRSÖK BIOSLAM 2 MEK +/- ENZYM
EFFEKT AV Co-TILLSATS
SLUTSATSER SAMTLIGA BIOSLAM RÖTBARA MED POTENTIALER OM 150 200 ml CH 4 /g VS MED ETT UNDANTAG PÅ 100 ml VS-KVALITETEN SANNOLIKT AVGÖRANDE SMÅ ELLER INGA EFFEKTER AV ULTRALJUD OCH ENZYM INGEN EFFEKT I REAKTORKÖRNINGARNA KOBOLT KAN STABILISERA VISKOSITETEN VIKTIG BEGRÄSANDE FAKTOR
SAMRÖTNING MED SLAM FRÅN PMI
FÖRDELAR MED SAMRÖTNING MER CH 4 ÄN FÖR ENSKILDA SUBSTART RÖTREST MED FLER ANVÄNDNINGSOMRÅDEN HÖGRE BELASTNING MED STABIL PROCESS MER CH 4 PER g VS MER CH 4 PER RÖTKAMMARVOLYM MER CH 4 -HALT I RÅGAS MINDRE BEROENDE AV TILLGÅNG OCH KVALITET ÄN FÖR ENSUBSTRATRÖTNING BÄTTRE EKONOMI
KRITERIER FÖR VAL AV SAMRÖTNINGSSUBSTRAT TILLGÄNGLIGA I STOR MÄNGD GEOGRAFISK SPRIDNING TILLGÄNGLIGA ÅRET OM INTERNA BRUKSSUBSTRAT SKALL INGÅ
SUBSTRAT METANPOTENTIAL TILLGÅNG/ÅR (Nm 3 /ton VS) I SVERÍGE MAJSENSILAGE 350 340 Ca 150 kton TS VALLENSILAGE 300 370 11 kton TS SPANNMÅLSRENS 200-350 350 11-13 kton SVINGÖDSEL 200 410 275 kton TS KOGÖDSEL 150 190 1830 kton TS FIBERSLAM 330 320 Ca 1-3 kg/ton SO 4 -MASSA INDUNSTNING- 300 300 Ca 0,5-1,5 kg/ton KONDENSAT SO 4 -MASSA MIKROALGER 220 310?? MATAVFALL 470 520 1175 kton (vv) RENINGSVERKSSLAM 195 290 374 kton TS BRUK A & B 140 190 -
EFFEKT AV SAMRÖTNING VS CH 4 -PROD./ g VS BIOSLAM BIOSLAMANDEL SAMRÖTN.SUB ANDEL CH4-PROD./ g VS BIOSLAM (%)
METANPOTENTIALEN FÖR BIOSLAM FRÅN SEX BRUK 6 MEK, 3 SO4, 1 MEK, 2 SO3, 5 SO4, 4 SO4
EFFEKT AV SAMRÖTNING: CH4-PROD./ g VS BIOSLAM (%) Dag 21/25 35/39 21/25 35/39 Samrötningssubstrat Bruk A MEK Bruk B SO4 Alger 2-1 11 30 Fiberslam -2 3 7-1 Kogödsel -10-9 11 8 Majsensilage 17 18 22 21 Matavfall 5 3 8 3 Metanol 7 10 27 18 Reningsverksslam 8 11-5 -3 Spannmålsrens 21 19 9 3 Svingödsel -9-5 13 4 Vallensilage -14-11 11 9
KOMPOSITION AV SAMRÖTNINGSSUBSTRATEN Reaktor Bioslam Slutbel. (g VS/L och dag) Samrötn. substr. 1 Slutbel. (g VS/L och dag) Samrötn. substr. 2 Slutbel. (g VS/L och dag) AREF Bruk A 2,5 - - - - A2 Bruk A 2,5 Spannmålsrens 1,8 Matavfall 1,2 A3 Bruk A 2,5 Majsensilage 2,0 Kogödsel 0,5 A4 Bruk A 2,0 Alger 0,8 Matavfall 1,2 BREF Bruk B 2,0 - - - - B2 Bruk B 2,0 Spannmålsrens 1,8 Matavfall 1,2 B3 Bruk B 2,0 Majsensilage 2,0 Kogödsel 0,5 B4 Bruk B 2,0 Fiberslam 1,0 Kondensat 1,0
BRUK A Spannmålsrens och matavfall. Majsensilage och kogödsel Matavfall och alger
BRUK B Spannmålsrens och matavfall Majsensilage och kogödsel Fiberslam och indunstningskondensat
SLUTBELASTNING, CH 4 -HALT, SPECIFIK GASPRODUKTION OCH VS-red. Reaktor AREF A2 A3 A4 BREF B2 B3 B4 Slutbelastning (g VS/L och d) 2,5 5,5 5 4 2 5 4,5 4 CH 4 -halt (%) 45 3 51 2 48 3 53 3 51 5 56 2 50 4 61 3 Specifik gasproduktion (NL/g VS) Medel 0,21 0,40 0,33 0,37 0,22 0,43 0,31 0,35 SA 0,033 0,045 0,045 0,032 0,043 0,057 0,041 0,050 n 81 47 61 95 113 46 110 116 VS-reduktion (%) Medel 33 46 44 42 27 47 41 49 SA 5 7 10 3 6 4 4 4
ACETAT OCH PROPIONSYRA - SPÅRELEMENT A2 & A3 Se & Wo B2-4 Se & Wo Co
SLUTSATSER SAMRÖTNING KAN ÖKA GASPRODUKTIONEN PER TILLFÖRD VS JÄMFÖRT MED ENBART BIOSLAM: 0,31 och 0,43 NL/g VS VISAVI 0,21-0,22 NL/g VS STABILT VID BELASTNING 4,0-5,5 g VS/L BEROENDE PÅ SUBSTRAT, DVS REL HÖGT SPÅRELEMENT KAN BEHÖVAS FÖR STABILITET FIBERSLAM OCH INDUNSTNINGSKONDENSAT GÅR BRA ATT SAMRÖTA STABILT: 0,3 NL/g VISKOSITETEN HÖG PÅVERKAR UTBYTE. DOCK BÄTTRE FÖRHÅLLANDE VID SAMRÖTNING
RÖTRESTHANTERING BIOGÖDSEL ÅKER SKOG JORDFÖRBÄTTRINGMEDEL REGELVERK BIOSLAM FRÅN PMI INTE GODKÄND RÅVARA BIOGÖDSEL
RIKTVÄRDEN BIOGÖDSEL Metall Max - halt [mg/ kg TS] 1) Bruk 3 [mg/kg TS] Bruk 6 [mg/kg TS] Bly 100 30 14 Kadmium 1 16 7,3 Koppar 600 44 140 ANLÄGGNINGSJORD Oorganisk förening Krav [mg/kg TS] Bruk 3 [mg/kg TS] Bruk 6 [mg/kg TS] Bly 40 30 14 Kadmium 0,4 16 7,3 Kvicksilver 0,3 0,3 0,2 Krom 100 75 12 Kvicksilver 1 0,26 0,16 Nickel 50 22 6,1 Zink 800 2) 560 1 100 Cd PROBLEM OCKSÅ JFRT ASKA Krom tot 60 75 12 Nickel 30 22 6,1 Koppar 100 44 140 Zink 100 560 1 100 Sulfidsvavel 20 - -
RIKTVÄRDEN - SAMRÖTNING Cd FÖR HÖGT FÖR ATT FUNGERA SOM BIOGÖDSEL Cd & Zn FÖR HÖGA FÖR ATT KLARA GRÄNSEN FÖR ANLÄGGNINGSJORD DUGER SOM ASKSPRIDNING I SKOG
BIOGASANLÄGGNING VID PMI FÖR BIOSLAM DATA FRAMTAGNA I PROJEKTET KAN UTNYTTJAS AV PMI FÖR EN FÖRSTA ANSATS: FÖR ENBART BIOSLAM FÖR BIOSLAM I SAMRÖTNING
DESIGN SAMRÖTNING A2: 20 TON BIOSLAM, 12 TON SPANN- MÅLSRENS & 8 TON MATAVFALL SOM TS/d B4: 7 TON BIOSLAM, 3 TON FIBERSLAM TS/d OCH 3,5 M 3 INDUNSTNINGS- KONDENSAT PER DYGN
DIMENSIONERINGSDATA Egenskap A2 B4 Ingående koncentration på bioslam 1 vikts% 1 vikts% Uppehållstid rötning 20 dygn 20 dygn Uppehållstid rötrestlager 2 dygn 2 dygn Metanhalt rågas 51% 61% Svavelvätehalt rågas < 500 ppm < 500 ppm Rötningstemp 37 C 37 C Biogasproduktion 402 NmL/g VS 347 NmL/g VS Metanhalt fordonsgas 97 1 vol% 97 1 vol%
KOSTNADER ksek
A2 INTÄCKTER B4
DRIFTKOSTNADER ksek
ÅRLIGT ÖVERSKOTT MSEK A2: 25 B4: 7,5
TACK! XU-BIN TRUONG ANDREAS BERG ANNA KARLSSON JÖRGEN EJLERTSSON FREDRIK NILSSON