SVU-rapport 2012-04: Rötning med inledande termofilt hydrolyssteg för hygienisering och utökad metanutvinning på avloppsreningsverk

Information om ny rapport från Svenskt Vatten Utveckling!
Nr: 2012-04
Titel: Rötning med inledande termofilt hydrolyssteg för hygienisering och utökad metanutvinning på avloppsreningsverk
Författare: Emelie Persson, Elin Ossiansson, BioMil AB. My Carlsson, Martina Uldal, Sofia Johannesson, AnoxKaldnes AB
Område: Avlopp

Sammandrag: Rötning med inledande hydrolyssteg har jämförts med enstegsrötning genom försök i lab- och pilotskala för olika blandslam. Effekt på utrötningsgrad, metanproduktion och patogenreduktion har undersökts.

Sammanfattning: Termofil (55° C) förhydrolys har i flera studier visat sig medföra fördelar i form av exempelvis högre metanutbyte, ökad nedbrytningsgrad och/eller ökad behandlingskapacitet vid rötning (Persson m. fl. 2010). Metoden har också visat sig kunna avdöda patogener, vilket gör den intressant som alternativ till pastörisering. Naturvårdsverket öppnar upp för att andra metoder än de etablerade kan godkännas som hygieniseringsmetod om en validering visar att patogenavdödningen är tillräckligt effektiv. Termofil förhydrolys har flera tänkbara fördelar jämfört med pastörisering, bland annat att fjärrvärme vid lägre framledningstemperatur kan användas för uppvärmningen, att processen potentiellt blir stabilare och att metanproduktionen och nedbrytningsgraden kan öka.

Studiens syfte är att utvärdera effekten av införande av ett termofilt förhydrolyssteg vid rötning av avloppsslam med avseende på:
• biogas-/metanproduktion och nedbrytning
• samband mellan substrategenskaper, processförhållanden och effekt på den anaeroba processen
• hygieniseringseffekt
• processtekniska följder

Kontinuerliga och satsvisa labförsök genomfördes med avloppsslam från fyra svenska reningsverk; VA SYD (Källby ARV i Lund), NSVA (Öresundsverket i Helsingborg), Gryaab (Ryaverket i Göteborg) och UMEVA (Öns avloppsreningsverk i Umeå). I försöken jämfördes termofil förhydrolys med efterföljande mesofil rötning med konventionell mesofil enstegsrötning, samt pastörisering med efterföljande mesofil rötning. Labförsöken har legat till grund dels för utformningen av ett pilotförsök, dels för att ta fram data för modellering, samt för ökad förståelse för tvåfasprocessen och olika substrategenskaper. Huvudsyftet med pilotförsöket var att driftmässigt efterlikna en fullskaleprocess så att mer tillämpbara resultat kunde erhållas. I pilotförsöket, som utfördes på Källby ARV, kunde rätt exponeringstid (6 timmar) hållas i förhydrolyssteget, varför det är dessa resultat som är aktuella för validering av metoden som hygieniseringsmetod. Modellering användes för att få ytterligare information ur mätdata från labförsöken, med syfte att öka förståelsen för tvåfasprocessen. Dessutom undersöktes möjligheten att modellera pilotförsöket. Med hjälp av modellering testades också om mer generella slutsatser kunde dras baserat på substratsammansättning så att resultaten även blir tillämpbara för andra substrat än de analyserade blandslammen. Processtekniska följder av implementering övervägdes genom utvärdering av mätdata i kombination med litteratur och erfarenheter.

För samtliga testade blandslam erhölls en högre TS- och VS-reduktion med termofil förhydrolys innan rötning än med mesofil enstegsrötning. Med avseende på metanutbyte gav studien inget entydigt svar. En ökad biogasproduktion erhölls vid rötning med förhydrolys i pilotskala, men metanproduktionen ökade inte. I labförsöken varierade effekten på metanproduktionen från – 8 % till + 18 % för de tre olika testade blandslammen. Bäst resultat erhölls från testlinjen med högst organisk belastning, vars slam innehöll en låg andel fett och en hög andel kolhydrater av VS jämfört med övriga slam.

VS-reduktionen ökade mer än metanproduktionen med inledande förhydrolys, detta visar både simuleringen, pilotförsöket och labförsöken. Möjliga förklaringar till detta är förlust av vätgas och/eller flyktiga organiska föreningar i förhydrolyssteget, delvis aerob nedbrytning, samt fel i gasflödesmätning. Utförda mätningar och analyser kan inte säkerställa orsaken, men den troligaste antas vara förlust av metanpotential genom vätgasavgång i förhydrolyssteget.

Studien visade att termofil förhydrolys har en hygieniserande effekt. I pilotförsöket med termofil förhydrolys vid 6 timmars exponeringstid och 1,5 dygns hydraulisk uppehållstid uppfylldes de hygieniseringskrav som ställs i förslaget till ny slamförordning med avseende på salmonella och e-coli men kunde ej uppfyllas med avseende på enterokocker. Det senare beror på att detektionsnivån för enterokocker ligger högre än uppställt krav i icke-avvattnat slam. Samtliga krav som ställs på hygienisering i ABPförordningen uppfylldes dock med termofil förhydrolys i pilotskala. När motsvarande försök utfördes i labskala med 24 h exponeringstid kunde inte samma hygieniseringseffekt påvisas, och resultaten var inkonsekventa och svårtydbara. Inte heller pastörisering kunde i samtliga fall valideras i labskala. En anledning till de svårtydbara resultaten i labskala kan ha varit att kontaktytans storlek i förhållande till volymen är större i labskala än i pilotskala. Tydliga riktlinjer behövs för hur validering av nya hygieniseringsmetoder ska genomföras praktiskt.

Om förhydrolys ska implementeras i fullskala krävs komplettering av utrustning, både med tillkommande volymer och värmeväxlare. Hur många tankar som krävs bör avgöras från fall till fall.

Bildad gas i förhydrolyssteget måste ledas in i efterföljande rötkammare för att fullt kunna tillgodogöras.

Om vätgashalten i förhydrolyssteget riskerar att överstiga 25 volymprocent behöver EX-klassning av anläggningen ses över. Med anledning av risken för momentant höga vätgashalter vid intermittent inmatning av nytt material till ett förhydrolyssteg, som setts vid simulering av processen, bör detta undersökas vidare.

Implementering av termofil förhydrolys innan rötning kan medföra en ökad internbelastning när rejektvattnet återförs till reningsprocessen.

Sökord: Rötning, förhydrolys, hygienisering, avloppsslam, biogas

Keywords: Anaerobic digestion, pre-hydrolysis, hygienisation, waste water treatment slugde, biogas