C SVU-rapport: Rötning med inledande biologiskt hydrolyssteg för utökad metanutvinning på avloppsreningsverk och biogasanläggningar (avlopp)

Information om ny c-rapport från Svenskt Vatten Utveckling!

Serie C används för redovisning av projektresultat i annan form än ordinarie SVU-rapporter. I de flesta fall har SVU bidragit till projektet men ej varit huvudfinansiär och därför ej gjort rapporten själv. I några fall är rapporteringen ej i rapportform.

Nr: C SGC215
Titel: Rötning med inledande biologiskt hydrolyssteg för utökad metanutvinning på avloppsreningsverk och biogasanläggningar
Författare: Emelie Persson, Elin Ossiansson, My Carlsson, Martina Uldal, Lars-Erik Olsson
Område: Avlopp

Sammandrag: Denna förstudie baseras på litteraturstudier relaterade till rötning med inledande biologisk förhydrolys och insamlad kunskap från fullskaleanläggningar. Resultatet visar att flertalet försök med rötning med ett inledande hydrolyssteg som gjorts med substrat som avloppsslam, organiskt avfall och nötgödsel gett fördelar i form av exempelvis högre metanutbyte, ökad nedbrytningsgrad och/eller ökad behandlingskapacitet. Förhydrolys ger även stabilare process och patogenavdödning.

Sammanfattning: Anaerob nedbrytning av organiskt material sker i flera steg med hjälp av olika mikroorganismgrupper vilkas optimala levnadsförhållanden kan skilja sig mycket åt avseende näringsförhållanden, pH-krav, tålighet för förändringar, tillväxt- och näringsupptagsmönster. Ett sätt att optimera rötningsprocessen, och därmed öka biogasproduktionen och nedbrytningsgraden av det organiska materialet, kan vara att fysiskt dela upp rötningsprocessen i två delsteg bestående av ett inledande hydrolys- och syrabildningssteg följt av ett metanbildningssteg i en rötkammare.

Ett problem med dagens biogasprocesser är att inte allt organiskt material som tillförs processen blir tillgängligt för ombildning till biogas. Detta är speciellt markant vid rötning av avloppsslam där närmare hälften av tillfört organiskt material kvarstår efter rötning. Även effektivare utnyttjande av substrat på biogasanläggningar är en viktig faktor för att öka lönsamheten för biogasproduktion. Möjligheten att använda sig av olika förbehandlingsmetoder diskuteras för att öka graden av omsättning av organiskt material till biogas i rötkammaren. Dessa är inte sällan såväl energi-, kemikalie- som kostnadskrävande. Att effektivare utnyttja och bättre optimera de mikrobiologiska stegen i biogasprocessen genom ett inledande separat hydrolyssteg är en metod som inte medför kemikalieanvändning eller ökat energibehov.

Denna förstudie baseras på litteraturstudier relaterade till rötning med inledande biologisk förhydrolys och insamlad kunskap från fullskaleanläggningar, universitet och högskolor samt leverantörer av utrustning. Närmare 70 publicerade, för ämnet relevanta, vetenskapliga artiklar har hittats vid de litteratursökningar som genomförts. Artiklarna har delats in efter syfte för varje enskild studie. En stor andel av artiklarna har berört modellering varför ett särskilt avsnitt i rapporten ägnats åt detta.

Resultatet av litteraturstudien visar att flertalet försök med rötning med ett inledande hydrolyssteg som gjorts med substrat som avloppsslam, organiskt avfall och nötgödsel gett fördelar i form av exempelvis högre metanutbyte, ökad nedbrytningsgrad och/eller ökad behandlingskapacitet. Även andra fördelar har visat sig erhållas med metoden, exempelvis eliminering av skumningsproblem i rötkammaren, stabilare process och patogenavdödning.

Det är svårt att dra några generella slutsatser om optimalt pH för hydrolys. Optimalt pH varierar sannolikt beroende på framförallt substratets sammansättning och egenskaper. pH-reglering tycks i de flesta fall inte vara nödvändigt för en bra process, vilket är viktigt med tanke på kostnaderna för tillsats av syra eller bas i en fullskaleapplikation. Vad gäller processtemperatur så ger en ökning upp till ca 55 °C i de flesta fall en snabbare hydrolyshastighet.

Optimal uppehållstid och organisk belastning vid optimering av hydrolys beror på substratets sammansättning och egenskaper. För varje kombination av processparametrar finns ett optimum som ändras om någon av processförutsättningarna förändras. För avloppsslam verkar generellt 4-7 dagars uppehållstid kunna vara lämpligt och för nötgödsel har i ingående studier 2-4 dagar använts.

Simulering av hydrolys kan visa ett tydligt optimum för vilken uppehållstid som ger den högsta hydrolyshastigheten. Det kan användas för att designa en process i flera steg så att hydrolyshastigheten och därmed biogasproduktionen kan optimeras. Modelleringsförsök visar även att rötningsprocesser i flera steg kan simuleras med god överrensstämmelse till data.

Vätgas kan produceras i ett inledande hydrolyssteg, vilket kan vara en möjlighet för bio-hytan produktion men också innebära en säkerhetsrisk om anläggningen inte är anpassad för detta. Inga säkerhetsproblem med vätgasbildning har emellertid observerats vid identifierade fullskaleanläggningar.

Rötning med inledande biologisk förhydrolys borde kunna implementeras på en rötningsanläggning med relativt enkla medel genom att i huvudsak komplettera med en omrörd och isolerad tank. Betydelsen och effekten av ett inledande separat hydrolyssteg är emellertid avhängigt substratets egenskaper och anläggningens övriga processmässiga betingelser som organisk belastning och uppehållstid. Det mervärde som erhålls genom att komplettera med ett extra steg i rötningsprocessen måste vägas upp mot kostnaden och det merarbete i form av processuppföljning och underhåll som krävs.

Sex olika fullskaleanläggningar i Sverige (3 st.), Tyskland (1 st.) och USA (2 st.) har identifierats som drivs, eller gjort försök, med biologisk förhydrolys. Samtliga anläggningar har erhållit betydande processfördelar vid rötning med inledande hydrolyssteg jämfört med utan, exempelvis ökat metanutbyte, ökad nedbrytningsgrad, ökad behandlingskapacitet och eliminering av skumningsproblem.

----------------------------------------------------------------------------------------------------

Länkar till:
Rapport (pdf-fil): http://vav.griffel.net/db.pl?template_file=db_link_pdf.html&link=a&pdf=C_SGC215.pdf
Rapportdatabas: http://vav.griffel.net/vav.htm
SVUs rapportersida (på vår hemsida): http://www.svensktvatten.se/web/SVU_rapporter.aspx

Läs mer i rapporter från SVU/VA-Forsk inom samma ämnesområde:
2008-09  Metoder för slamhydrolys

Synpunkter!
Vi inom Svenskt Vatten Utveckling (SVU) vill gärna ha synpunkter på rapporterna. Anledningen är att vi avser att sammanställa den sammanlagda nyttan av SVU. Alla synpunkter, positiva som negativa är högst välkomna. Ange då vilken eller vilka rapporter kommentarerna avser. Skicka mejl till avsändaradressen på detta mejl (SVU@svensktvatten.se). 
Skriv i ”Ämnesraden” att mejlet handlar om synpunkter på SVUs rapport/er. Tack på förhand.

Anmäl intresse för info-mejl!
Skicka mejl till avsändaradressen på denna mejl (SVU@svensktvatten.se). 
Skriv i ”Ämnesraden” att du vill ha framtida info-mejl, så lägger vi till dig på sändlistan.

Tipsa en vän!
Skicka detta mejl vidare till en vän/kollega som du tror är intresserad av SVUs rapporter!

Stoppa info-mejl!
Om du inte vill ha några fler info-mejl, skicka ett mejl till avsändaradressen på detta mejl (SVU@svensktvatten.se). 
Skriv i ”Ämnesraden” att du inte vill ha fler info-mejl, så tar vi bort dig från sändlistan.