Latrin i olika former kan nyttiggöras som bränsle. Här har latrin från olika insamlingsvägar undersökts ur förbränningssynpunkt och egenskaper som värmeutveckling, beläggningar och behov av stödbränsle har analyserats via egna och andras data.
Av: Jörgen Hanaeus
I flera låginkomstländer är hanteringen av latrin eller svartvatten från enkla insamlingsplatser, som gropar, förenad med stora hygieniska risker. Om man lyckas ge produkterna ett ekonomiskt värde skulle hanteringen kunna förbättras. Av detta skäl har produkternas bränslevärde och de praktiska möjligheterna att genomföra en förbränning analyserats.
Material har publicerats om bl a värmevärde, fukt, andel aska och tungmetallinnehåll. Här fokuseras på förbränningsprocessen, via askans kvalitet och på möjligheten att effektivisera genom tillsats av något stödbränsle. Därtill undersöktes förbättringsmöjligheterna: förkolning och lakning av askan. Förkolningen förbättrade inte askkvaliteten, men asklakningen reducerade volymen aska.
Bakgrund
Globalt bedöms 2,7 miljarder människor vara utan ledningsbaserad avloppshantering. Det handlar inte bara om rurala områden utan karakteriserar även situationen för många invånare i urbana områden i låg- eller medelinkomstländer.
I Afrika är efterfrågan på billigt biobränsle stor. Torkade fekalieprodukter kan vara gångbara som bränsle i industriella ugnar då tillgången inte är säsongsberoende. Ett företag i Kenya producerar briketter från fekalier och förkolnad biomassa.
Vid förbränning är kalorivärdet ett mått på förväntad ekonomisk vinning. Aska och fukt anses vara värdelösa; de ökar transportmängden och reducerar förbränningseffektiviteten.
Slam från avloppsverk – för vilket en mångfald data finns – och slam från enskilda brunnar/gropar kan inte förutsättas vara lika. Fekalieslam anländer i förekommande fall till behandling satsvis – inte kontinuerligt – och kan dessförinnan ha lagrats under lång tid; från veckor till år.
Askinnehållet i fekalieslam har rapporterats vara högre jämfört med vad som mätts i fekalier, biobränsle och kol. Om askans kvalitet vet man mindre.
Studien syftar till att vidare undersöka aska från fekalier och fekalieslam. Potentialen för slaggbildning och beläggning har bedömts och en enkel modell för att uppskatta stödbränsletillsatser presenteras. En skattning av möjligheterna att förbättra bränslena genom förkolning eller asklakning har också genomförts.
Material och metod
Det är svårt att få in stor variation i en mindre studie, men försök gjordes att samla in prov från olika situationer. Prov togs sålunda vid två groplatriner i Boulder, Colorado, USA; från tre vakuumsugbilar med fekalieslam i Kampala, Uganda och fekalier efter urinsortering från
tio volontärer i Boulder. Proven torkades i 105 ºC och homogeniserades före analys.
Proven analyserades utifrån värmevärde (HHV, high heating value (kalorimetriskt)), komponenter i aska (anges som oxider), askfusion (smälttemperatur), ultimat (kol,väte, kväve, svavel och syre) och proximalt (fukt, organiskt material, oorganiskt kol och aska) analys samt asklakning (sekventiell enl Baxter). HHV (MJ/kg) kalkylerades utifrån att askan saknar värmevärde.
Stödbränslen som undersöktes var: sockerrörsblast, sågspån och kaffebönskal. Alkalitetsindex (kg alkali/GJ) beräknades som mått på beläggningsrisk vid förbränning för ursprungligt och blandat bränsle. En låg risk bedömdes uppkomma vid > 0,17 kg alkali/GJ och risken bedömdes hög vid > 0,34 kg alkali/GJ.
Resultat
Bränslevärden för de olika produkterna mättes till 20 MJ/kg för fekalier efter urinseparation, ca 12,5 MJ/kg för latrin från latringroparna och ca 14.5 MJ/kg för fekalieslam från vakuumbilarna. Från litteraturen anges 10-20 MJ/kg för fekalieslam och 13,5 MJ/kg för vanligt avloppsverksslam. Askinnehållet var 13,5 % av TS för fekalier efter urinseparation, ca 40 % för latrin från groparna och fekalieslam från vakuumbilarna. Från litteraturen anges ca 50 % från fekalieslam och 40 % från avloppsverksslam.
Alkalitetsindex var för fekalier efter urinseparation 1,4 kg alkali/GJ; för latrin från latringroparna ca 8 kg alkali/GJ; för fekalieslam från vakuumbilarna ca 7 kg alkali/GJ och för vanligt avloppsverksslam (litteraturvärde) 0,9 kg alkali/GJ.
Den proximata analysen visade en halt organiskt material i produkterna av 74 % (av TS) och 50 % medan värden från vakuumbilarnas produkter saknas.
Askinnehållet jämfördes med biomasseaska och fekalieprodukterna befanns då hålla betydligt mer natrium och kalium. Det ger ju högre alkalitetsindex. Även fosforinnehållet är klart högre.
Det refererades att en blandning av 65 % (vikts-) fekalieslam och 30 % sågspån gav en bättre förbränning ur beläggningssynpunkt än en blandning av 53 % fekalieslam och 40 % kaffebönsskal. Det kan förklaras av att sågspån har ett betydligt lägre alkalitetsindex än kaffebönsskal.
Förkolning gav marginella förbättringar av förbränningsprestanda, men till priset av en klart ökad askhalt, varför metoden bedömdes mindre intressant. Asklakning av de fekala produkterna minskade däremot askinnehållet med i genomsnitt 9 %. Kostnadseffektiviteten var dock tveksam och det är möjligt att en mekanisk slamavvattning kan nå jämförbara resultat beträffande reduktion av askhalten.
Vattenlöslig aska stod för upp till 21 % av askfraktionen i fekalieslammet och om det avlägsnades kunde värmevärdet ökas med 1,25 MJ/kg.
Slutsatser
Alkalitetsindex kan vara en användbar grovskattning av beläggningsrisken vid förbränning. Variationerna är dock stora: de alkaliska komponenterna, ickelinjära kurvor, fosforrika bränslen mm.
Högt askinnehåll och måttligt bränslevärde gör det intressant att komplettera fekalieprdukter med biomassa.
Fekalier kan grovt beskrivas som en måttligt effektiv biomassa vad beträffar bränslevärdet. Den hygieniska vinsten gör dock fortsatt arbete intressant.
Källa: Hafford, L.M.1), Ward, B.J.2), Weimer, A.W.3) & Linden, K.1) (2018): Fecal sludge as a fuel: characterization, cofire limits, and evaluation of quality improvement measures. Water Science & Technology, 78.12, pp 2437-2448.
Författarna från:
Department of Civil, Environmental and Architectural Engineering, University of Colorado Boulder, Boulder, CO, USA.
Sandec – Department of Sanitation, Water and Solid Waste for Development, Eawag, Swiss Federal Institute of Aquatic Science and Technology, Zȕrich, Switzerland.
Department of Chemical and Biological Engineering, University of Colorado Boulder, Boulder, CO, USA.
Kontakt: karl.linden@colorado.edu
