Blandningar av avloppsslam och alger har rötats, dels satsvis dels semikontinuerligt, i lab i Västerås. Processen var stabil, men gasutbytet sämre än det teoretiskt möjliga. Algerna förbättrade dock avvattningsbarheten av slammet, men då de odlades med CO2 från förbränningsgaser blev tungmetallinnehållet ett problem.
Av: Jörgen Hanaeus
En blandning av alger som odlats i avloppsvatten och kommunalt avloppsslam har samrötats mesofilt; satsvis och semikontinuerligt i mindre skala (1 L resp 5 L). Det semikontinuerliga experimentet bedrevs i två reaktorer under två perioder. Under den första perioden med villkoren 2,4 kg VS/m3, d (VS, volatile solids = organiskt material) och hydraulisk uppehållstid 15 d. I den andra var belastningen 3,5 kg VS/m3, d och uppehållstiden 10 d. I den första reaktorn var substratet kommunalt avloppsslam; förtjockat primärslam + aktivt slam (60/40 %) med TS ca 5 %; i den andra en blandning av det kommunala slammet och algmassa (TS ca 8 %) om 63/37 % baserat på det organiska innehållet. Metangasutbytet var sämre för algdelen, men dess rötrest var lättare att avvattna. Tungmetallinnehållet i algmassan var dock högre, vilket troddes bero på att algerna viss tid odlades med CO2 från värmeverksgas.
Bakgrund
För att öka produktionen av metangas i rötkammare är algmassa ett intressant tillskott till avloppsslam där rötkammarvolym finns tillgänglig.
Alger kan odlas i avloppsvatten t ex i biodammar och som stimulans kan CO2 tillsättas artificiellt. Här har CO2 i gas från Umeå värmeverk provats under en period, vilket också är ett sätt att minska CO2-utsläpp till atmosfären.
Alger har dock förmåga att ta upp tungmetaller, varför halter av dessa bör kontrolleras.
Här har det övergripande målet varit att finna ut om biomassa från algodling påverkar stabiliteten, metangasproduktionen och nedbrytbarheten i rötkammare för avloppsslam. Avvattningsbarheten för det rötade slammet och tungmetallinnehåll undersöktes också.
Material och metod
Alger odlades i en pilotbiodamm och undersöktes som substrat i kombination med förtjockat primärslam och aktivt slam från Västerås avloppsverk. Algstudium visade på arterna Ankistrodesmus, Chlorella, Coelastrum, Scenedesmus opoliensis, Scenedesmus quadricauda samt några oidentifierade arter. Man undvek att arbeta med monokulturer, som annars är vanliga i algexperiment.
Algmassan hämtades från botten av den i Umeå belägna försöksbiodammen (20 m2, 1m djup) efter sedimentering och nedsänkning av vattenytan. Dammen drevs med lokalt avloppsvatten
och naturligt solljus från maj till mitten av november. De fyra första månaderna utan artificiell CO2-tillsats och de två sista med inbubbling av rökgaser från kraftvärmeverket i Umeå så att pH hölls vid 8,3.
Torrsubstansinnehåll och organisk andel av detta (TS %/VS %) var för primärslammet 5,4/77, för aktivslammet 5,3/73 och för algmassan 8,4/59. Den lägre andelen organiskt material för algmassan kan bero på lång uppehållstid med viss mineralisering i dammen.
Tungmetallinnehållet i algmassan var klart större än i slammen; t ex 42 ggr större för Cd2+ relativt primärslammet och 3 ggr större för Hg2+ relativt aktivslammet. Orsaken troddes vara den tillsatta rökgasen i dammen.
Den teoretiska metanpotentialen för substraten var utifrån deras innehåll av kolhydrater, proteiner och fetter: 477 NmL/g VS, 488 NmL/g VS och 446 NmL/g VS för primärslam, aktivslam och algmassa respektive (N= normalt tryck och temperatur). Förklaringar till avvikelser från dessa kan vara flera, t ex tillgänglighet och nedbrytbarhet under rötningen och effekter av fryslagringen för algmassan.
Försök och resultat
Satsvisa rötningsexperiment genomfördes i labskala (1 L) med rena slamkulturer och algkulturer samt med en blandning 40/60 % alger/slam fördelat efter organiskt innehåll (VS).
För algmassan uppmättes (den låga) metanpotentialen 118 NmLCH4/g VS vilket också erhållits vid tidigare försök med samma pilotdamm. Andra, rapporterade studier har med monokulturer av Scenedesmus och Chlorella uppnått 250-400 NmL CH4/g VS. För avloppsverksslammen uppmättes 319 NmL CH4/g VS.
Det beräknade kombinationsvärdet för alg-slamblandningen var 232 NmL CH4/g VS utgående från de separata komponenterna och sådana, högre värden hade uppnåtts i andra samrötningsförsök. Slutsatsen blev att algarterna var betydelsefulla.
Studium av COD-värden indikerade att samrötningen gav en förbättrad nedbrytning av svårnedbrytbart organiskt material.
De semikontinuerliga försöken gav under period 1 (3*15dygn) 200 NmL CH4/g VS i referensreaktorn och 168 NmL CH4/g VS i försöksreaktorn med alger+slam. Under period 2 (följande 3*15 dygn) ökades den organiska belastningen med 50 %. Då minskade metanproduktionen till 170 NmL CH4/g VS (referenskammaren) och 158 NmL CH4/g VS. Fullskaleanläggningen i Västerås levererade samtidigt (20 dygn) 250 NmL CH4/g VS.
pH låg stabilt; pH 7,5 i båda kamrarna under period 1 och pH 7,1 under period 2, indikerande stabila driftförhållanden. Alkaliteten var på nivån 3 000 mg HCO3/L där värden >2 000 anses räcka till stabilitet.
Tungmetallinnehållet var högre i kammaren med alger och ämnena Zn, Pb och Cd överskred haltkrav för användning till gödsling. Tillförseln av CO2-rik värmeverksgas ansågs vara skälet.
Beträffande avvattningsbarhet visade reaktor 2:s slam i CST-försök (kapillärsugning i läskpapper) kortare tider för uppsugning av vattnet efter omrörning och kan alltså vara lättare att avvattna i fullskala. Dessa försök var dock inte omfattande (polymerval, omrörningstid mm).
Slutsatser
Mikroalger kan tillföras rötkammare, men gav, producerade i dessa försök, mindre metangas per tillförd enhet organiskt material. Processen förblev dock stabil. Tillförd CO2 gas till algodlingen från närliggande värmeverk bidrog sannolikt till ökade tungmetallhalter i rötslammet och nyttjande av CO2 i rötkammargasen föreslås i stället som ett kommande undersökningsalternativ.
Det förefaller som om algbidraget behöver studeras noggrannare då dess metanproduktion varierar åtskilligt i publicerade studier.
Källa: Olsson, J.1), Forkman, T.2), Gentili, F.3), Schwede, S.1), Thorin, E.1) & Nehrenheim, E.1) (2018): Anaerobic co-digestion of sludge and microalgae grown in municipal wastewater – a feasibility study. Water Science & Technology, 77.3, pp 682-694.
Hela artikeln från Water Science & Tecnology finns att köpa här.
Författarna från:
1.School of Business, Society and Engineering, Mälardalen University, P.O.Box 883, SE-721 23 Västerå
2. Departement of Energy and Technology, Swedish University of Agricultural Sciences, Lennart Hjelms väg 9, SE-750 07 Uppsal
3. Department of Wildlife, Fish and Environmental Studies, Swedish University
of Agricultural Sciences, SE-901 83 Umeå
Kontakt: jesper.olsson@mdh.se
