Annons Kamstrup 2024

Biogasproduktion från anaerob behandling av tvättvatte

Internationell VA-utveckling 1/17

Vetestrån är såsom restprodukt från lantbruket intressant som bränsle, men ett högt saltinnehåll ställer till problem och man behöver tvätta stråna. Det saltrika tvättvattnet har undersökts för anaerob behandling och en kritisk kaliumkoncentration har uppmätts.

Av: Jörgen Hanaeus

Restprodukten vetestrån har en god potential som bränsle, men ett högt saltinnehåll ger problem vid förbränning. En god del salt kan avlägsnas genom vattentvätt, vilken ger ett tvättvatten med högt saltinnehåll och hög halt organiskt material. Anaerob behandling av detta vatten har undersökts i labskala (1 L-bägare) med samtidig kontroll av katjonkoncentrationer under några månader.

Kaliumkoncentrationen är hög i tvättvattnet och befanns hämma biogasproduktionen i bägaren när halten nått ca 7 mg K/g torrt slam. Tillförsel av syntetiskt avloppsvatten med låg salthalt kunde dock efter 12 d restaurera slammet till förnyad gasproduktion.

Artikeln

Vetestrån har väckt intresse som restprodukt för bränsle i såväl stora som små anläggningar för värme- och/eller kraftproduktion. De förbränningsproblem som uppkommit är en låg asktemperatur som kan orsaka beläggningsproblem samt ett högt saltinnehåll som kan ge sura gaser med åtföljande korrosionsproblem.

Det oorganiska innehållet i vetestrån har visats innehålla kalium som största komponent och lägre halter av bl a magnesium, aluminium, natrium, järn, svavel och fosfor.

Vattentvättning kan reducera innehållet av kalium, natrium och klorid; t ex har kaliuminnehållet visats minska med 40 % efter 15 min vattendränkning.

Det lakvatten som då bildas behöver behandlas före utsläpp. Det har ett relativt högt innehåll av organiskt material, varför anaerob behandling är tänkbar, i kraft av låg slamproduktion och potentiell biogasnytta.

Flera rapporter finns beträffande utfallet av anaerob behandling i salt vatten; särskild från fiskeindustrin, och problem har rapporterats. Inhiberingsvärden för den anaeroba processen om 15-40 mg Na/L har rapporterats. Däremot finns inte mycket material om kaliuminhibering, varför målet med detta projekt var att undersöka den anaeroba nedbrytningen av aktuellt lakvatten och därvid mäta effekten av höga kaliumhalter.

Anläggning

Fyra enlitersbägare användes och hölls i en temperatur av 37 °C. Lakvattnet pumpades in till bägarna och eventuell gas från dessa samlades upp i en gas bag. Granulärt slam tillfördes från en upflow anaerob reaktor som behandlade massafabriksavlopp; 450 g våt vikt/bägare. Initiellt tillfördes syntetiskt avloppsvatten (mjölk, urea, jäst, socker mm plus kranvatten). Alla bägare nådde en gasproduktion av 0.32 L CH4 per g tillfört COD.

Två av bägarna tillfördes därefter tvättvatten av rumstemperatur från vetestrån, ca 50 mL avjoniserat vatten per 50 g vetestrån. Övriga två bägare drevs vidare som referens med syntetiskt lakvatten. Till varje bägare fördes 1 g COD/L,d vilket gav en uppehållstid av 24 h.

Lakkvattnet höll en konduktivitet av 548 µS/cm, 1 200 mg COD/L och 149 mg/L av kalium, som var den katjon som återfanns i högst koncentration. Det syntetiska lakvattnet höll 280  µS/cm, 1 200 mg COD/L och 15 mg kalium/L.

Resultat

Acklimatiseringsperioden för anaerobin  med syntetiskt lakvatten varade 11 veckor. Efter 5 veckor nåddes 0.21 L CH4/g tillfört COD och 71 % av COD-innehållet avskiljdes. Efter 11 veckor producerade alla bägare 0.32 g CH4/L med ett utgående COD av 52 mg/L (96 % red).

Under denna period stabiliserades det totala ammoniumvärdet vid ca 100 mg N/L. pH ökade svagt till nivån 6,4-6,9.

Vecka 12 började strå-lakvatten föras till två av bägarna. Gasproduktionen sjönk raskt i dessa till 0.20 L CH4/g tillfört COD och COD-reduktionen sjönk till 80 %. Viss återhämtning skedde dock efter 7 d, med 0.29 L CH4/g COD tillfört och COD-reduktionen 84 %. Det var den högsta noteringen för strå-lakvattnet och den minskade därefter.

Det tolkades som att strå-lakvattnet inte var praktiskt helt nedbrytbart på anaerob väg och ett försök till förklaring var förekomst av humusmaterial från lignin, eftersom en karakteristisk gulbrun färg observerades i ingående och behandlat lakvatten.   

Vecka 15 hade metanproduktionen sjunkit till 0.13 L CH4/g COD tillfört, och COD-reduktionen var 75 %. Inhibering misstänktes. Doseringen av strå-lakvatten avbröts och ersattes med syntetiskt lakvatten. Då återhämtade sig slammet i de två aktuella bägarna efter en vecka till metanproduktionen 0.23 L CH4/g tillfört COD och till referensnivån 0.32 L CH4/g tillfört COD efter 12 d.

Analys av utgående vatten under behandlingen av strå-lakvatten visade låga halter av de dominerande katjonerna, motsvarande avskiljning av ca 95 %. När tillförseln ändrades tillbaka till syntetiskt lakvatten uppmättes högre katjonhalter ut än in.

Noggrannare följning av kurvorna för utgående kaliumhalt och COD-reduktion i tid visade att minskningen i reduktion inträffade vid en kaliumkoncentration i reaktorn av 2,9 g K/L. Efter funktionsminskning och följande återgång till syntetiskt lakvatten visade sig den stabiliserade referensnivån inträffa vid samma kaliumkoncentration, 2,9 mg K/L.

Elektronmikroskopifotografier visas, där slamytans struktur är olika under förhållanden med dos av syntetiskt lakvatten jämfört med dos av strå-lakvatten. En viss kristallisering på slamytan, stimulerad av ökande katjoninnehåll kan vara en förklaring till inhiberingen.

Slutsatser

Organiskt material från tvättvatten från vetestråtvätt kunde till stor del behandlas i en anaerob reaktor och gav en metanproduktion av 0,3 L CH4/g tillfört COD och en COD-reduktion av 84 %. Effekterna var dock temporära och inhiberades av en ökande ackumulering av kalium i reaktorn.

Artikeln är inte helt färsk, men medtagen då många försök pågår att inkorporera olika former av organiskt material i rötkammare vid avloppsverk och där saltkoncentrationen kan variera.

 

Källa: Idrus, S., Banks, C.J.& Heaven, S., (2012): Assessment of the potential for biogas production from wheat straw leachate in upflow anaerobic sludge blanket digesters. Water Science&Technology, 66.12, pp 2737-2744.

 

Författarna från: 

 Faculty of Engineering and the Environment, University of Southampton, Southampton, SO17 1BJ, UK.

Annons Wateraid