Efterrötning med termisk hydrolys av avloppsslam och

Efterrötning med termisk hydrolys av avloppsslam och matavfall: effekter på metanutbyte, avvattningsbarhet och slamreduktion. Efterrötning genom termisk hydrolys av avloppsslam och matfall är en effektiv teknik för att förbättra metanutbyte och avvattningsbarhet för en konventionell rötningsprocess jämfört med förbehandling med samma teknik.

Av: Bengt Andersson

Anaerob rötning (AD) är en vanligt förekommande process för behandling av avloppsslam och organiskt matavfall för stabilisering av avfallet, för generering av energirik metangas och för möjligheten att återanvända restprodukten. Olika typer av behandling av slammet före AD har utvecklats för en effektivisering av processen. En termisk hydrolys process (THP) är ett lyckat exempel på detta med en ökning av nedbrytningshastigheten och biogasutbytet. Potentialen av THP vid förbehandling utnyttjas emellertid inte helt eftersom en stor del av det ursprungliga organiska materialet i slammet ändå är lättnedbrytbart.

Tekniker för efterrötning (PAD, post-anaerobic digestion) med THP har därför föreslagits som komplement till AD. Eftersom mängden organisk substans minskar efter anaerob rötning kan THP dimensioneras för en väsentligt mindre del av det ursprungliga avfallet jämfört med vad som är fallet vid en förbehandling. En process för PAD-THP innebär processtekniskt att rötslammet från AD avvattnas, det avvattnade slammet behandlas i THP och avvattnas igen varvid vätskefraktionen leds tillbaka till AD.

Endast en anläggning i fullskala med konceptet finns i Tyskland med teknologi från Cambi AS.Flera mekanismer har ännu så länge inte dokumenteras och syftet med refererad studie var att belysa effekten av hydrolysförhållandena på upplösningen av COD vad avser tid och temperatur, att bestämma resulterande biogasproduktion från avvattnat rötslam med hjälp av biokemisk metanpotential (BMP), att värdera avvattningsbarheten av slammet samt att värdera påverkan av återförd vätskefraktion på AD och den samlade slamreduktionen.

Genomförande

Försöken utfördes i laboratorieskala i form av två experiment, där en ena avsåg att bestämma optimala förhållanden för THP med två olika typer av rötrester (matavfall resp. slam från en bio-P process) och där det andra avsåg att i CSTR (semi-continuous stirred tank reactor) undersöka påverkan av den till rötningsprocessen återförda vätskefraktionen från avvattning av slammet från PAD-THP.

Undersökning av olika THP förhållanden gjordes vid olika temperatur (134 – 175 ^oC) och inkubationstid (20 – 30 min). Rötresterna efter behandling separerades genom centrifugering och vätske- och slamfraktionerna användes för bestämning av avvattningsbarheten bestämd med en termogravimetrisk metod och av BMP.

CSTR försöken utfördes i två parallella reaktorer med en volym av 10 l, som tillfördes en blandning av obehandlat slam och matavfall. Blandningen till den ena reaktorn (referensen) värmdes upp till 70 ^oC under 1 timme före beskickningen. Obehandlat slam och matavfall tillfördes den andra reaktorn tillsammans med rejektvatten från centrifugering av rötresten från en PAD-THP process i laboratorieskala (165 ^oC och 30 minuters uppehållstid).

Resultat

Försöken visade att temperaturen i PAD-THP och typen av rötrest hade en signifikant påverkan på upplösningen av det organiska materialet, där upplösningsgraden bestämdes som förhållandet mellan löst och totalt COD, och att temperatureffekten var olika för de olika avfallsslagen. Den största upplösningsgraden (32 %) erhölls för slamrötrest vid 175 ^oC och 30 minuters uppehållstid. Motsvarande resultat vid 134 ^oC var 10 %. För rötrest från matavfall var effekten av en temperaturökning på upplösningen mindre med en upplösningsgrad av 15 resp. 9 % vid 175 resp. 134 ^oC. Kortare uppehållstid gav en lägre upplösningsgrad vid behandling av slam men inte av matavfall.

PAD-THP resulterade i väsentligt olika specifika metanutbyten för de olika avfallstyperna med ett signifikant högre utbyte för slamrötresten. Temperaturen hade en signifikant inverkan på utbytet vid behandling matavfall medan effekten var mindre vid behandling av slam.

Temperaturen och avfallstypen hade även en signifikant påverkan på avvattningsbarheten, där en högre temperatur resulterade i en bättre avvattningsbarhet. Maximal TS-halt i slamkakan var 43 % efter behandling av slam och 46 % efter behandling av matavfall. Inkommande TS-halt uppgick till 34 % för matfallet och till 17 % för slammet. Den uppskattade ökningen av den maximala TS-halten genom PAD-THP (från 17 till 43 %) medförde en minskning av mängden röstrest från processen med cirka 60 %. Motsvarande minskning för matavfallet var 26 % beroende att slamhalten var högre före behandlingen (från 34 till 46 %).

BMP i den avvattnade slamkakan från PAD-THP var låg oavsett temperatur och avfallsslag och den var signifikant lägre än BMP i det obehandlade slammet och i rejektvattnet.

Försöken med CSTR visade att recirkulation av centratet från efterbehandlingen inte påverkade AD negativt och att metanutbytet och COD-reduktionen förbättrades signifikant i jämförelse med referensen. En ökning av metanutbytet med 7 % erhölls, vilket var lägre än vid fullskaleanläggningen i Tyskland. En viss nedbrytning av inkommande slam till referensen genom hygienisering, en blandning av matavfall och slam som inte var fallet i fullskaleanläggningen och en högre SRT i referensen kunde förklara den mindre ökningen.

Med PAD-THP behandlades all rötrest vid 165 ^oC och 30 minuter, vilket inaktiverade patogener och minimerade risken för reaktivering och återväxt. Förbehandling med THP borde ge samma effekt. Efterbehandlingen förbättrade emellertid energibalansen eftersom mängden slam var mindre och energin som används för sterilisering återfördes till rötkommaren med rejektvattnet från avvattningen. Dessutom förbättrades TS-halten i slamkakan vid den slutliga avvattningen, vilket utgör en stark ekonomisk fördel.

Slutsatser

Försök med efterrötning med termisk hydrolys visade att

Källa: K. Svensson, O. Kjörlaug, M.J. Higgins, R. Linjordet, S.J. Horn. Post-anaerobic digestion thermal hydrolysis of sewage sludge and food waste: Effect on methane yields, dewaterability and solids reduction. Water Research 132 (2018), pp 158 – 166.

Hela artikeln från Water Research finns att köpa här.