Metan är en potent växthusgas som emitteras vid avloppsrening. Källor och omfattning är mindre kända än för t ex dikväveoxiden, vilket motiverat en ettårig försöksomgång vid ett medelstort holländskt avloppsverk. Doktorand Matthijs Daelman och professor Mark van Loosdrecht från universitetet i Delft och medarbetare har redovisat försöken och även relaterat dem till likartade arbeten.
Av: Jörgen Hanaeus
Sammanfattning
Artikeln baseras på mätningar under ett driftår vid det kommunala avloppsverket i Kralingseveer (360 000 pe) nära Rotterdam. Verket är av typ aktivslam med försedimentering, selektor och fördenitrifikation. Förtjockare, silbandspressar, rötkammare och centrifuger ingår i slambehandlingen. Kompostfilter och slutlig hygienisering med ozontillsats finns för luftströmmarna. Massbalanser har upprättats för de ca 15 processteg som verket omfattar och såväl gas/luftinnehåll som metan löst i vattnet har mätts och analyserats. Särskilt har möda lagts vid metaninnehållet i luftströmmarna kopplat till hur dessa används och cirkulerar i verket. Tre fjärdedelar av metanemissionen bedömdes komma från rötkamrarna (34°C) där gasen nyttjades till kraft och värme.
Bakgrund
Växthusgasen metan bedöms kontinuerligt bidra med 25 koldioxidekvivalenter till den globala uppvärmningen i en 100-årsbetraktelse och utgör därmed en väsentlig del av bidraget från avloppsverk. Reaktioner i avloppsnäten och i anaeroba delar av avloppsverken anses vara de största källorna i sammanhanget.
Försök
Föreliggande mätprojekt genomfördes oktober 2010-september 2011 i Kralingseveer-verket, vars processchema återfinns detaljerat i artikeln. Inkommande avloppsvattenkvalitet i snitt: 339 mg COD/l (87% red), 41 mg Kjeldahl-N/l (92 % red) och 6 mg P/l (77% red). Pumpstation, fingaller, försedimentering (slam till förtjockare), selektor, anoxbassäng, luftningsbassäng (bubbelluftare) (båda av typ plug-flow), ytluftarkanaler (carousel), eftersedimentering (med slamåterföring till selektor och anoxbassäng). Slambehandling: Försedimenterat slam till förtjockare; eftersedimenterat slam till silbandspressar; därefter sammanförda till rötkammare (34°C) som följs av en bufferttank, centrifug och till sist en lagringstank (oftast flera enheter per process). Alla rejekt till försedimenteringens inlopp.
Samtliga bassänger utom eftersedimenteringsbassängerna är överbyggda och gas-/luftfasen kan alltså samlas in. Luft från pumpstation, försedimentering, selektortank, förtjockare, slambufferttank, centrifug och slamlager sugs/blåses genom kompostfilter (luktreduktion) varifrån luften förs till de överbyggda ytluftarkanalerna och sammanförs med luften från luftningsbassängen (intagen ytterluft) och förs till en ozontvätt för hygienisering före skorstensutsläpp. Rötkammargasen förbränns; nyttjas för el- och värmeproduktion och lämnar därefter i skorsten.
Luftflödena från luftningsbassängen och från ytluftarkanalerna mättes on-line. Fläktarna drevs med konstant effekt, varför gasflödena kunde bestämmas och multipliceras med uppmätta metanhalter. Fem gånger under mätperioden samlades gas från de individuella ledningarna i gaspåsar. Då provtogs även vätskeströmmarna, vars halter av löst metan bäst bestämdes med utsaltningsmetod (ju saltrikare vätska desto lägre jämviktshalt löst metan).
Via kunskaper om luft- och vätskeflöden kunde massbalanser upprättas för de olika processerna. Den genomsnittliga totala metanemissionen från verket var 302 kg CH4/d ± 83 kg CH4/d. De icke insamlade flödena var då ev bidrag från (de icke övertäckta) sedimenteringsbassängerna, samt avgaser från gasmotorerna som producerade el och värme. De senare mättes till 38 kg CH4/d till följd av ofullständig förbränning.
Resultat
Normaliserade metanemisssioner från detta verk bestämdes till: 270 g CH4/person och år eller kg CH4/kg CODin =1,0% eller 2,4 g CH4/m3 inkommande avloppsvatten.
Från anaeroba zoner i ledningsnätet erhålls ungefär 9 kg CH4
I inloppspumpstationen avges inte mycket metan pga kort uppehållstid. I andra verk har man dock noterat en skillnad mellan centrifugalpumpar och skruvpumpar, där de senare pga större kontaktyta luft/vatten emitterar mer metan.
Ventilationsluft innehållande metan kan för detta verk användas till bubbelluftningen eftersom den löser metan i vattnet och medger biologisk överföring av metan till koldioxid, vilket är bra ur gasutsläppssynpunkt. Mätningar vid verket visade att löst metan inte förbrukades under denitrifikationen, men väl i luftningsbassängen.
Den totala metanemissionen från verket uttryckt i CO2-ekvivalenter var 2728 ton CO2/år.
72 % därav kunde relateras till rötningen och dess omgivande steg. I en jämförelse med utsläpp från normal holländsk kraftvärmeproduktion, 0,395 kg CO2/kWh, visade avloppsverket ungefär samma nivå. Det finns alltså motiv för att finputsa systemet, särskilt med tanke på ett produktionsbortfall pga förlorad metan om ca 7 %.
Slutsatser
Artikeln visar på att minskning av metanutsläpp kan ske vid en genomtänkt hantering av ventilationsluften. Enheterna kring rötkammaren, särskilt bufferttank före centrifug och följande slamlager är källor till metanemission. Utsaltningsanalys var en bra metod för detektering av löst metan. Då många svenska verk har och dessutom bygger ut rötkammarfunktionen kan artikelns resonemang kring de olika processerna och kring mäterfarenheter ge värdefulla tips.
Källa: Daehlman, Matthijs ; van Voorthuisen, Ellen; van Dongen, Udo; Volcke, Eveline;van Loosdrecht, Mark: Methane emission during municipal wastewater treatment. Water Research 46 (2012) 3657-3670.
Artikeln kan köpas från utgivaren här.
Författarna: EAWAG: universitetet i Delft/Bioteknik och universitetet i Ghent/Biosystem
Korrespondens: m.r.j.daelman@tudelft.nl
