Mikroluftad rötning, där en liten dosering av luft eller syrgas tillförs vid rötningen, har visat god avskiljning av svavelväte från biogasen. Inga studier har dock tidigare visat om mikroluftningen har någon effekt på övriga produkter från rötningen.
Av: Bengt Andersson
Biogas, rötslam och slamvatten är resultatet av anaerob rötning och varje produkt påverkas tydligt av de specifika förhållandena som råder i rötningsprocessen. På senare år har många insatser gjorts för att öka biogasproduktionen genom samrötning av slam och andra organiska avfallsprodukter, för att förbättra kvaliteten på rötslam och biogas samt för att minimera slammängden (öka nedbrytningen) genom förbehandling och driftoptimering. Det råder ett samspel mellan de olika produkterna och då förhållandena i rötningsprocessen ändras genom olika insatser är det viktigt att beakta effekten på alla produkterna.
Biogas bildad vid rötningen kan utnyttjas på olika sätt och det finns situationer då kvaliteten på biogasen kan vara avgörande för användningen. Ur kvalitetssynpunkt är det framför allt svavelväte (H2S) och siloxaner som kan skapa driftproblem av olika slag. Mikroluftning vid rötning har visat sig vara en effektiv metod för att avskilja svavelväte från biogasen. Mikroluftning innebär rötning med begränsad syreförbrukning, där en liten dosering av luft eller syrgas tillförs vid rötningen. Det har visats att strikt anaeroba bakterier kan överleva utan hämning i en blandkultur eftersom fakultativt anaeroba bakterier kan förbruka syret snabbt och fullständigt.
Mindre uppmärksamhet har emellertid ägnats åt att belysa mikroluftningens effekt på övriga produkter som rötslam och slamvatten. Syftet med refererad undersökning var att belysa mikroluftningens effekt på alla produkterna av rötningsprocessen.
Genomförande av undersökningen
Försöken genomfördes i två parallella rötkammare med vardera en volym av 10 l. Rötkamrarna ympades med slam från ett närbeläget avloppsreningsverk och kamrarna beskickades med förtjockat slam från reningsverket. Slamsammansättningen var 69,2 g/l TSS och 49,4 g/l VSS med ett pH-värde av 7,1. Natriumsulfat tillsattes för att öka svavelinnehållet i slammet.
Efter uppstart under anaeroba förhållanden ändrades den första reaktorn till drift med mikroluftning, där luft tillsattes vid botten av kammaren med ett flöde som ökades från 0,3 till 1,6 l/d. Den andra kammaren behölls anaerob och utgjorde referenskammare. Den hydrauliska uppehållstiden var 30 dygn, temperaturen i rötkamrarna 40 oC och omrörningen av rötkamrarna mekanisk. Försöken pågick under 300 dygn med en COD-belastning av 2 g/l*d och en sulfattillförsel av 0,15 g SO42-/l*d.
Biogasinnehåll och VFA analyserades i en gaskromatograf, elementaranalyser gjorde enligt röntgenfluoresenceteknik och övriga parametrar bestämdes enligt standard. Skumningspotential och skumstabilitet analyserades enligt ett framtaget s.k. bubbeltest och slammets avvattningsegenskaper bestämdes genom mätning av CST (capillary suction time). Mikroskopering av slammet gjordes för bestämning av morfologi, struktur och närvaro av protozoer, metazoer och zoogleala kolonier.
Resultat
Resultaten från försöken har exemplifierats med genomsnittliga värden inom parentes, där det första talet avser förhållanden i kammaren med mikroluftning (R1) och det andra från referenskammaren (R2).
En jämförelse resultatet av rötningen visade att trots lufttillförseln till R1 var metangasproduktionen i stort den samma (2,33/2,41 l/d, eller 188/195 l/kg VSStillf) och nedbrytningen av VSS av samma storleksordning (63,6/65,2 %) i de båda kamrarna. Biogasproduktionen var högre i R1(4,62/3,67 l/d) beroende på en hög kvävgasmängd på grund av lufttillförseln. Den stora skillnaden var svavelväteinnehållet i biogasen, där över 99 % avskildes i kammaren med mikroluftning.
Biogasens sammansättning skilde sig väsentligt i de båda kamrarna. Andelen inert kvävgas var betydligt högre i R1 (25/4,8 %) och detta medförde att övriga komponenter blev utspädda. Metaninnehållet var betydligt lägre i R1 (50/63 %) även om metangasproduktionen var densamma. Om den lägre metanhalten inte är acceptabel för användningen av biogasen kan lufttillförseln ersättas av tillförsel av syrgas. Koldioxidhalten var lägre i R1 (24,8/29 %) medan svavelvätehalten skilde markant mellan kamrarna (21,7/17600 mg/m3).
Slamvattnets sammansättning skilde för flera parametrar. Den största skillnaden var innehållet av löst COD, som var cirka 3 g/l lägre i R1 (5,8/8,7 g/l) under hela försöket. Anledningen till detta kunde vara en bättre nedbrytning av vissa föreningar vid anaeroba och aeroba förhållanden. Innehållet av VFA var omkring 3,5 gånger högre i slamvattnet från den anaeroba kammaren (16,6/58,8 mg/l) men skillnaden innebär endast några tiondels mg/l som COD. Halten ammoniumkväve var hög i slamvattnet från båda kamrarna (2,88/3,00 g/l) på grund av att ett kraftigt förtjockat aktivtslam användes som substrat. I slamvattnet från R1 fanns som förväntat en lägre halt löst sulfid (162/506 mg/l) på grund av den effektiva avsvavlingen av biogasen i R1.
Inga signifikanta skillnader i slammets sammansättning kunde noteras. Sulfidinnehållet i slammet från R1 var något lägre än från R2 beroende på oxidationen till elementärt svavel (824/0EDBE4F1-5DF0-4BF6-B63D-92BC133A4034 mg/l) och av samma skäl var innehållet av elementärt svavel något högre i slammet från R1 (10,4/8,85 %).
Såväl skumningspotentialen som skumstabiliteten var större vid anaerob rötning än vid mikroluftad rötning. Mikroskopering av slammen från de båda kamrarna visade att nedbrytningen av filament var lägre i R2 och filamenten var längre, mera frekvent förekommande och mera kompakta än i R1. Avvattningsegenskaperna var något bättre för slammet från mikroluftad rötning och den positiva effekten ökade vi en större lufttillförsel.
Slutsatser
Följande slutsatser kunde dras av undersökningen:
- Slamkvaliteten i de båda rötkamrarna var likvärdig med endast små skillnader i sammansättningen.
- Svavelväteinnehållet i biogasen reducerades effektivt vid mikroluftad rötning med mer än 99 %.
- Ett något högre innehåll av elementärt svavel och lägre innehåll av sulfid indikerade en ackumulering av elementärt svavel.
- Skillnader i sammansättningen av slamvattnet visade lägre halter av sulfid (68 % lägre) och löst COD (33 % lägre) vid mikroluftad rötning.
- Slammet från mikroluftad rötning visade en lägre skumningspotential och skumstabilitet och bättre avvattningsegenskaper än slam från anaerob rötning.
Källa: P. Jenicek, A. Celis, L. Krayzelova, N. Anferova, D. Pokorna. Improving products of anaerobic sludge gigestion by microaeration. Water Science & Technology 69.4 (2014) pp 803 – 809.
Hela artikeln från Water Science & Technology finns att köpa här.
