Teknologi för intern recirkulation av rötslam för ökad gasproduktion och avvattningsbarhet vid anaeroba rötningsprocesser Genom recirkulation av rötslam, som förtjockas med tillsats av polymer före inblandning i inkommande råslam, kunde avvattningsegenskaperna förbättras signifikant, den organiska belastningen på rötkammaren fördubblas och gasproduktionen mer än fördubblas.
Av: Bengt Andersson
Utvecklingen av anaeroba rötningsprocesser för bättre prestanda pågår dels genom olika tekniker för förbehandling av slammet (mekaniska, kemiska eller termiska metoder) dels genom alternativ drift av rötningsprocessen (t.ex. termofil rötning). En annan metod för alternativ drift av rötningsprocessen är recirkulation av förtjockat rötslam tillbaka till rötkammaren. Metoden går under flera namn och i refererad artikel användes återvinnande förtjockning (recuperative thickening, RT).
I RT-processen tas en delström ut från rötkammaren. Delströmmen genomgår flockning, där polymer doseras, och förtjockning innan den blandas med inkommande slamström. Detta driftsätt resulterar i att slamuppehållstiden blir längre än den hydrauliska uppehållstiden och att slambelastningen är avgörande för processen i stället för uppehållstiden, vilket kan medföra en högre prestanda.
Hittills publicerade studier av RT-processen har uteslutande skett i pilot- eller fullskala, där studier av mekanismer och processoptimering saknats. Syftet med refererad studie var att mera ingående belysa effekten av polymerdosering vid flockningen på prestanda och avvattningsbarhet.
Genomförande
Försöken genomfördes i laboratorieskala i två identiska rötkammare, som drevs parallellt och där den ena utgjorde en referens och den andra drevs som en RT-process. Inför starten av försöken belastades båda rötkamrarna under 12 veckor med 75 ml slam varje vardag, vilket motsvarande cirka 1,75 g VS/l*d vid en hydraulisk uppehållstid (HRT) och slamuppehållstid (SRT) av 20 dygn. Utnyttjat slam togs ut från Dundas Valley WWTP i Ontario, Canada, och slammet bestod av 60 % primärslam och 40 % förtjockat överskottsslam.
Referenslinjen fortsatte att belastas på samma sätt som vid uppstarten under hela försöket. Den andra rötkammaren (RT-processen) belastades med 150 ml slam varje vardag, vilket motsvarande cirka 3,5 g VS/l*d vid en HRT av 10 dygn. SRT för rötkammaren varierade mellan 28 och 30 d under försöket. 50 ml rötat slam togs ut varje vardag från systemet, 225 ml recirkulerades, flockades och förtjockades och 125 ml blandades med inkommande slam. Under helgerna tillsattes inget slam.
Mätningar gjordes från båda systemen avseende TS, VS, TSS, VSS, COD, pH och kväve. Dessutom genomfördes avvattningstest genom CST på både flockade och icke-flockade prov varje vardag. Gasproduktionen och gaskvaliteten mättes kontinuerligt.
Resultat
En speciell metodik utnyttjades för att testa effekten av olika polymerdoseringar vid förtjockningen eftersom det skulle ta omkring 80 dygn för att erhålla en stabil polymerhalt i rötkammaren vid en ändring. Metodiken gick ut på att genom att dosera 10 g polymer per kg TS under 2 veckor erhölls en polymerhalt som motsvarande en stabil halt vid en dosering av 2 g/kg TS. Försök gjordes därefter under två veckor med en konstant dos av 2 g/kg TS. Därefter ökades doseringen igen under en tvåveckorsperiod till en halt som motsvarade en dosering av 4 g/kg TS och därefter gjorde försök under två veckor med en dosering av 4 g/kg TS.
Recirkulation av polymer tillbaka till rötkammaren i RT-processen resulterade i en signifikant förbättring av avvattningsbarheten jämfört med referensen. Vid den högsta doseringen under försöket (4 g polymer/kg TS) var CST-värdet i slammet i RT-processen mer än 6 gånger lägre än i referensen. CST-värdet var genomgående mindre än 20 sekunder, vilket är den generellt accepterade gränsen för goda avvattningsegenskaper. CST-värdet i referenslinjen uppgick till drygt 150 sekunder. Halten TSS i filtratet från RT-processen var lägre än 600 mg/l. En positiv effekt erhölls även vid en dosering av 2 g/kg TS men inte av samma storleksordning.
Försöken indikerade dessutom att det finns en möjlighet att minska den totala polymerförbrukningen genom ett genomtänkt val av polymerdos använd såväl för förtjockning som för slutavvattning.
Det fanns ingen signifikant skillnad i den specifika biogasproduktionen (l gas/g VS) från de båda linjerna. Förhållandet mellan specifik biogasmängd från rötkamrarna i RT-systemet och i referensen varierade mellan 0,81 och 1,37 med ett medelvärde av 1,10. RT-systemet uppvisade en förbättrad nedbrytning av VS vid en i det närmaste fördubblad organisk belastning, vilket resulterade i en fördubblad biogasproduktion i RT-systemet. Vare sig exponeringen för syre vid förtjockningen av det recirkulerade rötslammet eller mängden recirkulerad polymer hade någon toxisk effekt på rötningsprocessen. Sammansättningen av biogasen var i det närmaste lika i linjerna med en metanhalt varierande mellan 65 och 70 %.
Slutsatser
Följande slutsatser kunde dras av de genomförda försöken med en RT-process.
- Recirkulation av rötslam som förtjockats med tillsats av polymer resulterade i en signifikant förbättring av avvattningsegenskaperna för slammet mätt som CST.
- Med en avvägd polymerdosering kan det vara möjligt att minska den totala polymerförbrukningen för förtjockning och slutavvattning.
- Den specifika gasproduktionen var av samma storleksordning och genom den möjliga fördubblingen av den organiska belastningen kunde gasproduktionen mer än fördubblas jämfört med referensen.
- Den utvecklade tekniken i laboratorieskala gav möjligheter att studera och belysa kritiska processparametrar för processen.
Källa: J. Cobbledick, N. Aubry, V. Zhang, S. Rollings-Scattergood, D.R. Latulippe. Lab-scale demonstration of recuperative thickening technology for enhanced biogas production and dewaterability in anaerobic digestion processes. Water Research 95 (2016) pp 39 – 47.
Hela artikeln från Water Research finns att köpa här.
