Mustan veden ja keittiöjätteen hyödyntäminen biokaasuprosessissa

Abstract

Suuri osa suomalaisten jätevesistä puhdistetaan keskitetyissä jätevedenpuhdistamoissa. Jä tevedenpuhdistamolle päätyvän jäteveden mukana poistuu ravinteita ja orgaanista ainetta. Jätevesi myös laimentuu muiden vesien, esimerkiksi sade- ja pesuvesien, johdosta. Perinteisestä keskitetystä jätevesien käsittelystä muodostuu kustannuksia, muun muassa energia- ja kemikaalikustannuksia, ja ravinteiden talteenotto on vähäistä. Keittiöjätteet kerätään pääosin hyödynnettäväksi keskitettyyn käsittelyyn. Jätteen kuljetuksesta ja käsittelystä muodostuu kustannuksia. Koska käytettävissä olevat fosforivarannot vähenevät ja typpilannoitteita valmistetaan energiaintensiivisin menetelmin, olisi tarkasteltava mahdollisuuksia ravinteiden talteenottoon ja -kiertoon. Perinteisen keskitetyn järjestelmän rinnalla voitaisiin tarkastella vaihtoehtoisesti paikallista käsittelyä. Materiaalien paikallista käsittelyä voidaan toteuttaa biokaasutekniikalla, jonka avulla voidaan lisätä ravinteiden talteenottoa ja energiantuotantoa käyttäen hyväksi paikallisesti saatavilla olevia syötemateriaaleja, kuten esimerkiksi keittiöjätettä ja alipainekäymälöistä saatavaa mustaa vettä. Tässä työssä oli tarkoituksena käyttää hyväksi paikallisesti saatavilla olevia materiaaleja biokaasureaktorin syötteenä, ja tutkia niiden soveltuvuutta biokaasun tuotantoon sen sijaan että materiaalit johdettaisiin tai kuljetettaisiin keskitetyn järjestelmän piiriin hyödynnettäviksi ja käsiteltäviksi. Tässä tutkimuksessa käytettiin biokaasuprosessin syötteinä mustaa vettä ja keittiöjätettä. Musta vesi otettiin talteen paikallisesta alipainekäymäläjärjestelmästä, ja keittiöjäte kerättiin sekä paikalliselta lounasravintolalta että yliopistolla sijaitsevalta opiskelijaravintolalta. Tutkimuksessa suoritettiin biokaasureaktorin syötteille laboratoriomittakaavainen panoskoe (BMP-koe) syötteiden biologisen metaanin tuottopotentiaalin määrittämiseksi, minkä jälkeen operoitiin pilottimittakaavainen biokaasureaktoriajo. Mustan veden ja keittiöjätteen mädätys suoritettiin 2 m3 nestetilavuuden omaavassa jatkuvatoimisessa täyssekoitteisessa biokaasureaktorissa (CSTR), joka on märkämädätykseen soveltuva biokaasureaktorityyppi. Biokaasuprosessin avulla voidaan sekä tuottaa energiaa että ottaa talteen ravinteita prosessista muodostuvasta mädätteestä. Tulosten perusteella mustalla vedellä ja keittiöjätteellä on potentiaalia biokaasuprosessin syötteeksi sekä prosessin hyvän toimivuuden että energiantuotannon näkökulmasta. Keittiöjätteellä saavutettiin panoskokeessa korkeimmat metaanintuottopotentiaalit niiden vaihdellessa välillä 578- 583 l CH4/kg VS. Mustan veden ja keittiöjätteen seoksella saavutettiin 492 l CH4/kg VS ja pelkällä mustalla vedellä 304 l CH4/kg VS metaanintuottopotentiaalit. Reaktorikokeessa keittiöjätteen ja mustan veden syöteseoksella saavutettiin 460-820 l CH4/kg VS metaanintuotto. Syötteen, varsinkin mustan veden, korkea typpipitoisuus olisi voinut haitata anaerobisen prosessin toimintaa, ja jopa johtaa ammoniakki-inhibitioon, mutta tässä tutkimuksessa ammoniakki-inhibitiota ei kuitenkaan ilmennyt. Reaktoriajon perusteella biokaasuprosessi vaikuttaa toimivan häiriöttömästi ja samalla tehokkaasti biokaasua tuottaen käytettäessä mustan veden ja keittiöjätteen syöteseosta CSTR-tyyppisessä biokaasureakorissa mesofiilisessa lämpötilassa 25 päivän hydraulisella viipymällä. Keittiöjätettä ja mustaa vettä muodostuu tasaisesti vuodenajasta riippumatta ja niitä voidaan käyttää myös biokaasureaktorin syötteenä ympärivuotisesti paikallisessa hajautetussa järjestelmässä. Ammoniakki-inhibition vaaraa voidaan vähentää erottelemalla mustasta vedestä typpirikas keltainen vesi erottelevan käymäläjärjestelmän avulla, ja käsittelemällä keltainen vesi erikseen. Puutarhajätteen lisäys kolmanneksi syötemateriaaliksi lisäisi syötteen C/N-suhdetta ja samalla nostaisi kuiva-ainepitoisuutta, mutta Suomessa puutarhajätteen ympärivuotinen saatavuus on haastavaa.