Metsäteollisuuden lietteiden metaanintuotto ja sen tehostaminen

Abstract

Työssä tutkittiin paperiteollisuuden jätevedenpuhdistamon lietteiden metaanintuottoa anaerobisessa hajoamisessa. Sellu- ja paperiteollisuuden jätevedenpuhdistamon lietteitä päätyy Suomessa kaatopaikoille vuosittain tuhansia tonneja. Kaatopaikkalainsäädännön tiukentuminen ja mahdollisuus jätteissä olevan potentiaalin hyödyntämiseen ovat lisänneet kiinnostusta lietteiden käyttöön energiantuotannossa. Biokaasuntuottoa pidetään kannattavana vaihtoehtona energian tuottamiseen metsäteollisuuden lietteistä niiden alhaisen kuiva-ainepitoisuuden vuoksi.

Paperiteollisuuden biolietettä sekä bio- ja primäärilietteen seosta tutkittiin puolijatkuvatoimisissa reaktoreissa 260 päivää kestäneissä reaktorikoeajoissa mesofiilisissä olosuhteissa. Bio- ja primäärilietteiden metaanipotentiaalit myös määritettiin panoskokeissa. Lisäksi tutkittiin ultraäänikäsittelyn sekä hydrotermisen esikäsittelyn vaikutusta biolietteen metaanisaantoon.

Panoskokeissa biolietteen metaanipotentiaali oli 96 l CH4/kg VS ja primäärilietteen 127 l CH4/kg VS. Reaktorikokeissa biolietteen metaanisaanto viipymäajalla (HRT) 20 d ja kuormituksella (OLR) 0,5–1,6 kg VS/l d oli 73 l CH4/kg VS ja bio- ja primäärilietteen seoksen (HRT 20 d, OLR 1,2–1,7 kg VS/l d) hieman korkeampi, 87 l CH4/kg VS. Käytetyillä kuormituksilla ja viipymäajalla prosessi toimi tasapainoisesti. Esikäsittelymenetelmistä hydroterminen esikäsittely oli tehokkaampi nostaen metaanisaantoa jopa 73 %. Ultraäänikäsittely nosti metaanisaantoa 46 %.

Bio- ja primäärilietteiden määritetyt metaanisaannot ovat alhaisia, johtuen raaka-aineen lignoselluloosapitoisuudesta ja lignoselluloosan huonosta hajoamisesta prosessissa. Esikäsittelymenetelmillä voidaan kuitenkin nostaa lietteiden metaanisaantoja.

In this work the methane production of paper mill wastewater sludges was studied in anaerobic digestion. Thousands of tons of waste sludges from pulp and paper mills are landfilled every year in Finland. Due to legislation and possibility to take advantage of the potential of the waste sludges, interest towards energy production from waste sludges has arisen. Production of biogas is one of the promising ways to produce energy from waste sludges because of their low dry matter content.

Biosludge and co-digestion of bio and primary sludges from paper mill were studied in semicontinuous reactors for 260 days in mesophilic conditions. Methane potential of bio and primary sludges were also measured in batch experiments. In addition the effect of ultrasound and hydrothermal pretreatment on methane yields were studied for biosludge.

In batch experiments the methane potential of 96 l CH4/kg VS was obtained for biosludge and 127 l CH4/kg VS for primary sludge. In reactor experiments the methane yield of biosludge with hydraulic retention time (HRT) of 20 days ja organic loading rate (OLR) of 0,5–1,6 kg VS/l d was 73 l CH4/kg VS. For co-digestion (HRT 20 d, OLR 1,2–1,7 kg VS/l d) of primary and bio sludge methaneyield of 87 l CH4/kg VS was obtained. Anaerobic digestion was shown to be feasible for the studied sludges with used loading rates and retention times. Hydrothermal pretreatment was more effective of the pretreatment methods resulting in 73 % increase in methane yield. Ultrasound pretreatment increased the methane yield with 46 %.

Due to low biodegradability of lignocellulose in anaerobic digestion the obtained methane yields were relatively low for bio and primary sludge. The methane yields for sludges with high lignocellulose content can be increased by different pretreatment methods.