Biokaasuprosessin toiminnan arvioiminen, case Lakeuden Etappi Oy
Haavisto, Tia (2017)
2017
Ympäristö- ja energiatekniikka
Teknis-luonnontieteellinen tiedekunta - Faculty of Natural Sciences
This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Hyväksymispäivämäärä
2017-04-05
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tty-201703221213
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tty-201703221213
Tiivistelmä
Biokaasulaitoksissa tuotetaan orgaanista ainetta sisältävästä materiasta metaania, jonka tuottoon vaikuttavat useat parametrit. Tämän diplomityön tarkoitus on selvittää Lakeuden Etappi Oy:n biokaasulaitoksen kahden mesofiilisen täyssekoitteisen biokaasureaktorin metaanintuottoon vaikuttavia parametreja ja vertailla kahden eri syötteen vaikutusta metaanin tuottoon. Syötteinä käytettiin sekoitesyötettä, joka sisälsi laimennosveden lisäksi biojätettä 7 %, teollisuuslietettä 4 % ja jätevedenpuhdistamolietettä 41 %, sekä kuivattua jätevedenpuhdistamolietettä.
Biokaasureaktorin anaerobisen hajoamisen inhibitiota tutkittiin mädätteiden metaanintuottopotentiaalikokeilla, joissa mädätteen ja sen laimennoksen metaanintuottoa analysoitiin. Anaerobisen hajoamisen rajoittavaa vaihetta tutkittiin myös mädätteiden metaanintuottopotentiaalikokeilla erottamalla neste- ja kiinteäfraktiot mädätteest. Samalla tutkittiin, kummassa jakeessa metaanintuottopotentiaalia on enemmän jäljellä. Syötteiden metaanintuottopotentiaalikokeissa tutkittiin nykyisen Etapin biokaasulaitoksen seossyötteen sekä vaihtoehtoisen syötteen (pelkän jätevesilietteen) biohajoavuutta ja hydraulisen viipymän vaikutusta metaanin tuottoon, sekä verrattiin näitä keskenään.
Tulosten perusteella voidaan todeta, että Lakeuden Etapin biokaasureaktorien rajoittava vaihe ei ole hydrolyysi, koska mädätejakeista nestejae tuotti vähemmän metaania kuin kiinteä jae. Lisäksi viipymän pidentäminen lisäisi metaanintuottoa 25 %. Reaktorien metaanintuottoon vaikuttavien parametrien arvot, tässä orgaanisen aineen, kiintoaineen ja haihtuvien rasvahappojen määrä sekä kemiallinen hapenkulutus, indikoivat hyvää metaanintuottoa. Lakeuden Etapin reaktorien mädätteiden ominaisuuksissa ei ole keskenään merkittävää eroa. Nykyinen seossyöte on parempi syötevaihtoehto Lakeuden Etapin biokaasuprosessiin kuin jätevesiliete, koska nykyisen seossyötteen CODliuk, joka kertoo orgaanisen aineen määrästä, ja C:N:S:P, joka kertoo mikro-organismien ravinteiden suhteesta, ovat korkeampia ja nykyisen seossyötteen metaanintuotto (191 m3/t-VS vs. 166 m3/t-VS), ja TS-, VS- ja COD-vähenemät ovat parempia kuin pelkän jätevesilietteen vastaavat. Nykyisen seossyötteen anaerobisessa hajoamisessa vähenemät olivat 57 %-TS, 63 %-VS ja 9 %-COD, kun taas jätevesilietteen anaerobisessa hajoamisessa vähenemät olivat 55 %-TS, 62 %-VS ja -10 %-COD. Biokaasuprosessissa on inhibitiota, jonka vaikutus vähenee laimennettaessa, koska laimentamattomat mädätteet tuottivat vähemmän metaania kuin laimennetut (53 L-CH4/kg-VS vs. 63 L-CH4/kg-VS). Inhiboivan ammoniumtypen pitoisuudet olivat osissa näytteistä koholla. Ammoniumtyppitutkimuksia tarvitaan lisää, jotta voidaan sanoa, onko se prosessia inhiboiva. Muista inhibiittoreista H2S tai haihtuvat rasvahapot eivät tässä inhiboi, koska niiden pitoisuudet eivät ylitä inhiboivan pitoisuuden rajaa. Jätevesilietteen sulfaattipitoisuus oli korkea (103 mg/L), mutta alle inhiboivan pitoisuuden. Myös jätevesilietteen korkea nitraatti/nitriittipitoisuus pitää ottaa huomioon, jos sitä käytetään pelkästään syötteenä biokaasureaktoriin.
Biokaasureaktorin anaerobisen hajoamisen inhibitiota tutkittiin mädätteiden metaanintuottopotentiaalikokeilla, joissa mädätteen ja sen laimennoksen metaanintuottoa analysoitiin. Anaerobisen hajoamisen rajoittavaa vaihetta tutkittiin myös mädätteiden metaanintuottopotentiaalikokeilla erottamalla neste- ja kiinteäfraktiot mädätteest. Samalla tutkittiin, kummassa jakeessa metaanintuottopotentiaalia on enemmän jäljellä. Syötteiden metaanintuottopotentiaalikokeissa tutkittiin nykyisen Etapin biokaasulaitoksen seossyötteen sekä vaihtoehtoisen syötteen (pelkän jätevesilietteen) biohajoavuutta ja hydraulisen viipymän vaikutusta metaanin tuottoon, sekä verrattiin näitä keskenään.
Tulosten perusteella voidaan todeta, että Lakeuden Etapin biokaasureaktorien rajoittava vaihe ei ole hydrolyysi, koska mädätejakeista nestejae tuotti vähemmän metaania kuin kiinteä jae. Lisäksi viipymän pidentäminen lisäisi metaanintuottoa 25 %. Reaktorien metaanintuottoon vaikuttavien parametrien arvot, tässä orgaanisen aineen, kiintoaineen ja haihtuvien rasvahappojen määrä sekä kemiallinen hapenkulutus, indikoivat hyvää metaanintuottoa. Lakeuden Etapin reaktorien mädätteiden ominaisuuksissa ei ole keskenään merkittävää eroa. Nykyinen seossyöte on parempi syötevaihtoehto Lakeuden Etapin biokaasuprosessiin kuin jätevesiliete, koska nykyisen seossyötteen CODliuk, joka kertoo orgaanisen aineen määrästä, ja C:N:S:P, joka kertoo mikro-organismien ravinteiden suhteesta, ovat korkeampia ja nykyisen seossyötteen metaanintuotto (191 m3/t-VS vs. 166 m3/t-VS), ja TS-, VS- ja COD-vähenemät ovat parempia kuin pelkän jätevesilietteen vastaavat. Nykyisen seossyötteen anaerobisessa hajoamisessa vähenemät olivat 57 %-TS, 63 %-VS ja 9 %-COD, kun taas jätevesilietteen anaerobisessa hajoamisessa vähenemät olivat 55 %-TS, 62 %-VS ja -10 %-COD. Biokaasuprosessissa on inhibitiota, jonka vaikutus vähenee laimennettaessa, koska laimentamattomat mädätteet tuottivat vähemmän metaania kuin laimennetut (53 L-CH4/kg-VS vs. 63 L-CH4/kg-VS). Inhiboivan ammoniumtypen pitoisuudet olivat osissa näytteistä koholla. Ammoniumtyppitutkimuksia tarvitaan lisää, jotta voidaan sanoa, onko se prosessia inhiboiva. Muista inhibiittoreista H2S tai haihtuvat rasvahapot eivät tässä inhiboi, koska niiden pitoisuudet eivät ylitä inhiboivan pitoisuuden rajaa. Jätevesilietteen sulfaattipitoisuus oli korkea (103 mg/L), mutta alle inhiboivan pitoisuuden. Myös jätevesilietteen korkea nitraatti/nitriittipitoisuus pitää ottaa huomioon, jos sitä käytetään pelkästään syötteenä biokaasureaktoriin.