Biokaasuprosessi selluteollisuuden nollakuitusedimentin käsittelyssä
Lindqvist, Pepe (2019)
2019
Ympäristö- ja energiatekniikka
Tekniikan ja luonnontieteiden tiedekunta - Faculty of Engineering and Natural Sciences
This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Hyväksymispäivämäärä
2019-05-24
Julkaisun pysyvä osoite on
http://urn.fi/URN:NBN:fi:tty-201905211682
http://urn.fi/URN:NBN:fi:tty-201905211682
Tiivistelmä
Sellun valmistus vaatii paljon vettä. Prosessissa myös muodostuu suuria määriä jätevettä, joka sisältää orgaanista ainetta sekä prosessissa käytettyjä ja siinä muodostuvia kemikaaleja. Suomessa sellua on valmistettu 1800-luvun lopulta lähtien. Jätevesien käsittely alkoi kehittyä selluteollisuudessa vasta 1960-luvulla. Tämän johdosta Suomessa kymmeniä vesialueita, joita on kuormitettu lähes sata vuotta puhdistamattomilla sellutehtaiden jätevesillä. Riippuen vastaanottavan vesistön ominaisuuksista, jäteveden kiintoaine eli nollakuitu on saattanut sedimentoitua vesistön pohjaan. Kaupunki rakenteen muuttuessa sedimentin poistaminen ja käsitteleminen voi tulla ajankohtaiseksi. Näin on esimerkiksi Tampereella, jossa, nyt jo suljetun, sellutehtaan toiminnan johdosta Lielahden pohjassa on noin 1,5 milj. m3 sedimentoitunutta nollakuitua. Kuitumassa haittaa rantarakentamista ja vesistön virkistyskäyttöä alueelle suunnitellulla Hiedanrannan asuinalueella.
Nollakuitu sedimentti on orgaanista jätettä, joka pitää käsitellä ja mahdollisesti hyödyntää jotenkin. Tässä työssä tutkittiin sedimentoituneen nollakuidun käsittelyä tuottamalla siitä metaania sisältävää biokaasua biologisessa hapettomassa hajotuksessa. Tutkimus tehtiin pilot-mittakaavan jatkuvatoimisella täyssekoitteisella märkämädätys reaktorilla. Reaktorikoeajo sedimentoituneella nollakuidulla kesti 42 d. Syötteen viipymä (HRT) oli 59 d ja reaktorin orgaaninen kuormitus (OLR) 0,5 VS/m3d. Jakson metaanintuotto oli keskimäärin 250 l CH4/kgVS. Syötteen pumppaaminen oli haastavaa. Sitä parannettiin lisäämällä syötteeseen reaktorin tuottamaa mädätettä sekä poistamalla puun palasia ja muita partikkeleita. Entsymaattis-kemiallisesti esikäsitellyn sedimentoituneen nollakuidun reaktorikoeajon kesto oli 34 d, HTR 39 d, OLR 2,2 VS/m3d ja keskimääräinen metaanintuotto 280 l CH4/kgVS. Esikäsittely rikkoi sedimentin vettä pidättävää rakennetta helpottaen syötteen pumpattavuutta ja poistoa. Sedimentoituneelle nollakudulle ja esikäsitellylle sedimentoituneelle nollakuidulle tehtiin myös biometaanipotentiaali-koe laboratoriossa. Sedimentoituneen nollakuidun kumulatiivinen metaanintuotto oli 260±30 l CH4/kgVS sekä esikäsitellylle syötteelle 300±30 l CH4/kgVS.
Tutkimuksessa tehdyn mitoituksen mukaan, koko Lielahden sedimentoituneen nollakuidun käsitteleminen 5–10 vuodessa vaatii suuren noin 7000–12000 m3 reaktorikapasiteetin sekä korkean kuormituksen noin 6–9 kgVS/m3/d kuormituksen. Jos prosessissa muodostuva mädäte johdetaan jäteveden puhdistamolle (avl 300000), sen aiheuttama kuiva-aine kuormitus tulee huomioida. COD-, typpi- ja fosforikuormat ovat alle 1 % jätevedenpuhdistamon vuosikuormasta.
Nollakuitu sedimentti on orgaanista jätettä, joka pitää käsitellä ja mahdollisesti hyödyntää jotenkin. Tässä työssä tutkittiin sedimentoituneen nollakuidun käsittelyä tuottamalla siitä metaania sisältävää biokaasua biologisessa hapettomassa hajotuksessa. Tutkimus tehtiin pilot-mittakaavan jatkuvatoimisella täyssekoitteisella märkämädätys reaktorilla. Reaktorikoeajo sedimentoituneella nollakuidulla kesti 42 d. Syötteen viipymä (HRT) oli 59 d ja reaktorin orgaaninen kuormitus (OLR) 0,5 VS/m3d. Jakson metaanintuotto oli keskimäärin 250 l CH4/kgVS. Syötteen pumppaaminen oli haastavaa. Sitä parannettiin lisäämällä syötteeseen reaktorin tuottamaa mädätettä sekä poistamalla puun palasia ja muita partikkeleita. Entsymaattis-kemiallisesti esikäsitellyn sedimentoituneen nollakuidun reaktorikoeajon kesto oli 34 d, HTR 39 d, OLR 2,2 VS/m3d ja keskimääräinen metaanintuotto 280 l CH4/kgVS. Esikäsittely rikkoi sedimentin vettä pidättävää rakennetta helpottaen syötteen pumpattavuutta ja poistoa. Sedimentoituneelle nollakudulle ja esikäsitellylle sedimentoituneelle nollakuidulle tehtiin myös biometaanipotentiaali-koe laboratoriossa. Sedimentoituneen nollakuidun kumulatiivinen metaanintuotto oli 260±30 l CH4/kgVS sekä esikäsitellylle syötteelle 300±30 l CH4/kgVS.
Tutkimuksessa tehdyn mitoituksen mukaan, koko Lielahden sedimentoituneen nollakuidun käsitteleminen 5–10 vuodessa vaatii suuren noin 7000–12000 m3 reaktorikapasiteetin sekä korkean kuormituksen noin 6–9 kgVS/m3/d kuormituksen. Jos prosessissa muodostuva mädäte johdetaan jäteveden puhdistamolle (avl 300000), sen aiheuttama kuiva-aine kuormitus tulee huomioida. COD-, typpi- ja fosforikuormat ovat alle 1 % jätevedenpuhdistamon vuosikuormasta.