Anaerob behandling av avløpsslam ved Søndre Follo Renseanlegg : forsøk med biofilm plug-flow reaktor pilotanlegg til Antec Biogas AS

Abstract

Det er en globalt økende interesse for biogass, da det stadig settes strengere krav om klimavennlige og klimanøytrale energikilder. Anaerobisk nedbrytning er en lovende teknologi for avfallshåndtering, generering av energi og produksjon av verdifull biogjødsel. Biogass er blanding av energirik metangass og karbondioksid, og er en allsidig energibærer. Det kan produseres biogass av en rekke ulike biologiske materialer, samtidig som biogassen har flere bruksområder. Biogass kan benyttes til produksjon av varme, elektrisitet, kjemikalier og ved foredling kan det benyttes som drivstoff i transportmidler. Anaerobisk nedbrytning er spesielt interessant ved behandling av avløpsslam ved kommunale renseanlegg for å stabilisere og redusere mengden avfallsslam som må håndteres videre.

Søndre Follo Renseanlegg (SFR) benytter i dag konvensjonell CSTR-reaktorteknologi under mesofil nedbdrytningstemperatur på 40 °C. For å hindre at patogene organismer overlever den anaerobiske nedbrytningen, må avløpsslammet først varmebehandles i et eget behandlingssystem. Som et ledd i utarbeidelsen i å utvide og øke rensekapasiteten ved anlegget, vil SFR se på mulighetene for å benytte en termofil nedbrytningsprosess ved bruk av en patentert reaktorteknologi av Antec Biogas AS, ved 55 °C. En utskifting til termofil behandling av avløpsslam vil eliminere behovet for et ekstra hygieniseringstrinn av avløpsslam. For å øke mengdene slam som behandles under biogassprosessen, ønsker SFR å benytte seg av teknologi som kan redusere slammets oppholdstid i reaktoren. Antec Biogas har tidligere vist til lave oppholdstider ved bruk av deres teknologi, helt ned til 7 dager. Dette vil mer enn halvere oppholdstiden, fra 15 dager som SFR benytter i dag, og mengdene avløpsslam som kan behandles vil da kunne øke.

I denne masteroppgaven ble det utført tre analyser; BMP-tester av slamprøver hentet fra SFR og fra Antecs pilotanlegg. Uttesting av Antecs pilotanlegg – plug-flow biofilmreaktor Behandling av produksjonsdata fra SFRs biogassanlegg

Potensialtester (BMP-test) ble fortatt av råslam ved SFR, substratbassenget i Antecs blandetank og slam fra sekndærkammeret i biofilmreaktoren ved Antecs pilotanlegg. Hensikten med denne potensialstudien var å forsøke å danne en basis for karakteristikkene ved slamprøvene under ideelle termofile forhold, som kan benyttes i videre arbeid med pilotanlegget. Resultatene av BMP-testene viste et metanpotensial i slamprøvene på henholdsvis 323,6 ml CH_4/g VS (råslam, SFR), 336,8 ml CH_4/g VS (substratbasseng blandetank, Antec) og 116,9 ml CH_4/g VS (Antec sekundærkammer). Potensialtesten viste et noe høyere metanpotensial i slam fra Antecs blandetank enn metanpotensialet i råslammet ved SFR. En betydelig lavere spesifikk metanproduksjon ble observert i prøven hentet fra sekundærkammeret i biofilmreaktoren. Resultatene kan tyde på at nedbrytningsprosessen starter allerede i Antecs blandetank, og at store deler av metanpotensialet blir tatt ut ved det sekundære kammeret i biofilmreaktoren. Nedbrytningen av organisk materiale i prøvene var på 71,2 %, 54,4% og 20,1% for henholdsvis råslam, slam fra blandetank og sekundærkammeret i biofilmreaktoren.

Uttesting av Antec Biogas sitt pilotanlegg med bruk av råslam fra SFR som substrat, ble utført i perioden 1.april til 19. mai. På bakgrunn av en forsinket oppstart av pilotanlegget, ble oppholdstiden til avløpsslam i reaktoren satt til 13 dager. For å vurdere effektiviteten til pilotanlegget ble det sammenlignet med produksjonsdata fra SFRs egne reaktorer for april måned. Det ble beregnet en spesifikk metanproduksjon for disse anleggene på henholdsvis 0,329 (m^3 CH_4)/(kg VS) (Antec) og 0,255 (m^3 CH_4)/(kg VS) (SFR). Begge disse verdiene er innenfor observerte verdier for anaerobisk behandling av kommunalt avløpsslam. Resultatene viste et høyere utbytte ved Antecs pilotanlegg enn ved SFRs reaktorer. Beregninger av nedbrytningsgrad av organisk materiale i pilotanlegget var på det høyeste på 59,3 %, som er innenfor det aksepterte området på 40-60 % for nedbrytning av avløpsslam.

There is a growing global interest in the production of biogas, as stricter demands are being made for climate-friendly and climate-neutral energy sources. Anaerobic digestion is a promising technology for waste management, generation of energy and the production of biofertilizer. Biogas is a mixture of energy rich methane gas and carbon dioxide, and is a versatile energy carrier. Biogas can be produced from a variety of biological materials and can be used in several applications. The gas can be used to produce heat, electricity, chemicals or it can be upgraded to a high concentration of methane gas to be used as a fuel in transport. Anaerobic digestion is particularly interesting in treating sewage sludge at municipal wastewater treatment plants, as it is used to stabilize and reduce the amount of waste sludge to be handled further. The local wastewater treatment plant, Søndre Follo Renseanlegg (SFR), uses today conventional CSTR technology under mesophilic temperature of 40 ° C. To prevent pathogenic organisms from surviving the anaerobic decomposition, the sewage sludge must first be treated in a separate treatment system with the application of heat. As part of the preparation of expanding and increasing the capacity of the plant, SFR will look at the possibilities of using a thermophilic digestion process using the patented reactor technology of Antec Biogas AS at 55 ° C. A thermophilic treatment of sewage sludge will eliminate the need for an additional sanitation step of the sewage sludge. For increasing the amount of sludge treated during the biogas process, SFR wishes to use technology that can reduce sludge residence time in the reactor. Antec Biogas's technology has previously shown low residence times, down to 7 days. This will more than halve the residence time, from 15 days that SFR uses today, and the amounts of sewage sludge that can be treated will thereby increase. In this thesis three analyses were performed: 1. BMP-tests of sewage sludge samples retrieved from SFR and from Antec’s pilot plant. 2. Pilot scale study of Antecs pilot plant 3. Analysis of production data from SFR’s biogas plant