Driftoptimering hur säkerställer vi att vi gör rätt? Upplägg. Förutsättningar för en bra gasproduktion. Vem är jag och vad sker på SLU?

Transkript

1 -- Upplägg Driftoptimering hur säkerställer vi att vi gör rätt? Anna Schnürer Inst. för Mikrobiologi, SLU, Uppsala Kort presentation av mig och biogasverksamhet på SLU Förutsättningarna för gasproduktion Parametrar som är av betydelse för drift Driftövervakning och optimering av drift Vem är jag och vad sker på SLU? Förutsättningar för en bra gasproduktion. Samverkanlektor i bioenergi vid SLU med uppdrag att samverka med samhället och föra ut forskningsresultat i praktiken. Jobbat med biogas i år. Fokusområde, mikrobiologi och kopplingar till effektivitet och stabilitet av biogasprocessen SLU har forskning inom många olika områden i hela biogasproduktionskedjan och har också en egen produktionsanläggning vid Lövsta. Vår verksamhet finns beskriven på länken ( Samhället behöver. Näring (substrat) i lagom dos - kol och energikälla - spårelement - vitaminer. Lämplig miljö (Reaktorn) - anaerob - neutralt ph ~7- - jämn temperatur ~7 el.~ - tillräckligt lång uppehållstid..ett samhälle av olika aktiva mikroorganismer Flödesschemat för bildning av biogas Vad händer om reaktormiljön inte är optimal?. Fermentation Viktigt att ta hänsyn till att Olika organismer med olika närings- och omgivningskrav är aktiva i de olika stegen Stegen sker med olika hastighet. Steg eller är ofta hastighetsbegränsande. Fermentation Dålig nedbrytningsgrad beror ofta på låg hastighet i i hydrolysen Instabilitet beror ofta på låg effektivitet i det sista steget, metanbildningen. Metanbildning. Metanbildning

2 -- Hämning av biogasprocessen Hämning av biogasprocessen. Fermentation. Fermentation. Metanbildning Mer vätgas och koldioxid, minskad metan produktion, ansamling av syror och ev sänkning av ph ( surjäsning ) Viktiga parametrar för drift och övervakning Hur vet vi att processen är effektiv/stabil? Uppehållstid Drift Uppehållstid (HRT) Temperatur Belastning (OLR) Substratets karaktär Övervakning Stabilitet Fettsyror () Alkalinitet (Buffertförmåga) Hämmande ämnen (ammoniak) ph Alkalinitet Gassammansättning Effektivitet Specifik metanproduktion Hydraulisk uppehållstid (HRT ) = Vilken HRT har ni och vad bestämmer denna? Vad är en bra uppehållstid? Hur stor variation kan tillåtas? Rötkammarens volym Inpumpad volym substrat per dygn Uppehållstiden kopplar till organismernas tillväxthastighet! Många olika parametrar inverkar på tillväxthastighet och optimal HRT Viktigt att HRT i en kontinuerlig process >Td T Temperatur ph Jag gillar inte högt ph Jag tycker högt ph är toppen T Tiden (T) det tar för cellen att fördubbla sig kallas fördubblingstid (Td) Om uppehållstiden i reaktorn är kortare än fördubblingstiden kommer bakterierna att tvättas ut ur reaktorn. De mest långsamväxande organismer som hittats i en reaktor växer med en Td på dagar. Metanbildare har - dagar. osv Belastning Substratets sammansättning Hämmande ämnen Olika organismer påverkas olika av olika parametrar Olika organismer är av olika betydelse för processen

3 Tillväxthastighet Volume CH [ml g - day - ] content [g l - ] Volume CH [Nml g - ] -- Hur väljer vi rötningstemperatur? Två vanliga intervall Skillnaden i gasproduktion vid olika temperatur kan vara beroende av uppehållstid Ackumulerad metanproduktion 7 % % Temperatur Mesophilic Thermophilic Termofil temperatur Mesofil temperatur Hög metanproduktionshastighet Kortare uppehållstid Högre belastning möjlig Bra avdödning av patogener Mindre stabil process Lägre viskositet Bra stabilitet Lägre energikonsumption Fler olika typer av organismer Bättre nedbrytningsgrad av vissa ämnen 7 Time [Days] Rötningstemperatur Belastning Rötning mellan mesofil och termofil temperatur är detta möjligt? Vad händer när temperaturen fluktuerar under drift? Går det att ändra temperatur? Belastning = Hur mycket mat får mikroorganismerna per dag eller Belastning = Kg /m dag 7 Fettsyror Metanproduktion C C C C C 7 C Methane prod. Samma volym kan innehålla olika mycket TS Samma TS kan ha olika mycket Normal belastning - Kg/L dag, men högre möjlig 9 7 TS= torrsubstans, dvs allt som inte är vatten = Den organiska delen av TS TS Time [days] Belastningen är beroende av substratets karaktär samt valda driftparametrar Vatten Felkälla Flyktiga ämnen avgår redan under en TS analys. Kan leda till felaktig belastning. Vilken belastning har du och hur vet du att är att den är bra? Vatten NH,, Etanol mm Underskattad Aska

4 Volume CH [ml g - day - ] content [g l - ] -- Hur effektiv är min biogasanläggning? Hur effektiv är min biogasanläggning? Gasproduktion Volymetrisk gasproduktion (L/dag) Volymetrisk metanproduktion (L/dag) volymen i reaktorn utnyttjas Gasproduktion Volymetrisk gasproduktion (L/dag) Volymetrisk metanproduktion (L/dag) volymen i reaktorn utnyttjas Specifik metanproduktion (L/Kg ) Gasproduktion i relation till förväntad substratet omsätts till gas Specifik metanproduktion (L/Kg ) Gasproduktion i relation till förväntad substratet omsätts till gas Hur stor andel av det organiska material bryts ner? Vanligtvis ca -%, men med gödsel ofta lägre Hur stor andel av det organiska material bryts ner? Vanligtvis ca -%, men med gödsel ofta lägre = ( (TS RK (%) x RK (%) / (TS substrat (%) x substrat (%) )) x = ( (TS RK (%) x RK (%) / (TS substrat (%) x substrat (%) )) x Ett gasproduktionsexempel Fas Substrat: gödsel Uppehållstid dagar Belastning. g /Ldag Fas Substrat: gödsel + salix Uppehållstid dagar Belastning g /Ldag Är det möjligt att öka utrötningsgraden? Volymetrisk metanproduktion (ml/dag) Specifik metanproduktion (ml / g dag) Hur? Gödsel + Salix Gödsel Varför är det viktigt att ha en hög utrötningsgrad? Gödsel Gödsel + Salix Tillförsel av salix till en gödselreaktor FRÅGA: VAD HÄNDER NÄR VI TILLFÖR SALI? ÖKAR EFFEKTIVITETEN? flyktiga fettsyror Nedbrytningsintermediär som visar instabilitet flyktiga fettsyror Nedbrytningsintermediär som minskar metanutbytet GR Fettsyror Metanproduktion 7 C C C C C 7 C Time [days] Methane prod. GQ,,,,, Methane, Acetate,, Propionate,,,,,,,,,,,, Metan Acetate Propionate

5 -- Stabil nivå visar ineffektivitet men innebär vanligtvis inte process problem Stadigt ökande nivå indikerat instabilitet och kan leda till krasch Ackumulering av acetat vanligtvis inte så allvarligt problem Ackumulering av propionat = oftast tecken på allvarligare typ av störning propionat ph/alkalinitet Alkalinitet = buffertförmåga Beror på karbonatjoner och även ammoniumjoner TA = total alkalinitet BA = bikarbonat alkalinitet Förändras tidigare än ph ändras och följer ofta halt av och ammoniumkväve BA för stabila processer ca - mg HCO /L ph bäst mellan 7-. NH + HCO - CO - Låg alkalinitet innebär låg tolerans mot syrabildning och risk för ph sänkning /TA kvoten kan användas för att få en indikation på processtabilitet <. stabil process --. viss instabilitet >. tydlig instabilitet Övervakningsprogram Receptet för en effektiv biogas process Analys Ofta Medel Sällan Alkalinitet ph TS/ NH+-N Total N Gassammansättning Övervakningsprogrammet beror på drift och substrat - Samma substrat och likvärdig drift behövs inte så tät provtagning - Optimering av drift och eller förändring av substrat kräver tätare provtagning Behandla den som en ko -lagom dos näringsrik och varierad mat på regelbundna tider -kontrollera hälsan regelbundet -behandla e v sjukdomar - prata med den