Selluteollisuuden nollakuitusedimentin hyödyntäminen biokaasuprosessissa
Lahtinen, Leija (2017)
Lahtinen, Leija
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
2017-05-03
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tty-201704211332
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tty-201704211332
Tiivistelmä
Vaikka sellu- ja paperiteollisuus on viime vuosikymmeninä alkanut kehittää entistä tehokkaampia jätevedenpuhdistusmenetelmiä, näkyvät yli vuosisadan kestäneen kuormituksen vaikutukset edelleen vesistöjen pohjakerrostumissa eli sedimenteissä maailmanlaajuisesti. Tampereen Näsijärvellä entisen Lielahden sellutehtaan jätevesipäästöt ovat lähes sadan vuoden aikana kerryttäneet jopa 1,5 miljoonaa kuutiota puuperäistä nollakuitusedimenttiä järven pohjaan. Koska Näsijärven rantaan rakennetaan uusi Hiedanrannan asuinalue, täytyy nollakuitu käsitellä haittojen minimoimiseksi. Tässä tutkimuksessa tavoitteena oli tutkia nollakuidun biokaasuprosessia yhtenä käsittely- ja hyötykäyttövaihtoehtona. Myös mädätysjäännöksen eli poistolietteen jatkokäsittelymahdollisuuksia pohdittiin.
Nollakuidun biokaasuntuottoa tutkittiin neljässä mesofiilisessä viiden litran puolijatkuvatoimisessa tankkireaktorissa. Kolmessa reaktorissa syötteenä oli nollakuitua viipymillä 30–60 d ja kuormituksilla 1,5–2,5 kg VS/m3×d. Yhdessä reaktorissa syötteenä oli nollakuitua 25 % orgaanisesta aineesta (VS) ja loput yhdyskuntalietettä (yhteismädätys). Kuormitus yhteismädätysreaktorissa oli 1–1,5 kg VS/m3×d ja viipymä 20–30 d. Kokeet kestivät noin kolme kuukautta.
Nollakuitusyötteiset reaktorit tuottivat koko prosessin ylläpitoaikana metaania 180–210 l CH4/kg VS. Tutkimus osoitti ravinteilla ja riittävällä puskurikapasiteetilla olevan suuri merkitys nollakuidun biokaasuprosessin toiminnan stabiiliuden ja tuottavuuden kannalta. Ravinne- ja alkaliniteettilisäykset nostivat puskurikapasiteettia, syötteen hajoavuutta ja siten myös metaanintuottoa. Eritoten typpilisäys stimuloi metaanintuottoa. Yhteismädätysprosessi oli stabiili koko kokeen ajan ja sen tuotto oli jatkuvasti keskimäärin 70 % korkeampi kuin muilla reaktoreilla, 240–280 l CH4/kg VS. Yhdyskuntaliete toi prosessiin tarvittavat ravinteet ja puskurikapasiteetin. Tärkeää yhteismädätyksen tuoton maksimoimiseksi on määrittää nollakuidun ja toisen jätemateriaalin optimaalinen sekoitussuhde.
Reaktoreiden poistolietteiden jatkokäsittely- ja hyötykäyttömahdollisuuksia arvioitiin tutkimalla nesteenerotuskykyä (CST) ja aerobista hajoamista (BOD7) sekä määrittämällä poistolietteistä haitta-aineita ja ravinteita. Suurin osa hajoavasta orgaanisesta materiaalista ja ravinteista oli sitoutunut kiinteään aineeseen. Nesteosien BOD7 oli välillä 150–340 mg/l, korkein arvo yhteismädätyksellä. Metallien pitoisuudet laimenivat biokaasuprosessissa. Etenkin yhteismädätys laimensi metallien pitoisuuksia mädätysjäännöksessä ja edisti siten jäännöksen hyötykäyttöä lannoitetarkoituksessa. Tolueenin ja elohopean kohonneet pitoisuudet saattavat rajoittaa poistolietteen lannoitekäyttöä.
Nollakuidun biokaasuntuottoa tutkittiin neljässä mesofiilisessä viiden litran puolijatkuvatoimisessa tankkireaktorissa. Kolmessa reaktorissa syötteenä oli nollakuitua viipymillä 30–60 d ja kuormituksilla 1,5–2,5 kg VS/m3×d. Yhdessä reaktorissa syötteenä oli nollakuitua 25 % orgaanisesta aineesta (VS) ja loput yhdyskuntalietettä (yhteismädätys). Kuormitus yhteismädätysreaktorissa oli 1–1,5 kg VS/m3×d ja viipymä 20–30 d. Kokeet kestivät noin kolme kuukautta.
Nollakuitusyötteiset reaktorit tuottivat koko prosessin ylläpitoaikana metaania 180–210 l CH4/kg VS. Tutkimus osoitti ravinteilla ja riittävällä puskurikapasiteetilla olevan suuri merkitys nollakuidun biokaasuprosessin toiminnan stabiiliuden ja tuottavuuden kannalta. Ravinne- ja alkaliniteettilisäykset nostivat puskurikapasiteettia, syötteen hajoavuutta ja siten myös metaanintuottoa. Eritoten typpilisäys stimuloi metaanintuottoa. Yhteismädätysprosessi oli stabiili koko kokeen ajan ja sen tuotto oli jatkuvasti keskimäärin 70 % korkeampi kuin muilla reaktoreilla, 240–280 l CH4/kg VS. Yhdyskuntaliete toi prosessiin tarvittavat ravinteet ja puskurikapasiteetin. Tärkeää yhteismädätyksen tuoton maksimoimiseksi on määrittää nollakuidun ja toisen jätemateriaalin optimaalinen sekoitussuhde.
Reaktoreiden poistolietteiden jatkokäsittely- ja hyötykäyttömahdollisuuksia arvioitiin tutkimalla nesteenerotuskykyä (CST) ja aerobista hajoamista (BOD7) sekä määrittämällä poistolietteistä haitta-aineita ja ravinteita. Suurin osa hajoavasta orgaanisesta materiaalista ja ravinteista oli sitoutunut kiinteään aineeseen. Nesteosien BOD7 oli välillä 150–340 mg/l, korkein arvo yhteismädätyksellä. Metallien pitoisuudet laimenivat biokaasuprosessissa. Etenkin yhteismädätys laimensi metallien pitoisuuksia mädätysjäännöksessä ja edisti siten jäännöksen hyötykäyttöä lannoitetarkoituksessa. Tolueenin ja elohopean kohonneet pitoisuudet saattavat rajoittaa poistolietteen lannoitekäyttöä.