Metsäteollisuuden lietteiden biokaasutus biojätteen kanssa : Biokaasupanoskokeiden ja jatkuvatoimisen biokaasulaitteiston avulla

Abstract

Opinnäytetyö liittyy Savonia-ammattikorkeakoulun, Itä-Suomen yliopiston ja saksalaisen Ostfalia University of Applied Sciencesin yhteiseen METLI-hankkeeseen, jossa on tavoitteena luoda kokonaisvaltainen palvelukonsepti metsäteollisuuden lietteille. Opinnäytetyö koostuu kahdesta osasta: teoriaosassa on kerrottu millaisia metsäteollisuuden lietteet ovat, miten niitä käsitellään ja millaista on niiden hyötykäyttö nykyisin. Lisäksi on kuvattu hankkeessa mukana olevien kohdelaitosten toimintaa. Opinnäytetyössä käsitellään myös uudistunutta jätelainsäädäntöä, erilliskerätyn biojätteen ominaisuuksia sekä yleisesti biokaasuprosessia ja sen optimiolosuhteita.

Työn kokeellinen osuus käsitti laboratoriomittakaavan biokaasukokeita kahden massa- ja paperitehtaan jätevedenpuhdistamojen primääri- ja biolietteille. Työssä tutkittiin lietteiden metaanintuottopotentiaaleja mesofiilisellä lämpötila-alueella sekä biokaasupanoskokeiden että jatkuvatoimisen biokaasulaitteiston avulla. Lisäksi panoskokeissa tutkittiin erilliskerätyn biojätteen vaikutusta metaanintuottopotentiaaliin, kun sitä käsitellään anaerobisesti yhdessä metsäteollisuuden lietteiden kanssa.

Jatkuvatoimisen biokaasulaitteiston toiminnassa koettiin monia vastoinkäymisiä, eikä kokeesta saatu luotettavien tuloksia. Reaktoreita kuormitettiin luultavasti aluksi liian voimakkaasti, minkä seurauksena haihtuvia rasvahappoja muodostui paljon ja reaktoreiden pH-arvot laskivat voimakkaasti. Myös syötteiden puskurikyky oli heikko ja niiden sisältämä rikki muodosti prosessissa vapautuvien vetyionien kanssa rikkivetyä, jolla on biokaasutusta inhiboiva vaikutus.

Biokaasupanoskokeiden tuloksena saatiin selville, että biojätteen lisäys nosti merkittävästi metaanintuottopotentiaalia. Pelkästään metsäteollisuuden lietettä sisältävien pullojen tuottopotentiaali oli noin 270 - 470 m3 CH4/tVS, kun taas biojätettä sisältävin pullojen metaanintuottopotentiaali oli noin 540 - 560 m3 CH4/tVS.

This thesis is part of a co-operative METLI project with Savonia University of Applied Science, University of Eastern Finland and Ostfalia University of Applied Science. The aim of the METLI project is to create a service concept to sludges from forest industry.

First literature was studied to find out what kind of treatment and utilization methods are used to sludges from forest industry nowadays and how the new waste legislation will affect these methods. In addition, features of organic waste as well as biogas production were studied from literature. Secondly, the experimental part included laboratory scale biogas experiments to primary and biosludges from wastewater treatment plants of two pulp and paper mills. Within the experiments methane production potentials together with biogas batch experiments were researched as well as the continuous biogas reactor in the mesofilic temperature scale. The biogas batch experiments also included a research on how separated organic waste affects the methane production potential when it is processed with sludges from forest industry anaerobically.

During the operation with the continuous biogas reactor there were a number of disruptions so no reliable results were obtained. In the beginning of the experiment the reactors were probably overloaded which caused overforming of evaporating fatty acids and decreasing of the pH of the reactors. The buffering ability of the inputs was also weak and they included a lot of hydrogen sulphide which has an inhibitory effect on biogasification.

The results of the biogas batch experiments revealed that the increasing quantity of organic waste raised methane production potentials significantly. The batches that included only sludges from forest industry had a producing potential of about 270 to 470 m3 CH4/tVS, whereas the batches that included also organic waste had a potential of around 540 to 560 m3 CH4/tVS.