Termokemisk förbehandling av slam från pappers- och massabruk för ökad metangasproduktion vid rötning

• Main Author: Karlsson, Lina
• Format: Others
• Language: Swedish
• Published: Karlstads universitet, Institutionen för ingenjörs- och kemivetenskaper 2016
• Subjects: Slam; metangas; förbehandling
• Online Access: http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:kau:diva-43636

Sammanfattning Totalt 80 % av världens energianvändning kommer från förbränning av fossila bränslen. Användningen tros också öka med tiden vilket skulle påverka den förstärkta växthuseffekten ytterligare. De ökade utsläppen av växthusgaser påverkar klimatförändringarna och är någonting som alla borde bidra till att minska. I Sverige är det mindre än 30 % av den totala energianvändningen som kommer från fossila bränslen. Det är dock inte tillräckligt för en hållbar utveckling.   Tillverkningen av papper och massa förbrukar stora mängder vatten som senare måste renas för att kunna släppas ut. Vid reningen bildas slam som ofta förbränns. Istället för att förbränna slammet går det att ta till vara på energin genom att röta slammet och få ut biogas. Dock är det svårt att få detta ekonomiskt hållbart. Studier visar att med hjälp av förbehandling av bioslammet kan större mängder biogas produceras och därmed göra processen mer lönsam. Biogasen som bildas genom rötning kan sedan ersätta en viss del av de fossila bränslen som används i olika processteg i bruken och därmed föra pappers- och massaindustrin ett steg närmare ett hållbart koncept.   Förbehandlingar som visats gynna biogasproduktionen är kombination av kemisk och termisk behandling som sönderdelar slammet innan rötningen. Då kan biogasproduktionen öka och mer fossila bränslen kan fasas ut.   I studien behandlas bioslam kemiskt och termiskt innan rötning. De kemikalier som undersöktes var natriumhydroxid (NaOH), kaliumhydroxid (KOH) och kalciumhydroxid Ca(OH)2 som användes för att ge slammet pH 10 eller 12. De termiska förbehandlingarna utfördes i 100 °C respektive 140 °C. Som referenspunkter användes obehandlat slam och endast värmebehandlat slam. Bioslammet som användes hämtades på Stora Ensos bruk i Skoghall och det kommunala rötslammet från Fiskaretorpets reningsverk i Kristinehamn då de använder mesofil rötning.   Rötningen har skett satsvis med hjälp av en AMPTS2 (ett analytiskt instrument för rötningsprocesser) i tre rötningsomgångar. Den förbehandling som gav allra mest metangas var NaOH pH 12 i 100 °C. Detta skedde i rötningsomgång två. I de andra rötningsomgångarna var det förbehandlingen med NaOH pH 12 i 140 °C respektive KOH pH 12 i 140 °C som genererade mest metangas. Vid jämförelse av de olika rötningsomgångarna användes rötning av cellulosa för respektive omgång som referens. Skillnaderna mellan de tre som producerade mest metangas var små. Förbehandling med pH 12 gav mer metangas än med pH 10. Förbehandlingar med NaOH producerade mer metangas vid 100°C än vid 140 °C, medan det motsatta gällde för förbehandlingarna med Ca(OH)2.  === Abstract A total of 80 % of the world’s energy use comes from fossil fuels, which causes emissions of greenhouse gases leading to climate change. In Sweden less than 30 % of the total energy use comes from fossil fuels. It must however, be decreased further to achieve a sustainable development.   A large amount of water is used during the manufacturing of pulp and paper. The water has to be treated before reaching a recipient and during this purification process, sludge is left as a by-product. The sludge is usually incinerated, although it could also be used in an anaerobic digestion process to produce biogas. The method is difficult to make economically viable, but studies show that by pre-treatment of the sludge, larger amounts of biogas can be produced, which would make the process more profitable. Biogas produced by anaerobic digestion can replace fossil fuels in some processes at pulp and paper mills and therefore contribute to a smaller environmental footprint for this industry.   Pre-treatments shown to promote the production of biogas are a combination of chemical and thermal treatment, which decomposes the sludge before digestion. The biogas production will then increase and more fossil fuels can be phased out.   In this report, biosludge is treated chemically and thermally before digestion. The chemicals tested were sodium hydroxide, potassium hydroxide and calcium hydroxide, added until the sludge had a pH of 10 or 12. The thermal treatments tested were 100 °C and 140 °C. As references, untreated sludge and only heat treated sludge were used. The biosludge that was used was collected at Stora Enso CTMP-mill in Skoghall and the inoculum were collected from a municipal treatment plant.    Digestion was done in batch with the help of an AMPTS2 in three digestion rounds. The pre-treatment that produced the most methane was 100 °C with NaOH at pH 12. This was in anaerobic digestion round two. In the other digestion rounds the best pre-treatments were NaOH pH 12 at 140 °C and KOH pH 12 at 140 °C. When comparing the different rounds, a cellulose sample was used for each round as a reference. All chemical pre-treatments generated more methane at pH 12 than at pH 10. Pre-treatments with NaOH produced more methane gas at 100°C than at 140 °C, whereas the opposite was true for Ca(OH)2.