Hantering av restströmmar för skogsindustrin och VA-branchen

• Main Author: Söderling, Jimmy
• Format: Others
• Language: Swedish
• Published: KTH, Skolan för kemivetenskap (CHE) 2012
• Subjects: Slam; reologi; skogsindustri; driftfallstudie
• Online Access: http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:kth:diva-156379

Sveriges skogsindustri och kommunala reningsverk producerar i dagsläget cirka 600 000 ton torrsubstrat slam och hur det hanteras inom de olika branscherna är olika. Det här examensarbetet kartlägger hur slamsituationen ser ut inom dessa branscher med avseende på slamhantering. Problem- och målformulering för arbetet är att med en driftfallstudie undersöka hur skjuvspänningen (τ) och viskositeten (υ) ändras och hur det påverkar det totala effektbehovet för en slampump. En livslängdsanalys för tre olika slampumpar har även gjorts för att få en uppfattning om vilka faktorer som är de stora utgiftsposterna under en hel livstid för en slampump där åtta olika driftfall studeras för varje slampump.   Sveriges skogsindustri och VA-bransch producerar stora mängder slam och hanteras olika på grund av infrastruktur, geografiskt läge och certifikat, till exempel REVAQ. Inom skogsindustrin är det vanligast att förbränna det slam som produceras för kvittblivning och VA-branschen återför bildat slam till jordbruket för att ta tillvara på växtnäringen i slam. Slam inom VA-branschen behandlas i rötkammare för utvinning av biogas, stabilisera och få ett mer homogent slam och för att reducera slamvolymen.   Slam är generellt en icke-newtonsk fluid med skjuvförtunnande egenskaper som vid högre skjuvningshastigheter minskar sin viskositet. Slam kan även vara newtonsk vid låga koncentrationer. En minskad viskositet innebär ett lägre tryckfall i rörledningar och teoretiskt sett kan effektbehovet för pumpenheten minskas.   Driftfallstudien genomfördes med vatten som referens och stärkelse som testfluid som är en icke-newtonsk fluid. Driftfallstudien gjordes på Innventias egen flödeslinga som bestod utav en centrifugalpump med patenterad N-teknik från Xylem. Kalibrering av samtliga tryckgivare gjordes innan testerna och insamling av data gjordes med LabView. Kompletterande UVP-mätningar (Ultrasonic Velocity Profiler) togs för att ta fram hastighetsprofiler med stärkelse för att bekräfta inom vilket område för skjuvningshastigheten flödet går från laminärt till turbulent flöde.   Resultat från driftfallstudien visar att det inte finns några indikationer på ändring av effektbehov för pumpenhet vid höga skjuvningshastigheter. UVP-mätningar tillsammans med framtagen flytkurva visar att det går från laminärt till turbulent flöde vid ungefär 100-300 [s-1]. Störst vinst av minskad viskositet är vid skjuvningshastigheten 200 [s-1], för högre skjuvningshastighet är viskositeten konstant. Kostnadsanalysen visar att under en livstid för en slampump blir energikostnaderna mycket påtagliga. Ett exempel för slampump N3301 visar att 90 % av den totala livslängdskostnaden är energikostnader, maximal effekt för slampump N3301 är 70 kW. === Sweden's forestry industry and municipal wastewater treatment plants produces in the current situation around 600 000 ton of total solids and how it is handled in various sectors are different. This thesis surveys how sludge situation is for these industries with focus on sludge management. Problem and goal setting for the thesis is that with a case study examine how shear stress (τ) and the viscosity (υ) change and how this affecting the total energy demands for sludge pump unit. A lifetime analysis for three sludge pumps have also been made to obtain a perception of what factors are the major items of high costs in a lifecycle for a sludge pump, where eight different operating modes are studied for each sludge pump.   Sweden's forest industry and water and wastewater industry produces large amounts of sludge and treated differently because of infrastructure, geographic location and certificates, for example REVAQ. The forest industry is it most common to incinerate the sludge for disposal and for wastewater industry returns sludge for agriculture to take advantage of plant nutrients. Sludge in municipal wastewater treatment plants digesting sludge for production of biogas, stabilize and obtain a more homogeneous sludge and to reduce the sludge volume.   Sludge is generally a non-Newtonian fluid with shear-thinning properties that for higher shear rates decrease its viscosity. Sludge can also be Newtonian at low concentrations. A reduced viscosity means a lower pressure drop in pipes and theoretically the energy demand for a sludge pump can be reduced.   A Case study was conducted with water as a reference and starch for test fluid, which is a non-Newtonian fluid. The case study was done at Innventia´s flow loop consisted of a centrifugal pump with patented N-technology from Xylem. Calibration of all pressure sensors was made before the tests and data collection was done with LabView. Additional UVP (Ultrasonic Velocity Profiler) measurements were made to generate velocity profiles of starch to confirm the field in which the shear flow goes from laminar to turbulent flow.   Results from operations case study show that there are no indications of change in energy demand for the pump unit at high shear rates. UVP measurements together with flow curve shows that it goes from laminar to turbulent flow at 100-300 [s-1]. Biggest change of reduced viscosity is for shear rate up to 200 [s-1], for higher shear rates the viscosity is constant. Cost analysis shows that over a lifetime for sludge pump is energy cost intensive. An example for sludge pump N3301 shows that 90 % of total lifetime costs is for energy only, maximum effect for sludge pump N3301 is 70 kW.