<p>Abstract</p><p>The dependency of fossil fuels in the transport sector causes large emissions of carbon</p><p>dioxide. This problem can we reduce by using vehicle gas from digested solid manure and left</p><p>over of pasture. I have studied the potential for this in the county of Västernorrland. The</p><p>purpose is to investigate how much vehicle gas that can be extracted.</p><p>One central, large scale digestion and upgrade plant should be placed in Härnösand. The</p><p>amount of pasture and manure that is economical and practical available is enough to produce</p><p>2,7-3,5 millions Nm3 vehicle gas. It corresponds to 1 800- 2 400 cars, each driving 17 860 km</p><p>per year.</p><p>The heating value of the vehicle gas is 26-34 GWh. To extract this energy you have to supply</p><p>energy corresponding to a heating value of 4,9 GWh for transport of raw material and</p><p>digested sludge together with 13-14 GWh for process heat and electricity.</p><p>If the gas replaces petrol the emissions from the lifecycle of the fuel decrease with 5 600-7</p><p>400 ton CO2-equivalents. The emissions by the vehicle decreases with 640-840 kg NOx, the</p><p>emissions of hydrocarbon increases with 60-80 kg and the emissions of particles remains the</p><p>same.</p><p>The increased content of easy available nitrogen is about 40 tons, it can replace about 5 % of</p><p>the nitrogen supplied as synthetic fertilizer. The contribution to the nitrogen resource by</p><p>digested sludge is greater than its contribution to the supply of fuel.</p><p>The cost for the gas is 12-14 kr per petrol equivalent, that is little more than the today’s price</p><p>of petrol of 11,28-12,24 kr. Above all, it is the cost of transport that cause the high cost.</p>

<p>Biogasprocessen är en komplex anaerob nedbrytningskedja där olika mikroorganismer är inblandade. Vanligast är att biogas produceras i mesofil rötning (cirka 38 ^oC), men även termofil rötning används (> 50 ^oC).</p><p>Svensk Biogas i Norrköping använder återstoden av etanoldestillationen hos en närliggande etanolproducent (drankvatten) som substrat. Substratets höga temperatur vid leverans motiverar termofilt rötningsförsök av drankvatten.</p><p>Försöket genomfördes i 55 ^oC med två kontinuerligt omrörda tankreaktorer (CSTR) och en termofil ymp. Biogasproduktion av drankvatten undersöktes. Sätt att hantera och motverka höga ammoniumhalter, samt effekter av näringslösningstillsats undersöktes. Det tog cirka 30 dagar för ympen att acceptera det nya substratet och då hade tillsats av processhjälpmedel KMB1 samt järnklorid använts. Reaktorerna kunde belastas med 3 g VS / (L • dygn) (VS, volatile solids, glödförlust). Den specifika gasproduktionen var 0,6 – 0,7 L / g VS och metanhalten ungefär 45 %. Höga ammoniumhalter motverkades genom förkortning av uppehållstiden. Under en period tillsattes nickelklorid i en av reaktorerna och under denna period hade reaktorn med nickelkloridtillsats något bättre specifik gasproduktion jämfört med reaktorn där ingen nickelklorid tillsattes.</p><p>Drankvatten kan rötas under termofila förhållanden. För att temperaturförändring vid biogasanläggningen i Norrköping ska var ekonomiskt försvarbart måste processen klara högre belastning.</p>

Biogasprocessen är en komplex anaerob nedbrytningskedja där olika mikroorganismer är inblandade. Vanligast är att biogas produceras i mesofil rötning (cirka 38 oC), men även termofil rötning används (&gt; 50 oC). Svensk Biogas i Norrköping använder återstoden av etanoldestillationen hos en närliggande etanolproducent (drankvatten) som substrat. Substratets höga temperatur vid leverans motiverar termofilt rötningsförsök av drankvatten. Försöket genomfördes i 55 oC med två kontinuerligt omrörda tankreaktorer (CSTR) och en termofil ymp. Biogasproduktion av drankvatten undersöktes. Sätt att hantera och motverka höga ammoniumhalter, samt effekter av näringslösningstillsats undersöktes. Det tog cirka 30 dagar för ympen att acceptera det nya substratet och då hade tillsats av processhjälpmedel KMB1 samt järnklorid använts. Reaktorerna kunde belastas med 3 g VS / (L • dygn) (VS, volatile solids, glödförlust). Den specifika gasproduktionen var 0,6 – 0,7 L / g VS och metanhalten ungefär 45 %. Höga ammoniumhalter motverkades genom förkortning av uppehållstiden. Under en period tillsattes nickelklorid i en av reaktorerna och under denna period hade reaktorn med nickelkloridtillsats något bättre specifik gasproduktion jämfört med reaktorn där ingen nickelklorid tillsattes. Drankvatten kan rötas under termofila förhållanden. För att temperaturförändring vid biogasanläggningen i Norrköping ska var ekonomiskt försvarbart måste processen klara högre belastning.

Abstract The dependency of fossil fuels in the transport sector causes large emissions of carbon dioxide. This problem can we reduce by using vehicle gas from digested solid manure and left over of pasture. I have studied the potential for this in the county of Västernorrland. The purpose is to investigate how much vehicle gas that can be extracted. One central, large scale digestion and upgrade plant should be placed in Härnösand. The amount of pasture and manure that is economical and practical available is enough to produce 2,7-3,5 millions Nm3 vehicle gas. It corresponds to 1 800- 2 400 cars, each driving 17 860 km per year. The heating value of the vehicle gas is 26-34 GWh. To extract this energy you have to supply energy corresponding to a heating value of 4,9 GWh for transport of raw material and digested sludge together with 13-14 GWh for process heat and electricity. If the gas replaces petrol the emissions from the lifecycle of the fuel decrease with 5 600-7 400 ton CO2-equivalents. The emissions by the vehicle decreases with 640-840 kg NOx, the emissions of hydrocarbon increases with 60-80 kg and the emissions of particles remains the same. The increased content of easy available nitrogen is about 40 tons, it can replace about 5 % of the nitrogen supplied as synthetic fertilizer. The contribution to the nitrogen resource by digested sludge is greater than its contribution to the supply of fuel. The cost for the gas is 12-14 kr per petrol equivalent, that is little more than the today’s price of petrol of 11,28-12,24 kr. Above all, it is the cost of transport that cause the high cost.

Detta arbete innefattar planering, uppbyggnad och inkörning av teströtningsanläggning för biogasproduktion, bestående av batch- och tankreaktorsystem. Arbetet inbegriper även utförandet av experiment, på batchreaktorsystem, som syftar till att ge en första inblick och vägledning för vidare studier kring optimering av processen med inriktning på tillsats av kolkälla och justering av kvoten mellan kol och kväve. Utifrån de resultat som erhållits vid försök på batchreaktorsystemet observerades en positiv effekt, gällande ökad nedbrytning av VFA, vid tillsats av glukos till systemet. Igångkörning av tankreaktorsystemet gav erfarenheter gällande handhavandet av anläggningen samt driftsäkerheten, vad gäller t.ex. återstart efter strömavbrott, loggning av gasflödesdata, pålitlig substratdosering och substratuttag utan syreläckage in i systemet.

Det har undersökts om det går att få ut fällningskemikalien aluminium ur kemslam från pappers- och massabruk via acidogenes. Ymp och kemslam blandades i olika förhållanden och pH mättes regelbundet för att kartlägga acidogeneskurvan. Prover av filtrat från slam- och ympblandning från tidpunkt noll och då pH-kurvan kartlagts vara som lägst skickades för analys med atomabsorptionspektroskopi. Ur resultaten som gavs från atomabsorptionspektroskopin beräknades det att ingen signifikant skillnad fanns i mängden löst aluminium mellan de olika ymp- och slam-förhållandena. För att försöka uppnå signifikant skillnad skulle det kunna testas fler olika förhållanden, beroende på karaktäristiken hos slam och ymp.

Syftet med detta arbete var att undersöka om rötning är en möjlig metod att använda som avfallshantering på Åland. Målet med detta arbete var att skapa ett underlag för hur avfallet bör samlas in och hur slutprodukten i form av biogödsel bör distribueras. Arbetet har undersökt var anläggningen bör vara placerad för att minska miljöpåverkan och underlätta transporter av substrat och slutprodukt. Arbetet har även undersökt fördelarna med att använda rötning istället för kompostering som behandlingsmetod för avfallet som uppkommer på Åland. Mycket av Ålands avfall komposteras eller skickas vidare för förbränning. Detta ger en negativ miljöpåverkan då det är långa transportsträckor och bildandet av växthusgaser vid kompostering som släpps ut. Placeringen av anläggningen har valts till Svinryggens deponi då platsen anses vara lämpligast i dagens läge. Genom ett studiebesök bestämdes platsen efter att undersökt faktorer som: transportsträckor för att hämta avfall och lämna biogödsel, eventuella markarbeten för att få plats med anläggningen och hur tätbebyggt det är runt omkring för att undvika luktstörningar hos grannarna. Utifrån placeringen har ett system för insamling och distribution bestämts. Insamlingen av hushållsavfall bör gå till på följande sätt. Vid glesbebyggda områden har man stationer där avfall samlas och töms regelbundet. Vid mer tätbebyggda områden kan fastighetsnära hämtning erbjudas. Inhämtning av gödsel sker via ett mellanlager där bönderna kan lämna gödsel i utbyte mot rötrest. Avlämning av gödsel och hämtning av biogödsel sker på förbestämda datum för att minska lagringstiden av gödsel och biogödsel. Mellanlagret bör vara placerat i närheten av de gårdar som lämnar gödsel för att minska transportsträckor. Att använda rötning istället för kompostering ger en del fördelar. Mindre miljöpåverkan av växthusgaser då de gaser som släpps ut har en lägre global uppvärmningspotential jämfört med de gaser som släpps ut vid kompostering. En rötningsanläggning på Åland skulle släppa ut 3 101 ton koldioxidekvivalenter jämfört med kompostering som skulle släppa ut 54 503 ton koldioxidekvivalenter. Rötning ger en bättre energibalans än kompostering då stora mängder värme bildas vid kompostering som inte tas om hand. Rötning kan även ge bättre kontroll över näringsinnehållet i biogödseln, vilket minskar risken för övergödning. Investeringsbehovet för anläggningen ligger på ca 24 miljoner SEK. Den rörliga årskostnaderna för anläggningen ligger på 2,7 miljoner SEK. varav ca 2 miljoner SEK är kostnaden för personalen om anläggningen är dimensionerad för 21 760 ton avfall per år. Detta gör att den oavvattnade rötresten bör säljas för 0,09 SEK per kg. Rötresten kan även säljas för ett pris baserat på näringsinnehållet. Försäljningspriset skulle bli 0,08 SEK per kg om priset skulle baseras på näringsinnehållet. Detta pris skulle inte kunna täcka den rörliga årskostnaden. En del osäkerheter finns då näringsinnehållet bara har uppskattas och är därför svårt att säga om försäljningspriset på 0,08 SEK per kg är rimligt. Rötresten kan även säljas som avvattnad för ett försäljningspris på 2,21 SEK per kg ts för att täcka den rörliga årskostnaden. / The purpose for this project is to evaluate if anaerobic digestion is possible as a waste management method on Åland islands. The goal with this project was to create a plan for how the waste should be collected to the anaerobic digestion plant and how the end product should be distributed to the farmers. This project have investigated where the plant should be located to reduce the impact of the environment and to make the transportation of the waste and end product easier. This project have also investigate the benefits of using anaerobic digestion instead of composting. A lot of Ålands islands waste is composted or sent to other countries for burning. It affects the environment in a bad way because of its long transportation distance and the formation of greenhouse gases that are released in composting. Svinryggens landfill has been chosen as the location for the plant. It was chosen by a visit to the different sites after taking factors like transportation distance for the waste and product, if there needs to do any ground work before the construction and if there are a lot of neighbors in case of an odor problem. Based on the location a system of gathering and destitution have been decided. Collecting household waste should be collected in a similar way as today. By areas where the people living is spread out like in the county side. There will be a waste station where the people leave there waste and then later picked up and transported to the plant. The station is emptied regularly. In areas where people live closer together the waste can be collected by their homes. Collection of manure will be happen in a storage place which is located close to the farmers. The farmers will leave the manure in exchange of the digestate. The collection will occurs on scheduled dates to reduce the storage time. To use anaerobic digestion instead of composting will give some advantages. Less environmental impact of greenhouse gases because of the gases that are released during anaerobic digestion have a lover global warming potential then the gases that are formed during composting. A anaerobic digestion plant on Åland would release 3 101 ton carbon dioxide equivalents while a compost would release 54 503 ton carbon dioxide equivalents. Anaerobic digestion are Anaerobic digestion gives the waste management system a better energy balance then using composting because of the heat that is generated when composting. Better control of the nutrients that will be used for farming which reduces the risk of over-fertilization. The investment for the plant is 24 million SEK. The yearly cost for the plant is 2,7 million SEK. About 2 million SEK is personal costs if the plant dimensioned for 21 760 ton waste. This makes the price 0,09 SEK for every kg, which the digestate should be sold for to cover the yearly cost. The cost can also be decided by taking the nutritional value into account. This makes the price 0,08 SEK per kg based on the nutritional value. This price would not cover the yearly cost for the plant. The nutritional value of the digestate is estimated and that makes it hard to determine if the price of 0,08 SEK per kg is reasonable. The digestate can also be sold with the water removed. This makes the price 2,21 SEK per dry matter to cover the yearly cost for the plant.

I framtiden kommer belastning på Henriksdals avloppsreningsverk fördubblas, vilket innebär en ökning av antalet personer som bekännas, från cirka 800 000 till 1,6 miljoner. Hygienkravet på slam kommer även att bli striktare. Rötningsprocessen i Henriksdal reningsverk sker idag på mesofil drift (37°C), men det planeras att omställa processen till termofil drift (55°C). Denna omställning studerades i detalj på Hammarby Sjöstadsverkets pilotanläggning. Innan omställningen, skedde ett försök med mesofil drift. Resultatet från denna period användes som referens.  Experimentet skedde med en fem kubikmeter reaktor och temperaturen ökades successivt från 37 till 55 °C under tre veckors tid. Parametrar som studerades var torrsubstanshalt, glödförlust, flyktiga fettsyror, alkalinitet, pH, ammoniumkväve, gassammansättningen  (𝐶𝐻4, 𝐶𝑂2, 𝐻2𝑆), teoretiska biogasproduktion, specifika biogasproduktion och specifika metanproduktion.  Omställningsprocessen var relativt stabil under de första tre dagarna. När temperaturen nådde 46 °C kollapsade metanbildande mikroorganismer. Detta detekterades genom att VFA-halten accelererade till 2736 [mg/l], pH-värde sänktes från 7,1 till 6,7 och metanutbytet försämrades med ett minimalt värde på 37 %. Koldioxidhalten ökade som följd av temperaturhöjningen och pH minskningen. Alkaliniteten var relativt stabil, men minskades från 2210 [mg/l] till 1120 [mg/l]. Under processen varierade organiska belastningen (OLR) mellan 0 och 3,84 [kgVS/ m3, d] och utrötningsgraden var mellan -47,5 % och 71,2 %. FAN-halten och svavelvätekoncentrationen ökade under omställningen men nådde aldrig de toxiska haltnivåerna som rapporteras i litteraturen. Processen började stabilisera sig efter en vecka efter att temperaturen nådde 55,0 °C och omställningen var lyckad.  Käppala avloppsreningsverk genomförde en omställning på sin pilotanläggning. Omställningsstrategin var annorlunda jämfört med försöket på Hammarby Sjöstadsverkets pilotanläggning. Käppala minskade sin OLR till 1,5 [kgVS/ m3, d] innan omställningen men ökade successivt senare i försöket. Driftstopp uppstod i Käppalas omställningen. Problem som uppstod under Käppalas omställning var: enorm ökning av VFA, låg biogasproduktion och dålig biogassammansättning. På grund av detta, rekommenderas att omställa Henriksdals rötkammaren med samma strategi som försöket på Hammarby Sjöstadsverkets pilotanläggning. / In the future, the load on the Henriksdal water treatment plant will double, which means an increase serving from about 800,000 people to 1.6 million people. The hygiene requirements for sludge will also become stricter. The digestion process in Henriksdal Wastewater treatment plant is currently mesophilic (37 °C) but the plans is to convert the process to thermophilic (55 °C). This conversion was studied in detail at the Hammarby Sjöstadsverk pilot plant. Prior to the conversion, a trial with mesophilic operation took place. The results of this trial were used as a reference.  The experiment took place with a five cubic meter reactor and the temperature was gradually increased from 37 °C to 55 °C with a slightly larger increase at the beginning. The experiment took place over a period of three weeks. Parameters studied were total solids, volatile solids, volatile fatty acids, alkalinity, pH, ammonium nitrogen and gas composition (𝐶𝐻4, 𝐶𝑂2, 𝐻2𝑆).  The conversion process was relatively stable during the first three days. When the temperature reached 46 °C, methane-forming microorganisms collapsed. This was detected by the increasing VFA concentration to 2736 [mg/l], pH dropped from 7.1 to 6.7, and methane exchange deteriorated with a minimum of 37 %. The carbon dioxide content increased as a result of the increase in temperature and the decrease in pH. Process alkalinity was relatively strong during the conversion but decreased from 2210 [mg/l] to a minimum of 1120 [mg/l]. This is because of the decomposition of VFA consumes the alkalinity. During the process, the organic loading rate (OLR) varied between 0 and 3.84 [kgVS/ m3, d] and the organic destruction efficiency was between -47.5% and 71.2%. This is due to the fact that the sludge quality (TS and VS) and flows varied greatly during the conversion. The FAN concentration and hydrogen sulfide concentration increased during the conversion but never reached the toxic levels reported in the literature. The process started to stabilize one week after the temperature reached 55.0 °C and the conversion was successful.  Käppala wastewater treatment plant experimented a conversion at its pilot plant. The conversion strategy was different compared to the experiment at Hammarby Sjöstadsverket's pilot plant. Käppala reduced its OLR to 1.5 [kgVS/ m3, d] before the conversion but gradually increased it later in the experiment. Stop of feeding also occurred during the Käppala conversion. Problems encountered during the Käppala conversion were huge increase in VFA, low biogas production and poor biogas composition. Because of this, it is recommended to convert the Henriksdal digester using the same strategy as the trial at the Hammarby Sjöstadsverk pilot plant.

Avloppsslam innehåller näringsämnen, som bör återföras till naturen för att skapa ett så kallat näringskretslopp. Genom att optimera hygieniseringen av avloppsslam med effektivare behandlingsmetod kan avloppsslam bli mer lämpligt att avsättas ur ett bättre ekonomiskt- och miljömässigt perspektiv. Syftet med arbetet var att undersöka och bedöma om effektiviseringav befintlig slambehandling är möjlig för att uppnå tillräcklig hygienisering. Utifrån den effektiviserade slambehandlingsmetoden utreda möjliga avsättningsalternativ som lämpar sig bäst för avloppsslammet i Avesta kommun. En litteraturöversikt utfördes för att öka kunskapen och förståelsen av avloppsslam, desshantering och avsättning. Fallstudien är utformad med kvalitativ metod och informationen har inhämtats från vetenskapliga artiklar, myndigheter, rapporter, examensarbeten och personligkontakt som komplement för att erhålla en god förståelse. Uppgradering av mesofil rötning av avloppsslam vid 37 °C till termofil rötning, 55 °C – 65 °C innebär förhöjd temperatur; det kräver mer energi och ökade energikostnader. Komponenter av den mesofila rötningsprocessen kommer att behöva uppgraderas eller bytas ut och därför tillkommer extra kostnader som också behöver ses över. Fördelarna med termofil rötning inkluderar kortvariga uppehållstider, mindre rötkammare och slammet blir tillräckligt hygieniserat. Ett framtidsscenario är framtaget utifrån effektiviserad slambehandling där två avsättningsalternativ är mest lämpliga för avloppsslammet i Avesta kommun. Gödsel till produktiv mark är ett av de föreslagna alternativ som tillåter fosforn återvinnas och återanvändas. Om inte termofil rötning som effektivisering hade erhållit tillräcklig hygienisering borde andra komplementerande processer ha införts, exempelvis komposteringstrumma eller pastörisering. En fullständig kostnadsjämförelse mellan befintlig slambehandlingsmetod och mer effektiviserad slambehandlingsmetod är dock nästan omöjlig att utföra då alla kostnader beror på val av komponenter och faktorer. Denna fallstudie bidrar med ett underlag som kan ge större möjligheter för Avesta Vatten och Avfall AB att välja den mest lämpliga avsättningen för avloppsslammet i Avesta kommun i framtiden. / Sewage sludge contains nutrients, which should be returned to nature to create a so-called nutrient circulation. By optimizing sanitisation of sewage sludge with effective treatment methods, sewage sludge can be more appropriately disposed from a better economic- and environmental perspective. The aim of this work was to investigate and judge the efficiency of existing sludge treatment is possible to achieve a sufficent sanitation. Based on the streamlined sludge treatment method investigate the disposal options that is best suited for sewage sludge in Avesta town. A literature review was conducted to increase the knowledge and understanding of sewage sludge, its treatment and disposal. The case study is formed with qualitative method and information which has been collected from the scientific articles, authorities, reports, theses and personal contact as a complement to obtain a good understanding. Upgrading of mesophilic digestion of sludge at 37 ° C to thermophilic digestion at 55 ° C - 65 ° C means increased temperature; this requires more energy and hence increases energy costs. Components of the mesophilic digestion process need to be upgraded or replaced and therefore additional costs should also be considered. The advantages of the thermophilic digestion include short residence time, smaller digester and sludge becomes sufficiently disinfected. A future scenario is developed based on more efficient sludge treatment where two disposal options are most appropriate for the sewage sludge in Avesta town. Returning digestate to productive land is one of those suggested alternatives that allows phosphorus to be recovered and recycled. If not thermophilic digestion as streamlining is not effective enough for sufficient sludge sanitation, other complementary processes have to be introduced, for instance, composting drum or pasteurization. A full cost comparison between the existing sludge treatment and more efficient sludge treatment method is, however, almost impossible to be performed when all costs depend on the choice of components, factors and so on. This case study contributes with first-hand information that can provide greater opportunities for Avesta Vatten och Avfall AB to select the most appropriate options for sewage sludge disposal in Avesta town in the future.

Today's society is facing major challenges. In order to reduce the climate impact fossil fuels should be replaced with fuels that do not contribute to the greenhouse effect. The growing population generates organic waste originating from industry and households so called organic fraction of municipal solid waste (OFMSW). Through anaerobic digestion, waste can be utilized to produce energy-rich methane gas. In this way, waste can be a resource instead of a burden on society. The purpose of this project is to investigate the methane yield of source-sorted organic fraction of municipal solid waste (SS-OFMSW) pretreated with screw crush technology and methane yield at the co-digestion of food waste and biosludge from paper mills. SS-OFMSW which is either pre-treated in a screw crusher or a Food Waste Mill and a mixture of SS-OFMSW and biosludge from paper mills digested in a semi - continuous wet process under mesophilic conditions with a retention time of 20 days. Screw crush technique gave a slurry with a methane yield of about 440-490 mL / g VS, which was slightly higher than the yield of 300-350 mL / g VS from the slurry pretreated with Food Waste Mill. The methane concentration was slightly higher for slurry pretreated with Food Waste Mill, 74% in average compared with 68% for slurry pretreated with screw crush. Biosludge from paper mills is an organic waste that can be digested in order to produce biogas. The sludge is poor in nutrients and methane yield at individual anaerobic digestion of paper mill sludge is relatively low. In this study, biosludge was co-digested with SS-OFMSW. The mixture with the proportions 1:1 by g VS gave a methane yield of about 420-480 mL / g VS which is higher than the constituent substrates digested separately. Co-digestion gave a methane concentration at 80% which is also higher than at the individual anaerobic digestion of substrates.