Vi lever i en värld som konsumerar en allt större mängd energi. Att minska den icke förnyelsebara energianvändningen är en mycket viktig del för ett långsiktigt hållbartsamhälle. Sjöstad är ett av flera reningsverk i Sverige som rötar avloppsslam för att utvinna ett av framtidens bränslen; Biogas. Framställningen av biogas sker genom anaerob nedbrytning, en känslig process som lätt störs av yttre faktorer, som temperatursvängningar och förändringar av substratsammansättning. För att anaerob nedbrytning ska fungera optimalt krävs exakt rätt koncentrationer av näringsämnen i reaktorerna. I detta projekt har en rad olika mikronäringsämnen, som metaller, salter och vitaminer testats för att se om en tillsats av något av dessa kan öka Sjöstads biogasproduktion. Genom ett antal försök vid olika tidpunkter under våren 2013 har ett ämne, magnesiumklorid identifierats som det näringsämne som kan vara det mest begränsande för Sjöstadverket. Resultatet visade att en liten mängd magnesiumklorid, 0,05 mg/l, kan ge en ökad biogasproduktion från rötresten. Labbskaleförsöken visade även en stor produktionsökning från rötresten under våren, vilket kan tyda på att en ökad dagvattenproduktion från snösmältningen för med sig de näringsämnen som reaktorerna behöver.

During the 19-century a global warming has been observed, which includes increases in global air and ocean temperatures, widespread melting of ice and snow, and rising global sea level. There is a clear connection between emissions of greenhouse gases caused by the human and the increase in temperature. Climatic changes caused by global warming can be stopped trough decreased emission of fossil fuels, for example by an increased use of biogas. Biogas is a renewable energy source which is produced through anaerobic (oxygen free) digestion of organic material. The gas is a mixture of methane (CH4) and carbon dioxide (CO2) and can be among others used as fuel in vehicles. Greengas is biogas produced from grains. The aim with this master’s thesis was to investigate a two-stage process for digestion of a rest by product from ethanol production, called drankvatten. Laboratory experiments were carried out with two process sets, each with two continues stirred tank reactors (CSTR). The process consisted of a thermophilic (55ºC) reactor as the first step in which the substrate was added. Afterwards there was a mesophilic (38ºC) second reactor in which the material from the first reactor was further degraded to produce more gas. The results were intended to be used for an assessment of whether a two-stage process is more efficient then a single-stage process in a full-scale production facility. One of the reasons to have a thermophilic first reactor is that the material has an average temperature around 80 ºC when it arrives to the facility today. It was proved that a two-stage process with this type of substrate generated a higher gas production but the improvements weren’t big enough to motivate a reconstruction of the facility into a two-stage process. The thermophilic process was stable with a retention time of 15 days and a loading rate of 6 g VS/(l•dygn). This retention time was the shortest which was achieved during that loading rate. During earlier mesophilic experiments a higher loading rate was achieved however the used retention time was longer. On the basis of this work no conclusions could be drawn whether a thermophilic process could withstand a higher loading rate then a mesophilic one. Longer adaptation times is probably needed to reach higher loading rates. In this work it also has been studied if it’s necessary to have continues mixing in the biogas reactors. The conclusion of this experiment is that continues mixing isn’t necessary, which results in less mixing and in that way less energy costs.

<p>During the 19-century a global warming has been observed, which includes increases in global air and ocean temperatures, widespread melting of ice and snow, and rising global sea level. There is a clear connection between emissions of greenhouse gases caused by the human and the increase in temperature. Climatic changes caused by global warming can be stopped trough decreased emission of fossil fuels, for example by an increased use of biogas. Biogas is a renewable energy source which is produced through anaerobic (oxygen free) digestion of organic material. The gas is a mixture of methane (CH4) and carbon dioxide (CO2) and can be among others used as fuel in vehicles. Greengas is biogas produced from grains.</p><p>The aim with this master’s thesis was to investigate a two-stage process for digestion of a rest by product from ethanol production, called drankvatten. Laboratory experiments were carried out with two process sets, each with two continues stirred tank reactors (CSTR). The process consisted of a thermophilic (55ºC) reactor as the first step in which the substrate was added. Afterwards there was a mesophilic (38ºC) second reactor in which the material from the first reactor was further degraded to produce more gas. The results were intended to be used for an assessment of whether a two-stage process is more efficient then a single-stage process in a full-scale production facility. One of the reasons to have a thermophilic first reactor is that the material has an average temperature around 80 ºC when it arrives to the facility today.</p><p>It was proved that a two-stage process with this type of substrate generated a higher gas production but the improvements weren’t big enough to motivate a reconstruction of the facility into a two-stage process. The thermophilic process was stable with a retention time of 15 days and a loading rate of 6 g VS/(l•dygn). This retention time was the shortest which was achieved during that loading rate. During earlier mesophilic experiments a higher loading rate was achieved however the used retention time was longer. On the basis of this work no conclusions could be drawn whether a thermophilic process could withstand a higher loading rate then a mesophilic one. Longer adaptation times is probably needed to reach higher loading rates. In this work it also has been studied if it’s necessary to have continues mixing in the biogas reactors. The conclusion of this experiment is that continues mixing isn’t necessary, which results in less mixing and in that way less energy costs.</p>

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.

The present study aimed to investigate the methane yield from anaerobic digestion of a lignocellulosic substrate subjected to different pretreatments. The lignocellulosic forest residues materials were milled and then pretreated with the organic solvent NMMO (N-Methylmorpholine N-oxide) and/or the lignolytic enzymes laccase and versatile peroxidase at a dosage of 60 U g-1 total solids (TS) substrate. The amount of methane produced was studied in a biomethane potential assay with inocula from a thermophilic biogas reactor treating municipal waste. All samples were run in triplicates. Due to the large amount of samples, two biomethane potential assays were conducted: series 10 &amp; 20 and series 30 &amp; 40. The gas production results show that NMMO-treated forest residues yielded 130 NmL CH4 g-1 volatile solids (VS) substrate and the untreated forest residues yielded 95 NmL CH4 g-1 VS substrate for series 10 &amp; 20. For series 30 &amp; 40, both untreated and NMMO-treated forest residues yielded 140 NmL CH4 g-1 VS substrate. NMMO-treatment appears to be favourable and no advantages from the enzyme pretreatment could be seen in terms of gas yield. An analysis of the reaction fluid after the enzymatic treatment showed presence of phenols, an indication of successful lignin hydrolysis. / Studien avsåg att undersöka metanutbytet från anaerob nedbrytning med förbehandlad lignocellulosa som substrat. Lignocellulosamaterialet, i form av skogsavfall, maldes och förbehandlades därefter med det organiska lösningsmedlet NMMO (N-metylmorfolin-N-oxid) och/eller de lignolytiska enzymerna laccase och versatile peroxidas med dosen 60 U g-1 torrsubstanshalt (TS). Mängden producerad metan undersöktes i en biometanpotentialanalys med inocula från en termofil biogasreaktor, som behandlade hushållsavfall. Triplikat av varje prov användes för att öka den statistiska stabiliteten. På grund av det stora antalet prover genomfördes studien i två omgångar: Serie 10 &amp; 20 samt serie 30 &amp; 40. Resultaten visade att det NMMO-behandlade skogsavfallet gav 130 NmL CH4 g-1 organisk substans (VS) och det obehandlade skogsavfallet gav 95 NmL CH4 g-1 VS i serie 10 &amp; 20. Både obehandlat och NMMO- behandlat skogsavfall gav 140 NmL CH4 g-1 VS i serie 30 &amp; 40. Förbehandling med NMMO verkar vara fördelaktig medan enzymbehandling endast resulterade i en smärre ökning av gasproduktionen. En analys av vätskan efter enzymbehandlingen visade förekomst av fenoler, vilket visar på en lyckad ligninnedbrytning.

Biogas är en förnyelsebar energikälla som tillverkas genom att organiskt material som matavfall bryts ner av mikroorganismer under anaeroba (syrefria) förhållanden. Regeringen har satt upp mål för en högre matavfallsutsortering vilket leder till ökad mängd tillgängligt substrat till biogasproduktion. Matavfallet som samlas in börjar brytas ner under tiden det transporteras och lagras. Syftet med studien var att undersöka hur länge matavfall lagras, ta fram ett representativt recept på ett genomsnittligt matavfall i Sverige och utvärdera hur mycket metanpotential som försvinner från matavfall med avseende på lagringstid, insamlingssystem (papper- och plastpåse) och lagringstemperatur (22°C och 6°C) genom laboratorieförsök. Den genomsnittliga lagringstiden för matavfall från villor och flerbostadshus i undersökningen var sex dagar. Ett recept för matavfall har tagits fram med hjälp av litteratursökning och modifiering av recept i Avfall Sveriges rapport U2010:10. Laboratorieförsöken visade att skillnaden i metanpotential mellan plast och papper var tydlig vid 22°C, då metanpotentialen sjunker, men obefintlig vid 6°C. För att uppnå maximal metangasproduktion från matavfall under den varma delen av året så är plastpåsar bättre då de har en mer konserverande effekt på matavfallet än papperspåsar. Detta kan relateras till att plast är tätare än papper och därför håller inne flyktiga ämnen. / Biogas is a renewable energy source that is produced when organic materials like food waste is degraded by microorganisms under anaerobic (oxygen-free) conditions. The Swedish Government has set goals for a higher sorting of food waste, leading to increased amounts of available substrate for biogas production. Collected food waste begin to break down during the time it is transported and stored. The purpose of this study was to investigate the length of the storage, produce a representative recipe for an average food waste in Sweden and evaluate how much methane potential is lost from food waste with respect to the storage time, collection method (paper or plastic bag) and storage temperature (22°C and 6°C) through laboratory tests. The average storage time of food waste from houses and apartment buildings in the survey was six days. A recipe for food waste has been developed with the help of literature search and modification of recipes in ‘’Avfall Sverige’’ report U2010:10. Laboratory tests showed that the difference in methane potential between the plastic and paper were clear at 22°C, with decreasing methane potential, but non-existent at 6°C. To achieve maximum methane production from food waste during the warmer part of the year, plastic bags are better because they have a preservative effect on the food waste. This can be related to the fact that plastic are denser than paper and therefore holds volatile compounds better.

The Swedish pulp and paper industry is the third largest exporter of pulp and paper products worldwide. It is a highly energy-demanding and water-utilising industry, which generates large volumes of wastewater rich in organic material. These organic materials are to different extents suitable for anaerobic digestion (AD) and production of energy-rich biomethane. The implementation of an AD process within the wastewater treatment plant of a mill would increase the treatment capacity and decrease the overall energy consumption due to less aeration and lower sludge production and in addition produce biomethane. Despite the many benefits of AD it is only applied at two mills in Sweden today. The reason for the low implementation over the years may be due to problems encountered linked to the complexity and varying composition of the wastewaters. Due to changes in market demands many mills have broadened their product portfolios and turned towards more refined products. This has increased both the complexity and the variations of the wastewaters´ composition even further, as the above changes can imply an increased pulp bleaching and utilisation of more diverse raw materials within the mills. The main aim of this thesis was therefore to generate knowledge needed for an expansion of the biomethane production within the pulp and paper industry. As a first step to achieve this an evaluation of the biomethane potential and the suitability for AD of wastewaters within a range of Swedish pulp and paper mills was performed. Thus, around 70 wastewater streams from 11 different processes at eight mills were screened for their biomethane potential. In a second step, the impact of shifts in wood raw material and bleaching on the AD process and the biomethane production was investigated and further evaluated in upflow anaerobic sludge bed (UASB) reactors. The screening showed that the biomethane potential within the Swedish pulp and paper industry could be estimated to 700 GWh, which corresponds to 40% of the Swedish biomethane production during 2014. However, depending on the conditions at each specific mill the strategy for the establishment of AD needs to differ. For mills producing kraft pulp the potential is mainly found in wastewaters rich in fibres, alkaline kraft bleaching wastewaters and methanol-rich condensates. The biomethane potential within thermo-mechanical pulp- (TMP) and chemical thermo-mechanical pulp (CTMP) mills is mainly present in the total effluents after pre-sedimentation and in the bleaching effluents as these holds high concentrations of dissolved organic material. The screening further showed that the raw material used for pulp production is an important factor for the biomethane potential of a specific wastewater stream, i.e. hardwood (HW) wastewaters have higher potentials than those from softwood (SW) pulp production. This was confirmed in the lab-scale UASB reactor experiments, in which an alkaline kraft bleaching wastewater and a composite pulping and bleaching CTMP wastewater were used as substrates. AD processes were developed and maintained stable throughout shifts in wastewater composition related to changes in the wood raw materials between SW and HW for the kraft wastewater and spruce, aspen and birch for the CTMP wastewater. The lower biomethane production from SW- compared to HW wastewaters was due to a lower degradability together with a higher ratio of sulphuric compounds per TOC for the SW case. The impact of shifts between bleached and unbleached CTMP production could not be fully  evaluated in the continuous process mainly due to technical problems. However, due to the large increase in dissolved organic material when bleaching is applied, the potential biomethane production will increase during the production of bleached pulp compared to unbleached pulp. Based on the biomethane potentials obtained for one of the included CTMP mills, their yearly production of biomethane was estimated to 5-27 GWh with the lowest and the highest value corresponding to the production of unbleached spruce pulp vs. bleached birch pulp. Thus, the results of the investigations presented in this thesis show that the UASBreactor is suitable for AD of wastewaters within the pulp and paper industry. The results also show that challenges related to variations in the organic material composition of the wastewaters due to variations in wood raw materials could be managed. The outcome of the thesis work also imply that the production of more refined products, which may include the introduction of an increased number of raw materials and extended bleaching protocols, could increase the potential biomethane production, especially if the pulp production will make use of more HW. / Den svenska pappers- och massaindustrin är den tredje största exportören av massa och pappersprodukter och en viktig industriell aktör i Sverige. Det är en industri med hög energi- och vattenanvändning, som genererar stora mängder avloppsvatten rika på organiskt material. Detta organiska material kan via anaerob nedbrytning användas för att producera energirik biometan. Användandet av anaerob behandling, som ett steg i brukens vattenrening, genererar inte bara biometan utan kan också öka reningskapaciteten och minska energiförbrukning och kostnader tack vare minskat behov av luftning och minskad slamproduktion. Trots de många fördelarna med anaerob behandling är den idag bara tillämpad på två bruk i Sverige. En av orsakerna till detta kan vara processproblem som relaterats till avloppsvattnens komplexitet samt varierande sammansättning och flöden. Många pappers- och massabruk har utökat sina produktportföljer med bl a mer förfinade produkter, som en följd av en förändrad marknad. Dessa förändringar har ökat avloppsvattnens komplexitet och variation än mer, då ovan exempelvis kan medföra en ökad produktion av blekt massa samt att fler typer av träråvaror används vid ett och samma bruk. Huvudsyftet med föreliggande avhandling är att bidra med kunskap för en ökad produktion av biometan inom pappers- och massaindustrin. Som ett första steg genomfördes en övergripande utvärdering av ca 70 avloppsvattenströmmar från totalt 11 olika processer vid åtta svenska pappers- och massabruk med fokus på biometanpotential samt lämplighet för anaerob behandling. I ett andra steg utvärderades hur skiften i träråvara samt blekning påverkar biometanproduktionen samt processtabiliteten för en kontinuerlig anaerob nedbrytningsprocess i en UASBreaktor. Den initiala utvärderingen visade att den svenska pappers- och massaindustrin skulle kunna bidra med 700 GWh biometan per år, vilket motsvarar 40% av biometanproduktionen i Sverige under 2014. Beroende på utformningen av det enskilda bruket kommer strategier för implementering av anaeroba processer att se olika ut. För bruk som producerar sulfatmassa återfanns huvuddelen av biometanpotentialen i fiberrika avloppsvattenstömmar, alkaliska blekeriavlopp samt metanolrika kondensat. För bruk som producerar termomekanisk- (TMP) eller kemitermomekanisk (CTMP) massa föreligger biometanpotentialen framförallt i avloppsvatten rika på löst organiskt material såsom totalavlopp efter sedimentering och blekeriavlopp. Den initiala utvärderingen visade också att användandet av lövved ger en högre biometanpotential jämfört med barrved. Dessa resultat kunde bekräftas vid kontinuerliga experiment med anaerob nedbrytning i UASB-reaktorer, där ett alkaliskt blekeriavlopp från ett sulfatmassabruk och ett kombinerat massaproduktions- och blekeriavlopp från ett CTMP-bruk användes som substrat. Stabila anaeroba processer etablerades och bibehölls vid förändrad avloppsvattensammansättning på grund av skiften i träråvara (löv- och barrved för sulfatmassabruket samt gran, asp och björk för CTMP bruket). Den lägre produktionen av biometan för barrved jämfört med lövved kunde förklaras med en lägre nedbrytbarhet samt ett ökat svavelinnehåll i relation till mängden organiskt material. Skiften mellan avloppsvatten från blekt- och oblekt CTMP massa kunde inte utvärderas fullständigt i den kontinuerliga processen på grund av tekniska problem. Produktionen av blekt massa ökar dock mängden organiskt material i  avloppsvattnet, vilket medför att mer biometan kan produceras jämfört med då oblekt massa produceras. Baserat på biometanpotentialerna för ett av i studien ingående CTMP bruk uppskattas den årliga produktionen av biometan till 5-27 GWh, där den lägsta produktionen motsvarar oblekt granmassa och den högsta produktionen motsvarar blekt björkmassa. Sammanfattningsvis visar studien att UASB-reaktorer är lämpliga för anaerob behandling av avloppsvatten inom pappers- och massaindustrin. Vidare visar resultaten från de kontinuerliga försöken att de utmaningar som medförs av den varierande sammansättningen av avloppsvattnens organiska material knutet till träråvaran kan hanteras. Slutligen, breddade produktportföljer samt produktionen av mer förfinade produkter, vilket kan innebära en ökad massablekning och ett ökat användande av olika träråvaror, kan öka brukens potentiella biometanproduktion, särskilt om mer lövved används för massaproduktion.

A balanced supply of micronutrients, including metals such as iron (Fe), cobalt (Co), and nickel (Ni), is required for the efficient and stable production of biogas. During biogas formation, the uptake of micronutrient metals by microorganisms is controlled by a complex network of biological and chemical reactions, in which reduced sulfur (S) compounds play a central role. This thesis addresses the interrelationship between the overall chemical speciation of S, Fe, Co, and Ni in relation to the metals bio-uptake processes. Laboratory continuous stirred tank biogas reactors (CSTBR) treating S-rich grain stillage, as well as a number full-scale CSTBRs treating sewage sludge and various combinations of organic wastes, termed co-digestion, were considered. Sulfur speciation was evaluated using acid volatile sulfide (AVS) extraction and S X-ray absorption near edge structure (XANES). The chemical speciation of Fe, Co, and Ni was evaluated through the determination of aqueous metals and metal fractions pertaining to solid phases, as well as kinetic and thermodynamic analyses (chemical speciation modelling). The relative Fe to S content in biogas reactors, which in practice is regulated through the addition of Fe for the purpose of sulfide removal or prior to the anaerobic digestion of sewage sludge, is identified as a critical factor for the chemical speciation and bio-uptake of metals. In the reactors treating sewage sludge, the quantity of Fe exceeds that of S, inducing Fe(II)-dominated conditions under anaerobic conditions, while sulfide dominates in the co-digestion and laboratory reactors due to an excess of S over Fe. Under sulfide-dominated conditions, chemical speciation of the metals is regulated by hydrogen sulfide and the formation of metal sulfide precipitates, which in turn restrict the availability of metals for microorganisms. However, despite the limitations set by sulfide, aqueous concentrations of different Co and Ni species were shown to be sufficient to support metal acquisition by the microorganisms under sulfidic conditions. Comparatively, the concentrations of free metal ions and labile metal-phosphate and -carbonate complexes in aqueous phase, which directly participate in bio-uptake processes, are higher under Fe-dominated conditions. This results in an enhanced metal adsorption on cell surfaces and faster bio-uptake rates. It is therefore suggested that the chemical speciation and potential bioavailability of metals may be controlled through adjustments of the influent Fe concentration in relation to S content. The results also indicated that the pool of metal sulfides in the biogas reactors could be regarded as a source of metals for microbial activities. Thus, the recovery and utilisation of this fraction of metals may be considered as a measure with which to minimise the metal dosing concentrations to CSTBRs. / För att en effektiv och stabil biogasproduktion från organiskt avfall skall uppnås, behöver mikroorganismer i biogasreaktorer ha tillgång till näringsämnen inklusive spårmetaller såsom järn (Fe), kobolt (Co), och nickel (Ni). Mikroorganismernas upptag av spårmetaller styrs av biologiska och kemiska reaktioner som påverkar metallernas tillgänglighet, där framför allt interaktioner mellan metaller och reducerat svavel (S) spelar en viktig roll. Avhandlingen analyserar sambandet mellan kemisk speciering av S, Fe, Co, och Ni i relation till metallernas biologiska upptagsprocesser. Omrörda tankreaktorer (CSTBR) i lab.- och fullskala för produktion av biogas från spannmålsdrank, avloppsslam, och olika kombinationer av organiska avfall (samrötning) har utgjort basen för studierna. Svavelspeciering analyserades med hjälp av AVS (acid volatile sulfide) extraktion och S XANES (sulfur X-ray absorption near edge structure). Speciering av Fe, Co, och Ni utvärderades med hjälp av sekventiell extraktion, mätning av metall koncentrationer i löst och fast faser samt genom kinetiska och termodynamiska analyser (kemisk specieringsmodellering). Biogasreaktorers relativa mängder av Fe och S, identifierades som en central faktor för kemisk speciering och bio-upptag av metaller. Järn-mängden regleras bl a genom tillsats av Fe för att rena biogasen från vätesulfid eller vid diverse fällningsreaktioner i reningsverk före rötningsstegen av avloppsslam. Därför är järnhalterna högre än S-halterna i reaktorer, som behandlar avloppsslam. Detta leder till en Fe(II)-dominerande miljö. Däremot dominerade vätesulfid i de samrötnings- och laboratoriereaktorer, som ingick i studien. Under dessa förhållande styrs den kemiska metallspecieringen av sulfid och fr a genom fällning av metallsulfider, som då begränsar tillgängligheten av metaller för mikroorganismerna. Trots begränsningarna via sulfidfällningen var koncentrationen av de lösta Co och Ni formerna tillräckliga för bio-upptag av dessa metaller. Vid de Fe-dominerade förhållandena var koncentrationer av fria metalljoner och labila komplex (t.ex. med fosfat och karbonat), som direkt deltar i bio-upptagsprocesser, relativt höga, vilket medför relativt goda möjligheter för metalladsorption till cellytor och bio-upptag. Resultaten visar att den kemiska specieringen och därmed biotillgängligheten av metaller skulle kunna regleras genom justering av inflödet Fe i förhållande till S. Resultaten visade också att metallsulfider i fast fas sannolikt utnyttjas av mikroorganismer som en källa till metaller. Det innebär att en återanvändning av denna metallfraktion skulle kunna utnyttjas som en del i att minimera metalldoseringskoncentrationer.

<p>Biogas är benämningen för metangas (CH₄) som är producerad via anaerob (syrefri) rötning av biologiskt material. I Linköping finns en av Sveriges största biogasanläggningar. Anläggningen drivs av Svensk Biogas AB som ägs av Tekniska Verken i Linköping AB (publ.). I anläggningen rötas stora mängder proteinrikt substrat vilket leder till höga halter av ammoniak (NH₃) och ammonium (NH₄⁺) i rötkammaren. Ammoniak (NH₃) är toxiskt för de metanbildare som i en välmående process står för den största delen av metangasproduktionen. Höga halter av ammoniak (NH₃) och ammonium (NH₄⁺) kan inhibera dessa metanbildare vilket leder till minskad gasproduktion.</p><p>Detta examensarbete syftar främst till att genom ett kontinuerligt rötkammarexperiment utreda om zeoliter är ett lämpligt hjälpmedel för att reducera ammonium (NH₄⁺) i en anaerob process. Vid sänkta halter ammonium (NH₄⁺) är hypotesen att de mikroorganismer som är aktiva i den mest effektiva metanbildningsvägen återetableras. Arbetet syftar även till att experimentellt utreda vilka effekter zeoliter i sin helhet har på den anaeroba processen. Zeoliters effekt vid låga zeolitkoncentrationer utreds i en serie utrötningsexperiment i batch. Dessutom har en materialstudie kring zeoliternas kapacitet i olika miljöer genomförts.</p><p>Materialstudien visade att den valda zeoliten som studerades, clinoptilolite, hade en maximal katjonbytarkapacitet på ≈ 19 mg NH₄⁺/g zeolit. Vidare konstaterades att zeoliter med mindre diameter än 1 mm har avsevärt bättre kapacitet än zeoliter med större diameter. I det kontinuerliga rötkammarexperimentet konstaterades att clinoptilolite kan användas i en rötkammare för att reducera ammoniumhalten (NH₄⁺). Detta utan att några allvarliga processtörningar uppstår. Cirka 175 g zeolit/l krävdes för att reducera ammoniumhalten (NH₄⁺) från 5300 mg NH₄⁺/l till 3200 mg NH₄⁺/l. Det är inte realistisktatt använda så stora mängder zeoliter i en fullskalig anläggning. Mikrobiologiskt sett observerades ingen förändring av de metanbildarna som dominerar den effektivaste metanbildningsvägen.</p><p>Resultaten från utrötningsförsöket i batch visade att zeolittillsatser av 5 g/l respektive 10 g/l hade en klart positiv effekt på metanbildningen jämfört utan zeolittillsats. I de batcher med 1-10 g zeolit/l startade metangasproduktionen ≈ 14 dagar tidigare än batcherna med 0 g zeolit/l. 16 dagar efter att experimentet startade hade batcherna med 5-10 g zeolit/l producerat ≈ 500 ml metangas (CH₄) jämfört med serien utan zeoliter som vid samma tidpunkt producerat ≈ 75 ml metangas (CH₄). Utrötningsgraden ökade i samtliga serier med zeolittillsats jämfört med serien utan zeoliter. Tillsatsen av 5 g zeolit/l ökade den specifika metangasproduktionen med ≈ 19 % jämfört med utan zeolittillsatser. Slutsatsen är att clinoptilolite i små koncentrationer, mellan 5-10 g/l, påverkar så väl kinetiken som utrötningsgraden för den anaeroba processen på ett positivt sett. Den optimala koncentrationen av clinoptilolite i en mesofil anaerob process bör ligga mellan 5-10 g zeolit/l.</p> / <p>Methane (CH₄) is formed by anaerobic (oxygen-free) digestion of biological materials. One of Sweden's largest biogas plants is placed in Linköping. The plant is operated by Svensk Biogas AB, which is owned by Tekniska Verken i Linköping AB (publ.). In their biogas plant a large amount of protein rich material is handled. High amounts of protein leads to high levels of ammonia (NH₃) and ammonium (NH₄⁺) in the digestion chamber. High levels of ammonia (NH₃) are toxic to the most dominant methane forming microorganism. High concentrations of ammonia (NH₃) and ammonium (NH₄⁺) can inhibit these methane forming microorganisms which may lead to a reduction in gas production.</p><p>This aim with this master thesis was to reduce high ammonium levels by adding zeolites to a lab scale continuous digestion chamber. The hypothesis is that at reduced levels of ammonium (NH₄⁺) the most effective methane forming microorganism will reestablish. This thesis also aims to experimentally investigate all types of effects that zeolites may have in an anaerobic digestion process. Which effect zeolites at low concentration have in a digestion chamber will be investigated by using lab scale batch digestion chambers. In addition, a material study on the capacity of the zeolites in different environments will be investigated.</p><p>The material study showed that the selected zeolite, clinoptilolite, had a cat ion exchange capacity around 19 mg NH₄⁺/g zeolite. It was also found that the zeolites with a diameter less than 1 mm had significantly better capacity than zeolites with larger diameter. In the continuous digestion experiment it was found that clinoptilolite can be used in a digestion chamber to reduce high levels of ammonium (NH₄⁺). This without any serious disorder on the process. Around 175 g zeolite/l was needed to reduce ammonium levels (NH₄⁺) from 5300 mg NH₄⁺/l to 3200 mg NH₄⁺/l. However, it is not realistic to use such large amounts of zeolites in a full-scale digestion chamber. No changes in the culture of methane forming microorganisms were found.</p><p>The results of the batch experiment showed that concentrations of 5 g zeolite/l and 10 g zeolite/l had a positive effect on the methanogenesis compared to batches without additives. In the batches with 1-10 g zeolite/l the forming of methane began about 14 days earlier than in the batches without any zeolites. After 16 days, batches with 5-10 g zeolite/l had produced about 500 ml of methane (CH₄), compared with series without additives, which at the same time had produced about 75 ml of methane (CH₄). The methane yield increased in all series which included zeolites compared to the batches without zeolites. Addition of 5 g zeolite/l increased the specific methane production by approximately 19 % compared to no additives. The conclusion is that clinoptilolite in small concentrations; 5-10 g/l have a positive effect on as well the kinetics as on the methane yield for the anaerobic process. The best concentration of zeolites in a mesophile anaerobic digestion chamber appears to be between 5-10 g zeolite/l.</p>

<p>I detta arbete används biogasprocessen som ett exempel på hur ett samhällsrelaterat vetenskapligt område kan lyftas in i skolans naturvetenskapliga undervisning. Vi har arbetat fram en laboration om biogas och givit förslag på hur en sådan kan användas direkt i skolan naturvetenskapliga laborativa delar. Vi föreslår ett sätt att prova om elevers nyfikenhet och upptäckarglädje för naturvetenskap och teknik ökar om undervisningens innehåll och upplägg är aktuellt och samhällsrelaterat. I arbetet har vi kommit i kontakt med tre områden: Ett naturvetenskapligt forskarsamhälle, tillämpningar i samhället av ett naturvetenskapligt innehåll samt skolans naturvetenskapliga undervisning. Relationerna mellan dessa delar är med och formar skolans innehåll och läraryrkets komplexa uppdrag. Vår diskussion visar att ett kritiskt förhållningssätt är viktigt i en diskussion om alternativa upplägg av undervisning.</p>