<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.

Driftdata från More Biogas anläggning i Kalmar har sammanställts och analyserats för att föreslå förbättringar i sammansättningen av den inkommande substratmixen för att öka gasproduktionen. C/N kvoten för den inkommande substratmixen är låg då en optimal C/N kvot är mellan 20 till 30. För att få upp den totala C/N kvoten till 15 behövs 27 ton halm i månaden tillsättas och 80 ton för att få upp den till 20. Det är även bra att tillsätta halm från ströbädd eller hönsgödsel som har en hög TS-halt eftersom det finns möjlighet till en ökad VS-belastning i processen.Slakteriavfall gav en positiv effekt på gasproduktionen och efter en jämförselse av två tidsperioder gav resultatet att gasproduktionen ökade med en MWh per ton TS av tillsatt slakteriavfall.Det finns inget tecken på att processen är hämmad av de inhiberande parametrarna eftersom inte gasproduktionen minskade de månader då de inhiberande parametrarna var högre.

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.

I takt med att städerna växer ökar belastningen på de kommunala avloppsreningsverken. Käppalaförbundet förutspår att antalet anslutna personekvivalenter till Käppalaverket kommer att öka med över 160 % under de kommande tre decennierna. En ökad belastning leder till en större mängd slam som måste behandlas. Detta görs idag med stabilisering genom mesofil rötning samt efterföljande avvattning och hygienisering. Samtidigt finns ett behov av hållbara energikällor i samhället, dit avloppsreningsverken bidrar genom tillhandahålla energirik biogas som biprodukt från rötningen.  Utrötningsgraden är beroende av slammets uppehållstid i rötkammaren och uppehållstiden kommer att bli kortare i takt med att belastningen ökar. Termofil rötning har identifierats som ett möjligt alternativ till inköp av ytterligare rötkammarvolym då metoden har rapporterats ge en snabbare stabilisering och därmed ett likvärdig resultat med kortare uppehållstid. Dessutom finns indikationer för att termofil rötning kan producera en större mängd biogas per enhet organiskt material i jämförelse med mesofil rötning. För att utreda huruvida Käppalaförbundet kan åtnjuta dessa fördelar har ett termofilt rötningsförsök bedrivits i pilotskala.  Pilotanläggningen bestod av en 5 m³ rötkammare som matades semikontinuerligt med 65 mass% primärslam och 35 mass% överskottsslam. Försöket inleddes med en temperaturövergång från en mesofil ymp till termofila betingelser, följt av att processen tilläts acklimatisera. Processen drevs därefter under tre uppehållstider med en längd på 18 dygn vardera. Samtliga driftparametrar härleddes i den mån det var möjligt från fullskalig slambehandling på Käppalaverket. De experimentella resultaten jämfördes med simuleringsresultat baserade på den matematiska modellen Anaerobic Digestion Model No. 1. Temperaturövergången och acklimatiseringen utfördes med framgång. Vid referensbelastningen var utrötningsgraden 54.4 % och den specifika metanproduktionen var 0.221 Nm3 CH4/kgVS, vilket var otillräckligt för att överträffa den mesofila, fullskaliga processen. Försöket indikerade att proteiner bryts ned lättare i en termofil process. Vidare observerades avtagande processtabilitet och försämrade avvattningsegenskaper hos rötresten. / As cities grow, the load on the municipal wastewater treatment plants increases. The Käppala Association predicts that the number of population equivalents connected to the Käppala Wastewater Treatment Plant will increase by over 160 % in the coming three decades. An increased load leads to a larger amount of sludge that must be treated. This is done today with stabilization through mesophilic anaerobic digestion and subsequent dewatering and hygienization. At the same time, there is a need for sustainable energy sources in society, to which wastewater treatment plants contribute by providing energy-rich biogas as a by-product from the anaerobic digestion. The degree of digestion is dependent on the retention time of the sludge in the digester and the retention time will become shorter as the load increases. Thermophilic anaerobic digestion has been identified as a possible alternative to the investment of additional digester volume as the method has been reported to provide a faster stabilization and thus an equivalent result with a shorter retention time. In addition, there are indications that thermophilic anaerobic digestion is able to produce a larger amount of biogas per unit of organic material in comparison with mesophilic anaerobic digestion. To evaluate whether the Käppala Association can enjoy these benefits, a thermophilic anaerobic digestion experiment has been conducted on a pilot scale. The pilot plant included a 5 m³ digester which was fed semi-continuously with 65 mass% primary sludge and 35 mass% waste activated sludge. The experiment began with a temperature transition from a mesophilic inoculum to thermophilic conditions, followed by allowing the process to acclimatize. The process was operated thereafter for three retention times with a length of 18 days each. All process parameters were derived as far as possible from the full-scale sludge treatment at Käppala Wastewater Treatment Plant. The experimental results were compared with simulation results based on the mathematical model Anaerobic Digestion Model No. 1. The temperature transition and acclimatization was performed successfully. At reference load, the degree of digestion was 54.4 % and specific methane production was 0.221 Nm3 CH4/kgVS, which was not enough to overcome the mesophilic full-scale process. Indications pointed towards proteins being more easily digested in a thermophilic process. Furthermore, deteriorating process stability and dewaterability of the digestate was observed.

Municipal wastewater treatment plants (WWTP) are important infrastructural components in a society and also important for sustainability. In a WWTP the most common treatment configuration is mechanical, biological, and chemical treatment of the wastewater. The treatments reduce nutrients and organic matter before the water is transferred to the recipient. During wastewater treatment, sludge is produced and then stabilized in an anaerobic digestion (AD) process.  The Käppala Association operates the third largest WWTP in Sweden. In the future the Käppala plant is expecting an increased number of connected households and also stricter sludge hygienization regulations. This implies that current strategies for the WWTP have to be developed. One idea has been to use a thermophilic AD process instead of mesophilic AD.Thermophilic AD has previously been shown to have higher capacities, lower hydraulic retention times (HRT) and increased pathogenic destruction compared to their mesophilic counterpart. A common negative aspect for a thermophilic process has been process instability.  In this study a 5 m3 pilot plant rented from Research Institutes of Sweden (RISE) was used to evaluate maximal organic loading rate (OLR) for a stable thermophilic AD process using mixed sludge as substrate. Four HRT were chosen, and each HRT was maintained for 3 retention times. Laboratory analyzes of the raw and digested sludge and on-line monitoring were performed regularly to collect information about process stability and efficiency. The pilot plant was controlled through a surveillance system where operating parameters were introduced. The main objectives of this study were to investigate how an increase of OLR affected pH, alkalinity, and volatile fatty acid (VFA) content and also how the alkalinity and VFA affected the process stability. Gas composition, gas production, degree of digestion (DD) and foaming were also investigated throughout this study. Results showed that VFA initially increased, and alkalinity decreased when every OLR increase occurred. The VFA and alkalinity returned to lower values after the process was given time to recover during constant OLR. The OLR increase caused slight variations in process pH but not enough for process failure. Increased OLR did not seem to have a large impact on the DD since it seemed to remain between 40-50% throughout the entire study. Composition monitoring showed an increased hydrogen sulfide content in the gas as a consequence of increased OLR. An OLR increase also lead to a volumetric gas production (VGP) and volumetric methane production (VMP) increase while efficiency of the AD process was seen to decrease when evaluating specific gas production (SGP) and specific methane production (SMP). The conclusion of the study was that a stable thermophilic AD process using mixed sludge as substrate could be operated with an OLR of 6.55 ± 0.06 kg VS m-3d-1and a HRT of 7 days. Maximal OLR for a stable thermophilic AD process was never achieved due to the process remaining relatively stable the entire experimental period. The process recovered from signs of instability during all HRT-transition times indicating it can maintain all investigated OLR. / Kommunala avloppsreningsverk är en viktig infrastruktur i ett samhälle och även viktigt för hållbarheten. I ett avloppsreningsverk renas spillvatten genom mekaniska, biologiska och kemiska behandlingar processteg. Behandlingarna minskar näringsämnen och organiskt material innan vattnet rinner ut i recipienten. Vid rening av avloppsvatten erhålls slam. Slammet kan användas som substrat för en anaerobisk nedbrytningsprocess. Käppalaförbundet driver det tredje största reningsverket i Sverige. I framtiden förväntas antal anslutna hushåll till reningsverket att öka samt strängare slamhanteringskrav appliceras. Detta innebär att nuvarande slamstrategi måste utvecklas. En idé är att tillämpa en termofilrötnings process. En termofil rötningsprocess har visat sig ha högre kapacitet, lägre uppehållstider och ökad patogen reduktion i jämförelse med en mesofil rötning. En nackdel med termofil rötning är den försämrade processtabiliteten.  I denna studie har en 5 m3 pilotanläggning inhyrd från RISE använts för att utvärdera den maximala organiska belastningen för en stabil termofil rötningsprocess med blandslam som substrat. Fyra uppehållstider valdes och varje uppehållstid hölls tre gånger. Regelbundna analyser av rå och rötslam utfördes för att erhålla information om process stabilitet och effektivitet. Pilotanläggningen styrdes genom ett människa-maskingränssnitt där driftparametrar matades in. Huvudmålen för studien var att se hur en ökning av organisk belastning påverkade pH, alkaliniteten och halt av flyktiga fettsyror samt att undersöka alkalinitetens och halten av flyktiga fettsyrors påverkan på processtabiliteten. Påverkan av en ökad organisk belastning på gas sammansättning, gasproduktion, rötningsgrad har även undersökts. Resultaten visade att flyktiga fettsyror initialt ökade och alkaliniteten minskade vid en belastnings ökning. Flyktiga syror och alkalinitet återgick till mer stabila värden efter processen fick återhämta sig vid en konstant belastning. Belastningsökningen orsakade små variationer i pH värdet men inte tillräckligt för att orsaka processkollaps. En ökad belastning verkade inte ha någon större påverkan på rötningsgraden då den låg runt 40–50% hela rötningsperioden. Skumutvecklingen visade sig inte heller vara ett problem. Resultaten visade även att väte sulfid ökade i gasen när en belastningsökning gjordes. Den volymetriska gas och metan produktionen ökade vid en ökad OLR medan specifika gas och metan produktionen minskade. Slutsatsen var att en stabil termofil rötningsprocess av blandslam kan drivas med en organisk belastning på 6.55 ± 0.06 kg VS m-3d-1 och en uppehållstid på 7 dagar. Maximal belastning för stabil termofil rötningsprocess uppnåddes dock ej då processen förblev relativt stabil under alla undersökta uppehållstider. Processen återhämtade sig även efter tecken på instabilitet vilket indikerar att AD processen kan behålla stabilitet vid de undersökta belastningar.