<p>Biogas är benämningen för metangas (CH<sub>4</sub>) 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 (NH<sub>3</sub>) och ammonium (NH<sub>4</sub><sup>+</sup>) i rötkammaren. Ammoniak (NH<sub>3</sub>) är toxiskt för de metanbildare som i en välmående process står för den största delen av metangasproduktionen. Höga halter av ammoniak (NH<sub>3</sub>) och ammonium (NH<sub>4</sub><sup>+</sup>) 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 (NH<sub>4</sub><sup>+</sup>) i en anaerob process. Vid sänkta halter ammonium (NH<sub>4</sub><sup>+</sup>) 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 NH<sub>4</sub><sup>+</sup>/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 (NH<sub>4</sub><sup>+</sup>). Detta utan att några allvarliga processtörningar uppstår. Cirka 175 g zeolit/l krävdes för att reducera ammoniumhalten (NH<sub>4</sub><sup>+</sup>) från 5300 mg NH<sub>4</sub><sup>+</sup>/l till 3200 mg NH<sub>4</sub><sup>+</sup>/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 (CH<sub>4</sub>) jämfört med serien utan zeoliter som vid samma tidpunkt producerat ≈ 75 ml metangas (CH<sub>4</sub>). 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 (CH<sub>4</sub>) 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 (NH<sub>3</sub>) and ammonium (NH<sub>4</sub><sup>+</sup>) in the digestion chamber. High levels of ammonia (NH<sub>3</sub>) are toxic to the most dominant methane forming microorganism. High concentrations of ammonia (NH<sub>3</sub>) and ammonium (NH<sub>4</sub><sup>+</sup>) 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 (NH<sub>4</sub><sup>+</sup>) 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 NH<sub>4</sub><sup>+</sup>/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 (NH<sub>4</sub><sup>+</sup>). This without any serious disorder on the process. Around 175 g zeolite/l was needed to reduce ammonium levels (NH<sub>4</sub><sup>+</sup>) from 5300 mg NH<sub>4</sub><sup>+</sup>/l to 3200 mg NH<sub>4</sub><sup>+</sup>/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 (CH<sub>4</sub>), compared with series without additives, which at the same time had produced about 75 ml of methane (CH<sub>4</sub>). 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>
| Identifer | oai:union.ndltd.org:UPSALLA/oai:DiVA.org:liu-16761 |
| Date | January 2009 |
| Creators | Nordell, Erik |
| Publisher | Linköping University, Biotechnology |
| Source Sets | DiVA Archive at Upsalla University |
| Language | Swedish |
| Detected Language | English |
| Type | Student thesis, text |
Page generated in 0.0023 seconds