FI126559B - Menetelmä biokaasuprosessin tehostamiseksi - Google Patents

Menetelmä biokaasuprosessin tehostamiseksi Download PDF

Info

Publication number
FI126559B
FI126559B FI20150361A FI20150361A FI126559B FI 126559 B FI126559 B FI 126559B FI 20150361 A FI20150361 A FI 20150361A FI 20150361 A FI20150361 A FI 20150361A FI 126559 B FI126559 B FI 126559B
Authority
FI
Finland
Prior art keywords
biogas
digestion
granules
recycled
binder
Prior art date
Application number
FI20150361A
Other languages
English (en)
Swedish (sv)
Other versions
FI20150361A (fi
Inventor
Esko Torkkeli
Original Assignee
Etor Oy
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Etor Oy filed Critical Etor Oy
Priority to FI20150361A priority Critical patent/FI126559B/fi
Priority to EP16396003.2A priority patent/EP3181523A1/en
Application granted granted Critical
Publication of FI20150361A publication Critical patent/FI20150361A/fi
Publication of FI126559B publication Critical patent/FI126559B/fi

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12P—FERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
    • C12P5/00—Preparation of hydrocarbons or halogenated hydrocarbons
    • C12P5/02—Preparation of hydrocarbons or halogenated hydrocarbons acyclic
    • C12P5/023—Methane
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F11/00—Treatment of sludge; Devices therefor
    • C02F11/02—Biological treatment
    • C02F11/04—Anaerobic treatment; Production of methane by such processes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F11/00—Treatment of sludge; Devices therefor
    • C02F11/12—Treatment of sludge; Devices therefor by de-watering, drying or thickening
    • C02F11/13—Treatment of sludge; Devices therefor by de-watering, drying or thickening by heating
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F11/00—Treatment of sludge; Devices therefor
    • C02F11/12—Treatment of sludge; Devices therefor by de-watering, drying or thickening
    • C02F11/14—Treatment of sludge; Devices therefor by de-watering, drying or thickening with addition of chemical agents
    • C02F11/147—Treatment of sludge; Devices therefor by de-watering, drying or thickening with addition of chemical agents using organic substances
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C05—FERTILISERS; MANUFACTURE THEREOF
    • C05F—ORGANIC FERTILISERS NOT COVERED BY SUBCLASSES C05B, C05C, e.g. FERTILISERS FROM WASTE OR REFUSE
    • C05F17/00—Preparation of fertilisers characterised by biological or biochemical treatment steps, e.g. composting or fermentation
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C05—FERTILISERS; MANUFACTURE THEREOF
    • C05F—ORGANIC FERTILISERS NOT COVERED BY SUBCLASSES C05B, C05C, e.g. FERTILISERS FROM WASTE OR REFUSE
    • C05F17/00—Preparation of fertilisers characterised by biological or biochemical treatment steps, e.g. composting or fermentation
    • C05F17/50—Treatments combining two or more different biological or biochemical treatments, e.g. anaerobic and aerobic treatment or vermicomposting and aerobic treatment
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C05—FERTILISERS; MANUFACTURE THEREOF
    • C05F—ORGANIC FERTILISERS NOT COVERED BY SUBCLASSES C05B, C05C, e.g. FERTILISERS FROM WASTE OR REFUSE
    • C05F17/00—Preparation of fertilisers characterised by biological or biochemical treatment steps, e.g. composting or fermentation
    • C05F17/60—Heating or cooling during the treatment
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C05—FERTILISERS; MANUFACTURE THEREOF
    • C05F—ORGANIC FERTILISERS NOT COVERED BY SUBCLASSES C05B, C05C, e.g. FERTILISERS FROM WASTE OR REFUSE
    • C05F3/00—Fertilisers from human or animal excrements, e.g. manure
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C05—FERTILISERS; MANUFACTURE THEREOF
    • C05F—ORGANIC FERTILISERS NOT COVERED BY SUBCLASSES C05B, C05C, e.g. FERTILISERS FROM WASTE OR REFUSE
    • C05F5/00—Fertilisers from distillery wastes, molasses, vinasses, sugar plant or similar wastes or residues, e.g. from waste originating from industrial processing of raw material of agricultural origin or derived products thereof
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C05—FERTILISERS; MANUFACTURE THEREOF
    • C05F—ORGANIC FERTILISERS NOT COVERED BY SUBCLASSES C05B, C05C, e.g. FERTILISERS FROM WASTE OR REFUSE
    • C05F7/00—Fertilisers from waste water, sewage sludge, sea slime, ooze or similar masses
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M1/00—Apparatus for enzymology or microbiology
    • C12M1/107—Apparatus for enzymology or microbiology with means for collecting fermentation gases, e.g. methane
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M21/00—Bioreactors or fermenters specially adapted for specific uses
    • C12M21/04—Bioreactors or fermenters specially adapted for specific uses for producing gas, e.g. biogas
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M47/00—Means for after-treatment of the produced biomass or of the fermentation or metabolic products, e.g. storage of biomass
    • C12M47/14—Drying
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A40/00—Adaptation technologies in agriculture, forestry, livestock or agroalimentary production
    • Y02A40/10—Adaptation technologies in agriculture, forestry, livestock or agroalimentary production in agriculture
    • Y02A40/20—Fertilizers of biological origin, e.g. guano or fertilizers made from animal corpses
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E50/00—Technologies for the production of fuel of non-fossil origin
    • Y02E50/30—Fuel from waste, e.g. synthetic alcohol or diesel
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/141—Feedstock
    • Y02P20/145—Feedstock the feedstock being materials of biological origin
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
    • Y02W30/00—Technologies for solid waste management
    • Y02W30/40—Bio-organic fraction processing; Production of fertilisers from the organic fraction of waste or refuse

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Water Supply & Treatment (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Hydrology & Water Resources (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • Zoology (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Genetics & Genomics (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Botany (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Processing Of Solid Wastes (AREA)
  • Fertilizers (AREA)
  • Treatment Of Sludge (AREA)

Description

MENETELMÄ BIOKAASUPROSESSIN TEHOSTAMISEKSI FÖRFARANDE FÖR ATT EFFEKTIVERA BIOGASPROCESS
KEKSINNÖN ALA
Keksintö liittyy menetelmään biokaasuprosessin tehostamiseksi ja erityisesti menetelmään biokaasuprosessin tehostamiseksi käsittelemällä ja hyödyntämällä prosessissa syntyvää mädätysjäännöstä.
KEKSINNÖN TAUSTA
Keksintö liittyy menetelmään biokaasureaktorien eli mädättämöiden kaasuntuotannon tehostamiseksi. Biokaasua voidaan tuottaa monista biohajoavista materiaaleista, joista tärkeimpiä ovat puhdistamo- tai saostuskaivolietteet, biojätteet, maatalouden lietteet, peltojen ja metsien biomassat sekä elintarviketeollisuuden ja myös puunjalostusteollisuuden jätteet.
Nykyisinkin ehkä yleisimmin käytetty biokaasuprosessi on yksivaiheinen jatkuvatoiminen mesofiilinen (35 - 38 °C) tai termofiilinen (50 - 60 °C) märkäprosessi. Esimerkiksi puhdistamolietettä mädätettäessä käytetään myös kaksivaiheista prosessia, johon kuuluu lyhytkestoisempi termofiilinen vaihe ja sitten toisessa reaktorissa pidempään kestävä mesofiilinen vaihe. Märkäprosesseissa materiaalin kuiva-ainepitoisuus on useimmiten alueella 2 -10 % ja enintään luokkaa 15 %. Siten sekä materiaalia, josta kaasua tuotetaan, että kiintoainetta, jota biokaasua tuottavat mikrobit voivat käyttää kasvualustanaan biofilmin muodostamisessa, on tavanomaisessa mädätysprosessissa suhteellisen vähän. Siksi kaasuntuotanto jää usein matalalle tasolle, eivätkä mädättämöt ole taloudellisesti kovin tehokkaita tuotantoyksiköitä. Lisäksi on otettava huomioon, että biokaasua tuottavat mikrobit eivät tutkimusten mukaan pysty hyödyntämään lähimainkaan täydellisesti reaktoriin syötetyn materiaalin orgaanista ainesta, vaan reaktorista poistetun mädätysjäännöksen kuiva-aineessa sitä on edelleen 30 -50 %.
Reaktoreita ajetaan alhaisilla kuiva-ainepitoisuuksilla myös siksi, että kuiva-ainepitoisuuden nostaminen on ongelmallista. Mädätyssäiliössä on esimerkiksi ylläpidettävä kiintoaineen mahdollisimman hyvää sekoittumista veteen, jotta kiintoainetta kasvualustanaan käyttävät mädätysmikrobikannat säilyvät ja vaikuttavat säiliön koko tilavuudessa. Käytännössä esimerkiksi Suomessa käytössä olevissa isommissa märkäprosesseissa kuiva-ainepitoisuus on alueella 2-6%. Kuiva-ainepitoisuuden nostaminen vaikeuttaa sekoittamista ja lisää siihen tarvittavan energian määrää. Siksi olisi erittäin toivottavaa, että kuiva-ainepitoisuutta kyettäisiin mädätysreaktoreissa nostamaan ja kasvualustoja mädätysmikrobeille lisäämään sillä tavoin, että samalla vältetään edellä todetut kuiva-ainepitoisuuden nostamisesta aiheutuvat ongelmat ja haitat.
On kehitetty myös niin kutsuttuja kuivamädättämöitä, joissa pääasiassa neste kiertää ja liuottaa raaka-aineesta lähinnä hiilipitoiset materiaalit. Hiilipitoinen neste on biokaasun varsinainen lähde, ja kiintoaine toimii mädätysmikrobien kasvualustana. Kuivamädättämöitä on nykyisin myös kaksivaiheisina, jolloin ensimmäinen vaihe on liuotusvaihe ja toisessa vaiheessa säädetään pH:ta, jotta kaikki hiililähteet saadaan paremmin hyödynnetyksi kaasun-tuotannossa.
Esimerkiksi suurten puhdistamoiden yhteydessä toimivat biokaasulaitokset, joissa pääasiallinen syötemateriaali on puhdistamoliete, tuottavat erittäin suuria määriä mädätysj äännöstä. Se on hyödynnettävissä lähinnä maanparannus-ja lannoitekäytössä. Jos se jälkikäsi-tellään kompostoimalla, niin tarvitaan seosaineeksi suuret määrät turvetta ja pitkäkestoinen kompostointiprosessi. Lopputuotteena saatavan kompostimullan markkinat ovat suurten asutuskeskusten ympärisössä useimmiten huonot, ja tällaisessa jälkikäsittelyssä kustannukset ovat yleensä selvästi tuottoja suuremmat.
Puhdistamolietteen biokaasutuksesta syntyvän mädätysjäännöksen käyttö sellaisenaan lannoitteena on jossain määrin sallittua mutta myös monin säännöksin rajoitettua. Mädätys-jäännös sellaisenaan on kuitenkin sekä lannoitteen levittämisen, varastoinnin ja ominaisuuksien suhteen epäedullinen vaihtoehto verrattuna moniin muihin lannoitetuotteisiin.
Termisesti kuivaamalla ja rakeistamalla mädätysjäännöksestä voidaan valmistaa mark-kinointikelpoisia lanneitetuotteita, ja samalla on mahdollista parantaa tuotteen ominaisuuksia erilaisin lisäainein ja käsittelyin. Tällainen jälkikäsittely on kuitenkin kallis vaihtoehtoja ongelmaksi jää edelleen myös rejektivesien käsittely. Siksi tämän käsittelyvaihtoehdon käyttö on esimerkiksi Suomessa ollut lähinnä koeluonteista. FI-patenttihakemuksessa 19992178 esitetään menetelmä lähinnä turpeen mutta myös muun biomassan hiiltämiseksi ja samalla tuodaan esiin mahdollisuuksia hyödyntää menetelmää biokaasun tuotannossa. Menetelmässä turve tai muu biomassa prosessoidaan paloiksi, jotka kompostoidaan pitäen siinä yllä voimakasta termofiilistä mikrobitoimintaa palojen hiiltämiseksi. Lämpötila nostetaan kompostoinnissa alueelle 54 - 62 °C. Saatua hiil-lettyä biomassaa voidaan lisätä sellaisenaan tai murskattuna biokaasua tuottavaan mädätys-prosessiin siinä hyödynnettävän raaka-aineen ja kaasun tuotannon lisäämiseksi. Esitetään myös vaihtoehto, jossa mädätysprosessissa jäävä liete kierrätetään sekoitettavaksi kompostoitavaan biomassaan.
Tunnetaan myös monia muita ratkaisuja, joissa anaerobiseen mädätysprosessiin yhdistetään aerobinen prosessi joko pelkästään osana mädätysjäännöksen jälkikäsittelyä tai liitettynä monipuolisempaan käsittelyprosessiin, jossa biomassaa kierrätetään ainakin jossain määrin aerobisen käsittelyn kautta takaisin mädätysprosessiin.
Julkaisussa US 2015210577 AI esitetään jätevesilietteen mädätysprosessi, jossa mädä-tysjäännöstä kierrätetään eräänlaisen pakotetun aerobisen käsittelyn kautta, jossa se lämmitetään tuotetun kaasun avulla suositeltavasti 60 - 70 °C:n lämpötilaan ja syötetään samalla voimakkaasti happea käsittelyreaktoriin. Menetelmällä saadaan vähennetyksi prosessin lopulta tuottaman käsittelyjäännöksen määrää.
Julkaisussa GB 2451519 A esitetään erityisesti selluloosaa ja valkuaisaineita sisältävien jätemateriaalien käsittelyratkaisu, johon kuuluvat ensiksi anaerobinen ja sitten aerobinen käsittelyvaihe. Ennen aerobista käsittelyä käsiteltävään materiaaliin lisätään valkuaispitoista biomassaa ja erityistä tähän tarkoitukseen kehitettyä biokiihdytinmateriaalia, joka sisältää muunmuassa orgaanisia sokerilähteitä, aminohappoja ja epäorgaanisia suoloja. Menetelmä voi käsittää myös jonkin verran kierrätystä eri vaiheissa.
Julkaisussa US 7211429 B1 esitetään ratkaisuja, joissa esimerkiksi biologisia jätemate-riaaleja käsitellään samoissa säiliöissä sekä aerobisesti että anaerobisesti. Käsittelyssä voi olla ensiksi aerobinen jakso, jonka jälkeen olosuhteet säiliössä muutetaan anaerobiseen käsittelyyn sopiviksi. Toisaalta mädätysjäännöstä voidaan käsitellä esimerkiksi kuivaamalla ja muuten halutulla tavalla edelleen samoissa säiliöissä niin, että voidaan toteuttaa sillä tavoin aerobinen jälkikäsittely.
Edellä siteeratuissa julkaisuissa esitetyt menetelmät eivät mitä ilmeisimmin ole riittävän yksinkertaisia, yleisesti soveltamiskelpoisia ja kustannustehokkaita, koska niitä ei ainakaan laajemmassa mitassa ole otettu käyttöön. Näyttääkin siltä, että edelleen olisi tarvetta ratkaisulle, jolla mädätysjäännöksen syntymistä kyettäisiin olennaisesti vähentämään ja sen orgaaninen aines hyödyntämään itse bio-kaasuprosessissa huomattavasti nykyistä paremmin ja joka olisi myös riittävän yksinkertainen, edullinen toteuttaa ja biotaloudeden kehitystarpeita hyvin palveleva. YHTEENVETO KEKSINNÖSTÄ
Keksinnön tarkoituksena on esittää ratkaisu, jolla mädätysprosessin tehokkuutta pystytään olennaisesti parantamaan ja toisaalta mädätysj äännöksen määrää olennaisesti vähentämään ja sen ominaisuuksia hyötykäyttöä ajatellen parantamaan. Näiden tarkoitusten saavuttamiseksi menetelmälle biokaasuprosessin tehostamiseksi käsittelemällä ja hyödyntämällä prosessissa syntyvää mädätysjäännöstä on tunnusomaista, että: mädätysjäännöstä kuivataan mekaanisesti ja siihen sekoitetaan tarpeen mukaan sideainetta, kuten kuivattua biomassaraetta tai -mursketta, biologisen kuivauksen käynnistämiseksi seoksessa ja sen lämpötilan nostamiseksi ohjeellisesti lämpötila-alueelle 40 - 50 °C, seos syötetään hapellista rakeistusta ja hiiltoa varten rumpuun tai vastaavaan laitteistoon, jossa seoksen lämpötila nostetaan termofiilisen alueen mikrobitoimintaa hyödyntäen lämpötila-alueelle 60 - 80 °C tuotettavien rakeiden kuiva-ainepitoisuuden nostamiseksi 60 - 80 %:iin, ja vähintään 50 % tuotetuista rakeista kierrätetään takaisin sekoitettavaksi sideaineeksi mädätysjäännökseen ja / tai syötteeksi biokaasuprosessiin.
Tuotetuista rakeista kierrätetään edullisesti 70-100 % takaisin sekoitettavaksi sideaineeksi mädätysjäännökseen ja / tai syötteeksi biokaasuprosessiin.
Osa tuotetuista rakeista voidaan poistaa takaisinkierrätyksestä hyödynnettäväksi maan-parannus- tai lannoitekäytössä tai enegiantuotannossa.
PIIRUSTUSTEN LYHYT KUVAUS
Keksintöä ja sen eräitä suoritusmuotoja selitetään seuraavassa yksityiskohtaisemmin viitaten kuvioon 1, joka esittää esimerkin keksinnön mukaisen menetelmän käytöstä biokaa-suprosessin yhteydessä.
KEKSINNÖN YKSITYISKOHTAINEN KUVAUS
Keksinnön mukaisessa ratkaisussa on olennaista, että edelleen runsaasti orgaanista ainesta sisältävää mädätysjäännöstä käsitellään ja kierrätetään siten, että orgaaninen aines saadaan hyödynnetyksi biokaasuprosessissa mahdollisimman hyvin ja samalla prosessista lopulta jäävän mädätysjäännöksen määrä saadaan vähennetyksi murto-osaan siitä, mikä se olisi ilman keksinnön mukaista ratkaisua.
Biokaasuprosessi voi olla edellä keksinnön taustaa selittävässä osassa esitetyllä tavalla märkä- tai kuivamädätysprosessi ja käsittää yhden tai useampia mädätysreaktoreita.
Kuviossa 1 otetaan käsiteltäväksi biokaasuprosessista 1 tuotantosyklin jälkeen poistettu mädätysj äännös 2A, jonka kuiva-ainepitoisuus märkäprosesseissa on yleensä alle 10 %. Mädätysj äännös on hiiliköyhää, kuitupitoista massaa. Vaiheessa 3 se kuivataan mekaanisesti esimerkiksi puristamalla tai linkoamalla 20 - 30 %:n kuiva-ainepitoisuuteen. Kuivattu mädätysjäännös 2B viedään edelleen sekoitusvaiheeseen 4, jossa siihen sekoitetaan sideainetta 16, josta ainakin huomattava osa on nuolen 13 osoittamalla tavalla edullisesti tässä käsittelyprosessissa tuotettua aerobisesti hiillettyä pientä raetta tai mursketta. Varsinkin aluksi ja myöhemmin tarpeen mukaan sideaineeksi syötetään myös prosessin ulkopuolelta tuotua kuivattua biomassaa, kuten kuivattua hienojakoista jyrsinturvetta tai hienojakoiseksi murskattua palaturvetta. Käytännön toteutuksessa kuivattu mädätysjäännös 2B johdetaan esimerkiksi ruuvi- tai hihnakuljettimella massasekoittimeen, johon vastaavalla tavalla syötetään myös sideaineet. Mädätysjäännös ja sideaineet sekoitetaan keskenään huolellisesti ja sekoitusta valvotaan ja ohjataan niin, että seoksen kuiva-ainepitoisuus saadaan alueelle 40 - 45 %.
Seos kasataan nuolen 5 osoittamalla tavalla välivarastoon 6, jossa käynnistyy aerobisen mikrobitoiminnan ylläpitämä biologinen kuivumisprosessi, jota ohjataan niin, että lämpötila nousee suhteellisen nopeasti alueelle 45 - 50 °C. Mikrobitoiminnan nopea käynnistäminen on mahdollista, koska seokseen on saatu mädätysjäännöksestä tarvittavat ravinteet, lähinnä nestemäinen typpi, ja toisaalta kierrätetystä tai ulkopuolelta tuodusta sideaineesta tarvittavat hiiliyhdisteet. Välivarastoinnissa noin 50 °C:n lämpötilan saavuttanut massa syötetään nuolen 7 osoittamalla tavalla rakeistus- ja hiiltorumpuun 8, jossa lämpötila nostetaan termofiiliselle alueelle 60 - 80 °C:een ja pidetään ilman kiertoa, nuolen 9 osoittamaa ilman syöttöä ja nuolen 10 osoittamaa kostean ilman poistoa, säätelemällä tällä alueella. Rakeistava kuivaus ja hiilto rummussa voi kestää esimerkiksi 2 tuntia. Kierrosta poistuvan materiaalin hyödyntämismahdollisuuksien kannalta on olennaista, että koko massan lämpötila pidetään vähintään 1 tunnin ajan yli 70 °C:ssa, jolloin materiaali hygienisoituu ja täyttää myös hygienisoinnille asetetut vaatimukset. Käytännön toteutus voi olla esimerkiksi sellainen, että rumpu, jonka päät ovat suljettavissa, täytetään seoksella aluksi jotakuinkin puolilleen. Rumpua aletaan pyörittää nopeudella, joka voi olla esimerkiksi 1,5-2 kierrosta minuutissa. Ennen pyörityksen aloittamista rumpu suljetaan ja siihen puhalletaan ilmaa niin, että rumpuun saadaan lievä ylipaine, jolloin ilma tunkeutuu paremmin massan sisälle. Lämpötila saadaa nousemaan nopeasti 60 - 80 °C:een, jossa sitä pidetään edellä todetulla tavalla edullisesti automaattisen säädön avulla. Tällä aerobisella termofiilisen alueen mikrobitoiminnan ylläpitämällä käsittelyllä saadaan aikaan orgaanisen aineksen hajoamista, jota tässä hakemuksessa kutsutaan myös hapelliseksi tai aerobiseksi hiiltämiseksi.
Rummusta purettavien rakeiden 11 kuiva-ainepitoisuus on noin 60 %, ja kun niiden annetaan sen jälkeen kuivua edelleen vaiheessa 12 esimerkiksi 3-4 tuntia, saadaan kuiva-ainepitoisuus nostetuksi 70 - 80 %:iin. Jos rakeet ovat liian suuria, esimerkiksi kooltaan yli 4 mm, ne voidaan murskata esimerkiksi ruuvimurskaimella tai elintarviketeollisuudessa käytetyllä hienomurskaimella noin 2 mm:n raekokoon.
Kuivattuja ja hiillettyjä rakeita tai mursketta, joissa orgaaninen aines on tässä käsittelyssä saatu suurelta osin hajotetuksi liukoiseksi orgaaniseksi hiileksi ja mikrobeille hyödynnettävissä olevaan muotoon, kierrätetään nuolten 13 ja 14 osoittamalla tavalla sekä sideaineeksi tähän mädätysj äännöksen kuivaus- ja hiiltoprosessiin että syötteeksi biokaasuproses-siin. Esimerkiksi 20 - 40 % rakeista tai murskeesta voidaan kierrättää sideaineeksi vaihee- seen 4, jossa tämä hapellisesti hiilletty materiaali on olennaisena tekijänä nostamassa seoksen lämpötilaa välivarastointikasassa.
Loput rakeista tai murskeesta, esimerkiksi 60 - 80 %, voidaan syöttää takaisin biokaa-suprosessiin 1 kiintoaineeksi, mikrobien ravinnoksi, kasvualustaksi ja hiililähteeksi sekä kaasuntuotannon raaka-aineeksi. Keksinnön mukaisella ratkaisulla kuiva-aineen osuus esimerkiksi biokaasulaitoksen märkäprosessissa voidaan nostaa jopa 20 - 30 %:iin. Biokaasun tuotantoa prosessissa voidaan lisätä aivan olennaisesti, ja joissakin tapauksissa jopa moninkertaistaa tuotanto.
Kim rakeiden kuiva-ainepitoisuus on luokkaa 60 - 80 %, niin niillä on lievä hydrofo-bisuusominaisuus, joka pitää ne aluksi koossa ja aiheuttaa juoksevassa materiaalissa olevan hydrofiilisen kiintoaineen kerrostumista niiden pintaan, johon mädätysmikrobit alkavat muodostaa biofilmiä. Mikrobit siis hyödyntävät rakeiden hiiltä ja ravinteita toisaalta biofilmin kasvattamisessa ja toisaalta biokaasun tuottamisessa. Kun rakeet pysyvät aluksi koossa, niin niitä voidaan lisätä reaktoriin merkittäviä määriä, ilman että materiaalin juoksevuus ja sekoittuvuus häiriintyvät liiaksi. Kun ne prosessissa vähitellen hajoavat, niin niiden hyödynnettävissä oleva orgaaninen aines on jo käytetty hyväksi, ja jäljellä olevan kiintoaineen voi antaa saostua reaktorin pohjalle poistettavaksi osana kertyvää mädätysjäännöstä. Keksinnön mukaisen ratkaisun tarkoitus: lisätä olennaisesti mädätysmikrobien määrääjä parantaa niiden toimintaedellytyksiä sekä lisätä merkittävästi biokaasuprosessissa hyödynnettävän kuiva-aineen määrää, on silloin saavutettu.
Osa rakeista voidaan myös tarpeen mukaan poistaa kierrosta nuolen 15 osoittamalla tavalla. Tämä voi olla tarpeen esimerkiksi siksi, että orgaanisen aineksen määrä seoksessa vähenee liiaksi, jolloin sitä saadaan nostetuksi lisäämällä ulkopuolisen sideaineen osuutta. Kuten edellä todettiin, tässä mielessä on erittäin edullista, että rakeet saadaan kuivaus- ja hiiltoprosessissa samalla hygienisoiduiksi. Esimerkiksi prosessista poistetut noin 4 mm:n rakeet ovat sinänsä valmista hiili-fosforilannoitetta etenkin puhdistamolietteen ollessa bio-kaasuprosessin ensisijainen raaka-aine. Fosfori on jo sinänsä kiintoainesidonnainen ravinne, ja sidosta on vielä vahvistettu ferrokemikaaleilla. Mädätysjäännöksen ominaisuuksista riippuen rakeita voidaan siis käyttää lannoitustarkoituksiin joko sellaisenaan tai perusmateriaalina lannoitetuotteiden valmistuksessa. Monissa tapauksissa myös rakeistetun ja kuivatun mädätysjäännöksen hyödyntäminen polttoaineena energiantuotannossa on hyväksyttävä ja edullinen ratkaisu.
Keksinnön mukaista ratkaisua voidaan soveltaa myös kuivamädätyksessä, jossa se toimii olennaisesti samalla tavalla kuin märkäprosessissakin.
Keksinnön mukainen ratkaisu on edullinen myös sovelluksessa, jossa biokaasun tuottamiseen on käytettävissä sopivaa nestemäistä materiaalia, joka voi olla esimerkiksi bio- tai muuta öljyä, sokeria, alkoholia, glykolia tai jätemateriaalia, kuten neutralisoitua mustalipeä-liuosta, joka sisältää biokaasun tuottamiseen sopivaa hiililähdettä. Reaktoriin voidaan silloin ladata kuivattuja ja hiillettyjä biomassarakeita, jotka on tarkoitettu kestämään prosessissa tarkoitettu aika ja toimivat ensisijaisesti alustana mahdollisimman hyvän biofilmin muodostumiselle.
Keksinnön mukaiseen suhteellisen alhaista lämpötilaa käyttävään hapelliseen prosessiin on helppo yhdistää haluttaessa myös entsyymikäsittely lähinnä selluloosan tai hemiselluloo-san hajottamisen tehostamiseksi. Tämä voi olla tarkoituksenmukaista esimerkiksi, jos materiaaleissa, joista biokaasua tuotetaan, on runsaasti pelto- tai metsäbiomassoja, kuten olkea, heinää jne.
Keksintö voi vaihdella oheen liitettyjen patenttivaatimusten sallimissa rajoissa.

Claims (3)

1. Menetelmä biokaasuprosessin tehostamiseksi käsittelemällä ja hyödyntämällä prosessissa (1) syntyvää mädätysjäännöstä (2A), tunnettu siitä, että: mädätysjäännöstä (2A) kuivataan mekaanisesti (3) ja siihen sekoitetaan (2B, 16,4) tarpeen mukaan sideainetta, kuten kuivattua biomassaraetta tai -mursketta, biologisen kuivauksen (6) käynnistämiseksi seoksessa (5) ja sen lämpötilan nostamiseksi ohjeellisesti lämpötila-alueelle 40 - 50 °C, seos syötetään (7) hapellista rakeistusta ja hiiltoa varten rumpuun (8) tai vastaavaan laitteistoon, jossa seoksen lämpötila nostetaan termofiilisen alueen mikrobitoi-mintaa hyödyntäen lämpötila-alueelle 60 - 80 °C tuotettavien (11) rakeiden kuiva-ainepitoisuuden nostamiseksi 60 - 80 %:iin, ja vähintään 50 % tuotetuista rakeista kierrätetään takaisin sekoitettavaksi sideaineeksi (13) mädätysjäännökseen ja / tai syötteeksi (14) biokaasuprosessiin (1).
2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä biokaasuprosessin tehostamiseksi, tunnettu siitä, että tuotetuista rakeista kierrätetään 70- 100 % takaisin sekoitettavaksi sideaineeksi (13) mädätysj äännökseen ja / tai syötteeksi (14) biokaasuprosessiin (1).
3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä biokaasuprosessin tehostamiseksi, tunnettu siitä, että osa tuotetuista rakeista poistetaan takaisinkierrätyksestä hyödynnettäväksi maanpa-rannus- tai lannoitekäytössä tai enegiantuotannossa. PATENTKRAV
FI20150361A 2015-12-16 2015-12-16 Menetelmä biokaasuprosessin tehostamiseksi FI126559B (fi)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FI20150361A FI126559B (fi) 2015-12-16 2015-12-16 Menetelmä biokaasuprosessin tehostamiseksi
EP16396003.2A EP3181523A1 (en) 2015-12-16 2016-12-13 Method for boosting biomass process

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FI20150361A FI126559B (fi) 2015-12-16 2015-12-16 Menetelmä biokaasuprosessin tehostamiseksi

Publications (2)

Publication Number Publication Date
FI20150361A FI20150361A (fi) 2017-02-15
FI126559B true FI126559B (fi) 2017-02-15

Family

ID=57838165

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
FI20150361A FI126559B (fi) 2015-12-16 2015-12-16 Menetelmä biokaasuprosessin tehostamiseksi

Country Status (2)

Country Link
EP (1) EP3181523A1 (fi)
FI (1) FI126559B (fi)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20230202892A1 (en) * 2021-12-29 2023-06-29 Jacobs Engineering Group, Inc. Methods for increasing biosolids cake dryness through a forced ventilation aerated static pile biological drying process

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FI19992853A (fi) * 1999-03-29 2000-09-29 Torkkeli Esko Menetelmä jäteveden puhdistamiseksi
US7211429B1 (en) 1999-07-20 2007-05-01 Organic Resource Technologies Limited Organic waste material treatment process
GB2451519B (en) 2007-08-02 2012-05-09 John William Carson Improved digestion of wastes
FR2993878B1 (fr) 2012-07-26 2014-11-14 Degremont Procede de reduction de la production de boues de stations d'epuration d'eaux usees urbaines ou industrielles, et installation pour sa mise en oeuvre.

Also Published As

Publication number Publication date
FI20150361A (fi) 2017-02-15
EP3181523A1 (en) 2017-06-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8771980B2 (en) Combined liquid to solid-phase anaerobic digestion for biogas production from municipal and agricultural wastes
EP0506139B1 (en) Method for manufacturing of organic fertilizers
US11352596B2 (en) Method and plant for producing biogas from lignocellulose-containing biomass
CN1891677A (zh) 一种苹果渣综合利用处理方法
CN102838394A (zh) 污水处理厂污泥的好氧堆肥工艺
FI126559B (fi) Menetelmä biokaasuprosessin tehostamiseksi
KR100851898B1 (ko) 건식 혐기성 소화공법에 있어서 소화효율 개선방법
EP3307896A1 (fr) Nouveau procédé de methanisation par voie séche
RU2444502C1 (ru) Способ получения органического удобрения на основе остаточных продуктов переработки рыбных отходов
EP1173389B1 (en) Method of treating waste water
Sebola et al. Effect of particle size on anaerobic digestion of different feedstocks
JP4468123B2 (ja) 有機性廃棄物の処理方法および処理装置
KR102299946B1 (ko) 수산부산물 산 발효액 및 이의 제조방법
Estevez et al. Organic loading rate effect on anaerobic digestion: Case study on co-digestion of lignocellulosic pre-treated material with cow manure
Hazarika et al. Valorization of industrial solid waste through novel biological treatment methods–integrating different composting techniques
CN111363600A (zh) 一种利用生物处理发酵生产轻度碳化生物质燃料的方法
TWI836736B (zh) 含氮有機廢水處理方法
JP2009268984A (ja) 季節変動への対応性が大きいメタン発酵システム
CN110396009B (zh) 一种利用市政污泥生产有机肥的方法
KR102249102B1 (ko) 유기성폐기물 자원화 방법 및 이를 이용한 친환경 고기능성 퇴비
FI126140B (fi) Menetelmä biomassojen käsittelemiseksi hyödyntämistä varten
TW202421586A (zh) 含氮有機廢水處理方法
KR101564349B1 (ko) 음식쓰레기 처리용 발효 혼합제와 그 제조방법 및 상기 발효 혼합제를 이용한 음식쓰레기 처리방법
Hemapriya et al. Bioprocessing of food waste anaerobic digestate for biofertilizer production
EP2718248B1 (en) Compost mixture and a method for composting

Legal Events

Date Code Title Description
FG Patent granted

Ref document number: 126559

Country of ref document: FI

Kind code of ref document: B

MM Patent lapsed