Effekter av Zeoliter i Biogasproduktion
BiogasMethaneAnaerobic digestionAmmoniaAmmoniumZeolitesClinoptiloliteSyntrophic acetate oxidationBiogasAnaerob nedbrytningAmmoniakZeoliterClinoptiloliteSyntrof acetatoxidationMetanRötning
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.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.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.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.