Improvement of Wastewater Sludge Digestion

Michael Recktenwald

Forskningsoutput: AvhandlingDoktorsavhandling (monografi)

Sammanfattning

Popular Abstract in Swedish
Deponeringsavgifterna för slam utgör en betydande och stadigt stigande andel av driftkostnaderna för de kommunala reningsverken runtom i landet, inom EU och i resten av världen. Kostnaderna uppstår i samband med att slammet komposteras, körs till deponi eller till förbränning. Dessutom har det under de gångna årtiondena skett en drastisk omvärdering av reningsverksslam från farligt avfall till en möjligen värdefull resurs pga. dess innehåll av organiska och oorganiska substanser. Fosfat och kväve kan återvinnas som gödsel, innehållet av järn eller aluminium kan gå upp emot mellan 10 och 20 % och kan bli extraherat för återvinning i kemiska produkter, den organiska andelen kan tillgodogöras som energi i form av t.ex. metan. Alla processer för hantering av kommunala reningsverksslam syftar på reduktion av slammängden till kvittblivning och därmed reduktion av kostnader.

Nästan alla kommunala reningsverk har beroende på deras storlek en eller fler rötkammare som nästsista steg innan avvattningen. Den organiska andelen reduceras här från omkring 80 % till mellan 50 och 60 % vilket medför en drastisk reduktion i slammängden. Men det betyder också att fortfarande mer än hälften av slamvolymen inte är tillgänglig till metanproduktion och därmed till återvinning.

Det föreliggande arbetet har undersökt varför slammet motsätter sig en mera effektiv nedbrytning och hur man kan åtgärda problemet på ett ekonomiskt försvarbart sätt. Svaret ligger i slammets struktur som binder viktiga näringsämnen för metanproducerande mikrober. Mikroberna behöver näringsämnena i vattenlöslig form. Näringsämnena som kolhydrater, proteiner och fetter ligger bundna i slammet som vattenolösliga polymerkedjor i form av ett typ slem som är svårnedbrytbart. Slemmet gör också att slammet motsätter sig en effektiv avvattning i t.ex. centrifuger eller kammarfilterpressar.

En gängse metod för att bryta ner organiska polymerkedjor i en vattenrik matris och för att göra dem vattenlösliga är tillsatsen av enzymer. Denna princip används t.ex. i tvättmedel. Enzymer är naturligt förekommande organiska katalysatorer och väldigt specifika så att varje näringsämne kräver sitt eget enzym för nedbrytning. Inledande labförsök visade att man kan aktivera dessa näringsämnen med hjälp av en enzymblandning så att en hel del överfördes i vattenlöslig form som var dessutom lättillgänglig mat för mikroberna. Men mängden enzym var för hög och för dyr för att testa i industriell skala.

Grunden för den höga enzymkonsumtionen var att de enstaka enzymerna fastnade i den slemmiga strukturen, trasslade in sig och sedan avaktiverades. I en närmare analys av slemmets specifika struktur hittade man att den innehöll metaller som magnesium, calcium och järn som stabiliserande ämnen. Idén utvecklades att avlägsnandet av metallerna skulle destabilisera den slemmiga strukturen och till slut bidra till att lösa upp den. Så kallade komplexbindare är vanliga kemiska ämnen som uppfyller denna funktion och som, just som enzymer, används flitigt i t.ex. tvätt- eller rengöringsmedel för att lösa upp kalkavlagringar. Vidare labförsök visade att insatsen av komplexbindare för att öppna upp den slemmiga slamstrukturen signifikant förlängde livstiden på enzymerna i slammatrisen, vilket ledde också till en drastisk minskning av enzymbehovet. Doseringar och kostnader sänktes därmed till en bråkdel av den tidigare nivån.

Vidare fördelar med denna metod är enzymernas selektivitet. De bryter bara ner de selekterade ämnena och producerar nyttiga näringsämnen till mikroberna. Alla andra ämnena blir orörda. Dessutom är alla tillsatserna biologiskt nedbrytbara. De påverkar inte reningsverksprocessen varken upp- eller nedströms. Inte heller driftomläggningar behövs, så som det kan vara fallet för vissa andra fysikaliska och kemiska slambehandlingsmetoder som kräver större investeringar och kan släppa en del oönskade ämnen till vattenfasen som man sedan måste ta hand om.

Med hjälp av den kombinerade insatsen av komplexbindare och enzymer blev det lönsamt att köra försök i industriell skala på ett vanligt reningsverk i vardagsdrift. I en försöksserie över två år samlades data på slam- och gasproduktion som sedan jämfördes. Gasproduktionen steg med 16 % och slammängden till deponering sjönk med 13 % per år. Metoden är enkel och billig. Den ger mera energiutbyte och mindre driftkostnader. Med en finslipning av den identifierade mekanismen finns det säkert utrymme till vidare processoptimeringar för biogasanläggningar.
Originalspråkengelska
KvalifikationDoktor
Tilldelande institution
  • Tillämpad biokemi
Handledare
  • Szwajcer Dey, Estera, handledare, Extern person
Tilldelningsdatum2016 mars 18
Förlag
ISBN (tryckt)978-91-7422-431-3
StatusPublished - 2016

Bibliografisk information

Defence details

Date: 2016-03-18
Time: 09:00
Place: Lecture hall B, Kemicentrum, Naturvetarvägen 16, Lund University, Faculty of Engineering LTH, Lund

External reviewer(s)

Name: Lali, Arvind M.
Title: Professor
Affiliation: DBT-ICT-Centre for Energy Biosciences, Mumbai, India

---

Ämnesklassifikation (UKÄ)

  • Biokemi och molekylärbiologi

Fingeravtryck

Utforska forskningsämnen för ”Improvement of Wastewater Sludge Digestion”. Tillsammans bildar de ett unikt fingeravtryck.

Citera det här