Enhancement of Anaerobic Digestion of Sludge by Ultrasonic Pre-Treatment

Abstract

Tämän työn tavoitteena oli tutkia ultraäänikäsittelyn vaikutuksia Riihimäen jätevedenpuhdistamolla täyden mittakaavan kokeissa. Hajottamalla ylijäämälietettä ultraäänellä ennen mädätystä saadaan mädätyksen biokaasuntuotantoa tehostettua ja samalla myös lietteen määrä vähenee. Pilot-laitteistolla toteutettiin lietteen tiivistys ja ultraääivkäsittely. Käsittelyn vaikutuksina tarkasteltiin lietteen hajoamista ultraäänikäsittelyssä sekä muutoksia puhdistamon mädätysprosessissa.

Jatkuvatoimiset koeajot Riihimäen jätevedenpuhdistamolla kestivät hieman yli kolme kuukautta. Pilot-laitteistolla Liete ensin tiivistettiin kuiva-ainepitoisuuteen 3-4 % TS, jota seurasi ultraäänikäsittely 20 kHz:n taajuudella. Käytössä oli kolme peräkkäistä ultraäänireaktoria, joiden teho oli 2,7 kW/reaktori, joten käsittelyn kokonaistehoksi muodostui 8,1 kW. Käsittelyaika oli noin viisi minuuttia. Ultraäänikäsitellyn lietteen osuus oli keskimäärin 14 % ylijäämälietteestä.

Lietteen liukoinen COD (SCOD) nousi ultraäänikäsittelyssä tasolta 100-400 mg/I tasolle 500-1800 mg/I. Lietteen lämpötila nousi ultraäänikäsittelyssä lineaarisesti. Käsittelyajan pidentyessä lämpötila nousi jopa 50 °C:een.

Mädättämön kaasuntuotanto kasvoi ultraäänikäsittelyn vaikutuksesta kolmanneksella. Muutokset kaasuntuotannossa alkoivat näkyä kolmen viikon päästä jatkuvatoimisten koeajojen aloituksen jälkeen. Ominaiskaasuntuotannon voidaan arvioida nousseen keskimärin tasolta 450 m3/tVS tasolle 600 m3/tVS. Vuositasolla tämä tarkoittaisi noin 73 000 m3:n lisäystä normaalitilanteeseen Riihimäen puhdistamolla. Kaasumittareiden antamiin lukemiin liittyy kuitenkin epävarmuustekijöitä, joten tarkkaa lisäystä kaasuntuotossa on vaikea arvioida.

Koeajojen aikana tapahtui muutos myös lietteen VS-pitoisuudessa. Mädätykseen menevän lietteen VS-pitoisuus nousi samalla, kun mädätyksestä lähtevän lietteen VS-pitoisuus laski. Näin mädätyksen VS-vähenemä kasvoi koeajojakson aikana kolmanneksella tasolta 30 % tasolle 40 %.

Biokaasuntuotannon lisääntyessä vuositasolla 73 000 m3 lisääntyneestä energiantuotannosta saatava rahallinen hyöty nousee noin 18000 eurolla, josta 8000 euroa saadaan sähköenergiasta ja 10 000 euroa lämpöenergiasta. Lietemäärän pienentyessä 250 tonnilla vuodessa, tarkoittaa tämä noin 6 000 euron säästöä puhdistamolla.

Tutkimustulokset ovat erittäin hyvät siihen nähden, että käsiteltävän lietteen osuus jäi tavoitetta pienemmäksi. Sekä kaasuntuotanto että mädätyksen VS-vähenemä nousivat lietteen ultraäänikäsittelyn ansiosta. Tutkimustuloksiin liittyy kuitenkin epävarmuustekijöitä. Tulosten varmistamiseksi tarvitaan lisää koeajoja.