Datarapport om sammensætning og biogaspotentiale i organisk dagenovation

3 Prøvetagning og karakterisering

3.1 Prøvetagningsprocedure
3.1.1 Rullesigte i Herning
3.1.2 Skrueseparator i Aalborg
3.1.3 Neddeler + magnet i Grindsted
3.1.4 Malmö
3.1.5 Oparbejdning i laboratoriet
3.2 Forbehandlingseffektivitet
3.3 Fysisk karakterisering: metode
3.3.1 Metodebeskrivelse
3.4 Fysisk karakterisering: resultater
3.4.1 Sigtning af forbehandlet kildesorteret organiskdagrenovation.
3.4.2 Centrifugering af forbehandlet kildesorteret organisk dagrenovation
3.4.3 Samlet præsentation af alle sigteresultater
3.5 Analytiske metoder
3.5.1 Crude fat (Fedt)
3.5.2 Crude fibre (Træstof)
3.5.3 Crude protein (Protein)
3.5.4 EFOS Kvæg
3.5.5 Starch (Stivelse)
3.5.6 Sugar (Sukker)
3.5.7 Dry matter (DM, TS, Tørstof)
3.5.8 Volatile Solids (VS, glødetab, Tørstofglødetab)
3.5.9 Nitrogen (Kjeldahl)
3.5.10 Volatile fatty acids (VFA)
3.5.11 Chemical oxygen demand (COD)
3.5.12 Chloride (Cl)
3.5.13 Phosphorous (P)
3.5.14 Potassium (K)
3.5.15 Sulphur (S)
3.5.16 Carbon (C), Hydrogen (H) and Nitrogen (N)
3.5.17 Calorific Value
3.6 Kemisk karakterisering: Resultater
3.7 Assessment of sampling and chemical analysis of source-separated organic household waste
 

Prøvetagning, prøveoparbejdning til kemiske analyser og laboratorie- og pilotskala undersøgelser har været en meget central del af projekterne.

For de kemiske analyser har der kunnet anvendes standardiserede metoder og hovedparten af disse analyser er derfor udført på to akkrediterede laboratorier. For prøvetagningen, prøveoparbejdningen og laboratorie- og pilotskala undersøgelser har det været nødvendigt at udvikle nye metoder og procedurer.

Nedenfor beskrives indledningsvis prøvetagningsprocedurerne på de 4 forskellige geografiske lokaliteter og 5 tilhørende forbehandlingsmetoder, der indgår i projekterne. Dernæst præsenteres resultaterne af forbehandlingsmetodernes effektivitet med hensyn til at opdele det kildesorterede organiske dagrenovation i biomasse til udrådning og i rejekt. Dernæst beskrives to metoder med tilhørende resultater til fysisk karakterisering af biomassen. Efterfølgende beskrives de kemiske analysemetoder og tilhørende resultater. Afslutningsvis præsenteres resultatet af et forsøg til dokumentation af de benyttede prøvetagningsmetoders kvalitet og resultatet af den kvalitetskontrol af de kemiske analyser, der har været integreret i undersøgelsen.

3.1 Prøvetagningsprocedure

Trine Lund Hansen (M&R DTU, Danmarks Tekniske Universitet) og Åsa Svärd (Avdelningen för Vattenförsörjnings- och Avloppsteknik, Lunds Tekniska Högskola)

For at opnå repræsentative prøver af den relativt inhomogene forbehandlede kildesorterede organiske dagrenovation og rejekt er der udviklet en speciel procedure for prøvetagningen. Da forbehandlingen varierer på de forskellige anlæg, varierer prøvetagningsproceduren ligeledes. I det følgende beskrives kort, hvilken form for forbehandling og prøvetagningsprocedure der benyttes på de forskellige anlæg, samt hvorledes prøverne efterfølgende oparbejdes i laboratoriet.

3.1.1 Rullesigte i Herning

Den kildesorterede organiske dagrenovation forbehandles i Herning på en rullesigte (se figur 3.1.1.a) opstillet på Knudmoseværket, kommunens forbrændingsanlæg. Efter forbehandlingen køres den forbehandlede organiske dagrenovation til bioforgasning på Studsgård Biogasanlæg, mens rejektet forbrændes på Knudmoseværket.

Prøvetagningen baserer sig på et enkelt læs affald og er beskrevet i figur 3.1.2. Læsset vejes ved ankomst til anlægget. Efter forbehandling på rullesigte blev de to fraktioner (biomassen svarende til fraktionen af forbehandlet organisk dagrenovation, og rejekt) opsamlet i containere og vejet. Herved blev andelen af biomasse og rejekt for den enkelte prøve bestemt. Efter vejning blev indholdet af begge containere tømt ud i separate bunker på gulvet i hallen, således at det var muligt at udtage repræsentative prøver. Ved hjælp af skovl og trillebør blev der forskellige steder i bunken udtaget prøver svarende til i alt 10% (W/W) fra hver bunke. Disse mængder blev neddelt ved hjælp af en neddeler (se figur 3.1.1.b). Det neddelte biomasse og rejekt blev blandet på hver sin presenning , inden de endelige prøver blev udtaget (20-30 kg biomasse og 5-10 kg rejekt).

Figur 3.1.1:
a: Rullesigten på Knudmoseværket
b: Prøvetagning efter forbehandling på rullesigten
    

Figur 3.1.2:
Procedure for prøvetagning på rullesigte, Knudmoseværket i Herning

3.1.2 Skrueseparator i Aalborg

Den kildesorterede organiske dagrenovation forbehandles i Aalborg ved hjælp af en skrueseparator opstillet på Vaarst-Fjellerad Biogasanlæg. Fra en affaldsgrav føres affaldet via en snegl (se figur 3.1.3) ind i selve skrueseparatoren, hvor forbehandlingen sker. Den forbehandlede organiske dagrenovation - biomassen bioforgasses efterfølgende i en separat tank på Vaarst-Fjellerad Biogasanlæg, mens rejektet køres til forbrænding på forbrændingsanlægget i Aalborg.

Figur 3.1.3:
Affaldsgrav på Vaarst-Fjellerad Biogasanlæg

Figur 3.1.4 viser proceduren for prøvetagning på Vaarst-Fjellerad Biogasanlæg. Efter forbehandling af det kildesorterede organiske dagrenovation i skrueseparatoren var konsistensen af biomassen "grødagtig". Det var muligt at røre direkte i tanken og neddeling var derfor ikke nødvendig for at udtage repræsentative prøver. De blev udtaget direkte fra tanken. Hvis der var tale om store affaldslæs, hvor det under forbehandlingen var nødvendigt at tømme tanken, blev der udtaget prøver løbende under forbehandlingen, således at de udtagne prøver repræsenterede hele affaldslæsset. Prøvetagningen af rejektet fra processen blev fortaget som ved forbehandling med rullesigte.

Det var ikke muligt at veje den totale mængde forbehandlede organisk dagrenovation. Denne blev derfor bestemt ved at måle højden af "grød" i tanken, hvorefter dette blev omregnet til kg biomasse (tankens størrelse og biomassens densitet kendt). Den samlede mængde rejekt blev opsamlet i containere og vejet. Ud fra dette blev andelen af biomasse og rejekt for hver prøve beregnet.

Figur 3.1.4:
Procedure for prøvetagning fra skrueseparator på Vaarst-Fjellerad Biogasanlæg

3.1.3 Neddeler + magnet i Grindsted

I Grindsted forbehandles den kildesorterede organiske dagrenovation på Grindsted

Renseanlæg. Forbehandlingen består i neddeling med to neddelere (forskellig størrelse) og fjernelse af metalliske fremmedlegemer vha. en magnetseparator. Forbehandlingsanlægget behandler udelukkende organisk dagrenovation indsamlet i papirsposer, hvorfor separation af plast ikke er nødvendigt (anlægget tilføres kun plast via fejlsorteringer). Efter forbehandlingen pulpes det forbehandlede affald og bioforgasses sammen med slam fra renseanlægget. Rejektet, der vægtmæssigt udgør en meget lille del af affaldsmængden (under 1% W/W), køres til forbrænding.

Figur 3.1.5 viser proceduren for prøvetagning på Grindsted Renseanlæg. Af arbejdsmiljømæssige årsager var det ikke muligt at udtage prøverne efter forbehandlingen var tilendebragt. Der blev derfor udtaget prøver efter den første neddeler, hvor affaldet falder lodret ca. to meter ned. Her var det muligt at åbne en stor luge og udtage prøverne med skovl. Neddeler nr. 2 på anlægget blev simuleret ved at køre de udtagne prøver gennem en medbragt neddeler. Magnetseparatoren blev ikke simuleret, men det vurderes ikke at have nogen praktisk betydning, da rejektmængden fra denne var meget lille. For at opnå prøver, der var repræsentative for hele affaldslæsset, skete prøvetagningen løbende gennem hele forbehandlingen. Efter forbehandling i neddeleren blev affaldet blandet på presenning og derfra blev den endelig prøve udtaget (20-30 kg). Der blev ikke udtaget prøver af rejektet, da det blev vurderet, at dette mængdemæssigt udgjorde en ubetydelig del af den samlede affaldsmængde.

Figur 3.1.5:
Procedure for prøvetagning fra neddeler + magnet på Grindsted Renseanlæg

3.1.4 Malmö

I Malmö används två typer av insamling av organiskt hushållsavfall i det nybyggda bostadsområdet Västra Hamnen. De två systemen är:
Sopsugsystem för avskiljande av fraktionerna brännbart och organiskt matavfall
Kökskvarnssystem för utsortering och lokalförbehandling av organiskt matavfall med separat ledning till underjordisk avskiljningstank

Vid provtagningstidpunkterna hade varken sopsugsavfallet eller kökskvarnsavfallet börjat rötas i stor skala eftersom val av förbehandling inte gjorts och rötkamrarna ej tagits i drift på Sjölunda. Därför har provtagningen i Malmö gjorts lite mer provisoriskt än vad som gjorts på de danska anläggningarna. Avfallsmängderna från båda systemen i Malmö har varit liten, vilket har lett till att största delen av den genererade avfallsmängden från en 14 dagars period har kunnat tas ut som ett prov. Nedan beskrivs har provtagningen har gått till för respektive insamlingssystem.

3.1.4.1 Sopsugsavfall

Matavfall från sopsugssystemet har provtagits enligt följande. Största delen av avfallet som tömts i en bunke på SYSAV AB har grävts upp i tunnor och transporterats till Sjölunda Avloppsreningsverk. Allt avfall har därefter behandlats i samma neddeler som använts i Grindsted och Herning. Efter neddelern har avfallet förbehandlats i en pilotskalig kolvpress (se figur 3.1.7.) som avskiljer plast och annat oönskat material genom att pressa ut en rötbar fraktion - biomassa genom spalter vid högt tryck. Den ihopsamlade biomassa som är ganska homogen med relativt liten partikelstorlek har därefter blandats om manuellt och portionerats ut i 0,4 liters plastburkar med lock som frusits ned samt större burkar för biogaspotentialmätning, kemisk karaktärisering och fysisk karaktärisering. Totalt har ca 30 kg prov tagits ut. Figur 3.1.6 visar proceduren för provtagningen.

Från det samlade rejektet (plast och annat oönskat material) har ca 5-10 kg tagits ut.

Figur 3.1.6:
Procedur för provtagning av källsorterat organiskt hushållsavfall från sopsugssystemet
   

Figur 3.1.7:
Hydraulisk kolvpress

3.1.4.2 Kökskvarnsavfall

Matavfall från 14 dagars generering till kökskvarnssystemet har provtagits med slamsugningsbil som pumpat upp den sedimenterade fasen från avskiljningstanken i Västra Hamnen. Figur 3.1.9 a och b visar tömning av tanken. Provvolymen (500-1000 liter) har därefter tömts i en 1 m3 behållare på Sjölunda Avloppsreningsverk. I behållaren har avfallet ytterligare fått sedimentera ca ett dygn för att uppnå en TS-halt över 5 %. Klarfasen (> 50 %) har dekanterats och det förtjockade avfallet som är mycket homogent och finfördelat har därefter samlats upp i dunkar. TS-innehållet i det uttagna avfallet har kontrollerats. Vid TS < 5 % har materialet i dunkarna fått stå och sedimentera ytterligare och den bildade klarfasen dekanterats innan resten frusits ned. Från varje dunk har ett prov tagits ut för slutlig mätning av TS-innehåll. Totalt har en provmängd på ca 50 liter tagits ut. Figur 1.3.8 visar proceduren för provtagningen.

Systemet genererar ingen rejektfraktion.

Figur 3.1.8:
Procedur för provtagning av organiskt hushållsavfall från kökskvarnssystemet
   

Figur 3.1.9:
a och b: Provtagning ur avskiljningstank med slamsugningsbil.

3.1.5 Oparbejdning i laboratoriet

3.1.5.1 Affaldsprøver

Forbehandlingsmetoden har afgørende betydning for homogenitet og konsistens af biomassen. Oparbejdningen i laboratoriet varierer derfor efter hvorledes affaldet er forbehandlet.

Organisk dagrenovation forbehandlet på rullesigte eller neddeler + magnet er en relativ heterogen masse. I laboratoriet blev de udtagne affaldsprøver derfor neddelt yderligere i en industriblender, se figur 3.1.10. Fra denne biomasse blev udtaget prøver til bestemmelse af tørstof. Derefter tilsattes vand til industriblenderen og neddelingen fortsatte inden prøver til fysisk karakterisering (Lund) blev udtaget. Desuden blev en mindre prøvemængde til yderligere neddeling i stavblender udtaget. Denne proces krævede ligeledes tilsætning af vand. Herfra blev prøver til bestemmelse af biogaspotentiale, pH, Volatile Fatty Acids (VFA) og kvælstof udtaget. Resten af den neddelte prøve blev tørret ved 80° C (herved måltes prøvens tørstofindhold) og neddelt til pulver ved hjælp af en hammermølle. Dette pulver blev analyseret for fedt, protein, træstof, aske, EFOS (Enzym Fordøjeligt Organisk Stof), ammonium, stivelse, sukker, COD, K, P, N, C, H, S, brændværdi og Cl.

Figur 3.1.10:
Blendet affald i industriblender

Oparbejdning af affaldsprøverne fra skrueseparatoren foregik efter samme princip som beskrevet ovenfor. På grund af forbehandling med skrueseparatoren var disse prøver dog mere homogene end prøverne behandlet på rullesigten og neddeling i industriblenderen var derfor ikke nødvendig.

Prøver fra køkkenkværnene i Malmö havde meget lavt tørstofindhold (omkring 4-5%). Yderligere neddeling og homogenisering var derfor ikke nødvendig inden udtagning af de våde prøver til kemisk karakterisering og bestemmelse af biogaspotentiale.

3.1.5.2 Rejektprøver

Alle indsamlede rejektprøver var meget heterogene og blev derfor oparbejdet på samme måde. De udtagne rejektprøver sorteredes manuelt i tre fraktioner: organisk, plast og "andet" (hovedsageligt metal), se figur 3.1.11. Fraktionerne blev vejet (plasten efter skylning og tørring) og den procentmæssige sammensætning af de enkelte rejektprøver beregnet. For den organiske fraktion bestemtes andelen af tørstof (samt biogaspotentiale for udvalgte prøver). En delprøve af den organiske fraktion blev neddelt i stavblenderen under tilsætning af vand og efterfølgende tørret ved 80° C. Den tørrede prøve blev neddelt til pulver ved hjælp af en hammermølle. Dette pulver blev analyseret for fedt, protein, træstof, aske, EFOS (Enzym Fordøjeligt Organisk Stof), ammonium, stivelse, sukker, COD, K, P, N, C, H, S, brændværdi og Cl.

Figur 3.1.11:
Sorteret rejekt: Organisk stof, plast og "andet"

3.2 Forbehandlingseffektivitet

Trine Lund Hansen, (Miljø & Ressourcer DTU, Danmarks Tekniske Universitet), Åsa Svärd, (Avdelningen för Vattenförsörjnings- och Avloppssteknik, Lunds Tekniska Högskola) og Orla Jørgensen (Planenergi)

I det følgende gennemgås de forskellige forbehandlingsmetoders sorteringseffektivitet. Dette gøres dels ved at opgive den procentmæssige fordeling af det kildesorterede organiske dagrenovation efter forbehandling (kaldet biomassen) og rejekt for de forskellige forbehandlingsmetoder, dels ved at se på rejektets sammensætning.

Prøverne er angivet med dato og prøvekode. De første to bogstaver i koden angiver affaldets indsamlingsområde (Ho= Hovedstadsområdet, Aa=Aalborg, Ve= Vejle, Ko= Kolding, Gr=Grindsted, Ma = Malmö). Det næste bogstav angiver, om der er tale om dagrenovation indsamlet fra fælles eller individuelle skraldespande (F=fælles, I=individuel). De følgende to bogstaver angiver forbehandlingsmetoden (He=rullesigten i Herning, Aa=skrueseparator i Aalborg, Gr=neddeler + magnet i Grindsted, TP=stempelseparator i Malmö, K=køkkenkværne i Malmö). Det sidste bogstav i koden angiver, om der er tale om en prøve af det forbehandlede affald (A) eller rejekt (R). Alle affaldsprøver fra Grindsted er indsamlet i samme område (med individuelle skraldespande), således at der her kun optræder denne type dagrenovation. I Malmö kommer prøverne i begge tilfælde fra systemer med fælles skraldespande, idet affaldet fra alle køkkenkværne samles i en separat opsamlingstank og affaldet, der går til stempelseparator efter indsamling i husholdningerne, nedkastes i fælles affaldsskakte, der tømmes via et centralsugssystem.

Tabel 3.2.1-3.2.5. opsummerer samtlige tal for forbehandlingseffektiviteten (fordeling mellem biomasse og rejekt samt sammensætning af rejekt) opdelt på de enkelte forbehandlingsmetoder.

Tabel 3.2.5-3.2.10 viser sorteringseffektiviteten samt sammensætning af rejekt opdelt efter affaldets indsamlingsområde.

Tabel 3.2.11 sammenligner de forskellige forbehandlingsmetoders effektivitet ved forbehandling af affald fra forskellige indsamlingsområder.

Tabel 3.2.1:
Fordeling mellem biomasse og rejekt (% W/W) efter forbehandling på rullesigte i Herning samt sammensætningen af rejektet (i % af rejektets vådvægt)

 Rullesigte

 

 

 

Sammensætning af rejekt

Dato

Prøve

Biomasse [%]

Rejekt [%]

Organisk

Plast

"Andet"

010514

Ho_I_He

67

33

98

2

0

010514

Ho_F_He

65

35

99

1

0

010514

Ve_F_He

66

34

65

34

0

010514

Ve_I_He

61

39

89

11

0

010827

Ho_I_He

69

31

-

-

-

010827

Ho_F_He

66

34

-

-

-

011001

Ho_I_He

72

28

100

0

0

011001

Ho_F_He

72

28

96

3

0

011001

Ve_I_He

70

30

94

5

0

011001

Ve_F_He

72

28

90

9

1

011115

Aa_I_He

63

38

70

30

0

011115

Aa_F_He

66

34

91

9

1

011115

Ho_I_He

59

41

-

-

-

011115

Ho_F_He

69

31

-

-

-

020116

Ho_I_He

73

27

-

-

-

020116

Ho_F_He

76

24

-

-

-

020116

Ko_I_He

59

41

92

7

1

020116

Ko_F_He

56

44

86

14

0

020204

Aa_I_He

72

28

82

17

1

020204

Ho_I_He

76

24

-

-

-

020204

Ho_F_He

75

25

-

-

-

020321

Ko_I_He

63

37

90

6

4

020321

Ko_F_He

55

45

90

9

1

 

 

67

33

89

10

1


Tabel 3.2.2:
Fordeling mellem biomasse og rejekt (% W/W) efter forbehandling i skrueseparator i Aalborg samt sammensætningen af rejektet (i % af rejektets vådvægt)

 Skrueseparator

 

 

 

Sammensætning af rejekt

Dato

Prøve

Biomasse [%]

Rejekt [%]

Organisk

Plast

"Andet"

010521

Aa_I_Aa

76

24

97

3

0

010521

Ho_F_Aa

54

46

99

1

0

010521

Ho_I_Aa

63

37

99

1

0

010531

Ko_I_Aa

52

48

94

5

0

010531

Ko_F_Aa

56

44

97

3

0

010812

Aa_I_Aa

55

45

-

-

-

010812

Aa_F_Aa

60

40

-

-

-

010927

Ve_I_Aa

58

42

93

6

1

010927

Ve_F_Aa

45

55

91

8

1

010927

Aa_I_Aa

75

25

-

-

-

010927

Aa_F_Aa

55

45

92

6

1

011122

Aa_I_Aa

64

36

-

-

-

011122

Aa_F_Aa

67

33

-

-

-

020122

Ho_F_Aa

54

46

97

1

2

020122

Ho_I_Aa

52

48

98

2

0

020122

Aa_F_Aa

51

49

96

3

1

020307

Ko_I_Aa

63

37

97

3

0

020314

Aa_F_Aa

57

43

-

-

-

020408

Ve_F_Aa

63

37

93

6

1

020408

Ve_I_Aa

58

42

94

5

1

020408

Aa_F_Aa

69

31

-

-

-

020408

Aa_I_Aa

72

28

91

8

1

020408

Ko_F_Aa

77

23

86

11

3

 

 

61

39

95

5

1


Tabel 3.2.3:
Fordeling mellem biomasse og rejekt (% W/W) efter forbehandling med neddeler + magnet i Grindsted samt sammensætningen af rejektet (i % af rejektets vådvægt)

 Neddeler + magnet

 

 

Sammensætning af rejekt

Dato

Prøve

Biomasse [%]

Rejekt [%]

Organisk

Plast

"Andet"

010821

Gr_I_Gr

100

0

-

-

-

011003

Gr_I_Gr

100

0

-

-

-

011114

Gr_I_Gr

100

0

-

-

-

011115

Ho_I_"Gr"

100

0

-

-

-

011115

Ho_F_"Gr"

100

0

-

-

-

020204

Ho_I_"Gr"

100

0

-

-

-

020204

Ho_F_"Gr"

100

0

-

-

-

020220

Gr_I_Gr

100

0

-

-

-

020403

Gr_I_Gr

100

0

-

-

-

 

 

100

0

 

 

 


Tabel 3.2.4:
Fordeling mellem biomasse (% W/W) efter forbehandling med stempelseparator i Malmö af affald fra central sug samt sammensætningen af rejektet (i % af rejektets vådvægt)

 Stempelseparator

 

 

Sammensætning af rejekt

Dato

Prøve

Biomasse [%]

Rejekt [%]

Organisk

Plast

"Andet"

020416

Ma_S_TP

36

64

97

2

1

020530

Ma_S_TP

44

56

92

6

1

 

 

40

60 

95

4

1


Tabel 3.2.5:
Fordeling mellem biomasse og rejekt (% W/W) for affald fra køkkenkværne i Malmö.

 Køkkenkværne 

 

 

Sammensætning af rejekt

Dato

Prøve

Biomasse [%]

Rejekt [%]

Organisk

Plast

"Andet"

020201

Ma_K

100

0

-

-

-

020417

Ma_K

100

0

-

-

-

 

 

100

0

 

 

 


Tabel 3.2.6:
Fordeling mellem biomasse og rejekt (% W/W) samt rejektets sammensætning (% W/W) for affald fra Hovedstadsområdet forbehandlet med forskellige forbehandlingsmetoder

 Affald fra Hovedstadsområdet, Individuel

Sammensætning af rejekt

Dato

Prøve

Biomasse [%]

Rejekt [%]

Organisk

Plast

"Andet"

010514

Ho_I_He

67

33

98

2

0

010827

Ho_I_He

69

31

-

-

-

011001

Ho_I_He

72

28

100

0

0

011115

Ho_I_He

59

41

-

-

-

020116

Ho_I_He

73

27

-

-

-

020204

Ho_I_He

76

24

-

-

-

010521

Ho_I_Aa

63

37

99

1

0

020122

Ho_I_Aa

52

48

98

2

0

011115

Ho_I_"Gr"

100

0

-

-

-

020204

Ho_I_"Gr"

100

0

-

-

-

 

Affald fra Hovedstadsområdet, Fælles

 

 

 

 

Sammensætning af rejekt

Dato

Prøve

Biomasse [%]

Rejekt [%]

Organisk

Plast

"Andet"

010514

Ho_F_He

65

35

99

1

0

010827

Ho_F_He

66

34

-

-

-

011001

Ho_F_He

72

28

96

3

0

011115

Ho_F_He

69

31

-

-

-

020116

Ho_F_He

76

24

-

-

-

020204

Ho_F_He

75

25

-

-

-

010521

Ho_F_Aa

54

46

99

1

0

020122

Ho_F_Aa

54

46

97

1

2

011115

Ho_F_"Gr"

100

-

-

-

-

020204

Ho_F_"Gr"

100

-

-

-

-


Tabel 3.2.7:
Fordeling mellem biomasse og rejekt (% W/W) samt rejektets sammensætning (% W/W) for affald fra Aalborg forbehandlet med forskellige forbehandlingsmetoder

  Affald fra Aalborg, Individuel

Sammensætning af rejekt

Dato

Prøve

Biomasse [%]

Rejekt [%]

Organisk

Plast

"Andet"

011115

Aa_I_He

63

38

70

30

0

020204

Aa_I_He

72

28

82

17

1

010521

Aa_I_Aa

76

24

97

3

0

010812

Aa_I_Aa

55

45

-

-

-

010927

Aa_I_Aa

75

25

-

-

-

011122

Aa_I_Aa

64

36

-

-

-

020408

Aa_I_Aa

72

28

91

8

1

 

Affald fra Aalborg, Fælles

 

 

 

 

Sammensætning af rejekt

Dato

Prøve

Biomasse [%]

Rejekt [%]

Organisk

Plast

"Andet"

011115

Aa_F_He

66

34

91

9

1

010812

Aa_F_Aa

60

40

-

-

-

010927

Aa_F_Aa

55

45

92

6

1

011122

Aa_F_Aa

67

33

-

-

-

020122

Aa_F_Aa

51

49

96

3

1

020314

Aa_F_Aa

57

43

-

-

-

020408

Aa_F_Aa

69

31

-

-

-


Tabel 3.2.8:
Fordeling mellem biomasse og rejekt (% W/W) samt rejektets sammensætning (% W/W) for affald fra Vejle forbehandlet med forskellige forbehandlingsmetoder

Affald fra Vejle, Individuel 

 

 

 

 

Sammensætning af rejekt

Dato

Prøve

Biomasse [%]

Rejekt [%]

Organisk

Plast

"Andet"

010514

Ve_I_He

61

39

89

11

0

011001

Ve_I_He

70

30

94

5

0

010927

Ve_I_Aa

58

42

93

6

1

020408

Ve_I_Aa

58

42

94

5

1

 

 Affald fra Vejle, Fælles

 

 

 

 

Sammensætning af rejekt

Dato

Prøve

Biomasse [%]

Rejekt [%]

Organisk

Plast

"Andet"

010514

Ve_F_He

66

34

65

34

0

011001

Ve_F_He

72

28

90

9

1

010927

Ve_F_Aa

45

55

91

8

1

020408

Ve_F_Aa

63

37

93

6

1


Tabel 3.2.9:
Fordeling mellem biomasse og rejekt (% W/W) samt rejektets sammensætning (% W/W) for affald fra Kolding forbehandlet med forskellige forbehandlingsmetoder

 Affald fra Kolding, Individuel

 

Sammensætning af rejekt

Dato

Prøve

Biomasse [%]

Rejekt [%]

Organisk

Plast

"Andet"

020116

Ko_I_He

59

41

92

7

1

020321

Ko_I_He

63

37

90

6

4

010531

Ko_I_Aa

52

48

94

5

0

020307

Ko_I_Aa

63

37

97

3

0

 

Affald fra Kolding, Fælles

 

 

 

 

Sammensætning af rejekt

Dato

Prøve

Biomasse [%]

Rejekt [%]

Organisk

Plast

"Andet"

020116

Ko_F_He

56

44

86

14

0

020321

Ko_F_He

55

45

90

9

1

010531

Ko_F_Aa

56

44

97

3

0

020408

Ko_F_Aa

77

23

86

11

3


Tabel 3.2.10:
Fordeling mellem biomasse og rejekt (% W/W) samt rejektets sammensætning(% W/W) for affald fra Kolding forbehandlet med forskellige forbehandlingsmetoder

 Affald fra Grindsted

 

 

 

 

Sammensætning af rejekt

Dato

Prøve

Biomasse [%]

Rejekt [%]

Organisk

Plast

"Andet"

010821

Gr_I_Gr

100

0

-

-

-

011003

Gr_I_Gr

100

0

-

-

-

011114

Gr_I_Gr

100

0

-

-

-

020220

Gr_I_Gr

100

0

-

-

-

020403

Gr_I_Gr

100

0

-

-

-


Tabel 3.2.11:
Forbehandlet organisk dagrenovation (% af våd kildesorteret organisk dagrenovation) efter forbehandling med hhv. rullesigte og skrueseparator opdelt på individuel og fælles samt affaldets indsamlingsområder.

 Rullesigte

Ho

Aa

Ve

Ko

Individuel

67
69
72
59
73
76

63
72
-
-
-
-

61
70
-
-
-
-

59
63
-
-
-
-

Gennemsnit 66

69

67

65

61

Fælles

65
66
72
69
76
75

66
-
-
-
-
-

66
72
-
-
-
-

56
55
-
-
-
-

Gennemsnit 65

71

66

69

55

 

 Skrueseparator

Ho

Aa

Ve

Ko

Individuel

63
52
-
-
-
-

76
55
75
64
72
-

58
58
-
-
-
-

52
63
-
-
-
-

Gennemsnit 60

57

69

58

57

Fælles

54
54
-
-
-
-

60
55
67
51
57
69

45
63
-
-
-
-

56
77
-
-
-
-

Gennemsnit 59

54

60

54

66

3.3 Fysisk karakterisering: metode

Jes la Cour Jansen og Åsa Svärd, Avdelningen för Vattenförsörjnings- och Avloppsteknik, Lunds Tekniska Högskola.

I projektet er der udviklet og afprøvet to forskellige metoder til fysisk karakterisering af biomassen. Ideen var at skabe grundlag for at give en både kvalitativ og kvantitativ beskrivelse af især fejlsorteringernes fysiske fremtræden efter forbehandling. Den ene metode er baseret på sigtning af materialet i en almindelig sigtekolonne beregnet til karakterisering af jord således at der foretages en størrelsesfraktionering af materialet og den anden på centrifugering af prøven, hvor separationen sker efter de enkelte komponenters massefylde.

Nedenfor beskrives de to metoder, deres fortrin og begrænsninger fremhæves og der gives afslutningsvis en vurdering af deres potentiale som middel til at karakterisere forbehandlet kildesorteret organisk dagrenovation.

3.3.1 Metodebeskrivelse

3.3.1.1 Prøveforberedelse

Prøverne til den fysiske karakterisering er udtaget som en delprøve på 2 l , jfr. prøvetagningsbeskrivelsen i afsnit 3.1. For prøver fra rullesigten i Herning og fra neddeling og magnetseparering som i Grindsted er prøven udtaget efter homogenisering i industriblender for at sikre en homogen prøve. I denne forbindelse er der tilsat en mindre del vand, ligesom affaldet formentlig er blevet yderligere neddelt. Tørstofindholdets ændring ved denne prøveforberedelse er registreret jf. afsnit 3.1. Tilsætningen af vand har næppe betydning for sigtningen og konsekvensen for centrifugeringen skønnes alene at resultere i en større andel flydende fase end ellers. Omfanget af neddelingen af større partikler kan derimod ikke umiddelbart vurderes.

3.3.1.2 Sigtning af biomasse

Ideen med sigtningen var dels at give et visuelt indtryk af tilstedeværelse og karakter af større partikler i det forbehandlede affald herunder at vurdere omfanget af fint neddelte fremmedlegemer - især plast og dels at give en størrelsesfordeling af det forbehandlede affald.

Procedure

Der anvendes trådsigter med diameter 200 mm og højde 25 mm med maskevidder 16, 8, 4, 2 og 1 mm.
Hver sigte vejes inden undersøgelsen
En prøvemængde på 100 g udtages og fortyndes 10 gange med destilleret vand
Opløsningen hældes gennem sigtekolonnen som er sat i en plastskål
Efter gennemløb vejes hver enkelt sigte og der tages fotografi af hver sigte
Sigterne tørres i tørreskab (105  °C) natten over og vejes til TS-bestemmelser.
Det gennemløbne materiale vejes og TS og VS bestemmes. (Jfr. beskrivelsen herfor).

Vurdering af metoden

Forbehandlingen af prøver fra rullesigten i Herning og neddeling og magnetseparering i Grindsted inden den fysiske karakterisering giver en mere homogen prøve; men reducerer samtidig kvaliteten af størrelsesfraktioneringen som følge af den ukendt ekstra neddeling i forhold til den egentlige forbehandling af affaldet. Forbehandlingen ændrer derimod næppe karakteren af større partikler.

Sigtningen giver en umiddelbart hurtig visuel karakterisering af affaldet. Figur 3.3.1 viser billeder af de fem sigter af en affaldsprøve fra affald fra Kolding (Ko_I_He_A) forbehandlet på rullesigten i Herning.

Det ses tydeligt at der tilbageholdes end del materiale både papir og grøn plastik på sigterne med maskevidde 4, 8 og 16 mm. På sigter med mindre maskevidde tilstoppes hullerne og affaldet lægger sig ovenpå som en tyk grød. Det ses også tydeligst på sigten med 16 mm at der tilbageholdes materiale, der sætter sig på sigtestængerne selvom partikelstørrelsen er mindre end maskevidden.

16 mm

8 mm

4 mm

   

2 mm

1 mm

Figur 3.3.1:
Sigtning af affald fra Kolding forbehandlet på rullesigten i Herning

Billedet illustrere både metodens potentialer og begrænsninger. Det er umiddelbart enkelt at få et visuelt indtryk af større partikler og deres karakter; men ikke muligt at give et kvalificeret bud på massefordelingen indenfor de forskellige størrelsesintervaller. I afsnit 3.4 præsenteres derfor alene billeder af de sigtede affaldstyper, medens de foretagne tørstofbestemmelser (som angivet i proceduren) ikke medtages, da de ikke anses for at give et korrekt billede af størrelsesfordelingen.

Usikkerheden ved metoden kan bedømmes på baggrund af gentagne sigtninger af den samme affaldstype. Figur 3.3.2 viser sigtebillederne fra de tre største sigter af en firdobbelt bestemmelse på affald fra Hovedstadsområdet, der er forbehandlet på rullesigten i Herning i forbindelse med forsøget til at kortlægge den samlede prøvetagnings og prøveoparbejdningsusikkerhed. (Se afsnit 3.7).

16 mm

8 mm

4 mm

Ho_I_He_A6

Ho_I_He_A5

Ho_I_He_A4

Ho_I_He_A3

Figur 3.3.2:
Gentagelse af sigtning af prøver udtaget af det samme læs affald fra Hovedstadsområdet forbehandlet på rullesigten i Herning.

Det fremgår at det sigtede materiale fremstår meget ensartet på de 4 sigter, således at sigtning af biomassen skønnes at kunne anvendes til at karakterisere omfanget og karakteren af mindre mængder større partikler; men ikke til at give en egentlig kvantitativ bestemmelse af størrelsesfraktionering af biomassen eller af de større partikler.

3.3.1.3 Centrifugering

Ideen med centrifugering af det forbehandlede affald er dels at vurdere forholdet mellem mængden af partikler og vand og dels var tanken at det ville være muligt at vurdere tilstedeværelsen af uønskede materialer i affaldet, der er så småt at det ikke kan identificeres ved sigtning; men evt. kunne genfindes i kraft af centrifugeringen, hvor lette materialer samles på overfladen og tungere f.eks. metal i bunden af centrifugeglasset.

Procedure
Der udtages parallelt to prøver (ca. 40 ml) i centrifugerør (50 ml)
Prøverne centrifugeres i 10 min ved hastighed 3500 omdrejninger pr minut i en laboratoriecentrifuge (Sorwall GLC-2)

Ved centrifugeringen skilles biomassen i tre klart adskilte faser.

På overfladen ligger i nogle prøver en tynd olie/fedtfase. Tykkelsen af laget er i visse prøver 1-2 mm; men kan være svær at bestemme præcist

I midten findes en grumset vandfase (klarfase)

I bunden afsættes en fast fase
Volumen af hver fase aflæses med 5% nøjagtighed (+-2,5 ml).
Der udtages prøver af hver fase til TS og VS bestemmelse. (Jfr. metodebeskrivelsen herfor)

Vurdering af metoden

Forbehandlingen af prøverne fra rullesigten i Herning og fra neddeling og magnetseparering i Grindsted skønnes ikke at påvirke undersøgelsen udover den tilsatte vandmængde, der kan fratrækkes voluminet af klarfasen i undersøgelsen.

Ved centrifugeringerne var det ofte ikke muligt at identificere noget flydelag og det blev højst målt til at udgøre 3% af det samlede volumen. I praksis er det derfor ikke muligt at give en rimelig sikker kvantificering af flydelagets indhold af tørstof og af tørstof glødetab. Selvom flydelagets indhold af VS er højt er voluminet så lille at det ikke har betydning for vurderingen af fordelingen af det organiske stof i affaldet mellem en flydende og en fast fase. I den efterfølgende datapræsentation vil resultat af målingerne derfor ikke blive medtaget. Det skal bemærkes at prøver af affald fra restauranter og supermarkeder, der indgår i andre aktuelle undersøgelser kan fremvise væsentligt større flydelag.

Den visuelle inspektion af de forskellige lag kunne kun helt undtagelsesvis afsløre lette materialer - plast i flydelaget eller identificerbare tungere komponenter i den faste fase selvom en tydelig lagdeling ved centrifugeringen, med meget finpartikulært materiale øverst og med mange fibre og enkelte plaststykker nederst. Der har således ikke kunnet identificeres fremmedlegemer som f.eks. metalstumper i større omfang.

Forholdet mellem voluminet af den faste og flydende fase kan bestemmes med stor sikkerhed. Fordelingen af organisk stof målt som VS kan derfor også bestemmes med en sikkerhed svarende til usikkerheden på bestemmelsen af VS. Metoden kan derfor benyttes til en almen karakterisering af fordelingen på faste partikler og væske herunder også fordelingen af organisk af f.eks. målt som glødetab i de to faser. Undersøgelsen har kun undtagelsesvis afsløret identificerbare fremmedlegemer i affaldet, således at det er begrænset information herom, der opnås med metoden.

3.4 Fysisk karakterisering: resultater

Jes la Cour Jansen og Åsa Svärd, Avdelningen för Vattenförsörjnings- och Avloppsteknik, Lunds Tekniska Högskola

3.4.1 Sigtning af forbehandlet kildesorteret organiskdagrenovation.

Der er gennemført sigtning som beskrevet i afsnit 3.3 af alle kombinationer af affald og forbehandling, der indgår i projektet. Tabel 3.4.1 giver en oversigt over prøverne og sidst i afsnittet er alle sigtebillederne vist. Det fremgår at forbehandlingen er domineret af prøver fra rullesigten i Herning og skrueseparatoren i Aalborg.

Tabel 3.4.1.
Prøveoversigt

Affaldstype

Forbehandling

Prøveidentifikation

Hovedstadsområdet Individuelle skraldespande

Rullesigte Herning

Ho_I_He_A6
010827

Hovedstadsområdet
Fælles skraldespande

Rullesigte Herning

Ho_F_He_A
010927

Aalborg
Individuelle skraldespande

Rullesigte Herning

Aa_I_He_A
011115

Aalborg
Fælles skraldespande

Rullesigte Herning

Aa_F_He_A
011115

Kolding
Individuelle skraldespande

Rullesigte Herning

Ko_I_He_A
020110

Kolding
Fælles skraldespande

Rullesigte Herning

Ko_F_He_A
020110

Vejle
Individuelle skraldespande

Rullesigte Herning

Ve_I_He_A
010927

Vejle
Fælles skraldespande

Rullesigte Herning

Ve_F_He_A
010927

Aalborg
Individuelle skraldespande

Skrueseparator i Aalborg

Aa_I_Aa_A
010808

Aalborg
Fælles skraldespande

Skrueseparator i Aalborg

Aa_F_Aa_A
010809

Hovedstadsområdet Individuelle skraldespande

Skrueseparator i Aalborg

Ho_I_Aa_A
010521

Hovedstadsområdet
Fælles skraldespande

Skrueseparator i Aalborg

Ho_F_Aa_A
010521

Kolding
Individuelle skraldespande

Skrueseparator i Aalborg

Ko_I_Aa_A
010531

Kolding
Fælles skraldespande

Skrueseparator i Aalborg

Ko_F_Aa_A
010531

Vejle
Individuelle skraldespande

Skrueseparator i Aalborg

Ve_I_Aa_A
010927

Vejle
Fælles skraldespande

Trykseparator i Aalborg

Ve_F_Aa_A
010927

Grindsted
Individuelle skraldespande

Neddeling i Grindsted

Gr_I_Gr_A
010822

Hovedstadsområdet
Fælles skraldespande

Neddeling som Grindsted

Ho_F_"Gr"_A
020204

Malmö
Fælles opsamling

Køkkenkværne i Malmö

Ma_K_A
020417

Malmö Centralsug
Fælles opsamling

Stempelsseparator i Malmö

Ma_S_TP_A
020530


Sidst i dette afsnit er alle billederne af sigterne sorteret efter forbehandlingsteknik og i figur 3.4.1 vist repræsentative billeder af 16 mm sigterne fra de 5 forskellige forbehandlingsanlæg.

Ko_I_He_A

Ve_F_Aa_A

Gr_I_Gr_A

Ma_K_A

Ma_S_TP_A

Figur 3.4.1:
Udvalgte billeder af 16 mm sigter af affald fra de 5 forbehandlingsteknikker der indgår i undersøgelsen.

Som det fremgår ovenfor og som en gennemgang af billederne sidst i afsnittet viser, spiller forbehandlingsteknikken en væsentlig rolle for mængden af store partikler. Det fremgår tydeligt:
at der ved forbehandling på rullesigten efterlades betydelige mængder store partikler på 16 mm og 8 mm sigten uanset affaldstype.
at der ved forbehandling på skrueseparatoren i Aalborg kun undtagelsesvis efterlades partikler med en størrelse på 16 eller derover. Der er også betydeligt mindre affald på 8 mm sigten end ved forbehandling på rullesigten.
at den meget enkle forbehandling i Grindsted neddeling og magnetseparering (kun 2 prøver) efterlader mange store partikler på 16 mm og 8 mm sigten.
at affald fra køkkenkværnene i Malmö (kun 1 prøve) indeholder væsentligt færre partikler på alle sigter end de øvrige affaldstyper.
at affald fra centralsugsystemet i Malmö forbehandlet i stempelseparatoren ligner affaldet fra skrueseparatoren evt. med lidt flere store partikler.

Billeder af affaldstype bagest i afsnittet er samlet således at affald fra samme geografiske område er placeret efter hinanden. Affald indsamlet i områder med individuelle skraldespande er placeret først. Af de i alt 8 par af denne type efter forbehandling på rullesigte og i skrueseparator ses at der ikke er systematisk forskel mellem affald fra de to forskellige boligområder selvom der i nogle par kan ses forskel på enkelte sigtestørrelser.

Især ved forbehandling på rullesigte ses tydeligt at indsamlingsteknikken i husholdningerne afspejler sig i karakteren af de store partikler. I figur 3.4.2 er vist 16 mm og 8 mm sigten fra de 4 geografiske områder, der har leveret affald til behandling i rullesigten.

Ho I He A6

Aa F He A

Ko I He A

Ve F He A

Figur 3.4.2:
16 mm sigter øverst og 8 mm nederst fra de 4 affaldstyper, der er forbehandlet i rullesigten i Herning.

For affald fra Hovedstadsområdet indsamlet i papirposer kan der stort set ikke identificeres plast på sigterne.

Affaldet fra Aalborg, Kolding og Vejle indsamles i plastposer. Der kan tydeligt identificeres større og mindre stykker plast på sigterne.

På sigterne af affaldet fra skrueseparatoren er det kun i meget begrænset omfang muligt at identificere karakteren af partiklerne; men der kan dog erkendes grønne plaststykker fra poser anvendt til indsamlingen i køkkenet.

Affaldet fra Grindsted og fra Hovedstadsområdet indsamles i papirposer. Ved sigtning efter den meget begrænsede forbehandling i Grindsted (eller simulering heraf på affaldet fra Hovedstadsområdet) bestående af neddeling og magnetseparering, ses tydeligt store stykker papir på sigterne. Det er ikke umiddelbart muligt at identificere plast i disse prøvetyper.

Affaldet fra køkkenkværnene i Malmö er så fint neddelt at der ikke kan identificeres enkeltbestanddele på sigterne.

Affaldet fra stempelseparatoren benyttet til affaldet fra centralsuget i Malmö er meget fint neddelt; der kan dog identificeres små plaststrimler på sigterne.

3.4.2 Centrifugering af forbehandlet kildesorteret organisk dagrenovation

Der er gennemført centrifugeringer som beskrevet i afsnit 3.3 af alle kombinationer af affald og forbehandling, der indgår i projektet idet de samme prøver, som er sigtet, også er centrifugeret. Tabel 3.4.1 giver en oversigt over de udvalgte prøverne og i tabel 3.4.2 er alle resultaterne samlet.

Tabel 3.4.2
Resultater af centrifugeundersøgelserne

Se her!

Figur 3.4.3 viser prøvernes tørstofindhold opdelt på gløderest og glødetab.

Figur 3.4.3:
Tørstofindhold, gløderest og glødetab i de centrifugerede prøver

Det fremgår at tørstofindhold og glødetab varierer væsentligt afhængigt af hvilken forbehandlingsmetode der er benyttet. Mest skiller biomassen fra køkkenkværnene i Malmö sig ud. Her er tørstofindholdet markant lavere end for de øvrige affaldstyper. Biomassen fra rullesigten i Herning ser generelt ud til at have et højere tørstofindhold end biomassen fra skrueseparatoren i Aalborg; men også en større gløderest. Glødetabet ligger for alle prøver fra 80-95% af tørstoffet. I afsnit 3.6 findes resultater for tørstofbestemmelser fra alle prøver, der indgår i forsøget.

Figur 3.4.4 viser den volumenmæssige fordeling af klarfasen og den faste fase. Flydelaget indgår ikke i figuren, da der kun på få prøver kunne konstateres et sådant lag og i alle tilfælde var det ganske tyndt.

Figur 3.4.4:
Volumenfordeling mellem klarfasen og den faste fase

Det ses af figuren, at den faste fase systematisk udgør en væsentlige større andel af volumenet i prøverne forbehandlet på rullesigten i Herning end behandlet på skrueseparatoren i Aalborg. Affaldet der kun er neddelt (som i Grindsted) ligger imellem. Da der ikke sker nogen frasortering her må fordelingen i dette affald forventes at svare til niveauet for kildesorteret organisk dagrenovation indsamlet i papirposer inden forbehandling.

Affaldet fra køkkenkværnene i Malmö indeholder kun en mindre del fast materiale, naturligvis som følge af det lave tørstofindhold i denne prøve. Den enlige prøve fra stempelseparatoren i Malmö viser et niveau som for rullesigten.

Figuren viser at forbehandling i skrueseparatoren fører til en større andel vand i det forbehandlede materiale og dermed et forventeligt mere tørt rejekt end rullesigten.

Figur 3.4.5. Viser fordeling af VS mellem de to faser efter centrifugering.

Figur 3.4.5:
Fordeling af VS mellem klarfasen og den faste fase efter centrifugering

Det ses at den faste fase indeholder hovedparten af det forbehandlede affalds VS, typisk mere end 80%. Mønstret fra volumenfordelingen er i øvrigt uændret således at det større vandindhold i affaldet fra skrueseparatoren også betyder en større andel VS i klarfasen.

Den store andel VS i den faste fase betyder at der ikke er noget stort tab af VS ved at forbehandlingen resulterer i en tør biomasse. Et højt indhold af vand i biomassen kan dog være gunstigt for at sikre et lavt vandindhold i rejektet, der typisk skal brændes.

I modsætning til de øvrige affaldstyper indeholder klarfasen efter centrifugering af affaldet fra køkkenkværnene i Malmö stort set ingen VS på trods af det meget lave tørstof. Det skyldes formentlig at hovedparten af prøvens vandindhold er skyllevand fra køkkenvasken, og at den del af glødetabet, der ellers måtte forventes i klarfasen er skyllet ud af opsamlingstanken.

3.4.3 Samlet præsentation af alle sigteresultater

På de efterfølgende sider præsenteres alle sigtebillederne ordnet efter forbehandlingen.

 

16 mm

8 mm

4 mm

2 mm

1 mm

Ho_I_He_A6
010827

Ho_F_He_A
010927

Aa_I_He_A
011115

Aa_F_He_A
011115

 

 

16 mm

8 mm

4 mm

2 mm

1 mm

Ko_I_He_A
020110

Ko_F_He_A
020110

sigte2j.jpg (4304 bytes)

Ve_I_He_A
010927

Ve_F_He_A
010927

 

 

16 mm

8 mm

4 mm

2 mm

1 mm

Aa_I_Aa_A
010808

Aa_F_Aa_A
010809

sigte3i.jpg (3907 bytes)

Ho_I_Aa_A
010521

Ho_F_Aa_A
010521

 

 

16 mm

8 mm

4 mm

2 mm

1 mm

Ko_I_Aa_A
010531

Ko_F_Aa_A
010531

Ve_I_Aa_A
010927

Ve_F_Aa_A
010927

 

 

16 mm

8 mm

4 mm

2 mm

1 mm

Gr_I_Gr_A
010822

Ho_F_"Gr"_A
020204

Ma_K_A
020417

Ma_S_TP_A
020530

3.5 Analytiske metoder

I dette kapitel beskrives procedurerne for de kemiske analyser der er benyttet i dette projekt. Procedurerne er beskrevet ud fra oplysninger fra de laboratorier, som har udført analyserne. Beskrivelserne er ikke helt fyldestgørende for samtlige analyser, da det ikke har været muligt, at skaffe alle relevante informationer.

I beskrivelserne er der lagt vægt på at beskrive det overordnede princip og fremgangsmåden kort og forståeligt, samt angive usikkerheder og måleområde for den enkelte analyse. Rækkefølgen af beskrivelserne er bestemt af de udførende laboratorier, således at analyser udført af DLG Centrallaboratorium er beskrevet først, herefter analyser udført af Miljø & Ressourcer DTU, Danmarks Tekniske Universitet, og til sidst analyser udført af ALcontrol, Sverige.

Beskrivelserne er udført på engelsk for at undgå sproglige misforståelser mellem svensk og dansk.

3.5.1 Crude fat (Fedt)

Analytical approach: The dried sample (5g) is hydrolysed by boiling 1 hour in 125 ml 3M HCl. The fat is collected by filtering through a Whatmann 4 filter and from this filter the fat is extracted with petroleum ether (boiling point 60° C) in a continuous (Soxleth) extraction. The amount of fat in the sample is determined by weighing the extracted fat after evaporation of the petroleum ether and drying the sample at 100° C for 1½ hour. The method is carried out in duplicates.

Manual used for analysis: Legislation 98/64/EC: Determination of Crude Fat. Official Journal of the European Communities, Vol. L257, 19/9-1998

Storage of samples prior to analysis: The dried samples used for this analysis can be stored in closed containers.

Accuracy: DLG Centrallaboratorium is using an internal control sample (standard) which is run every day. Plantedirektoratet has verified the standard. DLG Centrallaboratorium is part of a European ringtest organised by the French company BIPEA.

Precision:

Repeatability:

0.2% abs if %fat<5%
4.0% relative if 5<%fat < 10%
0.4% abs if %fat >10%

Detection limit: Not determined

Analysis performed at: DLG Centrallaboratorium

3.5.2 Crude fibre (Træstof)

Analytical approach: The sample (1g) is defatted by petroleum ether and hydrolysed with 150 ml 0,13 M sulphuric acid by boiling for 30 min. The sulphuric acid is drained off the sample, it is washed with 3x30 ml boiling water and 150 ml 0,23 M potassium hydroxide is added. This mixture is hydrolysed for 30 minutes followed by filtration and washing as for the acid treatment. The sample is dried (at 130° C), weighed and heated to 475-500° C for at least 30 min.

The sulphuric acid and potassium hydroxide hydrolysis remove everything except ash and the fraction defined as crude fibre. At the last heating to 475-500° C the fibre is burned off and the ash is the only thing left over.

Manual used for analysis: Legislation 92/89/EC: Determination of Crude Fiber. Official Journal of the European Communities, Vol L344, 26/11-1992

Storage of samples prior to analysis: The dried samples used for this analysis can be stored in closed containers.

Accuracy: DLG Centrallaboratorium is using an internal standard, which is analysed every day. The standard has been verified by Plantedirektoratet. DLG Centrallaboratorium is part of a European ringtest organised by the French company BIPEA.

Precision:

Repeatability:

0.3% abs if %fiber<10%
3.0% relative if %fiber >10%

Detection limit: 0,4% (is not determined, but is the highest value one accepts of a "blank" Sample.

Analysis performed at: DLG Centrallaboratorium

3.5.3 Crude protein (Protein)

Analytical approach: The method used is the Dumas method, which determinates the total amount of nitrogen after total combustion of the sample. By this method all nitrogen in the sample is measured, that means also the nitrogen in nitrate, nitrite- all the inorganic nitrogen.

0.1-1.0 g of sample is pressed into a pellet in nitrogen free paper. This pellet is combusted at high temperature (850° C) to NOx, which is led over a column of cupper, where the nitrogen is reduced to N2 and the cupper oxidised to cupper oxide. The amount of nitrogen formed is measured by thermal conductivity. To convert the nitrogen content to crude protein the N content is multiplied by 6.25.

Manual used for analysis: Legislation 93/28/EC: Determination of Crude Protein. Official Journal of the European Communities, Vol L179, 22/7-1993

Storage of samples prior to analysis: The dried samples used for this analysis can be stored in closed containers.

Accuracy: DLG Centrallaboratorium is using an internal control sample (standard) that is run every day. Plantedirektoratet has verified the standard. Concerning both methods DLG Centrallaboratorium is part of a European ringtest organised by the French company BIPEA.

Precision:

Repeatability:

0.2% abs if %protein <20%
1.0% relative if 20%< %protein <40%
0.4% abs if %protein >40%

Detection limit: The sensitivity of the measurements in the Dumas method is 0.001%N. The detection limit is thus defined as two times the sensitivity, 0.002% N (or 0.0125% protein).

Analysis performed at: DLG Centrallaboratorium

3.5.4 EFOS Kvæg

Analytical approach: This method is used only in Denmark. The method determines the amount of enzyme-digestible organic matter in the sample. 0.5g of the sample is treated with pepsin-HCl in a water bath at 40° C. Afterwards the sample is heated to 80° C for 45 min. to hydrolyse the starch, this is followed by washing with 2x100ml water. Finally the cell wall materials are broken down by treating the sample with cellobiase, hemicellulase and amyloglycosidase at 40° C in a water bath. The left over from this treatment is the indigestible organic matter and the ash,- that means that by ashing, the indigestible organic matter is lost.

Manual used for analysis: An Energy Evaluation System for Determination of the Energy Content in Feed Mixtures for Ruminants and Horses. PD Announcement FO 10/99 (1999). Ministry of Food, Agriculture and Fisheries, Danish Plant Directorate, Lyngby, Denmark

Storage of samples prior to analysis: The dried samples used for this analysis can be stored in closed containers.

Accuracy: DLG Centrallaboratorium uses an internal control sample (standard) that is run every day. Plantedirektoratet has verified the standard.

Precision:

Repeatability:

0.5% abs for feedstuff

Detection limit: not determined (a blank gives rise to 0,5%).

Analysis performed at: DLG Centrallaboratorium

3.5.5 Starch (Stivelse)

Analytical approach: The samples are analysed by the enzymatic method "Total Starch" by Megazyme. 0.2 ml ethanol and 3 ml a -amylase are added to 0.1 g sample. This is followed by incubation in boiling water for 6 minutes, now the starch is partly hydrolysed and fully solubilised. The sample is transferred to a 50° C bath and treated with amyloglucosidase for 30 minutes. By this treatment the starch is quantitatively hydrolysed to glucose. The amount of glucose is determined by an enzymatic assay using glucose oxidase and peroxidase. By this assay the glucose is oxidised to gluconate and hydrogenperoxide and the amount of hydrogenperoxide measured by reaction with peroxidase and 4-aminoantipyrine. The amount of glucose (g) is converted to amount of starch in the sample (%).

Manual used for analysis: Megazyme internal reference: Megazyme "Total Starch" assay procedure (amyloglucosidase/a -amylase) AA/AMG 9/97. AOAC Method 996.11 and AACC Method 76.13.

Storage of samples prior to analysis: The dried samples used for this analysis can be stored in closed containers.

Accuracy: DLG Centrallaboratorium uses an internal control sample (standard) that is run every day. For homogene samples Megazyme routinely achieve a standard deviation of 2%.

Precision: Not given

Detection limit:

Analysis performed at: DLG Centrallaboratorium

3.5.6 Sugar (Sukker)

Analytical approach: The amount of total sugar is measured in 2.5 g of sample, which is extracted with 200 ml ethanol. After filtration the ethanol is evaporated and the left over is solubilised in 200 ml of water. 50 ml of this is boiled in 15 ml 0.1 N HCl for 30 min to invert the sugar. The sample is neutralised with sodiumhydroxide and diluted to 100 ml with water. An aliquot (often 25 ml) is used for determination of the amount of reducing sugar by a Luff.Schoorl titration (This means: The reduced sugars react with a surplus of Cu+ + forming Cu + . Next the remaining amount of Cu+ + reacts with J- forming J2. The amount of J2 is determined by titration with sodiumthiosulfate). The amount of glucose in the sample expressed as sucrose is calculated from this titration.

Manual used for analysis: Legislation 71/250/EC: Determination of Sugar. Official Journal of the European Communities, Vol L155 12/7-1971

Storage of samples prior to analysis: The dried samples used for this analysis can be stored in closed containers.

Accuracy:

Precision: not given in the method

Detection limit: not given in the method

Analysis performed at: DLG Centrallaboratorium

3.5.7 Dry matter (DM, TS, Tørstof)

Analytical approach: Fresh, blended waste is dried in triplicate aluminium trays (approximately 500 g) at 80° C until constant weight (48 hours).

Manual used for analysis: Internal procedure, not published

Reasoning behind the method: A relatively large amount of sample is used for measurements of DM due to the heterogeneity of the sample. The samples are dried at 80° C to minimise evaporation of ammonium and volatile fatty acids.

Storage of samples prior to analysis: It is possible to freeze the samples before analysis.

Accuracy: Not determined

Precision:

Detection limit: Not determined

Analysis performed at: DTU

3.5.8 Volatile Solids (VS, glødetab, Tørstofglødetab)

Analytical approach: 2-3 g of finely blended, dried, ground organic waste is oxidised in triplicate in porcelain crucibles at 550° C until constant weight (DTU: 2-4 hours). Hereafter the samples are cooled in a desiccator. The VS content is calculated as a percentage of the DM content in each sample.

Manual used for analysis: Internal procedure. Not published.

Storage of samples prior to analysis: The dried, ground sample of organic waste can be stored in closed containers prior to analysis.

Accuracy: Not determined

Precision:

Detection limit: Not determined.

Analysis performed at: DTU

3.5.9 Nitrogen (Kjeldahl)

Analytical approach:

To measure the Kjeldahl nitrogen content (ammonia + organic nitrogen) the samples (2-6 grams, depending of the nitrogen content) are digested with concentrated H2SO4 by raising temperature (200-350° C, during 1½-2 hours). Prior to digestion Kjeldtabs, glass beats, concentrated H2SO4 and octanole are added. Distilled water is added to the cooled sample prior to distillation at the Kjeldahl distillation unit. Here the nitrogen is collected in boric acid and titrated with 0.1 M HCl. The samples are run in triplicates.

For ammonia analysis the procedure is similar. However no digestion is performed and the samples are run in duplicates.

Manual used for analysis: Optimisation of Kjeldahl method, Special Course, E &R, DTU, August/September 2001, Massimo Forti og Sune Balle Hansen

Storage of samples prior to analysis: The analysis is carried out on wet samples to prevent any loss of nitrogen during the drying procedure. The wet samples can be frozen prior to analysis.

Accuracy: Standard deviation 5% relative

Precision:

Detection limit: 1 mg N per sample digested

Analysis performed at: DTU

3.5.10 Volatile fatty acids (VFA)

Analytical approach: The volatile fatty acids are extracted from the wet waste sample (5 ml in Eppendorf tube) by adding 50 m l 17% H3PO4 followed by centrifugation (20 minutes, 10000 RPM). The supernatant is transferred to analysis vials (minimum 0.5 ml) and analysed by gas chromatography for acetate, propionate, iso-butyrate, butyrate, iso-valerate and valerate, the sum representing the total VFA concentration. Standards for all the volatile fatty acids are run in 13 concentrations between 0.025 and 60mM.

Manual used for analysis: Internal manual

Storage of samples prior to analysis: The wet samples can be frozen prior to analysis. After extraction the samples should not be frozen (to prevent precipitation in the vials, which can course problems during the GC analysis).

Accuracy:

Precision:

Detection limit: 0,5 mM (= 30 mg/l wet sample)

Analysis performed at: DTU

3.5.11 Chemical oxygen demand (COD)

Analytical approach: 2 ml dissolved, homogenised (no information on the procedure) sample is oxidised with potassium dichromate (K2Cr2O7) in acid solution at 148° C (± 3° C) for 2 hours. Hereby Cr (VI) is reduced to Cr (III) and the colour of the sample changes from yellow into green. This change in colour is measured spectophotometrically at 620 nm and the COD concentration is calculated according to a calibration curve.

Manual used for analysis: Internal procedure, not published. KM Lab AB, Arbetsskrivning Nr 10.

Storage of samples prior to analysis: The dried samples can be stored in closed containers prior to analyses.

Accuracy: The system is calibrated two times a year. For every measurement a control sample (COD=0) is run together with two samples with a known COD concentration (50 and 500 mg/L). The calibration is accepted when triplicate samples lay within +/-5%.

Precision: 25 %. Measurement uncertainty estimated according to Eurachem. This value is corrected by a coverage-factor, k = 2.

Detection limit: 30 mg/l

Analysis performed at: ALcontrol

Literature: SS 028142-2

3.5.12 Chloride (Cl)

Analytical Approach: 1 g homogenised sample is extracted by mixing vigorously with HNO3 and water. Chloride is determined by titration of the diluted sample with silver nitrate.

Manual used for analysis: Internal procedure ALcontrol Laboratories, procedure no. 3022 (14th edition 2002). Reference: NMKL no. 89, edition 2a, 1986.

Storage of samples prior to analysis: The dried samples can be stored in airtight containers prior to analyses.

Accuracy: The recovery of a known control sample is 100,5 %.

Value derived from latest round robin test.

Precision: 10 %. Measurement uncertainty estimated according to Eurachem. This value is corrected by a coverage-factor, k = 2.

Detection Limit: 10 g/kg

Analysis performed at: ALcontrol

3.5.13 Phosphorous (P)

Analytical Approach: 1 g dried, homogenised sample is digested by adding 7 M HNO3 and boiled at 120o C for 60 minutes. The filtered sample is diluted to known volume. The content of P is determined by ICP-AAS.

Manuals used for analysis:

Digestion: Swedish Standard SS 02 83 11

Determination: Swedish European Norm SS-EN-11885

Storage of samples prior to analysis: The dried samples can be stored in airtight containers prior to analyses.

Accuracy: The recovery of a known control sample is 97 %. Value derived from a certified reference-material with similar matrix.

Precision: 20 %.Measurement uncertainty estimated according to Eurachem. This value is corrected by a coverage-factor, k = 2.

Detection Limit: 0.1 ppm

Analysis performed at: ALcontrol

3.5.14 Potassium (K)

Analytical Approach: 1 g dried, homogenised sample is digested by adding 7 M HNO3 and boiled at 120o C for 60 minutes. The filtered sample is diluted to known volume. The content of K is determined by ICP-AAS.

Manuals used for analysis:

Extraction: Swedish Standard SS 02 83 11

Determination: Swedish European Norm SS-EN-11885

Storage of samples prior to analysis: The dried samples can be stored in airtight containers prior to analyses.

Accuracy: The recovery of a known control sample is 101 %.

Value derived from a certified reference-material with similar matrix.

Precision: 20 %. Measurement uncertainty estimated according to Eurachem. This value is corrected by a coverage-factor, k = 2.

Detection Limit: 0.4 ppm

Analysis performed at: ALcontrol

3.5.15 Sulphur (S)

Analytical Approach: 1 g dried, homogenised sample is digested by adding 7 M HNO3 and boiled at 120o C for 60 minutes. The filtered sample is diluted to known volume. The content of A is determined by ICP-AAS.

Manuals used for analysis:

Extraction: Swedish Standard SS 02 83 11

Determination: Swedish European Norm SS-EN-11885

Storage of samples prior to analysis: The dried samples can be stored in airtight containers prior to analyses.

Accuracy: The recovery of a known control sample is 99 %.

Value derived from a certified reference-material with similar matrix.

Precision: 20 %. Measurement uncertainty estimated according to Eurachem. This value is corrected by a coverage-factor, k = 2.

Detection Limit: 0.1 ppm

Analysis performed at: ALcontrol

3.5.16 Carbon (C), Hydrogen (H) and Nitrogen (N)

Analytical Approach: Determination by the CN analyser CE Instruments EA 1108. 1-2 mg weighed and dried, homogenised sample is oxidised at 1800o C in HCl with He as carrier gas. The gasses CO2, H2O, NOx, SO2, and SO3 are lead into a reduction tube where NOx is reduced to N2, and SO3 to SO2. The gasses are separated by gas chromatography and determined by a heat detector. Results are calculated by Eager Windows software.

Manuals used for analysis:

Internal Procedure Mikro Kemi AB no.2003, 8th ed. of 2001.

Storage of samples prior to analysis: The dried samples can be are stored in airtight containers prior to analyses.

Accuracy: After standardising a control-sample is analysed, BBOT. The concentrations should be in the following interval:

C = 72,53 +/- 0,30 %, H = 6,09 +/- 0,15 %, N = 6,51 +/- 0,15 %.

Precision: Measurement uncertainty not specified for this matrix.

Detection Limit: C = 3 µg/l, H = 1 µg/l, N = 2 µg/l

Analysis performed at: ALcontrol / Mikrokemi

Literature (References)

CE Instruments, Publication list, June 1995, A65
Manual Fisons EA 1108
Valideringsrapport VL2003 Ed2, Mikro Kemi AB
SNV Rapport 3372
MK8044, Mätosäkerhet för kemilaboratorier med metod MK2003
Miller J.C. & Miller J.N. Statistics for analytical chemistry, 3rd edition.

3.5.17 Calorific Value

Analytical Approach

A fixed amount of a substance is combusted at constant volume and at the reference temperature 25 ° C. The result is the gross calorific value of the sample with all water of the combustion product as liquid water. Formulae for calculation of the net calorific value that is water removed as vapour and burning at constant (atmospheric) pressure or given at constant volume is included in the standard.

Manuals used for analysis:

ISO 1928:1995(E) Solid mineral fuels - Determination of gross calorific value by the bomb calorimetric method, and calculation of net calorific value.

Storage of samples prior to analysis: No requirements is given.

Accuracy: Not given

Precision: Not given

Detection Limit: Not given

Analysis performed by: ALcontrol / Mikrokemi

3.6 Kemisk karakterisering: Resultater

I det følgende vises resultaterne af de kemiske analyser af forbehandlet kildesorteret organisk dagrenovation (biomasse) og rejekt. Resultaterne er opstillet i forskellige tabeller for at belyse forskellige problemstillinger.

Tabel 3.6.1 viser variationen mellem de forskellige indsamlingsområder. Analyseresultater for hvert område er vist for individuel og fælles skraldespande for hver forbehandlingsmetode. I hver af disse kategorier er der beregnet gennemsnit for hver kemiske parameter, ligesom det totale gennemsnit for hver parameter er beregnet for hvert indsamlingsområde.

Tabel 3.6.2 viser de kemiske analyser opdelt efter forbehandlingsmetode. For hver parameter er angivet gennemsnit for de enkelte kombinationer af indsamlingsområde og F og I indenfor hver forbehandling, ligesom de samlede gennemsnit for hver kemiske parameter for den enkelte forbehandlingsmetode er angivet.

I tabel 3.6.3 ses variationen i den kemiske sammensætning over tid. For tre kombinationer af indsamlingssted og forbehandling er der foretaget 5-6 prøvetagninger over en tidsperiode på ca. 1 år. Dette gælder affald fra Hovedstadsområdet (både fælles og individuel) forbehandlet på rullesigte i Herning, affald fra Aalborg (både fælles og individuelt) forbehandlet i skruepresse i Aalborg og affald fra Grindsted (individuelt) forbehandlet med neddeler + magnet i Grindsted. I tabellen vises udvalgte kemiske parametre for de forskellige kombinationer.

Tabel 3.6.4 viser udvalgte kemiske parametre for den kontrolprøve, der er analyseret gentagne gange. Under hver kolonne er angivet middelværdi og relativ standardsafvigelse (standardafvigelse divideret med middelværdien) for den aktuelle parameter.

Tabel 3.6.5 viser resultater fra den statistiske undersøgelse af prøvetagningsmetoden i henholdsvis Herning (rullesigte) og Aalborg (skrueseparator). Prøvetagningsproceduren blev statistisk vurderet ud fra en modificeret prøvetagningsplan. Herved kunne de største usikkerheder i prøvetagningsproceduren identificeres. Der er flere prøver for proceduren for rullesigten i Herning end for skrueseparatoren i Aalborg. Dette skyldes, at der er flere trin i prøvetagningsproceduren fra rullesigten, da denne biomasse er mindre homogen end biomassen fra skrueseparatoren. Undersøgelsen er nærmere beskrevet i afsnit 3.7.

Tabel 3.6.6 og 3.6.7 viser resultater af analyser af den organiske fraktion af rejekterne opgjort på henholdsvis indsamlingsområder og forbehandlingsmetoder.

Sidst i afsnittet findes to oversigtstabeller, tabel 3.6.8og tabel 3.6.9, der indeholder samtlige målte kemiske parametre for alle analyserede biomasse- og rejektprøver. De kemiske analyser af rejektet blev lavet for at undersøge, om der var generelle forskelle mellem biomasse og rejekt eller mellem rejekter fra forskellig forbehandling. De kemiske analyser af rejekterne er foretaget på den organiske fraktion af rejekterne og er dermed udtryk for sammensætningen af denne og ikke hele rejektfraktionen.

I analyseprogrammet indgik oprindeligt måling af COD på samtlige prøver. Målemetoden har dog vist sig at være så usikker, at det er valgt at se bort fra denne analyse.

Tabel 3.6.1.a:
Indsamlingsområde: Kemiske analyser af biomasse fra affald indsamlet i Hovedstadsområdet forbehandlet med forskellige forbehandlingsmetoder.

Se her!
   

Tabel 3.6.1.b:
Indsamlingsområde: Kemiske analyser af biomasse fra affald indsamlet i Aalborg forbehandlet med forskellige forbehandlingsmetoder.

Se her!
   

Tabel 3.6.1.c:
Indsamlingsområde: Kemiske analyser af biomasse fra affald indsamlet i Grindsted forbehandlet i Grindsted (dette affald blev ikke forbehandlet andre steder)

Se her!
   

Tabel 3.6.1.d:
Indsamlingsområde: Kemiske analyser af biomasse fra affald indsamlet i Kolding forbehandlet med forskellige forbehandlingsmetoder

Se her!
    

Tabel 3.6.1.e:
Indsamlingsområde: Kemiske analyser af biomasse fra affald indsamlet i Vejle forbehandlet med forskellige forbehandlingsmetoder

Se her!
     

Tabel 3.6.1.f:
Indsamlingsområde: Kemiske analyser af biomasse fra affald indsamlet i Malmö forbehandlet med forskellige forbehandlingsmetoder

Se her!
   

Tabel 3.6.2.a:
Forbehandling: Kemiske analyser for biomasse behandlet på rullesigte

Se her!
   

Tabel 3.6.2.b:
Forbehandling: Kemiske analyser for biomasse behandlet i skrueseperator

Se her!
   

Tabel 3.6.2.c:
Forbehandling: Kemiske analyser for biomasse behandlet med neddeler + magnet

Se her!
   

Tabel 3.6.2.d:
Forbehandling: Kemiske analyser for biomasse behandlet med centralsug + stempelseparator

Se her!
    

Tabel 3.6.2.e:
Forbehandling: Kemiske analyser for biomasse behandlet i køkkenkværne

Se her!
   

Tabel 3.6.3.a:
Tidsmæssig variation. Resultater af kemiske analyser af biomasse fra affald indsamlet i Hovedstadsområdet forbehandlet på rullesigte i Herning.

Se her!
   

Tabel 3.6.3.b:
Tidsmæssig variation: Resultater af kemiske analyser af biomasse fra affald indsamlet i Hovedstadsområdet forbehandlet i skrueseparator.i Aalborg

Se her!
   

Tabel 3.6.3.c:
Tidsmæssig variation: Resultater af kemiske analyser af biomasse fra affald indsamlet i Grindsted forbehandlet med neddeler + magnet i Grindsted.

Se her!
   

Tabel 3.6.4:
Resultater af gentagne analyser af kontrolprøve

Se her!
    

Tabel 3.6.5:
Resultater fra analysen af prøver fra den statistiske undersøgelse af prøvetagningsproceduren (se afsnit 3.7)

Se her!
   

Tabel 3.6.6.a:
Indsamlingsområde: Hovedstadsområdet. Analyser af den organiske fraktion af rejekterne

Se her!
   

Tabel 3.6.6.b:
Indsamlingsområde: Aalborg. Analyser af den organiske fraktion af rejekterne

Se her!
   

Tabel 3.6.6.c:
Indsamlingsområde: Kolding. Analyser af den organiske fraktion af rejekterne

Se her!
   

Tabel 3.6.6.d:
Indsamlingsområde: Vejle. Analyser af den organiske fraktion af rejekterne

Se her!
   

Tabel 3.6.6.e:
Indsamlingsområde: Malmö. Analyser af den organiske fraktion af rejekterne

Se her!
   

Tabel 3.6.7.a:
Forbehandling: Rullesigte. Analyser af den organiske fraktion af rejektet

Se her!
  

Tabel 3.6.7.b:
Forbehandling: Skrueseparator. Analyser af den organiske fraktion af rejektet

Se her!
  

Tabel 3.6.7.c:
Forbehandling: Centralsug + stempelseparator. Analyser af den organiske fraktion af rejektet

Se her!
   

Tabel 3.6.8:
Sammenstilling af kemiske analyser: TS, VS, pH, organiske delkomponenter, EFOS (enzymfordøjeligt organisk stof) og VFA (volatile fatty acids) for biomasse (A) og rejekt (R ) for samtlige prøvetagninger.

Se her!
    

Tabel 3.6.9:
Sammenstilling af de kemiske analyser (Kemiske enkeltkomponenter og brændværdi) for biomasse (A) og rejekt (R) for samtlige prøvetagninger.

Se her!

3.7 Assessment of sampling and chemical analysis of source-separated organic household waste

Manuscript submitted to Waste Management

Assessment of sampling and chemical analysis of source-separated organic household waste

Jes la Cour Jansen1’, Henrik Spliid2, Trine Lund Hansen3, Åsa Svärd1, Thomas H. Christensen3

1Water and Environmental Engineering, Lund University,
P.O. Box 118, SE-221 00 Lund, Sweden
2Informatics and Mathematical Modelling, Technical University of Denmark, DK-2800 Kongens Lyngby, Denmark
3 Environment & Resources DTU, Technical University of Denmark,
DK-2800 Kongens Lyngby, Denmark

* Corresponding author: email jes.la_cour_jansen@vateknik.lth.se

Key words: solid waste sampling, organic household waste, source separation, chemical characterization, staggered design, components of variance, Kolmogorov-Smirnov test

Abstract

The quality of the waste sampling procedure and chemical analysis was evaluated in a research program on characterization of organic waste obtained after disc screening of source-separated organic household waste. The sampling procedures focused on a truckload of waste and involved several steps of subsampling including shredding, mixing, blending, high-speed-blending, drying and milling prior to analysis of the organic waste with respect to ash content, crude fibers, crude fat, crude protein, sugar, starch, enzyme-digestible organic matter, P, N, C, H, S and calorific value. The statistical evaluation of the procedures involved 10 samples of the same truckload of waste obtained by splitting the sample at each level in the procedure according to a staggered, incomplete nested statistical design. Furthermore one sample was analysed six times over a period of approximately one year. The statistical evaluation showed that no single step in the sampling procedure contributed with excessive variance and that the variance caused by the sampling procedure was approximately the same as the variance in the chemical analysis observed over a year. The variance varied with the analytical parameter but for most parameters the uncertainty was satisfactorily low (of the order of 3-10% expressed as the relative standard deviation, which is considered to be satisfactory for waste characterization).

Introduction

Source separation and biological treatment of organic household waste has been introduced in many Danish cities in recent years as a means of increasing recycling of household waste. Recycling of paper and glass is mandatory in all municipalities and yields 20 - 25% of household waste recycling, but only by including also the organic fraction is it possible to reach recycling goals of at least 50% set by many cities for household waste. The source-separated organic waste is treated by composting or by anaerobic digestion with the intension of using the treated waste as a soil amendment.

The composition of the source-separated organic fraction of household waste that is biologically treated may vary depending on several local factors: The sorting criteria specified by the municipality for use by the households, the efficiency of the citizens in sorting properly, the collection system including the types of collection bags used in the kitchen (paper, plastic) and local storage bins (containers, paper sacks) and finally the pretreatment that is used (disc screen, screw separator, magnetic separator etc.) prior to the biological treatment. The composition of the waste is a key parameter in assessing the potential of nutrient (N, P and K) and carbon (C) recovery as well as the potential for biogas production both on a national/regional level and with respect to identifying the most efficient systems.

One major problem in obtaining reliable data on the composition of source-separated organic household waste is the difficulty in obtaining a representative sample for analysis in the laboratory. This problem is well known with solid waste in general: A collection truck holds maybe 2-5 ton of waste, which is very inhomogeneous both physically and chemically, and the chemical analysis performed in the laboratory may need only 1-2 gram of material. The sampling procedure is costly if good representativity is needed and usually case specific approaches are used in order to obtain as many samples as possible for the resources available. However, often the procedures are not well described and their reliability is not assessed.

The purpose of this paper is to provide a detailed description and statistical assessment of the sampling procedure that we recently applied in a project for the Danish EPA, where we sampled and chemically characterized source-separated organic household waste from five Danish cities representing different approaches to recycling of organic household waste.

Materials and methods

Routine sampling procedure

The organic waste studied originated from full-scale urban source-separation schemes or experimental schemes that had been in operation for more than six months. The organic waste was separated by the citizens in their kitchen in special bags, brought to local bins that were emptied weekly or every second week by ordinary waste collection crews. The waste was collected in compacting trucks holding 2-4 tons per load and transported to the pretreatment facility, in some cases after transfer to long-haul vehicles.

The sampling procedure described below and statistically evaluated is the procedure used for waste subject to disc screening only. This yields the most inhomogeneous waste and, thus, this procedure is believed to be the one most vulnerable to uncertainty. The procedure has been applied to the source-separated organic waste after disc screening and focuses on the amount of waste contained in a single truckload.

The field sampling procedure routinely used is shown in Figure 1. The disc-screened waste from one truck was piled on a clean concrete slab. Randomly in the pile, waste was sampled by a shovel to a wheelbarrow, the pile was spread further out and more samples were taken until about 10% of the waste had been sampled, typically about 300 kg. This subsample was shredded twice and piled on a plastic liner on the floor. The shredded waste was mixed by a shovel and randomly from the pile approximately 20-30 kg were collected in a clean plastic barrel supplied with a lid. This sample was taken to the laboratory.

The laboratory sampling procedure is shown in Figure 2. The waste sample in the barrel was mixed with a shovel after arrival in the laboratory. About half of the sample was blended in a large blender and samples for volatile parameters were taken. Afterwards water was added to improve the blending and size reduction. About 20% of the original sample, now amounting to about 4 kg including the water added, was transferred to a high-speed blender and homogenized further after more water was added. The sample now became a green-brownish thick gravy, which was transferred to aluminium foil trays for drying at 80 oC until constant weight. The dry thin breads of organic sample were afterwards milled in a small hammer mill with a 2 mm screen. The finely grained sample was afterwards chemically analysed.

Chemical characterization

Standard environmental and feedstuff analytical procedures were used to characterize the organic waste.

The wet sample taken after blending of the waste (before water was added) was characterized in terms of volatile components (volatile fatty acids, ammonia), water content and pH.

The dried sample obtained after the full procedure described above was used for characterization in terms of:
Direct measure of organic matter: Volatile Solids, calorific value and EDOM (Enzyme Degradable Organic Matter)
Specific analyses of organic matter: Fat, protein, crude fiber, starch and sugar
Basic elements involved in biological conversion: Carbon, hydrogen, nitrogen and sulphur
Basic elements being important nutrients: Kjeldahl–nitrogen, phosphorous (P) and potassium (K)
Other elements, potentially inhibiting: Chloride

Testing of sampling procedure

In order to assess the routine sampling procedure, a special effort was made on a single occasion involving sampling of multiple samples according to a staggered statistical design. The basic idea was to find the overall uncertainty of the full procedure from sampling in the field, sample preparation in the laboratory and chemical analysis and to identify any step in the procedure significantly contributing to the overall uncertainty.

The chemical parameters involved in the statistical analysis are those made on the dried sample since only these represent the full sampling procedure and chemical analysis.

Statistical approach and results

Statistical sampling design

The design of the experiment is a so-called staggered design and is an incomplete nested design as shown in Figure 3 (Bainbridge, 1965; ISO 5725-3). The complete nested design appearing in Figure 3 requires 32 samples, as each sample is split into two subsamples at every step in the procedure not including the full amount of the waste sample. However, a special design involving only 10 measurements was actually performed. The advantages of this design is that all the levels in the hierarchy are assessed with the same relative precision, thus being a much more economical design compared to conventional designs. The samples actually taken are shown in the right side of Figure 3. The number to the left of the parentheses is the high-speed blender (h-s blender) number while the indices inside the parenthesis are part of the pile (i), shredder (j), barrel (k) and blender (l) number, respectively, giving m(ijkl), the high-speed blender number within part, shredder, barrel and blender. The indexing is further explained below.

The sampling design took the starting point in the pile of organic waste on the concrete slab that was divided in two parts (P) indexed by i being either 1 or 2. The second sampling level is indicated by the collection in the wheelbarrow and shredding of the waste (S) with index j. From each part two shredded samples were taken, and j is 1 or 2 within each part.

For two of the shredded wastes only one barrel (B) was formed, while from each of the remaining two shredded wastes two barrels were formed. Thus the third index k indicates the barrel within shredder, showing the value 1 at two of the shredded wastes and 1 or 2 at the other shredded wastes. Thus a total of six barrels were formed form the four shredded wastes.

At the fourth level two blended (I) samples, indexed l, were formed from two of the barrels and only one sample from the remaining four barrels. Thus the index l takes the value 1 or 2 for two blended samples, and 1 if only one blended sample was formed from the barrel.

Finally at the fifth level two high-speed blended (D) samples, indexed m, were formed for two of the blended samples and only one for the remaining six blended waste samples.

Table 1 shows the described indexing (from bottom and upwards in Figure 3) and also the data for the measurement of parameter EDOM (enzyme-digestible organic matter).

The mathematical model for this design, for example, Y being the response variable EDOM, can be written as

Yijklmn = µ + Pi + S(P)j(i) + B(PS)k(ij) + I(PSB)l(ijk) + D(PSBI)m(ijkl) + en(ijklm)

where the random terms P, S(P), B(PS), I(PSB), D(PSBI) (properly indexed) are components of variance describing variation between parts, shredder samples within parts, between barrels, samples within shredders, between blenders within barrels and between high-speed blenders within blenders, respectively. Finally en(ijklm) is the measurement error experienced at the laboratory where the samples are analysed. The parenthesis notation indicates the hierarchy of the variation. In the design two measurements were taken at the laboratory for all 10 samples, such that the index n has the value 1 or 2.

In the study two different laboratories performed the chemical analyses. Half of the measurands were analysed by Laboratory 1 and the remaining measurands were analysed by Laboratory 2. Laboratory 1 made double determinations, whereas Laboratory 2 made only one determination.

Analysis of variance

In a complete nested design the data are analysed using a standard nested analysis of variance technique, but because of the incompleteness of the design, the analysis must be based on a more general approach. The details of this technique are considered beyond the scope of the present discussion. However, the analysis of variance of one measurand, EDOM is presented in detail in Table 2.

Table 2 shows that the coefficients for a component of variance, for example  (the variance between blenders within parts, shredders and barrels), are not very different in the mean squares where the component appears. Thus, for example when testing the B(PS)-term, it is reasonable to use the I(PSB)-term directly, giving an approximate F(2,2)-value = 2.467/2.477 = 1.00 and corresponding p-value = 0.50. The table indicates, that the variation between high-speed blender samples (within blenders, parts, shredders and barrels) is of the same order of magnitude as the variation between the two measurements taken on the same final sample. The measured variation between blenders, I(PSB), barrels, B(PS), and shredders, S(P), are all of the same order of magnitude and not significantly different. Finally, the variation between parts is significant in this table.

This methodology of analysis leads to two apparently significant sources of variation, namely the variation between parts and variation between blender samples. All the measurands considered were analysed along the same lines expecting that other measurands would show similar significant difference between samples at the same levels in the sample hierarchy. However, no systematic pattern was found by the described technique for analysis of variance. This suggests that no single step in the procedure, or in statistical terms a specific level in the hierarchy, in general is particularly the cause of variance in the data.

Nonparametric analysis of levels in the hierarchy

Instead of analysing the data each measurand at a time an attempt has been made to analyse each division level across all the measurands. As an example the level 'part' is chosen. For all measurands the test of 'part' in the analysis of variance is performed as shown in Table 2. For all levels in the hierarchy cases an F-test quantity and the corresponding p-value is computed.

Assuming that there is no variation induced from the source of variation 'part' the p-values will be uniformly distributed over the interval [0, 1]. Table 4 shows in the first row all p-values for 'part' organised according to measurands. The other rows contain the p-values for the other levels of variation.

The test for uniform distribution of the p-values can be carried out as a Kolmogorov-Smirnov test or an Anderson-Darling test (Stuart et al., 1999). The details of these tests are left out here, but they can be illustrated as shown in Figures 4 and 5.

Figure 4 plots the empirical cumulative distribution of the p-values together with the uniform distribution being the straight line from (0,0) to (1,1). The two other lines are 5% significance limits for the empirical distribution. If the empirical distribution stays within the significance limits the hypothesis of uniformly distributed p-values cannot be rejected at a 5% level of significance. The Anderson-Darling test tests the same hypothesis, but its power is somewhat better and a little more emphasis is put on the upper and lower parts of the distribution. Both tests indicate that the variation related to the high-speed blender level is significant when compared to the residual variation. In this test the residual variation is assumed to be measured in two independent samples taken from the same high-speed blender. However, in the present investigation the two measurements were made as double determinations on the same sample and hence the variation between these double determinations presumably underestimates the variation between independent samples from one high-speed blender level. Thus, in our opinion, the significant variation between high-speed blender samples is probably due to the analytical procedure and hardly an expression of real variation induced at the high-speed blender level.

No general signs of significant variation are seen at the other levels. In the lower right figure all p-values for all levels except the high-speed blender level are tested and generally all these p-values can be assumed to be uniformly distributed in the interval [0, 1].

For the remaining measurands only one determination was made, due to shortage of sample material, making the high-speed blender level the final level of variation. The design, of course, is the same as shown above. The analysis of variance method is similar, and again only few significant variations were found. The resulting p-values for these measurands for the different levels of variation are shown in Table 5.

The test for uniform distribution of the p-values is again carried out as a Kolmogorov- Smirnov test or an Anderson-Darling test. The results are very similar to the above results as seen in Figure 5. Generally no signs of significant variation are seen at the other levels. Again in the lower right part of Figure 5 all p-values for all levels except the high-speed blender level are tested and generally all these p-values can very well be assumed to be uniformly distributed in the interval [0, 1].

Analysis of variation from repeated analysis of samples

In order to assess the analytical quality of the participating laboratories one sample was prepared and subsamples from it were sent to the analytical laboratories along with the samples from the routinely sampled organic source-sorted household waste. The sample was analysed six times during the experimental period of about a year.

The results reported by the two laboratories on principally identical samples are shown in Table 6. In that same table the standard deviation assessed by the variation between high-speed blender samples in the experiment is given in the last line. No trends or outliers are seen.

One important observation is that the standard deviations judged by the variation between high-speed blender samples generally do not deviate significantly from the standard deviations estimated from the repeated analysis. When judging the figures it should be born in mind that the high-speed blender standard deviations are based on only two degrees of freedom (and therefore somewhat imprecise) but the ratios between these two sets of standard deviations are neither systematic nor large.

This result demonstrates that the high-speed blender variation observed in the waste sampling study is representative for the measurement uncertainty in the experiment. Since the uncertainties observed in the sampling study and in the repeated analysis of the samples over time are comparable there is no indication that the sampling procedure is inadequate adding significant additional uncertainty at any specific level of the procedure.

Conclusions

With EDOM as an example it was possible to find a few statistically significant sources of variation related to the levels in the waste sampling procedure for some of the measurands. However none of these significant sources of variation are general in the sense that they are common to several measurands. In fact, the number of single significant results does not exceed what under all circumstances would be expected. It may therefore be concluded that no additional variance or inhomogeneities seem to be introduced at any of the levels in the sampling procedure for the source-separated organic household waste. The six repeated independent analysis of a single sample showed that the analysis of the individual measurands is stable and exhibit a reasonable level of variation comparable to what was found in the analysis of the sampling procedure.

The variance varied with the analytical parameter but for most parameters the uncertainty was satisfactorily low (of the order of 3-10% expressed as the relative standard deviation, which is considered to be satisfactory for waste characterization).

The overall conclusion is that the waste sampling procedure and analysis is reasonably representative of the waste contained in a single truck and the uncertainty of the data is reasonable low.

The statistical design applied indicates that valuable information about the quality of the waste sampling procedure and chemical analysis can be obtained without taking an excessive number of samples. In the case presented 10 samples were needed, which is nine additional samples since one sample should have been taken anyway. The overall research programme contained a total of 68 field samples, and only about 13% of the samples had to be analysed in order to document the quality of the waste sampling procedure.

References

Bainbridge, T.R., 1965, Staggered nested designs for estimating variance components, Industrial Quality Control 22 12-20.

International Organisation for Standardisation, 1994, Accuracy (Trueness and Precision) of Measurement Methods and Results, ISO 5725-3, Geneva.

Stuart, A., Ord. J.K., Arnold, S., 1999, Kendall’s Advanced Theory of Statistics, 6th ed., Oxford University Press Inc., New York.

Legends

Figure 1: Field sampling procedure.

Figure 2: Laboratory sampling procedure.

Figure 3: Completed nested design with indication of the actual samples.

Figure 4: Illustration of Kolmogorov-Smirnov test (Laboratory 1).

Figure 5: Illustration of Kolmogorov-Smirnov test (Laboratory 2).

Table 1. The indexing and analytical results of EDOM (% of VS).

Table 2. Results from the analysis of variance of EDOM (% of VS).

Table 3. Results of the analysis of variance for "parts" (EDOM, % of VS)

Table 4. p-values for the measurands for different levels related to Laboratory 1.

Table 5. p-values for the measurands for different levels related to Laboratory 2.

Table 6. Results of repeated analysis of the same sample and the variance observed in the analysis of the sampling procedure represented by the variance at the level of the high-speed blender (right column).

Figure 1:
Field sampling procedure
   

Figure 2:
Laboratory sampling procedure
    

Figure 3:
Nested design with indication of the staggered design showing the actual samples.
   

Figure 4:
Illustration of Kolmogorov-Smirnov test (Laboratory 1). The abscissa axis shows observed p-values and the ordinate axis is the cumulative probability.
    

Figure 5:
Illustration of Kolmogorov-Smirnov test (Laboratory 2). Empirical distribution of p-values and 95% confidence limits. The abscissa axis shows observed p-values and the ordinate axis is the cumulative probability.
    

Table 1.
The indexing and analytical results of EDOM (% of VS).

Sample number

Part
i

Shredder
j

Barrel
k

Blender
l

H-s- blender
m

Measurements

Result 1

Result 2

1

1

1

1

1

1

84.2

86.4

2

1

2

1

1

1

83.5

83.4

3

2

1

1

1

1

86.5

87.2

4

2

1

2

1

1

87.9

88.5

5

2

1

2

2

1

88.3

88.2

6

2

1

2

2

2

88.5

89.1

7

2

2

1

1

1

86.7

86.9

8

2

2

2

1

1

86.5

86.8

9

2

2

2

2

1

88.5

88.6

10

2

2

2

2

2

88.6

88.5


Table 2.
Results from the analysis of variance of EDOM (% of VS).

Source of variation

Sum of squares

Degrees of freedom

Mean squares

Expected mean squares by components of variance

Approx. F-value

p-value

P

33.094

1

33.094

2e+22D+2.12I+ 2.42B+3.1S+
6.32P

16.34

0.06

S(P)

4.050

2

2.025

2e+22D+2.32I+ 3.02B+
4.72S

0.82

0.55

B(PS)

4.933

2

2.467

2e+22D
2.32I+3.02B

1.00

0.50

I (PSB)

4.954

2

2.477

2e+22D+2.72I

16.38

0.06

D(PSBI)

0.303

2

0.151

2e+22D

0.49

0.63

Residual: e

3.110

10

0.311

2e

 

 

Total

19.608

10

0.102

 

 

 


Table 3.
Results of the analysis of variance for "parts" (EDOM, % of VS), reduced.

Source of variation

Sum of squares

Degrees of freedom

Mean squares

Expected mean squares by components of variance

Approx. F-value

p-value

P

33.99

1

33.99

2e+2.12I+6.32P

14.04

0.01

I (PSB)

14.53

6

2.42

2e+2.52I

8.52

0.001

Residual: e

3.41

12

0.28

2e

 

 

Total

19.608

19

0.10

 

 

 


Table 4.
p-values for the measurands for different levels related to Laboratory 1.

Level of variation

Ash

Crude

fat

Crude protein

Crude fibers

Sugar

Starch

EDOM

Part

0.38

0.20

0.73

0.74

0.02

0.68

0.06

Shredder

0.71

0.29

0.51

0.04

0.79

0.56

0.55

Barrel

0.19

0.73

0.30

0.60

0.70

0.37

0.50

Blender

0.51

0.69

0.10

0.43

0.25

0.08

0.06

H-s blender

0.12

0.001

0.34

0.04

0.008

0.001

0.63


Table 5.
p-values for the measurands for different levels related to Laboratory 2.

Level of variation

Volatile solids

P

N

C

H

S

Calorific value

Part

0.48

0.05

0.46

0.49

0.99

0.99

0.54

Shredder

0.31

0.80

0.86

0.43

0.78

0.43

0.87

Barrel

0.89

0.68

0.13

0.26

0.07

0.27

0.17

Blender

0.19

0.11

0.75

0.38

0.43

0.001

0.51

H-s blender

-

-

-

-

-

-

-


Table 6.
Results of repeated analysis of the same sample and the standard deviations observed in the analysis of the sampling procedure represented by the standard deviation at the level of the high-speed blender (right column).

Look here!