|
Vakuumtoiletter og behandling af det indsamlede materiale i biogasanlæg eller vådkomposteringsanlæg 10 Vådkompostering og vådkomposteringssystemerVådkomposteringsanlæg kan indgå i forskellige systemer. Det kan være et privat eller offentligt ejet anlæg, som behandler organiske restprodukter fra industri, landbrug og husholdninger. Kombinationene af restprodukter, som behandles, kan være forskellige fra anlæg til anlæg. Et vådkomposteringsanlæg kan i princippet etableres i forbindelse med en landejendom. Landmanden arbejder da som kredsløbsentreprenør mod en m3-betaling for behandling af de restprodukter, der behandles på vådkomposteringsanlægget på gården. (se principskitse af det samlede system i figur 1.1og figur 10.1)) I det følgende beskrives kort vådkompostering, vådkomposteringsprocesser, vigtige systemkomponenter samt nogle eksempler på vådkomposteringsreaktorer og erfaringer fra driften af enkelte anlæg, herunder økonomien.
Figur 10.1 Kilde: Alfa Laval Agri(brochure). 10.1 VådkomposteringVådkompostering (aerob termofil slamstabilisering) er en termofil biologisk behandlingsproces, som tilføres ilt. Energiindholdet i pumpbare biologiske restprodukter på slamform udnyttes i en reaktor til at generere en høj temperatur, ved hvilken organisk materiale hurtigt nedbrydes til bl.a. CO2 og vand. De biologiske restprodukter kan f.eks. være organiske restprodukter fra industri, gylle, spildevandsslam, koncentreret sort spildevand og kværnede madrester (Norin1995 A, Norin et al. 2000). Der bruges elektricitet til at drive såvel beluftning som pumper i reaktoren. Det er meningen, at det beluftede materiale selv skal levere hovedparten af varmen i systemet. Den opnåede varme ønskes anvendt til at opnå en kontrolleret hygiejnisering. Det behandlede materiale (restproduktet) anvendes som flydende gødning i landbruget. 10.2 VådkomposteringsprocesserDen aerobe proces er en omsætning i form af aktiv iltning af slamformigt organisk materiale til bl.a. CO2 og vand. Den energi, der dannes ved iltningen, bruges dels til celleopbygning og frigøres dels som varme. Processen er karakteriseret af en høj temperatur, der i en velisoleret beholder kan komme op på 60–65°C, hvis der er tilstrækkelig med energi i det behandlede materiale (Norin et al. 2000). En biologisk effekt på ca. 350 W/m3 er målt ved pilotforsøg med behandling af sort spildevand og organisk husholdningsaffald . Mængden af energi, der henholdsvis bruges til celleopbygning og frigøres, afhænger af faktorer som materialesammensætning, mikroorganismer, pH og temperatur (Norin 1996 A). Vigtige parametre for processen er ifølge Norin (Norin 1996 A) energiindholdet og viskositeten på det materiale, der skal behandles, samt iltningen og reaktorens varmebalance. I en velisoleret reaktor er det slamkvaliteten, der afgør, om det er muligt at nå den ønskede temperatur, og i så fald hvor hurtigt den kan nås. Slamkvaliteten kan beskrives ved TS (tørsubstans) eller ved VS (indholdet af organisk materiale målt som glødetab af TS). Såvel den nedre som den øvre grænse for behandling af egnede våde fraktioner kan således karakteriseres ved begreberne TS/VS. Det angives hos Norin et al. (2000), at TS kan være 3–10%, men bør ligge på 4–8% med minimum 80% VS af TS ved en reaktor som beskrevet nedenfor. Der er en nedre grænse for, hvad indholdet af TS og VS kan være af hensyn til egenproduktionen af varme. Den er bestemt af energiindholdet i materialet. Der er også en øvre grænse, som er bestemt af muligheden for at pumpe, ilte og omrøre materialet. Når det primært drejer sig om behandling af restprodukter fra vandskyllende toiletter, er det kun den nedre grænse, der kan blive et problem. Det er derfor helt åbenlyst, hvorfor der sættes fokus på minimering af skyllemængder i toiletter, opsamling af urin uden vandskyl og medbehandling af andre fraktioner som f.eks. madrester m.m.
Figur 10.2 Kilde: Brochure fra Alfa Laval Agri. 10.3 Vådkomposteringsreaktorer i driftI Schweiz skulle der i 1990 ifølge Norin (1996 A) have været 23 anlæg til hygiejnisering af spildevandsslam, der bygger på processen med aerob termofil behandling. I figur 10.2 er vist en skitse af en vådkomposteringsreaktor. Der er ifølge Arild Breistrand (Alfa Laval Agri, Norge) indtil 1998 etableret 6 vådkomposteringsanlæg af Alfa Laval i Norge:
Alfa Lavals vådkomposteringsreaktorer er på henholdsvis 20 m3 og 34 m3. Behandlingskapaciteten er henholdsvis 2,5 m3/døgn og 4,5 m3/døgn (Alfa Laval, brochure). I reaktorerne har man behandlet forskellige blandinger af husdyrgødning, slagteriaffald, septisk slam, slam fra renseanlæg og madaffald. Det angives, at TS-indholdet bør ligge på 3-8%. ( Alfa Laval, brochure). I Sverige er der indtil nu kun etableret et enkelt anlæg (se kapitel 10.8). Det er placeret på en gård, Sörby Gård,nær Eskilstuna og behandler sort spildevand fra konventionelle vakuumtoiletter fra Tegelviken Skola i Kvicksund, som ligger ca. 3 km fra gården (se kapitel 9.2). 10.4 Vådkomposteringssystem/SystemkomponenterDrift af vådkomposteringssystemer kan principielt karakteriseres ved de to principper batchvis eller kontinuerlig drift. Batchvis driftssystem Batchvis drift vil sige, at reaktoren fyldes med materiale, der færdigbehandles samlet i en kort og intensiv periode uden tilførsel af yderligere materiale. Efter tømning påfyldes en ny portion (batch), der gennemgår samme samlede proces. Kontinuerligt driftssystem Kontinuerlig eller intermittent drift vil sige, at det flydende restprodukt regelmæssigt, f.eks. en gang pr. dag, pumpes ind i anlægget. Hvis den hydrauliske opholdstid (den gennemsnitlige behandlingstid) skal være f.eks. minimum 7 dage, tilføres og fraføres der således 1/7-del af materialet dagligt. Systemkomponenter Vådkomposteringssystemet har normalt et forlager, en reaktor med filter og styring og et efterlager. Materialet er pumpbart og kan pumpes fra den ene enhed til den anden. Alfa Laval-reaktoren er cylindrisk med en konisk bund. Den følgende beskrivelse bygger på Alfa Laval (brochure) og Norin et al. (2000). Reaktoren er fremstillet af glasfiberarmeret plast med 120 mm etafoam isolering på siderne og 60 mm på låget Der er en række centrale anlægskomponenter i forbindelse med en vådkomposteringsreaktor herunder følgende: Belufter En kompressor pumper luft ind til en belufter, der er placeret i bunden af reaktoren og sørger for, at en passende iltmængde tilføres og fordeles i massen. Luftboblerne sørger samtidig for omrøring. Skumskærere Skumskærere i toppen af reaktoren sørger for at holde skumniveauet under kontrol. Elektroder overvåger niveauet. Propelleromrører En propelleromrører sørger for at blande eventuelt opstået flydeslam ind i massen. Omrøreren er normalt placeret kort under overfladen i reaktoren. Luftbehandling Udgangsluften trykkes ved overtryk i reaktoren gennem en kondensator og et biofilter, som består af en isoleret beholder med naturtørv. Systemet skal forhindre afgang af ammoniak. Tørven skal holdes fugtig for at opnå et godt resultat og beregnes udskiftet en gang årligt. Styring En computer styrer processen og registrerer temperaturer, flow m.m. Alarmer og fejl registreres automatisk. 10.5 VarmebalancestudierNorin rapporterer (Norin 1996 A) et pilotforsøg gennemført i 1995 med behandling af tre forskellige restprodukter i et lille pilotanlæg. Resultaterne gengives komprimeret i det følgende og viser nogle sammenhænge mellem det behandlede materiales indhold af organisk materiale og varmeudviklingen. Batchvis behandling Batchvis behandling af restproduktblanding 1 Restproduktblanding 1 bestod af urin, fækalier, papir og skyllevand fra konventionelle vakuumtoiletter indeholdende 0,66% TS og 0,43% VS. COD var på 8,3 g/l. Dvs. en tynd blanding. I en behandlingsperiode på 6 dage var den biologisk udviklede varme kun 18 kWh/m3, hvilket stort set blev opnået allerede efter 3 dage. Første dag gav ca. 9 kWh/m3, anden dag ca.5 kWh/m3 og tredje ca. 3 kWh/m3. Der var således slet ikke basis for at køre en kontinuerlig proces over 7 dage med udskiftning af 1/7-del af materialet om dagen. Temperaturen nåede 50,8 grader i begyndelsen af den femte dag. Den blev liggende stabilt den sjette dag, men det blev vurderet at skyldes tilført energi fra det tekniske udstyr. TS-indholdet reduceredes med 33%, organisk materiale med 42% og COD med 61%. Batchvis behandling af restproduktblanding 2 Restproduktblanding 2 bestod af restproduktblanding 1 med tilsætning af madrester. Der var 7 kg tørsubstans fra vakuumtoiletter og 15 kg TS fra køkkenrester. Blandingen indeholdt 2,2 % TS, 1,8 % VS og 24,2 g COD/liter. Det vil sige, at blandingen var "tykkere" end restproduktblanding 1. I en behandlingsperiode på 10 dage var den biologisk udviklede varme ca. 60 kWh/m3. Temperaturen nåede et maks. på 66,9 °C efter den sjette dag. De første 5 dage udvikledes i alt ca. 50 kWh/m3. VS blev i alt reduceret med 40% og COD med 55%. Det vurderes, at udbyttet kunne have været noget større ved en noget lavere temperatur. Batchvis behandling af restproduktblanding 3 Restproduktblanding 3 bestod af restproduktblanding 1 samt køkkenrester og kvæggylle. Blandingen bestod af 4,5 kg TS fra vakuumtoiletter, 9,5 kg TS fra køkkenrester og 30 kg TS fra kvæggylle. TS-indholdet var 4,4% og VS 3,6%. Det vil sige, at blandingen var endnu "tykkere" end restproduktblanding 2. Der udvikledes på 10 dage ca. 86 kWh/m3 biologisk varme. En maks. temperatur nåedes den 10. dag med 68,1 °C. Beregninger viste, at der på 11 dage var udviklet ca. 2,0 kWh/kg tilført TS eller relateret til VS: 2,4 kWh/kg VS. Det vurderes, at udbyttet kunne have været større, hvis temperaturen havde været noget lavere. Kontinuerlig behandling Kontinuerlig behandling af restprodukt 1 Forsøg gennemførtes ikke, da materialet havde for lav TS/VS-procent. Kontinuerlig behandling af restprodukt 2 Den biologiske varmeproduktion var på 7 dage 58 kWh/m3 svarende til en biologisk varme på 3,2 kWh/kg VS. Reduktionen af TS var 36%, VS-reduktionen 43% og COD-reduktionen 55%. Kontinuerlig behandling af restprodukt 3 Den biologiske varmeproduktion blev på 7 dage kun ca. 50 kWh/m3 svarende til 1,3 kWh/kg VS. Reduktionen af henholdsvis TS og VS var 24% og 29%. Sammenfatning Det var ikke muligt ved batch-vådkompostering i forsøgsreaktoren at få en god varmeudvikling alene baseret på sort spildevand fra vakuumtoiletter indeholdende 0,66% TS og 0,43% VS. Koncentrationerne var desuden for lave til at gennemføre en kontinuerlig vådkompostering. En blanding af sort spildevand og organisk køkkenaffald med en TS på 2,2% og en VS på 1,8% gav ved batch-kompostering en betydelig varmeudvikling på 60 kWh/m3 i løbet af 10 dage med en højeste temperatur på 66,9 0C. Ved kontinuerlig vådkompostering var varmeudviklingen 58 kWh/m3 i løbet af syv dage 10.6 EnergiforbrugAngivelser af strømforbrug ved drift af vådkomposteringsanlæg spænder fra 19–35 kWh/m3 behandlet råmateriale. Skjelhaugen (Skjelhaugen 1994) nævner et strømforbrug på 19 kWh/m3 behandlet råmateriale i forbindelse med et Alfa Laval-anlæg. Forbruget skulle ved kontinuerlig drift ligge på 10-30 kWh/m3 (Norin 1996 B). Alfa Laval opgiver ifølge Norin et al (2000) et normalt forbrug til 32 m²-reaktoren på ca. 35 kWh/m3. Skjellhaugen har ved samtale nævnt, at elforbruget i forbindelse med en 32 m3 Alfa Laval-reaktor i Norge ved 7 dages kontinuerlig behandling var ca. 22 kWh/m3. Elforbruget ved drift af Alfa Laval-reaktoren på Sörby Gård i Sverige (se kapitel 10.8) er ved god funktion beregnet til ca. 25 kWh/m3 råslam. Det første år var forbruget dog på grund af indkørings- og driftsproblemer på 50 kWh/m3 råmateriale. Norin et al. (2000) vurderer, at det er muligt at mindske energiforbruget yderligere ved hjælp af procesoptimering samt at udnytte den varme, der dannes i processen. Det anses for muligt at udnytte 50-60 kWh/m3 råslam til eksterne opvarmningsformål. 10.7 Anlægs- og driftsudgifterOmkostningerne til anlæg og drift af vådkomposteringsanlæg, som fremgår af dette afsnit, er dels baseret på erfaringer fra et anlæg i Norge, dels på teoretiske kalkulationer. Kontinuerligt vådkomposteringsanlæg Anlægsudgifter Arild Breistrand, Alfa Laval (1998) nævner en pris på 900.000 NOK (norske kroner)ekskl. moms for en reaktor på 32 m3 inkl. styring og fødepumpe til behandling af 1.500 m3 slamformigt materiale pr. år frit leveret i Norge. Etnier m.fl. (1999) og Skjelhaugen (1999) har en total anlægsudgift på ca. 1.300.000 NOK. Priser for et anlæg etableret i Sverige kan ses i afsnit 10.8. Årlige driftsudgifter Den årlige udgift til afskrivning, renteudgifter, vedligeholdelse og service, slamanalyser og el til drift af anlægget beregnes til ca. 175.000 NOK ved en årlig behandling af i alt 1.496 m3 råmateriale med 3,9% TS sammensat af 1.370 m3 slam (1,7% TS) og 126 m3 madaffald (28% TS). Udgiften svarer til 117 NOK/m3 eller 2999 NOK/kg TS. Ud fra disse tal er det muligt at lave forskellige kalkulationer over totaløkonomi for landmanden, hvis man kender de forskellige afgifter for at behandle og anvende restprodukterne. Batch-vådkomposteringsanlæg Anlægsudgifter Norin (1996 B ) angiver en overslagspris for etablering af et batch-vådkomposteringsanlæg til behandling af fækalier og madrester. Beregningsforudsætningerne er en spildevandsmængde (humane restprodukter inkl. skyllevand) på i alt 420 m3 med en TS på 2,9% og en VS på 2,3% fra 193 personer i 55 hustande. Vakuumsystemet antages via et rør at levere fækalier kontinuerligt til en lagerbeholder. En behandling af den samlede lagrede mængde antages at finde sted en gang årligt i behandlingsbeholderen. Udgifterne i 1996 ekskl. moms i dagens kurs (100 SEK = 81 DKK) var:
De beregnede årlige driftsudgifter til dette anlæg inkl. afskrivninger og renter i DKK ekskl. moms er baseret på et elforbrug på 3.000 kWh/år og et tilsyn på 15 timer årligt:
10.8 Erfaringer fra vådkomposteringsanlægget på Sörby gård i SverigeFølgende korte erfaringsopsamling er baseret på Norin et al (2000) samt på personlige samtaler med forfatterne. I 1998 blev der etableret et vådkomposteringsanlæg på Sörby Gård 3 km uden for Kvicksund. Anlægget behandler "sort" spildevand fra et nyetableret vakuumtoiletanlægpå Kvicksund skole i kombination med organisk køkkenaffald fra skolen og gylle fra gården. Vakuumtoiletanlægget og det sorte spildevand er beskrevet i kapitel 9.2. Anlægget består af et forlager af betonelementer, som er placeret helt under jorden. Volumenet på lagerbeholderen er 92 m3. Reaktoren er en 32 m3 stor isoleret beholder produceret af Alfa Laval og efterlageret er en rund gyllebeholder i beton på 1.430 m3. Anlægsudgifter Anlægsudgifterne var i 1998 ifølge Norin et al (2000) (priserne er omregnet til DKK ved dagens kurs: 100 SEK = 81 DKK):
Driftsudgifter Driftsudgifterne vurderes at ligge på ca. 34.830 + betaling til landmanden på Sörby Gård for afhentning af sort spildevand fra skolen, drift af anlægget med tilsyn og pasning (ca. 4 timer pr. uge) samt spredning af materialet på markerne. Norin et al. (2000) har ikke beregnet de faktiske årlige udgifter til drift af anlægget ud fra det faktisk opsamlede materiale på grund af driftsproblemerne med anlægget, som har resulteret i meget "tyndt" spildevand (jf. kapitel 9.2). I stedet har han beregnet udgifterne på et fiktivt tilsvarende anlæg ved behandling af 1.495 m3 materiale med en TS på 5,1%. Omregnet til årsudgifter i form af kapitaludgifter, service, vedligeholdelse, analyser og el giver det en udgift på 187.920 DDK/år svarende til 126 DKK/m3. Tallene indeholder ikke betaling til landmanden. Ved en anslået betaling for drift af anlæg samt spredning af behandlet materiale på 81.000 DKK bliver den årlige udgift 268.920 DKK svarende til 180 DDK/m3. Driftserfaringer Driftsproblemer Tekniske problemer med bl.a. brud på elkabler, uregelmæssigheder med temperaturmålere og niveauregulering samt automatisk motorstop resulterede bl.a. i, at temperaturen i reaktoren i hele efteråret 1998 ikke kom over 350C. Anlægget begyndte fra midten af januar 1999 at fungere efter hensigten og har siden fungeret relativt godt bortset fra en sommerperiode i 1999. Der var i den indledende periode problemer med luftningsrøret, der lukkede helt til. Såvel skumskærer, iltningsmaskine som propelomrører er blevet udskiftet. Mangelfuld udførelse af luftbehandlingssystemet skaber risiko for tab af 20–30% af kvælstoffet i det sorte spildevand. Pasning og vedligeholdelse Landmandens arbejde med pasning og vedligeholdelse har gennemsnitligt taget 4 timer pr. uge til bl.a. omrøring i forlageret mindst en gang om ugen samt diverse kontroller og tilsyn. Elforbrug Anlæggets elforbrug i etableringsåret har med ca. 50 kWh/m3 råmateriale været højt på grund af en række problemer med indkøring og drift af anlægget. Baseret på perioder med god funktion anslås el-forbrug til 25 kWh/m3 råmateriale. Det anses for muligt at udnytte 50-60 kWh/m3 råmateriale til opvarmningsformål (Norin et al 2000). 10.9 SammenfatningDer er ingen vådkomposteringsanlæg, der kun behandler sort spildevand. Behandling af sort spildevand i vådkomposteringsanlægget i Sörby foregår med store mængder gylle. Spildevandet skal have en højere koncentration af organisk materiale end spildevandet fra Tegelviken, dels af hensyn til den ønskede varmeudvikling i processen, dels af hensyn til udgiften til behandling. Når materialet er mere koncentreret, stiger behandlingskapaciteten for det sorte spildevand i anlægget, og anlægspris og behandlingspris pr. m3 spildevand falder. Da der ikke er lovkrav om varmebehandling af gylle, kan der ikke kalkuleres med en behandlingspris for gylle, som kan medvirke til at holde udgiften nede for behandling af tyndt, sort spildevand. Nuværende kalkulationer må baseres på behandlingskrævende materialer som sort spildevand, septisk slam og organisk husholdningsaffald.
|
