Miljøprojekt, 1002 – Kombineret bioforgasning og kompostering af kildesorteret organisk dagrenovation i batch-anlæg

Kombineret bioforgasning og kompostering af kildesorteret organisk dagrenovation i batch-anlæg

3 Metoder

3.1 Prøvetagning
     3.1.1 Kildesorteret organisk dagrenovation
     3.1.2 Strukturmateriale
     3.1.3 Råmateriale
     3.1.4 Udrådnet biomasse og biogas
     3.1.5 Frisk kompost
     3.1.6 Sorteret kompost, plastikfraktion og strukturfraktion
     3.1.7 Perkolat
     3.1.8 Komposteringsluft
3.2 Energi
     3.2.1 Forbrug
     3.2.2 Produktion
3.3 Analytiske metoder
     3.3.1 Tørstof og vandindhold
     3.3.2 Glødetab
     3.3.3 CHN
     3.3.4 Total fosfor
     3.3.5 Mikrobiologiske organismer
     3.3.6 Biogas
     3.3.7 Lugt

Kildesorteret organisk dagrenovation (KOD) blev i perioden fra 1. januar til 5. februar 2004 indsamlet for at have tilstrækkeligt med materiale til at fylde et procesmodul. Ud fra analysedata af KOD og strukturmateriale blev sammensætningen af råmaterialet tilført procesmodulet beregnet (Bilag A). Herudover blev der udtaget 5 samleprøver i forbindelse med tømning af procesmodulet, ligesom der blev udtaget samleprøver efter sortering af den færdige kompost (plastikfraktion, strukturfraktion og kompost). Mængde af produceret biogas samt indholdet af CH₄ og CO₂ blev løbende målt under biogasprocessen (6. februar til 19. marts, 2004), således at det var muligt at beregne massebalancen for tørstof, kvælstof og fosfor igennem anlægget (Bilag A).

For at kvantificere mængden af materiale, som ikke var biologiske omsætteligt, blev KOD analyseret for indhold af fejlsorteret materiale (plastik, metal, glas og bleer).

3.1 Prøvetagning

3.1.1 Kildesorteret organisk dagrenovation

For at få et repræsentativt billede af råmaterialets sammensætning blev samleprøver af KOD indsamlet en gang hver uge i løbet af de 5 uger materialet blev tilført anlægget (dvs. der blev udtaget 5 samleprøver af hhv. KOD og strukturmateriale). En samleprøve bestod af 12 delprøver á ca. 500 kg indsamlet fra 12 vilkårlige steder i bunken (i alt ca. 6.000 kg) som blev overført til blandevognen. I blandevognen blev poserne åbnet og affaldet neddelt. Efter neddeling blev en repræsentativ prøve på ca. 100 l udtaget, som efterfølgende blev udlagt på betongulv, og fejlsorteringer i form af plastik, glas, metal og bleer blev identificeret og vejet separat. Den biologiske fraktion fra 100 l prøven blev neddelt i kompostkværn og vejet. Fra den biologiske fraktion blev der udtaget en samleprøve på ca. 1 kg som blev yderligere neddelt i kødhakker og frosset (-18°C) til senere bestemmelse af tørstof og glødetab samt det totale indhold af C, N og P. Ligeledes blev 100 g udtaget til analyse af mikrobiologiske parametre.

3.1.2 Strukturmateriale

Strukturmateriale bestod af neddelt grenaffald. Strukturmaterialet blev leveret neddelt og parat til sammenblanding med det forbehandlede KOD. Samme procedure som beskrevet for KOD blev anvendt til indsamling og homogenisering af prøverne. Strukturmaterialet blev analyseret for de samme parametre som beskrevet for KOD.

3.1.3 Råmateriale

Råmaterialets sammensætning blev beregnet ud fra blandingsforholdet mellem KOD og strukturmateriale (2:1 på vådvægtsbasis) og analysedata af KOD og strukturmateriale. Vægten af råmaterialet blev registreret før det blev overført til procesmodulet.

3.1.4 Udrådnet biomasse og biogas

Det var ikke muligt at udtage prøver af udrådnet biomasse, da tømning af procesmodulet først blev udført efter komposteringsprocessen. Sammensætningen af udrådnet biomasse blev derfor beregnet ud fra analysedata af råmaterialet samt biogassen (Bilag A).

Mængden af produceret biogas blev løbende registreret vha. flowmåler installeret på gasledningen umiddelbart efter reaktortanken. Prøver af gassen blev udtaget 3 gange per uge til analyse for CH₄ og CO₂. Mængden af vand fraført med biogassen, blev beregnet ud fra temperaturen i reaktortanken under antagelse af, at biogassen var 100 % mættet med vanddamp.

Indledende forsøg viste, at flowmåleren var ustabil i drift pga. højt vandindhold i gassen. Gasproduktionen blev derfor sideløbende bestemt ved at måle gaspotentialet af perkolat tilført reaktortanken fra procesmodulet i laboratorieforsøg (Bilag B). Ud fra daglige registreringer af gaspotentiale og volumen af tilført perkolat til reaktortanke, kunne gasproduktionen dermed estimeres.

Herudover blev processens evne til at producere gas evalueret i såvel laboratorieopstillinger som i pilotskalaforsøg, for at opnå et solidt grundlag for at fastlægge processens gasudbytte (Bilag B).

3.1.5 Frisk kompost

Efter 3 ugers kompostering i procesmodulerne (20. marts til 9. april, 2004), blev procesmodulet tømt med gummiged og vejet. I den forbindelse blev i alt 5 samleprøver udtaget i 5 forskellige tværsnit af biomassen. Hver samleprøve bestod af ca. 20 delprøver á 5 l udtaget i et tværsnit af biomassen (dvs. prøver fra overfladen, centrum og bunden var ligeligt repræsenteret). Frasortering af urenheder og homogenisering af prøverne blev udført efter samme procedure som beskrevet for KOD. Herefter blev den biologiske del af affaldsfraktionen (materialet frasorteret urenheder) analyseret som beskrevet for KOD.

3.1.6 Sorteret kompost, plastikfraktion og strukturfraktion

Efter en eftermodningsperiode på 3 måneder blev komposten sorteret over 40 mm og 10 mm rundsorterer. Fraktionen 0-10 mm udgjorde den færdige afsætningsklare kompost. Metal blev fjernet fra 10-40 mm fraktionen med magnetseparator og plastik med vindsigte. Herefter bestod 10-40 mm fraktionen primært af strukturmateriale og kunne genbruges i processen. Fraktionen >40 mm plus vindsigtens plastikfraktion bestod hovedsageligt af ikke-biologisk materiale og blev afsat til forbrændingsanlæg.

Den stabiliserede kompost blev således opdelt i tre fraktioner, som blev vejet individuelt: 0-10 mm kompost, 10-40 mm struktur og >40 mm plastik + vindsigtens plastikfraktion.

Fra både kompost-, struktur- og plastikfraktionen blev der udtaget 5 samleprøver repræsenteret ved ca. 20 delprøver á 5 L. Frasortering af urenheder og homogenisering af prøverne blev udført efter samme procedure som beskrevet for KOD, og samme analyser som beskrevet for KOD blev udført på den biologiske fraktion.

3.1.7 Perkolat

Mængden af perkolat og koncentrationerne af total C, N og P i perkolatet blev analyseret ved start af bioforgasning i procesmodulet og efter afslutning af komposteringen i procesmodulet.

3.1.8 Komposteringsluft

Lugt i afkastluften fra komposteringen i procesmodulet blev analyseret efter biofiltret ved opstart af komposteringsprocessen. Prøverne blev analyseret vha. olfaktometri. Tabet af kvælstof under komposteringsprocessen blev vurderet ud fra forskellen mellem analyser af produkterne (kompost, plastikfraktion og strukturmateriale, samt biofiltermaterialet) og den friske kompost (Bilag A). Akkumulering af kvælstof i biofilteret blev vurderet ud fra prøver af biofilteret før og efter processen.

3.2 Energi

3.2.1 Forbrug

Forbrug af energi i forbindelse med håndteringen af affaldet blev kvantificeret for hver enkel delproces (dieselolie, elektricitet og varme, Tabel 1).

Tabel 1: Energiforbrug i form af diesel til maskiner, elektricitet til drift af anlæg og fyringsolie til opvarmning der blev kvantificeret.

Proces	Maskiner (Diesel)	Elektricitet (kWh)	Varme (Olie)
Forbehandling og opfyldning af procesmodul	X
Biogasproces		X	X
Komposteringsproces		X	X
Tømning af procesmodul	X
Efterkompostering	X
Sortering	X

Maskinernes (traktor, sorteringsanlæg og læssemaskine) forbrug af diesel blev registreret for hver enkelt proces, ligesom forbruget af elektricitet blev aflæst på måler før og efter biogasprocessen (primært drift af pumper) og komposteringsprocessen (primært drift af ventilator). Varmeforbruget blev målt som forbrugt olie i tilsluttet oliefyr. Denne metode blev foretrukket, frem for at få varmen leveret fra gasmotoren i evalueringsperioden, da det ikke var muligt at opgøre varmeforbruget relateret til selve processen separat fra varmeforbrug relateret til opvarmning af omkringliggende bygninger. Varmeforbruget blev opgjort over en periode med en gennemsnitstemperatur på 6,5°C.

Det samlede forbrug af energi blev opgjort i primærenergi målt som megajoule (MJ).

3.2.2 Produktion

Det producerede biogas blev anvendt i en gasmotor installeret på området til afbrænding af deponigas. Motoren producerede elektricitet til nettet, mens varmen blev udnyttet i processen (dog ikke i evalueringsperioden, hvor varme blev leveret fra oliefyr) og til opvarmning af omkringliggende bygninger. I energiberegningerne blev det antaget, at biogas blev udnyttet i en nyinstalleret moderne gasmotor. Energivirkningsgraden ved forbrænding af biogas i en ny gasmotor er typisk mellem 80 - 92% af indfyret (elvirkningsgrad 38% og varmevirkningsgrad 40 - 54% af indfyret). Udslip af uforbrændt hydrocarbon inklusiv metan er < 150 mg per Nm³ udstødningsgas. I energiberegningerne blev der anvendt en motor med en energivirkningsgrad på 90% af indfyret (elvirkningsgrad 38% og varmevirkningsgrad 52% af indfyret).

Energiproduktion i forbindelse med forbrænding af plastikfraktion blev antaget udført på affaldsforbrændingsanlæg med en energivirkningsgrad på 85% af indfyret (elvirkningsgrad 22% og varmevirkningsgrad 63% af indfyret). Energiproduktionen blev beregnet ud fra tørstofindholdet af det afbrændte affald samt brændværdien af tørstoffet. For detaljeret gennemgang af beregningsmetode henvises til Christensen et al. (2003).

3.3 Analytiske metoder

3.3.1 Tørstof og vandindhold

Tørvægten blev bestemt ved tørring af ca. 100 g samleprøve til konstant vægt ved 105°C (CEN EN 13040, 1999).

3.3.2 Glødetab

Organisk materiale blev bestemt ved at forbrænde 10 g tørret neddelt masse til konstant vægt ved 450°C (CEN EN 13039, 1999).

3.3.3 CHN

10 g af den tørrede prøve blev neddelt i morter og en repræsentativ prøve på ca. 300 mg blev analyseret på en Carbo Erla CHN-analyzer.

3.3.4 Total fosfor

Total fosfor blev ekstraheret fra den forbrændte prøve med 1 M HCl (kogning i 1 time) hvorefter fosfat koncentrationen blev kvantificeret som molybdat reaktivt fosfor (DS 292, 1985).

3.3.5 Mikrobiologiske organismer

Prøver blev opbevaret i polyethylen poser i køleboks (< 5C) og analyse blev påbegyndt indenfor 48 timer efter at prøverne var udtaget. Ca. 10 g af prøven blev udtaget og forbehandlet i henhold til NMKL No. 91 (1988). Antallet af E. coli og Enterococcer i den forbehandlede prøve blev bestemt efter hhv. NMKL No. 125 (1996) og NMKL No. 68 (1992). Salmonella spp. blev bestemt kvalitativt i henhold til NMKL No. 71 (1991).

3.3.6 Biogas

Prøver af biogas (4,5 mL) blev udtaget med engangssprøjte og overført til 4 ml evakuerede venojects. Biogasprøver blev opbevaret ved 5C indtil analyse for metan og CO₂ på Chrompack Packard CP 9002 gaskromatograf udstyret med TDC detekter.

3.3.7 Lugt

Biofiltrets effektivitet blev bestemt ved at udtage 3 prøver af afgangsluften, som blev analyseret ved olfaktometri. Herefter blev spredningsberegninger udført med OML. Olfaktometri blev valgt som den mest direkte måde at kvantificerer lugt og relaterer denne til gener (Bilag C). Evaluering af biofiltrets lugtemission blev udført af Slagteriernes Forskningsinstitut.