| Forside | | Indhold | | Forrige | | Næste |

Vakuumtoiletter og behandling af det indsamlede materiale i biogasanlæg eller vådkomposteringsanlæg

11 Bioafgasning og biogasanlæg

På et biogasanlæg produceres energi i form af biogas og et gødningsprodukt ud fra en tilførsel af organiske affaldsprodukter. Restprodukterne fra anlægget anvendes som gødning på landbrugsjord. Biogasanlæggene kan være gårdbiogasanlæg, biogasanlæg på renseanlæg eller biogasfællesanlæg. På gårdbiogasanlæg, som der er 19 stk. af i Danmark, er energi(gas)produktionen baseret på husdyrgødning. 65 danske renseanlæg har biogasanlæg til gasproduktion baseret på spildevandsslam. Den primære funktion er dog ikke gasproduktion men reduktion af slammængden. Der er desuden 20 biogasfællesanlæg med gasproduktion baseret på husdyrgødning, kildesorteret husholdningsaffald, spildevandsslam og organisk industriaffald. Husdyrgødningen er dog den største affaldsfraktion, som behandles på disse anlæg. Formålet er ligeledes en stabilisering og hygiejnisering af affaldet til fælles distribuering af afgasset gylle. Fem anlæg samudrådner kildesorteret husholdningsaffald med gylle eller spildevandsslam (Wrisberg et al 2000). Princippet for den overordnede proces for biogasfællesanlæg er vist i figur 11.1.

Figur 11.1
Princippet i et biogasfællesanlæg.

I det følgende beskrives meget kort bioafgasning, bioafgasningsprocesser og opbygningen af et biogasfællesanlæg eksemplificeret ved Nysted Biogas.

11.1 Opbygningen af et biogasanlæg

Opbygningen af Nysted Biogas beskrives kort som eksempel på et biogasfællesanlægget. Anlægget er valgt, fordi det ligger i samme kommune som de to vakuumtoiletsystemer, der undersøges i projektet. Nysted Biogas kan betragtes som potentiel modtager af det opsamlede koncentrerede "sorte" spildevand fra disse to ejendomme. Beskrivelsen er et uddrag af den miljøtekniske beskrivelse af anlægget, som danner grundlaget for anlæggets miljøgodkendelse.

Biogasanlægget kan ifølge miljøgodkendelsen behandle industriaffald, septiktankslam og husdyrgødning, forudsat produkterne opfylder de til enhver tid gældende krav til affaldsprodukter, som anvendes til jordbrugsformål (bekendtgørelse nr. 49 af 20. januar 2000 om anvendelse af affaldsprodukter til jordbrugsformål). Anlægget modtager dog ikke septikslam, men mange forskellige organiske affaldsprodukter fra fødevareindustrien og fra landbrugsproduktion.

Behandlingsprisen er for tiden 65–185 kr./m³, afhængigt af produktets kvalitet, dvs. indhold af tørstof og organisk stof (oplyst i maj 2002 af Palle Jensen, daglig leder af anlægget).

I modtagehallen afleveres biomassen i modtagetanken og opblandes ved hjælp af propelomrørere. Herfra pumpes materialet over i blandetanken, hvor der sker en yderligere opblanding/homogenisering.

Biomassen fra blandetanken pumpes igennem 3 varmevekslere, opvarmes til 58-60 °C og ledes til en af de tre pasteuriseringstanke. Her hygiejniseres biomassen ved minimum 58-60 °C i mindst 1 time.

Biomassen ledes til den nederste del af reaktortanken via varmeveksler 3. Herved sænkes temperaturen til 38 °C. Samtidig pumpes et tilsvarende volumen udrådnet biomasse ud fra bunden af reaktortanken, således at volumenet af biomassen i reaktortanken er uændret. Opholdstiden er ca. 23 døgn, hvorunder op til 50% af biomassens organiske tørstofmængde omdannes til biogas, som løbende pumpes til gaslageret.

Den udrådnede biomasse pumpes via varmeveksler 1 til lagertanken. Herved sænkes temperaturen til 25-30 °C. Lagertanken er bygget sammen med gaslageret, således at den gas, som afgives fra lageret, også opsamles. Fra lagertanken suges den afgassede biomasse til modtagehallen og køres til gyllebeholdere hos landmænd.

Gassen blæses fra gaslageret til en gasmotorgenerator, hvorved der produceres el og varmt vand. Gasmotoren har en indfyret effekt på ca. 2,5 MW. Der er desuden en gas- og olieindfyret kedel med en indfyret effekt på ca. 2,5 MW, der anvendes som reserve i forbindelse med spidsbelastningssituationer og opstart af anlægget.

11.2 Bioafgasning af fækalier og urin

Bioafgasning er en anaerob mikrobiel omsætning/udrådning af organisk materiale som f.eks. kan være svinegylle, kvæggylle, spildevandsslam, organisk husholdningsslam eller restprodukter fra fødevareproducerende industrier. Organisk materiale reduceres med 30–80% under bioafgasning.

Ved lokal opsamling af koncentrerede humane restprodukter vil det være muligt også at tilføre humant fækalt materiale evt. i kombination med human urin til medbehandling på biogasanlæggene. På denne måde ville det være muligt af udnytte biogaspotentialet og foretage en kontrolleret hygiejnisering for derefter at udnytte gødningspotentialet i landbruget.

Biogaspotentiale

Biogaspotentialet i humane fækalier og human urin er bestemt af indholdet af organisk materiale i restprodukterne. Del Porto (Del Porto et al. 2000) opererer med standardværdierne 42 g VS/p/d i humane fækalier svarende til ca. 93% af TS og 45 g VS/p/d i urin svarende til 75% af TS. Den årlige udsondring pr. person af VS baseret på disse standardtal er således ca. 15,3 kg VS i humane fækalier og 16,4 kg VS i human urin. Anlægges et forsigtigere skøn, kan der for de humane fækalier tages udgangspunkt i VS-procenten fra Del Porto et al., og for indholdet af tørstof hos Eilersen et al (se kapitel 3). På dette grundlag bliver indholdet af VS ca. 12,1 kg pr. person.

Sættes biogaspotentialet i et kg organisk materiale i form af humane fækalier og human urin til at være det samme som i primærslam, er potentialet 0,33 m³ pr. kg. Biogaspotentialet i en persons totale årlige udsondring af organisk materiale bliver da ca. 4 m³ biogas fra fækalierne og ca. 5,4 m³ biogas fra urinen, i alt ca. 9,4 m³ biogas. Foretages en beregning baseret på forudsætningerne i kapitel 12 om, at fækalierne "afleveres" i toilettet i hjemmet, og tilsvarende 0,9 l urin af en døgnproduktion på 1,5 l, samt at der anvendes 7 g papir, bliver det årlige biogaspotentiale ca. 4,3 m³ i fækalier + papir samt ca. 3,0 m³ i urin, i alt 7,3 m³ ved 337 hjemmedage og uden indregning af tab i installationer, transport etc. Biogaspotentialet er størst i det andet beregningseksempel, fordi toiletpapiret er indregnet. Potentialet fra urinen bliver mindre, da en del af urinen er afleveret uden for hjemmet.

Bioafgasningsprocesser

Processerne differentieres på baggrund af procestemperaturer. Der skelnes mellem mesofil udrådning (20–52 ⁰C.) og termofil udrådning (52–60 ⁰C.). Der kan yderligere skelnes mellem anlæg, der behandler pumpbart materiale med TS < 10% eller fast materiale med TS > 10%.

NH4-N (ammonium) proceshæmning

NH4-N-proceshæmning kan især optræde ved termofile processer. Der er imidlertid usikkerhed om, hvilke niveauer den såkaldte inhibering optræder på og i hvilket omfang. Hæmning menes ifølge Tafdrup et al (1999) at kunne optræde ved 1,1 kg NH4-N/behandlet materiale, mens Hansen et al (1998) angiver, at hæmning først indtræffer ved koncentrationer over 4–5 kg/tons.

50% af N (kvælstoffet) i fækalier anslås til at være NH4-N, mens det ved urin er hele 94% af N. Koncentrerede fækalier indeholder alt efter standardtal fra 2,45 til 6,85 kg NH4-N/m³ og urin fra 6,86 til 10,34 kg NH4-N. Koncentreret urin udgør således i sig selv et problem, selv om grænsen skulle være 5 kg NH4-N pr. m³ masse svarende til 0,5%. Selv koncentrerede fækalier ligger betydeligt over den lave grænse på 1,1 kg NH4-N pr. m³ masse svarende til 0,11%. Spørgsmålet er imidlertid, hvordan koncentrationerne vil være efter vandskyl i vakuumtoiletter, opsamlet og ført til behandling i et biogasanlæg.