biogas2020 scandinavian biogas conference · 2018-04-30 · maria m. estevez, phd miljøteknologi...

Maria M. Estevez, PhD miljøteknologi

Biogas2020

Scandinavian Biogas conference

Fredrikstad 25-26 April 2018

Økt biogassproduksjon og gjenvinning av næringsstoffer på

Vestlandets regionale biogassanlegg; sambehandling

med fiskeslam

Bakgrunn

forskning innen biogass og sirkulærøkonomi på Aquateam COWI

› Aquateam COWI:

› Eget FoU selskap, 100% eid av COWI AS

› Uavhengig forskning med fokus på anvendt FoUØnske om at resultat fra vår forskning raskt skal komme til anvendelse på operative anlegg

› 8 forskereansatte (7 med PhD)

› Forskningen har hovedfokus på Vannprosesser relatert til miljø

› Slambehandling og biogass er sentrale områder for Aquateam COWI

Aquateam fokuserer på BIOGASS og RESSURSGJENVINNIG som er sentrale elementer i sirkulærøkonomi, og vil utvikle COWI til et ledende kunnskapsbasert selskap på områdene.

SCANDINAVIAN BIOGAS CONFERENCE2APRIL 25, 2018

Bakgrunn


Bakgrunnen for de to beslektede FoU prosjektene vi presenterer i dag:

› Nytt biogassanlegg (2016) i Bergen (Rådalen) og i Stavanger området (Grødaland)

› Interesse fra IVAR og Bergen Kommune for å vurdere nye substrater og utnytte ledig kapasitet i anleggene

› Interesse for forbedring av næringsstoffinnhold i biorest

› Det er planlagt nye landbaserte oppdrettsanlegg i regionen, og på grunn av strengere regelverk, er trenden mot nye lukkede anlegg (RAS), som vil gi høyere mengder slam, noe som vil kreve riktig og bærekraftig behandling av fiskeslam/avfall.

› Fra Danmark - Stor interesse av forsøk på matavfall som co-substrat og produksjon av mellomprodukter

› COWI DK rapport Juni 2017:

KILDESORTERET ORGANISK DAGRENOVATION TIL BIOGASFÆLLESANLÆG

Dansk Meieriforeningen tillate å bruke biorest fra samråtning av matavfall i sentraliserte biogassanlegg som gjødsel på jordbruksareal som brukes til dyrking av fôr (med krav til forbehandlingsanlegg).

APRIL 25, 2018

SCANDINAVIAN BIOGAS CONFERENCE3

APRIL 25, 2018


Kartlegging mengder

av tilgjengelige

substrater

Tester nye co-

substrater

Forbedre biorest

Biogassanlegg

på Vestlandet

Fiskeslam og evt. matavfall som

co-substrat

Biogassanlegg på

Københavns regionen

Matavfall som co-substrat

Produksjon av organiske syrer

Bakgrunn


RenEnerMar2016-2019

RESERVE12017-2020


Bakgrunn

tilgjengelighet av fiskeslam

Estimert total mengde av fiskeslam i Norge: ca. 400.000 tonn/år

Estimert øking av slammengde fra RAS-2012 til 2018: ca. 85 % (fra 900 tonn/år til 1700 tonn/år)(Ytrestøyl et al., 2013. Utnyttelse av slam fra akvakultur i blandingsanlegg for biogassproduksjon: teknologi og muligheter, NOFIMA rapport 12/2013)

Estimat av utslipp av partikulært materiale (fekalier og spillfôr) fra produksjon av laksefisk i hvert fylke basert på oppgitt fôrforbruk i 2015. (Torrisen et al., 2016.Næringsutslipp fra havbruk – nasjonale og regionale perspektiv, Havforskningen rapport nr. 21-2016.)

Vestlandet: ca. 47 % av Norges totalt fiskeslam produksjon

APRIL 25, 2018


RenEnerMar, 2016-2019

Utnyttelse av avfall fra marin matproduksjon til regional fornybar energi

APRIL 25, 2018

Mål

Optimaliser utnyttelsen av tilgjengelige organiske ressurser fra akvakultursektoren i Vest-Norge for å skape verdier for den offentlige sektoren ved å øke produksjonen av fornybar energi på eksisterende kommunale biogasanlegg.

Delmål

• Finne optimale blandingsforhold for avløpsvann og fiskeslam;• Avdekke potensialet for å øke metanproduksjonen ved å tilsette fiskeslam til anaerob nedbryting prosessen;• Forbedre kvaliteten og næringsinnholdet i bioresten;• Bygg opp lokal FoU-kompetanse og etablere samarbeid mellom offentlige brukere og leverandører av fiskeslam.• Hjelpe til å etablere en kunnskapsplattform.

Nettverk RenEner-Mar

Finansieringskilder

Anvendt FoUBergen

Stavanger

7 SCANDINAVIAN BIOGAS CONFERENCE

Offentlige sektor/sluttbruker

Grunnforskning

Vann- og avløpsetaten

APRIL 25, 2018


Bidrag til oppbygging av et forskningsmiljø på Vestlandet

Universitet i Stavanger, Høgskolen på Vestlandet med Aquateam COWI som FoU koordinator

Prosjektet vil levere:

2 Masteroppgaver (UiS)

4 Bacheloroppgaver (HVL)

Prosjekt utvikling: RenEner-Mar

HA 8

Bearbeide,

formidle resultater

og økonomisk

potensiale

HA 1

Administrasjon

-Planlegging av

møter

-Økonomi rapporter

og fakturering ved

RFF

HA 2

Planlegging og

koordinering av FoU

AqC med HVL og UiS

HA 4

Lab-tester batch

Finne ut metanpotensial og bedre blandingen

HA 3

Innsamling av bakgrunn informasjon

- tilgjengelig fiskeavfall fraksjoner på Vestlandet

-viktigste aktører innen oppdrettsnæring og

logistikks av avfallstrømmer

HA 6

kompetanseoppbygging

Bachelor og Master studenter for oppgaver i

HA 4 og HA 5

HA 5

Lab-tester pilot

Finne ut stabilitet av biogassproduksjon

Evaluering av P og N tilgjengelighet i biorest

10

Grødaland biogassanlegg (April 2017)

En av Norges største biogassanlegg for mottak av avløpslam og matavfall (ca. 23 000 tonn TS / år).

✓ 140 000 tonn/år - avløpslam✓ 60 000 tonn/år – matavfall

❖ De viktigste råvarene er matavfall og avløpslam (73 and 24 % TS, i 2035).❖ Grødaland sammen med Sentralrenseanlegg Nord Jæren (SNJ) vil kunne dekke store

deler av drivstoffbehovet for regionens bussflåte (2035, ca. 80 GWh - 200 buses).❖ Biorest brukes til jordblandinger (200 kg avvanet biorest for 1 ton of jord) og for

gjødselproduksjon (pellets)

IVAR's Ultimate Goal: Optimalisering av fosforinnhold og tilgjengelighet av P i gjødselproduktet, og inkl. tester av alternative N-kilder for gjødselproduktet sin.

SCANDINAVIAN BIOGAS CONFERENCE

APRIL 25, 2018

11

Rådalen biogassanlegg (Okt. 2016)

Tilgang til "råmateriale":✓ Avløpslam fra den regionale RA (10 000 tonn)✓ Septikslam (100 tonn)✓ Matavfall (938 tonn)✓ Olje og fett (200 tonn)✓ Fiskeslam/avfall✓ Glycol (from Flesland)

❖ Designet for anaerob nedbryting av avløpslam og matavfall samt organisk avfall fra næringen i regionen.

❖ Energiværdi på ca. 25 GWh / år (ca. 80 busser)❖ Bruk av biorest ikke bestemt ennå - første alternativ direkte arealbruk

BK Ultimate Goal: Øke biogassproduksjon ved bruk av regionalt tilgjengelige co-substrater


APRIL 25, 2018

12

Substrater testet ut så langt i prosjektet

Avløpslam:• Bergen Rådalen hygienisert avløpslam (sekundærenseanlegg og septikslam)

• Grødaland avløpslam (miks av alle regionale RA (primær-,sekundærenseanleggink. Grødaland RA))

• SNJ avløpslam (filtrert og biologisk slam)

Fiskeslam:5 forsjelige fiskeslam ble analysert


o Smolt-anlegg (sjøvann) (A)

o RAS (ferskvann) (B)

o lukket anlegg (ferskvann) (C)

o Settefiskanlegg (ferskvann) (D)

o Smolt-anlegg (sjøvann) (E)

o Også tørket slam fra en leverandør av tørketeknologi blir testet

Settefisk (ferskvann)

Smolt (sjøvann)

Slam er evt. vasket med ferskvann, litt mer

konduktivitet og Na og N per % TS

APRIL 25, 2018

https://www.google.com/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&source=images&cd=&cad=rja&uact=8&ved=2ahUKEwiExOqGqdDaAhXPYVAKHbfgBa8QjRx6BAgAEAU&url=https://gemini.no/2017/10/vannanalyser-kan-gi-friskere-settefisk/&psig=AOvVaw1EqTEBELjamerG6URYHa2Y&ust=1524570172808750

http://lffh.no/laksesmolt-og-sjovannstoleranse/

13

Biomethane potential (BMP)

Bergen forsøk i Rådalen, termofil T (54 °C)

IVAR forsøk i Aquateam COWI, mesofil T (37 °C)

FoU: Laboratoriet forsøk i batch tester og i semi-kontinuerlig tank reaktorer

Semi-continuous pilot reactors

Aquateam COWI:

*Dolly system (Belach Bioteknik, SE), 2 reaktorer 20 l.

Substrater: SNJ avløpslam (GA1) og fiskeslam (30% VS)+SNJ

avløpslam (GA2)

T: mesofil

HRT: 19 d

OLR: 2 g VS/l.d

HVL:

*Armfield system, 1 reaktor 17 l.

Substrater: Bergen Rådalen avløpslam og blanding med fiskeslam

(13 til 30 % VS)

T: termofil

HRT: 12 d

OLR: 2,6-3,6 g VS/l.d

Pilot-tester kjører for 4-5 måneder (+ pre-START-UP perioden)


0

50

100

150

200

250

300

350

400

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

mL CH4/ g VS

dager

Spesifikk metanutbytteGA1 GA2

Jan 31.: begynner tilsetting av fiskeslam til GA2!

APRIL 25, 2018


TS VS Total-N NH4-N Total-P PO4-P K Ca Mg Na Cd Pb Hg Ni Zn Cu Cr

% % of TS mg/ kg TSFiskeslam A 13,4 12,3 5,7 1,50 0,95 0,19 0,18 1,2 0,31 1,2 0,46 <3,8 0,03 <7,5 230 22 3,1

Fiskeslam B 10,4 9,2 4,9 0,23 0,86 0,28 0,12 1,4 0,26 0,9 0,25 <3,4 0,02 <6,7 260 17 3,5

Podeslam (inok.) Bergen 2,7 1,8 10 4,5 2,7 0,013 0,42 1,6 0,53 0,39 0,88 44 0,521 <40 630 250 19

Slam Bergen 4,8 3,5 4,6 1,5 1,4 0,004 0,22 0,78 0,34 0,16 0,45 35 0,224 <20 370 170 14

Slam IVAR 8,1 6,6 2,5 0,27 1,2 0,29 0,4 1,3 0,43 0,86 0,37 14 0,138 <16 300 74 6,7

Slam Berger + A (25%) post AMPTS 0,5 0,4 4,6 3,3 2,1 0,110 0,28 1,3 0,44 0,4 0,71 32 0,32 <21 530 200 17

Slam Bergen + B (10%) post AMPTS 2,9 1,8 10 5,3 2,1 0,014 0,41 1,2 0,45 0,51 0,63 35 0,269 <41 470 180 15

Slam Bergen + B (25%) post AMPTS 2,7 1,7 11 5,2 2,7 0,015 0,45 1,6 0,56 0,63 0,92 45 0,620 <40 680 250 20

Slam IVAR + B (25%) post AMPTS 3,2 1,8 6,6 2,7 2,9 0,009 0,32 1,8 0,30 0,36 0,65 <16 0,349 <32 580 170 13

Kvalitetsklasser: 0 I II III

mg/kg tørrstoff

Kadmium (Cd) 0,4 0,8 2 5

Bly (Pb) 40 60 80 200

Kvikksølv (Hg) 0,2 0,6 3 5

Nikkel (Ni) 20 30 50 80

Sink (Zn) 150 400 800 1500

Kobber (Cu) 50 150 650 1000

Krom (Cr) 50 60 100 150

Norsk Landbruks og Matdepartementet (2003). Forskrift om gjødselvarer mv. av organisk opphav. FOR 2003-07-04 nr 951.

FoU: Karakterisering av substrater og biorest

APRIL 25, 2018

• Zn i fiskeslamprøvene ca. 250 mg/Kg TS ;• Zn i avløpslamprøvene: 370 og etter AMPTS: 560-600 mg/Kg TS

• Cu høyeste på avløpslam (mellom 150-250 mg/Kg TS)

APRIL 25, 2018


Generelt om foreløpig FoU resultater

› For Bergen avløpslam (SMU~ 350-390 ml CH4/g VS), tilsetning av fiske slam (10-25% vol.) (SMY: 600-660 ml CH4/g VS) gitt mellom 12-40 % økning i metanproduksjonen.

› Med fiskeslam som gi ikke en store forbedret, høyere verdier av total-N (og NH4-N) ble funnet på slutten av forsøket (NH4-N: 5,3 g/100 g TS).

› For IVAR Grødaland avløpslam (SMU~ 514-560 ml CH4/ g VS), tilsetning av fiske slam forbedret ikke metanutbyttet sin. For IVAR SNJ avløpslam (SMU~ 330 ml CH4/ g VS), tilsetning av fiske slam forbedret metanutbyttet litt.

› Fiskeslam kvalitet har betydning, men den viktigste faktoren var type/kvalitet på avløpsslamfor å se om fiskeslam tilsetting vil forbedre metanutbytte.

›Om semi-CSTRs forsøk i HVL og Aquateam COWI:

›30 % VS (23 % vol.) fiskeslam med SNJ avløpslam gi stabil produksjon

›30 % VS fiskeslam og Bergen avløpslam ustabil på grunn av høy NH4-N


FoU: utnyttelse av næringsstoffer fra avløp og fiske-slam

› Fosfor tilgjengelig i Norge: ca. 28.000 tonns/år i organiske avfall og restproduktene1

Husdyrgjødsel

Fiskeslam fra sjøbasert oppdrettsnæring

Fiskeslam fra landbasert oppdrettsnæring

Avløpslam

andre produkter

1Hamilton et al., 2015. Investigating cross-sectoral synergies through integrated aquaculture, fisheries and agriculture phosphorous assessments. A Case Study of Norway. Journal of Industrial Ecology, vol. 20:4, 867-881.

APRIL 25, 2018


IVAR deltakelse i prosjektet er først og frem fokusert om resirkulering av næringsstoffer fra biogassproduskjon og gjodselkvaliteten av biorest.IVAR tester om bruk tørket fiskeslam fra smoltanlegg for å forbedre IVARs slamgjødselprodukt (Minorga©)Og ved RenEner-Mar prosjekt bli mikrobiologiske og kjemiske krav til den nye pellet produkt (jfr. gjødselvareforskriften), bli vurdert:

✓Tungmetaller✓TKB og Salmonella✓TS, gløderest, NPK, konduktivitet og pH

• Bio-P analyser fra forsøk: Foreløpige resultater om substratergi viser at ca. 25% av total-P på fiskeslam er tilgjengelig, Bergen avløpslam ca. 7% og Grødaland avløpslam ca. 40% av total-P er tilgjengelig.

• Bio-P analyser forsetter for biorest fra noe AMPTS og CSTR tester.

• En av Masteroppgavene er om gjenvinning av næringsstoffer (fokus om P og N) fra flytende fraksjon av biorest med membraner prosesser (UF, RO).

FoU: utnyttelse av næringsstoffer fra avløp og fiskeslam


RESERVE1, 2017-2020

Wastewater and Organic Waste Treatment Facilities –

Net Green Energy, Nutrients and Bio-products ProducersMål

Viser prosessanlegg for behandling av organisk avfall og kommunalt slam som ressursgjenvinning anlegg; produsent av grønn energi, gjødsel og bio-produkter.

Delmål• Forbedre anaerob nedbryting (AN) av kommunalt slam og matavfall ved å utnytte ledig kapasitet ved eksisterende

eller nye planlagte biogassanlegg i WWTP i Skandinavia.• Analyser alternative tilnærminger til AN av biomasse med sikte på produksjon av organiske syrer som alternativer

til metanproduksjon.• Forbedre gjenvinningen av næringsstoffer fra biorest med særlig vekt på fosfor og et definert og sikkert

gjødselprodukt.• Støtte målet om å gjøre AN til Skandinavias viktigste organiske avfallshåndteringsalternativ.• COWI fonden er sterk engasjert i å gjør COWI til den foretrukne skandinaviske konsulenten for biogassanlegg og i

å etablere et skandinavisk COWI innovasjonsnettverk om fornybar energi og ressursutvinning fra renseanlegg og organisk avfallshåndtering, inkludert FoU som en hjørnestein for fremtidig utvikling.


Nettverk RESERVE1

Grunnforskning

Anvendt FoU

Norwegian regional R&D funding scheme

Scandinavian R&D funding scheme

Private investor DK, NO, SE

Bergen

Stavanger

Offentlige sektor/sluttbruker

København

Finansieringskilder

Vann- og avløpsetaten

APRIL 25, 2018


Prosjekt utvikling: RESERVE1

APRIL 25, 2018

WP8

Roadmap for co-

digestion

WP9

Dissemination of

results

WP10

Management

WP1

Evaluation of spare capacity at

biogas plants and available

waste potential for co-

digestion

WP4

Co-digestion trials

WP3

Methane potential trials

WP2

Co-substrates

characterizations

WP7

Recovery of organic acids

P-recovery from digestate

WP6

Production of organic acids

WP5

Process operation

strategy

Laboratory scale

Pilot scale

Laboratory scale

Laboratory scale


FoU: produksjon av organiske syrer fra AN prosessSamutråtning av avløpslam og matavfall (PhD stipendiat)

Primary + Secondary Sludge

Source separated biowaste(Organic fraction of municipal solid waste, OFMSW)


FoU: produksjon av organiske syrer fra AN prosessSamutråtning av avløpslam og matavfall-potensielt

København området:

Avløpslam:

Totalt (BIOFOS): 1,600,000 tons/year (ca. 3% VS)48,000 tons-VS/year

Matavfall:

Totalt: 57,000 tons/year (ca. 25% VS)

14,250 tons-VS/year

Ratio Avløpslam:Matavfall tonn/tonn 3.5%tonn-VS/tonn-VS 30.0%

AVEDØRE, LYNETTEN,DAMHUSSØEN

OFMSW pretreatment at HCS, Glostrup

APRIL 25, 2018


Kjemiskparametrene

g/l COD Tot-N Tot-P

Primærslam 44.1 1.13 0.98

Sekondærslam 24.6 1.48 2.24

Matavfall 181.2 3.56 1.55

FoU: produksjon av organiske syrer fra AN prosessKarakterisering av substrater og hydrolysis batch tester

PrimærslamMatavfall Sekundærslam

• Forskjellige Avløpslam/matavfall (VS) ratio • Forskjellige substrat/inokullum (VS) ratio• Primær/sekundærslam ratio: 60/40 (volum) Reactor

Feeding pump Feed Effluent

Reactor Stirrer

Feed Stirrer

CSTR setup

APRIL 25, 2018

Takk for oppmerksomheten

Thank you for your attention

Maria M EstevezAquateam COWI AS, Oslo Norway

[email protected]

biogas2020 scandinavian biogas conference · 2018-04-30 · maria m. estevez, phd miljøteknologi...

Documents