Recovery of organic carbon from municipal waste streams

Tid: On 2020-08-19 kl 13.00

Plats: U1, Brinellvägen 28A, Stockholm (English)

Ämnesområde: Kemiteknik

Licentiand: Isaac Owusu-Agyeman , Kemiteknik, Resource Recovery Division

Granskare: Professor Irini Angelidaki, Technical University of Denmark

Huvudhandledare: Professor Elzbieta Plaza, Hållbar utveckling, miljövetenskap och teknik; Associate Professor Zeynep Cetecioglu, Resursåtervinning

Abstract

I kommunala avfallsströmmar finns det en stor potential för resursåtervinning på grund av det höga organiska innehållet vilket kan användas för biobaserade produkter. På grundval av detta så fokuserar denna studie på resursåtervinningen av kol från kommunala avfallsströmmar genom att undersöka nuvarande och nytillkomna tekniker för att få vattenreningssystem att också bli resursåtervinningssystem. Första delen av studien undersöker relationen mellan metanproduktion och karaktäriseringen av anaerobiska granuler med ändamålet att förbättra energiproduktionen genom direkt behandling av kommunalt avloppsvatten. För detta ändamål så användes två UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket) pilotreaktorer. Reaktorerna kördes med olika stora granuler, olika temperaturinställningar och olika hydrauliska uppehållstider (HRTs). Storlek, mikrobiell struktur, intern mikrostruktur och specifik metanogenaktivitet av de anaerobiska granulerna analyserades. Granulerna i UASB1 var 3-4 mm stora med interna multilager av mikrostrukturer som bestod av acetoklastika-metanogen arkéer. Granulerna i UASB2 var 1- 2 mm stora utan interna multilager och bestod av hydrogenotrofa metanogener. Aktiviteten i granulerna i UASB1 var 250-437 mL CH4 /g VS·d och i UASB2 var det 150-260 mL CH4 /g VS·d, vilket bekräftar att de acetoklastisk-metanogesa var mer effektiva i UASB1 än de hydrogenotrofa i UASB2. Att öka temperaturen från 20 o C till 28 o C under försöket medförde ingen förändring av den mikrobiologiska strukturen, men gav en ökning i biogasproduktion i UASB1 och högre och stabilare biogasproduktionshastighet i UASB2. Ökningen av biogasproduktion berodde på en reduktion i metans löslighet i utflödet och stabilare metanogenes. Ökning i HRT resulterade i större reduktion av organiskt material mätt som kemisk syreförbrukning (COD) och större biogasproduktion på grund av längre kontakttid mellan substrat och mikroorganismer. Den andra delen av studien fokuserar på att utveckla ett tillvägagångssätt att få en anaerob rötning att producera flyktiga fettsyror (VFA) istället för biogas. Studien fokuserar på effekten som kvoten mellan substraten primärslam och externt matavfall (OW) har och hur robust VFA-systemet skulle vara i stor skala på lång sikt. Olika kvoter av primärslam och matavfall testades i labbskala i batchstudier med 0 %, 25 %, 50 %, 75 % och 100 % COD OW. Baserat på resultaten från labbskala så kördes 50% COD OW i ett semi-kontinuerligt pilotförsök. Batch-testerna i labbskala visade att högre % COD OW, gav högre VFA produktion på grund av högre koncentration av organiskt material. Ättiksyra var den mest förekommande VFAn i batch-testerna medan kapronsyra var högst förekommande (50%) i det semi-kontinuerliga försöket. Denitrifikationsförsök visade att VFA-rik vätska från pilotskalareaktorerna gav den högsta specifika denitrifikationshastigheten i jämförelse med acetat och metanol. Resultaten visar att värdefulla kolkällor kan återvinnas från kommunalt avfall genom anaerob behandling av kommunalt avloppsvatten och samfermentering av primärslam och matavfall.

urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:kth:diva-260305