Pilot study - anaerobic digestion of sludge from Käppalaverket

Kommunala avloppsreningsverk renar avloppsvatten och avlägsnar näringsämnen innan vattnet släpps ut i den omgivande miljön. Under reningen avskiljs partiklar som bildar råslam. Genom att bryta ner råslammet anaerobt (syrefritt) via rötning kan användbara produkter, såsom biogas till bussar, erhållas. Rötning innebär att organiskt material bryts ner under kontrollerade former. Sveriges tredje största kommunala avloppsreningsverk är Käppalaverket i Stockholm. Framtidsprognosen för verket visar att belastningen kommer öka, samtidigt förväntas kraven på slamhantering bli strängare. Syftet med denna studie var att utreda en metod för att öka Käppalaverkets slambehandlingskapacitet. Idag rötas slammet konventionellt med mesofil rötning. Ett förslag för att öka kapaciteten är att förtjocka och därefter recirkulera slammet in i samma rötningskammare. Möjliga fördelar med detta kan vara ökad biogasproduktion samt möjlighet till högre belastning i rötkamrarna. Till experimentet nyttjades en pilotanläggning bestående av två rötkammrar på 7 dm3. Rötkamrarna användes för att studera konventionell mesofil rötning (i studien benämnd BR01), jämfört med mesofil rötning med recirkulering (i studien benämnd BR02). Råslammet och rötslammet analyserades löpande (på dag- och veckobasis) med avseende på parametrarna: biogasproduktion och gassammansättning, torrsubstanshalt, halt av flyktiga syror, pH, alkalinitet, organisk belastning, andel mineraliserat kväve, utrötningsgrad samt reduktion av makromolekyler. Uppehållstiden (HRT) för slammet i rötkamrarna var inledningsvis 14 dagar. HRT sänktes stegvis under studien (från 14 till 11 dagar och därefter till 9 dagar) genom att inflödet av råslam ökades. Därmed pressades BR01 och BR02 i syfte att utröna vid vilken belastning rötningsprocessen förändrades från stabil till instabil. Resultaten visade att under 11-dagars perioden var processen i BR01 stabilare än i BR02. Förhöjda halter av flyktiga syror uppmättes i BR02 under denna period. Under 9-dagars perioden med högre belastning observerades att processen i BR01 var instabil. Processen i BR02 var stabilare under samma period och ansågs därför prestera bättre under högre belastning. Statistiska t-tester visade att flertalet reaktorparametrar (i en och samma reaktor) genomgick säkerställda förändringar från experimentets start till slut. Municipal wastewater treatment plants (WWTPs) purifies wastewater from nutrients before releasing it to the recipient. Particles that are separated from the water creates a sewage sludge. Anaerobic (without oxygen) digestion is mainly used as a stabilization method for the sludge. Digestion of the sludge produces energy-rich biogas and a nutrient-rich digestate which can be used as a fertilizer. The third largest municipal WWTP in Sweden is Käppala WWTP, situated in Stockholm. In the future, the amount of incoming wastewater is expected to increase. Simultaneously, regulations regarding sludge management are expected to be stricter. The main purpose of this study was to investigate a method to increase the sludge load to the digesters at Käppala WWTP. Today the sludge is digested conventionally with mesophilic anaerobic digestion. One suggestion is to recirculate thickened sludge into the same digestion reactor. This method has been shown to give an increased biogas production as well as improved digester performance. During the experiment a pilot-digester consisting of two anaerobic reactors (each with a volume of 7 dm3) were used. These reactors were used to study conventional mesophilic digestion (BR01 in this study) and mesophilic digestion with sludge-recirculation (BR02 in this study). Several parameters of the sludge (raw and digested) were analysed on daily and weekly basis: biogas production and gas composition, dry matter content, volatile fatty acids, pH, alkalinity, organic loading, mineralised nitrogen, degree of digestion and reduction of macromolecules. The hydraulic retention time (HRT) of the sludge was initially 14 days. HRT was lowered stepwise (from 14 to 11 and finally down to 9 days) by increasing the inflow of raw sludge. This way the two reactors were pushed to see at what point the digestion process became unstable. The results showed that during the 11-days HRT period BR01 was more stable compared to BR02. Heightened VFA-content was measured in BR02 during this period. During the 9-days HRT period the process in BR01 was deemed unstable. The process in BR02 was more stable during the same period and was considered to have a better performance during high sludge inflow. Statistical t-tests showed that several digestion-parameters (compared for the same reactor) underwent statistically significant changes from the start to the end of the experiment