Ammonifioidun kananpehkun ammoniakkistrippaus pilottimittakaavassa

Chicken litter contains high levels of nitrogen, which can form toxic ammonia and inhibit methane production in a biogasification process. Ammonia concentration of chicken litter slurry increases in high temperature and alkaline pH. We studied how 70 % of the ammonia nitrogen can be removed efficiently, in a pilot scale, without impairing the quality of the biogas feed. Ammonia nitrogen was removed in a two phase pre-process: First ammonia nitrogen was formed from nitrogen compounds in an ammonification process. Then ammonia was stripped in a simple batch type reactor by aeration. The stripping material used was ammonified chicken litter slurry, as well as, ammonified and recycled reject slurry. We strived to find the most efficient parameters for ammonia removal by changing the stripping temperature, pH, stirring and aeration depth. Moreover, variable alkalis (NaOH, KOH and CaO) were used for pH adjustment as well CO2-stripping. The quality of stripped feed was monitored by measuring the concentration of total solids, volatile solids, volatile fatty acids, buffer capacity along with carbon-nitrogen fraction and by testing the slurry in a biogas reactor. The costs of the batch style ammonia stripping were compared to the costs of column stripping of a similar scale. The ammonia stripping process followed first order kinetics. The stripped biogas feed was well suited to biogasification and no problems seemed to occur in methane production. In three-hour stripping experiments 43-80 % of total ammonia nitrogen (TAN) was removed. Both KOH45wt%, and NaOH50% solutions were suitable for pH adjustment. However, CaO powder did not dissolve well. For 70 % TAN removal, the required stripping temperature was 74 ℃ - 80 ℃ . Higher temperatures caused problems in the setup due to excessive evaporation. In optimized conditions stripping time was 2.5 h (t-70% TAN), temperature was 80 ℃ and pH 10.0-10.2. The lye requirement for regular ammonified chicken litter slurry was no less than 10.5 ml/l. Whereas, reject slurry required 15.8 ml/l. CO2-stripping raised the pH of reject slurry by 0.4-1.6 pH-units and lowered the lye requirement significantly. Stirring had a notable positive affect on the efficiency of the stripping process. Also, the increase of aeration depth seemed to promote ammonia removal. According to our calculations, in optimized conditions, batch stripping costs were 4.36 €/ NH3 kg, a little less than column stripping costs, 4.84 €/ NH3 kg. However, the stripping process needs to be studied and developed further, to make it profitable.Kananpehku sisältä paljon typpeä, joka biokaasutusprosessissa muuttuu myrkylliseksi ammoniakiksi. Ammoniakki haittaa metaanin tuotantoa. Kananpehkulietteen ammoniakkipitoisuus kasvaa korkeassa lämpötilassa ja emäksisessä pH:ssa. Tutkimme pilottimittakaavassa, miten 70 % ammoniumtypestä saadaan poistettua huonontamatta biokaasun laatua. Typpeä poistettiin kaksivaiheisessa esikäsittelyssä. Ensin ammonifikaatioprosessissa muodostettiin typpiyhdisteistä ammoniumtyppeä ja tämän jälkeen ammoniakki stripattiin ilmapuhalluksen avulla yksinkertaisessa panosreaktorissa. Strippausmateriaalina käytettiin sekä ammonifioitua kananpehkulietettä, että ammonifioitua ja kierrätettyä rejektilietettä. Pyrimme löytämään tehokkaimmat parametrit ammoniakin poistolle muuttamalla strippauslämpötilaa, pH:ta, sekoitusta ja ilmastussyvyyttä. pH:n säätöön käytettiin erilaisia emäksiä (NaOH, KOH, CaO) sekä CO2-strippausta. Stripatun syötteen laatua valvottiin mittaamalla kiintoainepitoisuutta, orgaanisen aineen määrää, puskurikapasiteetta, haihtuvien rasvahappojen määrää ja hiili-typpisuhdetta sekä testaamalla stripattua lietettä biokaasureaktorissa. Strippauskustannuksia verrattiin vastaavan mittakaavan kolonnistripperin kustannuksiin. Ammoniakkistrippaus seurasi ensimmäisen kertaluvun kinetiikkaa. Stripattu biokaasusyöte soveltui hyvin biokaasutukseen, eikä ongelmia metaanintuotannossa näyttänyt esiintyvän. Kolmetuntisissa kokeissa stripattiin kokonaisammoniakkitypestä 43-80 %. Lietteen pH:n säätöön sopi sekä KOH45wt%, että NaOH50%-liuos, mutta CaO jauhe ei liuennut hyvin. Strippauslämpötilan oli oltava 74 ℃ - 80 ℃, jotta 70 % ammoniumtypestä saatiin poistettua. Korkeammissa lämpötiloissa haihtuminen aiheutti laitteistossa ongelmia. Optimiolosuhteissa strippaus kesti 2,5 h (t-70% TAN), lämpötila oli 80 ℃ ja pH 10,0-10,2. Tavalliseen ammonifioituun lietteeseen kului lipeäliuosta vähintään 10.5 ml/l, kun taas rejektilietteeseen kului 15,8 ml/l. CO2- strippauksella nostettiin lietteen pH:ta 0,4-1,6 pH-yksikköä, jolloin lipeän tarve pieneni merkittävästi. Sekoitus tehosti prosessia huomattavasti. Myös ilmastussyvyyden lisääminen näytti edistävän ammoniakin poistoa. Laskelmiemme mukaan optimiolosuhteissa panosstrippaus maksoi 4,36 €/NH3 kg ja se oli hieman edullisempi strippausmetodi, kuin kolonnistrippaus (4,84 €/NH3 kg). Menetelmää on kuitenkin tutkittava ja kehitettävä edelleen, jotta se olisi taloudellisesti kannattava