Robusta mättekniker on-line mätning för optimerad biogasproduktion

Projektnummer: WR11

Författare: Åke Nordberg, Mikael Hansson, Mija Kanerot, Anatol Krozer, Björn Löfving, Eskil Sahlin

■ Startdatum: januari 2008

■ Slutdatum: december 2009 Avslutat

Sammanfattning
De svenska samrötningsanläggningarna är inte belastade till sin fulla kapacitet. Samtidigt är efterfrågan på biometan större än tillgången. Stora ansträngningar bör därför göras att öka belastningen och säkerställa stabil drift samt hög tillgänglighet på anläggningarna. Kommersiell mätteknik för tillämpning on-line vid biogasanläggningar saknas i stor utsträckning, och ett generellt problem är att den aggressiva miljön (korrosion och slitage) och materialets karakteristik kräver robusta och tåliga applikationer. Syftet med projektet var att identifiera och undersöka olika mätmetoder med potential att tillämpas on-line, dels för substratet (bufferttanken) och dels för rötkammaren. Utifrån förutsättningar och önskemål vid Borås energi och miljös (BEMAB) biogasanläggning har problembild, mätvariabler och tänkbara angreppssätt identifierats och prioriterats.

Substratblandningarna är trögflytande och inhomogena med varierande sammansättning, vilket kräver ytterligare homogenisering, spädning och filtrering för noggrann analys med s.k. direkta metoder. Försök med mekanisk sönderdelning (mixrar och kvarnar) lyckades inte nå den finfördelning som krävdes (800 μm) för att tillämpa COD-mätning on-line. Med s.k. indirekta mättekniker kan homogeniseringsproblematiken undvikas och labora¬torieförsök med NIR (near-infrared spectroscopy) visade att VS kan predikteras (R2=0,78) i intervallet 2-9 % VS. Impedans kan ge mått på lösliga ämnen, men bedöms inte vara tillräckligt känslig för att ge mått på den totala TS-halten. Mikrovågsteknik installera¬des i produktionsskala vid BEMABs anläggning och reagerade snabbare på förändringar i TS-halt än den TS-sensor som fanns installerad sedan tidigare, men tekniska problem gjorde att tekniken endast kunde utvärderas under en begränsad tid av tio dygn. BEMAB bedömer tekniken intressant och avser att fortsätta uppföljning och utvärdering. Projektet har vidare visat att pH-justering med Na3PO4 kan vara en väg att kompensera för förluster av lättflyktiga ämnen (upp till 20 % av VS), som sker med standardiserade referensmetoder för TS- och VS-analys. Fortsatta insatser krävs för att lösa detta fundamentala problem.

I försök med NIR on-line i en laboratorierötkammare erhölls en god korrelation med halten propionat (R2=0,92; RMSEP 0,39 g/L) i intervallet 0-5 g/L, vilket är relevant för instabilitet (gränsvärde ca 3 g/L). Försök utfördes därefter vid BEMABs produktions¬anläggning med ett inhyrt kommersiellt instrument för FT-NIR. På grund av drift-störningar drogs belastningen ned under utvärderingstiden varvid dynamiken i process¬förändringar inte var i den omfattning som krävs för att kunna korrelera mätdata mot t.ex. propionat. Uppföljning och utvärdering avses fortsätta efter projektets slut. Utvärdering av en potentiometrisk sensor för ammonium, som kan appliceras on-line, visade att den inte var stabil och behövde kalibreras regelbundet med två-punktskalibrering. Därmed uppfyller den inte de krav på den prestanda som efterfrågades.

Trots en omfattande och komplex problembild, har vi kunnat visa på tekniker med förut¬sättning att fungera i produktionsskala för att ge bättre beslutsunderlag för drift. Kunskapen om implementering on-line har ökat, insikten om referensmetoders begränsning och substrat¬egenskaper har ökat. Leverantörer av mätteknik har generellt en begränsad kännedom om förutsättningarna vid rötningsanläggningar och bedömer risken som alltför hög att själva bedriva utvecklingsinsatser, vilket visar på vikten av denna typ av WR-finansierade projekt för utveckling av on-line mätning i biogasprocessen.

Nyckelord: biogasprocess, on-line övervakning, substrat, rötkammare

Deltagande parter