Pellettien ja puunkuivauksessa syntyneiden kondenssivesien biohajoavuustutkimus

Transkriptio

1 Pellettien ja puunkuivauksessa syntyneiden kondenssivesien biohajoavuustutkimus FM Hanna Prokkola Oulun yliopisto, Kemian laitos EkoPelletti-seminaari

2 Biohajoavuus Biohajoavuudella yleensä tarkoitetaan sitä, että bakteerit käyttävät orgaanista ainesta ravinnokseen ja tässä aerobisessa systeemissä tarvitsevat happea ja tuottavat tässä reaktiossa sekä hiilidioksidia, vettä, uutta biomassaa ja lisäksi typpeä sisältävistä yhdisteistä ammoniakkia. Laskuissa pyritään huomioimaan kaikki happea kuluttavat elementit

3 Biohajoavuus - BOD OxiTop systeemissä mitataan paineen muutoksia. - Ero saadaan kun kulutettu happi muuttuu bakteerien toimesta hiilidioksidiksi ja vedeksi, jotka imeytetään NaOH -pelletteihin - Paineen muutoksesta liuosmittauksessa laite laskee BOD-lukeman suoraan ja kiinteän mittauksissa saadaan paineen alenema, joka sitten muutetaan edelleen BOD n -lukemaksi. (n=päivää)

4 Biohajoavuus Käytössä OxiTop-laitteisto, jolla mitataan Paineen muutosta. KIINTEÄT

5 Biohajoavuuslasku Kiinteiden aineiden biohajoavuus lasketaan yhtälöllä, josta saadaan massahävikki: m = Δp x V fr x M O2 /(R x T) Kun tämä jaetaan näytteen massalla, saadaan BOD-lukema: BOD (g/g) = Δm / m sample Toisaalta teoreettinen kulutus voidaan laskea yhtälöllä: ThOD (g/g) = [m C (M O2 / M C )]/m sample

6 Biohajoavuusaste - Jätevesille ei lasketa biohajoavuusastetta, vaan annetaan pelkkä BOD n -lukema. (yleensä n=7 tai 28) - Muille näytteille lasketaan mahdollisuuksien mukaan biohajoavuusaste: Mitattu arvo Teoreettinen arvo 100% = Biohajoavuusaste

7 BOD/ThOD [%] Eri pelletit biohajoavuus Pellettien biohajoavuuskäyrät 28 päivää 0,3 0,25 0,2 Potato peel residue 0,15 0,1 0, Time [d] Lignosulphonate No binding materials used M. Kuokkanen et al. (2009) Chemical Methods in the Development of Eco-efficient Woodbased Pellet Production and Technology, Waste Management & Research.

8 Eri sideaineiden biohajoavuus Eri sideaineiden biohajoavuus 28 päivän aikana Notkahdus käyrällä tarkoittaa sitä, että paine nousee ja silloin syntyy muuta kaasua kuin hiilidioksidia. M. Kuokkanen et al. (2011) Additives in Wood Pellet Production A Pilot-scale Study of Binding Agent Usage, BioResources.

9 Eri pelletit biohajoavuus Sideaineeton pelletti ja lignosulfonaattilisäys M. Kuokkanen et al. (2011) Additives in Wood Pellet Production A Pilot-scale Study of Binding Agent Usage, BioResources.

10 Sideainepellettien biohajoavuus Lisätty sideaineeksi kuitulietteen sisältämää nollakuitua Sideainetta oli käytetty 10 % ja 20 % - Mittausaika 60 päivää, joka on tyypillinen varastointiaika Kuusi/nollakuitu 20%: biohajoavuusaste BOD/ThOD = 0,049% Kuusi/nollakuitu 10%: biohajoavuusaste BOD/ThOD = 0,042% HUOM! Entsymaattisesti modifioitu nollakuitu potentiaalinen pellettien sideaine HUOM! Kuitulietteestä maksettava jäteveroa 50 /t

11 Sideainepellettien biohajoavuus Tulokset osoittavat, että entsymaattisesti modifioitua nollakuitua sideaineena käytettäessä esimerkiksi EkoPelletin biohajoavuustuloksiin biohajoavuudet ovat kymmenen kertaa pienemmät kuin EkoPelletin näytteillä. Niissä tosin mitattiin raaka-aineiden biohajoavuutta, mutta silti tulokset puoltavat oletusta, että kuitusideaine hidastaa biohajoamista.

12 Perunatärkkelyksen biohajoavuus Esimerkiksi perunamäski biohajoaa nopeasti sellaisenaan Käytännössä perunan kuori raakana alkaa mätänemään jo toisena päivänä (keittiöhavainto) ks. dia 8 Pellettien lisäaineena se ehkäisee biohajoamista tukkimalla kaikki huokoset vaikeuttaen hapen pääsyä huokosiin Sideaine voi estää biohajoavuutta ja näin parantaa koossapysyvyyttä ja säilyvyyttä

13 Puun sisältämä vesi Terve ja elävä puu voi sisältää jopa 60 % vettä Välittömästi kaadon jälkeen vesipitoisuus alkaa selkeästi laskea Puussa on kahdenlaista vettä soluseinämässä ja ontelossa Ontelosta vapaa vesi haihtuu helpommin kuin seinämästä Vesi on solun seinämässä sitoutuneena selluloosamolekyyleihin

14 Puun kuivaus esimerkkitapaus Kuuman ilman avulla tapahtuva kuivaus Kuivaus lämpötiloina käytettiin 80 C, 115 C ja 130 C Kondenssiveden koostumus oli samanlainen kaikissa lämpötiloissa

15 CCM Power kuivaussysteemi koelaitos Kellossa

16 Kondenssivedet Näytteet olivat puun kuivauksen kondenssivesiä #1 koivu 80 C #2 koivu 80 C #3 mänty 20 %, haapa 80 % 115 C #4 mänty 20 %, Haapa 80 % 130 C Tarkoituksena on laajentaa tutkimusta myös mäntyyn ja kuuseen

17 Veden orgaaninen materiaali Veden orgaanisen materiaalin pitoisuutta voidaan kuvata muutamalla eri suureella COD Cr = kemiallinen hapenkulutus (hapetus dikromaatilla) COD Mn = kemiallinen hapenkulutus (hapetus kaliumpermanganaatilla) Permanganaattiluku * = COD Mn TOC = kokonaisorgaaninen hiili DOC = liukoinen orgaaninen hiili

18 Liuosmittauksiin käytetään hieman erilaista systeemiä kuin kiinteille. Molemmat toimivat kontrollerin avulla, jolla luetaan tulokset ja käynnistetään mittaukset. Biohajoavuus

19 Lopputulokset Tulokset osoittavat, että Vedet eivät sisällä toksisia metalleja haitallisessa määrin Vesinäytteiden orgaaninen aines biohajosi spontaanisti TOC ja COD lukemat tukevat BODmäärityksestä saatua tietoa Tutkitut kondenssivedet voidaan laskea sellaisenaan viemäriin!!