Rötning av fjäderfägödsel med gödselförädling i tillämpad skala

Autor: Edström, Mats, Sindhöj, Erik, Ljung, Emelie, Halldorf, Stefan, Persson, Sven, Welander, Ulrika, Rupar-Gadd, Katarina
Jazyk: švédština
Rok vydání: 2018
Předmět:
Popis: Ett tjugotal lantbrukare i Mönsterås kommun planerar för att bygga en stor biogas­anläggning som kommer att ha fastgödsel från höns som huvudsubstrat. Den gemen­samma biogasanläggning kan bli den största i sitt slag i Sverige, med en biogas­produktion på ca 70 GWh biogas/år för produktion av drivmedel. Den genererade rötresten kan kväve­försörja ca 12 000 ha/år växtodling och fosforförsörja ca 20 000 ha/år. Den rötade gödseln bidrar i princip till all växtnäring i rötresten, där fjäderfä­gödseln kommer att bidra med ca 80 % av rötrestens innehåll av kväve och fosfor. Ett hinder för att realisera denna anläggning är att det idag saknas erfarenhet från praktisk drift av rötningsanläggningar med betydande inblandning av fjäderfägödsel. Fjäderfä­gödsel är både ett fosfor- och kväverikt substrat, och innehåller dessutom både tunga och lätta partiklar som riskerar att bilda sediment och svämtäcken i rötkammaren. Idag betraktas fjäderfägödsel framför allt som ett fosforgödselmedel eftersom huvuddelen av kvävet inte är direkt upptagbart av växter, men rötning av fjäderfägödsel ökar andelen direktverkanande kväve. För att optimera hantering, spridning och utnyttjande av kväve och fosfor i fjäderfägödsel är det önskvärt att processa denna gödsel för att generera fyra stycken gödselmedel med olika kväve- och fosforkvot. För att kunna studera dessa fråge­ställningar och bredda gödselbasen för rötning har Vinnova, under 2016-2018, finansierat denna tillämpade studie. Under ett tillämpat försök genomfördes rötning i pilotskala av kväverik hönsgödsel som huvudsubstrat. Rötningsprocessen gick att driva stabilt vid en ammoniumkvävehalt på närmare 6 g/l inom det mesofila temperaturområdet i en totalomblandad rötkammare med volymetrisk metanproduktion som uppgick till 1,1 m3 CH4/m3 slamvolym & dag. Järnklorid tillfördes rötkammaren för att hålla biogasens innehåll av svavelväte vid ca 100 ppm. För att hålla ammoniumhalten vid angiven nivå tillfördes vatten motsvarande halva inflödet in i rötkammaren, för att späda ner kvävet till denna nivå. Efter rötningen av substratblandningen ökade dess ammoniuminnehåll med 3,7 gånger. Under pilotförsöket producerades ca 13 m3 rötrest som sparades och lagrades 4–8 månader innan den förädlades i två steg till två olika gödselmedel. I första steget genomfördes fasseparation med en dekantercentrifug följt av indunstning av surgjord tunnfas. Baserat på dessa försök beräknas fassepareringen kunna generera ett fast gödselmedel vars vikt motsvarar 23 % av i rötningsprocessen producerad rötrest. Det fasta gödselmedlets innehåll av fosfor utgör dryga 70 % av rötrestens fosforinnehåll. Vidare beräknas indunstningen kunna generera ett uppkoncentrerat flytande gödsel­medel vars vikt motsvarar 2o % av i rötningsprocessen producerad rötrest. Det flytande gödselmedlets innehåll av ammoniumkvävet utgör dryga 70 % av rötrestens ammonium­innehåll. Det producerade koncentratgödselmedlet liksom tunnfasgödselmedlet hade en hög andel lättillgängligt kväve, vilket är en viktig delförutsättning för att uppnå höga skördar vid växtodling. Gödselmedel från Mönsterås Biogas planerade biogasanläggning kan i framtiden bidra till att jordbruket i Kalmar län med omnejd kan gå mot en hållbar intensifiering av livsmedelsproduktionen. Digestion of poultry manure with digestate processing in pilot scale tests Twenty farmers in the municipality of Mönsterås in southern Sweden are jointly planning to build a large biogas plant. The plant will digest a very high proportion of poultry manure, resulting in significantly greater biogas yield than normally expected, and higher nitrogen contents in the digestate. A major obstacle to realising the biogas plant is controlling digestion operation under high nitrogen levels resulting from the considerable amounts of poultry manure substrate. Poultry manure also contains both heavy and light particles that can cause challenges with poor stability in the digestion process, formation of sediments and crust in digester tanks. The high nitrogen contents together with high phosphorus and solids concentrations will also create difficulties for digestate management and use as fertiliser. Today solid poultry manure is mainly used as a phosphorus fertiliser, not only due to high concentration of phosphorus but also due to relatively poor utilisation of the nitrogen by crops. However, due to the high concentration of phosphorus, the application rate needed to meet plant needs is lower than modern solid manure spreaders can evenly apply. Over application and inefficient use of nitrogen increases risk of nutrient losses to waters and the environment. To study these issues for biogas production, Vinnova (Sweden's innovation agency) has supported this research project in applied digestion and digestate processing. The project contained the following components: i) 6 months digestion tests with prospective substrates in a pilot-plant with 5 m3 active digesting volume, provided with mixers and pumps commonly used in full-scale plants, ii) laboratory tests to determine biogas potential for feedstocks, and to determine the potential for increased gas production by post-digestion, iii) applied trials of separating and concentrating the digestate with centrifuge followed by industrial evaporation of the liquid phase, iv) analysis of the nutrient value and the function of the concentrated fertilizer in organic farming. The biological and technical operational performance in the pilot test was evaluated in a complete stirred tank reactor at mesophilic temperature during co-digestion of poultry manure, liquid manure and glycerol. The poultry manure contributed with approx. 70% of dry matter in the substrate mixture and 80% of the nitrogen and phosphorus. The digestion process was stable with NH4-N levels close to 6 g/l. To control hydrogen sulphide in the biogas to approx. 100 ppm, ferric chloride was added to the digester. Volumetric methane production reached 1,1 m3 CH4/ m3 digester and day. Significant formation of sediment occurred in both digester and in pipes, however, no crust formation was observed in the digester. The outflow of ammonia from the digester by the digestate was 3.7 times higher than the ammonia inflow by the substrate mixture. Thirteen tonnes of digestate was produced during the pilot test. The digestate was separated with a decanter centrifuge generating a solid fraction corresponding to 23% of digestate weight and approx. 70% of the phosphorus in the digestate. Sulfuric acid was added to the liquid fraction generated by the centrifuge before evaporation to stabilize the ammonium nitrogen. Industrial evaporation of the liquid fraction produced a concentrate corresponding to 23% of digestate weight and containing approx. 70% of the ammonium nitrogen in the digestate. The pilot test generated four different fertilisers, (digestate, solid fraction, liquid fraction and concentrate) each with very different physical and chemical properties. Digestate processing increased the N/P ration of the liquid fraction and concentrate allowing more balanced N and P supply to crop demand, reducing the risk of nutrient losses to waters but also increasing the resource use efficiency of the plant nutrients. Processing was also successful at concentrating the two of the fertilisers, enabling cost effective long-distance transport for use in areas with low animal density and a need for the soil amendment properties of from manure. These project results have contributed to plans for a full-scale plant by developing the basis of design and the credibility for implementation, resulting in an investment grant and the formation of a new economically stronger company. Based on the results from the project, the estimated production of biogas in a full-scale plant is 70 GWh /year for renewable automotive fuels. Post-digestion of the digestate with 10 days retention time can increase biogas production with an extra 3 GWh/year (4%). The solid and liquid products can fertilise 12 000 ha/year of organic cultivation with nitrogen and up to 20 000 up to ha/year with phosphorus.
Databáze: OpenAIRE
Externí odkaz: