H2S:N JA HAJUJEN POISTO BIOKAASULAITOKSISSA
 
ON AIKA VAIHTAA PERINNE INNOVAATIOON
 

 

BIOKAASU

Biokaasun tuotantoprosessi koostuu monista monimutkaisista vaiheista, joiden tarkoituksena on tuottaa jätteistä metaania. Perinteiset biokaasulaitokset voivat käyttää monenlaista jätettä syötteenä, mukaan lukien biomassaa. Biokaasulaitokset tuottavat vihreää energiaa, koska syöte on uusiutuvaa. Täten ne myös edistävät kiertotaloutta. Maailman bioenergiayhdistyksen mukaan biokaasun tuotantosektori on yksi kaikkein nopeimmin kasvavista
biopolttoainesektoreista. Biokaasutuotannon keskimääräinen kasvu vuonna 2014 oli 11,2 % ja kokonaistuotanto 58,7 miljardia Nm3. Melkein puolet tästä määrästä tuotettiin Euroopassa, jossa on noin 17 000 toimivaa biokaasulaitosta. Saksassa on kaikkein eniten biokaasulaitoksia eli 11 000 laitosta, seuraavina ovat Italia 1 600 laitoksella ja Ranska 800 laitoksella. Otsonia voidaan hyödyntää monissa biokaasutuotannon prosesseissa. Muiden mahdollisuuksien joukosta
tunnistimme kolme otsonin pääkäyttömahdollisuutta biokaasulaitoksissa:

• Substraatin esikäsittely biokaasun saannon parantamiseksi
• H2S-pelkistys metaanin jalostamiseksi
• Hajuntorjunta
Rikkiyhdisteitä ja -ioneja esiintyy yleisesti jokaisessa biokaasutuotannon prosessivaiheessa. Nämä yhdisteet aiheuttavat monia ongelmia, jotka vaikuttavat prosessien yleiseen tehokkuuteen. Esimerkiksi syötteen korkeat rikki-ionimäärät lisäävät rikkiä pelkistävien bakteerien (SRB) määrää mädättimessä,
mikä estää metaania tuottavien mikro-organismien, kuten arkkien, aktiivisuutta. Tämän takia metaanin tuotanto vähenee ja pelkistettyjen rikkiyhdisteiden, kuten H2S, tuotanto lisääntyy. Jos mädättimestä vapautuu korkeita H2S-pitoisuuksia, prosessi voi aiheuttaa haju- ja syöpymisongelmia.
Hajuongelmat ovat yleisiä etenkin biokaasulaitoksissa, koska H2S:n hajukynnys on yksi alhaisimmista, jotka tunnetaan. Tämä aiheuttaa sen, että ihmisen nenä on hyvin herkkä pienillekin pitoisuuksille.
 
Esikäsittelyä käytetään yleisesti ennen anaerobista mädätysvaihetta. Tämän vaiheen tarkoituksena on vähentää hydrolyyttisten fermentoivien bakteerien kuormaa tekemällä substraatista helpommin
biohajoavaa. Tähän sisältyy muun muassa pinta-alueen lisääminen, monimutkaisten ainesten liuottaminen, polymeerien, kuten selluloosan, rakeisuuden vähentäminen jne. Yleisimmät nykyään käytettävät
esikäsittelyt kuvataan alla olevassa taulukossa.
Otsoni tunnetaan hapettavista ominaisuuksistaan, ja sen on todettu pystyvän hajottamaan osan monimutkaisista orgaanisista aineista, joita käytetään anaerobisen mädätyksen syötteinä. Kun otsonia käytetään esimerkiksi aktiivilietesyötteeseen, vaikutus moninkertaistuu. Jos otsoni annostellaan oikein, substraattien muuntuminen biokaasuksi paranee huomattavasti, kuten oikealla oleva kuva osoittaa. Otsonikäsittelyllä on tehokas vaikutus monissa tapauksissa, kuten biokaasutuotannossa aktiivilietteestä. Tämä johtuu tällaisessa syötteessä olevasta korkeasta aerobisten bakteerien ja hajoamattomien orgaanisten aineiden määrästä. Tällaisissa olosuhteissa otsoni hapettaa nopeasti kaikki
tyydyttämättömät sidokset muodostaen radikaaleja, jotka jatkavat muiden orgaanisten aineiden hapettamista. Tämä reaktiomekanismi johtaa parempaan syötteen biohajoamiseen, mikä taas merkitsee biokaasutuotannon kasvua. Biokaasutuotannon kasvu on suhteessa järjestelmään ruiskutettuun otsoniin. Mitä enemmän otsonia käytetään, sitä parempi biohajoavuus ja metaanimäärä. Kuten oikealla oleva Bougrierin ym. tekemä tutkimus ”Laboratoire de Biogechnologie de l’Environnement” -laboratoriossa osoittaa, otsoniesikäsittely parantaa biokaasutuotantoa noin 150 % verrattuna käsittelemättömään syötteeseen, kun otsoni on optimaalisella tasolla 0,15 g O3 per kiintoainegramma.
Otsonikäsittelyn vaikutus substraatin biohajoavuuteen aktiivilietteessä.
TS = kiintoaine.
 
Kun biokaasu tuotetaan kahdessa vaiheessa, H2S-pitoisuutta voidaan pienentää ennen metaaninjalostusta ruiskuttamalla mädättimeen otsonia. Tällä tavalla H2S vähenee jo ennen metaanintuotantoa, mikä johtaa tehokkaampaan järjestelmään ja pienempiin biokaasun
puhdistuskustannuksiin. Koska mädätysprosessi on anaerobinen, otsoniruiskutusta on säädettävä huolellisesti, jotta se ei huononna prosessiolosuhteita. Tavallisesti otsoni ruiskutetaan ilmataskuun mädättimen biopedin yläpuolelle. Vaihtoehtoisesti se voidaan ruiskuttaa välisäiliöön mädättimen ja

metaanin jalostusyksikön välille.

Lue lisää H2S-pelkistyksestä metaanin jalostamiseksi.

 
Biokaasussa on metaaninjalostuksen jälkeen usein korkeita rikkivetypitoisuuksia, jotka aiheuttavat ongelmia seuraavissa prosessivaiheissa. Korroosio on yksi ongelmista, koska korkeat H2S-pitoisuudet voivat syövyttää putkia ja prosessilaitteita ja johtaa useiden tuhansien eurojen vuosittaisiin kustannuksiin.
Hajut ovat myös suuri ongelma metaaninjalostuksen poistokaasuissa. Tämä johtuu ihmisen nenän erittäin suuresta herkkyydestä rikkivedyille. Hajureseptorit aktivoituvat jo miljardisosan (ppb) tasoisista pitoisuuksista.
Tämän takia jo pieni vuoto prosessiputkista tai prosessivaiheen avaaminen voi aiheuttaa hajuongelman isolle alueelle, sillä kaasupäästö on laimennettava jopa 200 000 -kertaisesti ennen kuin haju peittyy.
Ozonetech aloitti perinteisistä ratkaisuista ja kehitti innovatiivisen otsonipohjaisen ratkaisun hajupäästöihin, joka parantaa prosessin kustannustehokkuutta ja säilyttää korkean standardin poistotasossa. Yhteenveto perinteisen ratkaisun käyttökustannuksista verrattuna Ozonetechin otsoniin perustuvaan ratkaisuun esitetään oikealla olevassa kuvassa. Kuten oikealla olevasta kuvasta voi havaita, Ozonetechin ratkaisun käyttökustannukset ovat yli neljä kertaa pienemmät kuin perinteisen järjestelmän jopa huonommissa olosuhteissa. Pienet käyttökustannukset johtavat suuriin säästöihin vuosittain. Säästö voi olla jopa 100 000 euroa vuodessa. Kuvasta näkyy myös ratkaisumme joustavuus. On tärkeää säätää järjestelmämme asiakkaiden tarpeiden mukaan, koska jokainen biokaasuprosessi on erilainen ja niillä on erilaiset vaatimukset. Tästä syystä jokainen ratkaisu suunnitellaan huolellisesti ja räätälöidään maksimoimaan asiakkaan hyödyt, kuten käyttökustannukset tässä esitetyssä tapauksessa. Kustannussäästöjen lisäksi Ozonetechin ratkaisu varmistaa tehokkuuden ja luotettavan
suorituskyvyn koko käyttöiän ajan, mikä merkitsee tehokasta, pitkäaikaista hajunpoistoa.

Yleinen Ozonetechin ratkaisu hajuntorjuntaan koostuu useasta vaiheesta sisältäen RENA Pro-otsoniyksiköt ja -hajuntorjuntaratkaisun..

Lue lisää hajuntorjunnasta, RENA Pro-yksiköistä ja Nodora-hajuntorjuntaratkaisusta (esite).
Perinteisen ratkaisun (vasemmalla) käyttökustannukset ovat neljä kertaa korkeammat kuin kustannukset missään kolmesta mahdollisesta Ozonetech-ratkaisusta. Meidän ratkaisumme ovat 1) RENA Pro -otsonikäsittely tai 2) Nodora-ilmansuodatin tai 3) RENA Pro ja Nodora. Kokonaiskustannukset kasvavat RENA Pro -käsittelyn tuottaman otsonipitoisuuden mukaan. Alhaisimmat kokonaiskustannukset saavutetaan otsonin ja Nodoran optimaalisella yhdistämisellä.
 
Nestemäisessä syötteessä on vielä runsaasti typpiyhdisteitä biokaasutuotannon jälkeen, mikä tekee siitä tärkeän resurssin. Sitä voidaan käyttää maataloudessa kasvilannoitteena, jolloin sen avulla saadaan merkittäviä taloudellisia säästöjä. Syötteen lisäkäsittely tarvitaan kuitenkin ennen tehokasta uudelleenkäyttöä, jotta hajut ja epämiellyttävät värit saadaan poistettua.
Otsonia käytettäessä kumpikin ongelma ratkeaa kerralla. Kun otsoni ruiskutetaan syötteeseen, hyödyt alkavat lähdetasolta ja hajut vähentyvät jopa ennen päästöjä. Lisäksi kemiallinen hapenkulutus COD vähenee huomattavasti, mikä johtaa värin muuttumiseen, jolloin näitä syötteitä voidaan käyttää lannoitteina.

Lue lisää hajuntorjunnasta ja RENA Pro-otsoniratkaisusta hajujen käsittelyyn.

Lue lisää COD-käsittelystä ja RENA Vivo-otsoniratkaisusta COD:n vähentämiseen.

 
Yksi biokaasulaitosten haasteista on tiukka vaatimus H2S:n poistamisesta anaerobisen mädätysprosessin jälkeen ennen jalostamista.

Toinen jatkuva huolenaihe on biokaasulaitoksesta tulevat hajut. Nykyään molemmat voidaan ratkaista tehokkaasti ja vihreällä tavalla.

Olemme kehittäneet katalyytin nimenomaan H2S:n poistamiseen: Rubicat™. H2S saadaan poistettua jopa ilman happea ja ilman jälkiä ennen jalostamisvaihetta.

Koska toimintamenetelmä on katalyyttinen, Rubicatin käyttöikä on paljon pidempi verrattuna perinteisiin tekniikkoihin, kuten aktiivihiileen. Nodora CAT voi tuoda 40–95 %:n vähennyksen käyttökustannuksiin.

Lisäksi hajuongelmat käsitellään laitoksen sisällä tuottamalla otsonia erittäin kustannustehokkaasti paikan päällä. Otsoni johdetaan olemassa olevaan ilmastointiin, jolloin se vähentää hajuja. Tämän jälkeen se menee viimeisen käsittelyvaiheen Nodora ADS:n läpi ennen poistamista.

Kunnianhimoisilla biokaasun tuottajilla on lisävaihtoehto: biomassa voidaan käsitellä otsonilla, mikä joissakin ratkaisuissa voi kaksinkertaistaa biokaasutuotannon.

Ratkaisusta riippumatta käsittely on tehokasta, vihreää ja helppoa hallita.
H2S:n poistaminen ennen jalostamista

Ratkaisumme ei vaadi lisätekniikoita H2S:n käsittelemiseen. Ei aktiivihiiltä, ei otsonia tai muita käsittelymenetelmiä. Itse kehittämämme Nodora CAT ja Rubicat riittävät. Nodora-järjestelmä on suunniteltu käyttämään jatkuvasti kaikkia aktiivisia materiaaleja, mikä parantaa merkittävästi H2S:n poiston tehokkuutta ja pidentää suodatinmateriaalin käyttöaikaa.
SISÄTILOJEN HAJUJEN POISTO

Sisätilalähteistä tulevat hajut poistetaan ilmanvaihdon kautta ja kerätyt hajut voidaan sitten käsitellä käyttämällä RENA Pro- ja Nodora ADS -järjestelmää ennen kuin ilma päästetään ympäristöön.

Olemassa oleva ilmanvaihto on käsittelykammio
Ainoa tärkeä ohjeemme on ilman huolellinen analysoiminen. Toimitiloissamme suoritettavat analyysit ja pilottikokeet keskittyvät virtauksiin ja pitoisuuksiin ja valmistelevat optimaalisen käsittelymenetelmän suunnittelua.
Nodora asennetaan yleensä toimialoille, joilla on tiukat sääntelyvaatimukset hajujen vähentämisestä. Kaikki Nodora-järjestelmät räätälöidään kulloisenkin virtauksen mukaan, jotta saavutetaan paras mahdollinen H2S:n ja hajujen vähennys. Yksi monista
hyödyistä otsonikäsittelyn ja Nodoran yhdistämisessä on se, että aktiivinen aine on aktiivinen ainakin viisi kertaa pidempään kuin liuos ilman edeltävää otsonikäsittelyä.
 
 


Aktiivihiiltä käyttävä vakioratkaisu on sekä kallis että tehoton verrattuna Nodora CAT -ratkaisuun. Nodora CAT -ratkaisun tehokkuus perustuu käytettyyn edistykselliseen aktiiviseen materiaaliin, materiaaliseokseen ja kokonaissuunnitteluun, jossa kaikkia suodatinmateriaaleja käytetään tasapuolisesti. Kokeet tehtiin Tukholmassa yhteistyössä KHT Royal Institute of Technologyn kanssa. Todelliset biokaasuolosuhteet testattiin H2S-pitoisuudella 1000 ppm.



Nodora CAT -ratkaisun käyttö puolittaa kustannukset verrattuna perinteiseen aktiivihiileen. Kun perinteinen aktiivihiilijärjestelmä korvataan sillä, investointi maksaa itsensä takaisin alle kahdessa vuodessa.

 
RENA PRO-OTSONIJÄRJESTELMÄ
Käsittelymenetelmä: otsonointi
Hajujen vähentyminen: jopa 98%
Poistamiskyky: rikkivety, merkaptaanit ja haihtuvat orgaaniset yhdisteet
Käyttökustannukset: minimaaliset: otsonijärjestelmässä on edulliset kulutushyödykkeet ja pieni sähkönkulutus
Käsittely: minimaalinen, on/off tai automaattinen
Valvonta: etänä 24/7 RENA Premium -huoltosopimuksella
Raaka-aine: ulkoilma hapen tuottamiseen
Otsonin jakelu: 8 mm putket
Tilantarve: 80x60 cm

NODORA CAT
Käsittelymenetelmä: katalyysi
H2S:n vähentyminen: jopa 100%
Poistamiskyky: rikkivety
Käyttökustannukset: minimaaliset verrattuina aktiivihiileen johtuen paljon pidemmästä käyttöajasta
Käsittely: ei mitään, ei vaadi sähköä tai lämpöä
Valvonta: N/A
Aktiivinen materiaali: Rubicat
Tilantarve: 1160x760 mm

NODORA ADS
Käsittelymenetelmä: selektiivinen adsorptio
Hajujen vähentyminen: jopa 100%
Poistamiskyky: : merkaptaanit, haihtuvat orgaaniset yhdisteet ja amiinit
Käyttökustannukset: minimaaliset verrattuina aktiivihiileen johtuen paljon pidemmästä käyttöajasta
Käsittely: ei mitään, ei vaadi sähköä tai lämpöä
Valvonta: N/A
Aktiivinen materiaali: räätälöidään jokaiseen käyttöön
Tilantarve: 1160x760 mm

LISÄPALVELUT
Huoltosopimus: mukautetaan asiakkaan tarpeisiin ja vaatimuksiin, voi sisältää täyden vuosihuoltopalvelun
Ilman analyysi: suoritetaan Ozonetechin tiloissa
Räätälöidyn prosessin suunnittelu: suoritetaan Ozonetechin tiloissa
Valmistus: tuotantotiloissa Ruotsissa