Metan är svårnedbrytbart. En fullständig nedbrytning kräver tillförsel av extern energi. Vanliga reningsmetoder för gaser som gastvättar, aktivt kol och UV-ljus fungerar dåligt. Det bästa är att i görligaste mån utforma metanemitterande delsteg i ett reningsverk med rötning så att metanförluster minimeras. Lagringens bidrag är relativt lågt.
Av: Hans Holmström
Vid rötning av avloppsslam bildas metangas som kan användas till produktion av värme, drivmedel och elektricitet. Andra positiva effekter är att slammängden minskar och lukten av rötat slam blir mindre påtaglig. Vid efterföljande slambehandling såsom avvattning, lagring och torkning avgår metan ofrivilligt till omgivningen. Samtidigt avgår även vissa långkedjiga kolväteföreningar, som dock bara utgör 2 – 8 % av metanets massa räknat som kol
Den mängd metan som kan utvinnas från ett kilo organiskt material (OM) beror inte bara på de lokala driftbetingelserna utan också på sammansättningen av det organiska innehållet (fett, kolhydrater och äggviteämnen).
Oönskad metanavgång från ett avloppsreningsverk på 50 000 personekvivalenter (pe) anges till 0,35 kg/pe och år med följande fördelning:
- Försedimentering: 11,4 %
- Primärslamförtjockning: 8,6 %
- Rötning: 37, 1 %
- El-produktion med gasgenerator: 14,3 %
- Lagring av flytande rötat slam: 17,1 %
- Mekanisk slamavvattning: 2,9 %
- Lagring av avvattnat slam: 8,6 %
Man bör notera att ca 79 % kommer från slambehandlingen och endast ca 9 % från lagring av avvattnat rötslam. Även slamavskiljning i en försedimentering ger ett påtagligt metanutsläpp (ca 11 %). Det dominerande bidraget kommer dock från själva rötningen. Det framgår inte i artikeln vad orsaken är. En gissning (av HH) kan vara läckage från rötkammartoppen, gasuppsamlingssystemet och momentana förluster då flytande rötslam tryckavlastas vid inloppet till en lagringstank. Den sistnämnda förlusten kanske inte har inkluderats i lagringens bidrag.
Metanavgång från mekaniskt avvattnat rötslam
Under 1990-talet studerades i Tyskland metanavgång grundligt från lagring av olika typer av mekaniskt avvattnat slam både i laboratorieförsök och vid lagring i olika typer av fullstora lagringstankar. Några slutsatser från dessa studier redovisas nedan.
- Metanavgången är nästan helt oberoende av halten av organisk substans (oTS)
- Med ökande lagringstemperatur ökar normalt den specifika metanavgången. Vanligen ligger den inom intervallet 0,14 – 0,56 l CH4/kg oTS, h med ett toppvärde på ca 0,7 vid 25 oC. Det är dock endast om mikroorganismerna i det lagrade slammet är anpassade till en förhöjd temperatur (t ex från 20°C till 30°C) som en tydligt ökad metanproduktion snabbt kan förväntas.
- Toppvärdet nås enbart kortvarigt då ett slamlager rörs om efter några dygns stillestånd eller varsam hantering. Vid omrörning frigörs gaser inifrån slamkroppen.
- I snitt erhålls ytterligare ca 5 % nedbrytning av OM under lagring.
- Ett större förhållande mellan slamkroppens yta och volym (m2/m3) ger normalt ett större avgasflöde med metan per kg TS. En hög slamsilo avger således mindre metan än ett lager med stor slamyta i kontakt med ovanpåliggande luft.
Metanavgång vid slamtorkning
Vid lagring av rötat slam inför torkning eller förbränning blir lagringstiden normalt längre än för enbart lagring av reningsverkets eget slam. Från närområdet tillförs ofta slam av olika beskaffenhet. Med varierande slamegenskaper i lagret får man räkna med större förluster av metan. Det bildas troligen anaeroba zoner i slamlaget som fortsätter att avge metan trots att temperaturen i slamkroppen sällan överstiger 30 °C.
Vid slamtorkning i en bandtork med temperaturer upp till ca 125 °C blir andelen metan i avgaserna i regel under 3 – 10 %, mätt som % av avgasernas totala mängd kol. Torkning av enbart slam från det egna reningsverket kan leda till att metanandelen dock kan stiga till över 20 %. Det beror på att VOC-andelen (flyktiga organiska syror) förväntas bli betydligt lägre i detta fall.
Temperaturen vid slamtorkning medför att den mikrobiella aktiviteten kortvarigt upphör. Däremot leder den höga temperaturen till att diverse andra flyktiga ämnen frigörs och medföljer vattenångan från torken, t ex ammoniak, svavelväte, alkoholer, fettsyror och siloxaner. Kolhalten i torkavgaserna ligger i regel mellan 60 – 1000 mg C/kg TS för torkning av enbart egenproducerat slam och på 1500 – 6000 mg C/kg TS för torkning av slam med olika egenskaper.
Soltorkning av slam kan ge metanavgång om vändning inte sker på flera veckor. Det är främst under fuktiga slamytor som metan bildas. Genom inblandning av torkat slam torkar ytan fortare, vilket motverkar metanavgång. Vid soltorkning brukar lagringstiden innan torkningen påbörjas vara kort. Det begränsar avgången av VOC.
Metoder att minska metanförluster från avloppsverk
En metanmolekyl kännetecknas av hög beständighet, vilket i hög grad påverkar vilka destruktionsmetoder som kan användas med framgång. Henrys konstant är hög. Det medför att metan är svårlösligt i vatten. Gastvättar ger därför dålig avskiljning.
Adsorption på aktivt kol sker bäst för ämnen med minst fem kolatomer i molekylen. Sådana molekyler blockerar då kolets adsorptionsytor för metan. Även kondensering av vattenånga i porerna försämrar adsorptionen för metan.
Biologisk nedbrytning av metan är inte eller praktiskt genomförbart. Nedbrytningstiden i ett biofilter är upp till 20 minuter, vilket skulle ge orealistiskt stora filter.
En blandning av metan och luft (eller metan, koldioxid och luft) är explosiv vid ett metaninnehåll över ca 5 volym-%. Metan är lättare än luft och kan därför samlas i fickor under ett tak. Det gäller därför att välja rätt utsugningspunkt för frånluften.
Kommentar från HH: En explosiv gasblandning av metan och hög halt koldioxid kan bli tyngre än luft och ansamlas då på slamtankens botten. Nedfallande gnistor från t ex svetsning på tankens tak kan då orsaka en explosion.
På marknaden finns ett antal olika tekniker för att avlägsna metan, men verkningsgraden varierar kraftigt.
Regenerativ termisk oxidation (RTO)
Med RTO värms den metanhaltiga luften upp till förbränningstemperaturen (800 – 850 oC). En temperaturhöjning från 10 till 850 oC kräver ca 600 kJ/Nm3. Om gasblandningens metaninnehåll är högt kan processen bli självförsörjande på energi.
Värmeförluster och varierande metaninnehåll i gasblandningen samt ett rejält säkerhetsavstånd till gränsen för explosiv blandning medför att man får räkna med att tillföra extern energi, t ex naturgas. Behovet kan vara 1,1 – 1,7 m³ naturgas per 1000 m³ förorenad luft. En del av den tillförda energin bör dock kunna återvinnas. Med en korrekt genomförd RTO kan i stort sett all metan destrueras.
Icke-joniskt plasma
Med plasma, som skapats av resonatorer eller högfrekventa alternerande elektriska fält, kan metanmolekylen slås sönder av radikaler. Verkningsgraden kan förbättras med katalysatorer på ett bärarmaterial (t ex aluminiumoxid eller kiselgel). Effekten kan ytterligare förstärkas med ett bärarmaterial som har adsorptionskapacitet, t ex zeolit. Plasmafunktionen är känslig för hög luftfuktighet. Risk finns också för elektriska överslag. Verkningsgraden för metandestruktion anges dock inte i artikeln.
Fotojonisation
Fotoner från UV-C-strålning kan med luftens syre skapa syreradikaler. Dessa reagerar sedan antingen med syrgas till ozon eller direkt med metan. Reaktionstiden för oxidation av metan är ca 260 sekunder och det är mycket längre än livslängden för hydroxylradikaler från t ex ozon. Det blir därför endast den sistnämnda reaktionen som teoretiskt kan påverka metanhalten. För konventionell VOC-nedbrytning krävs normalt 1,8 – 2,0 kWh per 1000 m³ förorenad luft. Även med betydligt högre energitillförsel blir med denna metod metanavskiljningen mycket dålig, vanligen under 10 %.
Torkning och förbränning
Vid förbränning av slam kan frånluft från t ex slamlager användas som förbränningsluft. Då omvandlas metan till koldioxid och vattenånga.
Vid slamtorkning kan frånluft från ett slamlager användas som torkningsluft. Konventionella behandlingsmetoder för avgaser från en slamtork (gastvätt + biofilter eller kolfilter) ger dock ingen påtaglig minskning av metaninnehållet.
Slutsatser
Man bör inte glömma bort att tillverkning och drift av olika tekniska anordningar för att avskilja eller bryta ned metan också ger upphov till utsläpp av växthusgaser. Det bästa är därför att försöka utforma hela hanteringskedjan av rötat slam så att oönskade emissioner av metan i görligaste mån begränsas.
Källa: Heindl, A. och Dobslaw, D.: Methan bei der Lagerung und Trocknung von entwässertem Klärschlamm. Korrespondenz Abwasser, nr 5/2022, sid 415 – 425.
