FarmTest Bygninger nr. 37 2007 FarmTest Gylleseparering af afgasset biomasse Kemira Miljø A/S Orienterende undersøgelse af anlægget hos Bånlev Biogas i samarbejde med Kemira A/S
Gylleseparering af afgasset biomasse Kemira Miljø A/S Orienterende undersøgelse af anlægget hos Bånlev Biogas i samarbejde med Kemira A/S. af Torben Ravn Pedersen, Dansk Landbrugsrådgivning, NordVest Agro
Titel: Forfatter: Gylleseparering af afgasset biomasse, Kemira Miljø A/S Torben Ravn Pedersen, Dansk Landbrugsrådgivning, NordVest Agro Review: Specialkonsulent Jørgen Hinge, Dansk Landbrugsrådgivning, Landscentret, Plan & Miljø Layout: Pia Leicht, Leicht Design Tryk: Dansk Landbrugsrådgivning Udgave: 1. udgave 2007 Oplag: 25 stk. Udgiver: Dansk Landbrugsrådgivning Landscentret, Plan & Miljø Udkærsvej 15, Skejby 8200 Århus N Telefon 8740 5000 Fax 8740 5010 E-mail farmtest@landscentret.dk www.landscentret.dk/farmtest ISSN 1601-6815
Forord Denne FarmTest omhandler undersøgelse vedrørende separation af afgasset biomasse fra Bånlev Biogas. Dansk Landbrugsrådgivning vil gerne takke Bånlev Biogas og Kemira Miljø A/S for samarbejdet. Ivar Ravn Landscentret, Plan & Miljø Skejby, januar 2007 Gylleseparering af afgasset biomasse, Kemira Miljø A/S
Indhold 1. Sammendrag og vurderinger... 5 2. Baggrund og formål med undersøgelsen... 6 3. Anlægsbeskrivelse... 7 3.1 Tilsætningsstoffer...9 4. Resultater...10 4.1 Opsamling af data...10 4.2 Driftsresultater...10 5. Vurdering af resultater...11 5.1 Realiseret kapacitet...11 5.2 Specifikt forbrug af hjælpestoffer...11 5.3 Omkostninger til hjælpestoffer og energi...11 5.4 Anlæggets drift...12 5.5 Fordeling af mængder fra separation...12 5.6 Analyser af fraktioner...13 5.7 Fordeling af næringsstoffer/opkoncentrering af næringsstoffer...14 5.7.1 Fordeling af næringsstoffer kvælstof...14 5.7.2 Fordeling af næringsstoffer organisk kvælstof...15 5.7.3 Fordeling af næringsstoffer fosfor...15 5.7.4 Konklusion på opkoncentrering af næringsstoffer...15 6. Anlægsværtens kommentarer og anbefalinger...16 7. Kemira Miljø kommentarer og anbefalinger...17 Bilag 1: Datablad SuperFloc SD 2081... 19 Bilag 2: Datablad PIX 115... 20 Bilag 3: Analyser af de forskellige fraktioner... 21 Gylleseparering af afgasset biomasse, Kemira Miljø A/S
1. Sammendrag og vurderinger Dansk Landbrugsrådgivning har i perioden fra den 19. juni til den 23. juni 2006 fulgt Kemira Miljø A/S s anlæg til separering af biomasse. Anlægget, der er en mobil enhed, har i afprøvningsperioden været opstillet på biogasanlægget Bånlev, Bjergagervej 4, Spørring, 8380 Trige. Anlægget har i perioden behandlet 168 ton med en gennemsnitlig kapacitet på 5,8 ton pr. time. Anlægget har været i drift i dagtimerne Ved testen blev følgende separationseffektivitet dokumenteret (vægt %-vis fordeling). Reject Mængde 90 10 Kvælstof 76,4 22 Fiber Fosfor 26,3 76,4 Anlægget har i perioden haft følgende forbrug Forbrug af hjælpestoffer. Periode Polymerforbrug, kg pr. ton Jernsulfat kg pr. ton Vandforbrug, m 3 pr. ton 19/6-23/6 2006 0,68 7,27 0,07 2,07 El-forbrug, kwh pr. ton I forbindelse med driften af anlægget har der været enkelte korte driftsstop. Årsagen til disse skyldes primært uens tilførsel af afgasset biomasse til den fortank, hvorfra biomassen blev separeret. Dette forårsagede uens flow i anlægget. Der var dog et stop på grund af slangen til bortledning af fiber sprang. Anlægsværten påpeger at: Som anlægsejer og eventuel ejer af separationsanlæg, vil der blive lagt stor vægt på driftsøkonomien og stabiliteten i driften, herunder anlæggets evne til at håndterer svingende flow i biogasanlægget og svingende viskositet i den afgassede. Det vil være et krav, at separationsanlægget kan køre stort set ubemandet og selv regulerer ind efter udsvingene. Anlægsproducenten påpeger, at: Farmtesten viser, at det godt kan lade sig gøre at udskille langt den største del af fosfor i fiberfraktionen. På grund af biogasanlæggets specielle opbygning og stor forskel i biomassen, der tilførtes separationsanlægget, kan man ikke umiddelbart overføre resultaterne og særligt forbrug af tilsætningsstoffer til andre biogasanlæg, da vi på andre biogasanlæg har set bedre resultater med færre omkostninger. Vi mener, at det er nødvendigt med forsøgskørsel på hvert enkelt biogasanlæg, før der vælges separationsmetode. Ud fra de foretagne analyser af og fraktioner, samt måling af tilledte og fraførte mængder, vurderer Dansk Landbrugsrådgivning, at anlægget har levet op til definitionen af et lavteknologisk anlæg jvf. Bekendtgørelse om husdyrhold og arealkrav mv. Gylleseparering af afgasset biomasse, Kemira Miljø A/S
2. Baggrund og formål med undersøgelsen Dansk Landbrugsrådgivning har i perioden fra den 19. juni til den 23. juni 2006 fulgt Kemira Miljø A/S s anlæg til separering af biomasse. Anlægget, der er en mobil enhed, har i afprøvningsperioden været opstillet på biogasanlægget Bånlev, Bjergagervej 4, Spørring, 8380 Trige. Formålet med undersøgelsen har været: At indsamle og formidle driftsdata og -erfaringer for anlægget gennem en given driftsperiode. At vurdere, om anlægget lever op til betegnelsen lavteknologisk separeringsanlæg. At vurdere hvor stor en del af fosforen der kan frasepareres fra den afgassede biomasse med Kemira Miljø A/S anlæg. At vurdere, om kemisk fældning med Kemira Miljø A/S anlægget er en økonomisk rentabel måde at fraseparere biomassens overskudsnæringsstoffer. Gylleseparering af afgasset biomasse, Kemira Miljø A/S
3. Anlægsbeskrivelse Anlægget er opbygget i en 20 fods container, alle pumper og andet udstyr er indbygget i enheden. Dog kræves der en pumpe, der sikrer tilløbet til anlægget samt omrøring i fortanken. Anlægget er udstyret med flowmålere på alle ind og udløb, hvilket muliggør hurtig vurdering af separationseffektivitet. Figur 1. Kemira Miljø A/S containeranlæg til separation. Sikring mod spild og lækage af sker ved, at anlægget er udstyret med flowvagt flere steder og ved overløbssikring af kar. Sker der en opstuvning af materiale eller en lækage ved anlægget, sker der automatisk en nedlukning af anlægget, og der sendes en alarm over mobiltelefon til driftspersonalet. Yderligere står anlægget på en betonplads med afløb til fortank, så eventuelt spild opsamles. Kar og bånd er udført i plastik og rustfrie materialer. Anlægget kræver 380 volt elforsyning og en tomme vandtilslutning. Derudover kræves det, at der er en container eller lignende til opsamling af fiber samt en tank til reject. Gylleseparering af afgasset biomasse, Kemira Miljø A/S
Figur 2. Diagram af Kemira miljøanlægget. Anlægget er PLC-overvåget, så anlægget vil standse, hvis der opstår ophobning, eller der ikke er tilførsel af eller hjælpestoffer. Biomassen tages fra biogasanlæggets buffertank til udlevering, og køres gennem en snitterpumpe, der findeler eventuelle større partikler i n. Herefter pumpes n ind i anlæggets blandekamre, som er under omrøring. I disse kamre bliver n tilsat polymer og eventuelle fældningsmidler. Polymeren opløses i vand, inden den tilsættes n. Efter tilsætning af polymer flokulerer de faste partikler i n sammen til små to til otte millimeter store klumper. Efter fældningen ledes tørstoffet op på et filterbånd, hvor væsken ledes væk gennem båndet. Gylleseparering af afgasset biomasse, Kemira Miljø A/S
Figur 3. Filterbånd og skruepresse til fraseparering af fiber. Tørstoffet ledes fra båndet og ned i en stempelpresser, der føder en skruepresse, hvor der frasepareres yderligere væske. Den afvandede fiber komprimeres, og presses gennem en slange til en container. Væskefraktionen fra filterbånd og presseren blev ledt til opstillet buffertankbeholder. Alle funktioner i anlægget foregår langsomt, og der er et meget lavt støjniveau fra anlægget. 3.1 Tilsætningsstoffer For at separere n blev der tilsat polymer og fældningsmiddel. Før polymeren kan tilsættes n, bliver den opløst i vand. Den tilsatte polymer var SuperFloc SD2081. Det anvendte fældningsmiddel var Pix 115. Gylleseparering af afgasset biomasse, Kemira Miljø A/S
4. Resultater 4.1 Opsamling af data Følgende parametre er registreret: Driftstimer. Mængder af behandlet biomasse. Mængde af de forskellige produkter fra separeringen. Totalt elforbrug. Mængder af forbrugsstoffer. Indhold af næringsstoffer i biomasse og fraktioner. Aflæsning af driftsdata er foretaget af Torben Ravn Pedersen, Dansk Landbrugsrådgivning. Prøver til analyser for næringsstofindhold er udtaget af Torben Ravn Pedersen, Dansk Landbrugsrådgivning. Prøverne er efterfølgende analyseret af OK Laboratorium for Jordbrug. 4.2 Driftsresultater Følgende parametre er registreret: Realiseret kapacitet. Specifikt forbrug af hjælpestoffer Fordeling af mængder af fraktioner fra separation. Næringsstoffordeling ved separation Gylleseparering af afgasset biomasse, Kemira Miljø A/S 10
5. Vurdering af resultater 5.1 Realiseret kapacitet Anlægget har i perioden behandlet 168 ton med en gennemsnitlig kapacitet i perioden på 5,8 ton pr. time. FarmTesten har vist, at separationsanlægget har haft en kapacitet på 5,8 ton pr. time. 5.2 Specifikt forbrug af hjælpestoffer Der er i hele testperioden brugt polymer af typen SuperFloc SD2081 (for beskrivelse, se bilag 1). I hele perioden er der tilsat jernsulfat (Pix 115, for beskrivelse, se bilag 2) som fældningsmiddel, for at sikre størst mulig fraseparering af fosfor. Forbrug af hjælpestoffer. Periode Polymerforbrug, kg pr. ton Jernsulfat, kg pr. ton Vandforbrug, m 3 pr. ton 19/6-23/6 2006 0,68 7,27 0,07 2,07 El/forbrug, kwh pr. ton Til opløsning af polymeren er der blevet tilsat 70 liter vand pr. ton. Elforbruget til anlægget har været på 2,07 kwh pr. ton. I testperioden har polymerforbruget gennemsnitlig været 0,68 kg pr. ton, og der har i hele perioden kun været anvendt fældningsmiddel. Man har anvendt en høj mængde polymer og fældningsmiddel for at fraseparere så stor en andel af fosforen som muligt. 5.3 Omkostninger til hjælpestoffer og energi Med det skitserede forbrug af hjælpestoffer og energi kan der med udgangspunkt i en strømpris på 0,5 kr. pr. kwh, 3,5 kr. pr. m 3 vand og 24 kr. pr. kg polymer, jernsulfat 1,1 kr./kg beregnes følgende behandlingspriser. Variable omkostninger ved separation. Periode Polymerforbrug, kg pr. ton Vandforbrug, kr. pr. ton Jernsulfat kg pr. ton El/forbrug, kwh pr. ton Variabel omkostning, kr. pr. ton 19/6-23/6 2006 16,32 0,25 8,00 1,04 25,61 Gylleseparering af afgasset biomasse, Kemira Miljø A/S 11
Omkostningerne til hjælpestoffer har i perioden været 25,61 kr. pr. ton. Til vurdering af den totale omkostning til separation skal der også indregnes omkostninger til forrentning og afskrivning af anlægget, samt eventuelle anlægsinvesteringer. Ud fra målinger i undersøgelsen kan det beregnes, at de variable omkostninger til Kemira Miljø A/S Separation har været 25,61 kr. pr. ton. 5.4 Anlæggets drift Anlæggets drift har i perioden ikke givet anledning til store problemer. Biomassen er udtaget som en delstrøm ved tømning af reaktortankene, og derfor var der en stor variation i den separerede biomasses viskositets indhold af næringsstoffer. Dette betød, at det var vanskeligt at udnytte anlæggets kapacitet 100 %, fordi det i perioder gav problemer med opstuvning på sibåndet. Slangen, hvori fiber transporteres fra skruepressen til container, sprang læk, når der blev kørt med maksimalt tørstofindhold i fiberen. Derfor blev skruepressens presningsgrad justeret således, at fiberen kunne transporteres gennem slangen uden problemer. Dette er medvirkende til, at testen viser en ts % på 22,9 i den fraseparerede fiberdel. 5.5 Fordeling af mængder fra separation Ud af de 168 ton og 12,5 ton vand blev der i perioden produceret 18,52 ton fiber og 165 ton reject. Mængden af fiber har i testperioden udgjort 11 % af mængden. Fordeling af forarbejdet husdyrgødning. *) derudover er anvendt 12,5 m 3 vand. Rå Reject Fiber Total mængde ton 168* 165 18,52 Mængde fordeling, % 100 98,2 11 Ts % 4,5 2,2 22,9 Undersøgelsen har vist, at 11 % af den behandlede frasepareres i fiberfraktionen Gylleseparering af afgasset biomasse, Kemira Miljø A/S 12
5.6 Analyser af fraktioner I testperioden er der udtaget prøver af rå og separationsprodukter tre gange. Analyserne er straks efter udtagning bragt til analyse hos OK Laboratorium for Jordbrug. I følgende figurer kan fraktionernes sammensætning ses. 14 12 Gylle Reject Fiber 10 8 kg/t 6 4 2 0 Total N NH4 N P K Figur 4. Husdyrgødningens indhold af næringsstoffer (gennemsnit af tre analyser). Der har været nogen variation i n samt fraktionernes indhold af næringsstoffer fra gang til gang. Dette skyldes især, at biomassen er udtaget som en delstrøm ved tømning af reaktortankene på anlægget. Sammensætningen har varieret alt afhængig af input af biomasse i den enkelte tank. Gylleseparering af afgasset biomasse, Kemira Miljø A/S 13
5.7 Fordeling af næringsstoffer/opkoncentrering af næringsstoffer I bekendtgørelse om husdyrhold og arealkrav mv. (Fødevareministeriets bekendtgørelse nr. 824 af 2. oktober 2002) 9 er opstillet betingelser for, hvornår et separeringsanlæg defineres som lavteknologisk. Ved et lavteknologisk anlæg forstås et anlæg, hvor: 1. De næringsstofrige fraktioner (koncentraterne) tilsammen skal indeholde mere end 20 pct. af ns kvælstof og mere end 60 pct. af ns fosfor. 2. Disse fraktioner (koncentraterne) har en gennemsnitlig koncentration, mængdevægtet af kvælstof og fosfor, der for både kvælstof og fosfor er mindst 1,5 gange højere end koncentrationen i den ubehandlede. Under FarmTesten er der udtaget flere sæt analyser af de forskellige fraktioner for data, se bilag 3. Strømmen af væsker ind og ud af anlægget er målt med flowmålere, ligesom den fraseparerede fiber er blevet vejet over en brovægt. Disse enkelte analyser kan ikke danne grundlag for en egentlig massebalance, da der i forløbet er brugt biomasse med varierende sammensætning, hvilket giver usikkerhed vedrørende indholdet af næringsstoffer i den behandlede biomasse. Ligeledes vil der skulle udtages et større antal analyser af rejectet og fiber for at lave en egentlig massebalance. Dette ligger uden for rammen af denne undersøgelse. Det er forsøgt at få en indikation af, om anlægget lever op til bekendtgørelse om husdyrhold og arealkrav mv. se definition af lavteknologisk separation. Beregningerne er lavet med udgangspunkt i et gennemsnit af de foretagne analyser. 5.7.1 Fordeling af næringsstoffer kvælstof Størstedelen af ns kvælstof genfindes i rejectfraktionen, og nedenstående beregninger viser, at ca. 22 % af kvælstoffet findes i fiberfraktionen. Fordeling af kvælstof i fraktionerne. Kg N/t Mængede Total N N regnskab ton kg % Rå 6,5 168,0 1093,7 100,0 Reject 5,1 165,0 836,0 76,4 Fiber 13,0 18,5 240,6 22,0 Anlægget har frasepareret 22 % af ns kvælstof i fiberfraktionen Gylleseparering af afgasset biomasse, Kemira Miljø A/S 14
5.7.2 Fordeling af næringsstoffer organisk kvælstof Fordeling af organisk kvælstof Massebalance Kg N/t Mængede Total N N regnskab ton kg % Rå 1,4 168,0 227,9 100,0 Reject 0,5 165,0 83,6 36,7 Fiber 7,2 18,5 133,1 58,4 Af ovenstående tabel ses det, at langt størsteparten af ns organiske kvælstof frasepareres i fiberfraktionen. 5.7.3 Fordeling af næringsstoffer fosfor Kg P/t Mængede Total P P regnskab kg % Rå 1,4 168,0 226,8 100,0 Reject 0,4 165,0 59,6 26,3 Fiber 9,4 18,5 173,3 76,4 Anlægget har frasepareret 76,4 % af ns fosfor i fiberfraktionen. 5.7.4 Konklusion på opkoncentrering af næringsstoffer Kun detaljerede analyser kan danne grundlag for en egentlig massebalance, og dette ligger uden for rammerne af undersøgelsen. Ved beregning ud fra de foreliggende data viser det sig, at anlægget i perioden har frasepareret mere kvælstof end de 20 %, der beskrives i bekendtgørelsen for lavteknologiske separationsanlæg. Vedrørende fosfor er der frasepareret > 76,4 %, og bekendtgørelsen foreskriver, at der minimum skal frasepareres 60 % af ns fosfor. Anlægget har i perioden levet op til bekendtgørelsens krav til lavteknologisk separering. Biomassen fra biogasanlægget, der blev separeret har, i perioden haft et højt indhold af fosfor. Dette er repræsentativt for biogasanlæggets afgassede biomasse. Det høje indhold i den behandlede mængde skyldes, at der i den delmængde, der blev behandlet, var et højt indhold af anden biomasse end. I forbindelse med miljøvurderinger er tilførslen af fosfor med husdyrgødningen ofte en begrænsende faktor. Der kan ofte være et loft på tilførslen af fosfor på ca. 25 kg P/Ha. Omkostningen til fraseparation af fosfor har i testperioden været 24 kr. pr./kg P til variable omkostninger. FarmTesten viste, at der ved behandling af 23,4 t kan fjernes 25 kg P. Gylleseparering af afgasset biomasse, Kemira Miljø A/S 15
6. Anlægsværtens kommentarer og anbefalinger Som anlægsejer og eventuel ejer af separationsanlæg, vil der blive lagt stor vægt på driftsøkonomien og stabiliteten i driften, herunder anlæggets evne til at håndterer svingende flow i biogasanlægget og svingende viskositet i den afgassede. Det vil være et krav, at separationsanlægget kan køre stort set ubemandet og selv regulerer ind efter udsvingene. Gylleseparering af afgasset biomasse, Kemira Miljø A/S 16
7. Kemira Miljø kommentarer og anbefalinger FarmTesten viser, at det godt kan lade sig gøre at udskille langt den største del af fosfor i fiberfraktionen. På grund af biogasanlæggets specielle opbygning og stor forskel i biomassen, der tilførtes separationsanlægget, kan man ikke umiddelbart overføre resultaterne og særligt forbrug af tilsætningsstoffer til andre biogasanlæg, da vi på andre biogasanlæg har set bedre resultater med færre omkostninger. Vi mener, at det er nødvendigt med forsøgskørsel på hvert enkelt biogasanlæg, før der vælges separationsmetode. Gylleseparering af afgasset biomasse, Kemira Miljø A/S 17
Bilag: Bilag 1: Datablad SuperFloc SD 2081 Bilag 2: Datablad PIX 115 Bilag 3: Analyser af de forskellige fraktioner Gylleseparering af afgasset biomasse, Kemira Miljø A/S 18
Bilag 1: Datablad SuperFloc SD 2081 Gylleseparering af afgasset biomasse, Kemira Miljø A/S 19
Bilag 2: Datablad PIX 115 Gylleseparering af afgasset biomasse, Kemira Miljø A/S 20
Bilag 3: Analyser af de forskellige fraktioner Gylleseparering af afgasset biomasse, Kemira Miljø A/S 21