Kuivalannan kaksivaiheinen jatkuvatoiminen mädätys maatilalla: Reaktorin rakenne sekä aine-, ravinne- ja energiataseet

Abstrakti

Viime vuosikymmeninä on maatiloille kehitetty muutamia kuivamädätyslaitosten prototyyppejä. Kuivamädätyslaitosten etuja, verrattuna lietteiden mädätyslaitoksiin, ovat pienempi reaktorin koko, prosessienergian kulutus ja kuljetustarve sekä pienemmät hajukaasupäästöt. Kuivamädätyslaitokset eivät kuitenkaan ole yleistyneet maatiloilla, koska reaktorin syöttö- ja tyhjennysvaiheet ovat olleet hankalia toteuttaa. Tässä esitetään uudenlainen kaksivaiheinen tilatason biokaasulaitos, joka on jatkuvatoiminen ja jolla mädätetään lypsykarjan kuivalantaa. Lypsykarjatilalta tuleva kuivalanta siirretään hydraulisella raapalla hydrolyysireaktorin syöttökanavaan, josta se puristetaan hydrolyysireaktorin yläosaan. Reaktori on vinossa, 30° kulmassa, ja sen tehollinen tilavuus on 53 m³. Tuore materiaali sekoittuu muuhun materiaaliin painovoiman avuilla. Viipymäaika on 22 - 25 päivää 38 °C:ssa, minkä jälkeen materiaali poistetaan reaktorin alaosasta laatikon avulla. Osa materiaalista putoaa kuljetusruuvin alapuolella olevaan puristimeen, missä erotetaan toisistaan kiinteä ja nestemäinen jae. Toinen osa johdetaan takaisin syöttökanavaan ja syötetään tuoreen lannan sekaan. Kiinteä jae, joka saadaan puristimesta, kompostoidaan lantalassa. Nestemäinen jae kerätään ja pumpataan metaanireaktoriin, jonka tehollinen tilavuus on 17 m³. Nestemäinen jae, altaasta ja metaanireaktorista, palautetaan osittain syöttöputkeen, tukkeutumisen estämiseksi. Mädätetty neste pumpataan 15 - 16 päivän hydraulisen viipymäajan jälkeen varastosäiliöön. Vertailukokeessa kompostoitiin rinnakkain käsittelemätöntä lantaa sekä hydrolyysireaktorista tulevaa kiinteää jaetta.
Biokaasulaitos tuotti kaasua keskimäärin 52 m³ vuorokaudessa, suurin mitattu saanto vuorokaudessa oli 91 m³ biokaasua tai metaanin määränä ilmaistuna 0,17 m³ CH4 orgaanista kuiva-ainekiloa kohti. Kiinteä jae sisälsi 73 ± 2 % syötetystä orgaanisesta kuiva-aineesta ja nestemäinen mädätysjäännös 10 ± 2 %. Kompostoitu kiinteä jae ja nestemäinen mädätysjäännös sisälsivät yhteensä 70 – 81 % kuivalannan kokonaistyppimäärästä ja 94 – 111 % kuivalannan ammoniumista. Kokonaistyyppihäviö oli 19 - 29 %. Lannan kompostoinnissa ammoniumhäviö oli 96 % ja kokonaistyyppihäviö 30 – 48 %. Tuotetusta metaanista kului keskimäärin 76,3 % prosessin lämmittämiseen ja enimmillään 56 % tuotetusta energiasta (305 kWh d^-1) oli käytettävissä maatilan lämmitykseen. Kaksivaiheinen biokaasureaktorin prototyyppi on toimiva ratkaisu Ytterenebyn maatilan ja läheisen elintarvikeyrityksen orgaanisen jätteen käsittelyyn. Biokaasulaitoksen rakenteessa on otettu huomioon uusimmat tutkimustulokset. Prosessioptimoinnin jälkeen taloudellinen arviointi on tarpeellista arvioitaessa uuden tekniikan kilpailukykyä.