Effects of biochar addition on anaerobic digestion and comparison of different biochar qualities

Tässä pro gradu -työssä tutkittiin, voidaanko anaerobisen mädätyksen toimintaa parantaa lisäämällä mädätysprosessiin pieniä määriä biohiiltä. Anaerobista mädätystä tutkittiin laboratoriomittakaavan biokaasukokeilla, joissa biokaasureaktoreita käsiteltiin sekä pyrolyyttisesti että hydrodermaalisesti tuotetulla biohiilellä. Biohiilen mahdolliseen kykyyn lievittää ammoniakki-inhibitiota kiinnitettiin huomiota. Seitsemän pyrolyyttisen ja yhden hydrodermaalisen hiilen ominaisuuksia vertailtiin, jotta voitaisiin määrittää soveltuvia biohiiliä anaerobiseen mädätykseen. Biohiilistä analysoitiin ammonium-adsorptiokapasiteetti, irtoavan liukoisen orgaanisen kokonaishiilen (DOC) ja liukoisen kokonaistypen (DTN) määrä sekä PAH-yhdisteiden määrä. Ammonium-adsorptiokapasiteetin mittaukset osoittivat, että biohiilet kykenevät adsorboimaan ammonium-ioneja, mutta tunnettuun ammonium-adsorbenttiin zeoliittiin verrattuna adsorptio oli vähäisempää. Zeoliitin ja biohiilten adsorptio vaihteli välillä 5,0–17,3 mg/g ja 0,8–4,4 mg/g adsorbentin konsentraatiosta riippuen. Korkea adsorptiokapasiteetti olisi hyödyllinen ammoniakki-inhibition lievittämisen kannalta. Irtoavat DOC- ja DTN- määrät olivat välillä 8,9–6397 mg/l ja 0,83–2705 mg/l. Biohiilten PAH-määrät vaihtelivat välillä 1,6–190 mg/kg ja joidenkin näytteiden korkeat arvot osoittivat, että haitta-aineisiin tulee kiinnittää huomiota, jos mädäte hyödynnetään maanparannusaineena. Biohiilten ominaisuuksien todettiin riippuvan valmistusprosessista ja –materiaalista, ja näitä optimoimalla voi olla mahdollista valmistaa anaerobiseen mädätykseen paremmin soveltuvia biohiiliä. Biokaasukokeiden perusteella pyrolyyttisellä biohiilellä ei ollut merkittävää vaikutusta metaanin tuotantoon, kun taas hydrodermaalinen biohiili paransi sitä. Hydrodermaalista biohiiltä lisättiin sekä normaaliin että ammoniumilla lisättyyn syötteeseen. Molemmissa olosuhteissa hydrodermaalinen biohiili lisäsi metaanintuotantoa kontrolleihin verrattuna (15 % ja 26 %). Koska biohiilten ammonium-adsorptiokapasiteetti oli rajallinen, hyvät vaikutukset voivat johtua muista mekanismeista. Hydrodermaalinen biohiili on biohajoavampi pyrolyyttiseen biohiileen verrattuna, mikä voi selittää tuloksia. Lisätty hiilimäärä oli 4,5 % syötteen tuorepainoon verrattuna, ja tällaisella määrällä todettiin olevan vaikutuksia metaanintuotantoon. Toisaalta kokeissa oli tilastollisia epävarmuustekijöitä, joiden vuoksi tuloksia tulee tulkita varovaisesti. Jatkotutkimuksia useammilla rinnakkaisilla näytteillä tulisi tehdä havaintojen varmistamiseksi ja tilastollisesti pätevien tulosten saamiseksi.