V KCED) PPA 1 03400 VIHTI 913-46 211 VALTION MAATALOUSTEKNOLOGIAN TUTKIMUSLAITOS STATE RESEARCH INSTITUTE OF ENGINEERING IN AGRICULTURE AND FORESTRY VAKOLAN TUTKIMUSSELOSTUS NRO 41 KIMMO KOIVISTO - KAISA AARNIO - JORMA KARHUNEN LIETELANNAN KOMPOSTOINTILÄMMÖN TALTEENOTTO RECOVERY OF SLURRY COMPOSTING HEAT VIHTI 1986 ISSN 0782-0054 VAKOLAN TUTKIMUSSELOSTUS NRO 41 KIMMO KOIVISTO - KAISA AARNIO - JORMA KARHUNEN LIETELANNAN KOMPOSTOINTILÄMMÖN TALTEENOTTO RECOVERY OF SLURRY COMPOSTING HEAT VIHTI 1986 1 SISÄLLYSLUETTELO SIVU ALKUSANAT TIIVISTELMÄ III ABSTRACT V KÄYTETYT MERKINNÄT JA LYHENTEET 1 KOMPOSTOINTIPROSESSI 1 1.1 Määritelmä 1 1.2 Kompostoitaessa vapautuva lämpö 2 1.3 Hajoamisnopeus 6 KOMPOSTOINTILAITTEET 11 2.1 Ilmastimet 11 2.1.1 Ilmastintyypit 13 2.1.2 Paineilmailmastimet 14 2.1.3 Mekaaniset ilmastimet 20 2.1.3.1 Pintailmastimet 20 2.1.3.2 Pohja- ja väli-ilmastimet 24 2.1.4 Yhdistelmäilmastimet 30 2.2 Kompostointisäiliöt 31 2.2.1 Olemassa olevien lietelantasäi-- liöiden käyttö 31 2.2.2 Kompostisäiliön rakentaminen 33 LÄMMÖN KEHITYS- JA TALTEENOTTOKOKEET 46 3.1 Kehittyvä lämpö 46 3.2 Lämpöhäviöt ja nettolämpöteho 49 3.3 Lämmöntalteenotto 51 3.3.1 Lanta/vesilämmönvaihtimet 51 3.3.2 Poistoilman lämmönvaihtimet 52 3.3.3 Poistuvan lannan lämmönvaihtimet 56 3.3.4 Lämpöpumpun käyttö lämmöntalteen- 58 otossa 3.4 Lietelannan vaahtoaminen 58 3.4.1 Vaahdon kehittyminen 58 3.4.2 Vaahdonestoaineet 60 3.4.3 Mekaaniset vaahdonhävittimet 61 3.5 Sekoitus 67 3.6 Mittaustavat 69 3.6.1 Koelaitteisto 69 3.6.2 Lämpötilamittaukset 73 3.6.3 Ilmamäärän mittaus 73 3.6.4 Lietelannan määrän mittaus 74 3.6.5 Energiamittaukset 76 3.7 Lietelantanäytteet ja -analyysit 76 3.8 Lämmöntalteenottokokeet 77 3.8.1 Vihdin koetulokset 77 3.8.2 Koetulosten arviointi 78 3.8.3 Lannan muuttuminen 83 3.8.4 Pukkilan koetulokset 86 KOMPOSTOINTILÄMMÖN HyÖDYNTÄMISMAHDOLLISUUKSIA 88 4.1 Sikalan lämmitys 88 4.2 Ruokintaveden lämmitys 91 4.3 Asuinrakennuksen lämmitys 91 4.4 Viljan kylmäilmakuivaus lisälämmöllä 93 KANNATTAVUUS 96 KOMPOSTORIN KEHITYSMAHDOLLISUUDET 101 6.1 Kustannusten alentaminen 101 6.2 Teknisten ratkaisujen parantaminen 102 KIRJALLISUUS 108 ALKUSANAT Lietelannan kompostoinnin tarkoituksena on alunperin ollut hajuhaittojen vähentäminen, lannan hygienian ja käsiteltävyyden parantaminen ja rikkakasvien siementen tuhoaminen. Lietelannassa olevat aerobiset mikrobit pys- tyvät hajoittamaan lannan orgaanista ainesta käyttäen hajoituksessa syntyviä yksinkertaisempia yhdisteitä kas- vuun ja elintoimintoihin. Näissä toiminnoissa vapautuu lämpöä. Kompostoitaessa lietelantaa eristetyssä säiliös- sä lannan lämpötila nousee huomattavasti ympäristön läm- pötilaa korkeammaksi ja lämpö voidaan käyttää hyväksi esimerkiksi lämmityksessä. Koska kompostoinnissa vaikuttavat bakteerit ja sienet käyttävät lantaan liuennutta happea elintoiminnoissaan, sitä täytyy tuoda säiliöön ulkoapäin. Kompostointi sul- jetussa säiliössä tehdään ilmastamalla lantaa koneelli- sesti. Tässä KTM:n vuosina 1982-1985 rahoittamassa tutkimukses- sa on ollut tavoitteena kehittää pienkarjavaltaista maa- taloutta ajatellen kohtuuhintainen menetelmä lietelan- nan kompostoinnissa syntyvän lämpöenergian hyödyntämi- seksi. TIIVISTELMÄ Lantaa on alettu ensimmäiseksi kompostoida ympäristöhait- tojen pienentämiseksi ja luonnonmukaisen viljelyn asetta- mien vaatimusten täyttämiseksi. Sekä kiinteätä että liete- lantaa on kompostoitu. Lietelannan kompostointia on tutkit- tu Pohjoismaissa eniten Norjassa, jossa lämpöä talteenotta- via kompostoreja on jo rakennettukin muutama. Keski-Euroo- passa lietelannan ilmastuksessa useimmiten pyritään vain vesistö- ja hajuhaittojen pienentämiseen. Suomen nauta-, sika- ja kanakannan yhteinen kompostilämpö- teho on noin 380 MW, josta nykytekniikalla voidaan saada hyötylämpöä noin puolet, eli 190 MW. Maatilojen kokojakau- tuma on kuitenkin sellainen, että pieniä, kompostilämpöte- holtaan 4-8 kW tiloja on eniten. Teollisuuden valmistamat kompostoinnissa tarvittavat laitteet, kuten ilmastimet, kompressorit ja vaahdonhävittimet ovat tällaisille tiloille suurenlaisia. Pienempien laitteiden valmistuskapasiteettia ja -valmiutta kyllä on, jos vain kysyntää ilmenee. Tässä tutkimuksessa kokeiltiin käytännössä kahta bruttote- holtaan 15-30 kW kompostoria. Kokeissa käytettiin kahta säiliö-, kuutta ilmastin- ja muutamaa lämmönvaihdin- ja vaahdonhävitintyyppiä, sekä kymmenkuntaa vaahdonestoainet- ta. Lietelannan ilmastuksesta on saatavissa melko vähän tieto- ja. Useimmat ilmastimet on suunniteltu yhdyskuntajätevesil- le tai ohennetulle lietelannalle. Suurimpia ongelmia olivat ilmastimien tukkeutuminen ja lannan vaahtoaminen. Kun laitteisto oli saatu kehitetyksi ja prosessi hallin- taan, saatiin 3,5 kuukauden jatkuvassa käytössä kompostin ja talteenotettavan veden pysyväksi lämpötilaksi noin 40 0C ja lämpökertoimeksi eli hyötylämmön ja kompostointiin käy- tetyn sähköenergian suhteeksi 4,5. Laitteistoa edelleen kehittämällä on ilmeisesti mahdollista päästä lämpökertoi- meen 6. Saatua lämpöenergiaa voidaan käyttää eläin- ja teknisten tilojen sekä asunnon lämmitykseen ja viljan kylmäilmakui- vaukseen. Laskelmien mukaan voidaan esimerkkitilalla, joka on toinen kokeilutiloista, korvata sen vuotuisesta 70 MWh energian tarpeesta 71 %. Kompostista saatavasta nettolämpö- määrästä voidaan laskelmien mukaan käyttää hyödyksi 88 %. Kompostilämpöteholtaan yli 20 kW:n tehoisten laitosten kannattavuus on laskelmien mukaan tyydyttävä: koroton ta- kaisinmaksuaika on 3,2-4,4 vuotta. Kun koneiston käyttöikä on 10 v ja säiliön käyttöikä 20 v saadaan investoinnille 20...29% vuotuinen korko. Tällaisia tiloja on Suomessa noin 250 kpl, yhteisen hyötytehon ollessa 4 MW. Useimmilla näis- tä tiloista on lietelantajärjestelmä. Pienempien 10-20 kW- tilojen lukumäärä on 5400 kpl ja yhteinen nettolämpöteho 32 MW. Vastaavasti näillä tiloilla kompostilämmön talteenotto- laitteiden koroton takaisinmaksuaika olisi 8v ja edellä ole- villa käyttöajoilla vuotuinen korko noin 6 prosenttia. Kan- nattavuustarkastelu on tehty yksinomaan saadun lämpöener- gian hinnan perusteella, lisäksi tulevat kompostoidun lan- nan muut edut: käsiteltävyyden paraneminen, hajuttomuus sekä pienemmät vesistöhaitat ja soveltuvuus luonnonmukai- seen viljelyyn. Edellisiä pienempiä, kompostilämpöteholtaan 4-10 kW:n tilo- ja on 41 000 kpl, yhteisen nettotehon ollessa 110 MW. Näil- le tiloille sopivien säiliö- ja laitetyyppien kehitys olisi aloitettava. Osalla näistä tiloista tulisi olemaan kiinteän lannan kompostorit, sillä kiinteää lantaa käyttää noin kak- si kolmannesta Suomen noin 110 000 karjatilasta. Kompostilaitosten syntymisen ovat panneet alulle ympäris- tösuojelun ja luonnonmukaisen viljelyn lisääntyminen. Kom- postilämmön talteenotto voisi tehdä kompostoinnista kannat- tavan vaihtoehdon. Tätä varten olisi tutkittava pienten, 3-10 m3:n kompostorin teknisiä ratkaisuja, säiliön rakenta- mistapoja ja kannattavuutta. V ABSTRACT People first started to compost manure in order to reduce environmental nuisances and to meet the requirements made by natural agriculture. Both solid and liquid manure have been composted. Studies of composting liquid manure have most been made in the northern countries where composters absorbing heat have also been built to a small extent. In Central-Europe liquid manure is mostly aerated only in order to reduce water and air pollution. Total compost heat power of Finnish cattle, swine and poult- ry is about 380 MW, half of which, about 190 MW, can be turned into useful heat by modern technology. Most farms in Finland are however small, having a compost heat power of 4-8 kW. Industrially produced equipment needed for compos- ting, such as aerators, compressors and foam cutters, are rather big for these farms. There is, however, capacity and readiness to produce smaller equipment provided there is demand for it. In this study two composters with a gross power of 15-30 kW were tested in practice. Two types of bins, six types of aerators, a few types of heat exchangers and foam cutters and about ten foam damping agents were used in the tests. There is not much information available on aerating liquid manure. Most aerators have been designed for municipal wastewater for liquid manure. Some of the biggest problems were blocking of aerators and foaming of manure. When the equipment had been developed and the process was in control, during 3,5 months running time it was possible to get a permanent temperature of about 40 °C for the compost and the water taken from the unit and a heat coef- ficient or the ratia of net energy to consumed energy of 4,5. By developing the equipment it is obviously possible to achieve a heat coefficient of 6. 2 -VI - The heat energy attained can be used for heating livestock houses, technical rooms and the dwelling house and drying grain in cold air dryer. According to calculations 71% of the annual 70 000 kWh energy demand of the example farm can be substituted. According to calculations 88% of compost heat gained can be utilised. Composters having a compost heat power of over 20 kW are satisfactorily profitable according to the calculations: interest free repayment period is 3,3-4,4 years. When the lifetime of machinery is 10 years and lifetime of bin is 20 years the annual interest on the investment is 20-29%. There are 250 farms like this in Finland, with a total net power of 4 MW. Most of these farms have liquid manure sys- tem. There are 5400 smaller, 10-20 kW farms, which have a total net power of 32 MW. Heat recovery equipment on these farms would correspondingly have an interest free repayment period of 8 years and when the lifetimes are 10 and 20 years accordingly, there would be about 6 per cent interest on the investment. These calculations concerning the profi- tability are based merely on the price of gained heat energy, in addition the other advantages of the composted manure: easier handling, absence of odour together with lesser nuisances to waterways and suitability to natural agriculture. There are 41 000 farms smaller than those mentioned pre- viously, having compost heat power of 4-10 kW each and 110 MW net power in total. We should begin to develop compost bins and equipments suitable for these farms. Some of these farms would have solid manure composters, because about two thirds of the about 110 000 livestock farms in Finland have solid manure system. The development of composters was started with the increase of environmental protection and natural agriculture. Recove- ry of compost heat might make tomposting into a profitable alternative. Therefore we should study the technical arran- gements, the contruction of bins and the profitability of small, 3-10 m3 composters. KÄYTETYT MERKINNÄT JA LYHENTEET KHK = COD = kompostoitavan aineen kemiallinen hapenkulu- tus VS = orgaanisen aineen määrä BVS = helposti hapetettavissa olevan orgaanisen aineen määrä ka = TS = kuiva-aine C = hiilipitoisuus N = typpipitoisuus P = fosforipitoisuus pH = happamuus n = näytteiden lukumäärä 1. KOMPOSTOINTIPROSESSI 1.1 Määritelmä Kompostoinnilla tarkoitetaan orgaanisten aineiden biolo- gista hajoittamista mikrobien avulla. Aerobisessa kom- postoinnissa hajoittajina toimivat aineenvaihdunnassaan happea käyttävät bakteerit ja sienet. Komposti ssa syn- tyy orgaanisista aineista uusia mikrobisoluja, hiili- dioksidia, vettä ja lämpöä. Lisäksi typpiyhdisteet ha- pettuvat nitriitiksi ja nitraatiksi sekä rikkiyhdisteet sulfaatiksi. Kompostin lämpötila kohoaa ympäristön läm- pötilaa korkeammaksi. Esimerkiksi glukoosin hajotessa sen energiasisällöstä lämpönä vapautuu noin 41 % lopun varastoituessa soluihin. Anaerobinen hajoaminen tapah- tuu hapettomissa olosuhteissa. Sellaista on esimerkiksi käyminen ja mädäntyminen. Glukoosin hajotessa anaerobi- sesti biokaasureaktorissa sen energiasta vapautuu lämpö- nä noin 3 %, söluihin varastoituu 8 % ja loput 89 % varastoituu metaani kaasuun. 1.2 Kompostoitaessa vapautuva lämpö Jos kompostoitavan aineen kemiallinen kokoomus tunne- taan, reaktiolämpö eli polttoarvo, Q, voidaan laskea esi- merkiksi yhtälöstä (1): Q = 35,5 mc + 106 (mH - m0/8) + 1.67 mikg, (1) missä mc, mH ja mo ovat aineen sisältämien hiilen, vedyn ja hapen massat, kg /Ha 80/. Jos tunnetaan kompostoita- van aineen kemiallinen hapen kulutus, KHK, syntyvä lämpö voidaan laskea likimääräisesti yhtälöstä (2) /Ha 80/: Q = 14,2 ± 0,8 MJ/kgKHK (2) Tavallisimmat aineet tarvitsevat täysin hapettuakseen 0,4...4 grammaa happea yhtä orgaanisen aineen grammaa kohden, keskimääräinen hapenkulutus on 1,4...1,5 g, mitä vastaava ilmamäärä on 6,1...6,5 g/gVS. Taulukko 1. Table 1. Lannan energiasisältö Energy content of manure Energiasisältö MJ/kgka Energy content MJ/kgTS Lanta Manure Keskim. Polttoarvo Komposti- Lähde kuiva- Gross energy lämpö Refe- aine Keski- Metabo- rence Mean TS arvo sable % Mean Sian lietelanta Pig slurry Kuivattu kanan lanta Dried poultry manure Broilerin lanta Broiler litter Lehmän lanta Dairy cow manure Lihakarjan lanta Beefcattle manure 10 19,3 9..12 Ev 82 35 9,2..14,7 12,8 2..8,6 Ma 83 81 13,6..16,2 15,3 4,6..9,1 15.5 10,5..20,7 15,4 5,1..10,4 ",Gr 74 21,1 12,2..20,4 16,6 3,4..5.7 ",Ha 80 Kuiva-ainekiloa kohden laskettu polttoarvo ja siitä kom- postoinnissa vapautuva osa on esitetty taulukossa 1. Orgaaninen aine ei hajoa kompostoinnin aikana kokonaan, vaan komposti jäähtyy ja lopullinen hajoaminen tapahtuu hyvin hitaasti. Kompostoinnin tai mädäntymisen aikana on havaittu hajoavan kanan lannasta 68 %, lihasonnien lannasta 28 %, sian lietelannasta 45...64 % ja orgaa- nisista aineista yleensä 0...90 % /Ha 80, Mä 83, Tj 82/. Kompostilämmön määrä vaihtelee myös typpiyhdistei- den eriasteisen hajoamisen johdosta. Nitrifikaatiota tapahtuu, kun lietelantaan liuenneen hapen kyllästysas- te on yli 10 %, lämpötila on välillä 15...40 0C ja kom- postointiaika on yli 3 vuorokautta. Nitrifikaatioaste ja kompostointilämmön määrä eri lämpötiloissa sian lan- nalle on esitetty .taulukossa 2 /Ev 82/. Eri eläinten tuottaman lannan ja kompostointilämmön määrä on esitet- ty taulukossa 3. Kun lämmön ja eläinten määrät kerro- taan keskenään, saadaan Suomen nauta-, sika- ja kanakan- nan yhteiseksi kompostilämpötehoksi 378 MW, taulukot 4, 5 ja 6 /Maa 83, 85/. Nautakarjan osalta nautayksikön muodostaa joko 1 lehmä, 2 lihaeläintä tai 4 vasikkaa. Lehmä Cow Lihanauta Beef cattle Lihasika Pig 5,3 4,4 2,7 2,2 0,45 0,36 Emakko Sow 0,50 0,40 Emakko+porsaat 1,5 1,2 Sow+litter Kana Laying hen Broil eri Broiler 0,030 0,021 0,018 0,012 Eläin Lantaa Animal Manure kg ka/vrk kg TS/d -4 Taulukko 2. Nitrifikaatioaste ja -lämpö sekä 500 vuoro- kauden kuluessa sian lannasta vapautuva kokonaislämpö. Table 2. Proportion of slurry nitrogen oxidised, heat released by nitrification and total metabolic heat released in 500 days from pig slurry /Ev 82/. Lämpötila Temperature oc I 15 25 40 45 50 Nitrifikaatioaste % 40 70 35 15 0 Degree of nitrification Nitrifikaatiolämpö MJ/kgka 0,6 1,0 0,5 0,2 0 Heat of nitrification Kompostilämpö yhteensä MJ/kgTS u 12 9,8 9,4 9,1 11 Total metabolic heat Taulukko 3. Eläinten lietelannan ja kompostointilämmön tuotto Table 3. Production of manure and its metabolic heat Kompostilämpö Com kg VS/vrk kg VS/d W/eläin W/animal % polttoar- vosta Per cent of heat value 280 30 160 30 50 50 56 50 170 50 3,1 70 1,6 50 Taulukko 4. Kompostilämmön saatavuus eri kokoisilta nautakarjatiloilta ja navetoiden jakau- tuminen suuruusluokkiin vuonna 1983. Nautayksikössä on mukana nuorikarja. Nautaeläimiä on yhteensä 1608300 päätä, joista lypsylehmiä 627700 vuonna 1985 Table 4. Herd size distribution in year 1983 and compost heat of cattle. A cattle unit consists of a cow + young animals. There are 627700 dairy cows of total 1608300 heads, in year 1985. Karjakoko Herd size Lehmiä Nautayks. I Tiloja Cattle units Farms Kompostilämpöteho Metabolic heat tilaa kohden, kW per farm yhteensä, MW total 1,8 4,8 8,0 12 57 147 55 49 1-6 7-14 15-19 20- 1,75-10,5 12-25 26-33 35- 31770 31020 6858 4085 73733 Nautakarja yhteensä 308 Cattle total Taulukko 5. Kompostilämmön saatavuus eri kokoisilta sika- tiloilta ja sikaloiden jakaantuminen eri suu- ruusluokkiin vuonna 1983. Sikoja on kaikkiaan 895 500 kpl, niistä lihasikoja 705 100 kpl Table 5. Piggery size distribution in year 1983 and compost heat. There are 705 100 pigs under six months of total 895 500 pigs. 1 Sikalan koko Piggery size Sikoja Tiloja Pigs Farms Kompostilämpö - metabolic heat tilaa kohden, kW yhteensä, MW per farm total 17 7 9 11 8 1-49 50-99 100-199 200-399 400- 13145 2058 1636 1057 249 18145 1,4 3,5 5,8 11,1 33 Siat yhteensä Figs total 52 MW Taulukko 6. Kompostilämmön saatavuus eri kokoisista kana- loista ja kanaloiden jakaantuminen suuruus- luokkiin vuonna 1983. Munivia kanoja on 5 922 400 kpl vuonna 1985. Table 6. Size distribution of laying hen farms in year 1983 and compost heat. There are total 5 922 400 laying hens in year 1985. Kanoja Hens Tiloja Farms Kompostilämpö - Metabolic heat tilaa kohden, per farm kW yhteensä, total MW 1-299 300-999 1000-2999 3000- 16164 2936 1387 283 0,14 1,7 4,9 15,2 2,3 5,0 6,8 4,3 20770 Kanat yhteensä 18 MW Hens total 1.3 Hajoamisnopeus ja siihen vaikuttavat tekijät Orgaanisen aineen on monissa tapauksissa todettu hajoavan likimain seuraavan yhtälön (3) mukaisesti /Ha 80/: d(BVS)/dt = -kd(BVS), missä (3) BVS = helposti hajoavan orgaanisen aineen määrä, kg t = hajoamisaika, vrk kd = hajoamisnopeusvakio, l/vrk Tästä saadaan panoskompostissa hajoavalle ainemäärälle yhtälö (4): BVSt = BVS0 e-kdt (4) 7 ja jatkuvatoimiselle kompostille yhtälö (5): BVSt = BVS0 / (1 + kdO) , missä (5) BVSt = kompostista ulostuleva helposti hajoavan aineen määrä BVS0 = kompostiin menevän helposti hajoavan aineen määrä 0 = viipymäaika jatkuvatoimisessa kompostissa = kompostin määrä jaettuna vuorokaudessa kompos- tiin tulevan aineen määrällä Jatkuvatoimisen lehmänlantakompostin ja kertatäyttöisen yhdyskuntajätekompostin hajoamisnopeusvakiot on esitet- ty taulukossa 7. Taulukko 7. Hajoamisnopeusvakio kd lehmän lannalle /Gr 74/ ja kdmax yhdyskuntajäte + -lietekompos- tille /Ha 80/. Table 7. Rate constant kd of cattle manure /Gr 74/ and kdmax for carbage + sludge mixture /Ha 80/. Lämpö- tila 0C 20 30 40 45 50 55 60 65 70 75 80 Tempe- rature kd l/vrk 0,10 0,145 0,21 0,24 0,275 0,295 0,29 - 1/d kdmax 0,013 0,024 0,045 0,062 0,084 0,11 0,15 0,19 0,22 0,20 0,013 Piirroksessa 1 on esitetty vastaavat reaktionopeudet se- kä sian lietelannalla mitatun hapen kulutuksen perus- teella laskettu hajoamisnopeus. Piirroksen mukaan sian lanta on huomattavasti nopeammin hajoavaa kuin lehmän lanta. Esimerkiksi 50 0C lämpötilassa lehmän lannan hel- posti hajoavasta osuudesta on hajonnut 10 vuorokaudessa 75 % ja sian lannasta 90 %. Näitä hajoamisnopeuksia vas- taavat kompostilämmön määrät on esitetty piirroksessa 2. Piirroksessa on myös eräässä käytännön kokeessa sian lannasta saatu lämpömäärä, /Gö 81/. Se oli 10,2 MJ/kgka, viipymän ollessa 8,3 vrk. 3 Kompostoitumiseen vaikuttavat tärkeimmät tekijät on esi- tetty taulukossa 8. Hajoaminen nopeutuu tietyllä lämpö- tila-alueella niin, että reaktion nopeus kaksinkertais- tuu jokaista 10°C:n lämpötilan nousua kohden. Mikrobien entsyymit ja valkuaisaineet alkavat kuitenkin muuttua korkeassa lämpötilassa ja reaktio hidastuu jälleen. Op- timialue vaihtelee kompostoitavan materiaalin laadusta ja kompostorityypistä riippuen välillä 40...70°C. Sian lietelannalle on esitetty optimilämpötilaksi 50°C, piir- ros I, lehmän lannalle 50...55°C /Sch 83/ ja taulukko 7, kanan lannalle 60°C /Sch 83/ ja yhdyskuntajäte +-lietekompostille 70°C, taulukko 7. Taulukko 8. Tärkeimmät kompostoitumiseen vaikuttavat tekijät. Table 8. Main composting parameters Tekijä Parameter Alue Range Optimialue Optimum Huom. Remarks Lämpötila Temperature 0...+20 15...20 psykrofiiliset mikrobit psykrophilic microbes 10...45 25...45 mesofiiliset mikrobit mesophilic microbes 42...90 50...70 termofiiliset mikrobit thermophilic microbes pH 5...10 6...9 C/N-suhde 10... 20...35 -proportion C/P-suhde 20... 75...150 -proportion Ilmavirta m3/ 0,3...2 0,5...0,9 Air flow dkgTS Kosteus % 20...100 50...75 Humidity E 50°C E 25-45° G 55° BVSo - BVSt ) 100 BVSo - BVS 500 Kompostoitumisaste % Destruction of BVS 100 80 60 40 20 5 10 15 20 25 Kompost.aika, vrk Compost. time, days Piirros 1. Figure 1. Orgaanisen aineen helposti hajoavan osan hajoaminen eri lämpötiloissa jatkuvatoi- misessa komposti ssa Reaction rate of biodegradable volatile solids in different composting temperatures in a continuous feed, complete-mix reactor /Gr 74/ Lehmän lanta - cattle manure /Ha 80/ Yhdyskuntajäte + -liete - garbage and sludge mixture Ha = E = /Ev 82/ Sian lanta - pig slurry G = - 10 - KOMP.LÄMPÖ MJ/kg ka COMP.HERT MJ/kg TS 12 Gö 34° 10- X 8 ••• 4 2 ••• 50°C 15° 25-45° G 50° •••• - • G 20° ••• 0 1 5 10 15 20 25 KOMPOST.RIKA vrk COMPOSTING TIME d Piirros 2. Kompostilämmön kehitys jatkuvatoimisessa kompostissa. Figure 2. Quantity of compost heat in continuous feed reactor. F = /Ey 82/ sian lanta-pig slurry G = /Gr 74/ lehmän lanta-cattle manure 2. KOMPOSTOINTILAITTEET 2.1 Ilmastimet Aerobinen käsittely eli ilmastus Lietelannan aerobisen käsittelyn tarkoituksen ja lannan lämpötilan nousun perusteella käsittely voidaan jakaa kolmeen tyyppiin kylmä käsittely lämmin käsittely lietelannan kompostointi Kylmä käsittely Lietelannan lämpöttla pysyy ennallaan. Ilmastus on ajoittaista tai' ilman happi ei tehokkaasti liukene lan- taan. Käsittelyn tarkoituksena on vähentää lannan hajua varastoinnin, kuljetuksen ja levityksen aikana. Lämmin käsittely Ilmastus on niin tehokasta, että aerobiset bakteerit voivat lisääntyä ja hajoittaa orgaanista ainesta, jol- loin kehittyy lämpöä. Päätarkoitus on edelleen hajujen ja haitallisten kaasujen vähentäminen. Myös lannan hygi- enia paranee, jos lämpötila on useita päiviä 30-40 oc välillä. Typen häviöt lisääntyvät 35 0C yläpuolella. Kompostointi Varsinainen kompostointi tapahtuu hyvin eristetyssä säi- liössä. Lannan hygienia paranee huomattavasti ja kompos- tilämmön talteenotto voi olla taloudellisesti järkevää. - 12 - Lietelannan kompostointi Koska kompostoinnissa vaikuttavat mikro-organismit käyt- tävät lantaan liuenneen hapen elintoiminnoissaan, sitä täytyy tuoda lantaan jatkuvasti ulkoapäin. Kompostointi suljetussa säiliössä tapahtuu ilmastamalla lantaa ko- neellisesti. Ilmastuksen tavoitteena on kuljettaa ilman sisältämä happi mikro-organismien käyttöön mahdollisimman tehok- kaasti. Hapen kulku voidaan esittää erillisinä vaihei- na: liukeneminen ilmasta veteen diffuusio vedessä kiintoaine- ja mikro-organismi- ryhmiin kulkeutuminen yksittäisten solujen pintaosiin reaktiot hapettuvien aineiden kanssa solussa Hapen täytyy siis ensin liueta veteen, mikä tapahtuu joko molekyylidiffuusiona laminaariolosuhteissa tai pyörrediffuusiona turbulentin sekoituksen vaikutukses- ta. Hapen liukenemiseen vaikuttaa paitsi aineensiirto- pinta (= ilmakuplien koko), myös kontaktiaika (= kupli- en nousuaika), hapen osapaine kuplan sisällä (= ilman happipitoisuus) ja aineensiirtopinnan uusiutuminen (= sekoitus). Optimitulokseen pyrittäessä on otettava huo- mioon kuplien kehittämiseen kuluva energia. Mitään sel- vää alarajaa kuplien halkaisijalle ei voida yleisesti ilmoittaa. Tiedetään, että esimerkiksi vedessä kuplan halkaisijan alaraja energian kulutuksen kannalta on 0,2 mm. Kuplakoon edelleen pienentäminen aineensiirtopinnan kasvattamiseksi ei tämän jälkeen ole enää energiatalou- dellisesti kannattavaa. Toisaalta mitä pienempiä kuplat ovat, sitä hitaammin ne nousevat pintaan ja kontaktiai- ka pitenee. Koska hapen liukeneminen kuplasta veteen on verrannollinen hapen konsentraatioon kuplan sisällä, ei - 13 - ole järkevää tuottaa niin pieniä kuplia, että niiden sisältämä happi liukenee veteen ennen kuin kuplat ovat nousseet pintaan. Tanskalaisten /Be 82/ tekemien laskel- mien mukaan poistuvan ilmakuplan happipitoisuuden alarajana on 15%. Tämä merkitsee sitä, että olisi järke- vää pyrkiä käyttämään vain 30% lantaan syötetyn ilman hapesta. Poistuvan ilman mukana häviävä lämpö on otetta- va huomioon laskelmissa. Mikäli poistuvasta ilmasta ote- taan tehokkaasti lämpöä talteen, voidaan tyytyä mata- laan hapen hyväksikäyttöasteeseen. Ilmastimen niin sanottu liukenemisprosentti tarkoittaa veteen liuenneen hapen osuutta prosentteina syötetystä happimäärästä. Liukenemisprosentti on käytännössä sama kuin prosessin hapen hyväksikäyttöaste ja kuvaa ilmastimen tehokkuut- ta. Toinen tunnusluku on ilmastimen OC-arvo, joka il- moittaa kuinka monta kiloa happea ilmastin kykenee liu- ottamaan veteen kulutettua kWh kohden. OC-arvo ilmoitet- taan yleensä puhtalle vedelle. Tällöin kahden eri il- mastimen OC-arvoja ei voida verrata esimerkiksi liete- lannan ilmastuksessa. 2.1.1 Ilmastintyypit Ilmastimet voidaan jaotella toimintaperiaatteen mukaan kolmeen ryhmään: paineilmailmastimet (compressor aerators) mekaaniset ilmastimet (mechanical aerators) - yhdistelmäilmastimet (kombination aerators) Paineilmailmastinlaitteisto koostuu paineilmalaitteista ja itse ilmastimista, jotka ovat tavallisesti ilmastus- altaan tai -säiliön pohjalla. Niissä ei ole yleensä liikkuvia osia. Ilma jaetaan reiitettyjen putkien, huo- koisten levyjen tai suuttimien avulla ilmastettavaan lietteeseen. - 14 - Paineilmailmastimet jaetaan edelleen hienokuplailmastimiin, kuplakoko 0 = 1...5 mm keskikuplailmastimiin, kuplakoko 0 = 5...10 mm karkeakuplailmastimiin, kuplakoko 0 > 10 mm Mekaaniset ilmastimet ovat joko lietteen pinnassa: pin- tailmastimet, tai syvällä lietteessä: pohja- tai väli- ilmastimet. Mekaaniset pintailmastimet rikkovat lietteen pintaa, jo- hon happi liukenee (= suora hapetus). Ne voivat myös imeä alipaineella ilmaa ja sekoittaa sitä ilmastetta- vaan lietteeseen. Ilmastin liikuttaa myös lietettä, jonka kulkua ohjataan alaspäin. Tällöin ilmakuplat kul- keutuvat lietteen mukana pitempään ja hapella on enem- män aikaa liueta veteen ennen kuplien nousua pintaan ja vapautumista. Mekaaniset pohja- tai väli- ilmastimet toimivat vain imuperiaatteella. Yhdistelmäilmastimet ovat mekaanisia ilmastimia, joissa ilma syötetään puhal- timella tai kompressorilla. 2.1.2 Paineilmailmastimet Paineilman kehitys Paineilma kehitetään erityyppisillä kompressoreilla tai korkeapainepuhaltimilla esimerkiksi: mäntäkompressorit kiertomäntäkompressorit ruuvikompressorit lamelli- ja nesterenaaskompressorit aksiaali- ja radiaalikompressorit - 15 - Lietelannan ilmastuksessa soveltuvat käytettäviksi mata- lapaineiset kompressorit, sillä ilmastuksessa kompresso- rin vastapaine on harvoin yli 0,5 bar säiliöiden mata- luuden takia. Ilmastimien asennussyvyydestä ja niiden omasta vastapaineesta riippuen kokonaisvastapaine on yleensä välillä 0,15...0,5 bar. Matalapaineisella laitteistolla on muun muassa seuraa- via hyviä ominaisuuksia lietteeseen saadaan paljon ilmaa yhdellä kWh:lla kestävä ja vähän huoltoa vaativa paineilma on usein öljytöntä: ei tarvita öljynerotus- laitteistoa Korkeapainekompressorien etuna voitaisiin pitää jousta- vuutta lyhyissä sähkökatkoksissa ja mahdollisuutta käyt- tää paineilmaa muihin tarkoituksiin. Pääoma- ja energia- kustannussyistä ilmastuksessa ei kuitenkaan kannata käyttää laitteistoa, jolla pystytään tuottamaan huomat- tavasti tarvittavaa painetta korkeampipaineisempaa il- maa. Kaikki ilmastimet eivät kestä korkeampaa painetta kuin ilmastuksessa normaalisti käytetään, joten paineil- man käyttö esimerkiksi aika ajoin tehokkaaseen sekoituk- seen ei aina ole suoraan mahdollista. Ilmastimet Paineilmailmastimet ovat enemmän tai vähemmän herkkiä tukkeutumiselle. Ilmastin voi tukkeentua joko sisältä tai ulkoa päin. Erityisen hankalia ovat lyhyehköt tiheään toistuvat sähkökatkot, joiden aikana ilmasti- miin pääsee kiintoainetta. Ilma on suodatettava ennen kompressoria. Ilmastuksessa lietelanta vaahtoaa. Siksi tarvitaan mene- telmä vaahdon hävittämiseksi, jota paineilmailmastimis- sa itsessään ei ole. 4 - 16 - Kuvissa 1...5 on esitetty erilaisia paineilmailmasti- mia. • • • 0 0 0 oo .• 6 e 00 o o 0 00 0° o 0 • - hienokuplailmastin 0 - keskikuplailmastin 0 0 karkeakuplailmastin Kuva 1. Paineilmailmastimia Kuva 2. Putki-ilmastinlaitteisto, Vihti - putki-ilmastin 4 3 - lautasilmastin - 17 - Maatalousteknologian tutkimuslaitoksella Vihdissä ko- keiltiin lietelannan ilmastuksessa vuonna 1982 putki- ilmastimia, joiden reikäkoko oli 3 mm, kuva 2. Tulokset olivat huonoja. Noin kolmen kuukauden kokeilun aikana lietemäärää ja ilmamäärää muuteltiin laajoissa rajois- sa, mutta lämmönkehitys oli niin vähäistä, että sen mittaaminen tuotti vaikeuksia. Liete lämpeni nopeudel- la, joka suurin piirtein vastasi ilmastusilman lämmitys- vaikutusta. Lämpötehoksi laskettiin tuolloin 1-4 kW. Ilmastus vähensi haitallisia kaasuja; rikkivetyä ei voitu todeta poistoilmassa enää toisena ilmastuspäivä- nä. Myös haju väheni ja muuttui toisenlaiseksi. Putki- ilmastimilla, joiden tuottamien kuplien halkaisija on 5...10 mm, hapen hyväksikäyttöaste on niin matala, että kehittyvä lämpö kuluu poistoilman lämpöhäviöihin. Vas- taavia kokemuksia on norjalaisilla lietelantatutkijoil- la /Tj, Gj 83/. Kuva 3. Nokian lautasilmastin ja putki-ilmastin Kuvan 3 Nokian lautasilmastimet ovat osoittautuneet hapetusteholtaan hyviksi. Varjopuolena on taipumus tukkeutumiseen. Huoltovälin on todettu käytännössä olevan vähintään puoli vuotta olosuhteissa, joissa - 18 - ilmastuskatkoja on normaalia enemmän. Lautasilmastin koostuu huokoisesta polyetyleenilevystä 1, PVC:stä tehdystä satulaosasta 2, kiilasta 3 ja kiristysren- kaasta 4 sekä kumitiivisterenkaasta 5 ja kumisesta takaiskuventtiilistä 6. Kuvan 3 putki-ilmastin on valmistettu samasta huokoises- ta polyetyleenimateriaalista kuin lautasilmastimet. Ko- keilussa ne osoittautuivat helpommin tukkeutuviksi kuin lautasilmastimet. jatkuvassa ilmastuksessa ilmastimien painehäviön nousu aiheutuu ilmastimien ulkopuolelle kui- vuvasta kiintoainekerroksesta, jonka paksuus vaihtelee sentistä yli kymmeneen senttiin. Varsinaisesti tukkeutu- minen tapahtuu sisäpuolelta. - ilmastuskatko - ilmastin käytössä Kuva 4. Kumi-ilmastimen toimintaperiaate Kuvan 4 kumi-ilmastin valmistettiin maatalousteknologi- an tutkimuslaitoksella kimmoisasta 1 mm vahvuisesta kumilevystä. Kumilevyyn tehtiin neulalla 3000 reikää. Tarkoituksena oli selvittää tämäntyyppisen ilmastimen - 19 - tukkeutumistaipumus lietelannassa. Kokeiltaessa puhtaas- sa vedessä ei silmin havaittu suurta eroa kuplakoossa verrattuna Nokian lautasilmastimiin. Lietelantakokeilua varten tehtiin Nokian ilmastimia vastaava elementti, joka asennettiin yhden Nokian ilmastuselementin tilalle lietelantasäiliöön. Kokeissa ilmeni, ettei kumi-ilmasti- men pintaan tartu kiintoainetta. Kumi-ilmastimen kesto- ikä kompostointiolosuhteissa jäi kuitenkin vain noin kuukauden pituiseksi. Tämän jälkeen se repeytyi ja il- mastin tukkeentui sisäpuolelta. Vaihde Pyörillä liikutel- tava vaunu Kompressori Käyttöakseli -=— Roottori Kuva 5. Hölz "RUhrmobil" Edellä olevat paineilmastimet ovat kiinteästi asennetta- via tai niitä liikutellaan vain huollon yhteydessä. Sik- si niiden sekoitusvaikutus riippuu vain paineilman mää- rästä ja paineesta. Sekoitusteho on sakeassa lietelan- nassa huono. Kuva 5 esittää laitteistoa, joka on tarkoi- tettu ensisijaisesti lannan sekoittamiseen, mutta sitä voidaan käyttää myös ilmastimena. Laitteisto soveltuu lannan ilmastamiseen ulkoaltaissa /åj 82/. moottori vaihteisto silta I I - kartioilmastin (Koxy) fl - kartioilmastin (Simplex) - 20 - 2.1.3 Mekaaniset ilmastimet 2.1.3.1 Pintailmastimet Varsinaiset pintailmastimet Varsinaiset pintailmastimet voidaan rakenteensa puoles- ta jakaa kolmeen ryhmään: kartioilmastimet suihkuilmastimet harjailmastimet - harjailmastin (Kessener) - kartioilmastin (Simcar) Kuva 6. Pintailmastimia Moottori Roottori Kel 1 ukkeet - 21 - Koska varsinaisten pintailmastimien toiminta perustuu suoraan hapetukseen, ne soveltuvat käytettäviksi avoi- missa säiliöissä. Kuva 7 esittää lietelannan ilmastuk- seen kehitettyä kartioilmastinta. Roottorin pyörimisnopeus on 100 r/min ja halkaisija 80 cm /Gj 82/. Itseimevät pintailmastimet Roottori- ja potkurityyppiset Kuvan 8 ilmastimessa ilma imetään potkurin akselin ympä- rillä olevaa putkea pitkin potkurille, jonka pyöriessä syntyy imuun tarvittava alipaine. Kuvan 9 tapauksessa potkurin vaippa on muotoiltu siten, että riittävä imu syntyy vaahdon ja ilman kulkeutumiselle potkurille. Molemmat ilmastimet on tarkoitettu lähinnä avoimiin säi- liöihin ja ne hävittävät itse syntyvän vaahdon. Roottori Ilman tuloputki Vaahdon kulkua edistävä kartio . • Kellukkeet - 22 - Kuva 8. Aldo 100 /Gj 82/ Moottori Vaahdon kulkua edistävä kartio KeTlukkeet Roottori Kuva 9. Recox-A /Gj 82/ - 23 - Runko Kartio vaahtoa varten Ilman imuputki Vaahtoveitsi Ilma Ilman ohjauslevy Lanta Kuva 11. Centrirator /baa 78/ Kuva 10. Kemomatic /Gj 82/ Kuvan 10 ilmastin eroaa edellisistä ponttoonirakenteen- sa ansiosta. Ponttoonina toimii laitteen lasikuiturun- ko. Laite vie vähemmän tilaa ja on helpommin liikutelta- vissa. Se on tarkoitettu avonaisiin altaisiin, mutta sitä voidaan käyttää myös katetussa säiliössä. 5 - 24 - Kuvan 11 ilmastimessa nähdään itseimeville pintailmasti- mille tyypillinen lisärakenne, ilmanohjuslevy, jolla ve- teen dispergoituneet ilmakuplat ohjataan kulkemaan pin- nan suuntaisesti. Vaahdonhävittimenä on vaahtoveitset, jotka piiskaavat vaahdon hajalle. 2.1.3.2 Pohja- ja väli-ilmastimet Potkurityyppiset Kuva 12. Hydixor Kuvan 12 Hydixor-ilmastin on kotimainen itseimevä pot- kurityyppinen väli-ilmastin, jota on kokeiltu lietelan- nan ilmastuksessa mv. Raidan tilalla Pukkilassa. Ilmas- tin on kooltaan verraten suuri. Sen hyviä puolia ovat erinomainen sekoitusteho ja hyvä hapen hyväksikäyttöas- te. Ilmastimen runkona on haponkestävästä teräksestä Ilman tuloputki Vinssi 5:(-- C11, Liikuteltava kamiatin Up-otettava moottori Roottori - 25 - tehty 0 300 mm putki, jonka yläpäässä on potkuri. Käy- dessään laite pumppaa lietettä 4-5 m3/min pinnalta poh- jalle, jolloin säiliöön syntyy täydellinen pystysuuntai- nen kierto. Potkurin akseli on ontto ja sen kautta pot- kuri imee 30 m3/h ilmaa, joka hajoaa pieniksi kupliksi potkurin yläpuolella ilman hajoitusosassa ja sekoittuu alaspäin pumpattavaan lietteeseen. Laitteessa ei ole vaahdonhävitintä. Laite vaatii suljetussa säiliössä kiinteän nestepinnan. Ilmamäärä on sähkötehoon nähden pieni lietelannan ilmastuksessa, joten teknisesti laite ei täysin tyydytä vaatimuksia. Kuva 13. Aldo 150(300) ja PODB /Gj 82/ Kuvan 13 ilmastimet ovat samankaltaisia potkurityyppi- siä itseimeviä pohjailmastimia, joissa moottori ja pot- kuri toimivat lantaan upotettuna. Potkuri kehittää pyö- riessään alipaineen, jolla ilma imetään lietteeseen. Ilman tuloletku Upotettava moottori Roottori - 26 - Laitteiden etäisyyttä pohjasta voidaan säätää samoin kuin sekoitussuuntaa. Aldo 150 ja 300 ovat moottorikool- taan pienempiä kuin PODB. Kuva 14. Biojet 2200 /Gj 82/ Biojet 2200, kuva 14, on sijoitettu kokonaan altaan tai säiliön pohjalle jalkojen varaan. Siirtely paikasta toi- seen tapahtuu vaijerin ja vinssin avulla. Itse ilmasti- men muodostaa pönttö, jonka sisällä on moottori ja pyö- rivä levy. Toimintaperiaate on seuraava: Levyssä on leveitä uria, jotka levyn pyöriessä panevat lannan liikkeeseen levyn kehälle päin. Lannan virtaus levyn reunan ohi saa ai- kaan levyn yläpuolelle pienen alipaineen, jonka seurauk- sena ilma virtaa laitteeseen taipuisaa ilmaputkea pit- kin. Syntyvä vaahto imetään samaa ilmaputkea pitkin takaisin lietteeseen. Ilmaputki on 1" muoviletkua. Ilma- määrä jää pieneksi vaahdon takia. - 27 - Ejektorityyppiset Ejektorien toimintaperiaate Ilma Lanta A D Kuva 15. Ejektorin peri aatekuva Kun liete pumpataan ejektoriin, kuva 15, sillä on koh- dassa A tietty paine ja nopeus, jotka lietepumppu sille antaa. Tullessaan kohtaan B, jossa virtauspoikkipintaa on kuristettu, kasvaa lietteen nopeus. Virtausopin la- kien mukaan lietteen liike- ja paine-energian summan täytyy säilyä, joten kuristettaessa virtausta tarpeeksi syntyy tilan C ja lietteen välille paine-ero. Tämän ta- kia ja osin törmäysvaikutuksesta tilassa C olevat kaasu- hiukkaset tempautuvat lietteen mukaan ja sekoittuvat siihen diffuusoriosassa D. Diffuusori laajenee loppu- päästään, jossa lietteen liike-energia muutetaan jäl- leen paineeksi. Yleisesti ottaen ejektori-ilmastajilla liukenemispro- sentti on hyvä. Ilmamäärät ovat kuitenkin pieniä käytet- tyyn sähkötehoon nähden. Sekoitusteho on yleensä tyydyt- tävä ja vaahtoamisongelma on ratkaistu imemällä vaahto takaisin lietteeseen samaa tietä kuin ilma. Lisäksi lan- tapumppua voidaan käyttää myös säiliön tyhjennykseen, eräissä malleissa tarvitaan 3-tieventtiili tai ylimää- räinen jakajaosa. Ilman tuloputki Ejektori / v-- Uppopumppu Repijä - 28 - Kuvien 16, 17 ja 18 ilmastimien toimintaperiaate on sama. Ilmastimet koostuvat ejektorista ja lantapumpus- ta. Moottori on pinnan päällä tai lantaan upotettu. Uppopumppu Ejektori Kuva 16. Flygt /Gj 82/. Kuva 17. Record /Gj 82/ - 29 - Moottori Ilman tuloletku Ejektori Kuva 18. S-PM 1505 /Gj 82/. Kuva 19. Ejektori Kuvan 19 ejektori tehtiin maatalousteknologian tutkimus- laitoksella. Se asennettiin 7,5 kW, myöhemmin 5,5 kW lietelantapumppuun. Ejektori-ilmastuksella päästiin tou- kokuun olosuhteissa helposti yli 55 °C lämpötiloihin. Koe-ejektorin ilmamäärä oli 20 m3/h jatkuvassa käytös- sä, joten sillä kehittyvä lämpöteho on korkeintaan 20 kW, josta osa kuluu häviöihin. Koska sähkötehontarve on noin 5 kW, ei sen käyttö ole kannattavaa. Ilmastuksen ollessa pienimmillään (ejektörin käyttöaikaa säätämällä säädetään ilmamäärää) voitiin laskea erittäin korkea hapen liukenemisprosentti; yli 60% ejektorin imemän ilman hapesta liukeni lietteeseen. Liukenemisprosentti saatiin laskemalla kehittyneestä lämmöstä. Sadehattu Aänenvaimennin Ilmaputki Puhallinmoottori Takaiskuventtiili Puhallin Pumppumoottori Pumppu Ejektorit Imusuppilo - 30 - 2.1.4 Yhdistelmäilmastimet Kuva 20. ABS-uppoilmastin Kuvan 20 ilmastin on esimerkki yhdistelmäilmastuksesta, jossa mekaaniseen ejektori-ilmastimeen syötetään ilmaa puhaltimella. Malli toimii myös ilman puhallinta itse- imevänä. Sen soveltuvuudesta lannan ilmastukseen ei ole kokemuksia. Kuvan 21 kotimainen ilmastin on Hydixorista, kuva 12, kehitetty yhdistelmäilmastin. Hydixorista se eroaa muun muassa siinä, että ilma syötetään puhaltimella potkurin painepuolelle. Laite ei toimi itseimevänÄ. rd • .111.1 7 q17 Ilman yött Ilmanpuhallin Kelluke - 31 - Vesipumppu Kuva 21. Planox, periaatekuva 2.2 Kompostointisäiliöt 2.2.1 Olemassa olevien lietelantasäiliöiden käyttö Periaatteessa lietelannan kompostointiin sopivat tie- tyin varauksin jo olemassa olevat lietelantavarastot ja -säiliöt. Esimerkkinä mainittakoon tuotantorakennuksen alla oleva lietelantakellari, kuva 22, tai varsinainen ulkona oleva lietelanta-allas, kuva 23. Kuvan 22 ratkaisua on kokeiltu Norjassa. Ilmastimen huollon tarve rajoittaa ilmastintyypip valintaa tässä tapauksessa enemmän kuin erillisen säiliön ollessa kyseessä. Lisäksi varastokellarin suurehko koko yhdessä 6 •••• ••••••••••~IIII 1•11..,W•awnnS •111 ,ve=1. — -1 • . • .1. Ilman lämmitin - 32 - • • / PEL-putki lämmönvaihdin Ejektori-ilmastin 1 ' Y 1 v 1 • Kuva 22. Tuotantorakennuksen alle sijoitettu lämmön- vaihdin ja ilmastin sen neliskulmaisen muodon kanssa huonontavat ilmastus- mahdollisuuksia. Lämmönhukka rakennuksen seinien ja poh- jan lävitse on arvioitava. Toisaalta lämpö voidaan osak- si hyödyntää suoraan "lattialämmityksenä". Varastokella- ria ei voida käyttää kompostisäiliönä, jos lattia on osaksi avoin. Vaikka lattia olisi tiivis, on poistoilma- puhallin tarpeen, etteivät haitalliset kaasut pääse eläintil aan. Varastoaltaan käyttö kompostointilämmön hyödyntämiseksi edellyttää sitä, että säiliö voidaan eristää ja kattaa. Varastoaltaaseen voidaan valita melkeinpä mikä ilmastin tahansa, joka tehonsa puolesta on riittävä. Lähinnä valintaa rajoittaa ilmastimien sekoitusteho, jolla pie- nissä oikein muotoilluissa säiliöissä ei ole niin rat- kaisevaa merkitystä kuin isossa muodoltaan matalassa va- rastoaltaassa. - 33 - Varastoallas tilavuus 400 m 3 80 mm betoniseinä PEL-putki 0 25 mm 150 mm eristys .-..1.1-1.1..L1.11.11.11.11.j.L.L -111-{1-S-11.J.1.11.1 1.1-1..L11111.111.1.L1.13.4 -L Lämmdnvaihdin Kuva 23. Varastoaltaan käyttö kompostisäiliönä, Dwärsett, Ruotsi 2.2.2 Kompostointisäiliön rakentaminen Paikan valinta Säiliön rakennuspaikkaa valittaessa tulee ottaa huomi- oon muun muassa: sijainti pumppuihin ja varastoaltaaseen nähden sijainti lämmön hyödyntämistä ajatellen maaperä Poistoilma 4 11n)tll n/1/7111 rTn ttn Lattia- taso 0 • 0 Kuva 24. Mv. Raidan kompostori sisätilassa - 34 - Kompostisäiliön paikka tulisi valita läheltä itse tuo- tantorakennusta ja varastoallasta täytön ja tyhjennyk- sen takia. Samalla kannattaa harkita säiliön sijoitta- mista rakennuksen sisälle eli mahdollisuutta rakentaa säiliön ympärille seinät ja katto kuten esimerkiksi Puk- kilassa on tehty, kuva 24. - 35 - Kompostori olisi sijoitettava mahdollisimman lähelle lämmön käyttökohteita lämmönsiirtohäviöiden pienentämi- seksi. Tällöin on tiedettävä mihin lämpö pääasiassa tul- laan käyttämään. Paikkaa valittaessa ja kokonaissuunni- telmaa tehtäessä on otettava huomioon, että ilmastimesta riippuen kompostilämpöä voidaan mahdollisuuksien mukaan ottaa talteen myös poistoilmasta ja poistuvasta lannasta. Lanta/lantalämmönvaihtimelle on hyvä varata tilaa, jota täytyy olla myös korkeussuunnassa. Maaperä on otettava huomioon paitsi rakennusteknisesti myös siksi, että kom- postisäiliö on edullista sijoittaa mahdollisimman syvälle maan sisään kuten kuvassa 25. ot. ' ?••• Kuva 25. Kompostisäiliö osin maan sisässä. A = sekoituskaivo, B = kompostisäiliö, C = varastosäiliö Tällöin on myös mahdollista valita pumppujen ja liete- pintojen korkeuserot sellaisiksi, että tultaisiin toimeen mahdollisimman pienellä pumppumäärällä ja pumppaukseen kuluisi mahdollisimman vähän energiaa. Materiaalit Kompostisäiliöitä on rakennettu puusta, betonista, teräksestä ja lasikuidusta. Valintaan vaikuttaa ennen- kaikkea hinta ja aikaisemmat kokemukset. Pukkilaan rakennettiin säiliö betoniharkoista ja Vihtiin kylläste- =1 -- Vaahtoveitsi Lämmön- vaihdin Terässeinä Lasivilla 80 mm Muovi Ilman ohjainlevy Vaahto. 1 - 36 - tystä ponttilaudasta. Säiliön ulkoseinän vuoraukseen on käytetty esimerkiksi kyllästettyä lautaa, muovia tai aal- topeltiä. Kansi voidaan rakentaa kyllästetystä puusta, betonista tai muottivanerista. Lämmöneristys Eri stykseen on käytetty vuori- tai lasivillaa ja styroxia eri muodoissa. Kuvissa 26, 27 ja 28 on esitetty toteutettuja lämmöneris- tysvaihtoehtoja. Tuloilma Betoni kansi Kuva 26. Terässäiliön lämmöneristys /Gö 81/. Eristee- nä 80 mm lasivilla kauttaaltaan. - 37 - vuoriltilla 200 mm 410 mm 50 mm styrox 560 mm 6- Kuva 27. Puusäiliön lämmöneristys, Vihti. Seinässä 150 mm vuorivilla, kannessa 200 mm. 150 mm vuorivilla 250 mm vuorivilla 400 mm styrox-rouhe säkeissä Kuva 28. Betonisäiliön lämmöneristys, Pukkila. Säiliön ala- osan ympärillä 400 mm paksut styrox-rouhesäkit, yläosassa 250 mm villa, kannessa 150 mm villa ja 50 mm styrox-levy. - 38 - Materiaalina voidaan käyttää myös eristeharkkoja, jois- sa harkkojen sisällä on uretaanimuovikerros eristeenä; kaarevia eristeharkkoja ei ole tiettävästi toistaiseksi saatavana. Tyypillinen laskennallinen k-arvo on noin 0,3 W/m20C. On huomattava, että säiliön todellinen k-arvo saattaa eri syistä olla 1,5-2 -kertainen laskennalliseen verrattuna. Lämpöhäviöt voivat kasvaa mikäli käytetään eristeitä, jotka voivat kostua, kun esimerkiksi lanta vaahtoaa yli tai sadevettä ja lantaa pääsee eristeisiin. Jos kansi ei ole tiivis, ovat lämpöhäviöt haihtumisen takia suuremmat kuin k-arvo edellyttää. Säiliön koko ja muoto Rakennettujen lietelantasäiliöiden koot vaihtelevat 30 m3:stä 400 m3:iin. Suuriin kokoeroihin ei vaikuta liete- lannan määrä, vaan käyttöstrategia. Pieniä säiliöitä käytetään läpivirtausperiaatteen mukaisesti, jolloin säiliötä tyhjennetään ennen lisäystä. Säiliön koon valintaan vaikuttaa myös varastotilan tar- ve ja lämmön käyttökohteet. Isossa säiliössä lämpötila pysyy tasaisempana eikä poistolannan lämpö mene huk- kaan. Lämpötilataso saattaa kuitenkin jäädä matalaksi ilmastusteknisistä syistä ja eristyslämpöhäviöiden takia. Ison säiliön rakentaminen tulee joka tapauksessa kalliimmaksi kuin pienen, myös laitteet maksavat enem- män. Energiataloudellinen optimi käsittelyaika esimer- kiksi sian lietelannalla on 10-20 vrk, mikä puol taisi pienen säiliön rakentamista. Tällöin lannasta saadaan suurin lämpöteho säiliön nettotilavuutta kohden. Talou- dellinen optimikoko on suunnilleen puolet energiatalou- dellisesta optimikoosta. - 39 - Säiliön oikea muoto parantaa ilmastuksen tehokkuutta. Ilmastintyyppi asettaa omat vaatimuksensa säiliön muo- dolle. Ilmastusteknisesti ja sekoituksen kannalta kor- kea ja kapea säiliö on paras. Pohja olisi hyvä muotoil- la kartiomaiseksi tai koveraksi sekoituksen ja tyhjen- nyksen takia. Kuva 29. Pukkilan säiliön pohjaprofiili Kuva 30. Vihdin säiliön pohjaprofiili Kuva 31. Pintailmastinta varten muotoiltu säiliön pohja /Be 82/ 7 - 40 - Kuvissa 29...31 on esitetty erilaisia ratkaisuja pohjan muodoksi. Pienen säiliön mitat saattaa määrätä itse il- mastin, joka vaatii tietyn minimileveyden. Korkeutta saattaa rajoittaa lietepumpun käyttö. Ennen säiliön suunnittelua olisi valittava ilmastin ja neuvoteltava ilmastimen myyjän kanssa parhaasta säiliön muodosta. Läpivirtaussäiliön nettotilavuus saadaan, kun tiedetään päivittäin käsiteltävän lannan määrä, joka on sama kuin tuotetun 8-10 -prosenttisen lannan määrä. Mikäli lantaa voidaan varastoida lämmityskautta vartn se voidaan ot- taa huomioon päivittäistä käsittelymäärää laskettaessa. Kertomalla vuorokautinen lantamäärä kymmenellä saadaan säiliön nettotilavuus, johon on laskettava 30% lisää bruttotilavuuden saamiseksi; noin neljännes säiliön tilavuudesta on varattava vaahtoamistilaksi tai kor- keudesta vähintään noin metri. Ohjeet ovat suuntaa antavia. Säiliön kokoon vaikuttaa ennen kaikkea ilmas- timen tehokkuus, mikä määrää säiliön minimikoon ja vii- pymän. Säiliön kansi Säiliön kannen suunnitteluun ja rakentamiseen on kiinni- tettävä erityistä huomiota. Tärkeimpiä seikkoja ovat: tiiviys ja eristys kuperuus, jos kyseessä on ulkosäiliö joustavuus huoltoa ja mahdollista ilmastimen vaihtoa silmällä pitäen riittävä kantavuus Tietyt ilmastimet asennetaan kannen varaan. Lisäksi kan- nen päälle tulee todennäköisesti muitakin laitteita kuten lietepumppu ja nostoteline (voi olla myös sivussa), joten kannen täytyy kestää useiden satojen kilojen pai- no. o = puinen säiliö * = betonisäiliö = betonirengassäiliö - 41 - Huoltoluukun tulee olla väljä, vähintään 1 m2:n kokoinen. Ulkona olevan säiliön kansi olisi hyvä tehdä lievästi vinoksi tai kartiomaiseksi, jotta sen puhtaanapito olisi helppoa ja sadevesi ei seisoisi kannella. Kannen ja seinän välinen sauma ja kaikki läpiviennit on tiivistettävä puurimalla tai tiivistenauhalla ja -massalla. Läpiviennit voivat olla kumisia tai muovisia. Säiliön rakentaminen ja kustannukset Piirros 3 esittää säiliön laskettuja materiaalikustannuk- sia, kun se tehdään betonista tai kyllästetystä puusta. Rineskustannukset 1000 Fmk Materia] cost 60 50 40 30 20 10 0 0 50 100 150 200 250 Bruttotilavuus m3 Gross volume Piirros 3. Kompostointisäiliön materiaalikustannukset - 42 - Vihtiin ja Pukkilaan rakennetut säiliöt ovat tilavuudel- taan 50 m3 puinen, ja 40 m3 betoninen. Nettotilavuudet ovat yhtä suuret 'noin 30 m3, koska vaahtoamistilat ovat erikokoiset ; Vihdin säiliö on muodoltaan matala, Pukki- lan säiliö korkea. Työ- ja materiaalimenekki kompostisäiliön rakentamisessa Kompostisäiliön rakennuskustannukset on arvioitu Vihdin ja Pukkilan kokemusten mukaan alla olevan esimerkin mukai- sesti. Kustannukset eivät ole todellisia, sillä työ-, raaka-aine ja rahtikustannukset on pyritty arvioimaan siten, etteivät paikalliset tekijät vaikuta tulokseen. Pukkilan säiliön eristys on mitoitettu toisin kuin raken- netussa säiliössä. Säiliö puusäiliö betonisäiliö Bruttotilavuus m3 46 39 Nettotilavuus m3 30 30 Sisähalkaisija m 4,5 3,5 Sisäkorkeus m 2,9 4,0 Lietepinnan korkeus m 2,2 3,5 Pohja Pinta-ala m2 20 13 Esityöt; kaivuu, tasaus h 9 13 Valutyöt + jälkivalut h 45 36 Materiaalimenekki hiekka m3 16,5 5 betoni m3 5 4 teräs kg 90 70 muottivaneri 9 mm m2 13,5 10,5 styrox 50 mm m2 25 15 tarvikkeet (lanka, puu, naulat) mk 200 150 - 43 - Seinä m2 Vaipan ala Pystytys h 12 96 Eristys h 6 6 Ulkovuoraus h 18 18 Materiaalimenekki kyll. puu m3 5,5 1,3 betoniharkot kpl 560 betoni m3 4 teräs kg 200 Eristysmateriaali villa 150 mm m2 42 175 mm m2 39 styrox 50 mm m2 10 8 Tarvikkeet; vaijeri naulat, pultit, erik.osat mk 1600 100 Rahti 100 km 390 550 Kansi Vihti Pukkila puusäiliö betonisäiliö Pinta-ala m2 22 14,5 Työt vuoraus h 20 14 eristys h 4 3 Materiaalimenekki kyll.puu m3 1,5 1,0 villa 100 mm m2 31 21 Tarvikkeet; huopa, kosteussulku, naulat, tiivistemassa ym. mk 1000 650 Rahti 100 km 110 500 - 44 - Kustannukset Pohja materiaali 3790 2660 työ 2370 2320 Seinä materiaali 11540 9060 työ 1260 4680 Kansi materiaali 3960 3020 työ 840 600 Yht. materiaali 19290 14740 työ 4470 7600 Sähköasennukset laitteet 2800 2800 työ 1880 1880 Lämmöntalteenotto laitteet 4300 4300 työ 1290 1290 Lietelantalinjat laitteet 500 500 työ 150 150 Säiliön hinta laitteet ja materiaali 26890 22340 työ 7790 10920 Yht. 34680 33260 Betonivaluharkoista tehdyn säiliön materiaalikustannukset ovat esimerkkitapauksessa pienemmät, työmenekki on kuiten- kin suurempi. Työkustannusten ero syntyy säiliön seinän pystytyksessä. Valutöiden tuntipalkkana on pidetty 40 mk/h ja muiden töi- den 35 mk/h. Sähkötöiden työkustannuskertoimena on käytet- ty 1,67, joten sähkötöiden kustannukset on saatu kertomal- la sähkölaitteiden ja -tarvikkeiden hinta 1,67:11ä. Mate- riaalin ja laitteiden hinnat vastaavat kesän 1985 tasoa. - 45 - E L Ä I N T I L A L A N T A V A R A S T O ( V A R A S T O A L L A S ) """ /\ " //\/\ ^"" ' t a rk k a i l u a u k k o „ h u o l t o l u u k k u :0 9— cr] 0 \ 1 I / \ / s \ / \ / \ / \ / • , .. . 1 / \./ \i/-\, / \ /\,/ \ / = 1 i T Li, cv a; P C71 v) = U) r 0 9— k i e r t o v e s i p u u v u o r a u s 3 2 m m P E L - p u t k i - 46 - Kustannukset 1000 Fmk Cost 60 50 401- 30 20 10 0 10 20 30 40 50 60 Bruttotilavuus m3 Gross volume 0 Säiliön kustannukset pystytettynä ja eristettynä lietelantalinjoineen ja sähköasennuksineen -11E. lisättynä lämmöntalteenottokustan- nuksilla +. lisättynä ilmastuskustannuksilla Piirros 4. Kompostisäiliön lasketut kustannukset - 47 - Pukkilan ja Vihdin tapauksissa molempien säiliöiden kus- tannukset ilman töiden osuutta jäävät välille 22-27 000. Tällöin on kustannuksissa otettu huomioon lämmönsiirrosta ja lietelantalinjoista aiheutuvat kustannukset. Ilmastuk- sen kustannukset tulevat tämän lisäksi. Puisen säiliön kokonaishinta saadaan kertomalla materiaalikustannukset 1,3:11a ja betonivaluharkoista tehdyn säiliön 1,45:11ä. Ilmastuksen kustannukset muodostuvat seuraavista osista ilmastimen hankinta + asennus vaahdon hävittämisestä aiheutuva kustannus; vaahdon hävitin + valvonta- ja käyttölaitteet Lisäksi kompostoriin saatetaan tarvita lietepumppu tai se- koitin tyhjennystä, täyttöä tai sekoitusta varten. Piirros 4 esittää valmiin säiliön kustannuksia eri materi- aaleista tehtynä. Kuvassa on huomioitu lämmöntalteenotto- laitteiden kustannukset sekä sähköasennuskustannukset ilmastinta, lietelantapumppua, vaahdonhävitintä ja pinta- kytkintä varten. Ilmastinlaitteistoon kuuluuvat pohjail- mastimet, matalapainekompressori moottoreineen ja ilmanja- koputkisto (vrt. taulukko 13 sivulla 100). 3. LÄMMÖN KEHITYS- JA TALTEENOTTOKOKEET 3.1 Kehittyvä lämpö Kompostoinnissa syntyvän lämmön määrään ja lämpötehoon vaikuttavat. ilmastus käsittelyaika käsittelylämpötila lannan laatu 8 - 48 - Ilmastuksen tehokkuudella on ratkaiseva merkitys sekä läm- mön tuotolle, että lämmöntalteenotolle. Ihannetapauksessa ilmastus on niin tehokasta, että kaikki syötetyn ilman hap- pi kuluu prosessissa. Tarvittavan ilmamäärän arviointi voidaan tehdä esim. kuvan 33 perusteella, jossa on lasket- tu ilman tarve eri lämpötiloissa käsittelyajan muuttuessa sivulla 49 olevien lähtöarvojen mukaan. Kuvasta saadaan myös teoreettinen lämpöteho jatkuvatoimisessa kompostoris- sa eri viipymäajoilla. Koska tuoreen lannan syöttö on tarkoituksenmukaista tehdä esimerkiksi kerran vuorokaudessa, ilman tarve vaihtelee jonkin verran vuorokauden jaksoissa. Ilmamäärän jatkuvaa säätää on kuitenkin hankala toteuttaa, ja se tulee kal- liiksi. Käytännössä ilmamäärä saa vaihdella hyvinkin laa- joissa rajoissa. Mentäessä alle minimi-ilmamäärän tulee happi rajoittavaksi tekijäksi ja lämmöntuotto hidastuu. Tällöin on joko pidennettävä käsittelyaikaa eli vähennet- tävä lannan lisäystä •tai vähennettävä kerrallaan käsitel- tävää lantamäärää ja vuorokautista lisäystä. Kokeissa säi- liö on pysynyt "hengissä" hyvin pienillä ilmamäärillä, kun käsittelyaikaa on pidennetty. Lisäysväliä pidentämällä varsinaista alarajaa ilmamäärälle ei kokemuksien mukaan ole. Vaikeudet alkavat vasta sitten, kun lisäysmäärä on pitempään liian suuri ja tiheä. Tällöin kompostin olo- suhteet muuttuvat hitaasti ja lähestytään tilannetta, joka vallitsee kompostoinnin alussa. Lämpötilan nousu käyttölämpötilaan kestää keskimäärin 3 vuorokautta (2-7 vrk) riippuen lannan määrästä ja kuiva-ainepitoisuudesta käynnistyksessä. - 49 - .2" C.51 CO CO (-kJ cCi ~0§, Lin C51 LA MP EN EM IS TE HO 5 0 = 1-0 CL -• XC o. ..J CO •a- rt-1 co .3" C•J 1. 0, o >s 0 2 _3= == 1.1.1 I— 0 I— w ›.- I— Q I— 2 I-. VI 0. VI 0. I— •-. 20 .... z LL1 0 12 2 XC -...., 0- —I LJJ -.J BR U T TO TE HO C1 0 333 CI[ Y .3- CL) 0 o n t e h t y s i v u l l a 5 0 n e t t o t i l a v u u d e l l a . L a s k e n t a t a r v e s a a d a a n k e r t o m a l l a k u v a s t a :o :co cr• -.3= 0 I— /-• VI 0 •••• XC CL C52 cs-) l5Z1 ui CLI 6:1 CO C.0 CD CS11 IX) C52 0 a) 0 _Nc r- 5- :(CI > 5.- "•••.. 61 :ca en co :ro E no E .-- ... (I) CLJ -.Nc ,r- 0 -I-, 0 :0 I• 3- ..-- 4-) :ft; +3co a.) _c vi 0 ccs cr) 0 ccs ca > 4-) .--• S« = 0 (1:3 0 ...c c 63 0 (0 0 4-) > GJ :0 4-) 11:3 0.- 0 4-) 0 = _7- (13 > :rc c) co s- ..-i 1- (fI co cv) eri res - 50 - 3.2 Lämpöhäviöt ja nettolämpöteho Kuvista 33 ja 34 ilmenevät kompostoinnin lämpöhäviöt eri käsittelyajoilla ja -lämpötiloissa, kun seuraavat lähtöar- vot ovat voimassa: ulkoilman lämpötila -5°C, suht. kosteus 80% säiliön k-arvo 0,5 wim2 oc lannan tulolämpötila 15 0C hapen hyväksikäyttöaste 30% säiliön korkeus on neljä metriä, halkaisija tilavuuden mukaan kiintoainepitoisuus 9% orgaaninen aines kiintoaineesta 70% typpi/hiili 0,15 Kuvissa 33 ja 34 käsittelylämpötila tarkoittaa aritmeet- tista keskilämpötilaa eikä ajallista vuorokautista keski- lämpötilaa, joka on hiukan suurempi. Lämpöhäviöt ovat sik- si todellisuudessa hiukan suuremmat. Kompostoitu lanta poistuu keskimääräistä käsittelylämpö- tilaa korkeammassa lämpötilassa kompostorista. Jos hapen hyväksikäyttöaste on vain 10%, ovat häviöt pois- toilman mukana kolminkertaiset kuvissa 33 ja 34 esitettyi- hin verrattuna. Poistoilmahäviöt voivat tällöin estää läm- pötilan nousun esimerkiksi yli 45 0C:een. Toisaalta eri syistä on mielekästä pyrkiä ottamaan lämpöä talteen myös poistoilmasta ja mahdollisesti poistuvasta lannasta. ER I ST YS H Ä V ItI LA MP O LA MP IM IS LA M PU NE TT OL AM PU L k I P I M l SL )( MM :1 ER I S TY SH ÄV 1 t IL BR U T TO LA MP D 6:1 PO IS TO IL M AI M P U _ est w ta Cr) :03 43 :0 0- +3 "i 61 C9.1 l ä h t ö a r v o j e n l i e t e l a n t a k u u t i o n k o m p o s t o i n n i s s a s y n t y v ä n C51 a.) a) -c 1.Y ›- CS3 (52 CZ) Lr"") (N..) - 51 - CS7 C33 C51 1:13 :3- 4-) :115 r•• -NL 5— C) 4-) CNJ W ue1 uc) c a) rci 6 tu 15) —1 2 C-1.1 4-) :0. :0 (0. NE TT O L Ä MP I I BR UT TO LÄ MP O P0 1 S TO IL M AL L ÄM P I A til S LA NP II ER IS TY SH AV I D L Ä MP t i C5) Lin PEL-putki 1" kannatinpuu kulma rauta puurima seinä - 52 - 3.3 Lämmöntalteenotto 3.3.1 Lanta/vesilämmönvaihtimet 100 mm Kuva 35. PEL-putki lämmönvaihdin Yleisimmin käytetty lämmönvaihdin kompostilämmön talteen- ottamiseksi on kuvassa 35. Musta PEL-putki, jonka sisä- läpimitta on 25-40 mm kiertää lähellä säiliön seinää. Putkea tarvitaan noin 6-8 m säiliön lantakuutiota kohden. Putki on asennettu lovettujen pystytukien varaan, jotka on puolestaan kiinnitetty säiliön seinään sinkityillä kul- maraudoilla. Pystytuet ovat kyllästettyä puuta. Säiliöstä, jonka hyötykorkeus on vähintään puolet läpimitasta, putkenpituus 8 m/m3 lantaa ja veden virtausnopeus 0,3-0,4 m/s, saadaan lämmitysvettä, jonka lämpötila on 1-1,5 0C säiliön lämpötilaa matalampi. PEL-lämmönvaihdin on helppo tehdä ja se on halpa. Kuvan 36 lämmönvaihdinta on kokeiltu mm. Saksan Liitto- tasavallassa ja Ruotsissa. Se muistuttaa tavallista vesi- keskuslämmityspatteria materiaalina haponkestävä teräs. Tällainen lämmönvaihdin vaatii pienen kokonsa vuoksi pa- remman sekoituksen kuin PEL-lämmönvaihdin, joka ei ole Kuuma vesi lattialämmitykseen - 53 - kovin vaativa sekoituksen suhteen. Levylämmönvaihtimen asentaminen ja puhdistus on helppoa. Toisaalta PEL-läm- mönvaihdin ei kokemusten mukaan vaadi puhdistamista. Lämmönvaihdin Kuva 36. Haponkestävästä teräksestä tehty levymäinen lanta/vesilämmönvaihdin, Ruotsi Orsa. 3.3.2 Poistoilman lämmönvaihtimet Poistoilman mukana menevän lämpöenergian määrä kasvaa voi- makkaasti (eksponentiaalisesti) säiliön lämpötilan nous- tessa. Usein joudutaan käyttämään suurta ilmaylimäärää matalan liukoisuusprosentin takia. Paineilmailmastuksessa ilmamäärä voi olla niin suuri, että poistoilmahäviöt estä- vät säiliön lämpötilan nousun esimerkiksi yli +50 °C:n. Tällöin on harkittava tehokasta lämmöntalteenottoa poisto- ilmasta. Se voi olla varsinaista lämmöntalteenottoa täy- dentävä tai yksinomainen lämmöntalteenottomenetelmä. Kuvan 37 lämmönvaihtimella lämmitettiin pelkästään sikalan ruokintavettä. Lämmönvaihdin tehtiin 160 mm muovisesta viemäriputkesta, jonka sisälle kierrettiin 12 mm Upo- let-putkea sata metriä. Lämmönvaihtimen vaippaputken pituus on n. 4 metriä. - 54 - Kuva 37. Vihdin poistoilman lämmönvaihdin Kuvasta 38 käy ilmi lämmönvaihtimen teho ja veden lämpiä- minen eri poistoilman lämpötiloilla. Tuleva vesi on ollut kylmää kaivovettä, jonka lämpötila on keskimäärin 7 °C. Tanskassa on kokeiltu kuvan 39 mukaista poistoilman läm- mönvaihdinta kiinteän lannan kompostointilämmön talteen- otossa, jossa se on kompostorin ainoana lämmönsiirtimenä. Kuvan lämmönvaihtimella päästään lähes yhtä pieneen lämpö- tilaeroon lannan ja veden välillä kuin PEL-putkilämmön- vaihtimella ja lämmönvaihtimesta saatavan veden lämpötila on noin 55 °C ko. olosuhteissa. Haittapuolena on vaihtimen monimutkainen rakenne, huollon tarve ja korkeahkot valmistuskustannukset. VEDEN LÄMPENEMINEN o C WATER TEMP. RISE 15 10 5 IiIMPÖTEHO kW HEF1TING POWER -15 -- - 55 - 0 10 20 30 40 50 POISTOILMRN LÄMPÖT. o C EXHRUST RIR TEMP. Kuva 38. Vihdin poistoilman lämmönvaihtimen teho Poistoilmasta lämmönvaihtimessa tiivistyvä vesi palautuu takaisin kompostoriin. Samalla veden mukana palautuu osa poistoilman mukana normaalisti hukkaan menevästä ammoniak- kitypestä. Typpihäviöiden vähentäminen lisää kompostoidun lannan arvoa. Mikäli kompostorin lämpötila on korkea, yli 50°C, on vaara, että ilman mukana poistuu liikaa kosteutta kom- postista ja lietelanta paksunee liiaksi. Tällöin ilmasta- minen ja lannan sekoitus vaikeutuvat. Optimi kuiva-aine- pitoisuus ilmastuksen kannalta on nolla. Lietelannan kom- postoinnissa sen on kuitenkin todettu lämmönkehityksen ja 9 jaahtynyt- ilma ilma kompos- torista - 56 - —vettä « vedenjakaja täytemateriaalia reikälevy keskuslämmitys- vesi lämmennyt tuloilma vedenjakaja kylmä tuloilma täytemateriaalia reikälevy (' kiertovesipumppu vesisäiliö Kuva 39. Tanskalainen poistoilman lämmönvaihdin käytännön syiden takia olevan 2-8%. Yli 12%:ssa lannassa ilmastus ei tahdo enää onnistua riittävän tehokkaasti kulu- tettuun sähköenergiaan nähden. Hyvin laihassa lannassa taas ei ole enää tarpeeksi palavaa ainesta. Käytännössä lietelannan kuiva-ainepitoisuus on luokkaa 8-10%. Lai- mentaminen nopeuttaa kompostoitumista, mutta käytännön syistä sitä ei voitane tehdä. Lämmönvaihtimen materiaalille asetetaan suuret vaatimuk- set, sillä poistoilma on lämmintä, kosteaa (suhteellinen kosteus 100%) ja sisältää haitallisia ruostuttavia kaasu- ja, joista tärkein on ammoniakki. Sen sijaan poistoilmassa ei ole kovinkaan paljon kiinteitä hiukkasia. Kestäviä materiaaleja ovat yleisimmät muovit (PEH, PEL, PVC), lasi ja haponkestävä teräs. Eräät alumiiniseokset, joita on käy- tetty esimerkiksi eläinsuojien ilmastointi- ja lämmönsiir- tolaitteissa saattavat kestää pitkäänkin. Puhdas alumiini ei ole kestävä materiaali. Sinkityt ja kupariosat eivät kestä kauan ko. olosuhteissa. A = tuore lanta sisään B = tuore lanta ulos C = kompostori D = käsitelty lanta sisään E = käsitelty lanta ulos F = voiman siirto - 57 - 3.3.3 Poistuvan lannan lämmönvaihtimet Lämmöntalteenottoa kompostista poistuvasta lannasta on sel- vitetty muun muassa Tanskassa ja Sveitsissä. Kuvassa 40 on tanskalainen pyörivä lanta/lantalämmönvaihdin ja kuvassa 41 sveitsiläinen lanta/lantalämmönvaihdin. Nämä lämmönvaihtimet eivät ole teknisesti ja hintaansa nähden täysin tyydyttäviä ratkaisuja. Ongelmana on saada lämmön- vaihdin toimimaan lähes huollotta ja myös kestämään ilman, että hinta kohoaisi hyötyyn nähden korkeaksi. Lan- ta/lantalämmönvaihtimien hinnat alkavat 10 000 mk:sta. Erillinen lanta/lantalämmönvaihdin tulee helposti kalliik- si, koska se vaatii täytön tai tyhjennyksen tai hyvän sekoituksen. Jos sekoitusta ei ole vaaditaan kohtalainen lämmönsiirtopinta, jonka tulee kestää ja pysyä puhtaana. Kuva 40. Tanskalainen pyörivä lanta/lanta-lämmönvaihdin /Hau 82/. Varastosäiliö Pumppukaivo Biokaasu Biokaasureaktori Pinta 6,9 Tilavuus 135 m 5m - 58 - Kuva 41. Sveitsiläinen lanta/lanta-lämmönvaihdin /Eg 83/. - 59 - 3.3.4 Lämpöpumpun käyttö lämmön talteenotossa Yhtenä mahdollisuutena on käyttää lämpöpumppua lämmöntal- teenotossa. Tällöin voidaan joko pyrkiä ottamaan lämpöä talteen poistoilmasta tai poistuvasta lannasta tai pyrkiä kohottamaan säiliöstä tulevan lämpimän veden lämpötilata- soa. Edellisessä tapauksessa ongelmat ovat samat kuin läm- mönvaihtimilla tapahtuvassa lämmöntalteenotossa, vaikkakin ne voidaan ehkä helpommin ohittaa ja silti säilyttää riittävä teho. Pääoma- ja käyttökustannukset kuitenkin kas- vavat ja laitteistosta tulee helpommin haavoittuva sen monimutkaisuuden tähden. Jälkimmäisessä tapauksessa on to- dettava, että lämpöpumpulla päästään noin 50 °C:n lämpö- tilatasoon, joka ei ole kovin paljon korkeampi kuin yksin- kertaisella laitteistolla ilman lämpöpumppua. Lähtöajatuk- sena on siksi toistaiseksi pidettävä sitä, että ellei ma- talalämpötilaisella +400C:lle lämmölle ole paljon käyttöä, ei ole syytä investoida myöskään lämpöpumppuun. Jos lämpöpumppua käytetään, sen hinta ei saa olla korkea eli laitteiston täytyy olla yksinkertainen ja varmatoiminen. 3.4 Lietelannan vaahtoaminen 3.4.1 Vaahdon kehittyminen Lietelanta vaahtoaa ilmastusmenetelmistä riippumatta. Vaahdon määrään ja laatuun vaikuttaa ilmastusmenetelmä, mutta myös kiintoainepitoisuus ja lannan laatu yleensä sekä käsittelylämpötila. Lannan vaahtoaminen voi olla niin runsasta, että säiliö käytännöllisesti katsoen tyhjenee lyhyessä ajassa, ellei vaahtoa palauteta takaisin lietelannaksi. Kuvan 42 tapauk- sessa ei käytetty vaahdonhävitintä. Yhden yön aikana vaah- toa voi syntyä 6-8 m3 - lietelannaksi laskettuna. Riippuen vaahdon tiheydestä se vastaa 15-100 kuutiometriä lanta- vaahtoa. - 60 - Kuva 42. Ensimmäinen "onnistunut" koe Vihdissä On syytä todeta, ettei lanta juuri vaahtoa, jos kompostoi- tuminen on hidasta. Putki-ilmastimilla suoritetun noin 2 kk kokeilun aikana vaahto ei kertaakaan ollut lähellä- kään tulla ulos säiliöstä, mutta niinpä ei myöskään kom- postin lämpötila noussut. Lämpötilan kohoaminen on selvin merkki hyvästä kompostoitumi3esta. Vaahtoaminen on vähäistä käynnistysvaiheessa, mutta kiih- tyy lämpötilan noustessa yli 30°C:n. Ilmastimen synnyttä- mien kuplien koko sekä ilmamäärä vaikuttavat alussa vaah- don määrään. Vaahto on aluksi yleensä suurikuplaista ja jos vaahtotila on kyllin suuri, kuplat rikkoutuvat itsek- seen. Vaahtoaminen on suunnilleen yhtä runsasta välillä 40-50 °C (korkeammissa lämpötiloista ei saatu riittävästi kokemuksia) ja voimakkainta lämpötilan nousuvaiheessa vähentyen lämpötilan alkaessa laskea. Ohut lanta tai vedellä laimennettu lanta vaahtoaa runsaammin kuin paksu lanta. Vaahdon tiheys vaihtelee 40-500 kg/m3 välillä ollen yleensä alle 50 kg/m3. Vaahdon tiheyteen vaikuttaa ennen kaikkea käytetty vaahdonhävittämismenetelmä. - 61 - Kompostoinnissa syntyvä lantavaahto on hyvin pysyvää. Ympäristössä se säilyy viikkoja lähes muuttumattomana, ellei voimakas sade hävitä sitä. Säiliössä lantavaahto vie moninkertaisen tilan lantaan verrattuna. Lantavaahdon pinta kuivuu nopeasti, sisus hyvin hitaasti. Vaahdon hävittämiseksi on kokeiltu erilaisia menetelmiä. Koska vaahdon määrään ja laatuun vaikuttaa ilmastintyyppi, olisi tiedettävä olosuhteet, joissa kutakin menetelmää on kokeil- tu, jotta voitaisiin olla varmoja sen tehokkuudesta. 3.4.2 Vaahdonestoaineet Vihdissä tehdyssä tutkimuksessa kokeiltiin yli kymmentä erityyppistä vaahdonestoainetta. Vaahdonestoaineen vaah- donmuodostusta ehkäisevä vaikutus perustuu sen ainesosien kykyyn pienentää pintajännitystä. Kokeiluissa löydettiin kolme ainetta, joilla oli selvästi havaittava vaikutus vaahtoamiseen. Näistä yksi oli selvästi toisia tehokkaampi annostelumäärän, -välin ja vaikutus nopeuden perusteella. Sen kokeilua jatkettiin noin puolen vuoden ajan. Kokeiluissa todettiin, että pitempään käytettäessä ja korkeissa lämpötiloissa annostusta oli' vähitellen lisät- tävä. Vaahto muuttui hyvin pienikuplaiseksi ja juoksevaksi ja sen tiheys kasvoi arvoon 500 kg/m3. Tällaisen vaahdon pitäminen säiliössä vaati loppuvaiheessa yli 5 1 vaah- donestoainetta vuorokaudessa, kun annostus alkuvaihesssa oli alle 100 ml/vrk. Mikäli vaahdonestoaineita tilapäisesti käytetään, niiden on oltava elintarviketeollisuudessa yleisesti käytettyjä tyyppejä tai muuten myrkyttömiksi todettuja. Kompostoltu- misprosessiin ei millään kokeilluista vaahdonestoaineista todettu olevan vaikutusta. - 62 - 3.4.3 Mekaaniset vaahdonhävittimet Vaahdon palauttaminen nesteeksi imulla Itseimevissä upotettavissa pohja- tai väli-ilmastimissa voidaan vaahto imeä samaa tietä kuin ilma ja sekoittaa se nesteeseen, jolloin vaahdon hävittäminen itse asiassa perustuu ilman kierrätykseen. Ilmastin imee sitä vähemmän ilmaa mitä enemmän vaahtoa sillä on imettävänä. Koska vain osa ilmasta jää vaahtokupliin, takaa se riittävän kaa- sunvaihdon. Vaahdon hävittäminen tällä tavalla alentaa ilmastimen tehokkuutta (OC-arvoa), vaikka hapen hyväksi- käyttöaste suurenee. Samalla poistoilmahäviöt pienenevät. Kuvassa 43 on eräs sovellutus vaahdon nesteeseen palautus- menetelmästä. Lisää esimerkkejä on luvussa 2, Ilmastimet. Vaahdon kulkua voidaan ejektori-ilmastuksessa edistää kar- tiolla. On kuitenkin otettava huomioon, että vaahdon omi- naisuudet: juoksevuus ja valumiskulma saattavat vaihdella, joten kartiosta ei saa tehdä liian loivaa, kuten kuvassa 44. - 4ew Kuva 4.3. Vaahdon hävittäminen itseimevällä ilmastimella - 63 - 0 1m Kuva 44. Ejektori-ilmastajaan tehty vaahdon kulkua edis- tävä kartio /Baa 78/. Ejektori-ilmastin pitää vaahdon pinnan kurissa, jos se on säiliön ainoa ilmastin. Vihdissä suoritetussa kokeilussa ejektorin ilmamäärä putosi kuitenkin lähes puoleen, kun se joutui imemään vaahtoa jatkuvassa käytössä. Maatalous- teknologian tutkimuslaitoksella tehdyn ejektorin ilmamää- rä oli jatkuvassa käytössä noin 20 m3/h. Jos ilmamäärä putoaa puoleen niin teoriassakin on mahdollista päästä vain lämpökertoimeen 2 tuotetun kompostilämmön suhteen. Vaahtokuplien mekaaninen rikkominen Vaahto voidaan hävittää mekaanisesti myös rikkomalla kuplat niin sanotulla vaahtoveitsellä, kuva 11, nes- tesuihkun pisaroiden avulla, kuva 45, kitkan ja keski- pakoisvoiman vaikutuksesta, kuva 46. 10 " :•••• "'" ••••• - 64 - Kuva 45. Vaahdon hävittäminen lantasuihkun avulla /Baa 78/. fi n. 0 lm Kuva 46. .Kitkaan ja keskip.akoisvoimaan perustuva vaahdon- hävittäjä /Baa 78/. - vaakasuora asennus - 65 - Kuvan 45 periaatetta kokeiltiin Vihdissä useilla eri ta- voilla. Sekoituspumppuna toimivan lietepumpun lantasuihku ohjattiin vaahdon päälle ylimääräisellä putkella. Putken toiseen päähän asennettiin törmäyslevy, joka levitti lan- tasuihkun laajalle alalle vaahdon päälle. Suihkun vaiku- tusta yritettiin tehostaa myös putken päässä olevalla kar- tiolla. Kuvassa 47 on esitetty eri versioita kokeilluista tavoista. - vaahdon hävittämiseksi tehty kartio ja törmäyslevy säiliön kattoon asennettuna Törmäyslevy Kartio - pystysuora asennus Kuva 47. Vaahdon hävittäminen lantasuihkun ja törmäys- levyn avulla - 66 - Samalla kun sekoituspumppu toimi sekoittimena se hävitti vaahtoa. Menetelmä toimi aluksi hyvin, mutta noin kuukau- den kokeilun jälkeen todettiin, ettei sen teho ollut riit- tävä, jotta ilmastus olisi voitu pitää jatkuvasti päällä. Vaahdon tiheys kasvoi, kun kuplakoko pieneni. Lopulta vaahto tulvi yli eli kokeilussa kävi samoin kuin vaahdon estoaineiden kanssa. Vaahdonhävitin kulutti aluksi keski- määrin 1 kW sähkötehoa, kokeilun lopussa sähkönkulutus oli yli nelinkertainen. ii g> Kuva 48. Pyörivä levyvaahdonhävitin / Baa 78/. Kuvan 48 vaahdonhävitintä on kokeiltu Saksan Liittotasa- vallassa. Periaate on hyvin yksinkertainen; vaahto valuu noin 1000 kierrosta minuutissa pyörivän levyn päälle ja paiskautuu keskipakoisvoiman vaikutuksesta vaahdonhävitti- men vaippaan. Paine- ja kitkavoimien vaikutuksesta vaahto- kuplat rikkoutuvat. Sikäläisten kokemusten. mukaan laite toimii hyvin kaikenlaisessa vaahdossa. - 67 Vaahdonhävittimen valintaan vaikuttaa eniten ilmastin ja ilmamäärä. Sitä varten olisi tiedettävä olosuhteet, jois- sa vaahdon hävitin toimii. Hinnan ohella yksinkertainen rakenne, huollettavuus ja ennen kaikkea energiankulutus ovat tärkeitä tekijöitä. F Kuva 49. Kotimainen vaahdonhävitin, Rauma-Repola Kuvan 49 vaahdonhävitintä käytetään muun muassa selluloo- sateollisuudessa. Sen toimintaperiaate on lähes sama kuin kuvassa 48. Pienimmät, 10 kW moottoreilla varustetut, mal- lit ovat kuitenkin liian suuria käytettäväksi lietelannan kompostoinnissa syntyvän vaahdon hävittämiseen. - 68 - Kuva 50. Koevaahdonhävitin Maatalousteknologian tutkimuslaitoksella kehitettiin kuvan 50 mukainen vaahdonhävitin, joka on teholtaan osoittautunut riittäväksi sekä Vihdissä että Pukkilassa. Vaahdonhävittäjänä toimii keskipakoispuhaltimen siipi, joka pyöriessään imee vaahtoa alhaalta ja rikkoo kuplat heittäen nesteytyneen lannan ympäri säiliötä. Vaahdon- hävittimen keskimääräinen sähkönkulutus on ollut 600 W. 3.5 Sekoitus Sekoituksella on eri tutkijoiden mukaan kompostoitumista edistävä vaikutus. Paksujen nesteiden sekoittaminen on ongelmallista lähinnä siksi, että tyydyttävän sekoituksen aikaansaamiseksi joudutaan käyttämään runsaasti energiaa ja itse sekoituslaitteen on oltava teholtaan suurehko. Sekoittaminen tulee siksi helposti kalliiksi sekä inves- tointi- että käyttökustannuksiltaan. - 69 - Sekoituksen suoranaista vaikutusta kompostoitumiseen on vaikea tutkia, koska kompostoitumisen lopputulos riippuu monista tekijöistä. Lietelantaa kompostoitaessa ongelmana on usein lietteen paksuuntuminen säiliön pohjalle, jos riittävää sekoitusta ei ole tai asiaa ei ole muulla ta- voin ratkaistu. Sekoitus parantaa kompostoitumisedellytyk- siä tuomalla pohjalle laskeutunutta paksumpaa lantaa il- mastusvyöhykkeeseen, jonka ulkopuolelle pohjakerros hel- posti jää, sekä tehostamalla hapen liukenemista. Sekoituk- sen aikana nesteen ja kaasukuplien välinen rajapinta uu- distuu tehokkaasti, mikä parantaa hapen liukenemista. Lisäksi kaasukuplien kontaktiaika pitenee niiden joutues- sa kulkemaan nestevirtauksen mukana muuhunkin suuntaan kuin ylöspäin. Täydellistä sekoitusta, jossa lanta olisi täysin homogeenista, ei saada aikaan kuin suotuisissa olo- suhteissa, jossa säiliön muoto on lähellä optimaalista ja laitteen sekoitusteho riittävä. Tällöinkin täydellinen sekoitustila on vain ajoittaista, koska suuren tehontar- peen takia sekoitus ei voi olla jatkuvaa ja lietelanta kerrostuu nopeasti. Ilmastimet sekoittavat (itsestään) myös lantaa. Tapauksissa, joissa ilmastimen sekoitusteho on vähäinen, kuten paineilmastimissa ja pintailmastimissa yleensä, on joko hankittava erillinen sekoitin tai huoleh- dittava muulla tavoin siitä, ettei lanta paksuunnu ja ker- rostu liiaksi pohjalle. Vihdin tapauksessa, jossa ilmastimina ovat paineilmailmas- timet, käytettiin lietelantapumppua sekoittamiseen. Noin kuukauden pituisen koejakson aikana sekoituksella ei to- dettu kuitenkaan olevan selvää vaikutusta kompostoitumi- seen. Koejakson aikana säiliötä sekoitettiin 5,5 kW lanta- pumpulla kolmen tunnin välein 15 min kerrallaan. Keskimää- räinen sekoitusteho oli 400 W. Koska sekoitus ei ole täl- lä koesäiliöllä välttämätöntä mistään syystä, siitä luo- vuttiin. Laskeutumisen takia ilmastimia on nostettu poh- jasta. Koska säiliön tyhjennys tapahtuu lietepumpulla, ei pitkäaikaisessakaan käytössä ole ilmennyt vaikeuksia säi- liön ilmastamisessa ja tyhjentämisessä. Tyhjentäminen - 70 - voidaan tehdä myös ilman lietepumppua säiliön pohjalta. Pohjalla oleva sakea kerros muuttuu kompostoitumisen aikana toisenlaiseksi kuin tuoreessa lannassa. Sitä voi- daan pumpata vaikeuksitta, jos kompostoituminen on ollut riittävää. Tuoreen lannan pohjakerros on voimaista tai savimaista, kompostoidussa lannassa kerros on irtonaista ja höytymäistä. Vihdin kokeissa käytettiin minimi-ilmamäärään verrattuna yli nelinkertaista ilmamäärää. Jos saatuja tuloksia verrataan laboratorioissa tehtyihin teoreettisluonteisiin tutkimuksiin, voidaan karkeasti todeta, että kehittynyt bruttolämpö oli 90 % maksimista. Mikäli sekoituksella saadaan puuttuvat 10% lämmöstä, se ei vielä tee sekoitusta taloudelliseksi. Jos sekoitus parantaa tuntuvasti hapen hyväksikäyttöastet- ta, pienenevät poistoilmahäviöt ja sekoituksen merkitys kasvaa huomattavasti. 3.6 Mittaustavat 3.6.1 Koelaitteisto Seuraavassa esityksessä tiedot perustuvat pääosin mv. Mäenpään sikalassa tehtyihin mittauksiin. Pitkäaikaiset mittaukset voitiin tehdä vasta viimeisen puolen vuoden aikana, sillä laitteistoa kehitettiin koko alkuosan tutki- musta. Pahimpana ongelmana oli vaahtoaminen, joka opit- tiin hallitsemaan tyydyttävästi vasta puolentoista vuoden käytön jälkeen. Oman hankaluutensa mittausten ja laittei- den osalta aiheutti lietelanta, joka tutkimuskohteena on hankala materiaali. Esimerkiksi lietelantamäärien luo- tettava mittaaminen tuotti päänvaivaa, koska kompostisäi- liössä olevalla lannalla ei ole varsinaista pintaa käsit- telyn aikana. Näytteiden ottoon oli kiinnitettävä aivan erityistä huomiota lietelannan epähomogeenisuuden takia. - 71 - Kompostointilaitteisto, Vihti Kokeet tehtiin mv. Mäenpään kompostointisäiliössä Vihdis- sä, kuva 51. Kuva 51. Mäenpään säiliö, ulkokuva Säiliö on bruttotilavuudeltaan 50 m3 ja siinä voidaan kerrallaan käsitellä 35 m3 lietelantaa. Säiliön halkaisi- ja on 4,5 m ja sisäkorkeus 2,9 m. Lietepinnan korkeus on 2,2 m säiliön ollessa täysi. Kuvasta 52 ilmenee säiliön, lämmönsiirtoputkiston ja lait- teiden sijainti sikalan tuotantorakennukseen ja tilan omiin lämpökeskuksiin nähden. 11 9 7 11 - 72 - kylmä vesi lämmin vesi asuinrakennuksen lämmitys uusi lämpökeskus kylmäilma kuivaamon lämmönvaihdin vanha lämpökeskus pesutilat ruokintavesisäiliö kompostjn lämmönvaihdin poistoilman lämmönvaihdin kompostori varastosäiltö lietelantakellari kaivo /7 2 Kuva 52. Kompostointilaitteiston ja lämmitysjärjestelmien sijainti, mv. Mäenpää Vihti - 73 - Kompostointilaitteisiin kuuluvat Nokian lautasilmastimet, paineilmaputkisto ja kompressori (Rootin puhallin), vaah- donhävitin, pintakytkin, lantapumppu nostotelineineen sekoitusta ja tyhjennystä varten sekä lämmönvaihtimet. Säiliöstä lämpö siirretään vesikierukan ja sikalan läpi kulkevan siirtoputkiston avulla käyttökohteisiin. Ruokin- tavesi tulee suoraan kaivosta ja kulkee poistoilman läm- mönvaihtimen kautta lämmenneenä ruokintavesisäiliöön. Ku- vassa 53 nähdään kompostisäiliön sisällä olevat lautasil- mastimet asennettuna. Kuva 53. Lautasilmastimet käyttövalmiina - 74 - 3.6.2 Lämpötilamittaukset Lämpötiloja seurattiin Honeywell Versaprint-piirturilla ja tilapäisesti liuenneen hapen mittaukseen (YSI) tarkoi- tetun anturin lämpötilaelementillä. Säiliön lämpötilan lisäksi mitattiin ulkoilman ja säiliöön menevän ja pois- tuvan ilman lämpötila, säiliöstä lähtevän ja palaavan veden lämpötila sekä tulevan lannan lämpötila pistokokein näytteestä. Säiliössä oli vain yksi termoelementti säiliön lämpötilan mittaamiseksi noin metrin korkeudella pohjasta ja metrin päässä säiliön seinästä. Termoelementin korkeutta muutte- lemalla seurattiin lämpötilakerrostuneisuutta aika ajoin. Säiliön pinnan ja pohjan lämpötilaero oli niin pieni, et- tei useampia termoelementtejä katsottu tarpeelliseksi, kun elementin korkeudeksi asetettiin yksi metri pohjasta. 3.6.3 Ilmamäärän mittaus Kuva 54. Mittalaitteistoa; Venturiputki - 75 - Ilmamäärää seurattiin venturi-putkimittauksella. Venturin paine-ero muutettiin sähköiseksi viestiksi, joka luettiin jännitepiirturilta. Ilmamäärän mittauksen luotet- tavuutta seurattiin mittaamalla ilmamäärä kahdella eri termoanemometrillä ja mittaamalla Venturi-putken paine- ero uimurimanometrillä. 3.6.4 Lietelannan määrän mittaus Lietelannan määrän mittaamiseksi tai oikeammin arvioimi- seksi oli käytettävä useampia menetelmiä, koska mikään niistä ei ollut yksinään riittävän luotettava. Seuraavia menetelmiä käytettiin: kohomittaus pumppausaikaan perustuva arviointi lämpötiloihin perustuva arviointi näytteenottoon perustuva arviointi vastapaineeseen perustuva arviointi Lietepinnan mittaaminen koholla onnistuu käynnistysvai- heessa ja kompostoinnin alkupäivinä, mutta se muuttuu vähitellen epäluotettavaksi, sillä lantavaahdon tiheys kasvaa ja säiliössä ei lopulta ole selvää pintaa. Esi- merkkinä on kuvan 55 tilanne eräästä käyttötilanteesta, jossa käytettiin kohoa, jonka tiheys oli 0,5 kg/dm3. Koho, jonka tiheys oli 0,5 lähti vaahdon mukana kellu- maan. Lopulta jouduttiin käyttämään kohoa, jonka tiheys oli 0,85. Tällöin kävi kuitenkin niin, että koho vajosi liian syvälle, jos sen päälle kerrostui kiintoainetta. Kohon käytöstä luovuttiin myöhemmin kokonaan. Lietepumpun tuottoa seuraamalla silloin kun säiliön pinta voitiin luo- tettavasti mitata saatiin tuntuma pumpun tuotosta. Tällöin - 76 - todettiin, että pumpun tuotto oli 0,9-1,1 m3/min. Vain hyvin harvoin pumppausmäärät jäivät tämän alle. Koska tällaisiakin tilanteita sattui, eikä niitä voinut aina ennakolta tietää, tarvittiin lisää vertailumentelmiä. Yk- si tällainen saatiin rakentamalla säiliön viereen U-putki- manometri, joka täytettiin vesi-pakkasnesteseoksella. Ma- nometrissa nestepinnan 10 cm nousu vastasi 1,5 m3 lisäys- tä säiliön lietelantamäärässä. vaahdon pinta 1 vaahdon pinta säiliön pinta 150 200 säiliön pinta 150 200 - tilanne ennen vaahdon hävittimen - tilanne vaahdon hävittimen käynnin käyntiä jälkeen Kuva 55. Kohon käyttäytyminen pintamittauksessa vaahdon estolaitteen käynnin mukaan Käyttökatkosten takia, joita joskus sattui tyhjennyksen ja täytön aikana ja siksi, että vastapaine muuttui myös muista syistä kuin nestepinnan vaihtelujen takia, alet- tiin säiliön pinta määrittää näytteenoton avulla. Säili- östä otettiin putkella näyte, joka punnittiin. Säiliön ainemäärä saatiin kertomalla näytteen massa säiliön poik- kipinnan ja putken poikkipinnan suhteella. Säiliön pinta saatiin lannan tiheyden avulla, joka määritettiin näyt- teestä. Lietelannan tiheys vaihteli välillä 1,01-1,04 kg/dm3. - 77 - Säiliön lämpötilan muutosta tyhjennyksen ja täytön jäl- keen voitaisiin käyttää hyväksi lisäysmäärää laskettaes- sa, mikäli säiliö saataisiin nopeasti sekoitetuksi täytön jälkeen. Menetelmä edellyttää myös tarkkaa lämpötilojen mittaamista. 3.6.5 Energiamittaukset Laitteiston kokonaissähköenergian kulutus mitattiin kilo- wattituntimittarilla ja yksittäisten laitteiden verkosta ottamia sähkötehoja seurattiin sekuntikellolla ja kilowat- tituntimittarilla. Laitteiden käyntiaikaa seurattiin aika- releillä ja -kelloilla. Säiliöstä vesikierukalla talteenotettu lämpömäärä .kirj.at- tiin vuorokauden välein kalorimetristä. Poistoilman läm- mönvaihtimella talteensaatu lämpömäärä laskettiin piirtu- rista kiertoveden lämpötilojen ja vesimittarin lukeman avulla. Kompressorin tuottoa ja energiankulutusta eri vas- tapaineilla seurattiin päivittäin. 3.7 Lietelantanäytteet ja -analyysit Näytteiden ottamiseksi säiliöstä tehtiin näytteenotin, kuva 56, jolla saatiin lannasta koko lantakerroksen pak- suinen näyte. L= 4000 mm D u = 50 mm b -jousi -jatkos -kartio -ohjainmäntä Kuva 56. Näytteiden ottoa varten tehty näytteenotin - 78 - Näyte otettiin 1-3 kertaa viikossa tarpeen mukaan. Näyt- teistä tehtiin maatalousteknologian tutkimuslaitoksella liitteen 1 mukaisia määrityksiä tarpeen ja resurssien mukaan. Kemiallista hapen kulutusta seurattiin määrittä- mällä KMn04-kulutus happamassa liuoksessa. KHK-määrityk- set tehtiin vain kokeilumielessä ja seurannan vuoksi. Näytteitä laimennettiin 1:2000...3000 ennen määritysten tekoa. Tehdyt KHK-määritykset eivät ole luotettavia ja niiden suorittamisella pyrittiin vain seuraamaan kompos- toitumisessa tapahtuvia muutoksia ja selvittämään ko. menetelmän luotettavuutta. Muut kuin liitteessä 1 tehdyt analyysit lannasta tehtiin Viljavuuspalvelussa ja Maan- viljelyskemian ja fysiikan laitoksella Jokioisissa. Tule- vasta lannasta näyte otettiin lietepumpun painepuolelta täytön alku-, keski- ja loppuvaiheessa noin 10 vuorokau- den ajanjaksoina 80 1 astiaan, josta otettiin kokeen päättyessä keskimääräinen näyte. Liuenneen hapen mittaukset YSI-58-(liuenneen hapen) mitta- rilla eivät onnistuneet lietelannassa riittävän luotetta- vasti. Mittausten mukaan hapen konsentraatio vaihteli käynnistyksessä lämpötilan ollessa alle 30 0C 1...3 mg/1 ja kompostoinnin aikana alle 0,2 mg/l, yleensä se oli alle 0,1 mg/l. 3.8 Lämmöntalteenottokokeet 3.8.1 Vihdin tulokset Pitkäaikaiset mittaukset tehtiin kahtena ajanjaksona 16.1.-29.3.1985 ja 3.4.-12.5.1985. Lämpötiloja, lämmöntal- teenottoa ja sähkönkulutusta esittävät kuvat koejaksoilta ovat liitteessä 2. Lukuunottamatta kahta laiterikkoutumisesta aiheutunutta käyttökeskeytystä kokeen 1 aikana, voitiin kokeet suorit- taa yhtäjaksoisesti. Lämmön talteenottokokeiden päätulok- set ovat alla olevassa taulukossa 9. - 79 - Taulukko 9. Lämmöntalteenottokokeiden Aika Koejakso 16.1.-29.3 1 tulokset 3.4.-12.5 2 16.1.-12.5 1+2 Lämmön talteenotto kWh 14360 8260 22620 Lämpötehot: PEL-putki kW 6,8 7,3 7,0 poistoilma kW 2,0 2,0 2,0 yht. kW 8,8 9,3 9,0 Sähkön kulutus kWh 3280 1510 5000 Sähköteho kW 2,0 1,7 2,0 Lämpökerroin 4,3 5,4 4,5 Ulkolämpötila °C -9,9 1,7 -5,8 Säiliön lämpötila oc 39,2 43,1 40,6 Lähtevän veden lämpötila oc 38,1 41,4 39,3 Palaavan veden lämpötila oc 27,9 30,6 28,8 Keskimääräinen lisäys/vrk m3 2,30 2,66 2,43 Keskimääräinen käsittelymäärä m3 28,7 24,8 27,3 Viipymä vrk 12,5 9,3 11,2 Kiintoainepitoisuus 9 8,9 9,0 Ilmamäärä m3/h 105 90 100 Nettolämpömäärä kWh/m3 92 84 89 Koetulosten arviointi Saavutetut arvot ovat keskimääräisiä arvoja jättämättä mi- tään koejaksoa pois. Näin olisi voitu tehdä, sillä kokei- den aikana ei pyritty mahdollisimman hyvään tulokseen, vaan selvitettiin myös eri tekijöiden vaikutusta kompos- tointiin. Kokeen yhteispituus oli 3,5 kk eli 105 vrk. Tänä aikana lämpöä saatiin talteen 17 630 kWh säiliön vesikierukalla ja 5480 kWh olisi saatu talteen poistoil- masta, jonka lämmöstä vain osa hyödynnettiin. Kokonais- lämmönkehitys oli 46000 kWh ja siitä hyödynnettiin 50%. 12 - 80 - Sähkön kokonaiskulutus käynnistykset mukaan laskien oli 5002 kWh. Lämpökerroin on siten 4,5. Pelkällä vesikieru- kalla saavutettiin lämpökertoimeksi 3,5. Keskimääräiset lämpötehot olivat 7 kW vesikierukalla ja 2 kW poistoilman lämmönvaihtimella. Säiliöstä saatavan lämpimän veden keskimääräinen lämpötila jäi alle 40 0C:en. Jotta lämpöä voitaisiin paremmin hyödyntää, pitäisi lämpötilatasoa voi- da nostaa. Tähän onkin edellytyksiä, sillä talteensaatu lämpöenergia oli vain puolet kehittyneestä lämmöstä, joka on laskettu lisäämällä nettolämpötehoon häviöt. Bruttote- ho myös laskettiin lantamäärän perusteella. Alla olevasta tietokonelistauksesta käy ilmi, että keskimääräinen brut- tolämpöteho on ollut 18 kW. Laskennassa on sovellettu Evansin /Ev 82/ koetuloksia bruttolämpötehon laskemisek- si. KOMPOSTORIN LÄMPÖTILA, oC 40.60 LISÄYS/VRK, m3 2.43 4 LISÄYSTEN LUKUM./VRK 1.00. 3 LIETEMÄÄRÄ, m3 27.35 4 LANNAN TULOLÄMPÖTILA, oC 14.00. 5 KIINTOAINEPITOISUUS, % 9.00 6 ULKOLAMPOTILA, oC -5.80 7 ILMAMÄAIRÄ, m3/h 102.07 8 Volatile solids, % 68.00 9 N/C-SUHOE .15 10 k-ARVO, W/m2 oC .60. 11 ILMAN LAMPöTILA -5.80 12 ILMAN KOSTEUS, % 80.00 13 LIUKENEMISPROSENTTI, % 21.50 14 SAILIÖN HALKAISIJA, m 4.50 15 SAILIÖN KORKEUS, m 2.72 15 KÄSITTELYAIKA, vrk 11.26 17 LIUKENEMISPROSENTTI, % 21.50 Brutto, kWh/m3 Eristys, kWh/m3 Lämoleminen,kWh/m3 Poistoilma, kWh/m3 177.78 19.32 33.05 55.03 Sruttoteho, kW Eristyshaviö, kW Lampenemishaviö,kW Poistoilmahaviö,kW 18.00 1.96 3.35 5.67 NETTO 69.38kWh/m3 NETTO 7.03kW SAILIÖN Min-LAMPÖTILA 39.36 SAILION Max-LAMPOTILIA 41.84 Haoen kulutus .22kg02/h,netto-m3 Ilman tarve 3.73m3/h,netto-m3 - 81 - Laitteistoa voidaan parantaa niin, että lämpöä kehittyisi 10% kokeessa saatua enemmän. Lämpötilatason nostaminen termofiiliselle alueelle, yli 45°O:een, edellyttää tule- van lannan lämmittämistä ja/tai ilmastuksen tehostamista. Hapen liukenemisprosentti oli kehittyneen lämmön mukaan laskien 21-22%. Myös säiliön lämpötilan vaihtelut olivat melko suuria, varsinkin kokeessa 1, jossa matalin lämpötila oli noin 30°C. Tähän on vaikuttanut osaltaan riittävän käyttöko- kemuksen puute. Kokeessa 2 säiliön lämpötila on tasai- sempi käyttökokemusten lisäännyttyä. Myöskin säiliön pie- ni koko aiheuttaa lämpötilavaihtelua lisäysten yhteydes- sä, mikäli tulevaa lantaa ei lämmitetä. Säiliön eristyksen läpi menevä lämpöhäviöteho on mittaus- ten, mukaan 44 W/0C tai 0,60 W /m2°C. Suhteellisen huono eristysarvo johtunee siitä, että säiliö vaahtosi useamman kerran yli ja eristeisiin pääsi kosteutta. Lisäksi koesäi- liön kansi on mittausantureiden läpivientien ja muutos- asennusten takia reikäinen, joten haihtumishäviöt lisää- vät eristyksen osalle mitattua lämpöhäviötä. Paineilmalaitteisto on toiminut luotettavasti (lukuunotta- matta sähkökatkoja) ja huollon tarve on ollut vähäinen. Itse ilmastimet ovat sen sijaan vaatineet huoltoa noin puolen vuoden välein. Koesäiliössä huolto on ollut vaike- aa, koska ilmastimet ovat kiinteät ja huolto on tehtävä säiliön sisällä. Käytännössä ilmastimien on oltava ylös- nostettavia, sillä säiliöön ei saa mennä ilman raitisilma- laitteita ja nostoköyttä hengenvaarallisten kaasujen takia. Säiliön kannella on oltava turvana kaksi henkilöä. Keskimääräinen kompressorin verkosta ottama sähköteho oli 1,3 kW. -Ilmastimien optimiasennussyvyys ja optimi-ilmamää- rä kehittyvään lämpöenergiaan nähden jäivät tutkimuksessa selvittämättä. Ilmastimen valmistajan antamien tietojen mukaan /Le 85/ OC-arvo on suunnilleen vakio normaaleissa .5 0 0 10 20 30 VASTAPRINE kPa STRTIC PRESSURE 40 1.5 2 2.5 TEHONTRRVE kW POWER REQUIREMENT - 82 - ilmastussyvyyksissä kolmesta viiteen metriin jäteveden ilmastuksessa. Onko näin myös lietelannan ilmastuksessa? Karkeasti lasketaan myös, että liukenemisprosentti kasvaa potenssissa 0,8 upotussyvyyttä kasvatettaessa. Rootin puhaltimen energiankulutus näyttäisi tutkimuksessa tehty- jen mittausten mukaan, kuva 57, olevan suoraan verrannol- linen upotussyvyyteen. Kuva 57. Kompressorin energiankulutus Vaikka optimointi jäikin tutkimuksessa suorittamatta, on syytä olettaa, että OC-arvoa (4 kg 02/kWh) voidaan vielä parantaa. Vihdin tapauksessa voidaan päästä jopa alle kilowatin sähkönkulutukseen lämpötehon pienentymättä. - 83 - Vaahdon hävittäjää käytettiin jatkuvatoimisena suurimman osan ajasta, jolloin sen keskimääräinen sähkönkulutus oli 600 W. Lyhyen aikaa sitä käytettiin vaahdon pinnan vaihte- lujen mukaan ajoittain, jolloin kulutus putosi puoleen. Pintakytkinhäiriöiden takia kokeilua ei jatkettu pitem- pään, mutta koe osoitti, että vaahdon hävittimen sähkönku- lutusta voitaisiin pienentää. Kompostointilaitteiston kokonaissähkönkulutusta voidaan pienentää noin 1,5 kW:iin, mikä nostaa lämpökertoimen kuu- teen. Berthelsen esittää kuivakompostointikokeistaan saamiensa kokemusten perusteella kuvassa 58, että kompostorin käyttölämpötilan tulisi olla yli 55°C. Tällöin komposti toimisi itsesäätyvänä. Kun lämmönottoa kompostista lisä- tään, kompostin lämpötila laskee, jolloin mikrobien aktii- visuus lisääntyy ja lämmöntuotto suurenee. Mikäli kompos- toria ei kuormiteta liikaa, pysähtyy lämpötilan lasku, kun saavutetaan tasapaino lämmönoton ja lämmönkehityksen välillä. - 84 - Kompostoitumisnopeus Kompostoria käytetään käyrän tällä osalla I° 20 30 40 50 60 70 80 °C Lämpötila Kuva 58. Kompostoitumisnopeuden riippuvuus kompostin lämpötilasta /Be 52/. 3.8.3 Lietelannan muuttuminen kompostoinnin aikana Viljavuuspalvelun ja maanviljelyskemian ja fysiikan lai- toksen tekemät lihotussikojen lannan analyysitulokset ovat taulukossa 10. Lannan kuiva-ainepitoisuus vaihteli päivit- täin suuresti, joten oli tarpeen kerätä näytteet esimerkik- si 10 vuorokauden ajalta. Tässä mielessä näyte 84 ei ole edustava. Keski-Euroopassa lietelanta yleensä laimennetaan kompostointia varten vedellä niin, että sen kuiva-ainepi- toisuus on vain 3...4%. Laimentamiseen ei tämän tutkimuk- sen kokeissa haluttu ryhtyä, koska se tietää muunmuassa lantasäiliöiden koon ja lannanlevityskustannusten kasvua, eikä useilla tiloilla olisi siihen riittävästi vettä. Kompostoitaessa lantaa jatkuvatoimisessa reaktorissa, jon- ka viipymä oli noin 10 vrk lanta oli muuttunut sellaiseksi kuin taulukossa 11 on esitetty. - 85 - Taulukko 10. Sian lannan koostumus Table 10. Average characteristics of fresh pig manure Näyte - Sample Kirjall.-Ref. 83 n = 10 84 n = 10 85 n = 10 /Has83/ /Ke84/ /Ev82/ n=108 Kuiva-aine kg/m3 831'30 51 82 79,61'5,8 92 100 TS Org. aine 62 62,51'5,2 VS Hiili 36 Ctot Typpi 6,51'0,9 6,6 6,0 4,6±0,3 4,9 6,7 Ntot Liuk. typpi 5,2±0,4 4,9 3,4 Amm.-N Fosfori 2,01'0,2 0,97 1,9 2,2 1,7 Kalium 2,81'1,1 2,7 1,9 1,8 Kalsium 2,81'0,2 2,4 Ca Magnesium 0,81'0,3 Mg KHK-COD 77±7 133 C:N:P -:1:0,3 -:1:0,15 6:1:0,32 - KHK/ka - 0,97 1,33 COD/TS KHK/VS 1,23 COD/VS pH 7,0 6,51'0,2 - 86 - Taulukko 11. Sian lannan koostumus kompostoinnin jälkeen Table 11. Average characteristics of composted pig manure Näyte - Sample 83 n = 10 85 n = 10 Kuiva-aine kg/m3 97 ± 0,9 103 TS Orgaaninen aine 68 VS Hiilipitoisuus 40 Ctot Typpipitoisuus 5,3 ± 0,3 5,2 Ntot' Liukoisen typen pitoisuus 3,5 ± 0,4 Amm.-N Fosforipitoisuus 2,5 "I 0,2 3,3 Kaliumpltoisuus 2,5 ± 0,2 K Kalsiumpitoisuus fl 4,2 1: 0,5 Ca Magnesiumpitoisuus " 0,8 1: 0,05 Mg PH 7,9 ± 0,2 8,3 Vaikka kuiva-aineen absoluuttinen määrä vähenee on koelait- teiston kompostoitu lanta paksumpaa kuin kompostoimaton. Tämä on seurausta siitä, että haihtuminen-on voimakasta. Kompostoinnissa lannan määrä on vähentynyt 33-44% ja kui- va-aine 22-30%. - 87 - Selvin muutos on tapahtunut kokonaistypen määrässä, joka on vähentynyt puoleen. Tehokkaalla poistoilman lämmönvaih- timella voidaan vähentää typpihäviöitä. Typpitappio liete- lannan normaalissa varastoinnissa on noin 25%. Luotettavaa määritystä kemiallisen hapenkulutuksen muutok- sesta ei saatu tehtyä. Evansin /Ev 82/ mukaan KHK:n vähen- tyminen on noin 40% luokkaa ja biologisen hapenkulutuksen 80% luokkaa, kun käsittelyaika on 10 vrk. Lietelannan kouriintuntuvimmat muutokset tapahtuvat kerrok- sessa, joka yleensä laskeutuu säiliön pohjalle. Kompostoi- mattoman lietteen pohjakerros on savimaista, kun se kom- postoidussa on mutamaista, helpommin liikuteltavaa. Tämä voitiin todeta mm. näytteenottimella ja omin jaloin huol- lon yhteydessä. Näytteenotinta piti painaa kompostoimatto- maan lietteeseen. Kompostoidun lannan läpi se painui omal- la painollaan. Huollon yhteydessä kompostoitumisen havait- si siitä, että säiliön pohjalla oli helpompi liikkua, jos kompostoituminen oli kunnolla tapahtunut. Tuoreen lietteen pohjakerrokseen saapas jäi kiinni kuin suohon. Myös selvä hajun väheneminen, joka aiheutuu osaksi hajun muuttumisesta toisenlaiseksi, oli havaittavissa. Kompos- toinnin aikana ammoniakin haju tuntui voimakkaimmin. Dräger-putkilla tehdyt mittaukset osoittivat 8-10 ppm rikkivetypitoisuuksia ja 5 ppm ammoniakkipitoisuuksia 1,2 m säiliön huoltoluukun yläpuolella välittömästi käynnis- tyksen jälkeen. Seuraavana päivänä ja sen jälkeen rikki- vetyä ei voitu todeta. Säiliön sisällä ammoniakkikaasun pitoisuus oli useita kymmeniä miljoonasosia. Huollon aika- na jouduttiin käyttämään ammoniakkisuotimilla varustettuja kaasunaamareita sen jälkeen kun rikkivetyä ei oltu todet- tu. Huolto tehtiin aina mahdollisimman pian tyhjennyksen jälkeen ja ilmastus oli jatkuvasti päällä ilmastinlevyjen vaihtoa lukuunottamatta. 13 - 88 - 3.8.4 Pukkilan tulokset Hydixor-ilmastimen tyyppisen laitteen soveltuvuudesta lie- telannan ilmastukseen saatiin jonkin verran kokemuksia Pukkilasta mv. Raidan tilalla. Varsinaiset lämmöntalteen- ottokokeet jäivät muutaman viikon pituisiksi laitteiston käytössä esiintyneiden häiriöiden takia. Ongelmia aiheutti vaahdonhävittämisessä tarvittavan pinta- kytkimen oikuttelu ja ilmastimen toimintahäiriöt. Ilmastin ei toisinaan imenyt ilmaa ollenkaan luultavasti lannan liian korkean kiintoainepitoisuuden ja/tai kerrostumisen takia. Ilmastimen käyttöaikaa säädettiin aikakellolla. Lepoaikana säiliön pintaan kerrostui kuori, joka ilmei- sesti aiheutti toimintahäiriöitä. Koska laitteen ilmamää- rää ei mitattu jatkuvasti, ei todellisia ilmamääriä tiede- tä. Normaalitilanteessa Hydixorin ilmamäärä oli 30 m3/h. Parin viikon pituisen yhtäjaksoisen kokeilun aikana lämpö- energiaa saatiin hyödynnetyksi vain noin kaksinkertainen määrä käytettyyn sähköenergiaan nähden. Hydixorilla saavu- tettiin kuitenkin varmasti, vaikkakin hitaasti yli 50°C:n lämpötila ilman lämmöntalteenottoa. Maksimi lämpötila 57°C saavutettiin ilmastimen käytyä jatkuvasti. Toimintahäiriöi- den takia lämpökerroin ja OC-arvo eivät ole vertailukelpoi- sia esimerkiksi Mäenpään laitteistoon verrattuna. Kuiten- kin laitteen suuri sähköteho ilmamäärään nähden antaa läm- pökertoimeksi korkeintaan kuusi. Kun otetaan huomioon läm- pöhäviöt, jotka pienen ilmamäärän takia tosin jäävät pie- nemmiksi kuin Vihdin tapauksessa, ei kovin suurta lämpöker- rointa voida odottaa. Mikäli hapen liukenemisprosentti on korkea, luokkaa 50-70%, voidaan laitteen käytölle löytää perusteita. Pienten lämpöhäviöiden takia voidaan päästä korkeisiin lämpötiloihin, mikä parantaa lämmön hyödyntämis- mahdollisuuksia. Laitteen hinta ratkaisee viime kädessä sen hankinnan kannattavuuden. Saatujen kokemusten perus- teella laite ei teknisesti vielä täytä lietelannan ilmas- tuksen vaatimuksia. Näihin vaatimuksiin tekee mieli lisätä hinta-arvion tietäen myös vaahdohävittämismenetelmä, jota laitteessa itsessään ei ole. - 89 - 4. KOMPOSTILÄMMÖN NYÖDYNTÄMISMAHDOLLISUUKSIA Kompostilämmön hyödyntämismahdollisuudet riippuvat kompos- tin lämpötilatasosta. Toistaiseksi on ollut pakko tyytyä lämpötiloihin, jotka ovat mesofiilisella alueella eli 450C:n alapuolella. Kolme ja puoli kuukautta kestäneen koejakson aikana Vihdissä keskimääräinen kompostorin läm- pötila oli 40,60C. Säiliön lämpötilaan vaikuttavat enemmän muut tekijät kuin ulkoilman lämpötila, jolla on tietysti oma merkityksensä. Ajoittain säiliön lämpötila pysyttelee termofiilisella alueella 500C yläpuolella esim. käynnistyk- sen aikana. Lämpötilatasoon vaikuttavat säiliöstä talteen- otettu lämpömäärä ja häviöt, joihin voidaan vaikuttaa. Mak- similämpötila 650C saavutettiin ilman lämmöntalteenottoa. Tällä hetkellä lämmön hyödyntäminen esim. asuinrakennuksen lämmi:tyksessä edellyttää matalalämpötilaista lämmitysjär- Sestelmää, esimerkiksi lattia- tai ilmalämmitystä. Seuraavaa lämmönhyödyntämismahdollisuuksien tarkastelu perustuu pääasiassa mv. Paavo Raidan tilan esimerkkiin Pukkilassa. Kompostilämpöä voitaisiin käyttää muun muassa seuraaviin kohteisiin: sikalan ja sen teknisten tilojen lämmitykseen ruokintaveden lämmitykseen asunnon lämmitykseen viljan kylmäilmakuivauksen lisälämpönä kasvi huoneen lämmitykseen 4.1 Sikalan lämmitys Sikalaa on lämmitettävä kylmänä kautena, jos sikalan olo- suhteet halutaan pitää mahdollisimman hyvinä. Lihotussika- loissa lisälämmön tarve on luokkaa 30-40 W/m2. Taulukossa 12 on eräiden sikaloiden laskettu lämmitystehontarve. Taulukko 12. Eräiden sikaloiden laskettu lisälämmityksen tehontarve /Py 84/ Sikala Eläinpaikat kpl Laskettu kW A 160 6,5 B 25+120 7,6 C 240 7,3 D 200 7,6 E 320 10,4 F 440 15,1 G 528 16,7 H 500 15,3 I 240 10,6 J 400 14,3 Esimerkkitapauksessa (Pukkila) sikalan uudemman osan pinta- ala on n. 210 m2, käsittäen tilat 18 emakolle ja 250 por- saalle. Sikalan vanhempi osa on pinta-alaltaan 170 m2 käsittäen tilat 40 joutilaalle emakolle, parillekymmenelle siitoseläimelle ja muutamille lihasioille. Kuvassa 59 on esitetty lämpötilapysyvyyskäyrä Etelä-Suomessa ja esimerk- kisikalan uuden osan lämmitystehontarve. Lämmitysenergian kokonaistarve sikalan uudessa osassa on 16 000 kWh/v ja vanhassa osassa 12 500 kWh/v. Sikalan vuotuinen lisäläm- möntarve aputilat, 45 m2, mukaan lukien on noin 40 000 kWh. Sikalan peruslämmitys toteutetaan lattilämmityksenä. Jokai- sessa emakkopaikassa on pinta-alaltaan noin 1,5 m2 suurui- nen alue porsaita varten, jossa lattiaan on asennettu 12 mm Upolet-putkea 5 metriä kuvan 60 mukaisesti. lämmitysteho 91 - 8.5 kW ELÄINTEN LUOVUTTAMA LÄMPÖ / Esimerkki: Kylmempää / kuin —151C on vuodessa Al n. 700 h eli 1 kk. / --LÄMPÖTILAN / PYSYVYYSKÄYRÄ 30 25 20 17.3-kW 15 LISÄLÄMMÖN TARVE 6 kk 5 kk Lämpötehontarve kW Heating power 35 - 4 kk -3 kk -2 kk AIKA h/kk TIME h/months 5040 10 5 - I kk —30 —25 —20 —15-10-5 0 5 Lämpötila°C Temperature Kuva 59. Lämpötilan ja esimerkkisikalan uuden osan lämmitystehontarpeen pysyvyyskäyrät. Yhteensä lattialämmitysputkea on 150 m ja 1" siirtoputkea 100 m. Riippuen kiertoveden keskimääräisestä lämpötilasta 30-450C, porsaspaikkojen lattialämmityksen sikalaan luovut- tama lämpöteho vaihtelee arviolta välillä 2,5-6,2 kW. Tä- män lisäksi tulee siirtoputkiston lattialämmitysteho, joka on suunnilleen samaa luokkaa. Kokonaislämmitysteho on si- ten 4-11 kW. Kiertoveden yli 45 0C lämpötilat saattavat paikoitellen nostaa lattian pintalämpötilaa liiaksi, joten lisälämmöntarve, jos sitä pitkinä pakkaskausina syntyy, on katettava muilla keinoilla esimerkiksi ilmalämmityksen avulla. — 0 35 4320 3600 2880 2160 1440 720 0 paluu II Upolet 0 12mm 200mm j betoni alumiini-'` kelmu styrox 12mm betoni 70mm 0 meno 1" i/ Karsina B Karsina A - 92 - Sikalan vanhaan osaan on suunniteltu ilmalämmitys samoin kuin teknisiin tiloihin. Kuva 60. Lattialämmityksen toteutus porsaspaikoilla 4.2 Ruokintaveden lämmitys Ruokintavesi lämmitetään 23-25 0C:een ja sen määrä on 1,1-1,4 m3/vrk. Ruokintaveden lämmitykseen kuluu lämpö- tehoa keskimäärin 1 kW ja lämpöenergiaa 9000 kW/h vuodes- sa, kun tulevan veden lämpötila on +7 °C. 4.3 Asuinrakennuksen lämmitys Asuinrakennus on 2-kerroksinen, huoneistoala 138 m2 ja rakennusala 106 m2, tilavuus 480 m3. Kuvan 61 mukaan lämmityksen ja lämpimän veden valmistuksen mitoitusteho on 480 m3 kokoisessa puurakenteisessa talossa 10 kW. Lämmitysenergian tarve on 17 000 kWh vuodessa ilman käyttöveden lämmityksen energiankulutusta. Lämmitysjärjestelmänä on esimerkki tapauksessa ilmalämmi- tys. • itä i(v e 4 0000 30000 :fp - 93 - Paikkakunta- korjaus 1,0 1,1 1.2 1,3 °.° . ' ' puurunk. hirsi rak. / hyvin ••• erist. rak 0 A , , 0 0 /. ' i , 50 loo 150 200 Lämm i tett ävä pinta ala m2 15 5 J5 1.1 U5 1.0 PAIKKAKUNTA- /0 KORJAUS- KERTOI ME T 3 M i t o i t u s t e h o 20 15 10 5 ••••• kWh/y 40000 30000 20000 10000 • • • • • L ÄMM 1 YS • 1.0 PAIKKAKUNTA KORJA US- U 5 KER TOI MET 50 100 150 1,0 1,3 1,6 Lämmitettävä pinta-ala m 2 Paikkakuntakorja puurunk. hyvir erist. rak. Lämmitystehon mitoitus ja lämmitysenergian tarve /Ka 80/. Esimerkkinä 140 rfl asuintalo Keski-Suomessa, pistekatkoviiva. Kuva 61 . - 94 - 4.4 Viljan kylmäilmakuivaus lisälämmöllä Sikalan tuotantorakennuksiin liittyy kylmäilmakuivaamo, jo- ka käsittää kaksi osaa. Laaripinta-alat ovat 22 m2 ja 28 m2. Vilja kuivataan alkusyksyllä 1-2 kk aikana, jolloin kaikki talteenotettavissa oleva kompostoinnissa syntyvä lämpö voi- taisiin käyttää kuivauksessa. Kylmäilmakuivauksessa voi- daan kuivausilmaa lämmittää kuivauksen alkuvaiheessa vain pari astetta, etenkin jos vilja on hyvin kosteaa. Jos aja- tellaan, että vain pienempää kuivurin osista voidaan aluk- si käyttää, voidaan arvioida jonkinlainen alaraja lämpöte- halla kuivauksen alussa; 0 = 22 m2 x 550 m3/h,m2 x 1,23 kg/m3 x 1,01 kJ x 20C kg°C = 8,35 kW Vähintään 8 kW lämpöteholle on käyttöä kuivauksen alusta lähtien, joten kuivausaikana kaikki lämpö voidaan käyttää hyödyksi. Jos lämpöä kehittyy enemmän kuin voidaan käyt- tää, ylimäärä varastoituu kompostointisäiliöön. Kun vuo- tuinen sato on 60 t lisälämmöntarve on noin 6 000 kWh vil- jan kosteuden ollessa 28%. Lämpötehon ollessa 10 kW, se vastaa 600 h vuotuista tehollista käyttöaikaa. Pukkilan esimerkkitapauksessa tilan vuotuinen lämmöntarve on yhteensä noin 70 000 kWh ilman lämpimän talousveden läm- mitystarvetta. Lämmitysratkaisujen ansiosta koko lämmöntar- ve voitaisiin kattaa kompostilämmöllä. Kompostorin lämpöte- ho ei kuitenkaan tähän riitä, koska lämpötehon tarve vaih- telee, joten vain osa lämmöstä voidaan kattaa kompostoin- nissa syntyvällä lämmöllä. Kuvassa 62 on esitetty esimerk- kitilan vuotuinen lämoötehontarpeen pysyvyyskäyrä. Jos kompostorin nettolämpötehoksi arvioidaan 10 kW, voi- daan kuvasta 62 arvioida, että hyödynnettävissä olevan kom- postilämmön määrä olisi viljankuivaus mukaan laskien noin 50 000 kWh vuodessa (viivoittu alue kuvassa 62). Lämpöteho kW Heating power 50 40 1; lämmin käyttövesi ruokintavesi asuinrakennuksen lämmitys aputilat sikalan uusi osa sikalan vanha osa 30 20 10 2000 4000 6000 8000 Aika h Time - 95 - Kuva 62. Esimerkkitilan lämpötehontarpeen pysyvyyskäyrä. Koska kompostorin lämmöntuottoa voidaan säätää ilmastusta säätämällä (ilmastimen käyntiaikaa lyhennetään), voidaan osatehoista huolimatta päästä 4-5 luokkaa oleviin lämpöker- toimiin. Kuvassa 62 on ajateltu, että kompostoria kannat- taa käyttää vielä, kun matalalämpötilaisen lämmön tarve on 4 kW. 14 - 96 - Tutkimuksen aikana lämpö kulutettiin Vihdissä mv. Mäenpään sikalassa ruokintaveden lämmitykseen ja sikalan läpi kulke- vassa eristämättömässä siirtoputkistossa. Siirtoputkiston pituus on noin sata metriä ja se on asennettu toistaiseksi sikalan toiselle seinälle, joka pysyy lämpimän kiertoveden ansiosta kuivana. Huhti-toukokuussa kompostilämpöä hyödyn- nettiin myös asuinrakennuksen lämmityksessä ja saunaveden lämmittämisessä. Pukkilassa lämpöä ei päästy kunnolla hyö- dyntämään teknisten vaikeuksien takia, mutta lämpöä käytet- tiin kuitenkin asuinrakennuksen ilmalämmitykseen loppuke- väällä 1985. - 97 - 5. KOMPOSTOINNIN KANNATTAVUUS LÄMMÖN HYÖDYNTÄMISEN KANNALTA Seuraavassa esityksessä rajoitutaan tarkastelemaan liete- lannan kompostoinnin kannattavuutta lämmön hyödyntämisen kannalta. Lannan hygienian paraneminen, hajuhaittojen vähenemimen ja ympäristökuormituksen pieneminen sekä käsiteltävyyden para- neminen ovat taloudellisesti vaikeasti arvioitavissa, vaik- ka niillä käytännössä voi olla suurikin merkitys. Kompos- toinnin vaikutus lannan lannoitusarvoon voidaan arvioida rahallisesti, mutta toistaiseksi ei vaikutusta tunneta tarpeeksi ja käsitykset ovat osin ristiriitaisia. Siltä osin kompostointitutkimusta tarvitaan lisää. Kuitenkin nykyään tila voidaan hyväksyä luonnonmukaiseen viljelyyn, jos se käyttää lannoitteena kompostoitua lantaa. Viljelys- tuotteista saadaan tällöin korkeampi hinta. Kannattavuusarvioinnin perustana pidetään seuraavassa koti- maassa saatuja tuloksia, joista on laskettu kolmelle eri yksikkökoolle kompostoinnin investointikustannukset, hyö- dynnettävissä olevan lämmön määrä ja käyttökustannukset. Kompostoinnista saavutettava taloudellinen hyöty, jonka on vastattava kompostoinnin kustannuksia, saadaan olemassa olevan lämmitysjärjestelmän polttoainesäästönä. Komposti- lämpö ei ole kokonaan korvaava lämmitysvaihtoehto, vaan sen rinnalla tarvitaan perinteinen lämmitysjärjestelmä. Tällä hetkellä kompostointilämpöä kannattaa käyttää vain kohteissa, joissa riittää matalalämpötilainen alle 45 0C lämpö. Lukuisista lämmitysvaihtoehdoista on helpointa ja varminta käyttää polttoaineesta aiheutuvana lämmön osahin- tana kevyellä polttoöljyllä tuotetun lämmön hintaa, jonka vaihtelut eri tapauksissa ja eri osissa maata ovat pieniä. Kompostointisäiliön kustannukset eivät juurikaan riipu sii- tä, onko säiliö tehty puusta vai betonivaluharkoista. Jos kokonaiskustannuksissa halutaan säästää on parasta raken- - 98 - taa säiliö itse betonista, jolloin oman työn arvo kattaa suuremman osan kustannuksista. Tällöin kuitenkin aikaa rakentamiseen kuluu enemmän. Puinen ja betoninen säiliö ovat käytännössä yhtä kestäviä. Esimerkki kompostorit Kompostorin mitoitus lähtee siitä, että keskimääräisen käyttölämpötilan oletetaan olevan mesofiilisella alueella, 40...43 0C. Ilmastimina käytetään pohjailmastimia ja käsit- telyaika on viisi tai kymmenen vuorokautta. Maksimi lämpöteho saadaan hiukan pitemmillä käsittelyajoil- la. Yksiköt on mitoitettu lietelantamäärillä I, 2 ja 3 m3/vrk. Kompöstorilaitteistoon kuuluvat seuraavat osat: säiliö pystytettynä ja eristettynä lietelantalinjat ja -yhteet lämmön talteenottolaitteet ja siirtoputkisto sähkölaitteet ilmastuslaitteisto vaahdonhävitin Lietelantapumpun hankintaa ei ole otettu kompostointilait- teiston kustannuksiin, koska sen hankinta riippuu ilmasti- mista ja säiliön rakennusteknisestä ratkaisusta. Vaikka lietepumppu jouduttaisiin hankkimaankin, sitä voidaan käyt- tää tilan normaalissa käytössä, jolloin siitä aiheutuvaa lisämenoa ei voida yksinomaan pitää kompostoinnista aiheu- tuvana. Taulukossa 13 on eritelty kunkin yksikön kustannuk- set. Lämmön hyödyntämislaskelmien perusteena on aiemmin esitetty esimerkki, jossa vuotuiseksi käyt"töajaksi saatiin 218 vrk. Esimerkissä oli talteenotettavissa olevasta läm- möstä 88% hyödynnetty 218 vrk aikana (vastaa 54% kehitty- västä bruttolämmöstä). - 99 - Pienen alle 10 m3 säiliön rakentaminen betonista tai puus- ta tarvittavine laitteineen tulee sen lämpötehoon nähden suhteettoman kalliiksi. Pienet säiliöt tulisi rakentaa elementeistä kuten valmiista betonirenkaista tai muusta materiaalista esimerkiksi pinnoitetusta teräksestä. Mikäli päivittäinen lantamäärä on alle 1 m3 vuorokaudessa, täytyi- si lantaa voida varastoida silloin, kun kompostoria ei käy- tetä. Tällöin olisi mahdollista saavuttaa suurempi nettote- ho lämmön tarpeen aikana. Taulukon 13 investointikustannuk- sista 17-19% on työkustannuksia. Työn arvo on saatu työme- nekkiarvion ja 35-40 mk tuntipalkan mukaan laskien. Mate- riaalikustannukset on laskettu kesän 1985 vähittäiskauppa- hintojen mukaan. Mitään materiaalia ei ole saatu "ilmaisek- si". Vaikka työkustannuksia voi kukin itse alentaa, on to- dettava, ettei kaikkea kompostorin viimeistelyyn tarvitta- vaa työtä ole voitu arvioida. Pakollisten töiden lisäksi jää isännälle runsaasti oman tarpeen ja harkinnan varaista työtä. Kompostorien korotto- mat takaisinmaksuajat ovat taulukon 13 mukaan 3,3-8,3 vuotta, kun käsittelyaika on 10 vrk. Jos laitteiden käyttöajaksi oletetaan 10 vuotta ja säiliön käyttöajaksi 20 vuotta, antavat investoinnit 6%, 21% ja 29% koron eri yksikkökokoja vastaavasti. Taulukossa 13 läm- mön polttoainehintana on pidetty 22 p/kWh, joka vastaa ke- vyen polttoöljyn hintaa 1,65 mk/1 ja kattilavuosihyötysuh- detta 0,75. Sähkön hintana on pidetty 32 p/kWh maataloudes- sa. -100- Taulukko 13. Vuorokautinen lisäysmäärä m3 1 1 2 2 3 3 Säiliön tilavuus m3 7,1 12,6 12,6 28,2 19,6 38,5 Säiliön nettotilavuus m3 5,3 9,4 9,4 21,2 14,7 29 - sisähalkaisija 1,5 2,0 2,0 3,0 2,5 3,5 - korkeus 4 4 4 4 4 4 - lietepinta 3 3 3 3 3 3 Keskimääräinen vastapaine kPa 35 35 35 35 35 35 Käsittelyaika (viipymä) vrk 5 10 5 10 5 10 Käsittelylämpötila °C 40 40 40 40 40 40 Ilmamäärä, liukenemis- prosentti 30% m3/h 32 34 63 68 95 102 Nettolämpöteho kW 3,9 4,3 7,9 9,0 12 13,5 Lämmöntalteenottoteho poistoilmasta kW 0,6 0,7 1,4 1,5 2 2,1 Lämpöteho yhteensä kW 4,5 5,0 9,3 10,5 14 15,6 Sähkönkulutus Kompressori kW 1,0 1,02 1,33 1,39 1,7 1,78 Vaahdonhävitin kW 0,2 0,2 0,4 0,4 0,6 0,6 Sähkönkulutus yhteensä kW 1,2 1,22 1,73 1,79 2,3 2,38 Kustannukset Säiliön materiaali mk 4920 7930 7930 12950 11200 16500 - pystytys ja eristys mk 1800 2360 2360 3460 3000 4000 - sähköasennukset mk 2970 3090 3440 3840 3640 4040 yhteensä mk 9690 13380 13730 20250 17840 24540 Laitteet - lämmöntalteenotto mk 6050 6720 7760 8320 8600 9230 - ilmastuslaitteisto* mk 10620 11020 13520 14720 15780 16540 yhteensä mk 16670 17740 21280 23040 24380 25770 * sisältää asennuksen yhteensä, josta työn osuus mk mk 26360 5100 31120 5950 35010 6330 43290 7880 42220 7400 50310 8790 - energia-avustus 20% mk 5270 6220 7000 8660 8440 10060 investoinnin arvo mk 21100 24900 28010 34630 33780 40250 Lämmöntalteenotto vuodessa (esimerkkiluku 4) kWh 22000 24450 45480 51350 68460 76280 Sähkönkulutus vuodessa kWh 5870 5970 8460 8750 11250 11640 Lämmön hinta (22 p/kWh) mk 4840 5380 10000 11300 15060 16850 Sähkön hinta (32 p/kWh) mk 1880 1910 2710 2800 3600 3720 Huoltokustannukset *** mk 480 480 600 600 1020 1020 Vuotuinen säästö mk 2480 2990 6690 7900 10440 12110 Koroton takaisinmaskuaika 8,5 8,3 4,2 4,4 3,2 3,3 Sisäinen korko ** 5,8 6,6 21,4 20,4 29 28,6 * * Investoinneilla saatavissa oleva korko kymmenen ensimmäisen vuoden aikana, kun laitteiden käyttöajaksi oletetaan 10 vuotta ja säiliön käyttöajaksi 20 vuotta * * * 30% ilmastimen hinnasta - 101 - Taulukossa 14 on esitetty investointien korot, jos sähkön ja/tai kevyen polttoöljyn reaalihinnat muuttuvat edellä olevista arvoista. Taulukko 14. 1 m3/vrk 2 m3/vrk 3 m3/vrk Käsittelyaika vrk 5 10 5 10 5 10 Sähkön reaali- hinta nousee 5% % 5,2 6,0 21 20 28,8 28,0 Sähkön reaali- hinta nousee 10% % 4,4 5,6 20,4 19,6 28,2 27,4 Lämmön reaali- hinta nousee 5% % 7,6 8,2 23,6 22,4 31,8 30,6 Lämmön reaali- hinta nousee 10% 9,2 9,6 25,6 24,2 34,2 32,8 Energian reaali- hinta nousee 5% % 6,8 7,6 23,0 21,8 31,2 30,2 Energian reaali- hinta laskee 5% % 4,8 5,6 20,0 19,0 27,6 26,6 - 102 - 6. KOMPOSTORIN KENITTELYMANDOLLISUUDET JA JATKOTUTKI- MUKSEN TARVE 6.1 Kustannusten alentaminen Kompostorin kustannuksista 25-40% aiheutuu säiliön raken- nuskustannuksista. Pienentämällä säiliön kokoa ja rakenta- malla säiliö elementeistä tai tekemällä se esimerkiksi pin- noitetusta teräksestä tehtaalla valmiiksi voitaisiin raken- nustakustannuksia ilmeisesti pienentää. Säiliön pienentämi- sestä on seurauksena viipymäajan lyheneminen. Maataloustek- nologian tutkimuslaitoksella suoritetussa tutkimuksessa al- le 8 vuorokauden viipymä oli liian lyhyt koelaitteistolle, eikä tällä hetkellä vielä tiedetä, kuinka lyhyeksi viipymä voitaisiin saada. Tarvittava ilmamäärä voidaan laskea tie- tylle lisäykselle ja viipymälle, mutta kompostoinnin käyn-, nistysvaiheessa ja lisäyksen yhteydessä esiintyvän viiveen merkttystä ja kompostointia häiritseviä tekijöitä ei täy- sin tiedetä. Teoriassa viipymäaika voi olla miten lyhyt tahansa, käytännön olosuhteissa kullekin laitteistolle löy- tyy alaraja, joka alitettaessa lämmöntuotanto alkaa vähetä ja lämpötila laskea. Kompostorin taloudellinen optimikoko saadaan 3-10 vuorokauden viipymällä, mutta siihen vaikut- tavien tekijöiden lukuisuuden takia, joiden kaikkien vaiku- tusta ei vielä tunneta, tässä tutkimuksessa taloudellista optimia ei laskettu. Taulukon 4 mukaan karjanlannalla toimivien kompostoriyksi- köiden lukumääräisesti suurin lämpötehoalue olisi 4-6 kW. Myös sian ja kanan lietelantayksiköitä olisi melko runsaas- ti tällä lämpötehoalueella. Tämän johdosta olisi tutkitta- va tarkemmin bruttotilavuudeltaan 3-10 m3 kompostorien teknisiä ratkaisuja, säiliön rakentamistapoja ja taloudel- lista kannattavuutta. - 103 - 6.2 Teknisten ratkaisujen parantaminen Ilmastus Ilmastuksessa olisi pyrittävä parantamaan hapen hyväksi- käyttöastetta. Pohjailmastimia käytettäessä liukenemispro- sentti kasvaa verrannollisena upotussyvyyteen. Koska sähkönkulutuskin kasvaa ja ilmeisesti nopeammin kuin lämmöntuotanto, löytyy ilmastimille taloudellinen upotus- syvyys. Ilmastimien lukumäärä voidaan myös taloudellisesti optimoida, alarajan määrää kuitenkin ilmantarve ja vasta- paineen noususta aiheutuva sähkönkulutuksen lisääntyminen. Ylärajana on ilmastimen vaatima minimi ilmamäärä, jonka alittaminen lyhentää huoltoväliä. Vihdin koelaitteistolla voitaneen päästä 30% hapen hyväksikäyttöasteeseen. Lämmöntalteenotto ja lämpötilatason nostaminen Koelaitteistolla saadaan kehittyvästä lämmöstä noin puolet talteen. Poistuvan lannan lämmön ja poistoilman lämmön tehokkaalla hyödyntämisellä, esimerkiksi tulevan ilman tai tulevan lannan lämmitykseen, voitaisiin kompostorin ener- giasaantoa lisätä ja lämpötilatasoa nostaa. Kuitenkin läm- pötilatason nostaminen termofiiliselle alueelle, esimerkik- si yli 50 °C:n, edellyttää paitsi edellä mainittuja toimen- piteitä myös tehokasta ilmastinta, mikäli kompostorin net- toteho halutaan säilyttää kohtuullisena. Kuvassa 63 on esi- tetty kompostorista saatava nettolämpöteho eri lämpötilois- sa käsittelyajan muuttuessa ilman, että ooistoilman tai poistuvan lannan lämpöä hyödynnetään. Kompostorin alku- ja oletusarvot ovat sivulla 105 olevassa tietokonelistaukses- sa. Kuvan mukaan kullakin lämpötilalla on oma käsittelyai- kaoptiminsa, johon vaikuttaa muun muassa lannan laatu, säiliön k-arvo ja ilmastuksen hapen liukenemisprosentti. ot5 Nettoteho kW Heat power 7 300C 350C 40°C 45°C so°c - 104 - Kuvassa 63 vuorokautinen lisäysmäärä on 1 m3. Säiliön läm- pötilan ollessa 30 °C voidaan kompostorista ottaa noin kol- minkertainen lämpöteho verrattuna tilanteeseen, jossa säi- liön lämpötila on 55 °C. 20 40 60 80 100 Käsittelyaika vrk Retention time d Kuva 63. Kompostorista saatava nettolämpöteho eri lämpö- tiloissa käsittelyajan muuttuessa, kun lisäys on 1 m3/vrk. Yhtenä mahdollisuutena lämmön tehokkaaseen talteenottoon ja lämpötilatason nostamiseen voisi olla kaksivaiheinen kompostori, jossa olisi sekä mesofiilinen että termofii- linen osa. Poistuvalla lannalla ja termofiilisen osan poistoilmalla voitaisiin tulevaa lantaa ja ilmaa tehok- - 105 - kaasti lämmittää. Lämmitysvesi kulkisi mesofiilisen osan kautta ja kuumenisi lopulliseen lämpötilaansa termofiili- sessa osassa. Seuraavassa on lopuksi esitetty esimerkin avulla, mikä merkitys edellä olevilla toimenpiteillä voisi olla lämpötilatasoon ja nettolämpötehoon. Esimerkkinä kom- postori, jossa lannan viipymäaika on aluksi 10 vrk. Muut tiedot käyvät ilmi alla olevasta. Alkuarvot: KOMPOSTORIN LÄMPÖTILA. oC 40.00 1 LISAYS;URK, m3 3.00 , . LISAYSTEN LUKUM./URK 1.00 3 . LIETEMAÄRÄ, m3 . 28.86 4 LANNAN TULOLAMPÖTILA, oC 15.00 5 KIINTOAINEPITOISUUS, % 9.00 6 ULKOLÄMPÖTILA,.oC -5.00 7 ILMAMAÄRÄ, m3/h 142.09 8 VolaatiIe . åolids, % 70.00 9 N/C-SUHDE • .15 10 k-ARUO, W/m2 oC .50 11 ILMAN LÄMPÖTILA -5.00 12 ILMAN KOSTEUS, V. 80.00 13 LIUKENEMISPROSENTTI, % 20.00 14 SAILIÖN HALKAISIJA, m 3.50 15 SAILIÖN KORKEUS, m 4.00 16 KÄSITTELYAIKA, vrk 9.62 17 SAILIÖN HALKAISIJA, m 3.50 Brutto, kh/3 Eristys, kWhim3 Lämpiäminen,kWh/m3 Polstoilms, kWh/m3 181.98 11.38 31.31 60.52 Bruttoteho, kW Eristyshäviö, kW Lempenemisheviö,kW Poistoilmehävlö,kW 22.75 1.42 3.91 7.56 NETTO 78.78k14h/m3 NETTO 3.95kW SAILIÖN Min-LAMPOTILA 39.63 6AILION Max-LAMPOTILh 41.37 Hapen kulutus .27kg02/h,netto-m3 Ilman tarve 4.92m3/h,nettp-m3 - 106 - Tuleva lanta lämmitetään 25 °C:een. KOMPOSTORIN LÄMPÖTILA, oC 40.00 1 LISAYS/VRK, m3 3.00 LISAYSTEN LUKUM./VRK 1.00 3 LIETEMÄÄRÄ, m3 28.86 4 LANNAN TULOLAMPÖTILA, oC 25.00 5 KIINTOAINEPITOISUUS, Y. 9.00 6 ULKOLAMPÖTILA, oC -5.00 7 ILMAMAÄRA, m3/h 142.09 8 Volatile solids, % 70.00 9 N/C-SUHDE .15 10' k-ARVO, W/m2 oC .50 11 ILMAN LÄMPÖTILA -5.00 12 ILMAN KOSTEUS, % 80.00 13 LIUKENEMISPROSENTTI, % 20.00 14 SAILIÖN HALKAISIJA, m 3.50 15 SAILIÖN KORKEUS, m 4.00 16 KASITTELYAIKA, vrk 9.62 17 LANNAN TULOLÄMPÖTILA, oC 25.00 Brutto, kWh/m3 Eristys, k1Jh/m3 Lämpiäminen,kWh/m3 Poistoilma, k1Jhim3 181.98 11..38 18.78 60.41 Pruttoteho, kW Eristyshäviö, kW Lämpenemishavid,kW Poistoilmahäviö,kW 22.75 1.47 2.35 7.55 NETTO 91.41kWhim3 NETTO 11.43kW Tuleva ilma otetaan sikalasta +150C (tai lämmitetään pois- toilmalla), 92= 80%. KOMPOSTORIN LAMFOTILA,oC 40.00 LISAYSikiRK, m3 3.00 LISAYSTEN LUUM./1„;RK 1.00 3 LIETEMAARA, m3 28.86 4 LANNAN TULOLÄMPÖTILA, oC 25.00 5 KIINTOAINEPITOISUUS, 9.00 ULKOLÄMPÖTILA, oC -5.00 7 ILMAMAARA, m3/h 152.34 9 Volatile solids, % 70.00 3 N/C-SUHDE .15 10 k-ARVO, 1J/m2 oC .50 11 ILMAN LAMPOTILA 15.00 12 ILMAN KOSTEUS, % 80.00 13 LIUKENEMISPROSENTTI, % 20.00 14 SAILION HALKAISIJA . m 3.50 15 SAILIÖN KORKEUS, m 4.00 16 KASITTELYAIKA, vrk 9.62 17 ILMN LAMPÖTIL:21 15.00 6rutto, kWh/m3 Eristys k4h/m3 Lämpiäminen,kWh/m3 Poistailms, kWh/m3 i 11.38 12.78 81.38 45.92 Bruttotehc,, kW Eristysh,Svlö, kW Låmpenemishävlö,kQ Poistoilmahäviö,kW 22.75 1.42 2.35 5.75 NETTO 105.84kWhim.3 NETTO - 107 - Säilytetään netto alkuperäisenä, mutta nostetaan lämpötila- tasoa 40 °C:sta 45 °C:een. KOMPOSTORIN LÄMPÖTILA, oC 45.00 1 LISAYS/URK, m3 3.00 LISÄYSTEN LUKUM./URK 1.00 3 LIETEMAARA, m3 28.86 4 LANNAN TULOLÄMPÖTILA, oC 25.00 5 KIINTOAINEPITOISUUS, % 9.00 6 ULKOLÄMPÖTILA, oC -5.00 7 ILMAMÄÄRA, m3/h 117.39 8 Volatile 5O1id, % 70.00 9 N/C-SUHDE .15 10 k-ARUO, W/m2 oC .50 11 ILMAN LÄMPÖTILA 15.00 12 ILMAN KOSTEUS, % 80.00 13 LIUKENEMISPROSENTTI, % 20.00 14 SÄILIÖN HALKAISIJA, m 3.50 15 SÄILIÖN KORKEUS, m 4.00 16 KÄSITTELYAIKA, vrk '9.62 17 KOMPOSTORIN LÄMPÖTILA, oe 45.00 Brutto, kWh/m3 Eristys, kWh/m3 Lämpiäminen,kWh/m3 Poistoilma, kWh/m3 164.78 12.64 25.05 50.41 Bruttoteho, kW Eristyshäviö, kW Lämpenemishaviö,kW Poistoilmahäviö,kW 20.60 1.58 3.13 6.30 NETTO 76.58kWh/m3 Tehostetaan ilmastusta; liukenemisprosentti nousee 20%:sta 30%:iin. KOMPOSTORIN LÄMPÖTILA, oC 45.00 1 LISÄY'S/URK, m3 3.00 2 LISÄYSTEN LUKUM./VRK 1.00 3 LIETEMÄÄRÄ, m3 28.86 4 LANNAN TULOLÄMPÖTILA, ot, 25.00 5 KIINTOIAINEPITOISUUS, % 9.00 6 ULKOLÄMPÖTILA, oC -5.00 7 ILMAMÄÄRÄ, m3/h 78.26 8 Uolatile solids, % 70.00 9 N/C-SUHOE .15 10 k-ARUO, W/m2 oC .50 11 ILMAN LÄMPÖTILA 15.00 12 ILMAN KOSTEUS, % 80.00 13 LIUKENEMISPROSENTTI, % 30.00 14 SAILIÖN HALKAISIJA, m 3.50 15 SÄILIÖN KORKEUS, m 4.00 15 KASITTELYAIKA, vrk 9.62 17 LIUKENEMISPROSENTTI, 70 30.00 Brutto, kW,/m3 Eristys, kWh/m3 Lämpiäminan,kWh/m3 Poistoilma, 1Wh/m3 154:78 12.64 25.05 33.51 Bruttoteho, kW Eristyshåviö, kW Lämpanemishävlö,kW PoistoilmahäviO,kW 20,50 1.58 3.13 4.20 NETTO 93.49kWhim3 NETTO 11.69kW - 108 - Pienennetään säiliötä niin, että viipymä lyhenee viiteen vuorokauteen. KOMFOSTORIN LÄMPÖTILA, oC 45.00 1 LISAYS/RK, m3 3.00 2 LISAYSTEN LUKUM./URK 1.00 3 LIETEMÄÄRÄ, m3 14.72 4 LANNAN TULOLÄMPÖTILA, oC 25.00 5 KIINTOAINEPITOISUUS, % 9.00 6 ULKOLAMPÖTILA, oC -5.00 7 ILMAMÄÄRÄ, m3/h 71.42 8 Uolatile solids, Y. 70.00 9 N/C-SUHOE .15 10 k-ARUO, W/m2 oC .50 11 ILMAN LÄMPÖTILA 15.00 12 ILMAN KOSTEUS, % 80.00 13 LIUKENEMISPROSENTTI, 30.00 14 SAILION HALKAISIJA, m 2.50 15 SAILIÖN KORKEUS, m 4.00 18. KASITTELYAIKA, vrk 4.91 17 SAILION HALKAISIJA, m 2.50 Brutto, kWh/m3 Eristys, kW-1/113 Lämpiäminen,kWh/m3 Poistoilma, kWh/m3 147.94 . 8.25 26.44 30.88 Bruttoteho, kW Eristyshäviö, kW Lämpenemishäviö,kW Poistoilmahävio,kW 18.49 1.03 3.30 3.86 NETTO 22.37kWh/m3 NE. TO 10.3kW - 109 - KIRJALLISUUSLUETTELO /Baa 78/ Baader, W., Ahlers, R., Foam destruction in slurry aeration. /Be 82/ /Bi 83/ /Ch 83/ Berthelsen, L., Process Parameters in Compos- ting of Liquid Manure. Seminar on Composting of organic Wastes, Aarhus 8.-9.14.1982, s. 232-244. Biokaasun määrän ja käyttömahdollisuuksien kar- toitus. KTM energiaosasto, sarja D:24, Helsin- ki, 1983. Ekono Oy. Chen, Y.R. Kinetic Analysis of Anaerobic Diges- tion of Pig Manure and its Design Implications. Agricultura.1 Wastes, Vol 8 no 2, 1983, 65-81. /Eg -8-3/ Egger, K., Kaufmann, R., Verbesserung des Ener- giehaushaltes einer Biogasanlage mit GUlleWärme- - ta.uscher. Blätter fUr -Landtechnik, Maj 1983, 224, 1-10. /Ev 82/ Evans, M.R., Svoboda, I.F. Recovery of heat from aerated liquid manure. Seminar on Compos- ting of organic Wastes, Aarhus, 8-9.11.1982, 133-168. /Gi 83/ Ginnivan, M., J., Aerobic Mesophilic and Tehrmo- philic Treatment of Piggery Wastes at Short Re- tention Times. Transactions of the ASAE, 1983, s. 517-518. /Gj 82/ Gjervan, J.0., Aerators for composting of liquid manure. Seminar on Composting of organic Wastes, Aarhus, 8-9.11.1982, 186-208. - 110 - /Gr 74/ Grant, F. Liquid aerobic composting of cattle wastes and evaluation of byproducts. EPA (Environmental Protection Agency) -66012- 74-034. May 1974, 7-10. /Gö 81/ Göbel, W. Wärme aus belufteter Schweinegulle. Landtechnik 7/8, August 1981, 345-349. /Ha 80/ Haug, R.T. Compost Engineering. Principles and Practice. Ann Arbor Science Publishers inc. 1980. Ann Arbor, Michigan USA, 655 s. /Has 83/ Hashimoto, A.G. Thermophilic and Mesophilic Anaerobic Fermentation of Swine Manure. Agric. Wastes Vol 6 No 3, 1983, 175-191. /Hau 82/ Hauge, P., Rotating Heat Exchanger. Seminar on Composting of organic Wastes, Aarhus 8.-9.11.1982, 222-231. /Hav 81/ Have, H. Energi fra afgrOder. Jordbrugsteknisk institut. Den kgl. veterinaer- og landboh0j- skole. Medd. no 39. Juni 1981, 102 s. /Ho 81/ /Ka 80/ Holma, M. Esitutkimus lannan hyväksikäytöstä. Suomen itsenäisyyden juhlavuoden 1967 rahasto. Helsinki 1981, 65 s. Kallio-Mannila, R., Nurmisto, U., Lämmitysjär- jestelmien tyyppiratkaisut. Työtehoseuran jul- kaisuja 229, Helsinki, 1980. /Ke 84/ Kemppainen, E., Paljonko ravinteita karjanlan- nasta? Maatilan Pirkka n:o 4, 1984, s. 6, 29. /Le 85/ Lehto, A., Suullinen tiedonanto, 1985. /Maa 85/ Maataloustilastollinen kuukausikatsaus n:o 6 1985. Maatilahallitus, Helsinki. /Maa 83/ Maatilarekisteri 1983. Suomen virallinen tilas- to Maatilahallitus, Helsinki. /Ma 83/ Martin, J.H., Loehr, R., Pilbeam, Th. E., Animal Manures as Feedstuffs: Nutrient Characteristics. Agricultural Wastes Vol 6, No 3, 1983, 131-166. /Mu 85/ /Mä 83/ /Pa 84/ Muhonen, S. Aerobiprosessi biokaasureaktorin lämmityksessä. Pro-gradu-tutkielma. Jyväskylän yliopisto, fysiikan laitos, Espoo 1985, 102 s. Määttä, R., Pulkkanen, P., Latola, P. Teolli- suusjätevesien aerobinen ja anaerobinen suoda- tus I-II. Helsingin teknillinen korkeakoulu, puunjalostUsosasto, ympäristötekniikan labora- torio Espoo 1983, 69+70 s. Paatero, J., Lehtokari, M., Kemppainen, E., Kompostointi. WSOY, 1984, Juva, 269 s. /Pe 84/ Peltola, I. Komposti ei ole tunkio. Teho 4/1984. 44-45 s. /Py 84/ Pyykkönen, M., Hanhijoki, I., Nieminen, L., Sikalan ilmanvaihtolaitteiden toiminta. Tutkimustiedote N:o 46, Helsingin yliopisto, Maatalousteknologian laitos, 1985. /Sc 84/ Schuchardt, F. Wärmeentzug bei der Komposti- erung von Schnittholz. Landbauforschung Völkenrode. Institut fOr Technologie. 1984. 34. Jahrgang, Heft 4, 189-195. 16 - 112 - /Th 83/ Thostrup, P., Berthelsen, L., Komposterings- varme fra fast staldgOdning. Jordbrugsteknisk institut. Den kgl. veterinaer og 1andboh0j- skole. Meddelelse nr 43, 1983, 80 s. /Tj 82/ Tjernshaugen, 0. Methods for recovery of heat from aerated liquid manure. Department of Building Technology in Agriculture. Agricul- tural University of Norway. Intern serie 339, 1982. /Tj, Gj 83/ Tjernshaugen, 0., Gjervan, J.0., 1983, As, Norja. LIITE 1 (2) LIETELANTANÄYTE, Mäenpää jn:o 7/ II pvm, näyte otettu 24/4 klo 8.30 24/4 16.00 pvm, näyte tutkittu klo ESITIEDOT näyteastian paino täytenä 3860 tyhjänä 1950 erotus 1910 pinta 10.3 cm tilavuus 181.46 cm2.( 10.3) cm 1869 cm3 tiheys paino/tilavuus( 1910 /1869 ) 1.02 g/cm3 lietesäiliön ainemäärä näytteen paino(g) ( 1910 ). 13.278 25 360 kg lietteen tilavuus paino/tiheys 24.86 m3 säiliön pinta tilavuus/poikkipinta 1.56 (poikkipinta = 15.9 m2) KUIVA-AINEPITOISUUS määritetty pvm 24/4 näytteenottoastian pinta ennen näytteenottoa 10.3 cm klo 11.30 klo 16.00 klo 17,10 näytteen paino 74.0 g 12.4 g 12.35 näyteastian paino 6.6 g 6.6 6.6 g 4 67. 5.75 erotus g 5.8 . g g 6 kuiva-ainepitoisuus 8. % pH pvm KEMIALLINEN HAPEN KULUTUS -2- pvm 24/4 kellonaika 17.20 näyteastian pinta L 9.9 .cm KMn04-kulutus V 10.4 ml laimennussuhde R= 23730/ L COD g 02/1 2400 CM ml a = tehokerroin 0.97 17 _* 0 * * b = veden KMn04-- 0.5 ml 0 kulutus ml COD g 02/1 COD = 0.8 ( a.( V + 20 ) - 20 - b ).R (*määritetty ko. päivänä) HUOMAUTUKSIA: Oksaalihappo- ja kaliumpermanganaattiliuokset tehty 24/4 -85. 17.3 110 120 70 80 98 180 AIKA vrk TIME d 110 120 LIITE 2 ULKOLAMPÖTILA oC OUTSIDE TEMPERATURE 10 5 10 20 30 40 50 60 70 80 30 100 AIKA vrk TIME d KOMPOSTIN LAMPÖTILFI oc COMPOST TEMPERATURE 50 10 t_ 110 120 40 30 20 0 10 20 30 40 50 68 70 80 90 100 AIKA vrk TIME d » 11\ i I i/ /("1 I li‘ P. 1 \ / "I Ii 1 —; A I 1 %iii\I V \ 1 ill 11 \„.11 k ,I 1A i‘ , ,, r y , ‘ A ‘ f.‘1 i., 0, \i‘bli 4 P 1\ Il .1 \ / 1 i‘ i ‘ i I i ‘ 1 ili 1 V bi ‘ " 1../ I / II isi 11 t I 1 I \ .., I / - 1 . 1 . 1 1- 1 NETTOTEHO kW NET POWER 10 40 6 4 Helsinki 1986. Valtion painatuskeskus