LOPPURAPORTTI

PROTEIININ EROTTAMINEN PERUNA SOLUNESTEESTÄ
KOAGULOIMALLA JA LISÄÄMINEN PERUNAREHUUN.

Kehitettävän tuotteen kuvaus, tavoite ia toimenpiteet

Kokeen tarkoituksena oli erottaa perunan solunesteestä proteiinia koaguloimalla ja lisätä proteiini tärkkelysprosessissa erotettuun perunakuituun (perunarehuun).  Suoritettujen analyysien perusteella solunesteen typpipitoisuus oli keskimäärin 4,1 kg/m3, jolloin vastaavasti proteiinipitoisuus on keskimäärin 25 kg/m3.  Menetelmällä voidaan vähentää solunesteen typpipitoisuutta n. 50% ja siirtää erotettu proteiini karjan ruokintaan tarkoitettuun perunarehuun kohottaen rehun valkuaispitoisuutta oleellisesti.

Jätevesissä vaikutus näkyy typpipitoisuuden pienenemisenä sekä COD kuormituksen vähenemisenä.

Koe toteutettiin Evijärven Peruna Oy:n tiloissa syksyn 2003 tuotantokaudella siten, että Evijärven Peruna Oy hankki tarvittavat laitteet ja varasi resurssit suoritettavaa pilot-koetta varten, järjesti perunarehun säilöntäkokeet ja laatuanalyysit.

Kokeen prosessi eteni siten, että soluneste pumpattiin ns. vaahdontapposäiliöön, josta edelleen esilämmitinsäiliön kautta pH:n säätöön, josta höyrykuumennuksen (105 Cl asteeseen) ja viiveputkiston kautta paisunta-astiaan.  Esilämmittimessä ja paisunta-astiassa pidettiin n. 0,5 bar alipaine, jolla muodostuneet höyryt imettiin lämmönvaihtimen kautta ulos.  Paisunta-astiaan pumpattu kuuma soluneste koaguloitui, josta edelleen se johdettiin flokkulointisäiliöön "kiinteytymään".  Flokkulointisäiliöstä soluneste johdettiin dekantterille tai puristajalle yhdessä perunakuidun kanssa.  Dekantoinnin tai puristajakuivauksen yhteydessä perunaproteiini sitoutui muuhun kuitumassaan.

Tarvittavan laitteiston rakentaminen.

Laitteiston suunnitteluun käytettiin asiantuntija-apuna Kaj Högstöm/Cajuman Oy:ltä Porista, jolla on hyvä asiantuntemus ko. laitteiden suunnittelusta.  Suunnitelman pääkomponentteina oli solunesteen tasaussäiliö, esilämmityssäiliö, paisunta-astia, flokkulointisäiliö, lämmönvaihdin, viiveputkisto ja höyrynkehitin sekä pumppuja.  Säiliöitä, pumppuja ja vacumjärjestelmä hankittiin käytettyinä lähialueen ko. tarvikkeiden myyjiltä.  Lämmönvaihdin, osa säiliöistä sekä osa pumpuista oli yhtiöllä jo aiemmin käytöstä poistettuina.

Höyrynkehittimestä pyydettiin vuokratarjouksia Höyrytys Oy:ltä sekä Livite Oy:ltä, joista Höyrytys Oy:ltä löytyi sopivan tehoinen laitteisto ko. tarkoitukseen.  Pilot-laitteiston putkitus oli tarkoitus suorittaa omalla työvoimalla, mutta kapasiteettipulan vuoksi putkitus teetettiin ulkopuolisella urakoitsijalla.  Urakointiin pyydettiin tarjouksia Serco Oy:ltä, Länsi-Suomen putkiasennukselta sekä YIT-Industrialta.  YIT-Industria oli ainut, jolla oli kapasiteettia suorittaa ko. putkitus, ja heidän kanssaan saatiin sovituksi edullinen tuntihinta.

Laitteisto saatiin valmiiksi 23.9.2003, höyrykontti saatiin paikalle samalla viikolla.  Ensimmäinen koeajo suoritettiin ns. vesiajona 25.9.2003, jolloin myös Höyrytys Oy:n edustaja oli paikalla.  Laitteisto todettiin olevan kaikin puolin valmis varsinaisiin pilot-kokeisiin.

Pilot-kokeet:

Laitteistolla suoritettiin kahdeksan koetta seuraavasti:

Koe l: 3.10.2003 klo 12:30-15:00

Kokeessa pyrittiin hakemaan säätöarvoja koeajolle, Virtaukset, pH ja lämmöt saatiin säädettyä oikealle tasolle, koagulanttia muodostui odotetulla tavalla ja tuote johdettiin dekantointiin ilman perunakuitua.  Dekantointi onnistui odotetusti, ja dekantoidusta tuotteesta voitiin ottaa näyte.  Ongelmaksi muodostui kuitenkin kahden pumpun mekaaniset tiivisteet, jotka alkoivat vuotamaan paineenalaisina.  Koetta ei näin ollen voitu jatkaa ja laitteisto pysäytettiin.

Päätettiin hankkia paremmin ko. tarkoitukseen soveltuvat kaksi pumppua lisää.

Koe 2.- 7.10.2003 klo 9:30-13.-30

Koe aloitettiin edellisessä kokeessa haetuilla säätöarvoilla, ja koe koagulantti syötettiin dekantteriin ilman perunakuitua.  Solunestettä syötettiin laitteistoon 5,6m3/h, dekantoitua lopputuotetta mitattiin 930 kg/h.  Tuotteen kuiva-ainepitoisuudeksi mitattiin 13%.  Koe onnistui ja näytteitä voitiin ottaa odotetusti.

Koe 3: 7.10.2003 klo 13.30-15:30

Edellistä koetta jatkettiin siten, että koaguloitu soluneste syötettiin perunakuidun sekaan ja dekantoitiin.  Perunakuidun ja proteiinin seosta saatiin tällöin yhteensä 3220 kg/h, kuiva-ainepitoisuus oli 12,2%.  Koe onnistui odotetusti ja koeajosta voitiin ottaa tarvittavat näytteet.

Koetta jatkettiin näytteidenoton jälkeen, pitkään ajettaessa kuitenkin solunesteen runsas vaahtoaminen aiheutti ongelmia lähinnä dekantointitiloissa, missä vaahtoa kertyi lattialle.  Kertynyttä vaahtoa oli niin vahva kerros lattialla, että koe oli lopetettava sähkömoottorien ja laitteiden vaurioitumisvaaran takia.

Koe 4: 9.10.2003 klo 9:00-11:00

Koe suoritettiin edellisen kokeen säätöarvoilla, vaahdon muodostuminen oli edelleen ongelmallista.  Koe muutoin onnistui odotetusti ja näytteet voitiin ottaa.

Koe 5: 10.10.2003 klo 9:30-11:30

Solunestettä syötettiin laitteistoon 5,5 m3/h, dekantoitua perunarehu -ja proteiiniseosta saatiin 3380 kg/h, kuiva-ainepitoisuus 12,3%.

Koe onnistui ja näytteet voitiin ottaa.

Koe 6: 10.10.2003 klo 11:30-12:30

Edellistä koetta jatkettiin, solunesteen syöttö säädettiin 7,3m3/h, perunarehu -ja proteiiniseosta mitattiin 4100 kg/h.  Kokeella voitiin todet, että solunesteen syöttöä lisättäessä myös lopputuotteen määrä saatiin nousemaan, joten dekantterin erotti solunesteestä muodostetun koagulantin odotetusti.

Dekantoinnissa vaahtoa muodostui runsaasti ja koetta ei voitu jatkaa pidempään.  Näytteet otettiin klo 12:15.

Koe 7: 13.10.2003 klo 14:00-15.-45

Koe tehtiin siten, että koaguloitu soluneste syötettiin perunakuidun mukana puristimeen ja näin saatiin perunapulpan proteiinipitoisuutta nostettua.  Kokeessa solunesteen syöttö 7,3 m3/h, perunapulppa- ja proteiiniseosta mitattiin 2613 kg/h.

Koe onnistui, puristavan ylivedessä havaittiin kuitenkin normaalia enemmän kiintoainetta, joten ilmeisesti osa proteiinista ei sitoutunut kuidun joukkoon.

Koe 8: 13.10.2003 klo 15:45-16:30

Edellistä koetta jatkettiin samoilla syöttöarvoilla.  Kokeessa pyrittiin säätämään lopputuotteen kuiva-ainepitoisuutta korkeammalle tasolle.  Kuiva-ainetta saatiin hiukan nostettua, jolloin myös proteiinia ylitteeseen näytti menevän vähemmän.  Vaahtoaminen ei ollut myöskään niin voimakasta kuin dekantoitaessa.  Kokeesta voitiin ottaa näytteet.

Koe 9: 13.10.2003 klo 16:30-18:30

Edellistä koetta jatkettiin, solunesteen syöttö 5,8 m3/h, koaguloitu soluneste johdettiin kuidun mukana dekantointiin.  Lopputuotteena mitattiin perunarehu- ja proteiiniseosta 3 3 00 kg/h.  Koe onnistui ja näytteet voitiin ottaa.

Dekantoitaessa vaahtoa alkoi jälleen muodostua häiritsevästi.

Yhteenveto kokeista:

Perunan solunesteen koagulointi onnistui teknisesti odotetulla tavalla.  Suurin ongelma oli solunesteen voimakas vaahtoaminen, josta syystä ei pitkäjaksoisia koeajoja voitu suorittaa.  Koetuloksesta voitiin todeta, että solunesteen typestä saatiin erotettua perunakuituun keskimäärin n. 37,5 %, mikä oli tavoitearvoja 50 % selkeästi pienempi.  Analyysien perusteella soluneste sisälsi keskimäärin typpeä 3,2 kg/m3, josta määrästä n. 1,2 kg/m3 saatiin siirrettyä kuiturehun joukkoon proteiinina.  Proteiinin hieno jaekoko ei erottunut dekantterissa riittävän tarkasti ja osa proteiinista karkasi ns. ylitteeseen.  Lopputuotteen kuiva-ainepitoisuudeksi ei myöskään saatu riittävän korkeaa tasoa.  Syynä oli ilmeisesti myös koagulantin hienojakoisuus.  Dekantteria voitiin pyörittä maksiminopeudella ja nopeutta oli mahdollisuus säätää taajuusmuuttajalla, mitkä toimenpiteet eivät nostaneet kuiva-ainepitoisuutta riittävälle tasolle.  Dekantterin patoluukut voitiin säätää myös matalimmalle tasolle, josta toimenpiteestä ei ollut apua.  Koaguloidun solunesteen runsas vaahtoaminen vaikutti myös erotustulokseen.  Energiankulut muodostuivat myös kohtuuttoman korkeiksi hyötyyn nähden.  Keskimäärin voitiin laskea energiankulutukseksi 41 - 47 kwh/m3 solunestettä jo pelkkänä lämpöenergiana, joka vastaa n. 7 - 8 litraa polttoöljyä solunestekuutiota kohden eli nykyhinnoilla 2,2 - 2,6 eur/solunestekuutio.  Laskennallinen lämpöenergian hinta on siten vastaavasti n. 0,97 euroa erotettua typpikiloa kohden.  Pumppauksiin tarvittavat energiamäärät olivat n. 6 kwh/m3 solunestettä, tosin nyt käytössä olevilla pumpuilla olisi solunestettä voitu pumpata huomattavasti suurempiakin määriä.

Solunesteen pH:n alentamiseen käytettiin suolahappoa kaikkiaan n. 350 litraa, solunestekuutiolle laskennallinen kulutus oli n. 2,8 I/m3.  Kustannusvaikutusta kertyi 0,50 eur/solunestekuutio.

Perunakuitu- ja proteiiniseosta koeruokittiin läheisen karjatilallisen nuorelle nautakarjalle.  Ruokintakokeessa testattiin lähinnä rehun maittavuutta, koeajojen luonteesta johtuen tuotteita ei saatu valmistettua riittävää määrää pitkäaikaista ruokintakoetta varten.

Naudat söivät tuotetta samalla halukkuudella kuin pelkkää perunarehuakin, joten maittavuudessa ei ollut ongelmia.

Proteiinista otettiin varten n. 50 litran eriä myöhäisempää analyysia varten.  Kokeilla pyritään tutkimaan tuotteiden säilyvyyttä ja ravinnekoostumuksen muutoksia pitkällä aikajänteellä.

Kokeen vaikutusta arvioitaessa jätevesikuormitukseen voidaan todeta, että kokeessa pystyttiin keskimäärin solunesteen typpikuormitusta vähentämään n. 37 %. Analyysituloksiin perustuva arviointi COD pitoisuuden vähenemiseksi saatiin 40-55% ja fosforipitoisuutta saatiin laskettua n. 30-40 %.

Loppupäätelmä

Solunesteen koagulointi ja näin erotetun proteiinin dekantointi yhdessä perunan kuiturehujen kanssa on teknisesti mahdollista.  Lopputuotteen proteiinipitoisuuden lisääminen on merkittävä tekijä rehuarvon nostamiseksi.  Taloudellisesti kuitenkin prosessi on liian kallis käsittelyvaihtoehto solunesteen typpipitoisuutta vähennettäessä.  Lopputuotteen markkina-arvoa ei voida juurikaan lisätä, vaikka sen proteiinipitoisuus lisääntyy.  Laitoksen investoinnille eikä käyttökuluille ei saada riittävää katetta laskettaessa myös puhdistamon kuormituksen pienenemisestä saatava hyöty.

Evijärvellä 05.12.2003

Evijärven Peruna Oy

Liitteet;

Liite l: Muodostuneet kustannukset

Liite 2: Pilot prosessikaavio  (225 kt)

Liite 3: Yhteenveto analyysituloksista