Kompostointiprosessin monitorointi ja ohjaus: Kirjallisuusselvitys

Martin Albers, Hannu Helle, Timo Varpula, Merja Itävaara, Anu Kapanen, Minna Vikman

Research output: Book/ReportReport

Abstract

Tässä kirjallisuuskatsauksessa on esitetty erilaisia ratkaisumalleja teollisen kompostointiprosessin monitorointiin ja ohjaukseen. Tärkeimmät innovaatiot on alun perin etsitty uudentyyppisestä kaasuanalytiikasta (elektroninen nenä tai "e-nose"), biosensoreiden käytöstä ja myös langattomista mittausmahdollisuuksista. Todennäköisesti luotettaviin tuloksiin pääsee edelleen FT-IR- tai massaspektrometrin mittauksin. Nämä järjestelmät mahdollistavat myös kytkemisen hahmontunnistusjärjestelmään, joka kalibrointi- tai oppimisvaiheen jälkeen pystyy suoraan ilmaisemaan prosessin tilaa ja mihin suuntaan prosessi kehittyy. Ennen kaikkea teollisuuden tarpeiden mukaisten ratkaisujen tulisi painottua näytteenottovaiheeseen, jossa langaton mittaus voi olla tärkeä edistysaskel. Elektronisen nenän käyttö ympäristömonitoroinnissa on kirjallisuuden valossa selvästi ajan hermolla ja antaa kiinnostavia mahdollisuuksia kompostin nopeaan karakterisointiin. Kuitenkin näytteenottoa tulisi kehittää niin, että jatkuva analysointi olisi mahdollista. Elektronisen nenän mittausperiaatteen ongelmana on kuitenkin se, ettei nenä anna tarkkaa kemiallista tietoa yksittäisten kaasumaisten yhdisteiden pitoisuuksista, minkä takia nenän opettaminen voi olla pitkä kokeellinen prosessi. Biosensoreiden käyttö kompostointiprosessin monitoroinnissa on myös kiinnostava mutta vielä nykyään vähän tutkittua. Sähkökemialliset tai (mikro)kalorimetriset entsyymi- ja mikrobianturit olisivat kaikkein houkuttelevin vaihtoehto, koska ne antaisivat reaaliaikaista ja spesifistä mittaustietoa. Kompostoinnin yhteydessä on periaatteessa mahdollista käyttää entsyymiantureita esim. nitraatin, etanolin ja etikkahapon mittaamiseen. Biosensoreiden käyttö prosessin jatkuvassa seurannassa on kuitenkin vielä suurelta osin yksittäisten laboratorioprototyyppien varassa (esim. alkoholin jatkuva mittaus fermentaatio-prosesseissa). Kaupallisia laitteita, joita voitaisiin soveltaa kompostointiin, ei vielä ole markkinoilla. Halvat, kaupallisesti saatavilla olevat entsyymianturit ovat yleensä kertakäyttöisiä, ja niitä käytetään vain kliinisissä glukoosin määrityksissä. Jat-kuvatoimiset entsyymianturit sen sijaan vaativat kalliita reagensseja ja laboratoriolaitteita. Kompostin suuret pH-, lämpötila- ja kosteusvaihtelut hankaloittavat bioantureiden toimintaa: ilmaisimet tulisi asettaa vakiolämpötilaan ja suojata puoliläpäisevällä kalvolla, jonka tulisi kestää hyvin kompostointiolosuhteet. Lämpötilan säätömahdollisuus antaa kuitenkin pienen lisäedun: se mahdollistaa entsyymiaktiivisuuden optimoinnin mutta lisää huomattavasti anturin hintaa. Kirjallisuudessa esitettyjen prototyyppien entsyymikalvon stabiilisuutta tulisi kehittää huomattavasti. Langattomat järjestelmät antaisivat kaksi selvää etua kompostointiprosessien mittauksiin: (1) mittausjärjestelmät voidaan kapseloida, jotta ne kestävät paremmin kompos-tointiolosuhteita, ja (2) prosessinohjaus voidaan siirtää pois itse laitoksesta sopivampaan paikkaan. Erilaiset radiosignaalilla mittausdataa lähettävät etäanturit, jotka asetetaan jätemassaan ennen kompostointia, ovat hyvin kiinnostavia, koska kompostilaitoksilta tullaan vaatimaan omavalvontajärjestelmien luomista. Tällaiset mittausmenetelmät mahdollistaisivat jatkuvatoimisen valvonnan ilman käsin tehtävää näytteenottoa.
Original languageFinnish
Place of PublicationEspoo
PublisherVTT Technical Research Centre of Finland
Number of pages86
ISBN (Electronic)951-38-6166-X
ISBN (Print)951-38-6165-1
Publication statusPublished - 2003
MoE publication typeNot Eligible

Publication series

SeriesVTT Tiedotteita - Meddelanden - Research Notes
Number2207
ISSN1235-0605

Keywords

  • industrial composting processes
  • electronic nose
  • biosensors
  • microsensors
  • process measurements
  • wireless systems

Cite this