Bio- ja kaatopaikkakaasujen mittauksella seurataan kaasun koostumusta, laatua, turvallisuutta ja hyödyntämiskelpoisuutta. Tavallisesti mitattavia kaasuja ovat metaani, hiilidioksidi ja happi. Käyttökohteen mukaan voidaan seurata myös esimerkiksi rikkivetyä, ammoniakkia, vetyä ja häkää sekä kaasun painetta, lämpötilaa ja virtausta.

Biokaasulaitoksessa mittaustietoa käytetään prosessin toiminnan seurantaan, kaasuntuotannon optimointiin ja kaasua hyödyntävien laitteiden suojaamiseen. Kaatopaikoilla mittauksilla valvotaan kaasunkeräysjärjestelmää, tasapainotetaan kaasukenttää ja seurataan kaasun mahdollista kulkeutumista ympäristöön.

HNU Nordionin bio- ja kaatopaikkakaasujen mittausratkaisuista löytyy sekä kannettavia että kiinteästi asennettavia kaasuanalysaattoreita erilaisiin biokaasu- ja kaatopaikkakohteisiin.

Mitä eroa on biokaasulla ja kaatopaikkakaasulla?

Biokaasua syntyy, kun orgaaninen materiaali hajoaa hapettomissa olosuhteissa. Hallitussa biokaasuprosessissa raaka-aineena voidaan käyttää esimerkiksi biojätettä, lietettä, lantaa tai elintarviketeollisuuden sivuvirtoja.

Kaatopaikkakaasu syntyy puolestaan kaatopaikalle sijoitetun orgaanisen jätteen hajotessa. Prosessia ei voida hallita yhtä tarkasti kuin varsinaisessa biokaasureaktorissa, ja kaasun koostumus voi vaihdella huomattavasti kaatopaikan eri osissa ja eri ajankohtina.

Molemmat kaasut sisältävät tavallisesti merkittävästi metaania ja hiilidioksidia. Mittaustarpeet poikkeavat kuitenkin toisistaan:

• biokaasulaitoksessa keskitytään yleensä prosessin tehokkuuteen ja kaasun laatuun
• kaatopaikalla seurataan lisäksi kaasukentän tasapainoa, kaasunkeräystä ja kaasun kulkeutumista
• biokaasulaitoksessa mittauspisteitä voi olla prosessin eri vaiheissa
• kaatopaikalla mittauspisteitä voi olla suuri määrä eri puolilla aluetta
• kaatopaikkakaasun mittauksessa paineen ja virtauksen seuranta on usein erityisen tärkeää

Siksi sama kaasuanalysaattori ei välttämättä ole paras vaihtoehto kaikkiin kohteisiin.

Miksi biokaasun koostumusta täytyy mitata?

Biokaasun koostumus kertoo, miten hyvin biologinen prosessi toimii ja kuinka käyttökelpoista tuotettu kaasu on.

Metaani on kaasun energiasisällön kannalta tärkein komponentti. Kun metaanipitoisuus tunnetaan, voidaan arvioida kaasun laatua ja sitä, miten hyvin kaasu soveltuu esimerkiksi energiantuotantoon, polttoon tai jatkojalostukseen.

Hiilidioksidi muodostaa yleensä suuren osan biokaasun muusta koostumuksesta. Metaanin ja hiilidioksidin välisen suhteen muutokset voivat kertoa prosessiolosuhteiden tai syötteen muutoksista.

Hapen esiintyminen voi puolestaan viitata esimerkiksi ilman pääsyyn järjestelmään. Rikkivety ja muut epäpuhtaudet voivat aiheuttaa hajuhaittoja, korroosiota sekä ongelmia moottoreissa, putkistoissa ja kaasunkäsittelylaitteissa.

Säännöllisellä mittauksella voidaan:

• seurata kaasuntuotannon kehitystä
• tunnistaa prosessihäiriöitä
• arvioida kaasun energiasisältöä
• suojata moottoreita ja muita prosessilaitteita
• tarkistaa kaasunpuhdistuksen toimivuutta
• vertailla eri reaktoreita tai mittauspisteitä
• tuottaa tietoa prosessinohjaukseen ja raportointiin

Mittauksen tarkoituksena ei ole pelkästään todeta kaasun koostumusta, vaan käyttää tietoa koko prosessin kehittämiseen.

Mitä kaasuja biokaasusta yleensä mitataan?

Biokaasun mittauksessa seurataan tavallisesti ainakin seuraavia kaasukomponentteja:

• Metaani eli CH₄, joka kertoo kaasun energiasisällöstä ja hyödyntämispotentiaalista.
• Hiilidioksidi eli CO₂, joka muodostaa merkittävän osan raakabiokaasusta.
• Happi eli O₂, jonka pitoisuus voi kertoa ilman pääsystä järjestelmään.
• Rikkivety eli H₂S, joka voi aiheuttaa korroosiota, hajuhaittoja ja laitevaurioita.
• Ammoniakki eli NH₃, jota voi esiintyä erityisesti typpeä sisältäviä raaka-aineita käsittelevissä prosesseissa.
• Vety eli H₂, jota voidaan seurata prosessin biologisen tilan arvioimiseksi.
• Hiilimonoksidi eli CO, jonka mittaaminen voi olla tarpeen tietyissä prosessi- ja turvallisuustilanteissa.

Tarvittavat mittauskanavat riippuvat laitoksen prosessista, raaka-aineista, kaasun käyttötavasta ja siitä, missä prosessin vaiheessa mittaus tehdään.

Kaikissa kohteissa ei tarvita kaikkien kaasujen mittaamista. Analysaattoria valittaessa on kuitenkin hyvä huomioida myös mahdolliset tulevat mittaustarpeet.

Miksi kaatopaikkakaasua mitataan?

Kaatopaikkakaasun mittauksella seurataan kaasun muodostumista, keräysjärjestelmän toimintaa ja kaasun mahdollista kulkeutumista kaatopaikka-alueen ulkopuolelle.

Kaatopaikkakaasun sisältämä metaani voidaan kerätä ja hyödyntää energiantuotannossa. Hallitsemattomasti ympäristöön pääsevä metaani aiheuttaa kuitenkin turvallisuus- ja ympäristöriskejä.

Mittauksia voidaan tehdä esimerkiksi:

• kaasunkeräyskaivoista
• kaasulinjoista
• kokoojaputkistoista
• soihtujen tai kaasumoottoreiden yhteydessä
• kaatopaikan reuna-alueilla
• maaperään asennetuista tarkkailupisteistä
• rakennusten tai muiden riskikohteiden läheisyydestä

Kaasun koostumuksen lisäksi voidaan tarvita tietoa paineesta, imusta, lämpötilasta ja virtauksesta. Näiden tietojen avulla voidaan arvioida, kerätäänkö kaasua eri kaivoista sopivalla teholla.

Liian voimakas imu voi lisätä ilman pääsyä jätepenkereeseen. Liian vähäinen imu voi puolestaan heikentää kaasunkeräystä ja lisätä hallitsemattomia päästöjä. Siksi kaasukentän tasapainottaminen perustuu mittaustietoon.

Mitä eroa on kannettavalla ja kiinteällä biokaasuanalysaattorilla?

Kannettava kaasuanalysaattori soveltuu kohteisiin, joissa mittauksia tehdään useista pisteistä tai joissa laitetta tarvitaan vain tietyin väliajoin.

Kannettavan analysaattorin etuja ovat:

• samaa laitetta voidaan käyttää useissa mittauspisteissä
• laite voidaan viedä suoraan kentälle
• mittauksia voidaan tehdä eri prosessivaiheista
• ratkaisu soveltuu tarkastuksiin, huoltoon ja vianetsintään
• investointi voi olla kiinteää järjestelmää pienempi

Kiinteä analysaattori soveltuu jatkuvaan prosessiseurantaan. Se voidaan liittää laitoksen automaatio- tai tiedonkeruujärjestelmään, jolloin kaasun koostumusta voidaan seurata ilman erillisiä kenttämittauksia.

Kiinteän järjestelmän etuja ovat:

• jatkuva tai automaattisesti toistuva mittaus
• nopeat hälytykset poikkeamista
• mittaustiedon siirtäminen prosessinohjaukseen
• eri ajanjaksojen vertailu
• pienempi riippuvuus manuaalisista mittauskierroksista

Monissa laitoksissa paras kokonaisuus muodostuu kiinteän analysaattorin ja kannettavan tarkistusmittarin yhdistelmästä.

Milloin Biogas 3000 on sopiva ratkaisu?

Biogas 3000 on kiinteästi asennettava biokaasuanalysaattori jatkuvaan tai automaattisesti toistuvaan kaasun koostumuksen seurantaan.

Laite soveltuu erityisesti kohteisiin, joissa biokaasuprosessin toimintaa halutaan valvoa jatkuvasti ja mittaustietoa hyödyntää osana laitoksen prosessinohjausta.

Biogas 3000 voidaan asentaa myös räjähdysvaarallisiin tiloihin. Tämä on tärkeää biokaasulaitoksissa, joissa mittausjärjestelmän rakenteen ja hyväksyntöjen täytyy vastata asennusympäristön vaatimuksia.

Kiinteä analysaattori voi olla sopiva vaihtoehto esimerkiksi silloin, kun:

• kaasun koostumusta täytyy seurata ympäri vuorokauden
• poikkeamista halutaan automaattinen hälytys
• mittaustiedot halutaan laitoksen automaatioon
• mittaus tehdään aina samoista prosessipisteistä
• manuaalisia mittauskierroksia halutaan vähentää
• kaasun laadulla on suora vaikutus energiantuotantoon tai jatkokäsittelyyn

Kiinteän järjestelmän suunnittelussa täytyy itse analysaattorin lisäksi huomioida näytelinjat, kosteudenhallinta, näytteen esikäsittely, mittauspisteiden määrä ja tiedonsiirto.

Milloin kannettava Biogas 5000 kannattaa valita?

Biogas 5000 on kannettava kaasuanalysaattori biokaasujen mittaamiseen.

Se soveltuu esimerkiksi maatilojen biokaasulaitoksiin, jätevedenpuhdistamoille, elintarviketeollisuuteen, biojätteen käsittelyyn ja muihin anaerobisiin prosesseihin.

Biogas 5000 mittaa metaania, hiilidioksidia ja happea. Laite voidaan konfiguroida myös muiden biokaasuprosessissa tärkeiden kaasujen mittaamiseen. Käyttökohteen mukaan näitä voivat olla esimerkiksi rikkivety, ammoniakki ja vety.

Kannettava analysaattori on hyödyllinen silloin, kun:

• mittauksia tehdään useista prosessipisteistä
• samalla laitteella palvellaan useita reaktoreita tai laitoksia
• tarvitaan vertailumittauksia kiinteän analysaattorin rinnalle
• kaasun koostumusta tarkistetaan huoltojen yhteydessä
• etsitään syytä prosessin poikkeavaan toimintaan
• jatkuva kiinteä mittaus ei ole tarpeen

Kannettavan mittarin avulla voidaan rakentaa säännöllinen mittauskierros, jossa tulokset tallennetaan aina samoista mittauspisteistä ja mahdollisimman samanlaisissa olosuhteissa.

Mihin GA 5000 -kaasuanalysaattoria käytetään?

GA 5000 on kannettava kaasuanalysaattori erityisesti kohteisiin, joissa mittauspisteitä on paljon.

Laite soveltuu kaatopaikkakaasun, pilaantuneiden maa-alueiden ja muiden ympäristökohteiden kaasumittauksiin. Sillä voidaan mitata metaania, hiilidioksidia ja happea sekä laitekokoonpanon mukaan muita kaasuja.

GA 5000 soveltuu esimerkiksi:

• kaatopaikan tarkkailukaivojen mittauksiin
• kaasun kulkeutumisen seurantaan
• kaatopaikan reuna-alueiden valvontaan
• pilaantuneiden maa-alueiden tutkimuksiin
• kaasunkeräysjärjestelmän tarkistuksiin
• useista pisteistä koostuviin mittauskierroksiin

Kun mittauspisteitä on kymmeniä tai jopa satoja, mittausreitin, pistekohtaisten tietojen ja tulosten tallentamisen merkitys kasvaa. Yhtenäinen mittausmenettely helpottaa eri mittauskertojen vertailua ja muutosten tunnistamista.

GA 5000 on tarkoituksenmukainen valinta, kun pääpaino on kaasun koostumuksen ja ympäristöolosuhteiden seurannassa, mutta koko kaasukentän virtaus- ja energiantuotantotietoja ei tarvitse hallita yhdellä laitteella.

Mihin GEM 5000 -kaasuanalysaattoria käytetään?

GEM 5000 on monipuolinen kannettava kaasuanalysaattori kaatopaikkakaasujen mittaamiseen ja kaasukentän hallintaan.

Laite mittaa kaasun koostumusta sekä paineeseen ja virtaukseen liittyviä suureita. Sen avulla voidaan myös määrittää kaasun lämpöarvoa.

GEM 5000 soveltuu erityisesti kaasunkeräysjärjestelmien tasapainottamiseen. Mittausten avulla voidaan arvioida, kuinka paljon kaasua eri kaivoista kerätään ja millainen kaasun laatu on.

Laitetta voidaan käyttää esimerkiksi:

• kaasunkeräyskaivojen säätämiseen
• kaasukentän tasapainottamiseen
• metaani-, hiilidioksidi- ja happipitoisuuksien seurantaan
• staattisen ja differentiaalipaineen mittaamiseen
• kaasun virtauksen arviointiin
• kaasun lämpöarvon määrittämiseen
• kaasumoottoreille tai soihdulle johdettavan kaasun tarkistamiseen
• kaasuntuotannon ja energiantuotantopotentiaalin seurantaan

GEM 5000 on perusteltu valinta silloin, kun pelkkä kaasupitoisuuksien mittaaminen ei riitä, vaan mittaustietoa käytetään koko kaasunkeräysjärjestelmän säätämiseen.

Biogas 5000, GA 5000 vai GEM 5000 – mikä laite sopii mihinkin?

Laitteen valinta voidaan tiivistää käyttökohteen mukaan.

Biogas 5000 sopii parhaiten biokaasuprosesseihin, joissa tarvitaan kannettava mittari kaasun koostumuksen ja prosessin toiminnan tarkistamiseen.

GA 5000 sopii erityisesti kaatopaikkojen ja pilaantuneiden maa-alueiden mittauskierroksiin, joissa mittauspisteitä on paljon ja tärkeintä on kaasun koostumuksen sekä ympäristöolosuhteiden seuranta.

GEM 5000 sopii kaatopaikkojen kaasunkeräysjärjestelmien hallintaan, kun kaasun koostumuksen lisäksi täytyy seurata painetta, virtausta ja kaasun energiantuotantopotentiaalia.

Biogas 3000 sopii jatkuvaan kiinteään mittaukseen, kun kaasun laatua halutaan seurata automaattisesti osana laitoksen prosessia.

Valintaa ei kannata tehdä pelkän mitattavan kaasun perusteella. Olennaista on myös se, missä mittaus tehdään, kuinka usein mittaustietoa tarvitaan ja miten tuloksia hyödynnetään.

Miten oikea bio- tai kaatopaikkakaasun mittalaite valitaan?

Mittalaitteen valinta alkaa käyttötarkoituksen määrittelystä.

Ennen hankintaa kannattaa selvittää ainakin seuraavat asiat:

• Mitataanko biokaasulaitosta, kaatopaikkaa vai pilaantunutta maa-aluetta?
• Mitä kaasuja täytyy mitata?
• Millaisia pitoisuuksia kohteessa odotetaan?
• Tarvitaanko kannettava vai kiinteä analysaattori?
• Kuinka monta mittauspistettä kohteessa on?
• Tehdäänkö mittaus jatkuvasti vai säännöllisillä mittauskierroksilla?
• Tarvitaanko paineen, virtauksen tai lämpötilan mittaamista?
• Täytyykö kaasun lämpöarvo määrittää?
• Onko asennus- tai mittausympäristö räjähdysvaarallinen?
• Tarvitaanko mittaustulosten automaattista tallennusta?
• Miten tiedot siirretään raportointiin tai prosessinohjaukseen?
• Missä ja miten laite kalibroidaan ja huolletaan?

Oikea ratkaisu voi olla yksittäinen kannettava mittari, kiinteä analysaattori tai useiden laitteiden muodostama kokonaisuus.

Miksi näytteenotto vaikuttaa mittaustulokseen?

Kaasuanalysaattorin lisäksi myös näytteenottotapa vaikuttaa tuloksen luotettavuuteen.

Biokaasu ja kaatopaikkakaasu voivat sisältää runsaasti kosteutta. Näytelinjaan tiivistyvä vesi voi häiritä mittausta, tukkia suodattimia tai vaurioittaa analysaattoria. Myös epäpuhtaudet ja pöly voivat vaikuttaa näytteenottoon.

Luotettavassa mittauksessa täytyy huomioida:

• näytteenottopisteen edustavuus
• näytelinjan materiaali ja pituus
• veden ja kondenssin poistaminen
• tarkoitukseen sopivat suodattimet
• riittävä huuhteluaika ennen tuloksen tallentamista
• letkujen, liittimien ja näytelinjojen tiiviys
• mittauspisteen paineolosuhteet
• laitteen valmistajan määrittelemä käyttömenettely

Erityisesti kiinteässä analysaattorissa näytteen esikäsittely on tärkeä osa koko mittausjärjestelmää. Analysaattorin hyvä suorituskyky ei yksin riitä, jos näyte ei saavu laitteelle oikeassa muodossa.

Miksi kalibrointi on tärkeää kaasuanalysaattorille?

Kaasuanalysaattorin tuloksia käytetään prosessin säätämiseen, turvallisuuden arviointiin ja joskus myös viranomaisraportointiin. Siksi mittausten täytyy olla luotettavia ja vertailukelpoisia.

Laitteen toimintaa tarkistetaan tunnetun pitoisuuden sisältävällä kalibrointikaasulla. Tarkistuksella voidaan varmistaa, että analysaattorin anturit reagoivat odotetulla tavalla.

Kalibrointiin ja laadunvarmistukseen voi kuulua:

• laitteen nollatarkistus
• tunnetun kalibrointikaasun käyttö
• kentällä tehtävä toimintatarkastus
• käyttäjän tekemä kalibrointi
• määräaikainen valmistajan tai huollon kalibrointi
• antureiden ja kuluvien osien vaihtaminen
• kalibrointitietojen dokumentointi

Kalibrointiväli riippuu laitteen käytöstä, mitattavista kaasuista, käyttöolosuhteista ja organisaation omista laatuvaatimuksista.

HNU Nordion tarjoaa mittalaitteille myös kalibrointi-, huolto- ja tuotetukipalveluita.

Miten mittaustietoa kannattaa hyödyntää?

Yksittäinen kaasumittaus kertoo tilanteesta vain mittaushetkellä. Suurin hyöty saadaan, kun mittaukset tehdään yhdenmukaisesti ja tuloksia tarkastellaan pidemmän ajan kehityksenä.

Biokaasulaitoksessa tuloksia voidaan verrata esimerkiksi:

• syötteen määrään ja koostumukseen
• reaktorin lämpötilaan
• pH-arvoon ja muihin prosessiparametreihin
• tuotettuun kaasumäärään
• kaasumoottorin toimintaan
• kaasunpuhdistuksen tuloksiin
• huoltoihin ja prosessimuutoksiin

Kaatopaikalla tuloksia voidaan verrata:

• aikaisempiin mittauskierroksiin
• kaasukaivojen säätöihin
• imupaineeseen ja virtaukseen
• kaasun kokonaiskeräysmäärään
• energiantuotantoon
• sää- ja ilmanpaineolosuhteisiin
• kaatopaikan eri alueisiin

Mittauspisteiden tunnisteet, mittausajat, laite- ja kalibrointitiedot sekä käyttäjän havainnot kannattaa tallentaa yhdessä mittaustulosten kanssa. Tämä parantaa jäljitettävyyttä ja helpottaa poikkeamien selvittämistä.

Keille bio- ja kaatopaikkakaasujen mittausratkaisut sopivat?

Bio- ja kaatopaikkakaasujen mittalaitteita käyttävät esimerkiksi:

• biokaasulaitokset
• maatilat ja yhteiskäsittelylaitokset
• jätevedenpuhdistamot
• elintarvike- ja juomateollisuus
• biojätteen käsittelylaitokset
• kaatopaikat ja jätekeskukset
• energiantuotantolaitokset
• kaasun jalostus- ja puhdistuslaitokset
• ympäristökonsultit
• tutkimusorganisaatiot
• pilaantuneiden maa-alueiden tutkijat
• viranomais- ja valvontaorganisaatiot

Käyttötarkoitus ratkaisee, tarvitaanko yksinkertainen kannettava koostumusmittaus vai laajempi järjestelmä kaasun laadun, paineen, virtauksen ja prosessin jatkuvaan seurantaan.

Yhteenveto: mitä hyvä kaasun mittauskokonaisuus sisältää?

Hyvä bio- tai kaatopaikkakaasun mittauskokonaisuus voi sisältää:

• kiinteän tai kannettavan kaasuanalysaattorin
• metaanin, hiilidioksidin ja hapen mittauksen
• käyttökohteen mukaan rikkivedyn, ammoniakin, vedyn tai häkäpitoisuuden mittauksen
• paineen, lämpötilan ja virtauksen seurannan
• kaasun lämpöarvon määrittämisen
• näytelinjat, vedenerottimet ja suodattimet
• kalibrointikaasut ja muut laadunvarmistusvälineet
• mittauspisteiden ja mittausreittien hallinnan
• tiedon tallennuksen ja raportoinnin
• käyttöönoton, koulutuksen, huollon ja kalibroinnin

Kun mittausratkaisu valitaan todellisen käyttökohteen perusteella, mittaustietoa voidaan hyödyntää prosessin optimoinnissa, kaasunkeräyksen tehostamisessa, laitteiden suojaamisessa ja turvallisuuden parantamisessa.