Utnyttelse av ressursene i avløpsslam, med fokus på fosfor

Størrelse: px

Begynne med side:

Download "Utnyttelse av ressursene i avløpsslam, med fokus på fosfor"

Magne Pettersen
5 år siden
Visninger:

1 DIHVAs Fagsamling Slamløsninger for Vestlandet Bergen, 6-7. Juni 2018 Utnyttelse av ressursene i avløpsslam, med fokus på fosfor

2 Hvorfor gjenvinne næringsstoffer fra avløpsslam og avfallsfraksjoner? P og N er essensielle næringsstoffer i landbrukssektoren P knapphet, Phosphate-rock (2014) og Phosphorus (2017) står på listen over kritiske råvarer i EU. Økt pris på mineralgjødsel Høye N og P utslipp ved RA- belastninger for miljøet er skadelige, strengere regler for RA er på plass over hele verden På grunn av potensielle miljø- og helserisiko, er direkte brukt av slam som jordforbedringsmiddel (direkte P-gjenvinning) lav i flere EU-land. Det er nødvendig med andre metoder for utnytte fosfor! 2

Fosfor tilgjengelig i Norge: ca. 28.000 ton P /år i organisk avfall og restprodukter 1 Husdyrgjødsel -11.400 ton P Fiskeslam fra sjøbasert oppdrettsnæring- 8.

3 Fosfor tilgjengelig i Norge: ca ton P /år i organisk avfall og restprodukter 1 Husdyrgjødsel ton P Fiskeslam fra sjøbasert oppdrettsnæring ton P Fiskeslam fra landbasert oppdrettsnæring- 700 ton P Avløpslam ton P andre produkter (kjøttbeinmel/slakteriavfall, Matavfall, o.s.v) ton P 1 Hamilton et al., Investigating cross-sectoral synergies through integrated aquaculture, fisheries and agriculture phosphorous assessments. A Case Study of Norway. Journal of Industrial Ecology, vol. 20:4,

Integrert næringsstoff-gjenvinning ved renseanlegg med utråtning Et RA med utråtning er ikke bare et RA, men et Ressurs - gjenvinningsanlegg Steder for mulige P-gjenvinning på RA (Egle et al.

4 Integrert næringsstoff-gjenvinning ved renseanlegg med utråtning Et RA med utråtning er ikke bare et RA, men et Ressurs - gjenvinningsanlegg Steder for mulige P-gjenvinning på RA (Egle et al., 2016; Montag, 2008) Direkte bruk av slam som jordforbedringsmiddel i jordbruket Avhengig av fasen kan P gjenvinnes via kjemisk utfelling/krystalliseringsmetoder (struvitt, magnesium-fosfat, kalsiumfosfat, kalium-magnesium-fosfat), ekstraksjon (våt utlekking) før krystallisering, thermo-kjemiske metoder og ion-bytter, fordamping eller adsorpsjon sammen med andre næringsstoffer. 4

5 5Egle et al., Phosphorus recovery from municipal wastewater: An integrated comparative technological, environmental and economic assessment of P recovery technologies. Science of the Total Environment 571,

Gjenvinning av fosfor fra flytende fase (utråtnet slam/rejektvann etter avvanning av

høyere enn 9 og molforholdet (1:1:1) mellom Mg 2+, NH 4+, PO 4 3- Mg 2+ +NH 4+ +PO 4 3-

6H 2 O (s) Struvitt produsert fra utråtnet slam etter nedbryting av husdyrgjødsel, fisk

analyse (SEM) på 20 µm (Estevez et al., 2014).

6 Gjenvinning av fosfor fra flytende fase (utråtnet slam/rejektvann etter avvanning av utråtnet slam) Struvitt (magnesium-ammonium-fosfat (MAP)) krystalliseres ut ved ph høyere enn 9 og molforholdet (1:1:1) mellom Mg 2+, NH 4+, PO 4 3- Mg 2+ +NH 4+ +PO H 2 O MgNH 4 PO 4.6H 2 O (s) Struvitt produsert fra utråtnet slam etter nedbryting av husdyrgjødsel, fisk avfall og energivekster, og krystallstruktur som påvist i en scanning-elektronmikroskop analyse (SEM) på 20 µm (Estevez et al., 2014). Ofte felles struvitt ut spontant i råtnetanker og tilhørende rørsystemer dersom slammet har høyt Mg-innhold. Dette skaper store driftsproblemer ved mange avløpsrenseanlegg og fører til tap av prosesskapasitet. 6

Gjenvinning av fosfor fra slamaske Source: SUSAN (2009) FINAL ACTIVITY REPORT, http://www.susan.bam.

pdf) NPK-gjødselprodukt (20-8-8) og PK-gjødselprodukt (12-20) fra ASH DEC.

opp til over 1.000 grader inne i en roterende ovn (f.eks. Ash DEC prosess).

7 Gjenvinning av fosfor fra slamaske Source: SUSAN (2009) FINAL ACTIVITY REPORT, _susan-final-activity-report_for %20 publication_draft.pdf) NPK-gjødselprodukt (20-8-8) og PK-gjødselprodukt (12-20) fra ASH DEC. Thermo-kjemisk behandling hvor en blanding av aske og klorerte forbindelser (MgCl 2 /CaCl 2 ) varmes opp til over grader inne i en roterende ovn (f.eks. Ash DEC prosess). Tungmetaller reagerer med salter og fordamper ut av ovnen gjennom et gassrensesystem. Fosfor-rike granuler blir dannet og selges til gjødselindustrien som råmateriale for gjødselproduksjon. 7

8 Gjenvinning av næringsstoffer ved Grødaland biogassanlegg Grødaland biogassanlegg (IVAR IKS) er bygd for å behandle ulike typer slam, matavfall og annet organisk avfall på Grødaland i Hå kommune. Utslippstillatelsen for Grødaland biogassanlegg (2015) krevde en foreløpig studie for implementering av gjenvinningsteknologier for næringsstoffer fra anleggets rejektvannsstrømmer. I tillegg er det målet med IVAR IKS å oppnå best mulig ressursutnyttelse av næringsstoffer og markedsforhold for både biogass og gjødselprodukter. Forprosjekt (2015): Vurdering av teknologier for gjenvinning av fosfor (P), nitrogen (N) og kalium (K) fra rejektvanns-strømmer ved Grødaland biogassanlegg. 8

9 Metodikk Gjennomgang av: teknologier brukt i full (industriell) skala teknologier med gode referanser Sammendrag av data fra Grødaland og litteraturdata om: substratmengder og - karakterisering prosessparametere Massebalanseberegninger for P, N og K i de forskjellige rejektvanns-strømmene og i utråtnet slam (biorest fra blandingen av avløpsslam og matavfall). * Kontakt med relevante teknologileverandører: Ostara, USA (PEARL -struvite technology) Royal Haskoning DHV, Netherlands (Crystalactor -struvite technology) NureSys, Belgium (NureSys -struvite technology) CNP, Germany (AirPrex -struvite technology) France Evaporation, France (evaporation technology) Epcon, Norway (evaporation technology)

10 Prosesser og teknologier som ble vurdert input process technology output 10

11 Grødaland biogassanlegg To nutrients recovery ** Utråtnet slam** AirPrex To nutrients recovery * Samlet rejetvanns-strøm* PEARL Crystalactor Epcon 11 NuReSys France Evaporation

12 Resultater Konsentrasjoner av tilgjengelige fraksjoner av næringsstoffer i den totale rejektvanns-strømmen og i utråtnet slam. Samlet rejetvannsstrøm* Total volum m³/år NH 4 -N mg/l PO 4 -P mg/l K mg/l Utråtnet slam** Dette verdi intervall anså en 20% økning på P-tilgjengelighet på grunn av THP og AD 12

13 Resultater Gjenvinningsgrader Teknologi P gjenvunnet (% av Total P inn) N gjenvunnet (% av Total N inn) K gjenvunnet (% av Total K inn) Fordamping (France Evaporation/ Epcon) Struvitt fra rejektvann (PEARL/NureSys) 21-30,4 1 23, ,7-2,7 1, Struvitt fra utråtnet slam (AirPrex) 1 Dette verdi-intervall anså en 20% økning på P-tilgjengelighet på grunn av THP og AD 13

14 Resultater Supplier France Evaporation Epcon Ostara CNP-Technology NuReSys Technology Evaporation Evaporation Struvite from reject water (PEARL ) Struvite from digested sludge (AirPrex ) Struvite from reject water (NuReSys ) Investment costs (NOK) Operational Costs Electricity Thermal energy H 2 SO MgCl HNO NaOH Antifoam Maintenance Personal costs Sum operational Income Nett operational costs (NOK) Capital costs (NOK) Estimated yearly project costs (NOK)

15 Resultater Mengden av P som er mulig å gjenvinne ligger i området 23-34% av total P-mengde som kommer inn til Grødaland ra. I henhold til gjenvinningsgrad og de totale årlige kostnadene var spesifikke kostnader hhv. 154, 124 og 174 NOK/kg P-gjenvunnet for PEARL, NuReSys and Airprex. Prisene er om lag likeverdige, valg av teknologi ville trenge en åpen anbudsprosess mellom alle teknologileverandørene. En investering på minst 45 mill. NOK forventes for et gjenvinningsanlegg, med årlige prosjektkostnader (årskostnader) på ca. 5-6 mill. NOK. Bygging av et gjenvinningsanlegg for næringsstoffer fra rejektvann eller biorest ved Grødaland biogassanlegg vil aldri kunne forsvares ut fra rene økonomiske motiver, siden års-kostnadene (og også bare driftskostnadene) er langt høyere enn netto salgsinntekter fra gjenvunne produkter. Ved RA som behandler bare bio-p slam (ca. 40% P er tilgjengelig i Bio-P og bare 1-4% i kjemisk slam), biogassanlegg hvor substrater med høyt P-innhold er brukt eller spontan struvitt utfelling forekommer, kan besparelser i vedlikeholdskostnader og høyere P innhold gjøre P-gjenvinning mer økonomisk gunstig. FoU er nøkkelen på dette området, og forskning på metoder for å forbedre oppløsningen av P fra organiske avfallsfraksjoner undersøkes for å øke effektiviteten av gjenvinningsprosessene. 15

16 Andre prosjekter om gjenvinning av næringsstoffer hos Aquateam COWI Bedre utnyttelse av fosfor i organiske restprodukter i Norge (Utredning for Miljødirektoratet, 2016) Økt fosfor-tilgjengelighet i avløpsslam (forprosjekt RFF, ) Ren Ener-Mar (RFF, Bergen Kommune-IVAR, ) RESERVE1 (COWI fonden, ) 16

17 Økt fosfortilgjengelighet i avløpsslam (forprosjekt RFF Hovedstaden: ) Fosforet i norsk slam er sterkt bundet til fellingskjemikaliene (Al og Fe) som må brukes i renseanleggene for å fjerne den høye andelen av fosforet i avløpsvannet som utslippstillatelsene krever (> 90 % P-fjerning). Vekstforsøk med slam fra ulike renseanlegg med forskjellige renseprosesser og slambehandlingsmetoder har vist at slam som er tilsatt kalk, har en betydelig høyere fosfortilgjengelighet for plantevekst enn annet slam. Hovedmål Undersøke om bruk av kalk i slamhåndtering kan øke fosfor-tilgjengeligheten av utråtnet slam fra avløpsrenseanlegg Samarbeidspartnere Nedre Romerike Avløpsselskap IKS (NRA), NIBIO, SINTEF Molab, Miljøkalk AS Metodikk Utråtnet og avvannet slam fra Nordre Follo RA (samme type slam og samme biogass-prosess som er planlagt for NRA) ble tilsatt 3 forskjellige doser av kalksteinsmel, lesket kalk og brent kalk og analysert for P- tilgjengelighet etter 14 dagers lagring. ph endringer ble også fulgt opp, sammen med endringer i luktpotensialet og hygieniseringseffekter av tilsetting kalk til utråtnet-avvannet slam. 17

Økt fosfor tilgjengelighet i avløpsslam (forprosjekt RFF Hovedstaden: 2016-2017)

og avvannet slam gir en markant økning i fosfortilgjengeligheten i slammet innenfor

Høyere kalkmengder enn dette gir lavere fosfortilgjengelighet, og kalksteinsmel

18 Økt fosfor tilgjengelighet i avløpsslam (forprosjekt RFF Hovedstaden: ) Kalksteinmel Lesket kalk Brent kalk Dosering av lesket eller brent kalk til utråtnet og avvannet slam gir en markant økning i fosfortilgjengeligheten i slammet innenfor doseringsmengder på kg kalk/tonn TS. Høyere kalkmengder enn dette gir lavere fosfortilgjengelighet, og kalksteinsmel (landbrukskalk) har ingen effekt. Det er en god korrelasjon mellom økt fosfortilgjengelighet og ph i slammet 14 dager etter kalktilsettingen. 18

Like dokumenter

Gjenvinning av fosfor fra Grødaland biogassanlegg

Gjenvinning av fosfor fra Grødaland biogassanlegg v/ Fagansvarlig Oddvar Tornes, IVAR IKS Siv.ing. Bjarne Paulsrud, Paulsrud Consulting AS Norsk Vann sitt fagtreff 25 26.10.16, Quality Hotel 33, Oslo 1