9. MARS 2015 NORSK VANNFORENING

Transkript

1

2 Oversikt over lanserte teknologier for gjenvinning av fosfor fra avløpsvann og slam, og på hvilket nivå de befinner seg i utviklingen (fullskala, pilotskala, lab. skala). 2

3 P-REX: Sustainable sewage sludge management fostering phosphorus recovery and energy efficiency Participants KOMPENTENTZZENTRUM WASSER BERLIN GEMEINNUTZIGE GMBH, Germany FACHHOCHSCHULE NORDWESTSCHWEIZ, Switzerland BUNDESANSTALT FUER MATERIALFORSCHUNG UND PRUEFUNG, Germany VEREIN ZUR FORDERUNG AGRAR- UND STADTOKOLOGISCHER PROJEKTE (ASP) EV INSTITUT FUR AGRAR-UND STADTOKOLOGISCHE PROJEKTE AN DER HUMBOLDT, Germany VEOLIA EAU - COMPAGNIE GENERALE DES EAUX SOCIETE EN COMMANDITE PAR ACTIONS, France Outotec (Finland) Oy, Finland AGRO PLUS HANDELSUNTERNEHMEN EU, Austria BSH UMWELTSERVICE AG, Switzerland INGENIEURBURO FUR GIESSEREITECHNIK GMBH, Germany FP7-Collaborative to LIMCO INTERNATIONAL GMBH, Germany PROMAN MANAGEMENT GMBH, Austria ASIO SPOL S R O, Czech Republic SOLINTEL M&P SL, Spain P.C.S. POLLUTION CONTROL SERVICE GMBH, Germany PFI PLANUNGSGEMEINSCHAFT GBR - REINER BOLL RICHARD ROHLFING JOHANNES MULLER SCHAPER, Germany SUSAN: Sustainable and safe re-use of municipal sewage sludge for nutrient recovery Participants BUNDESANSTALT FUER MATERIALFORSCHUNG UND PRUEFUNG, Germany TECHNISCHE UNIVERSITAET WIEN, Austria BUNDESFORSCHUNGSANSTALT FUER LANDWIRTSCHAFT, Germany ASH DEC UMWELT AG, Austria BAMAG GMBH, Germany FP6 -Specific Targeted Research Project to SLIBVERWERKING NOORD-BRABANT N.V., Netherlands YARA NORSK SUOMI VANNFORENING OY, Finland 3 JULIUS KUEHN-INSTITUT, Germany

4 Mål for P-REX projektet: å vurdere nye og lovende prosesser for gjenvinning fosfor fra avløpsvann og slam, og fremme markedet for fosforprodukter som gjødsel fosfor removal Fokus for P-REX 4

5 Gjenvinning av fosfor fra avløpsvann i EU (fra P-REX, 2014) Kabbe, C. (2013), P-REX project, Berlin Centre of Competence for Water. 5

6 Gjenvinning av fosfor fra slamaske thermokjemisk AshDEC MEPHREC ekstraksjonsprosessr EcoPhos LeachPhos FULL SCALE Demo or planned 6

7 Gjenvinning av fosfor fra slamaske-fullskala anlegg Ash DEC (thermochemical treatment of sludge ash) Source: SUSAN (2009) FINAL ACTIVITY REPORT, _susan-final-activity-report_for %20 publication_draft.pdf) NPK-fertiliser (20-8-8) and PK-fertiliser (12-20) fra ASH DEC. Termokjemisk behandling (utviklet ved SUSAN) hvor en blanding av aske og klorerte forbindelser (MgCl 2 /CaCl 2 ) varmes opp til over grader inne i en roterende ovn. 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. Pilotinstallasjoner i Østerrike og Tyskland. Første fullskala installasjon operativ fra 2012, østerriske selskapet Ash DEC Umwelt AG. 7

8 Gjenvinning av fosfor fra slamaske- fullskala utvikling MEPHREC (Metallurgical Phosphorus Recovery) Source: Ingitec 2009 Utviklet av Ingitec i Tyskland. Slam avvannes til 20 % TS og blandes med sement og kalkstein i en ovn ved grader. Fastfasen inneholder fosfor-silikat og gassfasen tungmetaller. Det endelige produktet inneholder mellom 4,6 og 12% av P 2 O 5 med over 90% sitronsyre oppløselighet. Prosessen er testet i et pilotanlegg (kapasitet på 8 t/h briketter), og det er planlagt et fullskala-anlegg i Nürnberg, Tyskland. 8

9 Gjenvinning av fosfor fra slamaske- fullskala anlegg Ecophos (acid digestion of P-containing ash) Syrebehandling av P-rik slamaske etterfulgt av et seprasjonstrinn. Slamasken oppløses med saltsyre og denne blir resirkulert i prosessen (module 4). Den flytende fase reagerer med en kalsiumkilde, og dikalsiumfosfat (DCP) utfelles. DCP blir videre behandlet med svovelsyre så fosforsyre blir produsert (42%). Fullskala anlegg med ECOPHOS tecknologi i Bulgaria (2008) og Syria (2010), og det planlegg et anlegg i Peru og Namibia (2014) (source: ECOPHOS (2014) bedriftens hjemmeside:. 9

10 Gjenvinning av fosfor fra slamaske- demoanlegg LeachPhos (leaching process) Source: LeachPhos (2013) Phosphor mining im Kanton Zürich, Projektblatt Nr. 2, Switzerland. Slamaske ekstraheres med fortynnet svovelsyre. Aske-bundet fosfor frigjøres 60-90%. Etter å ha fjernet tungmetaller, blir det oppløste fosfor konsentrert og utfelt som et hvitt fosfor-rikt salt som inneholder inntil 30-40% fosfor som P 2 O 5. Fra ett tonn slamaske kan det gjenvinnes kg fosfor. I 2013 ble LEACHPHOS prosessen testet i industriell skala i Bern, Sveits av BSH Umweltservice AG (Source: LeachPhos, 2013). 10

11 Gjenvinning av fosfor fra utråtnet slam eller fra rejektvannet etter avvanning av utråtnet slam (ved bio-p anlegg) AirPrex PEARL kjemiskfelling Crystalactor Fix-Phos ekstraksjon/ kjemiskfelling Stuttgart Budenheim 11 FULL SCALE Demo or planned

12 Gjenvinning av fosfor fra utråtnet slam eller fra rejektvannet etter avvanning av utråtnet slam ved bio-p anlegg 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) Ofte felles struvitt ut spontant i råtnetanker og tilhørende rørsystemer dersom slammet har høyt Mginnhold. Dette skaper store driftsproblemer ved mange avløpsvannrenseanlegg og fører til tap av prosesskapasitet. 12

13 Gjenvinning av fosfor fra utråtnet slam eller fra rejektvannet etter avvanning av utråtnet slam ved bio-p anlegg-fullskala anlegg AirPrex prosessen AirPrex prosess (source: Bergmans, 2011) Utråtnet slam ledes gjennom en airlift-reaktor. Ammonium og fosfat er i slammet, og magnesium ioner tilsettes som magnesiumklorid (MgCl 2 ). Luft blir anvendt for å øke ph ved stripping av CO 2 fra utråtnet slam. Når ph øker, feller struvitt ut. Tysk bedrift PCS (Pollution Control Service) fikk lisens til å markedsføre AirPrex teknologien i I dag er to fullskalaanlegg i drift, ett i Berlin og ett i Mönchengladbach. I disse anleggene blir 80-90% av ortofosfat fjernet fra rejektvannet. Struvitten blir solgt til gjødselindustrien for /tonn (AirPrex- Verfahren, 2008). 13

14 Gjenvinning av fosfor fra utråtnet slam eller fra rejektvannet etter avvanning av utråtnet slam ved bio-p anlegg- fullskala anlegg PEARL prosessen Utviklet av det amerikanske selskapet Ostara. Struvitt blir gjenvunnet fra rejektvannet i en fluidized-bed reaktor. Produsert struvitt selges som "Crystal Green" til gjødselindustrien. Overskudd fra salg av struvitt dekker fullt ut driftskostnadene for prosessen. Første pilotanlegget i Edmonton, Canada i 2006 og fire fullskalaanlegg i USA etter det. Anlagg under bygging i Europa Crystalactor prosessen Utviklet i 80-årene av det nederlandske selskapet DHV for å fjerne kalsium (hardhet) fra drikkevannet. Crystalactor systemet er en fluidized-bed reaktor (som PEARL) hvor rejektvannet strømmer i oppadgående retning. Crystalactor produserer magnesium-fosfat, kalsiumfosfat, struvitt eller kalium-magnesiumfosfat, avhengig av de tilførte kjemikaler og innstillinger av prosessen. Fullskalaanlegg siden 1988 i Nederland og mange etter det i Israel, Netherland, USA (2), China. 14

15 Gjenvinning av fosfor fra utråtnet slam eller fra rejektvannet etter avvanning av utråtnet slam ved bio-p anlegg- fullskala anlegg Fix-Phos prosessen Tilsetting av kalsium-silikat-hydrat (CSH) (biprodukt fra bygningsmaterial-industrien, inneholder CaO, SiO 2, H 2 O) Under anaerobe forhold frigis Ca 2+ som binder løst P som kalsiumfosfat på overflaten. Ved avvanning/separasjon tas granulene med CSH + Ca-fosfat ut av slammet og kan brukes som gjødsel (P-innhold: 18% P 2 O 5 ) Prosessen kan redusere problemene med struvitt-utfelling i råtnetank-systemet. Fullskala prosess ved SEHi (Stadtentwässerung Hildesheim) renseanlegget i Hildesheim, Tyskland (P-Rex, 2014). Petzet & Cornel (2012), The FIX-Phos Process, Technische Universität Darmstadt, Institut IWAR, Darmstadt, Germany. 15

16 Gjenvinning av fosfor fra utråtnet slam eller fra rejektvannet etter avvanning av utråtnet slam (ved bio-p anlegg) AirPrex PEARL kjemiskfelling Crystalactor Fix-Phos ekstraksjon/ kjemiskfelling Stuttgart Budenheim 16 FULL SCALE Demo or planned

17 Gjenvinning av fosfor fra utråtnet slam eller fra rejektvannet etter avvanning av utråtnet slam ved bio-p anlegg pilot Stuttgart prosessen (demo-anlegg) Svovelsyre blir tilsatt utråtnet slam for å senke ph og oppløse P i slammet sammen med tungmetaller Etter et separasjonstrinn tilsettes sitronsyre til i den flytende fasen for å kompleksbinde tungmetaller. Magnesiumoksyd og natriumhydroksid tilsettes for å øke ph (8,5) og tillate struvitt å felle ut i en sedimenteringstank. Struvitt separeres ut og fjernes, mens tungmetaller forblir i dekanteringsvannet (Kabbe, 2013a). Budenheim prosessen (pilot-anlegg) En patentert, ny og lovende prosess også kalt karbonsyre prosessen. Bruker bare CO₂ som løsemiddel for slammet (ekstraksjonstrinnet), og dette resirkulerer internt i prosessen. Således en meget grønn prosess. Slammet separeres i en flytende og en fast fase, og fosfater felles ut og gjenvinnes for det meste som kalsiumfosfater (Kabbe, 2013a, b). Teknologien er under utvikling og for tiden er P-gjenvinningsgraden 50%, mens målet er å øke den til 70%. Ikke mye informasjon er gitt ennå fra Budenheim selskapet. 17

18 Gjenvinning av fosfor fra avløpsvann i EU (fra P-REX, 2014) Kabbe, C. (2013), P-REX project, Berlin Centre of Competence for Water. 18

19 Oppsummering P gjenvinningsmetoder omfatter: den tradisjonelle anvendelsen av slam på jordbruksarealer gjenvinning av P fra slamaske etter (mono) forbrenning av slam gjenvinning av P etter anaerob nedbrytning av slam fra bio-p renseprosesser Med mono-forbrenning av P-rike slam og etterfølgende askebehandling er det mulig å gjenvinne > 80% P og skaffe salgbare biprodukter (enten fra bio eller Kjemisk P-fjerning (Al/Ca)) Struvitt utfelling er "state of the art" gjenvinningsmetode for P, men begrenset til renseanlegg med bio-p fjerning. Normal gjenvinningsgrad er mellom 50-70% Metoden representerer et voksende marked for prosessteknologi og den gir også driftsmessige fordeler for avløpsrenseanlegger Det er behov for å utvikle markedet for struvitt-baserte produkter Siden det meste av P (90%) er knyttet til den faste fasen av slammet vil forbehandling for å løse opp P øke effektiviteten av struvitt-prosessen, slik som syretilsetning, separat hydrolyse av primær og bio-slam eller termisk hydrolyse (som også forbedrer biogassproduksjonen) I Norge: de aller fleste norske RA benytter kjemisk P-fjerning (Al/Fe-salter) p.g.a strenge utslippskrav (>90% P-fjerning), og da er ikke struvitt utfelling aktuelt P gjenvinnes bare i slam brukt som jordforbedringsmiddel kombinasjonsløsninger (bio og kjemisk P-fjerning) kan være en løsning som bør vurderes nærmere Med behandling av organisk avfall (husdyrgjødsel, matavfall, o.s.v.) i biogassanlegg, finnes det teknologi for P-gjenvinning fra bioresten, viktig for industri og landbruk sektor! EU mener at biogassproduksjon (AN) er den prosess med det sterkest potensial når 19 vurderer å gjenvinne P fra avfall fraksjoner.

20 20

21