AAU ESBJERG. Fosfor - genvinding af en knap ressource. Af Brian Thaysen, Martin Udby, Hasini/Renée Kandasamy og Louise P. Poulsen.

Transkript

1 AAU ESBJERG Fosfor - genvinding af en knap ressource. Af Brian Thaysen, Martin Udby, Hasini/Renée Kandasamy og Louise P. Poulsen

2 Titelblad: Titel: Kemiske og bioindustrielle produkter Emne: P2 Underemne: Fosfor - Genvinding af en knap ressource Forfattere: Brian Thaysen, Martin Udby, Renée Kandasamy og Louise P. Poulsen. Gruppe: B324 Vejleder: Morten Enggrob Simonsen & Torben Rosenørn Projektperiode: 3. Februar til 23. Maj. Sted: Aalborg Universitet, Esbjerg. Brian Thaysen Martin Udby Louise P. Poulsen Hasini/Renée Kandasamy Side 1

3 Abstrakt: Denne rapport omhandler genvinding af fosfor. Rapporten er begrænset til fosfor i rensningsanlægget, frem for husdyrsgødning og fosfor i knogler. Det initierende problem, er genvinding af fosfor, da det er en knap ressource. Fosfor vil blive beskrevet generelt, og i forbindelse med interessepartnere, samt rensningsanlægget hvor rensningsprocessen af fosfor fra spildevandet beskrives. Yderligere sammenlignes Danmark imod andre EU lande inden for rensnings af spildevand. Der ligges mest vægt på fosfor i rensningsanlægget, samt forsøg baseret på prøver fra rensningsanlægget Rens vest i Esbjerg. Forsøget har til formål at finde frem til, hvor meget fosfor der hvert år bliver bundet i spildevandsslam og genanvendes. Resultaterne fra forsøget viser, at der bindes omkring 52,7 % af alt fosforen, der kommer ind på rensningsanlægget i slammet. Forord: Denne rapport omhandler genvinding af fosfor, da fosfor er en knap ressource. Rapporten fokuserer på genvinding af fosfor fra spildevand, og slam taget fra et rensningsanlæg. Redegørelsen vil gå i dybden med fosfors vej gennem et rensningsanlæg, samt forsøg over total fosfor fra spildevands - og slamprøver. Dette sammen med en analyse af interessepartnere og udredning af lovgivning på området, vil sætte gang i en diskussion, om hvor vidt fosfor kan genanvendes og om det kan betale sig at genanvende det, eller om der skal helt andre midler til. Til understøttelse af rapportens indhold, underbygges alt det skrevne materiale af diverse kilder i form af artikler, hjemmesider og PDF-filer. Rapporten er et afsluttende produkt af 2. semester projektopgave for bacheloruddannelsen, kemi og bioteknologi, på AAU Esbjerg. Rapporten skal danne grundlag for en mundtlig gruppeeksamen. Det forventes at læseren har en vis forståelse for kemi, samt emnet af rapporten. Der er brugt kildeformateringen IEEE fra mendeley, som referenceværktøj. Side 2

4 Indholdsfortegnelse Titelblad:... 1 Abstrakt:... 2 Forord: Indledning Fosfor Hvidt, violet/rødt og sort fosfor Fosfat Fosforforbindelser Fosforkredsløb Naturligt fosforkredsløb Menneskets indflydelse på kredsløbet Rensning af spildevand: Rensningsanlægget: Tilløb: Biologisk rensning: Biologisk baggrundsviden: Luftningstank: Kemisk rensning: Kemisk princip: Sekundær bundfældning: Efterfældning: Kontraktfiltrering: Udvinding af fosfor: Slambehandling: Afvanding: Genanvendelse af spildevandsslam: Danmark vs. Europa: Interesseparter Miljø og Lovgivning: Lovgivning: Total fosfor Forsøg: Gennemgang af forsøget; Side 3

5 9 Resultater: FIA analyse af spildevandsprøver FIA analyse af spildevandsslam (200mg, 350mg og 500mg) FIA analyse af spildevandsslam (75mg, 100mg og 125mg) FIA analyse af spildevandsslam (10mg, 15mg og 20mg) Beregninger Diskussion af forsøget Diskussion Konklusion: Bilag: Ordliste - P2 Fosfor Øvelsesvejledning for spildevand og slam Appendix Oxidationstrin: Rensningsanlæg: Mekanisk rensning: Rist: Sand- og fedtfang: Primær bundfældning/forklaringstanken: Biologisk rensning Aerob omsætning af organisk stof: Anaerob omsætning af organisk stof: Nitrifikation: Denitrifikation: Referenceliste Side 4

6 1 Indledning Denne rapport vil fokusere på genvinding af fosfor, da fosfor er en knap ressource. Fosfor indgår mange steder, da det er et vigtigt næringsstof både for dyr og mennesker. Fosfor findes naturligt i fødevarer, hvor det er bundet til proteinet i maden. Her ses fosforen bl.a. i kornprodukterne og bælgplanterne. Derudover findes fosfor også i kroppen. Her udgør fosfor ca gram i kroppen, hvor ca % tilhører skellettet.[1] Ses der på kemisk tilsat fosfor i dagligdagen, bliver det brugt til en masse forskellige ting. Hovedsageligt bliver fosforen brugt til kunstgødning ved landbruget. Derudover findes fosfor i vaskemidler, hvor det blødgøre vandet. Fosfor i vaskemidlet er en god ting, da calcium ionerne og magnesium ionerne vil binde sig til fosforen. Tilsættes der derimod ikke noget fosfor, vil ionerne gå ind og reagere direkte med sæben. Dette vil betyde, at der skal tilsættes mere sæbe for, at kunne få vasket tøjet rent.[2] Fosfor indgår også i fyrværkeri og strygefladen på tændstikker, hvor den indeholder ca. 50 % rødt fosfor. [3][4] På fig. 1 kan der ses nogle af de fosforkilder, der er rundt omkring. Figur 1: fosforkilder[5] Forfor ressourcerne er begrænsede, hvor 75 % af fosforressourcerne findes i Kina og Marokko. Forventningen til fosforressourcerne var, at de ville være opbrugt om år. Men efter opmærksomheden på problemet, har Marokko for nylig lavet nye beregninger, for hvor meget fosfor der var tilbage. Det vil sige, at forventningerne til fosforressourcerne nu er, at de vil være opbrugt om år.[6] Danmark importerer ca tons fosforgødning og ca tons foderfosfat. Dette svarer til ca tons ren fosfor årligt. På Danmarks marker tilføres der ca tons fosfor om året, hvor det importerede fosfor, samt noget af det genvindende fosfor bruges.[7] Hvis der bruges slam fra spildevandet, skal der gå 5 år, før afgrøderne må bruges til føde for mennesker.[8] Side 5

7 På grund af udbud og efterspørgsel, har priserne på fosfor været svingende de sidste år. Priserne har ligget mellem 21,38 $ pr. ton år 1993 til 113,00 $ pr. ton år Men på grund af priserne efter 2008, faldt forbruget af fosfor i Danmark.[7]Dette satte bl.a. gang i tankerne om at genanvende fosfor, hvilket gjorde at der blev kigget efter fosfor andetstedsfra. Fosfor bliver brugt til mange ting, som nævnt ovenover. Fosfor er en uundværlig faktor for planternes vækst, og der er ikke noget andet grundstof, der kan erstatte fosfors funktion.[6] Derfor er det vigtigt at der bliver tænkt på genvinding af fosfor fra andre kilder, så fosfor kan genanvendes ansvarligt. De væsentligste fosforkilder i Danmark er husholdningsspildevand tons, knogler tons og husdyrgødning tons.[7] I EU er der fokus på, hvordan der teknologisk og mest effektivt kan udtrække fosfor fra husdyrsgødning, for derefter at genanvende det som gødning. Mængden af fosfor i husdyrsgødning, afhænger af hvor det stammer fra. Her er der forskel på, om det er fra fjerkræ, mink, kvæg eller svin. [6] Da denne rapport fokuserer på husholdningsspildevandet, vil der ikke blive gået mere i dybden med udvinding af fosfor fra knogler eller husdyrsgødning. De vil dog indgå i diskussionen, hvor de vil blive sat op imod spildevand. Spildevand er det affaldsvand, som bliver udledt til kloakkerne fra byerne og industrierne, samt regnvand. Spildevand indeholder blandt andet organisk stof, kvælstof, fosfor og skidt. Fosforen i spildevand kommer hovedsageligt fra husholdningen, det vil sige fra diverse sæber, mad og afføring. Husholdningsspildevand i Danmark indeholder gennemsnitlig ca. 7-8 mg fosfor/l, som potentielt kan genvindes og derfra genanvendes. Gennem de sidste to årtier, er der sket en reduktion af fosformængden i spildevandet og dermed i slammet. Dette er sket på grund af en reduktion af forbrug af fosfor, i blandt andet dagligdagen.[9] Rapporten her er skrevet med henblik på rensningsanlæg Vest, i Esbjerg. Her har de målt et gennemsnit på 5,1 mg fosfor/l. Ganges det med de m 3 vand der i gennemsnit pumpes ind på anlægget, vil fosformængden være oppe på mg fosfor pr. døgn. Dette svarer til 102 kg fosfor pr. døgn, hvilket svarer til kg, +/-, om året. Da fosforen i forvejen bliver fjernet fra spildevandet er det en god ide at genanvende det. Sammenlignet med de ca ton, er det ikke meget fosfor der genvindes fra spildevand på rens vest, i Esbjerg. Men hvis de ca anlæg i Danmark rensede dette hver især, ville det efterhånden kunne betale sig. Dette kunne betyde at Danmark ikke ville behøve at importere så meget fosfor. Hvordan fosforen eventuelt kan fanges og genanvendes fra spildevand, er noget der blandt andet vil blive beskrevet i denne rapport. Side 6

8 2 Fosfor I dette afsnit vil der blive beskrevet om grundstoffet fosfor. Her vil der se på de forskellige slags fosfor farver, deres fysiske egenskaber. Desuden vil der blive fortalt kort om fosfat og fosforforbindelserne. Selve fosforen er et meget værdigfuldt nærringstof, som blandet andet findes i husdyrsgødning og husholdningsmidler. På markerne ses fosforen som et nærringstof til afgrøderne, hvorimod denne fosfor i vandmiljøerne kan give store skader, ved tilførsel af for meget fosfor. Fosfor er et grundstof, som har grundstofnummer 15, med atombetegnelsen P. I forhold til dens placering i det periodiske system, tilhører fosfor den 5 hovedgruppe. Dette skyldes, at den kun har 5 elektroner i sin yderste skal. Det vil sige for, at fosforen skal kunne opfylde oktetreglen, skal den da yderligere have 3 elektroner.[3] Det fosfor der bliver brugt i hverdagen, og som havner i spildevandet, er det røde fosfor. Her under kommer et lille delemne om de forskellige former for fosfor, da der er to andre end den røde fosfor. 2.1 Hvidt, violet/rødt og sort fosfor I jordskorpen er fosfor det 12. almindeligste forekommende grundstof, der har en stor betydning inden for planternes, dyrenes og menneskernes udvikling og vækst.[3] Her findes der forskellige slags fosfor farver; Hvidt fosfor, violet/rødt fosfor og sort fosfor. Hvidt fosfor er meget reaktionsdygtigt og giftigt. Udseendemæssigt ses fosforen som voks, der har egenskaben i at blive gulligt gult fosfor, hvis det er urent. Da fosfors opbygning består af små tætte molekyler tetra fosfor, vil fosforen, når det kommer ud i luften, danne oxidet difosforpentaoxid. Dette sker ved reaktionen med O 2, hvilket vil medføre en brand. Da det dannede oxid er stærkt vandsugende, vil det have tendensen til at danne en sur sky fosforsyre", ved hjælp af luftens indhold af vanddamp. Resultatet af dette er syreregn. Rød fosfor violet fosfor består af store molekyler også kaldet polyfosfor. I modsætningen til det hvide fosfor er reaktionsvilligheden, brandfaren og giftigheden, meget mindre ved rødt fosfor. Rødt fosfor dannes ved opvarmning af det hvide fosfor over en længere periode til 250 o C, eller hvis fosforen bestråles med ultravioletlys. Sort fosfor er derimod noget, der fremstilles sjældent og er en anden form for polyfosfor.[3] Side 7

9 Hvidt fosfor Smelte punkt Koge punkt Opløselig i vand 44,1 o C 280 o C Tungt opløselig Tabel 1: over forskellige fosfor[10][11][12] Sundheds skadelig Giftig Brand fare Meget brandbar (30 o C) Udseende Voks lignende fast stof Rødt Sublimeret 416 o C Uopløselig Ikke giftig Brandbar (260 o C) Pulver fosfor stof Sort Uopløselig Ikke giftig Svær antændelig Krystallisk fosfor På tabel 1 ses de forskellige fosfortyper, samt deres kemiske egenskaber. Ses der på den biokemiske del, er fosfor et hovedgrundstof i alle organismer, der indgår i forskellige molekyler. Dette kan sammenlignes med tilsvarende carbon, hydrogen, oxygen og nitrogen. [13] 2.2 Fosfat Fosfat findes i naturen bundet i mange forskellige fosforforbindelser. Da fosfat er et salt, indeholder det desuden, forskellige fosforholdige syre. Den simpleste fosfatforbindelse er fosfatgruppen PO 4 3-, som ses på fig. 2. Figur 2:Fosfation PO4 3-, den tetraediske struktur[14] Taget i betragtning af figur 2, ses den tetraederiske struktur af fosfationen, PO Strukturen af selve den tetraederiske fosfat er opbygget ved hjælp af et fosforatom i midten, sammen med de fire oxygenatomer i hver af hjørnespidserne. Mellem fosforatomet og de fire oxygenatomer, er der sp3 hybridizeringer. Disse sp3 hybridizeringer kan ses ved enkeltbindingerne, også kaldet sigmabindinger. Den ene af de fire bindinger er forstærket med en π-binding, som sammen med enkeltbindingen, danner dobbeltbindingen til det ene oxygenatom fra fosfor.[15] Disse π-bindinger består af fire elektroner, der står vinkelrette på hindanden og vinkelrette på bindingsretningen. Sammenlignes π-bindingerne med sigmabindingerne, vil pi-bindingerne være svagere end sigmabindingerne.[16] Side 8

10 2.3 Fosforforbindelser Dannelsen af reducerede fosforforbindelser, sker ved de iltfrie miljøer i vådområder. Her vil de reducerede fosforforbindelser være letopløselige og hurtigere end de oxiderede fosforforbindelser, se evt. appendix for at læse om oxidationstrin. I mineraljorderne hvor der er størst indhold af ilt, er fosforen villig til at binde sig til de faste partikler i jorden. Heraf er det kun 0,01 % af hele fosforpuljen sediment, som forekommer i den vandige opløsning. Men på de organiske jorder, hvor der bliver tilført fosfor, vil det være svært at kunne binde fosforen. Årsagen til det er, hvis indholdet af fosfatadsorbenter (lav bindingskapacitet) er for lave eller hvis noget af indholdet mangler I den organiske jord er de vigtigste adsorbenter; jernoxider, aluminiumoxider og lersilikater. Ses der derimod på calcium, er det en af de dårlige adsorbenter. Selvom det er en dårlig adsorbent, kan den dog sammen med fosfat, danne tungt opløselige forbindelser ved ph > 7.[17] 3 Fosforkredsløb I dette afsnit vil der blive beskrevet om fosfor kredsløbet, som det ser ud når mennesker ikke blander sig. Herefter hvordan der ændres på kredsløbet, og hvordan det har betydning for mennesket. Figur 3: Fosfor kredsløb[18] Side 9

11 3.1 Naturligt fosforkredsløb På fig. 3 er der afbilledet, hvordan fosforkredsløbet ser ud. Fosfor kredsløbet starter med fosfor, bundet i uopløselige mineraler. Her bliver mineralerne over mange år forvitret, hvor fosforen derved bliver frigivet. Dernæst ender fosforen i jorden, hvor meget af det bliver brugt som næringsstof for planter. Planterne bliver senere spist af dyr eller nedbrudt af nedbryder, når de dør. Dyrene som spiser planterne, bliver ligeledes nedbrudt af nedbryder, når de dør. Nedbryderne omfatter svampe og bakterier, som nedbryder det organiske materiale og sætter næringsstoffer som f.eks. fosfor, fri igen. Efter nedbrydningen, er fosforen igen frigivet til jorden. Her bliver fosforen brugt som gødning for andre planter. Det er dog ikke alt fosforen, som bliver optaget af planter. Noget af det ender i havet, søen eller andre vandmiljøer. I havet falder fosforen til bunds, hvor de sedimentere og bliver en del af nye sten. Fra at fosforen er blevet en del af nye sten, indtil det igen kan blive udvasket fra sten over vandoverfladen, går der mange år. Dette skyldes, da det kræver geologisk opløftning af den nye sten. 3.2 Menneskets indflydelse på kredsløbet På mange områder forløber kredsløbet stadig på samme måde, selv med menneskets indblanding. Menneskets stigende population gør, at der skal bruges større og større mængder mad. Denne mad som er planter eller dyr, som bliver fodret med planter, kræver næringsstoffer som fosfor, for at kunne gro. Derfor er det naturligt begrænset af den mængde fosfor, der er til stede i jorden. Derfor er mennesket begyndt at udvinde fosfor kemisk fra miner, til blandt andet gødning, for at kunne producere tilstrækkelige mængder mad og foder til dyr. I modsætning til det kredsløb beskrevet tidligere, kommer fosforet ikke altid tilbage til jorden, da urin og afføring fra mennesker ender på spildevandsanlægget. Der bruges også en del fosfor i industrien. Denne fosfor ender ligeledes på spildevandsanlægget og alt efter hvor strenge det pågældende lands love omkring rensning af spildevand er, ledes der fosfor ud i havet. Herefter vil fosfors vej gennem rensningsanlægget beskrives. Side 10

12 4 Rensning af spildevand: Dette afsnit omhandler fosfors vej gennem et af de større rensningsanlæg, som er taget udgangspunkt i Rens Vest, i Esbjerg. Dette skyldes, da det er, der prøverne kommer fra, som er blevet brugt til forsøget, samt er det der rundvisningen har været. 4.1 Rensningsanlægget: Rensningsanlægget er delt op i 3 hovedområder, den mekaniske rensning, den biologiske rensning og den kemiske rensning, hvor hver har nogle forskellige processer under sig. Den mekaniske proces kaldes også for den primære rensning, den biologiske proces for den sekundære rensning og den kemiske proces for den tertiære rensning. På fig. 4 kan man se hvordan et af de større rensningsanlæg ser ud. Figur 4: Et renseanlæg og dets processer.[19] Rensningsanlæggene i Danmark er vidt forskellige, alt efter hvor store og gamle de er. I Danmark er der 1030 rensningsanlæg med en belastning og kapacitet, som er afbildet på tabel 2. Tabel 2: Kapacitet og belastning i PE [9] Antal anlæg Belastning i PE Kapacitet i PE I alt De 1030 anlæg er meget forskellige bygget, da nogle er nyere end andre. Derudover varierer størrelsen af anlæggene, hvilket gør at de har forskellige former for rensning, da nogen er mere moderne end andre. Ca. 33 % af de mindre rensningsanlæg, har fx ikke nogen rådnetank. På de mindre anlæg, er det meste af fosforen samlet i det afvandede slam. De lidt større anlæg har en rådnetank, som bruges til gasproduktion. Det er anlæg der har en kapacitet på over PE og dem er der 67 af i Danmark, hvilket kan ses på tabel 3. Anlæggene med rådnetanke, åbner op for muligheden at genvinde fosfor fra rejektvandet, ved afvanding af udrådnet slam. Side 11

13 Tabel 3: oversigt over størrelsesfordeling af danske rensningsanlæg.[9] Anlægskapacitet Antal renseanlæg Belastning i % af belastning på alle anlæg 30 PE PE PE PE PE PE PE De største anlæg i Danmark, har yderligere metoder for at rense spildevandet og udvinde fosfor. De kan tørre eller forbrænde slammet. Der findes i Danmark 4 renseanlæg med tørringsanlæg og 3 renseanlæg med slamforbrænding. Ved disse anlæg kan man genvinde fosfor fra rejektvandet fra det tørrede slam, eller fra asken fra slamforbrændingen. I rapporten er der bland andet taget forhold i Rens Vest i Esbjerg, som er Danmarks 5 største rensningsanlæg Tilløb: Tilløb, er hvor spildevandet løber ind på rensningsanlægget. Her kan der blandt andet måles hvor meget fosfor der er i spildevandet, da rensning af spildevandet først sker efter tilløbet. Ved tilløbet på Rens Vest i Esbjerg har spildevandet et gennemsnit af fosfor, på 5,1 mg/l spildevand. Dette er ikke så lidt, når grænseværdien for hvor meget fosfor der må udledes, ligger på 1,5 mg/l.[8] Herefter kommer de to vigtigste processer, nemlig den biologiske rensning og den kemiske rensning. Den mekaniske rensning kan ses i Appendix. 4.2 Biologisk rensning: Efter spildevandet har været igennem den mekaniske rensning, er det nu fri for større partikler. Men størstedelen af forureningen er stadig tilbage. For at fjerne dette, skal det igennem en biologisk proces. Den biologiske rensning finder sted i luftningstankene, som det ses på fig. 4. Her ligger det lige efter den primære bundfældning, hvor der fjernes fosfat, nitrogen og opløst organisk stof ved hjælp af mikroorganismer, også kaldet bakterier. Spildevandet indeholder organisk stof, som vil forurene havet, søer, floder osv. hvis det ikke fjernes gennem rensningsanlæggene. Den biologiske rensning er, som navnet hentyder, en rensningsproces, hvor der renses med levende organismer, det vil sige bakterier. Begrebet biologisk spildevandsrensning, dækker over flere forskellige rensningsmetoder. Dog har de Side 12

14 samme kendetegn i form af de levende organismer, der bruges til at nedbryde og omdanne spildevandets forurenings komponenter. Dette foregår under kontrollerede forhold i lufttankene, på rensningsanlæggene, i stedet for naturen, da dette kunne forårsage problemer, der helst skal undgås. Når der skal fjernes fosfor fra spildevandet, biologisk, foregår det oftest i et aktivt slamanlæg, ved hjælp af bakterierne og uden brug af fældnings-kemikalier. Metoden kan også kaldes for PAO, hvor polyfosfatakkumulerende bakterier optager orthofosfat. Herved lagre bakterierne fosforen inde i cellerne, som polyfosfat, og derved kan fosforen fjernes med overskudsslammet. Dette vil blive beskrevet nærmere. Herunder vil de forskellige processer inden for den biologiske rensning, samt lidt biologisk baggrundsviden beskrives Biologisk baggrundsviden: Som nævnt før, er det grundlæggende for alt spildevandsrensning de levende organismer, det vil sige bakterier. Bakterierne består af en enkelt celle. Nogle bakterier er i stand til at dele sig selv hurtigere, end andre. Den bakterielle vækst kan dog hurtigt blive begrænset, på grund af manglen på næringsstoffer. I de fleste rensningsanlæg, bruger de anlæg, hvor de har fjernet næste alle næringsstofferne. Dette gør, at de fleste bakterier ligger på sultegrænsen, det vil sige det er kun de bedste organismer, der overlever. Der er mange forskellige bakterier, som kan udnytte spildevandets forurenings-komponenter til føde. Bakteriernes føde kaldes for substrat. Efterfølgende vil der komme en beskrivelse af forhold, som kan have en indflydelse på det biologiske anlæg Substrat: Bakterierne har forskellige evner, til at udnytte forureningskomponenterne i spildevandet. Herunder både det organiske stof og næringssaltene. Nogle af dem er i stand til at udnytte simple forbindelser, som fx eddikesyrer, der har strukturen CH 3 COOH, hvorimod andre bakterier kan udnytte mere komplekse forbindelser fx langkædede organiske syrer. Det er sjældent at der er problemer med næringssaltemangel i spildevandet, fra byen af, dog kan der være problemer med indholdet af næringssalte fra industrielt spildevand. Ved industrielt spildevand, er det ofte nødvendigt at tilsætte næringssalte. Hvis der ikke er næringssalte nok, vil rensningsprocessen gå langsommere og slammet kan få dårlige bundfældningsegenskaber Iltningsmiddel: Bakterierne vil vækstmæssigt være afhængigt af koncentrationen af iltningsmidlet, som virker som en elektronacceptor se ordliste. Ligeledes har bakteriernes evne til at udnytte andre iltningsmidlers betydning, her kan bland andet nævnes nitrat og sulfat. Anvendelsen af nitrat og sulfat som elektronacceptor, er imidlertid ikke så favorabelt energimæssigt, som det er for bakterierne at anvende ilt. I så fald ilt er tilstedet, anvender bakterierne derfor dette først. Side 13

15 ph: ph har også betydning, da de bakterier som har betydning for rensning af spildevand, nemlig kun vokser indenfor et relativt lille ph-interval. Normalt anses området at gå mellem 6,5-8,5, for at være optimalt. Hvis ph værdierne er lavere, kan der ske en opvækst af svampe i anlægget Temperatur: Den sidste faktor som har betydning, er temperaturen. Den bakterielle vækst er stærkt stigende med temperaturen, og i intervallet 0-32 o C, er tilvæksten eksponentiel. Hvis temperaturintervallet ligger mellem o C, er omsætningshastigheden konstant, hvorefter den normalt aftager. Da rensningsanlægget er frit for næringssalte, er det også meget lavt belastet med organisk stof, hvilket vil sige, at der vil være en rimelig rensning for dette, da bakterierne ligger på sultegrænsen. Dette kan selv lade sig gøre ved temperaturer tæt på frysepunktet. De biologiske processer kan også foregå i det termofile temperaturområde, på o C. Her vil proceshastigheden være omkring 50% højere, end ved 35 o C. Herefter vil den biologiske rensningsproces beskrives Luftningstank: Det er i denne tank, at den biologiske rensningsproces finder sted. Bakterierne i luftningstankene lever af det organiske stof, samt ilt. For at sørge for at de får ilt nok, er spildevandet i konstant omrøring. Ud af det organiske stof bakterierne spiser, danner de en del CO 2. Her går resten til bakteriernes vækst og formering. Derved bliver forureningen i spildevandet omdannet til bakterier og CO 2, hvor CO 2 en fordamper.[20] Den biologiske omsætning af forureningskomponenterne i spildevandet, udføres primært af forskellige typer af bakterier, som stiller specifikke krav til spildevandet og omgivelsesfaktorernes temperatur, ph og iltforhold. Processen kan altså kun forløbe, når der er balance mellem omgivelserne, spildevand og organismerne. Et grundlæggende kendskab til organismernes livsvilkår er derfor vigtigt, både ved valg af renseprincip, ved design og ved drift af et anlæg Iltforhold: Før renseprocesserne gennemgås, er det vigtigt at kende til de udtryk, der beskriver iltforholdene i renseanlægget. 1. Aerob: ordet betyder iltholdig og har dermed betydningen, at der er tilstrækkeligt med ilt til den biologiske omsætning. 2. Anaerob: ordet betyder iltfri, og betegner den tilstand hvor der hverken er ilt eller nitrat tilstede. Det er kun visse organismer der trives under disse forhold i længere tid. Side 14

16 3. Anoxisk: betegner den tilstand, hvor der ikke foretages ilt tilføring, men hvor der er nitrat tilstedet i stedet. Det er kun visse mikroorganismer, der er i stand til at leve under disse forhold. Det gælder for de tre ovennævnte tilstande, at de kan udnyttes hver for sig til at opnå et bestemt renseresultat. De kan endvidere kombineres for, at optimere rensningen. Aerob og Anaerob er nærmere beskrevet i appendix: I lufttankene fjernes der kvælstof fra urinen og fosfor fra vaskepulver osv. Dette beskrives nærmere herunder Kvælstofomsætning: Urinen i spildevandet indeholder nitrogen, og i urenset spildevand, findes det meste af kvælstoffet på ammoniumform. Råspildevandet kan også indeholde en lille procentdel nitrat, hvis indsivningen i kloaknettet er stor. Der er flere årsager til at fjernelsen/omsætningen af disse kvælstofforbindelser er ønskelig, inden det udledes til recipienten. Kvælstof er sammen med fosfor de væsentligste næringssalte for plante- og algevækst, i recipienterne. Hvis store mængder nitrogen ender i havet, kan det resultere i iltsvind, hvilket er noget som skal undgås. Ammonium har også en høj ph på ammoniumform NH 3, som er stærkt giftigt for fisk og andre levende organismer. Derfor er det vigtigt at få fjernet kvælstoffet fra spildevandet, gennem renseprocesserne på rensningsanlægget. I spildevandet findes der en række bakterier, som kan omdanne kvælstoffer til frit kvælstof. Luften omkring os består af 78% frit kvælstof, det vil sige det er ufarligt. Det kræver dog at bakterierne samarbejder. På fig. 5, kan man se de vigtigste kvælstofforbindelser i spildevand, sammen med de tilhørende omdannelsesprocesser. Den første omdannelse der finder sted, er frigivelsen af ammonium fra det organiske stof. Denne proces kaldes for ammonifikation og udføres af mikroorganismer. Ammonifikation nitrifikation Denitrifikation Org-N Ammonium Nitrat frit kvælstof NH 4 + NO 3 - N 2 Figur 5: omsætning af kvælstoffraktioner. Nitrifikationsprocessen og denitrifikationsprocessen er beskrevet nærmere i Appendix. Side 15

17 Fosforomsætning: Fosfor findes i spildevand som organisk bundet stof, polyfosfater eller som orthofosfat. I rensningsanlægget kan de to første nævnte forbindelser, omsættes til orthofosfat. Fjernelsen af fosfat fra spildevandet, vil i mange tilfælde være nødvendigt for at undgå algevækst, kaldet for eutrofiering. Dette er i de vandområder, hvor det rensede spildevand lukkes ud i. Især ved udledning til søer, bugte og lukkede fjorde vil fosforreduktionen være nødvendig. I modsætning til kvælstof, kan fosfor kun fjernes fra spildevand med overskudsslammet, og fosfor fjernelse er således et spørgsmål om at få fosforen bundet til slammet, samt at holde slammet inde i anlægget. Her bruges de polyfosfatakkumulerede PAO bakterier. Hvis det er en Anaerob fase eller tank, optager PAO let omsættelige substrater fx eddikesyre, produktet af dette bruges enten i den denitrificerende proces eller den nitrificerende proces til vækst og til at optage orthofosfaten fra vandfasen.[9] En mindre del af orthofosfaten optages uden videre af mikroorganismerne, i forbindelse med væksten af disse. Fig. 6, viser to typiske former for anlæg for denne proces. Figur 6: typiske anlægsdesign for Bio-P fjernelse biologisk fosforfjernelse [21] A på fig. 6 viser et hovedstrømsanlæg, hvor der er en anaerob fortank, efterfulgt af en Anoxisk tank det vil sige den denitrificerende proces og derefter en aerob tank, som er den nitrificerende proces. B på fig. 6 viser et anlæg med sidestrømshydrolyse. Her er fortanken erstattet af en anaerob tank, hvor noget af returslammet opbevares i 1 døgn, inden det returneres til denitrifikationstanken. Herved dannes der let omsætteligt stof ved hydrolyse og fermentation, hvilket understøtter fosforfjernelsen. Den biologiske fjernelse af fosfor, kan i sig selv rense spildevandet ned til under 1 mg fosfor/l. Men de fleste anlæg har stadig en støtte i form af jern Fe - eller aluminium Side 16

18 Al -salte. Tommelfingerreglen for at effektiviteten opretholdes er, at forholdet mellem de tilsatte metalioner og totalfosfor i spildevandet, ikke må være over 0,5. Om efteråret, vinteren og forår, tilsættes der tit al-salte polyaluminiumklorid. Dette hjælper med at kontrollere processen imod uønskede trådformede bakterier, som kan give bundfældnings-problemer eller skumproblemer. Bakterierene kan ikke fjerne alt fosfat i vandet, derfor skal det videre til næste trin, som er den kemiske rensning. Efter luftningstankene ledes spildevandet til efterklaringstanke, også kaldet for sekundær bundfældning, hvor bakterier bundfældes. Dette stof kaldes for biologisk slam. Det meste af det biologiske slam genbruges, da det indeholder en del bakterier. Slammet blandes med spildevandet fra den mekaniske renseproces og sådan bliver cirklen ved med at køre. På den måde er det sikret, at der hele tiden er tilstrækkeligt med bakterier i luftningstankene. Det overskydende slam pumpes ind i rådnetanken, til biogas. Herefter vil de kemiske processer blive beskrevet mere dybde gående. 4.3 Kemisk rensning: Betegnelsen kemisk spildevandsrensning, repræsenterer de metoder hvor fjernelsen af forureningskomponenter i spildevandet muliggøres, ved tilsætning af kemikalier. Derved bliver overskydende fosfat udfældet fra spildevandet, i form af partikler ved hjælp af tilsætning af jern- eller aluminiumsalte. Bundfældningen beskrives nærmere herunder Kemisk princip: Princippet i kemisk fældning er, at binde fosforen til tungtopløselige metaltioner, så det kan bundfældes. Tilsætning af fældningskemikalier anvendes i forbindelse med de følgende processer, på rensningsanlægget. På fig. 4 er det den sekundære bundfældning der er tale om ved kemisk fældning, efterfuldt af filtre, og det er de processer, der efterfølgende vil blive beskrevet mere i detaljer. De kemiske kemikalier der bruges for det meste er: Jern(II)sulfat Jern(III)klorid Aluminiumsulfat Polyaluminiumklorid [9] Sekundær bundfældning: Som fældningskemikalie kan der anvendes forskellige metaller, hvilker som nævnt før normalt er aluminium- eller jernsalte. Her bindes fosfore til den trivalente metal-ion. De metalsalte der ikke bindes til et organisk stof, samt fosfor, udfældes som metalhydroxider. Dette kunne fx være jernhydroxid, også kaldet for okker Fe(OH) 3. På fig. 7 er der vist den kemiske ligning for udfældning med jern(iii) salte. Der kan evt. suppleres med en polymerdosering, for yderligere at optimere fældningsprocessen. På Side 17

19 fig. 7, ses der reaktionen. Som regel er det jernsulfat der bruges til udfældningen, da det er billigere end jernklorid. Grunden til dette er, at jernsulfat er et affaldsprodukt fra hvid maling.[8] Derved dannes der ionforbindelser mellem fosforen og metal ionen, der bruges. Ionforbindelsen mellem metal ionen og fosforen er tung, hvilket gør det nemmere at bundfælde det. Udfældningen sker altså ved tilsætning af kemikalier. Fosforudfældning med jern: Hovedreaktion: Fe 3+ + PO 4 3- Jern + fosfat FePO 4 jernfosfat Bireaktion: Fe OH - Fe(OH) 3 Jern + hydroxid okker Figur 7: fosforudfældning med jern. Den jernfosfat der bliver dannet, er tungt opløselig i vand og vil derfor blive til bundfald i form af kemisk slam. Der vil også blive udfældet kalcium ioner og i nogle tilfælde karbonater.[22] Før i tiden blev der for det meste anvendt jernsulfat i kombination med hydratkalk, som fældningsmiddel. I jernsulfat er jern på en reduceret form, også kaldet for iltningstrin 2 jern(ii). Før at jernet kan indgå i fældningsreaktionen, skal jernet iltes til iltningstrin 3, så det går fra at være jern(ii) til jern(iii). Herefter kan der ske en udfældning. Iltning af jern er ph-afhængig, og der kan først opnås acceptable proceshastigheder, når ph en er over 8,5. En tilsætning af kalk er derfor nødvendig. [23] Kalk er dog ikke nødvendigt, hvis der i stedet bruges jernklorid, da jern findes på ilt form, dvs. jern(iii). Jernklorid kan nemlig reagere med momentan, dog kræves der at spildevandet bliver blandet godt med fældningskemikaliet, således at det kommer i kontakt med fosforen, før det udfælder. Dette kan gøres ved at rensningsanlægget installerer en mixer. Derudover kan jernklorid leveres med et lavere tungmetalindhold, hvilket også kan have betydning for processen Efterfældning: Efterfældning bruges ved fjernelsen af fosfor, sammen med kontraktfiltrering. Begge processer foregår i et separat trin, anbragt efter den kemiske proces. Side 18

20 4.3.4 Kontraktfiltrering: For at øge fosforreduktionen i filtreringsprocessen, kan der også tilsættes fældningskemikalier til denne. Herved kan der opnås meget lave udløbskoncentrationer af fosfor. Efterfældning og kontraktfiltrering sker som regel kun, hvis fosfor niveauet ligger over grænseværdien, for det fosfor de må lukke ud. Hvis niveauet ligger under, er spildevandet så rent, som det er muligt for rensningsanlæggene at rense det på nu værende fod. Derfor udledes det nu til naturen. 4.4 Udvinding af fosfor: Skal fosfor udvindes fra rensningsanlægget, sker det primært via bundfældning via bundfældningskemikalier, som fx jernsulfat. Kemisk rensning er optimal for at undgå fosforforurening af vandmiljøet, dog besværliggøre det udvindingen af fosfor. 4.5 Slambehandling: Det slam som udskilles ved de forskellige rensningsprocessor, er en organisk fase, som kan deles op i tre typer; primært slam (mekanisk slam), biologisk slam og kemisk slam. Det meste af det biologiske slam bliver ført tilbage til starten af rensningsprocessen, for at kunne medvirke til nedbrydning af det organiske materiale og udskillelsen af de uønskede grundstoffer. Det overskydende biologiske slam, det kemiske slam og det mekaniske slam, vil blive ført videre til en rådnetank, hvor det opvarmes og nedbrydes, mens det danner biogas primært i form af metangas. Denne biogas bruges til opvarmning og elforsyning i rensningsanlægget. [24] Det stof som nu er rådnet (udrådnet), kan herefter blive behandlet på forskellige måder Afvanding: Dette er en proces hvor slammet bliver tørret, ved hjælp af en centrifuge eller en tromleafvander. Herefter bliver det enten kørt væk og brugt direkte i jorden eller brændt, og fra asken kan der udvindes fosfor. Den overskydende aske kan bruges som isoleringsmateriale eller blive deponeret. 4.6 Genanvendelse af spildevandsslam: I år 2009 blev slammet fra spildevandet fordelt som følgende; 52 % blev udspredt på landbrugsjorden, 24 % blev sendt til forbrænding, 12 % blev tilført mineraliseringsanlæg, 7 % blev eksporteret, 4 % blev anvendt til andre formål og 1 % endte på deponi. I dag findes der en målsætning om, at 50 % af spildevandsslammet skal udspredes på landbrugsjordet. På denne måde sker der en recirkulering af fosfor som gødning, hvilket svarer til ca tons årligt. [9] En nyere undersøgelse fra 2011/2012 siger, at 77 % af spildevandsslammet udbringes til jordbrug, enten direkte på landbrugsjordet eller biologisk behandlet med efterfølgende brug til jordformål. Grunden til dette er, at landbruget er relativt trygge Side 19

21 ved kvaliteten og dokumentationen af spildevandsslammet, da undersøgelser viser at kvaliteten af slammet er blevet bedre år for år, samt at priserne kan konkurrere med alternativerne for gødning. [25] Det er dog ikke alt fosfor i slammet, at planterne kan komme til, hvilket afhænger alt efter hvilke fældningskemikalier, der er brugt til at bundfælde fosfor ionerne med. 5 Danmark vs. Europa: Her vil Danmark blive sammenlignet med resten af Europa, hvor der bland andet ses på rensning af spildevand, samt recirkulering af fosfor. Ses der på fosfor forbruget med hensyn til rensningen af spildevand, kan der ses en fordeling over EU landenes effektivitet af rensningen og genanvendelse af fosfor. På fig. 8 kan der ses en oversigt over koncentrationen af fosfor PO 4 -P i mg/l, som findes i floder og søer ud fra et årligt gennemsnit Figur 8: Oversigt over EU s fosforkoncentration[26] På fig. 8 kan der på oversigten ses flere EU lande samt EU uafhængige lande, og hvor de ligger henne i forhold til koncentrationen af fosfor i deres områder med floder og søer. På skalaen ligger Danmark på en koncentration af 0,02 og <0,05 mg/l, som er under det gennemsnitlige niveau på 0,05 og <0,1. Derudover kan det ses, at vores nordiske naboer, Norge og Sverige, ligger med en gennemsnits koncentration ved <0,02 mg/l, mens lande som England og Italien ligger med en gennemsnits koncentration ved 0,2 og <0,4 mg/l. Dog kan oversigten kun fortælle noget omkring landets koncentration af fosfor i floder og søer. Den fortæller intet omkring hvor meget spildevand landet behandler, eller præcist hvor effektivt at spildevandet bliver renset. Det kan dog tænkes, at grunden til at koncentrationerne af fosfor i deres Side 20

22 områder er så høje, kunne være fordi de bruger mere fosfor end det er nødvendigt, eller at de ikke formår at rensespildevandet ligeså godt, som landene i Skandinavien. På fig. 9 kan der i forhold til fig. 8 ses diverse EU landes aktivitet i forhold til artikel 3, artikel 4 og artikel 5. Disse artikler angiver forskellige processer, der er nødvendige for rensning af spildevand. Artikel 3, markeret med lys grøn, angiver, hvor mange procent af landets spildevand, der indsamles. Artikel 4, markeret med lyserød, er sekundær behandling af spildevand dvs. den biologiske proces på et rensningsanlæg. Dette svare til videre behandling af spildevandet, efter spildevandet har været igennem det primære filter, hvor der fjernes sand, fedt og resterende organisk materiale. Artikel 5, markeret med blå, er en avanceret proces, hvor alle stofferne der ikke kunne fjernes ved den sekundære proces, og er til skade for mennesker, bliver fjernet ved tilsætningen af udvindingsstoffer til spildevandet. Den tertiære proces, er den kemiske proces på et rensningsanlæg.[27][28] Figur 9:Oversigt over de forskellige lande i EU og deres aktivitet[27] Ud fra fig. 9 er der flere eksempler på, hvordan forskellige lande operere spildevand. Lande som Tyskland, Danmark og Østrig for hentet alt spildevand ind, og for næsten alt spildevandet behandlet. Der er også lande som Malta og Irland, der henter alt spildevandet, men de for ikke behandlet spildevandet ligeså godt i forhold til artikel 4. Ud fra oversigterne kan det ses, at Danmark på alle områder er godt med inden for rensning af spildevand, i forhold til andre lande i Europa. Der er dog stadig nogle lande der udfører rensningen af spildevand bedre end Danmark, derfor er der stadig plads til forbedring inden for den danske proces. Landene som Polen og Estland er lande hvor der var plads til en mange forbedringer, men grunden til at de ligger så lavt i forhold til Danmark, kunne være fordi de ikke har de rette ressourcer til at hente og rense spildevandet på samme måde. Desuden viser Side 21

23 fig. 9 at Cypern og Letland ikke gør noget ved deres spildevand, hvilket er nærmere de ikke har opgivet nogen værdier i forhold til at de ikke renser det. Herefter vil der kigges på interessepartnere, samt teknologibægere, da det har stor relevans for de nuværende og kommende lovgivning. Interessepartnere har indflydelse på lovgivningen og er med til at påvirke den, hvilket er grunden til at emnet er placeret ovenover lovgivning. 6 Interesseparter Ved en analyse af interesseparterne inden for emnet fosfor i spildevands slam, vil man kigge på to grundlæggende områder, hvor den ene er parternes indgangsvinkel og interesse til emnet. Mens den anden er deres rolle som enten interessepartner, aktør eller teknologibærer inden for emnet, da disse oplyser parternes forhold til emnet. Interessen for emnet ved de forskellige parter, handler om udvinding og genanvendelse af fosfor i spildevand til slam. Da stoffet er et grundstof er det blevet sat som en begrænset ressource, da der kun er adgang til de depoter der fysisk tilgængelige. Derfor er der både samfundsmæssige og private interesser bundet til emnet, i forhold til udvikling af metoder til genanvendelse og bedre udnyttelse af fosfor. Derudover for at kunne placere en interessepartner indenfor en de tre grupper (interessepartner, aktør og teknologibærer), skal der undersøges de muligheder og holdninger de har til rådighed, samt om de er passive eller aktive i forhold til udviklingen af emnet. [29] Interesseparter består af de grupper eller personer, som har interesse i teknologien og som bliver påvirket af den. De kan ved indførelse af en given teknologi komme til at påvirke, eller som det mindste have mulighed for at påvirke indførelsen af en given teknologi. Interesseparter deltager ikke aktivt i selve udviklingen af teknologien. Interesseparter kunne være forbrugere eller miljøorganisationer. Aktører forholder sig aktivt til teknologiens udformning og implementering. Dog selvom de har mulighed for at påvirke udviklingen af teknologien, er aktørernes muligheder for at handle ikke helt frit. De er derimod bundet af det omkringliggende samfund og de forhold og regler der er eksisterende i det pågældende område. Nogle af de samfundsforhold som aktørerne skal indordne sig under, kan være kulturelle, politiske eller økonomiske. Aktørerne vælger heller ikke selv og tager ikke initiativ til hvilke teknologier der skal udvikles. De kan derudover også selv blive påvirket af udviklingen. Aktører kunne være politikere, investorer eller myndigheder. Teknologibærere er interesseparter der har magt over produktionsapparatet. De er dermed den del af interesseparterne, som kan påvirke selve produktionen af den pågældende teknologi. Med andre ord er teknologibærerne den gruppe, som har forudsætninger og muligheder for at bidrage til teknologiske forandringer. Teknologibærerne er dermed de organisationer og institutter, der har mulighed for at Side 22

24 træffe valg om hvilke teknologier, der skal tages i anvendelse og benyttes i samfundet. Valg som også reelt af hvad der adskiller teknologibærere fra aktører. Teknologibærere kan for eksempel være producenter eller finansielle institutioner. For at kunne opfylde funktionen som teknologibærer, skal der opfyldes seks krav: 1. Interesse: Har en interesse i at vælge, udvikle og iværksætte teknologien, eller elementer af teknologien. 2. Magt: Har en bestemt mængde magt, eksempelvis indenfor sektorer som politik, økonomi og det sociale til at kunne påvirke sektoren, indenfor deres interesse. 3. Organisation: Har en større organisation der er i stand til at samarbejde, til at kunne udforme og træffe beslutninger. 4. Adgang: Har adgang til teknologien 5. Viden: Er i besiddelse af, eller kan skabe sig, den nødvendige viden, om hvordan den konkrete teknik bruges. 6. Vilje: Har viljen til enten at bruge teknologien eller eventuelt holde den tilbage for egen vinding. Interessepartener kan derudover blive placeret i flere grupper, i forhold til hvilken gruppe af samfundet de er, men også hvilken del de påvirker. -Det offentlige -Miljøministeriet -Virksomheder og organisationer - Rensningsanlæg. - Landbrug og fødevarer. - Miljøorganisationer. -Befolkningen -Private borgere. -Landmænd. Miljøministeriet er en offentligorganisation, der er med til at stoppe forurening og med til at udvikle nye grønne teknologier. Derfor er emnet omkring genanvendelsen og udvinding af fosforen interesse for dem, da stoffet både er nødvendigt for mennesker og planter, samtidig med det er en begrænset ressource, som vil efter nuværende beregninger holde omkring år.[30] Spildevand er derfor blevet et undersøgt emne, da stoffet indeholder fosfor, som normalt bliver fjernet i rensningsprocessen af miljø sikrende hensyn. Fosforen bliver udfældet i slam, som efterfølgende kan bruges til gødning. Slammet kan derudover afbrændes til aske, hvilket også bruges som gødning, men samtidig er det også nemmer at opbevarer. Side 23

25 Miljøministeriet har næsten alle krav for at være en teknologibærer inden for feltet omkring rensning af spildevand, da de besidder interesse for emnet grundet af begrænsningen af fosfor, der samtidig falder under deres interesse for stoffets påvirkning af miljøet ved udslip. Miljøministeriet er derudover en magtfuld organisation, der er i stand til at kunne påvirke love og regler inden for Danmark eller EU, hvor der kræves en politisk stærk organisation, der er i stand til at kunne træffe beslutning/forslag i enighed for fremskridt. Derudover er ministeriet i besiddelse af både adgang omkring den kendte teknologi eller elementerne af teknologien og viden omkring, hvordan man bruger teknologien eller dens elementer. Dog punktet de mangler for at kunne være teknologibærer, er vilje til at sprede teknologien, da de fungere som en politisk organisation, hvor det ikke ligger under dem af at skulle bruge teknologien selv om de kan. Rensningsanlæg er kommunalstyrede arbejdspladsser, hvis arbejdsopgave går ud på at rense spildevandet fra private hjem og industri. Derudover står de også for processen af spildevandslammets udskillelse af spildevandet og videre processer af slammet. Rensningsanlæg kan ses som en interessepart, hvor deres rolle lægger passivt i forhold til at der er interesse inden for emnet, i forhold til forbedring af arbejdsprocesserne, for at kunne maksimere arbejdsudbyttet. Samtidig har de også adgang og viden til at kunne udnytte den kendte og brugbare teknologi, samt elementer af teknologien inden for emnet, som led i og forbedring af arbejdsprocessen på rensningsanlæggende. Landbrug og fødevarer er en erhvervsorganisation for landbruget, fødevare- og agroindustrien, der laver forskning og innovation omkring fødevarer og jordbrug, samtidig med at de tilbyder projekt- og udviklingskonsulenter for deres medlemmer bland andet[31] Landbrug og fødevare har mange af de midler der er krævet til at kunne være teknologibærer, men kan stadig kun aktør. Interessen af emnet kommer af betydningen for både Landmænd og fødevareindustrien generelt, hvor begge grupper dækker en større del af deres medlemmer. Derudover med hensyn til organisation og magt er Land og fritid sammensat af et større personale, der er med til at kunne dække deres medlemmers behov indenfor rådgivning og information, samtidig med at deres politiske afdeling giver dem den nødvendige politiske magt[32]. Derudover er de også i stand til at kunne samle den nødvendige intelligens, inden for interesse teknologien. Dette gælder også på samme led med Adgang og viden omkring teknologien, via deres økonomiske funder. Dog ligger deres mangler som teknologibærer, i to ting. Den ene med at deres organisations magt netværk så bredt fordelt over flere afdelinger, hvilket betyder at de er afhængige af alle parter går ind for samme mål, for at kunne udnytte deres maksimale potentiale. Organisationen er derudover også bundet til at skulle Side 24

26 arbejde inden for interesser af deres medlemmer, da der ellers ikke ligger grundlag for videreudvikling af teknologi Miljøorganisationerne er en organisation, der arbejder under reglerne inden for ministeriet/eu, omkring miljø forhold og miljø farer. Miljøorganisationerne kan ses som interessepartnere inden for emnet omkring spildevand, da organisationens interesser ligger om kvoterne over gødningsværdier på markerne bliver overholdt. Samtidig med at der ikke sker skade på økosystemerne, på grund af fosfor udslip. Organisationen holder sig passive, da spildevands slam ikke er et aktuelt emne, der kræver opsyn. Derudover visser de forskellige organisationer kraftig vilje og magt demonstration, inden for deres interessesager. Private borgere kan ses som en interessepartner inden for emnet, selvom emnet omkring fosfor som en begrænset ressource, eller spildevands slam som en genanvendelse af fosfor, er ukendt for den almindelige borger, der ikke har arbejde/interesse inden for fosfor eller spildevand. Landmænd er interessepartner, der både kan være aktive og passive alt efter om landmanden bruger slam/aske som alternativ til gødning på marken. Dog har begge parter stadig interesse inden for emnet, i forhold til deres synspunkt. Derfor har flere landmænd intelligens omkring fosfor og slam, som resultat af interesse og mulige ændrings koncepter.[33] På tabel 4 kan der ses en oversigt over interessepartnere, tabellen viser bl.a. om de er aktive eller passive og om de opfylder kravene for at kunne være teknologibægere. Tabel 4: oversigt over interessepartnere Part Aktiv Passiv Interesse Magt Organisation Vilje Adgang Viden Nere Miljø M X X X X X X Rens an X X X X L og F X X X X X X X Miljø (X) X X (X) X X Private X X Land M (X) (X) X 1 1 X: angiver opfyldelse af punktet. (X) angiver enten at der kan være at friktioner hører under punktet eller at punktet bliver opfyldt af en alternativ metode. Angiver manglende opfyldelse af punktet. Side 25

27 7 Miljø og Lovgivning: 7.1 Lovgivning: Da for store koncentrationer af fosfor kan forårsage iltsvind i vandmiljøer, er der fastsat nogle grænseværdier for, hvad der er acceptabelt at udlede fra rensningsanlæg. Disse værdier kan ses i kapitel 8 fra Bekendtgørelse om spildevandstilladelser m.v. efter miljøbeskyttelseslovens kapitel 3 og 4.[34] Her kan der ses, at der er fastsat en værdi på maksimalt 1,5 mg/l vand udledt, medmindre der er tale om udledning af spildevand til vandmiljø med strenge krav. Kapitel 8 Særligt om udledning fra offentlige renseanlæg 16. Renseanlæg med en godkendt kapacitet på PE eller derover med udledning til vandløb eller søer skal overholde de i 17, stk. 1, nr. 1 og 2, anførte krav til organisk stof. Stk. 2. Renseanlæg med en godkendt kapacitet på PE eller derover skal overholde de i 17, stk. 1, nr. 1-4, anførte krav til organisk stof, fosfor og kvælstof. Stk. 3. Renseanlæg med en godkendt kapacitet fra og med PE og op til PE, der har en eksisterende tilladelse, hvor der ikke er stillet krav til kvælstof, jf. 17, stk. 1, nr. 4, skal dog alene overholde de i 17, stk. 1, nr. 1-3, anførte krav til organisk stof og fosfor, indtil tilladelsen ændres i forbindelse med etablering af nyt renseanlæg eller forøgelse af anlæggets allerede godkendte kapacitet. 17. Medmindre strengere krav er fastsat i en tilladelse til spildevandsudledning efter lovens 28 eller påbydes i medfør af lovens 30, må spildevandets indhold af følgende stoffer i de i 16 omhandlede tilfælde ved udledning maksimalt være: 1) Organisk stof COD < 75 mg/l 2) Organisk stof BI 5 (modificeret) < 15 mg/l 3) Total fosfor P <1,5 mg/l 4) Total kvælstof N < 8 mg/l. Side 26

28 8 Total fosfor Forsøg: Formål: Formålet med dette forsøg er, at finde totalfosforen i spildevand/slam. Prøverne der bliver brugt til forsøget, er taget fra tilløbet af rensningsanlægger Rest Vest i Esbjerg og fra slammet, som er taget lige inden det sendes af sted. Blandt andet til Tyskland, hvor det bruges direkte i marker og skovområder. 8.1 Gennemgang af forsøget; For at finde den totale fosfor koncentration i spildevand og slammet, fra rensningsanlægget Rens Vest, i Esbjerg, blev der lavet to laboratorier forsøg med; Spildevandsprøver og slamprøver. Fremgangsmåde for spildevandsprøverne; Forarbejde; standardopløsningerne laves, samt spildevandsprøverne klargøres i autoklave. Standardprøverne laves ved at tilsættes hhv. 0,5 ml, 1 ml, 2 ml, 3 ml og 5 ml, PO 4 -P opløsning til en 100 ml. målekolbe, hvor der tilsættes demineraliseret vand, så det totale volumen bliver 100 ml. Opløsningen rystes og der bliver derefter overført 30 ml af hver opløsning til hver sit glas, hvor der bliver tilført digestion solution og svovlsyre, inden de stilles i autoklaven. Se evt. tabel 5 over standardopløsninger. Tabel 5: Standardopløsninger til Fia Standard opløsninger: PO 4 -P koncentration Total volumen 0 ml 100 ml 0,5 ml 100 ml 1 ml 100 ml 2 ml 100 ml 3 ml 100 ml 5 ml 100 ml Spildevandet hentet fra Rens vest klargøres så der kan måles totalfosfor. Dette gøres ved at overfører prøverne til 100 ml autoklave glas, så det kan komme i autoklaven. Spildevandsprøverne er delt op i 4 forskellige slags, hvor de enten er rent spildevand fortyndet, filtreret eller ufiltreret og fortyndet. Se tabel 6, for oversigt over de forskellige prøver. Prøverne er gentaget 3 gange, for at få et bedre sammenligningsresultat. Foruden spildevandet tilsættes der også; - 6 ml. digestion solution - 3 ml. 4 M svovlsyre. Når dette er tilsat sættes alle prøverne i en autoklave, hvor de udsættes for 120 o C i 30 min. se evt. tabel 6 for de forskellige prøver. Side 27

29 Antal prøver Standard prøver 1 30 ml deminerali seret vand 2 30 ml af 0,5 ml standard opløsning 3 30 ml af 1 ml standard opløsning Ufortyndet spildevand 30 ml spildevand 30 ml spildevand 30 ml spildevand Tabel 6: oversigt over antal prøver til FIA. Fortyndet Spildevand 15 ml spildevand + 15 ml demineralis eret vand 15 ml spildevand + 15 ml demineralis eret vand 15 ml spildevand + 15 ml demineralis eret vand Filtreret spildevand 30 ml filtreret spildevand 30 ml filtreret spildevand 30 ml filtreret spildevand Filtreret og fortyndet spildevand 15 ml filtreret spildevand + 15 ml demineraliseret vand 15 ml filtreret spildevand + 15 ml demineraliseret vand 15 ml filtreret spildevand + 15 ml demineraliseret vand Slam Prøve R 10,0 mg slam 15,2 mg slam 19,9 mg slam Slam prøve F 10,0 mg slam 15,3 mg slam 20,2 mg slam 4 30 ml af 2 ml standard opløsning 5 30 ml af 3 ml standard opløsning 6 30 ml af 5 ml standard opløsning Efter disse prøver har været i autoklaven til oplukning, er de klar til at blive kørt på FIA en, hvor standardprøverne bruges til kalibrering og de andre sammenlignes med de kendte værdier fra standardprøverne. Side 28

30 Fremgangsmåde for slamprøverne; Forarbejde; Slammet fra rensningsanlægget afvejes og sættes i tørreskab i ca. 1 døgn ved 105 o C. Herefter vejes det og vægt forskellene noteres. Se tabel 7. Prøve 1 (flad skål) Prøve 2 (rund skål) Tabel 7: slamprøver før og efter tørring Slamprøver: Digel Slam Før Efter fordampning 152,22 g 100,22 g 252,44 g 172,20 g 80,24 g 126,72 g 100,18 g 226,9 g 146,81 g 80,09 g Tabel 7 viser slamprøven før og efter tørring i tørreskabet, hvor der kan ses, hvor meget af slamprøverne der var vand. Det tørrede slam knuses til pulver i en morter. Ud fra hver af de 2 slamprøver, bliver der afvejet 3 slamprøver 200 mg, 375 mg, og 500 mg, på analysevægten. De 6 slamprøver blev herved overføret til autoklave glas, hvor der blev tilsat 40 ml demineraliseret vand, 8 ml digestion solution og 1 ml 4 M svovlsyre. Herefter blev glassene lukket til og stillet i autoklaven i 30 min, ved 120 o C (oplukning), hvorefter de blev kølet ned. Dernæst blev slamprøverne filtreret ned i 50 ml målekolber, hvor de blev fortyndet med demineraliseret vand, op til stregen af målekolben. Til sidst blev prøverne filtreret igen ned i nogle reagensglas, hvorefter der laves autosamplinger ved hjælp af FIA en. Tabel 8: slamprøver til FIA Slamprøver til autoklaven Antal Prøve 1 R Prøve 2 F Prøve 3 R Prøve 4 F prøver 1 200,4 mg 201,2 mg 10,0 mg 10,0 mg 2 351,2 mg 351,7 mg 15,2 mg 15,3 mg 3 502,0 mg 500,0 mg 19,9 mg 20,2 mg På tabel 8 kan der ses 2 afvejninger af slammet for hhv. R og F skål, hvor prøve 1 og 2 var det forsøget startede med. Prøve 3 og 4 var det forsøget sluttede med at have, da alt det andet var for højt. Side 29

31 Med de 200 mg, 350 mg og 500 mg, opdagedes det at koncentrationen af den totale fosfor lå alt for højt, til at kunne få et brugbart resultat med vores standardkurve. Selvom blandingerne var både ufortyndet og fortyndet. Derfor blev processen stoppet, selvom der var udtaget to prøver. Herefter blev forsøget lavet om igen med henholdsvis 75 mg, 100 mg og 125 mg, hvor der blev brugte en faktor 100. Dette endte stadig med at koncentrationerne igen var for høje, i forhold til vores standardkurve. Ud fra prøverne blev der fundet ud af, at hvis prøverne blev fortyndede med en faktor 100, ville det kunne passe med tallene. Den sidste prøve blev med 10 mg, 15 mg og 20 mg, hvor der blev fortyndet med en faktor 100. Men da dette gav nogle alt for små værdier, blev det ændret til at en faktor 50 for prøven, i stedet. Dette gav dog stadig nogle små værdier, så der blev prøvet med en faktor 10. Selvom tallene efter en faktor 10 var små, endte det op med, at det var godt nok, da det ikke lå over grænsen eller under. Herefter er prøverne klar til at blive kørt på FIA. Grunden til at der er den forskel på prøverne, har noget at gøre med at det ikke er lykkedes at få en homogen prøve. Derved bliver det heller ikke en homogenprøvetagning. 9 Resultater: 9.1 FIA analyse af spildevandsprøver PO 4 -P Absorbans [mau] Koncentration [mg/l] Ufortyndet 1 878,285 +/- 20,763 7,386 +/- 0,174 Ufortyndet 2 898,222 +/- 3,575 7,553 +/- 0,030 Ufortyndet 3 874,913 +/- 2,323 7,357 +/- 0,020 Fortyndet 1 509,080 +/- 0,968 4,286 +/- 0,008 Fortyndet 2 524,686 +/- 7,285 4,417 +/- 0,061 Fortyndet 3 499,641 +/- 6,242 4,207 +/- 0,052 Filtreret ufortyndet 1 740,193 +/- 4,744 6,226 +/- 0,040 Filtreret ufortyndet 2 730,988 +/- 2,363 6,149 +/- 0,020 Filtreret ufortyndet 3 732,436 +/- 2,309 6,161 +/- 0,019 Filtreret fortyndet 1 393,114 +/- 5,374 3,044 +/- 0,041 Filtreret fortyndet 2 379,721 +/- 0,408 2,941 +/- 0,003 Filtreret fortyndet 3 427,647 +/- 0,495 3,310 +/- 0,004 Kun de fortyndede prøvers resultater kan bruges, da de ufortyndede ikke ligger i koncentrationsintervallet for vores standardkurve. Hvordan prøverne er sammensat, kan ses på tabel FIA analyse af spildevandsslam (200mg, 350mg og 500mg) PO 4 P Absorbans [mau] Koncentration [mg/l] F 200 mg fortyndet 1:2 1171,385 +/- 1,320 9,846 +/- 0,011 F 350 mg fortyndet 1:5 1221,597 +/- 2,898 10,268 +/- 0,024 F 500 mg fortyndet 1: ,868 +/- 2,780 10,337 +/- 0,023 Selv om der er udtaget to prøver fra vores slam, blev der stoppet efter den første, da koncentrationen var alt for høj til at få et brugbart resultat med vores standardkurve. Opløsningerne er fortyndet følgende; 200 mg slam fortyndet 1:2, 350 mg slam fortyndet 1:5 og 500 mg slam fortyndet 1:10. Side 30

32 9.3 FIA analyse af spildevandsslam (75mg, 100mg og 125mg) PO 4 P Absorbans [mau] Koncentration [mg/l] R 75mg fortyndet 1: ,339 +/- 1,773 4,941 +/- 0,016 R 100mg fortyndet 1: ,417 +/- 1,098 5,512 +/- 0,010 R 125mg fortyndet 1: ,875 +/- 1,346 6,186 +/- 0,012 F 75mg fortyndet 1: ,935 +/- 36,828 5,133 +/- 0,329 F 100mg fortyndet 1: ,923 +/- 2,786 6,088 +/- 0,025 F 125mg fortyndet 1: ,136 +/- 15,444 6,607 +/- 0,138 Igen var koncentrationerne over vores standardkurve og derfor ikke pålidelige. Disse opløsninger er fortyndet 1:100, hvor koncentrationen stadig er for høj. 9.4 FIA analyse af spildevandsslam (10mg, 15mg og 20mg) PO 4 P Absorbans [mau] Koncentration [mg/l] F 10mg fortyndet 1:100 15,428 +/- 0,475 0,146 +/- 0,004 F 15mg fortyndet 1:100 19,615 +/- 0,142 0,183 +/- 0,001 F 20mg fortyndet 1:100 22,258 +/- 0,198 0,206 +/- 0,002 R 10mg fortyndet 1:100 22,455 +/- 4,406 0,207 +/- 0,038 R 15mg fortyndet 1:100 19,180 +/- 0,687 0,179 +/- 0,006 R 20mg fortyndet 1:100 26,633 +/- 0,397 0,244 +/- 0,003 Fremgangsmåden er den samme som ovenover, da fosforniveauet i forsøget var for højt. Denne tabel viser, hvor høj koncentrationen af fosfor er, ved en 1:100 fortynding. PO 4 P Absorbans [mau] Koncentration [mg/l] F 10mg fortyndet 1:50 23,678 +/- 0,131 0,218 +/- 0,001 F 15mg fortyndet 1:50 30,250 +/- 0,094 0,275 +/- 0,001 F 20mg fortyndet 1:50 40,502 +/- 0,372 0,364 +/- 0,003 R 10mg fortyndet 1:50 23,845 +/- 0,161 0,219 +/- 0,001 R 15mg fortyndet 1:50 31,758 +/- 0,311 0,288 +/- 0,003 R 20mg fortyndet 1:50 45,637 +/- 0,139 0,409 +/- 0,001 Denne tabel viser, hvor høj koncentrationen af fosfor er, ved en 1:50 fortynding. PO 4 P Absorbans [mau] Koncentration [mg/l] F 10mg fortyndet 1:10 75,594 +/- 1,299 0,669 +/- 0,011 F 15mg fortyndet 1:10 95,831 +/- 7,040 0,845 +/- 0,061 F 20mg fortyndet 1:10 98,968 +/- 1,017 0,872 +/- 0,009 R 10mg fortyndet 1:10 78,008 +/- 0,717 0,690 +/- 0,006 R 15mg fortyndet 1:10 135,828 +/- 0,728 1,192 +/- 0,006 R 20mg fortyndet 1:10 135,343 +/- 1,303 1,188 +/- 0,011 Denne tabel viser, hvor høj koncentrationen af fosfor er, ved en 1:10 fortynding. Side 31

33 9.5 Beregninger mg_p kg_dry_soil g C 50mL1000 kg 0.8 ml a 1000 L CF mg af mg L CR mg ar10 10mg L CF mg af mg L CR mg ar mg L CF mg af mg L CR mg ar mg L F10 CF1050 ml1000 ml af L g kg mg kg R10 CR1050 ml1000 ml ar L g kg mg kg F15 CF1550 ml1000 ml af L g kg mg kg R15 CR1550 ml1000 ml ar L g kg mg kg F20 CF2050 ml1000 ml af L g kg mg kg R20 CR2050 ml1000 ml ar L g kg mg kg F10 F15 F mg kg R10 R15 R mg kg mg kg mg kg mg kg Side 32

34 Ud fra beregninger af hvor mange mg fosfor hvert kg slam indeholder udregnes den mængde fosfor der årligt bindes i slam. Ud fra oplysninger fra rens vest i Esbjerg haves at der produceres ca ton slam om året. Men da slammet fra rens vest ikke er tørret, som det der blev brugt i forsøget, omregnes det g g g g g g ton ton mg kg 884 ton 19617kg 172,20g = Skål F efter tørring med slam 152,22g = Skål F egen vægt 100,22g = Slam prøve F før tørring 146,81g = Skål R efter tørring med slam 126,72g = Skål R egen vægt 100,18g = Slam prøve R før tørring For at se hvor stor en del af den fosfor der kommer ind på rensningsanlægget, som bindes i slam beregnes den mængde fosfor spildevandet indeholder før rensning. Det er oplyst fra rens vest, at der i gennemsnit er en fosfor koncentration på 5,1mg/L, og der bliver i gennemsnit tilført 20000m 3 spildevand dagligt. 5.1 mg L 20000m kg For at se om fosfor ind og ud passer beregnes også mængden af fosfor der bliver ledt ud af anlægget efter rensning. Vandet der ledes ud fra rens vest har i gennemsnit en fosfor koncentration på 0,4mg/L. 0.4 mg L 20000m kg Så trækkes den mængde fosfor der bindes i slam, og det fosfor som udledes med vandet fra den mængde der bliver tilført rens vest for at se om det stemmer over ens kg 2920kg 19617kg 14693kg Da udregninger ikke stemmer over ens, er der taget højde for mulige fejlkilder, og det kan se fra FIA analyse af spildevandsprøverne, at noget af fosforen udskilles ved filtrering. Ufiltreret mg L mg L mg L mg L Side 33

35 Filtreret mg L mg L mg L mg L Filtreret Ufiltreret 0.72 Ud fra koefficienten for forholdet mellem den filtrerede prøver og den ufiltrerede prøver findes en ny mængde fosfor, som går igennem filtreringen kg kg 26806kg 2920kg 19617kg 4269kg Det beregnes hvor stor en procentdel de 19617kg fosfor der bindes i slammet hver år, udgøre af de 37230kg fosfor der kommer ind hvert år kg/37230kg * 100% = 52,7% Side 34

36 10 Diskussion af forsøget Resultaterne fra forsøget vedrørende fosfors koncentration i spildevand og spildevandsslam, gav følgende resultater. Ved prøverne fra F, blev resultaterne der viste at slammet indeholder mg fosfor/kg slam, og prøverne fra R viste mg fosfor/kg. Der blev regnet frem til at det på en årlig basis, ville blive kg totalfosfat om året, da der i gennemsnit produceres 4420 ton slam, på Rens Vest, i Esbjerg om året. Dette er ca. 50% af den fosfor, der hvert år kommer ind på rensningsanlægget, hvilket er ca. 37ton. Når der medregnes den mængde fosfor der ledes ud af anlægget, og der tages højde for filtrering, fås der stadig et tab årligt på ca kg fosfor igennem rensningsprocessen, som der ikke vides hvor det bliver af. Med hensyn til fejl er det muligt, at der er sket noget under forsøget, der påvirker resultaterne, da der ud af de kg fosfor der kommer ind, forsvinder kg fosfor inden det bliver lukket ud. Et af de punkter hvor der kan forestilles, at der kunne være problemer, er med mængden af digestion solution der blev brugt til prøverne. Hvis der ikke har været tilstrækkeligt med digestion solution i forhold til mængden af fosfor der skulle opløses, vil vores resultater have givet lavere koncentrationer af fosfor, end hvad der Billede 1: tørret slam reelt var. Grunden til at dette kan have været en af årsagerne til, at der kan være fejl i forsøgsresultaterne er at, ved hver analyse var der et højere indhold af fosfor per kg slam, for de prøver med de laveste mængder slam opløst. Derudover kan det også være, at der er mere fosfor bundet i de større partikler af vores slamprøver, som ikke kunne gøres mindre ved hjælp af morter, end i de mindre partikler i pulveret. Denne teori er fremkommet, da analysen af 100mg slam opløst 1:100, var over standardkurven, men 10mg opløst 1:10 lå under 1mg/L. Disse to prøver burde give ens koncentrationer. Forskellen på de to forsøg er, at der i prøven med 10mg ikke var brugt større partikler, da det var svært at ramme den lave vægt der skulle måles af. Som det kan ses på billede 1, er der forskel på størrelsen af partiklerne i det tørrede slam. Hvis der havde været mere tid til udførelsen af forsøget, ville der være blevet testet om denne teori omkring fosfor indholdet i de forskellige partikler baseret på deres størrelse var korrekt. Da der muligvis ville have fået større koncentrationer ved brug af større dele af det tørrede slam. Derudover ville det have været oplagt at have taget prøver fra udløbet fra rensningsanlægget og analyseret dem, så det ikke var nødsaget til at bruge gennemsnittet fra et helt år til beregningerne. Grunden til at der ikke er blevet lavet en Side 35

37 analyse af en prøve fra udløbet er, at der ikke blev tænkt på det i tide, og da det blev gjort, var det for sent at få hentet en ny prøve og forberede det til analysen. 11 Diskussion Fosfor er som nævnt tidligere en knap ressource, hvilket vil sige, at det er begrænset hvor meget der er tilbage som kan udnyttes. Dette er grunden til at fosfor fra spildevand, husdyrsgødning og knogler i dag bliver genanvendt, for at skåne fosfor ressourcerne. Spildevand er en nem ressource at hente fosfor fra. Når det gælder rensning af fosfor fra spildevand, er teknologien så langt fremadrettet, at det ikke er noget problem at binde fosforen til andre molekyler, som så kan bundfældes og udfældes med slammet. Det er dog ikke optimalt at anvende fosforen fra spildevandet til videre brug, da fosforen er bundet til slammet. Når fosforen er bundet til slammet, kan planterne kun optage en lille procent af fosforen direkte, resten som fortsat er bundet til slammet, vil med tiden blive frigivet, for så at kunne blive optaget af planterne, ellers vil det sive ned til grundvandet. Slammet fra spildevand kan bruges direkte på markerne. Dette medfører dog, at der ikke må sås afgrøder til mennesker, kun til dyr. Slammet kan også blive til aske, som så kan anvendes på markerne. Dog kan dette også have en ulempe, alt efter hvilke fældningskemikalier der er blevet brugt, til at binde fosforen til slammet. Det er dog ikke ensbetydende med at rensning af spildevand er ligegyldig, da det er med til at holde Danmark i fosfor balance, samt forhindre det ødelæggelse af naturen i de områder, hvor spildevandet udledes. Hvis der ikke blev renset nok fosfor og kvælstof fra spildevandet, ville det resultere i overgroning af alger og andet plante materiale, som med tiden ville resultere i iltsvind. Iltningsprocessen er kostbar for samfundet, både økonomisk og tidsmæssigt. Fosfor kan også udvindes andre steder fra, men om det er mere optimalt, er ikke altid til at vide. Fosfor fra knogler kan være lige så svært at frigive, som fosfor fra slam. Fosfor fra husdyrsgødning, er nok den mest optimale fosforressource der findes på stående fod. Husdyrsgødning er noget der kan spredes direkte på jorden. Fosfor i husdyrsgødning, ligger mere frit tilgængeligt for planterne, end det gør i slammet og asken fra spildevand. Mængden af fosfor i husdyrsgødning ligger også højere, end det gør i både knogler og spildevand. Så den mest optimale fosfor kilde ville nok være husdyrsgødning, indtil at teknologien inden for genvinding af fosfor fra spildevand og knogler bliver bedre. Fosfor fra spildevand er dog ikke en alternativ ressource, det er mere en ekstra kilde, da spildevandet alligevel renses for fosfor, og hvis det ikke bruges, så bliver det lagret eller behandlet som en affaldskilde. Dette kan ses som ressource spild, så det er bedre at bruge det. I forhold til vores forsøg ville det have været mere optimalt, hvis der var taget en prøve fra udløbet, der kunne sammenlignes med prøven, der er taget fra indløbet. Dette ses også i forhold til de punkter, som fremgår af diskussionen omkring vores fejlkilder. Havde der været prøver fra både udløbet og indløbet, ville det give et mere realistisk Side 36

38 billede af, hvor fejlene i forsøget kunne ligge, i forhold til de tal der var givet af rens vest. Tidsmæssigt med forsøgene, kunne det have været mere fordelagtigt, at der også var blevet lavet et forsøg baseret på fældningsmidler i spildevand, hvor forholdet af hvilke fældningsmidler der blev brugt, kontra fordelene og ulemperne ved det brugte stof. Et andet punkt der kunne være spændende at se på omkring forsøget, var om partiklernes størrelse havde nogle indflydelse på forsøget i forhold til koncentrationen af fosfor. Derudover om mængden af digestion solution ville kunne havde givet mere præcist resultat, hvis der var tilsat mere end det øvelsesvejledningen foreslog. 12 Konklusion: Vi kan ud fra rapporten konkludere at genvinding af fosfor fra spildevand, selvom det ikke er den største kilde til fosfor, stadig er en vigtig del. Danmark er et af de lande, som er førende inden for genvinding af fosfor, sammenlignet med andre EU lande, der ikke formår at genvinde ligeså meget fosfor fra spildevand. Ud fra forsøgene kan vi se, at spildevandet indeholder en del fosfor. Pga. de høje koncentrationer af fosfor i slammet, endte vi med at tilføje meget mindre mængder slam end, hvad vi oprigtigt havde tænkt os. Dette kunne bl.a. være pga. der var for lidt digestion solution i opløsningen, eller at det ikke var en homogen prøve, vi havde med at gøre. Vi kan foruden dette konkludere, at det er en fosfor kilde, som godt kan betale sig at have kørende, da spildevandet alligevel skal renses for fosfor. Denne fosfor kilde giver ca ton fosfor, hvilket ellers ville gå til spilde, hvis det ikke genbruges. Det er ikke den bedste fosfor kilde, da fosfor som indgår i husdyrsgødning ligger omkring tons fosfor om året. Side 37

39 13 Bilag: 13.1 Ordliste - P2 Fosfor Alkalinitetsindhold: alkalinitet betyder et mål for vands indhold af basiske ioner, der kan neutraliseres af brintioner.[35] Elektronacceptor: elektrofil, et stof eller en positiv ion, der kan dele to elektroner fra et andet stof også kaldet for en elektrondoner. Under dette dannes for en covalent binding.[36] Eksempler på elektronacceptorer er hydrogenionen, H +, aluminiumklorid, AlCl 3, brom, Br 2, og nitrylkationen, NO 2 +. Eutrofiering: betyder at søer og havområder overgødes med plantenæringsstoffer som fx nitrat og fosfor. Dette forårsager at bl.a. algevæksten stiger. [37] Inert: Betyder at stoffet er biologisk unedbrydeligt. Inden for det kemiske betyder det at stoffet er med i en reaktion, uden at reagere. [38] Sidestrømshydrolyse: en proces, der sker når noget af returslammet ledes over i en anaerob hydrolysetank. Derved opnår slammet længere tid i anlægget, og derved bliver spildevandet rense bedre, inden det udledes. [21] Struvit: Struvit er opkaldt efter den russiske diplomat H.C.G. von Struve. Struvit består af magnesium, ammonium og fosfat, og har den kemiske formel; MgNH 4 PO 4 6H 2 O. For at kunne danne struvit, afhænger det meget af koncentrationen af magnesium, ammonium, fosfat og opløsningens ph. [39] Side 38

40 13.2 Øvelsesvejledning for spildevand og slam Formål: Formålet med denne øvelse er, at finde total fosfor i spildevandsprøver og slamprøver taget fra et rensningsanlæg. Kemikalier: Digestion solution Svovlsyre 4 M opløsning Standardopløsning, 100 mg/l PO 4 - P Kom 350 ml demineraliseret vand i en 500 ml målekolbe. Hæld forsigtigt 110 ml koncentreret svovlsyre(h 2 SO 4 ) i. Køl og fortynd det med demineraliseret vand til de 500 ml. Apparatur: Fia Autoklave Fremgangsmåde: Standardopløsning: Lav 5 standardopløsninger med tilsætning af PO 4 - -P opløsning i målekolber og fortynd det med demineraliseret vand. Ryst herefter opløsningerne og overføre 30 ml af opløsningerne, til hver sit autoklaveglas. Efter det tilsættes digestion solution 50 g K 2 S 2 O 8 i 1 l demineraliseret vand og svovlsyre H 2 SO 4, hvorefter det kommer i autoklaven ved 120 o C, i 30 min (oplukning). Standardopløsningerne laves ud fra tabellen. PO 4 -P koncentration mg/l Standardopløsning 100 Total volumen ml mg/l PO 4 -P ,5 0, Spildevandsprøver; Der laves 4 spildevandsprøver i autoklaveglas; ufortyndet, fortyndet, filtreret og filtreret fortyndet. Dette gentages tre gange, for at kunne sammenligne resultaterne. Herefter tilsættes 6 ml digestion solution og 3 ml 4M svovlsyre til prøverne, hvorefter de kommer i autoklaven for at lave en oplukning ved 120 o C, i 30 min. Slamprøver: Afvej 2 slamprøver og kom det i et tørreskab i ca. 1 døgn, ved 105 o C. Herefter afvejes prøverne igen og knuses til pulver, med en morter. Ud fra det afvejede slam, afvejes der nogle prøver på hydrolysevægten, hvorefter det kommes i autoklave glas, med 40 ml demineraliseret vand, 8 ml digestion solution og 1 ml 4 M Side 39

41 svovlsyre. Glassene lukkes til og stilles i autoklaven i 30 min, ved 120 o C oplukning og køles ned. Slamprøverne filtreres ned i 50 ml målekolber og fortyndes med demineraliseret vand. Her fortyndes det en gang til i reagensglas, hvorefter det kommer i FIA en. FIA: Når FIA en køres, laves der en kalibrering på standardprøverne, da fosformængderne kendes i forvejen. Herefter bliver der foretaget autosamplinger fra spildevandsprøverne og slamprøverne. Side 40

42 14 Appendix 14.1 Oxidationstrin: Fosforforbindelserne optræder mellem oxidationstrinene -3 og +5, hvor de almindelige oxidationstrin er; - 3, + 3 og + 5. Oxidationstrinnene, OT bruges i forhold til afstemning af reaktionsligninger. I den form findes der to forskellige reaktioner; En reduktionsreaktion og oxidationsreaktion (redoxprocesser). Ved en reduktionsreaktion sker der det, at et atom i en kemisk forbindelse bliver tilført i en eller flere elektroner (går ned i OT), hvorimod ved en oxidationsreaktion fjernes elektronerne fra atomet i en kemisk forbindelse (går op i OT). For at kunne afstemme et reaktions ligning, skal antallet af de forskellige atomer på begge sider af reaktions ligningen, være lig med hinanden. Det vil sige, at den samlede opgang og nedgang i OT, skal være lig med hindanden. Med henhold til ladninger i de forskellige forbinder for OT, vil ladningen for hydrogenatomet (H) være +1 og for oxygenatomet (O) -2. For at kunne bestemme OT, er det nødvendigt at OT er nul for atomer i et grundstof. Desuden bør summen af OT for en formelenhed være lig med formelenhedens ladning.[40] Oxidationstrinnet 3: Når metaller danner fosfider, vil fosforen da være i oxidationstrinnet -3 (fx lithiumfosfid, Li 3 P). Molekylet fosfan, PH 3 bliver fremstillet ved reaktioner mellem alkaliske vandige opløsninger og fosfider. Ses der på stoffet fosfan, er det et farveløs og giftig luftart. Opbygningsmæssigt er fosfan bygget på som en tresidet pyramide, hvor fosforatomet sidder på spidsen af pyramiden. I og med nitrogen, arsen og fosfor tilhører den samme gruppe i det periodiske system, vil fosfan da ligne ammoniak, NH 3 og arsen, AsH 3. Ligesom ammoniak kan danne ammoniumsalte, kan fosfan da også danne fosfoniumsalte med syrer (fx fosfoniumjodid, PH 4 I). Den generelle formel P n H n + 2, kendes ved forskellige fosfor-hydrogenforbindelser (fx difosfan, P 2 H 4). Her har fosfor oxidationstrinnet 2. Desuden ses der også fosfaner, med formlen P n H 3n+2 (fx P 4 H 14 ).[15] Oxidationstrinnet + 3: Ved oxidationstrinnet + 3, vil fosfor danne forbindelser af PX 3. Her står X et får et af halogenerne; flour, klor, brom eller jod. Generelt vil forbindelserne være reaktionsdygtige og have en molekyleform ligesom fosfans. Tilsættes der en begrænsning af oxygen ved forbrænding af fosfor, vil der da dannes en giftig difosfortrioxid, P 2 O 3. I dette tilfælde kan fosfonsyren afledes af oxiden, hvor syren dannes ud fra PX 3 og vand. Dette sker i form af reaktionstypen; 2 PX H 2 O 2 H 3 PO HX. [15] Oxidationstrinnet + 5: Sker der en reaktion mellem PX 3 og PX 2, forekommer ligevægten; PX 3 + PX 2 PX 5. Dette sker da halogenerne danner forbindelser af typen PX 5, i og med oxidationstrinnet er + 5. Tilsættes der vand vil der dannes oxidhalogenider, som fx fosfortrikloridoxid, POCl 3 ud fra forbindelserne.[15] Side 41

43 14.2 Rensningsanlæg: Mekanisk rensning: Den mekaniske rensning er den første hovedgruppe som spildevandet passere. Denne rensning består af en rist, et sand- og fedtfang og en primær bundfældning. Disse processer vil efterfølgende blive beskrevet Rist: Risten fungerer som en grov si, hvor den opfanger de større faste ting, såsom organisk affald, klude, bind, toiletpapir osv. Affaldet fra risten bliver smidt i containere og kørt til forbrændingen. Dette er en vigtig proces, da der ellers kan opstå propper længere henne i rensningsprocessen, der vil hindre processerne, og derved kræver at hele rensningsprocessen stoppes, så man kan fjerne det der sidder fast. Ting som vatpinde og mindre klumper passere dog som regel gennem risten, og må derfor fjernes senere i rensningsprocessen. Efter risten bliver spildevandet ført videre hen til sand- og fedtfanget, hvor det renses Sand- og fedtfang: Ved sand- og fedtfang, opfanges der fedt, olie og sand, deraf navnet. Det fjernes ved hjælp af to skrabere, da olie og fedt flyder ovenpå, og sandet ligger sig på bunden. Olien og fedtet pumpes i rådnetanke, hvor det bruges til at lave biogas. Herefter pumpes vandet videre i systemet, hvor det kommer til primær fældning også kaldet for forklaringstanken Primær bundfældning/forklaringstanken: Dette er det sidste trin inden for den mekaniske rensning. Her fjernes der de uopløste materialer fx små klumper af organisk stof. Det sker ved at spildevandet ledes over i en tragtformet tank, hvor det organiske affald, såsom afføring, falder til bunds vha. tyngdekraften. Det organiske affald, som er bundfældet, kaldes for slam, pumpes ligesom olie og fedt over i rådnetankene, hvor det indgår i gasproduktionen. Herefter er alt spildevandet renset for de større klumper af organisk stof. Det mekanisk rensede spildevand løber ud af toppen fra tanken, og videre til den biologiske rensning. [41] 14.3 Biologisk rensning Aerob omsætning af organisk stof: Det organiske stof, som tillades i et biologisk renseanlæg, kan: 1. blive omdannet til kuldioxid og diverse næringssalte 2. blive omdannet til et andet organisk stof 3. blive indbygget i biomasse, kaldet slammet 4. passerer uforandret gennem anlægget, dvs. at stoffet er inert. De fleste bakterier i renseanlægget lever af at nedbryde organisk stof under forbrug af ilt, dvs. aerobisk omsætning af organisk stof. Bakterierne udnytter den energi, der er Side 42

44 bundet i det organiske stof, til at producere flere bakterier. Betingelserne for procesforløbet er, at der tilføres ilt til spildevandet, og at mikroorganismerne er tilstedet. Iltens funktion i processen er at modtage elektroner fra det organiske stof. Dvs. det organiske stof oxideres, mens ilten, der optræder som oxidationsmiddel, reduceres. Bakterierne kræver derudover også næringssalte, specielt i form af kvælstof, fosfor, jern og svovl. Processen resulterer i dannelsen af rest produkterne kuldioxid og vand, samt dannelsen af bakterier. Figur 1 herunder viser processen for aerob omsætning af organisk stoffer. Bakterier Organisk stof + ilt + næringssalte Kuldioxid + vand Flere bakterier Figur 1:Aerob proces Anaerob omsætning af organisk stof: Denne metode bruges, hvis der hverken er ilt eller nitrat tilstede som iltningsmiddel. Ved denne metode kan der stadig ske en omsætning af organisk stof. Denne proces betegnes som anaerob, og kendes fra rådnetanken samt ved rensning af industrielt spildevand med et højt indhold af opløste, organiske forbindelser. Ved denne metode udnyttes det at specielle mikroorganismer under iltfrie forhold, kan nedbryde visse typer af organiske stoffer til metan, som er en energirig gasart. Ved at gøre dette spredes energien til ilttilførsel, og energiindholdet i spildevandet udnyttes idet metan kan udnyttes til produktion af opløste, organiske forbindelser. Den anaerobe proces foregår gennem et samarbejde med mange forskellige bakterier. Da det energimæssige udbytte for bakterier er begrænset, kræves der gode vækstforhold for bakterierne, hvilket vil sige en konstant samt høj temperatur, konstant belastning og høj slamalder. Hvis det er industriel for rensning opnås den høje slamalder ved at anvende et filtermedie, hvor bakterierne kan hæfte sig fast på. Det første trin, kaldet for hydrolysen, er enzymatisk og foregår uden for bakterierne, mens syredannelsen og den efterfølgende metan dannelse er bakteriel. Selve metan dannelsen er følsom. Hvis denne dannelse ikke forløber som den skal, ophobes organiske syrer i processen. Dette vil sænke ph en, hvorved metan dannelsen hæmmes yderligere. Hvis dette sker tilsættes der kalk til rådnetanken. Dette sker automatisk hver gang der registreres ph-fald. Herunder ses på figur 2 et flowdiagram over processen. Side 43