Fosforgenindvinding erfaringer med konkret projekt og partnerskab

Transkript

1 Fosforgenindvinding erfaringer med konkret projekt og partnerskab Per Halkjær Nielsen CENTER FOR MICROBIAL COMMUNITIES INSTITUT FOR KEMI OG BIOVIDENSKAB AALBORG UNIVERSITET, DANMARK AALBORG UNIVERSITY ReCoverP: Recovery of phosphorus from wastewater systems

2 29/ P-genanvendelse i Danmark P import i dag: Som foder: ca tons per år Gødning: tons per år P kan genanvendes på forskellige måder: Fra spildevand (kan dække ca. 20% af den danske import på tons per år) P-rigt slam på landbrugsjord som gødning (60-70% i dag) Udvinding fra rådnetanke som struvit Aske fra forbrænding af slam P kan ekstraheres og genbruges Fra gylle Andre kilder 2

3 Åby renseanlæg: Official åbning af Miljøminister - Ida Auken Formål Overordnet: Øge P-genbrug fra danske spildevandssystemer og omdanne det til produkter, som kan bruges i landbrug og industri Optimere biologisk P-fjernelse fra renseanlæg uden at forringe udløbskvalitet Reducere brug af kemikalier til P-fældning Reducere mængden af kemisk slam Optimere frigivelse af ortho-p i rådnetanke (eller andre tanke) Forbedre opkoncentrering og udfældning af P med teknologier som membraner, ionbyttere og krystaliseringteknologier. Vurdere udbytte, kvalitet og økonomi af de forskellige teknologier 3

4 P-flow renseanlæg 100% P in influent EBPR Capture of P into biomass 5% WP 1 & 2 DIGESTER Sludge handling STORAGE Release of P Release of P into bulk liquid P-rich effluent WP 3 & 4 Concentra on and crystalliza on High-value P-products XX% Management og organisation Support Financial officer Adm. support ReCoverP - Project leader Per Halkjær Nielsen Management commi ee Project leader WP leaders Krüger, Billund, VandCenterSyd, Aarhus, Herning, Arwos, Aalborg WP1 Design of PAO community Leader: Per H. Nielsen (AAU) WP2 P-pools in WWTP system Leader: Kasper Reitzel (SDU) WP3 Produc on of well-defined P-products Leader: Haiyan Qu (SDU) WP4 Recovery of P by use of membranes Leader: Morten L. Christensen (AAU) 4

5 Number of cells WP 1: Design af optimal mikrobiologi for P-genanvendelse Formål: Karakterisering og kvantificering af bakterier involveret i biologisk P-fjernelse (PAO) Overlevelse og aktivitet af PAO i rådnetanke Test af formindsket tilsætning af Fe/Al kemikalier Professor Per Halkjær Nielsen, Institut for Kemi og Biovidenskab, Aalborg Universitet Distribution of polyp in Accumulibacter NMR PolyP Raman microspectroscopy polyp per cell Staff. scientist Marta Nierychlo, Institut for Kemi og Biovidenskab, Aalborg Universitet WP 1: Design af optimal mikrobiologi for P-genanvendelse P in influent Hvilke PAOs findes? Hvordan konverteres organisk P til polyp? Reduktion afebpr kemikalier Capture of P into biomass WP 1 & 2 Sludge handling STORAGE Release of P Bliver P frigivet som orthop i rådnetanke? Betyder arten DIGESTER af PAO noget? Hvordan er deres fysiologi? Mesofil-Termophil? Release of P into bulk liquid WP 3 & 4 Concentra on and crystalliza on P-rich effluent High-value P-products 5

6 Anaerob P-frigivelse efter 4 timer (tilsætning af eddikesyre) Anaerob inkubation Analyse af ortho-p WP 2: Fosforpuljer i renseanlæg og rådnetanke Formål: Karakterisering og speciering af forskellige P- forbindelser Udarbejde komplet P-massebalance af indløb, renseanlæg og rådnetanke Lave en deklaration af spildevand med henblik på optimal P-genanvendelse Lektor Kasper Reitzel, Biologisk Institut, Syddansk Universitet, Odense NMR 6

7 Etablering af P-massebalance for Ejby Mølle renseanlæg WP 1 & 2 100% OrthoP PyroP Fe-P Al-P Ca-P PolyP Org.P P in influent EBPR Capture of P into biomass DIGESTER 5% Sludge handling STORAGE Release of P OrthoP Release Mg of P into bulk liquid Ca Fe WP 3 & 4 NH 4 ph Concentra on and crystalliza on P-rich effluent High-value P-products XX% WP 3: Produktion af veldefinerede P-produkter Formål: Karakterisering og termodynamisk modellering af de komplekse P-strømme Optimisering af udkrystallisering af Ca-fosfate og struvit Opskalering Nye materialer til selektiv fangst af P fra spildevand Lektor Haiyan Qu, Institut for Kemi, Miljø og Bioteknologi, Syddansk Universitet, Odense Lektor Ulla Gro Nielsen, Institut for Fysik, Kemi og Farmaci, Syddansk Universitet, Odense 7

8 To-trins reaktiv krystalliseringsproces Reagenser Reagenser Rådnetank supernatant R1 R2 Udløb med lave P koncentrationer Rekrystalisering Struvit Høj effektivitet Calcium-P med stor renhed anvendelse i industri Test af driftsparametre: P koncentration Koncentration af polymerer Optimal ph Molær ratio of N/P Inspireret fra Naturen: Fosfatfangst på det atomare niveau Dannelse af mineraler y Adsorption Fe 3 O x Fe 2 O P Rhabdophane (LaPO 4 xh 2 O) Dannelse af et uopløseligt mineral som indeholder P Fx apatit og struvite Permanent Adsorption til overflader Følsom overfor ph og andre ioner 8

9 Lagdelte dobbelt hydroxider (Layered double hydroxides, LDH) er selektive anionbyttere med høj P affinitet + + Selektive binding Kontrolleret frigivelse + Kemiske forhold LDHs indeholder kun Mg, Al, Fe og/eller Ca = ikke giftigt LDHs er idelle filtermaterialer men vi ved ikke helt hvordan de virker! Adsorption studier Elektronmikroskopi Powder X-Ray Diffraktion Solid State NMR WP 4: Genanvendelse af fosfor ved hjælp af membraner Formål: Undersøge muligheder for udkrystallisering af fosfor med membraner a. Opkoncentrering af fosfor b. Krystallisation af fosforforbindelser c. Indvinding af magnesium fra havvand Lektor Morten Lykkegaard Christensen, Institut for Kemi og Biovidenskab, Aalborg Universitet 9

10 Nye membranprocesser Princip Membrane To forskellige membranprocesser Forward osmose Membrane crystallization Fokus på nye membranprocesser Fordele: Billig drivende kraft (havvand og spildvarme) ikke trykdrevne processer! Produktion af vand Mindre fouling Krystallisering af fosfor med havvand I dag tilsættes MgCl 2 for at udfælde struvit Alternativ Havvand indeholder magnesium Fordele: Billigt alternativ til almindelig MgCl 2 dosering Nanofiltrering mindsker saltindholdet, som er problematisk i andre spildevandsprocesser 10

11 Eksempler på specifikke delprojekter med vandselskaber P-massebalancer på Ejby Mølle Test af fjernelse af Fe-dosering Odense NØ Alternativ P-stripning (før rådnetank) Åby renseanlæg Screening af PAOs 25 danske renseanlæg (MiDAS) Screening af P-frigivelsespotentiale 25 danske renseanlæg (MIDAS) 11