Genvinding af fosfor fra spildevand og slam Peter Balslev, Norconsult Danmark A/S VandTek, Odense Congress Center, 20-23 November 2012 Genvinding af fosfor fra slam og spildevand Struvitproblemer i slamafvandingen Hvad er struvit? Hvor opstår det, og hvor ser man det? Genvinding af fosfor Fra slam Fra rejektvand Fra slamaske Gødningsværdi af struvit Tungmetaller og miljøfremmede stoffer Igangværende aktiviteter i 3 danske forsyninger Hvordan kommer man i gang? 2 2012.11.13 1
Hvad er struvit? Grå irriterende udfældning i rør mv. i slambehandlingen "Sand" i rådnetank Nyresten Sedimenter i grotter med flagermus I søsedimenter Udfælder ved overmætning er følgende proces: Mg 2+ + HPO 4 2- + NH 4 + + 6H 2 O MgNH 4 PO 4,6H 2 O + H + magnesium +fosfat +ammonium + vand struvit + syre tungtopløseligt, pks =13,35 5,6 % N, 12,6 % P, 10 % Mg - Eller som gødning: N:P:K=6:13:0, Mg 10 3 Mikroskopi af små struvit-krystaller 1 mm 4 2012.11.13 2
Udfældninger i rør 5 I rådnetank på Aaby Renseanlæg 6 2012.11.13 3
Krystaller fra rådnetank 10 cm 7 "Sand" i slam fra rådnetank 1 cm 8 2012.11.13 4
Hvor opstår det, og hvor ser man det? Tilstopning af rør i slambehandling og afvandingsudstyr - afbrydelse og driftsproblemer Belægninger på varmevekslere - lavere virkningsgrad - afbrydelser Sedimenter i RT og buffertanke 9 Genvinding af fosfor fra rejektvand Hvorfor? 3 grunde til fosforgenvinding: 1. Driftsproblemer på renseanlæg Eksempler fra Herning og Åby renseanlæg 2. Økonomisk attraktivt (måske) Driftsmæssige udgifter og indtægter - Salg af fosfor? 3. Ressourcemæssigt hensyn (ja!) Fosfor er en begrænset ressource og importeres fra nogle få lande, der sidder på verdensmarkedet Overskud af fosfor i DK via importeret foder og gødning - skævt fordelt! Fosfor i slam fældet med jern eller aluminium har begrænset gødningsværdi (planteoptagelse) og ophobes i jorden modsat struvit og organisk bundet fosfor. 10 2012.11.13 5
Hvilke anlæg kan (lettest) genvinde fosfor som struvit? Biologisk P-fjernelse Rådnetank Termofil drift Disintegration - ekstra gasudbytte + ekstra fosfat 11 Produkt Produkt data: Granulat 1-3 mm 12,5 % fosfor 5,5 % kvælstof 10 % magnesium Anlægsdata: 300 mg/l Ortho-P 95% udfældning som struvit fuld skala ~ 300 kg/d (130 m 3 /d) 12 2012.11.13 6
Fuld skala erfaringer - eksempler Japan Unitika PHOSNIX Siden 1998 Fluidbed-reaktor Struvit produktion til gødningsindustri 21 m 3 /h MgNH 4 PO 4 - struvit Holland DHV-Crystalactor Siden 1985 P-genvinding fra spildevand. Fluidbedreaktor 250 m 3 /h Ca 3 (PO 4 ) 2 - apatit Råmateriale til gødnings-produktion Thermphos, Holland Canada Ostara PEARL TM Siden 2005 Fluidbed-reaktor Struvit produktion til gødningsformål flere anlæg MgNH 4 PO 4 - struvit Crystal Green TM koncept 13 Fuld skala erfaringer - flere eksempler Tyskland AirPrex Siden 2006 P-genvinding fra udrådnet slam (1200 m 3 /d). Krystallinsk gødningsprodukt Separering af struvit med hydrocykon Münchengladbach og Berlin SH+E GROUP USA Yakima WWTP 2012 fuldskala ~100.000 pe Multiform Harvest. På renseanlæg og biogasanlæg. Struvit granulat til direkte gødningsbrug 14 2012.11.13 7
Kemikalier til udfældningen Natriumhydroxid, NaOH (24 % opløsning) Magnesiumchlorid, el. - hydroxyd MgCL 2,6H 2 O (salt, letopløseligt ~ 20% opløsning) Mg(OH) 2, (tungtopløseligt pulver, slurry) Havvand, ca. 1000 mg/l Magnesium + 25 g/l NaCl 15 Genvinding fra slamaske Mange processer Meget kemi adskillelse af fældnings-metaller fra fosfat, Al og Fe adskillelse af tungmetaller fra fosfat Stadig på udviklingsstadiet Kommunekemi-projekt Ikke tilgængeligt for den enkelte forsyning - central løsning på stort anlæg Ikke svært at udvinde med svært at lave egnet produkt Råprodukt til fosfor-industrien >90% genvinding! (i forhold til 30-40% ved struvitfældning) 16 2012.11.13 8
Gødningsværdi af struvit Mg(NH 4 )PO 4 6(H 2 O) 5,6 % N, 12,6 % P, 10 % Mg - Eller som gødning: N:P:K=6:13:0, Mg 10 Spredbarhed, kornstyrke og kornstørrelse Dyrkningsforsøg viser at virkningen minder om kunstgødning (VFL 2012) 17 Gødningsvirkning af struvit Mangler dokumentation i Danmark. Igangsat arbejde med dokumentation af dette ved Videncenter for Landbrug - Skejby. + ansøgning ved Erhvervs- og Naturstyrelsen GUDP Partnerskab mellem Herning, Horsens og Aarhus Vand + VFL og Norconsult 18 2012.11.13 9
Tungmetaller - ikke i struvitten Slam 30/3 2011 Struvit 15/2 2011 Struvit 25/3 2011 DM % 23.7 N % af TS 5.4 P % af TS 3.22 N % af prøve 5.4 5.5 P % af prøve 12.7 12.8 Mg % af prøve 10.1 9.98 Slambekendtgørelsen Cd mg/kg 0.9 0.05 0.06 0.8 Hg mg/kg 0.5 <0.1 <0.1 0.8 Pb mg/kg 23 <0.2 <0.2 120 Ni mg/kg 24.4 0.4 0.5 30 Cr mg/kg 17.1 4.7 4.5 100 Zn mg/kg 580 5 7.4 4000 Cu mg/kg 230 3.7 0.8 1000 Cd mg/kgp 28 0.39 0.47 100 Hg mg/kgp 16 0.79 0.78 200 Pb mg/kgp 714 1.57 1.56 10000 Ni mg/kgp 758 3.15 3.91 2500 AnalyTech Miljølaboratorium A/S 19 Massebalance for P før struvit-udfældning 50.000 PE á 2,5 g P/d kg/d total-p (kg/d Ortho-P) 100% indløb 126(60) 216(130) WWTP udløb 5(2) 4% af P rejekt 20(6) Bio-slam afvanding 211(20) 191(13) bioslam rejekt 70(64) Rådnetank 191(65) slutafvanding slam 121(1) 96% af P 4% i TS 20 2012.11.13 10
Massebalance for P efter struvit-udfældning kg/d total-p (kg/d Ortho-P) 100% indløb 126(60) 146(65) WWTP udløb 5(2) 4% af P rejekt 16(4) Bio-slam afvanding 141(7) 4(1) Struvitanlæg 38(0) kg 125(2) bioslam rejekt 42(34) Rådnetank 125(35) slutafvanding slam 83(1) 66% af P 2,6% i TS 31% af P 21 Hvorledes påvirker genvinding af fosfor slamproduktion og slamudbringning Højt tungmetalindhold Fjern så meget som muligt ved rejektvandsbehandlingen Vælg forbrænding af afvandet slam (rest-p mistes som forurenet askeprodukt) Lavt tungmetalindhold Ved genvinding af P sænkes P indholdet i slammet og det kan udbringes på et mindre areal (hvis kun P-begrænsning) lavere omkostning til udbringning + indtægt fra struvitsalg? Slamproduktionen reduceres Struvitudvinding erstatter kemisk fældning af P i renseanlægget -> mindre slamproduktion (1 kg P giver 6-8 kg TS) eks.: 30 kg P/d svarer til 60-80 t TS/år = ca. 125.000 kr/år (450 kr/t) 22 2012.11.13 11
Hvorledes kommer man i gang med genvinding af fosfor? Kun relevant på renseanlæg med rådnetanke og/eller høj bio-p eller særlige industrianlæg Start med en massebalance for P på renseanlæg - store individuelle forskelle! P indhold i slam før og efter - Bio-P? Tungmetaller - især P/metal forhold før og efter Økonomi - udgift til slamdisponering - PT faldende priser Stigende priser på fosfor Jartest - evt. pilotforsøg 23 Råfosfat priser opadgående 24 2012.11.13 12
Mange igangværende initiativer på området Innovationspartnerskab for P-genvinding (Mst) http://www.ecoinnovation.dk/emneoversigt/partnerskaber_milj%c3%b8 teknologi/partnerskabet_for_genanvendelse_af_fosfor_i_spildevand_og _spildevandslam/ LCA-vurdering af forskellige slambehandlinger, Cowi mv. Genvinding af fosfor fra slamaske Kommunekemi mv. http://www.kommunekemi.dk/innovation/innovationsprojekter/fosfathold ige-asker.aspx CEEP (europæiske fosfor-industrier) refererer forskelligt arbejde med P-genvinding i nyhedsbrev. http://www.ceepphosphates.org/newsletter/shwnewslist.asp?nid=3&hid=4 Andre projekter GUDP - projekt vedr. gødningsvirkning af P i restprodukter Aarhus Uni., Norconsult, Videncenter for Landbrug, Eurofins, Aarhus Vand, Herning Vand, Dansk Standard, Hede Danmark 25 Spørgsmål? Peter Balslev Senior process engineer Tlf: +45 8699 3799 Mob: +45 4057 7390 peter.balslev@norconsult.com 26 2012.11.13 13