FOSFORGJENVINNING TIL STRUVITT Erfaringer fra Århus Norsk Vann 2014, Gardamoen Peter Balslev, Norconsult Danmark
Disposition Driftsproblemer struvit i rør struvit i rådnetank Reaktordesign - udviklingsanlæg! fra pilotskala til fuldskalaanlæg Massebalancer Århus Økonomi- drift Slamhåndtering efterfølgende tungmetaller energiudnyttelse Struvit som gødningsprodukt godkendelser nationalt affald/gødningsprodukt kemikalielovgivning, REACH Dyrkningsforsøg Potentialet for P genvinding i DK 2
Åby renseanlæg Aarhus Åby renseanlæg indkommende spv. Q ~ 14.000 m3/d COD, PE ~ 64.000 PE tot-n ~ 450 kg/d tot-p ~ 105 kg/d Proceslayout, 1 trins anlæg biologisk P-fjernelse sandfiltrering afløbskval 0,12 mg/l P, 1,3 mg/l N Rejektvand fra slutafvander ca. 100 m3/d 1300 mg/l NH4-N, 350 mg/l PO4-P -> 35 kg/d P Rejektvand fra forafvander ca. 320 m3/d 5 mg/l NH4-N, 80 mg/l PO4-P -> 25 kg/d P 3
Driftsproblemer med struvit på Åby Renseanlæg 4
Fra pilotforsøg til fuldskala 200 liter reaktor 0,1-0,8 m 3 /h 2-10 kg struvit/d 70-90 % udfældning 2*5 m 3 reaktor 10-40 m 3 /h 100-500 kg struvit/d 80-90% udfældning 5
Erfaringer Århus, Åby renseanlæg Indviet 11 november 2013 Behandler rejektvand fra centrifuge og tromlesigte Samlet flow: ca 400 m3/d, 60 kg P/d 6
Reaktorer til udfældning af struvit ca. 4,7 m højde 2 x 5 m 3 Glasfiber med diverse fittings Ledninger i PE/rustfri stål Lager for kemikalier 4 stk. tilløbspumper 3 stk. recirkulationspumper 6 stk. doseringspumper Sigte og pumpestation til seeds Transport- og tørreanlæg for produkt Figure 1 - Struvite reactors, Aaby WWTP 7
0% genvinding - "før situation" % af indkommende total-p Jernklorid indløb 100 141 udløb R/A 4 4% 41 137 141(7) SSH Forafvander Rådnetank 5 rejekt 36 132 Slutafvander slam 96 96% 8
30% genvinding -verificeret % af indkommende total-p Jernklorid indløb 100 109 udløb R/A 4 4% 9 105 141(7) SSH Magnesium Forafvander Rådnetank Udfældning? 4 P-genvinding 5 rejekt 36 100 Slutafvander slam 64 64% 32 32% 9
45% genvinding -verificeret % af indkommende total-p Jernklorid indløb 100 115 udløb R/A 4 4% 10-20 111 141(7) SSH Magnesium Forafvander Rådnetank P-genvinding 15-22 rejekt 33-43 93 Slutafvander slam 50-60 51% 35-45 45% 10
Rejektvandsmængde Åby renseanlæg 1/11-24/4 25/4-1/6 2/6-9/7 10/7-10/8 11/8-15/9 Reaktor 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 Dekanter rejekt Flow* m3/d 59 59 59 59 25 82 82 25 70 70 PO4-P, mg/l 300-550 300-400 300-400 250-300 280-350 NH4-N, 800-1000 Ca. 1100 Ca. 1300 Ca. 1300 Ca. 1100 mg/l Forafvander rejekt Flow* 0 0 180 180 80 280 280 80 150 150 PO4-P, mg/l 27-100 23-84 36-84 49-78 60-120 NH4-N, mg/l 2-12 Ca. 3 Ca. 3 Ca. 5 Ca. 5 11
Resultater, genvinding af fosfor Tilløb til struvitanlæg 1/11-24/4 25/4-1/6 2/6-9/7 10/7-10/8 11/8-15/9 Reak.1 Reak.2 Reak.1 Reak.2 Reak.1 Reak.2 Reak.1 Reak.2 Reak.1 Reak.2 Flow* m3/d 59 59 249 249 105 362 362 105 220 220 PO4-P, kg/d 18-32 18-32 22-39 22-39 13-15 Ca. 47 Ca. 47 13-15 ca. 25 ca. 25 NH4-N, kg/d 47-59 47-59 Ca. 65 Ca. 65 Ca. 77 Ca. 77 Ca. 77 Ca. 77 Ca. 77 Ca. 77 Afløb fra struvitanlæg Reak.1 Reak.2 Reak.1 Reak.2 Reak.1 Reak.2 Reak.1 Reak.2 Reak.1 Reak.2 PO4-P, mg/l 40-110 20-140 40-100 40-70 40-80 20-40 40-80 20-40 24-30 25-30 PO4-P, kg/d 2,4-6,5 1,2-8,3 10-25 10-17 Ca. 6 Ca. 11 6-11 1-5 5-7 5-7 Genvinding*, % af tilløb på Renseanlæg 38 30-40 Ca. 42 40-50 ca. 45 12
Driftsomkostninger Kemikalier - magnesium, 2050 kr/tons, (500 kr/d) lud 27% 2,54 kr/kg ~ 3300 kr/m3 (160 kr/d) havvand? Vedligehold/drift - ca. 5 timer/uge overvågning - Scada analyser mv. håndtering af bigbags med magnesiumsalt og struvit El - ca. 100-160 kwh/d, 45.000 kwh/år tilløbspumper doseringer transportbånd 13
Besparelser/indtægter Jernklorid (afhænger af aktuel molforhold) - mindre intern belastning Mindre slam (mindre kemisk slam) Mindre polymer (mindre kemisk slam) El til nitrifikation (mindre NH 4 ) Mere biogas (mindre DN =>mere COD til RT) Spildevandsafgift (mindre partikulært P i udløb - lavt på Åby?) Mindre vedligehold og udskift pga. tilstopninger Salg af struvit 12 kr./kgp - mindst Anlægskapacitet 14
Omkostninger/besparelser - Åby anlæg Driftsomkostninger, kr/år genvinding Havvand Omkostninger 30 % 60 % 60 % Magnesiumklorid (2050 kr/t) 178 000 356 000 109 500 Lud (3300 kr/1000 liter)** 58 000 174 000 174 000 El (0,75 kr/kwh) 21 900 47 900 47 900 Vedligehold 91 000 91 000 91 000 Besparelser - Fældningskemikalier (1200 kr/t) 245 000 490 000 490 000 Polymer (20 kr/kg) 12 500 26 000 26 000 El (mindre nitrifikation, 5 kwh/kgn, 0,75 kr/kwh) 31 000 62 000 62 000 Ekstra biogas pga. N-fjernelse 21 500 43 000 43 000 Mindre spildevandsafgift til P - - - Slam disponering (320 kr/t) 94 000 189 000 189 000 Vedligehold og udskiftninger 155 000 155 000 155 000 Indtægter - Salg af struvit 264 946 318 645 318 645 Nettoindtægt 475 046 614 745 861 245 Anlægsudgift 3 000 000 3 000 000 3 000 000 Simpel tilbagetaling,år 6,3 4,9 3,5 15
CO 2 -emmision fra P-genvinding på Åby 30% genvinding kg/år Ekstra CO 2 Pumpning og recirk. 3.449 Tørring af produkt (4.411) transport og prod.. af kemikalier 39.629 Sparet CO 2 Sparet jernklorid til P-fældn. -34.793 Sparet beluftning til N-fjern. -9.272 Sparet kulstof til DN-proces -38.572 Sparet lattergas ved N-fjern. -1.503 Sparet slamafv.+ polymer -3.210 Sparet transport af slam -2.972 Samlet opgørelse -47.245 16
Gødningsproduktet: Er det rent? Slam Struvit 3 prøver DM % 23,7 N % af TS 5,4 P % af TS 3,22 N % af prøve 5,8 P % af prøve 12,3 Slambek. Ja: Gødningsproduktet indeholder meget få tungmetaller ca. 0,13 % slam Mg % af prøve 10,3 TOC mg/kg ca. 1300 Cd mg/kg 0,9 <0,02 0,8 Hg mg/kg 0,5 <0,1 0,8 Pb mg/kg 23 <0,2 120 Ni mg/kg 24,4 0,3 30 Cr mg/kg 17,1 <0,1 100 Zn mg/kg 580 2,7 4000 Cu mg/kg 230 0,7 1000 Cd mg/kgp 28 <0,16 100 Hg mg/kgp 16 <0,8 200 Pb mg/kgp 714 <1,67 10000 Ni mg/kgp 758 2,7 2500 og godkendelse som gødningsprodukt (Miljøstyrelsen) er kommet! Opført i gødningsfortegnelsen ved Plantedirektoratet
Gødningseffekt bliver dokumenteret i DK Potteforsøg i Foulum (Aarhus Universitet) Struvit fra Åby 18
Foreløbige resultater potteforsøg 19
Godkendelser Status Struvit flyttes fra slambekendtgørelsen til gødningsbekendtgørelsen Fra affald til gødningsressource PhosphorCare indføres i gødningsfortegnelsen Beskrivelse og ind i databasen Dyrkningsforsøg REACH Dokumentation på at det ikke er farligt 2014-2015 Anmeldelse ok Presentation about Herning Vand 20
Hvad er potentialet i anvendelse af fosfor fra spildevand i DK? Fosfor en et begrænset råstof - ingen erstatninger! Den resterende P ressource findes kun få steder og vil være drastisk reduceret om 1-2 generationers tid. (Marokko, Syrien, Kina) Prisen på P er begyndt at stige. Dansk landbrug er præget af en stor eksport af animalske produkter og stor import af foder. Dette dækkes ca. 70 pct. af afgrødernes P-behov via husdyrgødning. Danmark importerer ca. 11.000 ton P i handelsgødning årligt, for at dække det aktuelle gødningsbehov I den samlede danske mængde spildevand findes ca. 5-9000 t P /årligt. Man kan genvinde 30-45 % af denne fosfor ved struvit processen. Ved processen skabes et meget rent produkt uden tungmetaller Sådan ser produktet ud grå perler på 2-3 mm 21
Hvorfor udvinde struvit, hvis slammet allerede udbringes på landbrugsjord? Man udvinder et rent gødningsprodukt, der kan bruges som startgødning til majs og vårbyg = høj værdi! Startgødning med struvit erstatter importeret superfosfat, da man ikke kan bruge slam eller gylle som startgødning Struvit kan placeres direkte ved frøet ved såningen uden fare for svidninger Struvit kan udnytte fosfor fra spildevand/slam hvor slammet skal afbrændes/deponeres og fosfor ville blive tabt Stuvit kan udvindes fra rejektvand på renseanlæg hvor slammet stadig udbringes på landbrugsjord. Det skaber større værdi for selskabet. Det resterende slam kan udbringes på et mindre areal => mere humus og mere kvælstof 22
Kemisk fældning og P-genvinding 1. Bio-P fjernelse er forudsætning for P-genvinding via struvit 2. Biogas-anlæg er forudsætning for P-genvinding via struvit 3. Simultanfældning kan reduceres (kemikaliebesparelse) 4. Primærfældning kan være et problem 5. Aluminium-fældning er et større problem Molforhold er altafgørende! 23
Slam efter struvitudfældning Fosforindholdet i slammet reduceres (4-3 % af TS) Slammængden reduceres (ca. 10 %) Humusindholdet og indholdet af nitrogen stiger (ganske lidt) Tungmetalmængden er uændret Tungmetal/P forholdet stiger - ikke kritisk på aktuelt anlæg I DK er det tungmetal/ts eller tungmetal/p der afgør om slam må udbringes på landbrugsjord Forbrænding af slam er "mindre kritisk" når P-indholdet er reduceret, men er det tilstrækkeligt? 24
Tak for opmærksomheden! Spørgsmål? 25