FOSFORGENVINDING TIL STRUVIT hvorfor og processen set med konsulentens øjne Peter Balslev, November 2015
P-genvinding hvorfor? Forskelligt udgangspunkt Vandselskabets/bygherrens interesse/behov: - Løsning af driftsproblem med struvit - Ønske om større ressourcegenvinding - Branding af forsyning - Økonomisk gevinst Konsulentens interesse: - Opbygning af knowhow/forretningsområde - Indgang til andre opgaver i spildevandsselskabet - Opbygning af netværk inden for ressourcegenvinding - Branding af firma
Struvit på Åby Renseanlæg et driftsproblem
Eksempel på case 2009-2010 2010 Norconsult har dialog med Aarhus Vand om løsning af ustabil drift på RT og bio-p Præsentation af erfaringer fra udlandet (Japan, Holland, Canada) om mulig gødningsproduktion. Laboratorieforsøg med struvitudfældning og opstilling af massebalance 2010-2011 Potentialet efterprøves i pilotforsøg med velvillig assistance fra Aarhus Vand 2011 nov. 2012 Præsentation af resultater i Nordisk Vandkonference i Helsinki Pilotforsøg i Herning Aftale om oprettelse af netværk for afprøvning af P-genvinding i fuldskala i Herning, Horsens eller Aarhus.
Eksempel på case 2013 januar-juni Aarhus Vand beslutter at opbygge et fuldskala udviklingsanlæg på Åby renseanlæg for at opbygge knowhow sammen med rådgiver Norconsult og leverandør Grundfos. Screening og udbud af maskin-leverance resulterer i aftale med Stjernholm, der opfører anlægget efter projekt af Norconsult 2013 oktober Indkøring af anlæg starter og indvielse ved minister i november 2013 2013-2014 Miljøstyrelsen støtter projektet med ca. 900.000 til afprøvning af øget P- genvinding 2014 december Herning Vand beslutter at opføre struvitanlæg på basis af teknisk/økonomisk analyse. Anlægget købes ved Stjernholm med Norconsult som procesleverandør og Grundfos som komponentleverandør
Massebalance på Åby renseanlæg 45% genvinding -verificeret % af indkommende total-p Jernklorid indløb 100 115 udløb R/A 4 4% 10-20 111 SSH Magnesium Forafvander Rådnetank Slutafvander P-genvinding 15-22 rejekt 33-43 93 slam 50-60 51% 35-45 45%
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
Åby udviklingsanlæg 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
Udviklingsanlæg til færdigt design Nyt anlæg Herning Renseanlæg 2 x 13 m 3 op til 400 m 3 /d Indvielse 10. december ved minister for miljø og fødevarer
Åby og Herning renseanlæg Åby R Herning R Vandmængde, m3/d 14.000 25.000 COD, PE 64.000 130.000 Tot-N, kg/d 450 1200 Tot-P, kg/d 105 240 Layout 1 trins anlæg 2 trins anlæg aktiv slam aktiv slam sandfilter sandfilter slambeh. RT RT forafvander tromle dekanter slutafvander dekanter dekanter forafvander rejekt 120 m3/d 200 m3/d 5 mg/l N 5 mg/l N 100 mg/l P 40-100 mg/l P slutafvander rejekt 120 m3/d 200 m3/d 1300 mg/l N 1000 mg/l N 350 mg/l P 150 mg/l P P-mængde i rejekt, 35-60 30-44 (100) kg/d Struvitprod. 240-480 200-350
Lidt kemi om struvitudfældning Mg 2+ + NH 4 + + HPO 4 2- + 6H 2 O MgNH 4 PO 4 :6H 2 O + H + magnesiumioner + ammoniumioner + fosfationer struvit og syre.
Bundfældningshastighed af partikler i væske til selektion af perler
Fældningskemi til brug i modelberegninger, pks-værdier:
Kemisk ligevægt: Mg 2+ + HPO 2-4 + NH + 4 MgNH 4 PO 4 :6H 2 O + H + K sp for struvit : ca. 10-13 Overmætningsgrad af struvit: ph og σ bestemmer om kimdannelsen er spontan eller ej => størrelsesfordeling Andre ioner som forstyrrer krystaldannelse: (Ca, Na, K, Cl) SS-indhold (slam) Stripning af CO 2 og NH 3
Hvordan gøres det? Interne strømme på renseanlæg har høje koncentrationer af både N og P. + lidt Mg => potentielle driftsproblemer Mangler kun magnesium for a kunne optimere P-udfældning baseret på struvit Fosfat + Ammonium + Magnesium Struvit (MgNH 4 PO 4 :6H 2 O)
Økonomiberegning Tilbagebetaling Anlægsbudget (bygning, maskin, installation) Projektering evt. turnkey Driftsbudget (indtægter/besparelser og udgifter) CO2-bidrag Kapacitets-gevinst
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
Besparelser/indtægter Jernklorid (afhænger af aktuel molforhold) - mindre intern belastning Mindre slam (mindre kemisk slam) Mindre polymer (mindre kemisk slam+ mindre P i 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 udskiftninger pga. tilstopninger Salg af struvit 12-20 kr./kgp Anlægskapacitet (Både P og N fjernes fra intern belastning) op til 10-15% ekstra kapacitet i procesvolumen
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
Godkendelser, struvit som gødning 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 tilsluttet Berliner Wasserbetriebe s registrering 2014-2015 Anmeldelse ok
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
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!
Slam efter struvitudfældning Fosforindholdet i slammet reduceres (4% -> 3 % af TS) Slammængden reduceres (ca. 10 %) 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?
Tak for opmærksomheden! P Spørgsmål?