Oversikt over lanserte teknologier for gjenvinning av fosfor
fra avløpsvann og slam, og på hvilket nivå de befinner seg i
utviklingen (fullskala, pilotskala, lab. skala).
2
9. MARS 2015
NORSK VANNFORENING
› P-REX:
Sustainable sewage sludge management fostering phosphorus recovery and
energy efficiency
Participants
•
KOMPENTENTZZENTRUM WASSER BERLIN GEMEINNUTZIGE GMBH, Germany
›
FACHHOCHSCHULE NORDWESTSCHWEIZ, Switzerland
›
BUNDESANSTALT FUER MATERIALFORSCHUNG UND –PRUEFUNG, Germany
›
VEREIN ZUR FORDERUNG AGRAR- UND STADTOKOLOGISCHER PROJEKTE (ASP) EV INSTITUT FUR AGRAR-UND
STADTOKOLOGISCHE PROJEKTE AN DER HUMBOLDT, Germany
›
VEOLIA EAU - COMPAGNIE GENERALE DES EAUX SOCIETE EN COMMANDITE PAR ACTIONS, France
›
Outotec (Finland) Oy, Finland
›
AGRO PLUS HANDELSUNTERNEHMEN EU, Austria
›
BSH UMWELTSERVICE AG, Switzerland
›
INGENIEURBURO FUR GIESSEREITECHNIK GMBH, Germany
›
LIMCO INTERNATIONAL GMBH, Germany
›
PROMAN MANAGEMENT GMBH, Austria
›
ASIO SPOL S R O, Czech Republic
›
SOLINTEL M&P SL, Spain
›
P.C.S. POLLUTION CONTROL SERVICE GMBH, Germany
›
PFI PLANUNGSGEMEINSCHAFT GBR - REINER BOLL RICHARD ROHLFING JOHANNES MULLER SCHAPER, Germany
› SUSAN:
FP7-Collaborative
2012-09-01 to 2015-08-31
Sustainable and safe re-use of municipal sewage sludge for nutrient recovery
Participants
•
BUNDESANSTALT FUER MATERIALFORSCHUNG UND –PRUEFUNG, Germany
›
TECHNISCHE UNIVERSITAET WIEN, Austria
›
BUNDESFORSCHUNGSANSTALT FUER LANDWIRTSCHAFT, Germany
›
ASH DEC UMWELT AG, Austria
›
BAMAG GMBH, Germany
›
SLIBVERWERKING NOORD-BRABANT N.V., Netherlands
3›
›
9. MARS 2015
YARA
OY, Finland
NORSKSUOMI
VANNFORENING
JULIUS KUEHN-INSTITUT, Germany
FP6 -Specific Targeted
Research Project
2005-11-01 to 2008-12-31
Mål for P-REX projektet:
› å vurdere nye og lovende prosesser for gjenvinning fosfor fra avløpsvann og
slam, og fremme markedet for fosforprodukter som gjødsel
fosfor
removal
Fokus for
P-REX
4
9. MARS 2015
NORSK VANNFORENING
Gjenvinning av fosfor fra avløpsvann i EU (fra P-REX, 2014)
Kabbe, C. (2013), P-REX project, Berlin Centre of Competence for Water.
5
9. MARS 2015
NORSK VANNFORENING
Gjenvinning av fosfor fra slamaske
AshDEC®
thermokjemisk
MEPHREC®
EcoPhos
ekstraksjonsprosessr
FULL SCALE
6
9. MARS 2015
NORSK VANNFORENING
LeachPhos
Demo or
planned
Gjenvinning av fosfor fra slamaske-fullskala anlegg
› Ash DEC® (thermochemical treatment of sludge ash)
Source: SUSAN (2009) FINAL ACTIVITY REPORT, http://www.susan.bam.de/pdf-status/
10-05_susan-final-activity-report_for %20 publication_draft.pdf)
NPK-fertiliser (20-8-8) and PK-fertiliser (12-20) fra ASH DEC®.
› Termokjemisk behandling (utviklet ved SUSAN) hvor en blanding av aske og klorerte forbindelser
(MgCl2/CaCl2) varmes opp til over 1.000 grader inne i en roterende ovn.
› Tungmetaller reagerer med salter og fordamper ut av ovnen gjennom et gassrensesystem.
› Fosfor-rike granuler blir dannet og selges til gjødselindustrien som råmateriale for gjødselproduksjon.
› Pilotinstallasjoner i Østerrike og Tyskland. Første fullskala installasjon operativ fra 2012, østerriske selskapet
Ash DEC Umwelt AG.
7
9. MARS 2015
NORSK VANNFORENING
Gjenvinning av fosfor fra slamaske- fullskala utvikling
› MEPHREC® (Metallurgical Phosphorus Recovery)
Source: Ingitec© 2009
› Utviklet av Ingitec i Tyskland.
› Slam avvannes til 20 % TS og blandes med sement og kalkstein i en ovn ved 2.000 grader.
› Fastfasen inneholder fosfor-silikat og gassfasen tungmetaller.
› Det endelige produktet inneholder mellom 4,6 og 12% av P2O5 med over 90% sitronsyre oppløselighet.
› Prosessen er testet i et pilotanlegg (kapasitet på 8 t/h briketter), og det er planlagt et fullskala-anlegg i
Nürnberg, Tyskland.
8
9. MARS 2015
NORSK VANNFORENING
Gjenvinning av fosfor fra slamaske- fullskala anlegg
› Ecophos (acid digestion of P-containing ash)
› Syrebehandling av P-rik slamaske etterfulgt av et seprasjonstrinn.
› Slamasken oppløses med saltsyre og denne blir resirkulert i prosessen (module 4).
› Den flytende fase reagerer med en kalsiumkilde, og dikalsiumfosfat (DCP) utfelles.
› DCP blir videre behandlet med svovelsyre så fosforsyre blir produsert (42%).
› Fullskala anlegg med ECOPHOS tecknologi i Bulgaria (2008) og Syria (2010), og det planlegg et anlegg i Peru
og Namibia (2014)
(source: ECOPHOS (2014) bedriftens hjemmeside:. http://www.ecophos.com/#/en/technology/).
9
9. MARS 2015
NORSK VANNFORENING
Gjenvinning av fosfor fra slamaske- demoanlegg
› LeachPhos (leaching process)
Source: LeachPhos (2013) Phosphor mining im Kanton Zürich,
Projektblatt Nr. 2, Switzerland.
› Slamaske ekstraheres med fortynnet svovelsyre. Aske-bundet fosfor frigjøres 60-90%.
› Etter å ha fjernet tungmetaller, blir det oppløste fosfor konsentrert og utfelt som et hvitt fosfor-rikt salt som
inneholder inntil 30-40% fosfor som P2O5.
› Fra ett tonn slamaske kan det gjenvinnes 50-70 kg fosfor.
› I 2013 ble LEACHPHOS prosessen testet i industriell skala i Bern, Sveits av BSH Umweltservice AG
(Source: LeachPhos, 2013).
10
9. MARS 2015
NORSK VANNFORENING
Gjenvinning av fosfor fra utråtnet slam eller fra
rejektvannet etter avvanning av utråtnet slam
(ved bio-P anlegg)
AirPrex®
PEARL®
kjemiskfelling
Crystalactor®
Fix-Phos
Stuttgart
ekstraksjon/
kjemiskfelling
Budenheim
11
9. MARS 2015
NORSK VANNFORENING
FULL SCALE
Demo or
planned
Gjenvinning av fosfor fra utråtnet slam eller fra rejektvannet etter
avvanning av utråtnet slam ved bio-P anlegg
› Struvitt (magnesium-ammonium-fosfat (MAP)) krystalliseres ut ved pH høyere enn 9 og
molforholdet (1:1:1) mellom Mg2+, NH4+, PO43-
› Mg2++NH4++PO43-+6H2O ↔ MgNH4PO4.6H2O (s)
› Ofte felles struvitt ut spontant i råtnetanker og tilhørende rørsystemer dersom slammet har høyt Mginnhold.
› Dette skaper store driftsproblemer ved mange avløpsvannrenseanlegg og fører til tap av
prosesskapasitet.
12
9. MARS 2015
NORSK VANNFORENING
Gjenvinning av fosfor fra utråtnet slam eller fra rejektvannet etter
avvanning av utråtnet slam ved bio-P anlegg-fullskala anlegg
› AirPrex® prosessen
AirPrex prosess (source: Bergmans, 2011)
› Utråtnet slam ledes gjennom en airlift-reaktor.
› Ammonium og fosfat er i slammet, og magnesium ioner tilsettes som magnesiumklorid (MgCl2).
› Luft blir anvendt for å øke pH ved stripping av CO2 fra utråtnet slam. Når pH øker, feller struvitt ut.
› Tysk bedrift PCS (Pollution Control Service) fikk lisens til å markedsføre AirPrex teknologien i 2006.
› I dag er to fullskalaanlegg i drift, ett i Berlin og ett i Mönchengladbach. I disse anleggene blir 80-90% av
ortofosfat fjernet fra rejektvannet. Struvitten blir solgt til gjødselindustrien for 40-60 €/tonn (AirPrexVerfahren, 2008).
13
9. MARS 2015
NORSK VANNFORENING
Gjenvinning av fosfor fra utråtnet slam eller fra rejektvannet etter
avvanning av utråtnet slam ved bio-P anlegg- fullskala anlegg
› PEARL® prosessen
› Utviklet av det amerikanske selskapet Ostara.
› Struvitt blir gjenvunnet fra rejektvannet i en fluidized-bed reaktor.
› Produsert struvitt selges som "Crystal Green" til gjødselindustrien. Overskudd fra salg av struvitt dekker fullt ut
driftskostnadene for prosessen.
› Første pilotanlegget i Edmonton, Canada i 2006 og fire fullskalaanlegg i USA etter det. Anlagg under bygging i
Europa
› Crystalactor® prosessen
› Utviklet i 80-årene av det nederlandske selskapet DHV for å fjerne kalsium (hardhet) fra drikkevannet.
› Crystalactor systemet er en fluidized-bed reaktor (som PEARL) hvor rejektvannet strømmer i oppadgående
retning. Crystalactor produserer magnesium-fosfat, kalsiumfosfat, struvitt eller kalium-magnesiumfosfat, avhengig av de tilførte kjemikaler og innstillinger av prosessen.
› Fullskalaanlegg siden 1988 i Nederland
og mange etter det i Israel, Netherland,
USA (2), China.
14
9. MARS 2015
NORSK VANNFORENING
Gjenvinning av fosfor fra utråtnet slam eller fra rejektvannet etter
avvanning av utråtnet slam ved bio-P anlegg- fullskala anlegg
› Fix-Phos prosessen
› Tilsetting av kalsium-silikat-hydrat (CSH) (biprodukt fra bygningsmaterial-industrien, inneholder CaO, SiO2, H2O)
› Under anaerobe forhold frigis Ca2+ som binder løst P som kalsiumfosfat på overflaten.
› Ved avvanning/separasjon tas granulene med CSH + Ca-fosfat
ut av slammet og kan brukes som gjødsel (P-innhold: 18% P2O5)
› Prosessen kan redusere problemene med struvitt-utfelling i
råtnetank-systemet.
› Fullskala prosess ved SEHi (Stadtentwässerung Hildesheim)
renseanlegget i Hildesheim, Tyskland (P-Rex, 2014).
Petzet & Cornel (2012), The FIX-Phos Process, Technische Universität
Darmstadt, Institut IWAR, Darmstadt, Germany.
15
9. MARS 2015
NORSK VANNFORENING
Gjenvinning av fosfor fra utråtnet slam eller fra
rejektvannet etter avvanning av utråtnet slam
(ved bio-P anlegg)
AirPrex®
PEARL®
kjemiskfelling
Crystalactor®
Fix-Phos
Stuttgart
ekstraksjon/
kjemiskfelling
Budenheim
16
9. MARS 2015
NORSK VANNFORENING
FULL SCALE
Demo or
planned
Gjenvinning av fosfor fra utråtnet slam eller fra rejektvannet etter
avvanning av utråtnet slam ved bio-P anlegg –pilot
› Stuttgart prosessen (demo-anlegg)
› Svovelsyre blir tilsatt utråtnet slam for å senke pH og oppløse P i slammet sammen med tungmetaller
› Etter et separasjonstrinn tilsettes sitronsyre til i den flytende fasen for å kompleksbinde tungmetaller.
Magnesiumoksyd og natriumhydroksid tilsettes for å øke pH (8,5) og tillate struvitt å felle ut i en
sedimenteringstank. Struvitt separeres ut og fjernes, mens tungmetaller forblir i dekanteringsvannet (Kabbe,
2013a).
› Budenheim prosessen (pilot-anlegg)
› En patentert, ny og lovende prosess også kalt karbonsyre prosessen. Bruker bare CO₂ som løsemiddel for
slammet (ekstraksjonstrinnet), og dette resirkulerer internt i prosessen. Således en meget grønn prosess.
› Slammet separeres i en flytende og en fast fase, og fosfater felles ut og gjenvinnes for det meste som
kalsiumfosfater (Kabbe, 2013a, b).
› Teknologien er under utvikling og for tiden er P-gjenvinningsgraden 50%, mens målet er å øke den til 70%.
Ikke mye informasjon er gitt ennå fra Budenheim selskapet.
17
9. MARS 2015
NORSK VANNFORENING
Gjenvinning av fosfor fra avløpsvann i EU (fra P-REX, 2014)
Kabbe, C. (2013), P-REX project, Berlin Centre of Competence for Water.
18
9. MARS 2015
NORSK VANNFORENING
Oppsummering
 P gjenvinningsmetoder omfatter:
• den tradisjonelle anvendelsen av slam på jordbruksarealer
• gjenvinning av P fra slamaske etter (mono) forbrenning av slam
• gjenvinning av P etter anaerob nedbrytning av slam fra bio-P renseprosesser
 Med mono-forbrenning av P-rike slam og etterfølgende askebehandling er det mulig å gjenvinne
> 80% P og skaffe salgbare biprodukter (enten fra bio eller Kjemisk P-fjerning (Al/Ca))
 Struvitt utfelling er "state of the art" gjenvinningsmetode for P, men begrenset til renseanlegg med
bio-P fjerning. Normal gjenvinningsgrad er mellom 50 - 70%
• Metoden representerer et voksende marked for prosessteknologi og den gir også driftsmessige
fordeler for avløpsrenseanlegger
• Det er behov for å utvikle markedet for struvitt-baserte produkter
• Siden det meste av P (90%) er knyttet til den faste fasen av slammet vil forbehandling for å løse
opp P øke effektiviteten av struvitt-prosessen, slik som syretilsetning, separat hydrolyse av
primær og bio-slam eller termisk hydrolyse (som også forbedrer biogassproduksjonen)
 I Norge:
• de aller fleste norske RA benytter kjemisk P-fjerning (Al/Fe-salter) p.g.a strenge
utslippskrav (>90% P-fjerning), og da er ikke struvitt utfelling aktuelt
• P gjenvinnes bare i slam brukt som jordforbedringsmiddel
• kombinasjonsløsninger (bio og kjemisk P-fjerning) kan være en løsning som bør vurderes
nærmere
Med behandling av organisk avfall (husdyrgjødsel, matavfall, o.s.v.) i biogassanlegg,
finnes det teknologi for P-gjenvinning fra bioresten, viktig for industri og landbruk sektor!
9.
MARS 2015
EU
mener
at biogassproduksjon (AN) er den prosess med det sterkest potensial når
19 NORSK
VANNFORENING
vurderer å gjenvinne P fra avfall fraksjoner.
20
9. MARS 2015
NORSK VANNFORENING