FOSFORGJENVINNING TIL STRUVITT–Erfaringer fra Århus

Norsk Vann 2014, GardamoenPeter 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 DK2

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 m3/h• 2-10 kg struvit/d• 70-90 % udfældning

5

• 2*5 m3 reaktor• 10-40 m3/h• 100-500 kg struvit/d• 80-90% udfældning

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 m3

• 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

7

Figure 1 - Struvite reactors, Aaby WWTP

0% genvinding - "før situation"

88

Rådnetank

R/A

Slut-afvander

indløb

100

141 udløb

4

rejekt

36

132

141(7)

slam

96

For-afvander

% af indkommende total-P

96%

SSH

5

137

4%

Jernklorid

41

30% genvinding -verificeret

99

Rådnetank

R/A

Slut-afvander

indløb

100

109 udløb

4

rejekt

36

100

141(7)

slam

64

For-afvander

P-gen-vinding

32

4

% af indkommende total-P

64%

32%

SSH

5

105

4%

Magnesium

Jernklorid

9

Udfældning?

45% genvinding -verificeret

1010

Rådnetank

R/A

Slut-afvander

indløb

100

115 udløb

4

rejekt

33-43

93

141(7)

slam

50-60

For-afvander

P-gen-vinding

35-45

10-20

% af indkommende total-P

51%

45%

SSH

15-22

111

4%

Magnesium

Jernklorid

Rejektvandsmængde Åby renseanlæg

1/11 -24/4 25/4-1/6 2/6-9/7 10/7-10/8 11/8 - 15/9Reaktor 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, mg/l

800-1000 Ca. 1100 Ca. 1300 Ca. 1300 Ca. 1100

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

1/11 -24/4 25/4-1/6 2/6-9/7 10/7-10/8 11/8 -15/9

Tilløb til struvitanlæg

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 NH4)• 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

15

Driftsomkostninger, kr/år 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

genvinding

CO2-emmision fra P-genvinding på Åby

30% genvinding kg/årEkstra CO2 Pumpning og recirk. 3.449

Tørring af produkt (4.411)transport og prod.. af kemikalier 39.629

Sparet CO2 Sparet jernklorid til P-fældn. -34.793Sparet beluftning til N-fjern. -9.272Sparet kulstof til DN-proces -38.572Sparet lattergas ved N-fjern. -1.503Sparet slamafv.+ polymer -3.210Sparet transport af slam -2.972

Samlet opgørelse -47.245

16

Gødningsproduktet: Er det rent?Slam Struvit

3 prøverSlambek.

DM % 23,7N % af TS 5,4P % af TS 3,22N % af prøve 5,8

P % af prøve 12,3

Mg % af prøve 10,3TOC mg/kg ca. 1300Cd mg/kg 0,9 <0,02 0,8Hg mg/kg 0,5 <0,1 0,8Pb mg/kg 23 <0,2 120Ni mg/kg 24,4 0,3 30Cr mg/kg 17,1 <0,1 100Zn mg/kg 580 2,7 4000Cu mg/kg 230 0,7 1000

Cd mg/kgP 28 <0,16 100Hg mg/kgP 16 <0,8 200Pb mg/kgP 714 <1,67 10000Ni mg/kgP 758 2,7 2500

Ja:• Gødningsproduktet

indeholder meget få tungmetaller

• ca. 0,13 % slam

• og godkendelse som gødningsprodukt (Miljøstyrelsen) er kommet!

• Opført i gødnings-fortegnelsen ved Plantedirektoratet

Gødningseffekt bliver dokumenteret i DKPotteforsøg i Foulum (Aarhus Universitet)

18

Struvitfra Åby

Foreløbige resultater potteforsøg

19

Presentation about Herning Vand20

Godkendelser

Status

Struvit ‘flyttes’ fra slambekendtgørelsen til gødningsbekendtgørelsen

‒Fra affald til gødningsressource9

PhosphorCare indføres i gødningsfortegnelsen‒ Beskrivelse og ind i databasen‒ Dyrkningsforsøg

92014-2015

REACH‒ Dokumentation på at det ‘ikke er farligt’ Anmeldelse

ok

Hvad er potentialet i anvendelse af fosforfra spildevand i DK?

21

• 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

Hvorfor udvinde struvit, hvis slammet allerede udbringes på landbrugsjord?

22

• 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 struvit2. Biogas-anlæg er forudsætning for P-genvinding via struvit3. Simultanfældning kan reduceres (kemikaliebesparelse)4. Primærfældning kan være et problem5. Aluminium-fældning er et større problem

Molforhold er altafgørende!

23

Slam efter struvitudfældning

24

• 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?

Tak for opmærksomheden!

Spørgsmål? 25