Upload
others
View
2
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
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