slammets värde och avsättning

Transkript

1 Avloppsvattenrening, slammets värde och avsättning Holger Kirchmann Sveriges Lantbruksuniversitet (SLU) Institutionen för mark och miljö Box 7014, S Uppsala, Sverige holger.kirchmann@slu.se 31/5/ 2012

2 Innehåll Utveckling och funktion av reningsverk Sammansättning, mängd samt växttillgänglighet av kväve och fosfor i avloppsslam Växtnäringskretslopp genom avloppsslam Växtnäringskretslopp genom separerande system Utvinning av växtnäring ur avfall

3 Utveckling och funktion av reningsverk

4 Vattentoalett i Pakistan ca 4500 f. Kr. Avloppskanal i Rom ca 100 f. Kr. Cloaka maxima Glover & Ray (1994) Bra Böckers Encyklopedi om Människans Historia. Vol 5. Dersin (1997) The Roman Empire 100 BC AD 200. Time Life Books. Redan i tidigare kulturer har toalettavfall letts bort till vattendrag

5 Början till avloppsvattenrening - sedimentering Orenat avloppsvatten Orenat avloppsvatten Sedimenteringsbassäng Imhoff (1906) Taschenbuch der Stadtentwässerung. Oldenbourg Industrieverlag. 30 Auflage 2006 Behandling av avloppsvatten började för ca 100 år sedan

6 Rening av avloppsvatten sedan 100 år 4500 f. Kr Ingen Sedimentering rening N 15 % P 10 % Beluftning Fosforfällning, Bio-P Kväverening N 10 % P 13 % N 2 % P 65 % N % P 0 % Fällningsmedel Galler Sandfång Sedimentering Beluftning Sedimentering Flockning Sedimentering Slam från mekanisk Slam från biologisk Slam från kemisk rening rening rening Rötning Avloppsslam Energikälla Hygienisering? Avvattning Avloppsvatten Nitrifikation Denitrifikation Renat vatten N % P 98 % Rötat slam Naturvårdsverket (2008) Rening av avloppsvatten i Sverige 2008 Avloppsslam består av tre typer av slam som blandats och rötats

7 Sammansättning, mängd samt växttillgänglighet av kväve och fosfor i avloppsslam

8 Kemisk sammansättning av avloppsslam Typ av material Aska % i torrsubstans Mullråämne N P K S Ca Mg Avloppsslam ,2 2,8 0,3 1,0 0,4 0,2 Referensmaterial Fastgödsel ,1 09 0,9 28 2,8 06 0,6 13 1,3 06 0,6 (nöt) Hönsgödsel ,1 1,9 1,8 0,5 6,6 0,6 SCB Statistiska Meddelande MI 22 SM 1201 Kirchmann & Witter (1992) Bioresource Technology 40, Kirchmann et al. (1994) Department of Soil Sciences, Report 17 Steineck et al. (1999) Naturvårdsverket, Report 4974 Slam är rik på fosfor och fattig på kalium, kalcium och magnesium

9 Växttillgänglighet av kväve i avloppsslam Kväve i avloppsslam samt fördelning Oorganiskt N (NH 4 -N) Organiskt N Total-N 0,4 (10%) 3,8 (90%) 4,2 (100%) Växttillgängligt ä li t N första året Sjöquist Wikander-Johansson SLL Meddelande 52 Enbart ca 10% av kväve i slam är direkt växttillgänglig

10 Växttillgänglighet av fosfor i avloppsslam Fraktionering av P Vatten- NaHCO 3 - NaOH- HCl- Rest-P löslig P löslig P löslig P löslig P 5% 6% 42% 10% 37% Labil P Fe- och Albunden P Ca-fosfater Övrig olöslig P Växttillgänglig P första året Xu et al Waste biomass Valor DOI /s Enbart ca 10% av fosfor i slam är direkt växttillgänglig

11 Mull- och växtnäringmängd i svenskt avloppsslam Avloppslam Totalt Fördelning på (ton år -1 ) 2,5 milj ha åkermark (kg ha -1 år -1 ) Tillförsel enligt svensk lag* (kg ha -1 år -1 ) Tillförsel i praktiken (kg ha -1 vart femte år) Slammängd (ts) Mullmängd (ts) Kvävemängd ä , Fosformängd , Svavelmängd , * Om markens P-AL innehåll ligger i klass III eller högre (85% av åkerarealen) får högst 22 kg P ha -1 år -1 spridas, vilket motsvarar ca 0,7 ton torrsubstans slam ha -1 år -1. SNFS 1998:4 SCB Statistiska Meddelande MI 22 SM 1201 Vid tillförsel enligt lagen räcker mängden slam till ca 12 % av åkerarealen

12 Växtnäringskretslopp genom avloppsslam

13 Växtnäringskretslopp i samhället Människor Livsmedelsindustri Djur Grödor Toalettavfall Stallgödsel Livsmedelsavfall Matavfall Åkermark Foderkretslopp Livsmedelskretslopp Lammel & Kirchmann (1995) Fert. Soc. Proc. No. 372 Historiskt sett har livsmedelskretsloppet bara delvis eller inte alls varit slutet

14 Avloppsslam i kretslopp stad - land Exempel av fosforflöden till och från Stockholm per år Slamgödslad åkermark 300 t P; 22 kg P ha -1 ; ha Östersjö Växtodlingsgårdar Totalt ha åkermark Mjölkgårdar 4 kg P ha -1 Renat Livsmedel Stockholm avlopps ton P vatten 39 t P Övriga djurgårdar SNFS 1998:4 Kirchmann, KSLAT 7, Käppala, Environmental report SCB Statistiska Meddelande MI 22 SM 1201 Annan slamanvändning 900 t P

15 Exemplet visar följande Livsmedel från stora odlingsarealer transporteras till storstäder, vilket innebär att växtnäring ansamlas i tätortsavfall Al Avloppsslam l födl fördelas på en begränsad åkerareal på växtodlingsgårdar Regler för slamspridning innebär växtnäringsanrikning på en begränsad åkerareal En jämn distribution av tätortsavfall till åkermark kräver långa transportert

16 Vattenhalter i tätortsavfall och skördeprodukter Typ av Vattenhalt material (%) Hushållskompost s Avloppsslam Rötrester Urin/svartvatten Stråsäd 16 Ärtor, raps 16 Sjöquist Wikander-Johansson SLL Meddelande 52. Svanberg, SLL Meddelande 37. Eklind et al Swedish Journal of agricultural Research 27, Tätortsavfallets höga vattenhalter innebär större volymer än av skördeprodukter

17 Kostnader för distribution av avloppsslam till åkermark Slamtillförsel Kväve- och Kostnader för transport och till åkermark fosfortillförsel spridning av avloppsslam (68-80% vattenhalt) (kg ha -1 ) (SEK ha -1 ) Ttlt Totalt Växttill- 30 km 50 km 100 km gänglig 14 ton våtvikt ha -1 (3,5 ton ts ha -1 ) N 147 P Transport : 2 kr per ton och km; Spridning: 30 kr per ton Kostnader för transport och spridning av avloppsslam beror på höga vattenhalter

18 Kostnader för mineralgödsel motsvarande mängden växttillgänglig kväve och fosfor i avloppsslam Mängden växtnäring Typ av gödselmedel Kostnader kg N ha -1 Axan (27% N; 4% S) 10 SEK kg -1 N SEK kg P ha -1 Superfosfat (20% P) 20 SEK kg -1 P SEK SEK Kostnader för kväve- och fosforgödselmedel motsvarande slammets Kostnader för kväve och fosforgödselmedel motsvarande slammets växttillgängliga innehåll är upp till 1400 SEK. Kostnaden för att transportera slam 30 km är ca 1300 SEK

19 Hinder för kretslopp genom avloppsslam Gårdar med djurhållning har ingen nytta av avloppsslam - ytterligare ett organiskt gödselmedel utöver stallgödsel behövs inte; - större mängder P gödsel behövs inte heller; Låg växtillgänglighet av N och P i avloppsslam - ett mindre effektivt gödselmedel som inte kan ersätta mineralgödsel; Avloppsslammets onyttiga innehåll innebär en risk - ger inget mervärde till lantbruksprodukter; Högre kostnader för distribution av slam än för inköp av mineralgödsel - högt vatteninnehåll innebär stora volymer; - långa avstånd innebär dyra transporter; Slammets begränsade användning och dyr distribution omöjliggör ett fungerande stad - land kretslopp

20 Växtnäringskretslopp genom separerande system

21 Separerande system för urin respektive svartvatten eller Svartvatten I separerande system måste toalettavfall samlas upp och lagras före distribution

22 Upp till vilken beoendetäthet är lagring av toalettavfall möjlig? Antal Personer Typ av bebyggelse Lagringsvolym för urin/svartvatten per år 10 Enskilda hushåll 10 m 3 Mindre tank 100 By 100 m 3 Större tank Liten ort 1000 m 3 Flytgödselbehållare Tätort m 3 4 Olympiska bassänger Stad m Storstad m Lagring av toalettavfall är bara realistisk vid mindre bebyggelse

23 Upp till vilken boendetäthet är transport av lagrat toalettavfall från separerande system möjliga? Antal Typ av Lagringsvolym Antal ltransporter t Antal ltransporter t Personer bebyggelse per år (50 m 3 per lastbil) per dag (2 månaders spridningstid) 10 Enskilda hushåll 10 m 3 1 körning 100 By 100 m 3 2 körningar Liten ort 1000 m 3 20 körningar < Tätort m körningar Stad m körningar Ca Storstad m körningar Ca 450 Transport av urin/svartvatten begränsas av samma boendetäthet som lagring

24 Resumé Lagring och distribution av toalettavfall är flaskhalsar i separerande system Separering av toalettavfall kan vara lämplig i mindre skala där det finns plats för lagring och dessutom närhet till jordbruksareal för spridning För städer (> invånare) är separerande toalettsystem orealistiska (Systemen kan vara lämpliga på landsbyggden i u-länder där det saknas rening av avloppsvatten och där tillgång till gödselmedel är begränsad)

25 Utvinning av växtnäring ur avfall

26 Två sätt att återföra växtnäring från toalettavfall till åkermark Toalettavfall Tillförsel av avloppsslam Sortering av toalettavfall Fosforutvinning ur avloppsvatten Fosforutvinning ur slamaska Tillförsel av tätortsavfall Utvinning av växtnäring ur avfall

27 Paradigmskifte om kretslopp Sammanfattning från min installationsföreläsning som professor (2001) Från Bord till Jord Kretslopp uppnås inte vid återförsel av mat- och toalettavfall till åkermark som organiska gödselmedel. Slutsats i en artikel i Soil Use and Management, Kirchmann et al. (2005) Recycling municipal ii wastes in the ft future: from organic to inorganic i forms? One solution is to extract nutrients out of organic wastes and thereby derive concentrated t compounds similar il to those in inorganic fertilizers that can be widely distributed and applied to soil. Från större städer återförs mat- och toalettavfallets växtnäringsämnen i framtiden via koncentrerade oorganiska gödselmedel

28 Fördelar med att utvinna växtnäring ur aska från avfall Onyttigt innehåll i avfall förbränns och avskiljs efter upplösning av aska Vattenlösliga oorganiska gödselmedel kan framställas från aska på ett lönsamt sätt Kretsloppsbaserade gödselmedel kan ersätta befintliga mineralgödselmedel Koncentrerade oorganiska gödselmedel kan transporteras över längre sträckor till ett rimligt pris