Slutrapport SLF. Sammanfattning



Relevanta dokument
Bibliografiska uppgifter för Olika sätt att utvinna fosfor ur avloppsvatten

Bibliografiska uppgifter för Återvinning av P samt andra ämnen ur olika askor efter upplösning

Växtnäringsåterföring intresset för fosfor och kväve i avloppet. Håkan Jönsson Institutionen för energi och teknik, SLU. Epost: Hakan.Jonsson@slu.

Möte om livsmedel, växtnäring och avloppsslam i Stockholm den 5/

Regeringsuppdrag fosfor Effekterna av Naturvårdsverkets förslag. Lund 20 december 2013 Anders Finnson Svenskt Vatten

Nya metoder för atercirkulation av vaxtnaringsiimnen från avfall. New Methods for Recirculation of Plant Nutrients from Wastes

Biogödsel Kol / kväve Kväve Ammonium- Fosfor Kalium TS % 2011 kvot total kväve total av TS %

Uppsala Ackrediteringsnummer Sektionen för geokemi och hydrologi A Ekmanhämtare Sötvatten Ja Ja. Sparkmetod Sötvatten Ja Ja

FOSFORUTVINNING UR AVLOPPSSLAM FINNS TEK- NIKEN IDAG?

Villkor för framtidens kretslopp om vi nu ska ha något? Örebro 20 januari 2015 Sunita Hallgren, LRF, Anders Finnson Svenskt Vatten

ESKILSTUNA ENERGI & MILJÖ VATTEN & AVLOPP LABORATORIUM

Skydda Er mark mot slamspridning!

REVAQ-certifiering av reningsverken

Mätosäkerheter ifrån provningsjämförelsedata. Bakgrund, metod, tabell och exempel Bo Lagerman Institutet för Tillämpad Miljöforskning (ITM)

Regeringsuppdrag om återföring av fosfor

Rapport 2015:20 Avfall Sveriges Utvecklingssatsning ISSN Årsrapport 2014 Certifierad återvinning, SPCR 120

På väg mot en hållbar återföring av fosfor Catarina Östlund Naturvårdsverket

Mejeriproduktionens miljöpåverkan. Johanna Berlin

Tilläggsbestämmelser till ABVA

Växjö väljer termisk hydrolys varför och hur?

Bert Jonsson. Presentation. Anställd i VA-Ingenjörerna AB sedan Arbetat med kommunal avloppsvattenrening under 40 år

kadmium i avloppsslam

Tilläggsbestämmelser till ABVA 16 med Informationsdel

Miljöbokslut Anlagt utjämningsmagasin för omhändertagande

Bilaga 1. Förslag till förordning Utfärdat den xx Regeringen föreskriver 1 följande

SAMFÄLLIGHETSFÖRENING RÄTT & FEL LITEN HANDBOK

Slamspridning på åkermark

Tidskrift/serie Växtpressen. Redaktör Hyltén-Cavallius I. Utgivningsår 2006 Nr/avsnitt 1 Författare Frostgård G.

Mikronäringsämnen i spannmålsgrödor

Metaller i fällningskemikalien järnsulfat

Sandningsförsök med Hyttsten

Statens naturvårdsverks författningssamling

Svenska kustvatten har God ekologisk status enligt definitionen i EG:s ramdirektiv

- Vilka mängder tas upp och vilka faktorer påverkar upptaget? Karin Hamnér Inst. för mark och miljö, SLU

Mikronäringsämnen i svenska grödor - Vilka mängder tas upp och vilka faktorer påverkar upptaget?

Lärarhandledning för arbetet med avlopp, för elever i år 4 6. Avloppsvatten

Lyft produktionen med rätt vattenrening

Samarbete, kunskap och planering - om myndigheternas

2 ANLÄGGNINGENS UTFORMING

Lennart Mårtensson Docent miljöteknik

Trelleborgs Kommun MIKROALGER SOM AVLOPPSRENINGSVERK. Tony Fagerberg, marinbiolog Samhällsbyggnadsförvaltningen, Hållbar utveckling Trelleborg Kommun

PRISLISTA VA Kvalitetskontroll

Vatten och avlopp i Uppsala. Av: Adrian, Johan och Lukas

Bedömning av kompostjord. Riktlinjer för jordtillverkning av kompost. RVF rapport 2006:11 ISSN

Solvie Herstad Svärd

Metallåtervinning från avfallsaska

SVEBIO Svenska Bioenergiföreningen /Kjell Andersson. REMISSYTTRANDE M2015/04155/Mm

Avloppshantering och miljömålen

Anslutning till kommunalt spill- och dagvattensystem i Jönköpings län. Råd vid utsläpp av spillvatten från industrier och andra verksamheter


Kungsbacka vattenrike


BEHANDLINGSMETODER FÖR HÅLLBAR ÅTERVINNING AV FOSFOR UR AVLOPP OCH AVFALL

Varför kretslopp? Övergödning - Rätt sak på fel plats! Kretsloppsanpassade avloppslösningar i skärgården. Vad innehåller avlopp från hushåll?

Och vad händer sedan?

Slamspridning på åkermark

Riktlinjer för utsläpp till avlopp från fordonstvättar och andra bilvårdsanläggningar

Läkemedelsrester i avloppsvatten och kommunala reningsverk, nuläget. Nicklas Paxéus, Gryaab AB

Fosforns tillgänglighet i slam - tur att inte växterna vet något om fosforkemi! Bengt Hansen

Global Water Stress Östen Ekengren

Brandholmens avloppsreningsverk.

Ser du marken för skogen?

Provtagning i vatten. Jens Fölster Inst. För vatten och miljö, SLU

Gifter från båtverksamhet

Spillvatten- bestämmelser för Skövde kommuns allmänna VAanläggning. Beslutad av kommunfullmäktige 15 december 2014, 174. Dnr KS2014.

Anammox - kväverening utan kolkälla. Var ligger forskningsfronten? E. Płaza J.Trela J. Yang A. Malovanyy

Fosforresurser förekomst, föroreningar, och recirkulation

KALK FÖR VATTENRENING

Granstedt, A Kväveförsörjningen I alternative odling. Avhandling i ämnet växtnäringslära. Sveriges Lantbruksuniversitet. Uppsala.

DOM Stockholm

Rapport av elektrokemisk vattenreningsanläggning. Britta Lindholm- Sethson, Kenichi Shimizu, Torgny Mossing.

På väg mot en hållbar återföring av fosfor Catarina Östlund, Naturvårdsverket

SP Sveriges Tekniska Forskningsinstitut

Silveravgång vid rengöring och kemisk polering av silvergods

Fosfor en outtömlig resurs

minireningsverk BioCleaner Ett robust och pålitligt reningsverk med fler än installationer.

Estelle Larsson Doktorand i miljövetenskap 11/25/2011 1

Läkemedelsrester, andra farliga ämnen och reningsverk

Samrådsunderlag Utbyggnation av Leksands avloppsreningsverk

Bränsleanalys och rökgaskalkyl. Oorganisk Kemi I Föreläsning

Fosfor- och kväveneutral kommun

Golvskurvatten från bilverkstäder inom Käppalaverkets upptagningsområde

Vattenkemi och transportberäkningar vid Hulta Golfklubb 2008

VÄXTODLINGSPLAN. Gård. Brukare. Foto: Henrik Nätterlund

Förbättrad kvävehushållning vid lagring och användning av fast stallgödsel i ekologisk odling Obs! Förkortad version!

1.1 Inledning Växters mineralnäringsbehov enligt Tom Ericsson Hofgårdens golfbana 3

Karakterisering av fosfors bindning till slam beroende på fosforavskiljningsmetod i huvudströmmen

BESLUT 1 (8) BESLUT Dnr: Landstinget i Uppsala län Akademiska sjukhuset UPPSALA. Delgivningskvitto

Klosettvatten i kretslopp

ÅSEDA AVLOPPSRENINGSVERK

Vad betyder slam för markens bördighet? Gunnar Börjesson & Thomas Kätterer, SLU

MILJÖRAPPORT 2012 SVENSK BIOGAS, NORRKÖPING TEXTDEL

Fosfor ett element i den cirkulära ekonomin. Karl-Johan Lehtinen Miljöchef Nordiska Miljöfinansieringsbolaget Östersjöseminarium Stockholm

Uponor minireningsverk för enskilt avlopp: 5pe, 10pe och 15pe.

Hur temperatur och salt påverkar borttagning av metaller, näringsämner och sediment i dagvatten biofilter

Digital GIS Maps Höganäs. Höganäs kommun, 2012

Krondroppsnätet. Miljöövervakning, metodutveckling och forskning. Krondroppsnätet

RAGN-SELLS AB. Slamförbränning & extraktion. Lars Tolgén. KSLA 27 feb En del av kretsloppet

Energi- och klimatfrågan. Verksamhetssystem.

Projekt ansvarig: Sammar Khalil Institution för Biosystem och Teknologi, SLU, Box 103, Alnarp,

Transkript:

Slutrapport SLF Sammanfattning Målet av projektet var att utveckla och optimera en metod för utvinning av näringsämnen, i handelsgödselform, från avloppsvatten. Vilket löser ett aktuellt samhällsproblem och bidrar till ökad resurshushållning i samhället. Avsikten var att återvinna P, S och N i vattenlöslig, oorganisk saltform. Fördelen med att återvinna näringsämnen som lösliga salter är (i) en hög tillgänglighet av näringsämnen för växterna under växtsäsongen, (ii) möjligheten att sprida de återvunna näringsämnena såsom handelsgödsel eller i flytande form med precision och (iii) billig transport som möjliggör en användning i hela landet. Återvinningsprocessen är baserad på avlägsnandet av lösta oorganiska joner från avloppsvatten genom jonbyte. Näringsämnena från jonbytaren återvinns i form av oorganisk lösning under regenereringen. Lösningen koncentreras i jonbytarprocessen och gödselmedlet kristalliseras från de koncentrerade oorganiska lösningarna. De utförda experimenten visar att det är möjligt att koncentrera P, S och N, i form av ammoniumsalter med en låg halt av organiskt material (0.35% C). Experimenten visade också att den återvunna produkten har ett lågt tungmetallinnehåll och uppfyller därmed kraven på de bästa fosforgödselmedlen. Metoden har potential att bidra till en hushållning med naturresurserna genom att växtnäring kan recirkuleras till lantbruket genom gröna gödselmedel på ett effektivt sätt. Bakgrund I april 1999 antog riksdagen 15 miljökvalitetsmål varav flera är kopplade till kretslopp och återanvändning i syfte att skapa ett långsiktigt uthålligt samhälle. Ett viktigt delmål gäller återföring av fosfor och andra näringsämnen från stad till land, utan risk för hälsa och miljö. En utredning har gjorts av naturvårdsverket (2002a) för att kunna sätta de mål som skall gälla för återföring av näringsämnen från avlopp till jordbruksmark. Utredningen rekommenderade att år 2015 ska minst 60% av fosforn i avlopp återföras till produktiv mark, varav minst hälften bör återföras till åkermark. Utredningen visar också att det finns starka skäl till ett bredare synsätt och flera näringsämnen förutom fosfor nämligen svavel, kväve och kalium berörs. Andra faktorer som påverkar intresset för fosforåtervinning ur avloppsvatten är att världens fosfatfyndigheter är begränsade och beräknas räcka i ytterligare 50-100 år (Driver et al., 1999). Råfosfat är utgångsmaterialet vid tillverkning av handelsgödsel och detergenter. Fyndigheterna är ofta orena och innehåller allt högre kadmiumhalter, vilket ej är önskvärt. Målet om ett hållbart samhälle har lett till att nya metoder som möjliggör återvinning av fosfor från avloppsvatten utvecklas på olika håll i världen. De flesta återvinningsteknologier befinner sig fortfarande i ett forsknings- och utvecklingsstadium, endast ett fåtal har implementerats i större skala. I Naturvårdsverkets utredning (2002b) har sex system för återföring av fosfor från avlopp studerats och jämförts med ett referenssystem. De beräknade kostnaderna för de olika återvinningsalternativen visar att system för återvinning av näringsämnen är mer lönsamma än urin- och klosettvattenseparation. Direkt användning av avloppsslam är naturligtvis det billigaste alternativet, men kostnaderna för att förbättra kvaliteten på avloppsslam så att spridning på jordbruksmark kan tillåtas är okända. I Sverige är det i praktiken inte möjligt att

använda avloppsslam i växtodlingar pga krav från livsmedelindustrin. Förutom en ickeoptimal sammansättning av näringsämnen, reducerar det höga innehållet av metallutfällningar (järn eller aluminium) tillgängligheten av fosfor. Med andra ord avloppsslam är inte ett optimalt gödselmedel. Nya system för återvinning av näringsämnen Hittills har återvinningen fokuserat mest på fosfor och mindre på kväve främst beroende på att inga krav har ställts för återvinning av kväve ur avloppsvatten utan enbart för kvävereduktion. De nya teknologierna för fosforåtervinning är: i) fosforfällning som kalciumfosfat (Giesen, 1999); ii) fosforfällning som struvit (magnesiumammoniumfosfat) från avloppsvatten (Ueno and Fujii, 2001), eller efter koncentrering med jonbytare (Liberti et al., 2001); iii) fosforfällt slam återfälls som ren järnfosfat (Karlsson, 2001); iv) fosfor återvinns genom att bränna slam, lösa upp askan med syror och sedan använda jonbytare för separation av P från andra joner (Jensen, 2000). Som framgår ovan innebär fosforåtervinning oftast fällning av P till antingen kalciumfosfat, struvit eller järnfosfat. Dessa produkter är dock inte anpassade för en effektiv växtodling. Kalciumfosfat precis som råfosfat (apatit) från fosforfyndigheter, är svårlöslig och en direkt tillförsel till marken innebär en ineffektiv användning. Därför används det främst i industrin som ersättning för råfosfat och omvandlas till lösliga former igen. Förhållandet mellan N och P i struvit (1:1) är inte optimalt. Vidare är tillgängligheten av fosfor ännu oviss (Johnston and Richards, 2003). Struvit kan inte behandlas i fosforindutrin pga magnesium innehållet och måste användas som gödselmedel. Vidare är de återvunna struvitkristallerna svåra att hantera och sprida och måste granuleras. Järn- eller aluminiumfosfat som uppstår vid dagens fällning av fosfor i reningsverket är en svårlöslig produkt och dess fosforverkan i marken är begränsad. Sammanfattningsvis kan man säga att alla hittills återvunna gödsel- produkter ur avloppsvatten har ett ur växtnäringsperspektiv lågt värde, trots att dessa ej innehåller oönskade föroreningar. Det finns behov av teknologier som kan mögliggöra återvinning av fosfor i form av ett vattenlösligt, oorganiskt gödselmedel av hög kvalitet. Material och metoder De utförda experimenten framfördes med syfte att: i) klarlägga effektiviteten i reningen av avloppsvattnet med den utvecklade jonbytarmetoden, ii) bestämma innehåll av tungmetaller i växtnäringskompositionen, iii) fastställa komposition av den utvunna växtnäringen, N, P och S. iv) finna den högsta koncentrationen av växtnäringsfraktionen, och v) optimera metoden i syfte att minimera driftskostnaden och därmed priset på växtnäringen. För att utvärdera metoden med hänsyn till ovannämnda kriteria utfördes experiment i ett laboratorie- jonbytarsystem i liten skala vid SLU samt i ett laboratorie-jonbytarsystem i stor skala byggt på plats vid Vassunda avloppsreningsverk utanför Uppsala. Det av jonbytarsystemet behandlade avloppsvattnet uppsamlades i reningsverket efter det biologiska behandlingsstadiet och före det kemiska fosforfällningstadiet. En förbehandling av det uppsamlade avloppsvattnet gjordes med sandfiltrering eller med en kombination av sandfiltrering och aktiverat kol. En kemisk analys av avloppsvattnet utfördes före och efter jonbytarbehandlingen och de återvunna lösningarna från jonbytarprocesserna uppsamlades också för analysering. I resten av experimenten bereddes artificiellt avloppsvatten genom att blanda kemikalier i syfte att producera näringslösningar med olika sammansättningar. Från dessa lösningar återvanns en växtnäringsproduktgenom användande av jonbytarteknologi.

Kemisk analys av lösningarna utfördes före och efter jonbytarbehandlingen och de återvunna lösningarna från jonbytarprocesserna uppsamlades också för analys. Resultat Effektiviteten i reningen av avloppsvattnet med metoden Fosfor kunde avlägsnas i tillräcklig hög grad med jonbytarteknologi. Enligt de utförda experimenten kunde koncentrationen av total fosfor i avloppsvattnet reduceras från 8 mg P per liter till omkring 0.1 mg P per liter, vilket ligger under gränsen för det tillåtna miljövärdet (< 0.3 mg P per liter). Vidare visade det sig att utbytet av anjoner i avloppsvatten med bikarbonat (den anjon som användes vid bytet)inte resulterade i någon förändring av ph värdet i avloppsvattnet. Utsläppet av det behandlade avloppsvattnet är således godkänt ur miljösynpunkt eftersom ph-värdet förblir neutralt. Komposition av den utvunna växtnäringen med avseende på N, P och S Affinitet för de olika anjonerna skiljer sig i följande ordning: klorid < nitrat << sulfat fosfat. Förhållandet S / P i avloppsvattnet befanns vara ~2.5. The composition of the återvunna torra växtnäringsprodukten is presented in table 1. Tabell 1. Exempel på en återvunnen torr växtnäringsprodukt erhållen med den nya jonbytarprocessen för återvinning av näringsämnen. Produkten återvanns ur avloppsvatten från Vassunda utanför Uppsala. Komposition % av vikten Ammoniumfosfat (NH 4) 2HPO 4 9.3 Ammoniumsulfat (NH 4) 2SO 4 38.3 Ammoniumnitrat NH 4NO 3 4.23 Ammoniumklorid NH 4Cl 35.5 Total kol 0.35 Kadmium ~3 mg Cd kg -1 P Koncentrationen av växtnäringsfraktionen De erhållna resultaten visar att det teoretiskt är möjligt att koncentrera näringsanjoner upp till gränsen för lösligheten. I experimenten kunde fosfat koncentreras genom jonbytarteknologi från omkring 0.0096 mol liter -1 till 1.4 mol liter -1 som ammoniumfosfat (ledningsförmåga 80 ms cm -1 ) Vidare visade det sig att det är möjligt att skilja ammoniumfosfat från övriga ammoniumsalter genom utfällning av tri-ammoniumfosfat (lösbarheten sänkes i vätskeammoniak vid högt ph ). Resultaten visar vidare att en viss kromatografisk effekt inträffar under regenerationen, men att den inte ändrar sammansättningen av den återvunna produkten. Innehåll av tungmetaller i växtnäringslösningen (eluat) Tungmetallinnehållet i den återvunna växtnäringslösningen har visat sig vara lågt (~3 mg Cd kg per P). Flera metaller förekommer i form av katjoner och adsorberas då inte av anjonbytarmassan och ingår således inte i växtnäringsprodukten. Övriga metaller såsom Ni, Zn, Cu var också relativt låga (216 mg Zn per kg P, 5668 mg Zn per kg P, 5419 mg Cu per kg P) Diskussion

Experimenten visade att fosfor kan återvinnas i form av ett vattenlösligt, oorganiskt gödselmedel av hög kvalitet (hög växttillgänglighet av fosfor, låg tungmetaller innehåll samt ett balanserat växtnäringsinnehåll) i hög effektivitet och till en låg kostnad. Förbud på deponering av organiskt material och krav på resursåtervinning tvingar de svenska myndigheterna att överväga förbränning av avloppsslam. Utvinning av fosfor ur aska är dock idag mer aktuell. Den utvecklade jonbytarprocessen kan användas för återvinning av fosfor ur aska efter upplösning med syra. Fortsättnings projekt är på gång för utvecklandet av fosfor återvinning ur aska. Den tvärvetenskapliga karaktären på projektet sammanför specialister från fyra organisationer (EIR Technology AB, Svenska Lantmännen, Sveriges Lantbruksuniversitet, och Kungl. Tekniska Högskolan), var och en bidrar med väsentliga kunskaper för att lösa det specifika problemet med fosforåtervinning i ett modernt samhälle genom framställning av gödselprodukter av hög kvalitet lämpliga för modernt jordbruk. Publikationer ifrån projektet Peer Reviewed Articles Kirchmann H., Nyamangara, and Cohen Y., (2005), Recycling municipal wastes in future from organic to inorganic forms?, Soil Use and Management 21 (in press) Cohen Y., and Kirchmann H. (2005) Changes in the solubility of tri-ammonium phosphate in an excess of ammonia. Environmental Technology ready for submission Cohen Y., and Kirchmann H. (2005) A new process for concentrating ion exchange eluates. Water Research ready for submission Cohen Y., and Kirchmann H. (2005) Fertilizer recovery from sewage sludge. Environmental Technology ready for submission Popular Science Publications Cohen Y., (2005), Olika sätt att utvinna fosfor ur avloppsvatten. Föredrag hållna på Kungl. Skogs- och Lantbruksakademien 3 mars 2005. Institutionen för markvetenskap Avd. för växtnäringslära Rapport 211. ISSN 0348-3541 Patent Cohen, Y., Kirchmann, H.& Enfält P.(2005) Preliminary title: An ion exchange method concentrating dissolved P from waste streams to be used as P fertilizers. Swedish and International Patent (Swedish patent application in preparation) Populärvetenskaplig redovisning Ett svenskt miljömål som nyligen föreslagits av Naturvårdsverket, anger att minst 30% av fosforinnehållet i avlopp skall återanvändas/recirkuleras till jordbruket senast år 2015. Tidigare har avloppsslam kunnat spridas direkt på åkermark, detta är dock ej längre möjligt på grund av att den svenska livsmedelsindustrin inte accepterar produkter som gödslats med avloppsslam. Den huvudsakliga anledningen till detta är att slammet innehåller tungmetaller och organiska föroreningar. Konsekvensen av denna avloppsslam hanteringen är att näringsämnen i avloppslamm inte återanvänds i jordbruket. Det finns behov för teknologier som kan möjliggöra återändvändning av näringsämnen från avlopp i jordbruk. Syftet med projektet var

att utveckla och optimera en metod för utvinning av näringsämnen, i handelsgödselform, från avloppsvatten. Vilket bidrar till ökad resurshushållning i samhället. Avsikten var att återvinna P, S och N i vattenlöslig, oorganisk saltform. Fördelen med att återvinna näringsämnen som lösliga salter är (i) en hög tillgänglighet av näringsämnen för växterna under växtsäsongen, (ii) möjligheten att sprida de återvunna näringsämnena såsom handelsgödsel eller i flytande form med precision och (iii) billig transport som möjliggör en användning i hela landet. Återvinningsprocessen är baserad på avlägsnandet av lösta oorganiska joner från avloppsvatten genom jonbyte. Näringsämnena från jonbytaren återvinns i form av oorganisk lösning under regenereringen. Lösningen koncentreras i jonbytarprocessen och gödselmedlet kristalliseras från de koncentrerade oorganiska lösningarna. De utförda experimenten visar att det är möjligt att koncentrera P, S och N, i form av ammoniumsalter med en låg halt av organiskt material (0.35% C). Experimenten visade också att den återvunna produkten har ett lågt tungmetallinnehåll och uppfyller därmed kraven på de bästa fosforgödselmedlen. Metoden har potential att bidra till en hushållning med naturresurserna genom att växtnäring kan recirkuleras till lantbruket genom gröna gödselmedel på ett effektivt sätt. Referenser Driver J., Lijmbach D. and Steen I. 1999. Why recover phosphorus for recycling, and how? Environmental Technology 20, 652-662. Giesen A.1999. Crystallization process enables environmental friendly phosphate removal at low costs. Environmental Technology 20, 769-775. Jensen J. 2000. Treatment of solutions comprising metals, phosphorus and heavy metals obtained from dissolution of combusted waste materials in order to recover metals and phosphorus. PCT application. Publication number WO 00150343. BIO-CON A/S, Saltumvej 25, DK-9700 Brönderslev, Denmark. Karlsson I. 2001. Full-scale plant recovering iron phosphate from sewage at Helsingborg Sweden. Second International Conference on the recovery of phosphorus from sewage and animal wastes, Noordwijkerhout, The Netherlands, 12-13 March, 2001 Liberti L., Petruzzelli D. and De flurio L. 2001. Rem nut ion exchange plus struvite precipitation process. Environmental Technology 22, 1313-1325 Naturvårdsverket 2002a. Aktivitetsplan för ökad återföring av fosfor ur avlopp från hushåll. Rapport 5214. ISBN 91-620-5214-4. ISSN 0282-7298 Naturvårdsverket 2002b. System för återanvändning av fosfor ur avlopp. Rapport 5221. ISBN 91-620-5221-7. ISSN 0282-7298 Ueno Y. and Fujii M. 2001. Three years experience of operating and selling recovered struvite from full-scale plant. Environmental Technology 22, 1373-1381