PM FOSFORUTVINNING UR AVLOPPSSLAM FINNS TEK- NIKEN IDAG? Henrik Tideström och Lars Alvin, Sweco Environment, mars 2010 Frågan om fosforutvinning ur avloppsslam har blivit aktuell igen. Den 16 november 2009 slutredovisade Naturvårdsverket sitt regeringsuppdrag att uppdatera sin aktionsplan för återföring av fosfor ur avlopp. I verkets uppdrag ingick att göra en konsekvensanalys av olika metoder för fosforutvinning ur avloppsslam. Analysen skulle enligt regleringsbrevet innefatta en analys av kostnader, energiaspekter, transporter och klimatpåverkan samt en samhällsekonomisk bedömning såväl som en bedömning för enskilda aktörer För att uppfylla en del av detta regeringsuppdrag gav Naturvårdsverket SWECO i uppdrag att välja ut intressanta tekniker och analysera deras konsekvenser för miljö, hälsa, klimat och transporter. Vi lämnade vår rapport till verket i juni 2009. I vår rapport har vi fokuserat på två metoder, som har utvecklats eller vidareutvecklats och utvärderats sedan år 2002 och som vi har bedömt kunna ha en kommersiell framtid. 2002 var då Naturvårdsverket publicerade sin aktionsplan för återföring av fosfor ur avlopp. Planen innehöll bl.a. ett förslag till förordning med skärpta krav på behandling och användning av bl.a. slam. Aktionsplanen tog även upp de metoder för fosforutvinning som då var på tapeten, men som aldrig blev kommersiellt tillgängliga, bl.a. svenska KREPRO och danska BioCon. I enlighet med direktiven har vi jämfört de identifierade metoderna med konventionell slamgödsling av åkermark och med slamförbränning. Fem avloppsreningsverk användes som modell för reningsverken i denna studie. Reningsverken ligger i jordbrukskommuner i mellersta Götaland. Anslutning (10 000 100 000 pe), slambehandling, slammängder, transportavstånd etc. avspeglar lokala förhållanden och överensstämmer med förhållanden hos andra liknande reningsverk i Sverige. En avfallsförbränningsanläggning antogs ligga i den största kommunen. Följande tekniker/scenarier utreddes: 1. Struvitutfällning lokalt i respektive avloppsreningsverk följt av förbränning Alla avloppsreningsverk i utredningen antogs ha biologisk fosforavskiljning (Bio-P). Fosfor utvinns i form av granulerad struvit ur rejektet från slamavvattningen med hjälp av den kanadensiska Ostaraprocessen. Efter utvinning körs avvattnat slam till en regi- 1 (6) Sweco Environment AB
onal avfallsförbränningsanläggning centralt i regionen. Utvunna struvitgranulat antogs kunna användas som gödselmedel utan ytterligare behandling. Spridningen på åkermark sker med konventionella fastgödselspridare. 2. Utvinning av fosfor ur aska efter slamförbränning: Avvattnat slam transporteras till den regionala avfallsförbränningsanläggningen där slammet förbränns i en separat slamförbränningspanna (monoförbränning) efter torkning. Fosforutvinningen sker ur aska med den österrikiska ASH DEC-metoden. Kväverikt kondensat behandlas i kommunens reningsverk. Den utvunna fosforprodukten sprids på konventionellt sätt, utan ytterligare behandling. 3. Förbränning av avvattnat avloppsslam i en avfallsförbränningsanläggning Avvattnat slam transporteras till regionens avfallsförbränningsanläggning och förbränns tillsammans med avfall (samförbränning) utan fosforutvinning. 4. Slamgödsling av åkermark Hygieniserat och REVAQ 1 -certifierat slam sprids lokalt på åkermark inom respektive kommun. Slutsatser Den största fördelen med utvunna fosforprodukter är att de har avsevärt lägre halt än avloppsslam av flera metaller och inte innehåller (eller bara innehåller mycket små mängder) miljöfarliga organiska ämnen. Tillgänglig dokumentation är dock inte tillräcklig för att avgöra hur mycket lägre föroreningsinnehåll de har i praktiken. Möjligheten att återföra fosfor genom att gödsla med avloppsslam begränsas idag av att allt slam inte är av tillräcklig bra kvalitet. En tillämpning av de valda fosforutvinningsmetoderna kan då öka återanvändningspotentialen för fosfor i avlopp. Nackdelarna med de studerade fosforutvinningsscenarierna är att de kräver slamförbränning och därmed ger mycket kraftigt ökade utsläpp av föroreningar till luft, särskilt kväveoxider. Klimateffekten av slamförbränningen är dock begränsad, eftersom avloppsslam är av biologiskt ursprung. För att kunna utvinna fosforprodukter med tillräckligt hög kvalitet ur aska krävs dessutom investering i separata pannor för monoförbränning. Samförbränning med avfall eller biobränslen späder ut fosforn och ger en för hög metallhalt i askan. Ett tiotal svenska avfallsförbränningsanläggningar har tillstånd till slamförbränning, men de utnyttjar inte de tillstånden. 1 REVAQ (fullständigt namn: REVAQ Återvunnen växtnäring) = Svenskt Vattens certifieringssystem för produktion och jordbruksanvändning av avloppsslam. 2 (6) PM FOSFORUTVINNING UR AVLOPPSSLAM FINNS TEKNIKEN IDAG?
I de utredda utvinningsscenarierna ökar transportarbetet jämfört med konventionell slamgödsling med ökade utsläpp av fossil koldioxid som följd (om man använder sig av dieseldrivna transportfordon). I struvitutvinningsscenariot kan man undvika slamförbränning om man kan leverera slammet till exempelvis en jordtillverkare. I denna utredning har vi dock i enlighet med vårt uppdrag enbart räknat med att slammet förbränns i en avfallsförbränningsanläggning. Vad som kan tala emot att tekniken med fosforutvinning som struvit ur rejektet från slamavvattningen kommer att införas i stor skala i Sverige är att denna teknik bara kan utnyttjas vid avloppsreningsverk som har Bio-P. Idag finns ca 20 sådana avloppsreningsverk. Dessutom visar praktiska försök att man bara kan utvinna runt 20 25 procent av den totala mängd fosfor som finns i avloppet med denna teknik. Enligt den information som vi hade när vi skrev vår rapport om fosforutvinning skulle återvinningsgraden vara 60-85 %. Vid fosforkonferensen BALTIC 21 Phosphorus Recycling and Good Agricultural Management Practise i Berlin (september 2009) fick vi dock ny information, som visade att det i praktiken är svårt att få ut mer än 18-25 %, om man har så höga utsläppskrav för fosfor som vi har i Sverige (0,3 mg totalfosfor per liter i utgående vatten). Vid kombinationen Bio-P och kemisk behandling påverkas struvitutfällningen nämligen negativt av kemiskt bunden fosfor. För att kombinationen ska vara möjlig fordras omfattande åtgärder vid reningsverken. En annan nackdel är att biogasproduktionen minskar med ca 25 % när man rötar slam från Bio-P-verk, jämfört med rötning av konventionellt slam. Anledningen är den lägre mängden lågmolekylära organiska föreningar i Bio-P-slam. Det har inte ingått i Swecos uppdrag att beräkna kostnaderna. Dessa har däremot beräknats av Kärrman och Nordström (CIT- rapport okt 2009). I sammanfattningen till deras rapport anges att kostnaderna för slamgödsling av åkermark, Ostaraprocessen och ASH DEC är relativt lika; 410 470 kr/personekvivalenter och år. I Naturvårdsverkets redovisning av regeringsuppdraget anges den löpande merkostnaden till 50 kr/personekvivalenter och år. Slamgödsling och ASH DEC ger möjlighet att nära nog all fosfor i avloppsvattnet recirkuleras (förutsatt att kvalitetskraven i lagstiftning och certifieringssystem samt marknadens krav uppfylls), medan återvinningsgraden med hjälp av Ostaraprocessen i Bio-P-verk är väsentligt lägre och därmed innebär en högre kostnad per kilo återvunnen fosfor. Swecos rapport heter Fosforutvinning ur avloppsslam. Teknik, miljö-, hälso- och klimateffekter. Författare var undertecknad, Lars Alvin, Ulla Jennische och Bengt Hultman. Rapporten kan laddas ned från Naturvårdsverkets hemsida: www.naturvardsverket.se. Klicka vidare på Yttranden >> Yttranden 2009 >> Så här vill 3 (6) PM FOSFORUTVINNING UR AVLOPPSSLAM FINNS TEK-NIKEN IDAG?
vi återföra mer fosfor till kretsloppet>> Förslag om återföring av fosfor (2.2 under rubriken Referensmaterial ). Översikt över slutsatserna i Fosforutvinning ur avloppsslam. Teknik, miljö-, hälso- och klimateffekter I matrisen nedan har vi gjort en kortfattad översikt och jämförelse av de olika aspekter som har belysts i denna utredning. De två fosforutvinningsscenarierna och avfallsförbränningsscenariot jämförs mot referensscenariot med slamgödsling. Siffervärdena under rubriken Resurshushållning kan betraktas som allmängiltiga för Sverige som helhet. Övriga siffervärden är inte allmängiltiga, utan relateras till de specifika scenarier som har presenterats i denna utredning. Resurshushållning Potentiell återföringsgrad (utan hänsyn till kvalitetskrav) Scenarier (alla inkluderar slamförbränning) 1) Gödsling med fosfor i aska Jämförbart med referensscenariot 95 % av P i kommunalt avloppsvatten 40 % av Sveriges mineralgödselförbrukning Energiförbrukning 2 Ökar med 0,6-0,7 MWh/ton produkt Påverkan på biogasproduktion Oförändrad Förbrukning av kemiska produkter Ökad pga. P-utvinning & förbränning 2) Gödsling med fosfor i form av struvit Lägre än referensscenariot 20 25 % av fosforn i kommunalt avloppsvatten 10 % av Sveriges mineralgödselförbrukning Oförändrad Produktionen minskar med ca 25 % 4 Ökad pga. förbränning 3) Slamförbränning i avfallspanna Ingen återföring Ingen större skillnad mot referensscenariot. 3 Oförändrad Ökad pga. förbränning Oförändrad i reningsverket Oförändrad i reningsverket 5 Oförändrad i reningsverket 2 Exklusive förbrukning av drivmedel. 3 På grund av slammets vattenhalt (ca 75 %) blir det ingen energiåtervinning utöver viss intern värmeåtervinning i förbränningsanläggningen (ref: Naturvårdsverket rapport 5221). 4 Mängden lågmolekylära organiska föreningar för biogasproduktion minskar. Ref som ovan. 5 MgCl2 tillkommer för struvitutfällning, men kompenseras vid Bio-P-verk av minskad kemikalieåtgång för utfällning av fosfor. Ref som ovan. 4 (6) PM FOSFORUTVINNING UR AVLOPPSSLAM FINNS TEKNIKEN IDAG?
Scenarier (alla inkluderar slamförbränning) 1) Gödsling med fosfor i aska Ökad drivmedelsförbrukning 2) Gödsling med fosfor i form av struvit Ökad drivmedelsförbrukning 3) Slamförbränning i avfallspanna Ökad drivmedelsförbrukning 5 (6) PM FOSFORUTVINNING UR AVLOPPSSLAM FINNS TEK-NIKEN IDAG?
Miljöpåverkan Utsläpp till luft av NO X, HC, PM10 och stoft Metalltillförsel till åkermark vid gödsling Övergödning Tillförsel av organiska svårnedbrytbara ämnen vid gödsling Avfallsmängder till deponering Transporter Klimatpåverkan Utsläpp av fossilt CO 2 vid transport och gödsling 7 Utsläpp 8 av N 2 O Scenarier (alla inkluderar slamförbränning) 1) Gödsling med fosfor ur aska Ökar (NO X :20 ggr, HC: 10 ggr) Minskar av bl.a. Cd, Hg, Cu, Pb, Zn och Mo Oförändrat av bl.a. Cr Liten (2-3%) ökning av utsläpp av NO X till luft och kväverikt kondensat till vatten 2) Gödsling med fosfor i form av struvit Ökar (NO X :15 ggr, HC: 10 ggr) Minskar av alla undersökta metaller Liten (2-3%) ökning av utsläpp av NO X till luft och kväverikt kondensat till vatten 3) Slamförbränning i avfallspanna Ökar (NO X :20 ggr, HC: 10 ggr) Minskar Minskar Minskar Minskar Liten (2-3%) ökning av utsläpp av NO X till luft och kväverikt kondensat till vatten Oförändrad Ökar (askdeponering) 6 Ökar (askdeponering) 2 ggr ökat transportarbete pga. regional P- utvinning och slamförbränning 90 % högre än referensscenariot Ökar pga. ökad slamförbränning 60 % ökat transportarbete pga. regional slamförbränning 60 % högre än referensscenariot Ökar pga. ökad slamförbränning 20 % ökat transportarbete pga. regional slamförbränning 10 % högre än referensscenariot Ökar pga. ökad slamförbränning 6 Askmängden efter förbränning av slam från Bio-P-verk blir ca 15 % än efter förbränning av konventionellt slam. 7 Utsläpp av CO2 från slamförbränning antas inte påverka klimatet, eftersom kolet i slammet antas vara biogent. 8 Utsläppen av N2O har inte beräknats, men förekommer vid förbränning. 6 (6) PM FOSFORUTVINNING UR AVLOPPSSLAM FINNS TEKNIKEN IDAG?