SVU-rapport 2012-10: Återvinning av fosfor och energi ur avloppsslam genom termisk behandling i fluidiserad bädd – Utvärdering och optimering av prestanda för slutprodukten

Information om ny rapport från Svenskt Vatten Utveckling!

Nr: 2012-10
Titel: Återvinning av fosfor och energi ur avloppsslam genom termisk behandling i fluidiserad bädd – Utvärdering och optimering av prestanda för slutprodukten
Författare: Nils Skoglund och Dan Boström, Umeå universitet. Alejandro Grimm och Marcus Öhman, Luleå tekniska universitet
Område: Avlopp
Sammandrag: Förbränning av pelleterat rötslam i fluidbädd medger produktion av askpellets med högt innehåll av växttillgängligt fosfor. För att höja halten av K och Ca är sameldning med biobränsle lämpligt, exempelvis åkerbränslen. Bäddtemperaturen bör vara så hög som möjligt utan att påverka driftsäkerhet för att öka flyktigheten hos miljöpåverkande ämnen. Uppehållstiden för slampelletsen i bädden bör vara så låg som möjlig för att undvika att pelletsen nöts sönder.

Sammanfattning: För att öka utnyttjandet av rötat avloppsslam som gödningsmedel kan termisk behandling genom exempelvis förbränning vara intressant. Det medför positiva effekter som energiåtervinning och termisk destruktion av läkemedelsrester och patogener. Halterna av miljöpåverkande grundämnen i slammet kan sänkas genom att vissa grundämnen volatiliseras. Tidigare försök har visat att rötslam genom sitt oorganiska innehåll (P, S, Si, Al) har en positiv effekt vid sameldning med bränslen som har höga alkalihalter. Den här studien syftar till att utreda hur mycket fosfor som kan återvinnas ur avloppsslam genom termisk behandling i fluidiserad bädd, i vilket form det föreligger och hur miljöpåverkande grundämnen återfinns.

Slam fällt med järnsulfat eldades i rörugn i preliminära försök, sedan utfördes försök i bänkskala i en fluidiserande bädd (5 kW) vid 800° C och 950° C. De bränslen som pelleterades var slam fällt med polyaluminiumhydroxiklorid och järn(II)sulfat, där två olika blandningar med additiv gjordes (K resp K + Ca) för varje slam. Totalt gjordes 19 försök i rörugn och 12 i fluidbädd. Från fluidbäddsförsöken togs prover från bäddaska, cyklonaska och partiklar vilka analyserades med ICP-AES om möjligt, annars SEM/ EDS för elementarsammansättning och XRD för att undersöka vilka föreningar som bildats. Bäddaska med partikelstorlek över 1,2 mm refereras till som askpellet, en slutprodukt av slamförbränning.

Rörugnsförsöken visade att uppehållstiden för partiklarna i ugnen och bränslepartikelstorleken (inom studerade gränser) har liten inverkan på de huvudsakliga asktransformationsreaktionerna vilket gjorde att endast en pelletstorlek (6 mm) användes i fluidbäddsförsöken. Resultaten från fluidbäddsförsök visar att en stor del (oftast >80 %) av det oorganiska materialet stannar i bildade askpellets (partiklar >1,2 mm). En viss anrikning av fosfor och kalcium sker i askpellets. P återfinns främst som whitlockit i formen CaKMg(PO4)7, ett relativt fosforrikt mineral där Ca delvis substituerats med andra grundämnen som exempelvis K, Mg och Fe. En del miljöpåverkande grundämnen, särskilt Ag, Hg och till viss del Cd, drivs av från askpellets med ökande bäddtemperatur. Mindre flyktiga (t.ex. Cu och Ni) anrikas dock i askpellets. Laktester visar att additiv innehållande K och Ca både kan förbättra växttillgängligheten hos P samt minska mängden som lakas ut i vatten.

De producerade askpelletsarna har sånär som på koppar lägre halter av miljöpåverkande ämnen än gällande gränsvärden för askspridning i skogsmark. Halten fosfor hos bildade askpellets – även utan innehåll av additiv – är högre än rekommenderade lägsta halt för spridning på skogsmark men kalium och kalcium böras adderas till askpellets för det användningsområdet. Spridning på åkermark bestäms av hur mycket fosfor eller miljöpåverkande ämnen som får spridas per hektar och år, där 22 kg fosfor per hektar och år är maximal spridning för de flesta svenska jordar men 10–15 kg/ ha∙år är mer normalt. Trots att Cd-halten i askpellets är något hög kan en normal fosforgiva ges med 11 av 12 askpellets producerade i studien enligt

REVAQ-certifiering. Anrikningen av exempelvis Cu, Sn och Zn i askpellets gör att halterna överstiger gränsvärden för åkermark för vissa askpellets. Generellt produceras askpellets med höga halter fosfor relativt miljöpåverkande grundämnen, men sameldning med biobränsle kan förbättra dessa egenskaper.

Förbränning av pelleterat rötslam i fluidbädd producerar askpellets med högt innehåll av växttillgängligt fosfor. För att höja halten av K och Ca är sameldning med biobränsle lämpligt, exempelvis åkerbränslen. Bäddtemperaturen bör vara så hög som möjligt utan att påverka driftsäkerhet för att öka flyktigheten hos miljöpåverkande ämnen. Uppehållstiden för slampelletsen i bädden bör vara så låg som möjlig för att undvika att pelletsen nöts sönder.

Sökord: Återvinning, Fosfor, Avloppsslam, Termisk behandling

Keywords: Recovery, Phosphorus, Sewage sludge, Thermal treatment