Fosforåtervinning ur förbränningsaska från rötslam och rötrest

Sammanfattning: Fosfor är ett ändligt näringsämne som på senare tid uppmärksammats i samband med övergödning och bristen som råvara. Näringsämnet är livsviktigt för likväl människor som djur och växter och de brytbara fosforreserverna börjar ta slut. Det gäller att i framtiden applicera hållbara fosforåtervinningsmetoder för att ta tillvara på mängden fosfor som finns i omlopp. Avloppsslam är ett avfall som växer till storleken och med befolkningsmängden. Rötat avloppsslam tillsammans med andra avfall i form av rötrester innehåller nyttiga näringsämnen så som fosfor, kväve och kalium men också onyttiga spårämnen, patogena ämnen, organiska rester och tungmetaller. Rötslam innehåller även läkemedelsrester och mikroplaster. I dagens läge är det tillåtet att sprida rötslam och rötrest på åkermark för att återföra fosfor tillsammans med andra näringsämnen till jordbruket. Kommande regelverk innebär skärpta lagkrav på rötslammet som måste genomgå någon form av förbehandling innan innehållet får användas som en resurs. Ett alternativ är att vidta strängare krav på hygienisering utav slammet. Det kan ske med pastörisering, termofil rötning eller annan behandling vid högre temperaturer. Ett annat, mer lovande alternativ är förbränning av rötslam och rötrest. Vid förbränning destrueras en stor mängd av oönskade ämnen så som läkemedelsrester, patogena ämnen och kvarblivet organiskt material. Beroende på i vilken panntyp förbränning sker, CFB-, BFB-panna eller rosterpanna kvarblir en askfraktion som botten- och flygaska. I askfraktionerna finns fosfor och till stora delar tungmetaller kvar. Fosforn är relativt inert vid temperaturförändringarna medan lättflyktiga tungmetaller evaporerar och ansamlas till störst del i flygaskan. Rapporten utvärderar ett antal olika fosforåtervinningsmetoder som kan indelas i två huvudkategorier, termo- och våtkemiska återvinningsmetoder. Syftet är att beskriva de olika metoder samt uppskatta dess kostnader, kommersiell mognad samt ange för- respektive nackdelar för metoderna ur ett hållbart perspektiv. Till de termokemiska metoderna tillhör termisk behandling av avloppsslam i en BFB-panna och ASH DEC-processen. Den förra är under utveckling och befinner sig på labb/bänk-skala. Den termokemiska behandlingsmetoden i BFB-panna är en dekontamineringsprocess där askan kan spridas direkt på åkermark då fosforn befinner sig i form av växttillgängligt whitlockit i bottenaskan. Systemet beräknas ha en investeringskostnad på 72 Mkr, med en pay-back tid på 4,4 år och kapacitet på minst 1000 ton aska/år. ASH DEC-processen är också en termokemisk dekontamineringsprocess där produkten utvinns i form av natriumkalciumfosfater. Metoden uppskattas ha en investeringskostnad på 140-170 Mkr, återbetalningstid på ca 4 år för en kapacitet på ca 30 000 ton aska/år. I investeringskostnaden ingår en roterugn Processen är kommersiell och anläggningar finns i Tyskland och Österrike. De våtkemiska fosforåtervinningsmetoderna innefattar CleanMAP-technology, PASH-Processen, SEPHOS-processen, SESAL-phos processen och BioCon-Processen. Gemensamt för dessa processer är att olika laknings- och upplösningstekniker används samt att ett processvatten bildas och måste genomgå vattenrening. CleanMAP-technology är en lovande våtkemisk process under utveckling. Pågående förprojektering ska innefatta en anläggning med kapacitet upp till 30 000 ton aska/år, vilket motsvarar ett omhändertagande på ca 30 % av Sveriges idag producerade avloppsslam. CleanMAP ger en klassificerad produkt i form av 100 % rent ammoniumfosfat som kan användas direkt som gödningsmedel och är vattenlösligt. Processen anses enligt EasyMining Sweden AB vara energieffektiv med låga driftkostnader, god tungmetall reduktion och enkel att implementera i enbefintlig anläggning. Tekniken är under utveckling och eftersom ingen anläggning byggts finns inga investerings- eller driftskostnader publicerade. PASH-processen är en lakningsmetod som bildar kalciumfosfat som slutgiltig produkt. Processen ger en reduktion av tungmetaller och andra metaller, specifikt aluminium. Processen är därför lämplig att använda på avloppsslam där reningsverk använt aluminium som fällningskemikalie. PASH-processen beräknas ha en investeringskostnad på ca 46 Mkr, driftkostnad på 37 Mkr vid en kapacitet på 30 000 ton aska/år och en fosforåtervinning på ca 1 700 ton/år. SEPHOS-processen använder syra och bas för upplösnings av aska. Fosfor återvinns som aluminiumfosfat som sedan genomgår ett mer avancerat steg (Advanced SEPHOS-process), i syfte att slutligen erhålla kalciumfosfater som är mer växttillgängligt då aluminium kan orsaka skada på växternas rötter.SEPHOS-processen är under utveckling och det finns inga investerings- eller driftkostnader att tillgå. SESAL-Phos processen är en flerstegsprocess med upplösning av aska med syra och bas för att bilda växttillgängligt kalciumfosfat som produkt. Processen är under utveckling och information om investerings- och driftkostnader finns inte att tillgå. BioCon-Processen är baserad på en jonbytesteknik för att separera oönskade metaller och oorganiska element för att erhålla fosforsyra. Processen är omfattande och kräver en mängd olika tillsatskemikalier. Processen används i Danmark vid en förbränningsanläggning och implementerades i Sverige under tidigt 2000-tal men anläggningen har lagts ned vid på grund av driftproblem. De metoderna som är mest lovande för Fortum Värme att vidare granska, sett till de för och nackdelar som erhållits, är CleanMAP-technology, ASH DEC-processen och termisk behandling i BFB-panna. CleanMAP-teknologin innefattar driftkostnader i form av hög kemikalieförbrukning, och kräver mindre anläggningsyta än ASH DEC-processen. ASH DEC-processen är kommersialiserad i Tyskland och Österrike och har drifterfarenhet av anläggningen, vilket är en god anledning till implementering i Sverige. Termisk behandling i BFB-panna har potential att fungera både praktiskt och ekonomiskt. Trots att denna process är långt ifrån kommersiell, kan den i framtiden vara en god kandidat att implementera för fosforåtervinning. Kvaliteten på erhållet rötslam och rötrest bör ha en låg ask- och fukthalt vilket ger en bättre förbränning. Biobränsle har en låg askhalt men hög fukthalt. Samförbränning av rötslam och rötrest tillsammans med biobränsle är att föredra rent ekonomiskt eftersom investering i en mono-förbränningsanläggning enbart för slam kan undvikas. En nackdel är dock att koncentrationen av fosfor i askan blir lägre och kostnaden för fosforåtervinning ökar. Fukthalten på biobränslet bör vara så lågt som möjligt, dels för att uppnå en tillräcklig koncentration av fosfor, dels för att erhålla ett rimligt värmevärde på bränsleblandningen vid förbränning. Huruvida förbränning av rötslam eller strängare krav på hygienisering av avloppsslam är ett tillvägagångssätt för behandling är i dagens läge en pågående diskussion. I ett initialt skede är ett alternativ att förbränna mindre mängder av rötslammet i de fall tungmetallhalterna, särskilt kadmium, är för höga för att spridas på åkermark. Ur ett hållbart perspektiv är det lämpligt att se förbränning och efterföljande fosforutvinning ur aska som ett gott alternativ till behandling av ett, till mängden, växande avfall. Både den sociala- ochmiljömässiga aspekten behandlas då avfallsvolymer reduceras, läkemedelsrester, smittoämnen och andra patogena ämnen destrueras samtidigt som tungmetaller reduceras och fosfor återvinns. Ur ett ekonomiskt perspektiv är kostnaderna för att återvinna fosfor i dagsläget för höga i jämförelse med vad det kostar att bryta råfosfater. Det kostar ca 28-38kr/kg för framtagning av återvunnen fosfor, beroende på vilken metod som används. Försäljningspriset för fosfor är ca 3 kr/kg. Tillsvidare gäller det att utveckla och effektivisera fosforåtervinningsmetoderna så att driftproblem kan minimeras samt investerings- och driftkostnader kan reduceras vilket medför större attraktion för företag att investera i återvinningsmetoderna.