Struviet productie door middel van het

Fpilotonderzoek Final ina l rereport p ort op de rioolwaterzuivering amSterdam weSt

Stationsplein 89

POSTBUS 2180 3800 CD AMERSFOORT

Struviet productie door middel van het airprex proceS

TEL 033 460 32 00 FAX 033 460 32 50

Struviet productie door middel van het airprex proceS

Figuur 3: Gewassen struviet

2012

rapport

27

Na studie van verschillende oplossingen voor de bovenstaande problemat

voor het onderzoek het zogenaamde Ò Airprex procesÓ gekozen. Hierbij wo

een reactor het uitgegiste slib belucht en door toevoeging van een magne

kristalliseert het struviet. Daarna kan het worden afgescheiden. Dit proce

ontwikkeld door het Ò Berliner WasserbetriebeÓ (zie figuur 4) omdat Ž Ž n va

zuiveringen dezelfde problemen vertoonde als de zuivering in Amsterdam 2012 27

STOWA 2012 27 Omslag.indd 1

Figuur 4: Beschrijving Airprex proces(website BwB.de) 29-08-12 09:06

Pilotonderzoek oP de rioolwaterzuivering amsterdam west struviet Productie door middel van het airPrex Proces

2012

rapport

27

isBn 978.90.5773.567.7

[email protected] www.stowa.nl TEL 033 460 32 00 FAX 033 460 32 01

Stationsplein 89 3818 LE Amersfoort POSTBUS 2180 3800 CD AMERSFOORT

Publicaties van de STOWA kunt u bestellen op www.stowa.nl

STOWA 2012-27 Struviet productie door middel van het airprex proceS

coloFon uitgave

stichting toegepast onderzoek waterbeheer Postbus 2180 3800 cd amersfoort

Begeleidingscommissie henry van veldhuizen, waterschap vallei en veluwe i.o. hans mollen, waterschap Brabantse delta marc augustijn, waterschap scheldestromen otto kluiving, waterschap hunze en aa’s victor claessen, waterschap de dommel geert notenboom, grontmij nederland bv leon korving, aiforo (voorheen snB) cora uijterlinde, stowa Projectuitvoering alex veltman, waternet druk

kruyt grafisch adviesbureau

stowa

stowa 2012-27

isBn

978.90.5773.567.7

coPyright

de informatie uit dit rapport mag worden overgenomen, mits met bronvermelding. de in het rapport ontwikkelde, dan wel verzamelde kennis is om niet verkrijgbaar. de eventuele kosten die stowa voor publicaties in rekening brengt, zijn uitsluitend kosten voor het vormgeven, vermenigvuldigen en verzenden.

disclaimer

dit rapport is gebaseerd op de meest recente inzichten in het vakgebied. desalniettemin moeten bij toepassing ervan de resultaten te allen tijde kritisch worden beschouwd. de auteurs en stowa kunnen niet aansprakelijk worden gesteld voor eventuele schade die ontstaat door toepassing van het gedachtegoed uit dit rapport.

ii


samenvatting

Samenvatting Samenvatting

Op de rioolwaterzuivering Amsterdam West van Waternet (uitvoerende dienst van Op de rioolwaterzuivering Amsterdam Waternet (uitvoerende het waterschap Amstel, Gooi en Vecht West en de van gemeente Amsterdam) is indienst van

Op de rioolwaterzuivering Amsterdam West van Waternet (uitvoerende dienst van het Waterschap

het waterschapmet Amstel,STOWA Gooi en Vecht enuitgevoerd de gemeente is struviet in samenwerking een om Amsterdam) gecontroleerd te Amstel,de Gooi en Vecht enproef de gemeente Amsterdam) is in samenwerking met de STOWA een proef samenwerking met de STOWA een proef uitgevoerd om gecontroleerd struviet vormen in het slib na gisting. Aanleiding is dat in de afgelopen jaren afzettingente

uitgevoerd om gecontroleerd struviet te vormen in het slib na gisting. Aanleiding is dat in de

vormen in het slib na gisting. Aanleiding is dat in de(zie afgelopen jaren afzettingen zijn geconstateerd in de centrifuges en leidingwerk figuur 1). Deze afzettingen afgelopen jaren afzettingen zijn geconstateerd in de centrifuges en leidingwerk (zie figuur 1). zijn geconstateerd in de centrifuges en leidingwerk (zie figuur 1). Deze afzettingen zijn geanalyseerd en bestaan voor het grootste deel uit struviet. Dit is een kristal

Deze en afzettingen zijn endeel bestaan voor het Dit grootste uit struviet. Dit is een zijn geanalyseerd bestaan voorgeanalyseerd het grootste uit struviet. is eendeel kristal bestaande uit magnesium, ammonium en fosfaat (MgNH 4PO4.6 H2O). bestaande uit magnesium, ammonium en4PO fosfaat (MgNH PO4.6 H2O). bestaande uitkristal magnesium, ammonium en fosfaat (MgNH 4.6 H2O). 4 Figuur 1: Afzettingen leidingwerk en centrifuges slibverwerking Figuur 1 aFzettingen leidingwerk en centriFuges slibverwerking Figuur 1: Afzettingen leidingwerk en centrifuges slibverwerking

De vorming van struviet beperkte zich niet alleen tot de slibverwerking. Eind 2008 De vorming van struviet beperkte zich tot nietde alleen tot de slibverwerking. Eind 2008 liep de De vorming vanvanuit struviet alleen Eindvast. 2008 liep de aanvoer debeperkte uitgegistzich slib niet buffer (USB) naarslibverwerking. de slibontwatering

aanvoer vanuit de uitgegist slib buffer (USB) naarde deslibontwatering slibontwatering vast. vast. Bij de schoonmaak liepde deschoonmaak aanvoer vanuit slib buffer naar Bij vande deuitgegist USB bleek zich 150(USB) ton struviet gevormd te hebben, van de van USB de bleek zich 150 ton gevormd te hebben, dat bergen op de bodem van de Bij de schoonmaak USB bleek zichstruviet 150lag ton struviet te in hebben, dat in bergen op de bodem van de buffertank (zie figuurgevormd 2). lag (zie 2). dat in bergen buffertank op de bodem vanfiguur de buffertank lag (zie figuur 2).

Figuur 2: Struviet in de buffertank RWZI Amsterdam West Figuur 2 2: Struviet struviet in de buFFertank rwzi amsterdam west Figuur in de buffertank RWZI Amsterdam West

Op het eerste gezicht lijkt het struviet erg vervuild te zijn maar na wassing met Op hetblijven eersteer gezicht lijkt het struviet erg vervuild tevervuild zijn3). maar na maar wassing met water mooie heldere kristallen over (zieerg figuur Op het eerste gezicht lijkt het struviet te zijn na wassing met water blijven water blijven er er mooie mooieheldere helderekristallen kristallen over figuur over (zie(zie figuur 3). 3).

5 juni 2012 - Struviet productie door middel van het Airprex proces - 1 5 juni 2012 - Struviet productie door middel van het Airprex proces - 1

6/54 6/54


Figuur 3

Figuur 3: Gewassen struviet Figuur Gewassen struviet gewassen3: struviet

Na verschillendeoplossingen oplossingen voor bovenstaande problematiek Na studie studie van van verschillende voor de de bovenstaande problematiek is voorishet Na studie van verschillende oplossingen voor de bovenstaande problematiek is voor het onderzoek het zogenaamde Ò Airprex procesÓ gekozen. onderzoek het zogenaamde “Airprex proces” gekozen. Hierbij wordt Hierbij in een wordt reactor inhet voor het onderzoek het zogenaamde Ò Airprex procesÓ gekozen. Hierbij wordt in een reactorslib hetbelucht uitgegiste slib belucht en door toevoeging van eenkristalliseert magnesiumzout uitgegiste en door toevoeging van een magnesiumzout het een reactor het uitgegiste slib belucht en door toevoeging van een magnesiumzout struviet. Daarna het worden afgescheiden. Dit proces is ontwikkeldDit door het “Berliner kristalliseert hetkan struviet. Daarna kan het worden afgescheiden. proces is kristalliseert het struviet. Daarna kan het worden afgescheiden. Dit proces is Wasserbetriebe” figuur 4) omdat één van hun zuiveringen dezelfde problemen vertoonde ontwikkeld door(zie het Ò Berliner WasserbetriebeÓ (zie figuur 4) omdat Ž Ž n van hun ontwikkeld door het Ò Berliner WasserbetriebeÓ (zie figuur 4) omdat Ž Ž n van hun als de zuivering in Amsterdam West. vertoonde als de zuivering in Amsterdam West. zuiveringen dezelfde problemen zuiveringen dezelfde problemen vertoonde als de zuivering in Amsterdam West. Figuur 4

beschrijving airprex proces(website bwb.de) Figuur 4: Beschrijving Airprex proces(website BwB.de) Figuur 4: Beschrijving Airprex proces(website BwB.de)

5 juni 2012 - Struviet productie door middel van het Airprex proces - 1


7/54

7/54


De resultaten van het uitgevoerde onderzoek laten een reductie zien van 98 % van het ortho-fosfaat gehalte in de rejectiestroom de ontwatering het slib. De resultaten van het uitgevoerde onderzoek laten eenvan reductie zien van 98van % van het Dit leidt tot een aanzienlijk lagere belasting van fosfaat opvan de waterlijn vanleidt de tot ortho-fosfaat gehalte in de rejectiestroom van de ontwatering het slib. Dit riool-waterzuivering. In onderstaande grafiek het effect het proces op de In een aanzienlijk lagere belasting van fosfaat op de is waterlijn van van de rioolwaterzuivering. sliblijn weergegeven. onderstaande grafiek is het effect van het proces op de sliblijn weergegeven. graFiek

Grafiek: Overall resultaat experimenten gehalte in de waterfase) overall resultaat experimenten (ortho-FosFaat gehalte(ortho-fosfaat in de waterFase)

250 200 150 100 50 0 PO4-P (mg/l)

tabel

Gisting

MAP reactor

Centraat

214

36

4

Tabel: effect van het Airprex proces op de ontwatering van het slib na gisting eFFect van het airprex proces op de ontwatering van het slib na gisting

parameter

parameterstof (%) Droge droge stof (%)

Vlokmiddelverbruik (g/kg ds)

Huidige situatie huidige situatie 22

14-16

vlokmiddelverbruik (g/kg ds)

22 14-16

Na Airprex 25

na airprex

11-13

25 11-13

Ook is er een verhoging van het droge stof gehalte van het ontwaterde slib na Ook is er een verhogingvan van 3het stof gehalte van het slibaanzienlijke na gisting gegisting geconstateerd % droge absoluut (zie tabel). Dit ontwaterde leidt tot een

constateerd van 3 op % absoluut (zie tabel). Dit leidt eenOok aanzienlijke kostenbesparing kostenbesparing de eindverwerking van hettotslib. is er beduidend minderop de eindverwerking van voor het slib. Ook is er beduidend minder vlokmiddel voor de vlokmiddel benodigd de ontwatering. Als het beoogde proces benodigd wordt toegepast

ontwatering. Als het beoogdeAmsterdam proces wordtWest toegepast op de rioolwaterzuivering op de rioolwaterzuivering kan op basis van ervaringenAmsterdam op Duitse West kan op basis van ervaringen op Duitse RWZI’s ongeveer 900 ton struviet (117 ton P)De per RWZIÕ s ongeveer 900 ton struviet (117 ton P) per jaar worden geproduceerd.

jaar wordenbinnen geproduceerd. De toepassing binnen de Nederlandse rioolwaterzuiveringen ligt toepassing de Nederlandse rioolwaterzuiveringen ligt vooral bij de vooral bij devan combinatie van biologische fosfaatverwijdering en gisting. Het geproduceerde combinatie biologische fosfaatverwijdering en gisting. Het geproduceerde

struviet is door eeneen kunstmestproducent en voldoet aan de kwaliteitseisen om struviet is geanalyseerd geanalyseerd door kunstmestproducent en voldoet aan de te worden verwerkt kunstmestproducten. enige struikelblok is de toestemming kwaliteitseisen om in te hun worden verwerkt in hunHet kunstmestproducten. Het enige van de overheid omtoestemming dit product toevan te passen. struikelblok is de de overheid om dit product toe te passen.

“…life can multiply until all the phosphorus is gone, and then there is an inexorable halt which nothing can prevent…. We may be able to substitute nuclear power for coal, and plastics for wood, and yeast for meat, and friendliness for isolation - but for phosphorus there is neither substitute nor replacement.” “Asimov on chemistry” (1974) Doubleday Company, New York


8/54


de stowa in het kort De Stichting Toegepast Onderzoek Waterbeheer, kortweg STOWA, is het onderzoeksplatform van Nederlandse waterbeheerders. Deelnemers zijn alle beheerders van grondwater en oppervlaktewater in landelijk en stedelijk gebied, beheerders van installaties voor de zuivering van huishoudelijk afvalwater en beheerders van waterkeringen. Dat zijn alle waterschappen, hoogheemraadschappen en zuiveringsschappen en de provincies. De waterbeheerders gebruiken de STOWA voor het realiseren van toegepast technisch, natuur wetenschappelijk, bestuurlijk juridisch en sociaal-wetenschappelijk onderzoek dat voor hen van gemeenschappelijk belang is. Onderzoeksprogramma’s komen tot stand op basis van inventarisaties van de behoefte bij de deelnemers. Onderzoekssuggesties van derden, zoals kennisinstituten en adviesbureaus, zijn van harte welkom. Deze suggesties toetst de STOWA aan de behoeften van de deelnemers. De STOWA verricht zelf geen onderzoek, maar laat dit uitvoeren door gespecialiseerde instanties. De onderzoeken worden begeleid door begeleidingscommissies. Deze zijn samengesteld uit medewerkers van de deelnemers, zonodig aangevuld met andere deskundigen. Het geld voor onderzoek, ontwikkeling, informatie en diensten brengen de deelnemers samen bijeen. Momenteel bedraagt het jaarlijkse budget zo’n 6,5 miljoen euro. U kunt de STOWA bereiken op telefoonnummer: 033 - 460 32 00. Ons adres luidt: STOWA, Postbus 2180, 3800 CD Amersfoort. Email: [email protected]. Website: www.stowa.nl

stowa 2012-27 struviet Productie door middel van het airPrex Proces

struviet Productie door middel van het airPrex Proces

inhoud samenvatting stowa in het kort 1

inleiding

1

1.1

Fosfaat

1

1.2

struvietproblemen op rwzi amsterdam west

1

1.3

Fosfaatterugwinning

2

1.4

leeswijzer

2

achtergrond onderzoek

3

2.1

Fosfaatverwijdering

3

2.2

struviet

3

2.3

struvietkristallisatie

4

2.4

ontwaterbaarheid

6

2.5

rioolwaterzuivering amsterdam west

7

2.6

airprex proces

9

2

3

onderzoeksoPzet

11

3.1

doel van het onderzoek

11

3.2

uitgangspunten

11

3.3

experimenten

11

3.3.1

materiaal en methode

11

3.3.2

analyses

14

3.4

uitgevoerde experimenten

15

3.4.1

nulmeting

15

3.4.2

experiment met eerst beluchting en daarna magnesiumdosering

15


4

resultaten en discussie

16

4.1

nulmeting

16

4.2

resultaten beluchting en daarna magnesiumdosering

17

4.2.1

Beluchting

17

4.2.2

magnesiumdosering

18

4.3

stabiliteit proces

19

4.4

variatie van de magnesiumdosering

21

4.4.1

effect op ortho-fosfaatgehalte in de reactor

21

4.4.2

effect op het droge stof gehalte na ontwatering

23

4.5

variatie in vlokmiddel

23

4.6

evaluatie

24

4.6.1

magnesiumdosering

24

4.6.2

rejectie stroom

24

4.6.3

ontwatering uitgegist slib

26

4.6.4

struvietkwaliteit

26

4.6.5

effect van het proces op de rwzi amsterdam west

26

4.6.6

vergelijking resultaten met rwzi wassmansdorf (Berlijn) en rwzi neuwerk (mönchen gladbach)

4.7

28

Business case

29

conclusies en discussie

30

5.1

conclusies

30

5.2

discussie

30

5.3

vervolg

31

literatuurlijst

32

5

Bijlagen 1

resultaten van de verschillende magnesiumdoseringen

34

2

analyseresultaten struviet icl

36

3

atB raPPort struviet

37


1 inleiding 1.1 FosFaat Fosfaat, en in mindere mate stikstof, leidt tot eutrofiëring van het oppervlaktewater. Door de steeds strengere lozingseisen van het effluent (gezuiverde afvalwater) van de rioolwaterzuivering worden processen ontwikkeld om aan deze eisen te voldoen. Voor de fosfaatverwijdering wordt daarbij gebruik gemaakt van chemicaliën zoals ijzerchloride en aluminiumchloride (FeCl3 en AlCl3). Deze zogenaamde chemische fosfaatverwijdering functioneert prima maar het chemicaliënverbruik is hoog en leidt tevens tot verhoging van de zoutlast in het effluent en van de hoeveelheid af te voeren slib. Eind jaren negentig van de vorige eeuw worden de eerste zuiveringen gebouwd of omgebouwd waarbij gebruik wordt gemaakt van het vermogen van bacteriën in het actief slib om biologisch fosfaat te binden. Hoewel deze zuiveringen goed functioneren qua lozingseisen blijkt dat de combinatie van het biologisch vastleggen van fosfaat in het slib en het vergisten van dit slib kan leiden tot een aantal ongewenste neveneffecten. Zoals het vrijkomen van het fosfaat in de gisting dat weer leidt tot verhoogde fosfaatconcentraties in de rejectiestroom bij de ontwatering van het slib. Dit betekent een extra fosfaatbelasting van soms 20 tot 40 % van de totale aanvoer aan fosfaat op de rioolwaterzuivering. Vorming van een harde aanslag (scaling) op installatieonderdelen van de slibverwerking na gisting zijn ook geconstateerd (Heinzmann B et al, 2006, Jaffer Y et al, 2002). Ook lijkt het dat het slib na gisting van een rioolwaterzuivering met biologische fosfaatverwijdering slechter te ontwateren is (Alex Sengers, Schieland en Krimpernerwaard, Paul Weij, Harnaschpolder Delfluent Delfland (persoonlijke communicatie) Heinzmann B, (2007), Reichert J, (2007)). Al met al kan biologische fosfaatverwijdering en vergisting leiden tot extra kosten voor onderhoud, afzet van het slib en toegenomen fosfaatbelasting op de rioolwaterzuivering.

1.2 struvietproblemen op rwzi amsterdam west In 2005 is de rioolwaterzuivering Amsterdam West in bedrijf genomen ter vervanging van twee verouderde zuiveringsinstallaties met chemische fosfaatverwijdering. De huidige zuivering is een laagbelast actief slib systeem met voorbezinking en slibgisting. Fosfaatverwijdering vindt biologisch plaats door middel van het m-UCT (Modified University of Cape Town) proces. De ontwatering van het slib vindt plaats door middel van centrifuges. In afgelopen jaren zijn afzettingen geconstateerd in de centrifuges en leidingwerk Deze afzettingen zijn geanalyseerd en bestaan voor het grootste deel uit struviet. Dit is een kristal bestaande uit magnesium, ammonium en fosfaat (MgNH4PO4.6 H2O). De vorming van struviet beperkte zich niet alleen tot de slibverwerking. Eind 2008 liep de aanvoer vanuit de uitgegist slib buffer (USB) naar de ontwatering vast. Bij de schoonmaak van de USB bleek zich 150 ton struviet te hebben verzameld, dat in bergen op de bodem van de uitgegist slib buffer lag. Hieruit blijkt dat de condities in het slib, na gisting, dusdanig zijn dat kristallisatie van struviet erg makkelijk plaatsvindt. Op het eerste gezicht lijkt het struviet erg vervuild te zijn

1


maar na een simpele wassing met water blijven er mooie heldere kristallen over. Daarom is besloten om te kijken of er technieken aanwezig zijn die zich specifiek richten op verwijdering van struviet uit slib

1.3 FosFaatterugwinning Een veel gebruikte techniek voor de verlaging van de fosfaatvracht in de rejectie stroom naar de rioolwaterzuivering (Martí et al 2010, Münch et al 2001, Battistoni et al 2002, Parsons and Doyle 2004) is de gecontroleerde kristallisatie en afscheiding van struviet volgens de onderstaande reactievergelijking: Mg2+ + NH4+ + PO43- + 6 H2O èMgNH4PO4.6 H2O = Magnesiumammoniumfosfaat Het gevormde struviet kan afgezet worden als kunstmest en levert zo een bijdrage aan de recycling van fosfaat (Gilbert, N. 2009). Een nadeel van de behandeling van de rejectie stroom is dat de sliblijn nog steeds last heeft van vorming van struviet. Op een aantal zuiveringen wordt daarom anti-scaling middelen of metaalzouten gedoseerd in de afloop van de gisting of in de gisting zelf om neerslag van struviet te voorkomen. Uit het oogpunt van fosfaatrecycling en bronbestrijding verdient een proces waarbij het struviet gecontroleerd wordt verwijderd, en daarmee scaling en verstoppingen wordt voorkomen, de voorkeur. Uit onderzoek blijkt dat op twee RWZI’s in Duitsland struviet gevormd en afgescheiden wordt in uitgegist slib door middel van het Airprex systeem. Een bijkomend voordeel is dat het eind droge stof gehalte van het ontwaterde slib sterk toeneemt. Toename van 2% tot 5% (absoluut) is geen uitzondering. Dit maakt de toepassing van het proces zeer aantrekkelijk vanwege de grote kostenbesparing op de eindverwerking van het slib. Vanwege bovenstaand voordeel heeft Waternet in samenwerking met de STOWA besloten om het “Airprex” proces op semitechnische schaal te testen op de RWZI Amsterdam West. Hierbij is de nadruk gelegd op de ontwaterbaarheid van het slib en het gehalte aan ortho-fosfaat in de rejectie stroom. Om een zo waarheidsgetrouw beeld van de effecten van het proces te verkrijgen is in de opzet van het onderzoek gekozen voor een mobiele ontwateringsunit na de proefreactor.

1.4 leeswijzer Het hierna volgende rapport beschrijft de pilot test van het Airprex proces op de rioolwaterzuivering Amsterdam West. In hoofdstuk 2 wordt ingegaan op de achtergrond van het onderzoek zoals fosfaatverwijdering, vorming van struviet en het Airprex proces. In hoofdstuk 3 wordt de onderzoeksopzet van de pilotproef en gebruikte analysemethoden beschreven. In hoofdstuk 4 worden de resultaten beschreven. Tevens wordt een korte businesscase (kosten/ baten analyse) gegeven op basis van de gegenereerde resultaten. In hoofdstuk 5 worden de conclusies, discussie en aanbevelingen gepresenteerd.

2


2 achtergrond onderzoek 2.1 FosFaatverwijdering Op Nederlandse rioolwaterzuiveringen is veel ervaring opgedaan met biologische fosfaatverwijdering. Hierbij wordt veelal gebruik gemaakt van drie systemen: • Phoredox • M-UCT • BCFS Het functioneren van de fosfaatverwijdering wordt soms negatief beïnvloed door een hoog fosfaat gehalte in de rejectiestroom vanuit de slibverwerking naar het influent van de rioolwaterzuivering. Verhoogde concentraties aan fosfaat komen voornamelijk voor op rioolwaterzuiveringen met biologische fosfaatverwijdering in combinatie met vergisting. Vanwege kringloopsluiting en een mogelijk tekort in de toekomst aan fosfaat is terugwinning uit afvalwater een aantrekkelijke optie. Het blijkt dat er voornamelijk fosfaat wordt teruggewonnen uit de waterfase (Münch, von E, Barr K, 2001) Dit geldt zowel voor industriële afvalwaterzuiveringen als ook voor communale afvalwaterzuiveringen. Het terugwinnen van fosfaat in de vorm van struviet uit het slib na gisting wordt veel minder toegepast. Naast het onderzoek uitgevoerd door het waterschap in Berlijn (Heizmann B, Engel G, 2006) zijn er nog twee andere onderzoeken gevonden (Nakamura T, Nakabayashi A, Nakamura T, 2008; Destison B, 2006) met betrekking tot vorming van struviet uit slib. De resultaten van deze onderzoeken komen grotendeels overeen met de resultaten van het onderzoek in Berlijn. Meer informatie over fosfaat en communale afvalwaterzuiveringen is te vinden in het STOWA rapport “Fosfaatterugwinning in communale afvalwaterzuiveringsinstallaties” (2011).

2.2 struviet Struviet is een mineraal bestaande uit magnesium, ammonium en fosfaat met de chemische formule: MgNH4PO4.6 H2O (MAP). Struviet (zie figuur 5) kristalliseert in verschillende vormen zoals in orthorhombische vorm van wit tot geel, als bruin witte piramidevormige kristallen en als op mica gelijkende plaatjes of naaldjes. Het is een zacht mineraal (Mohs hardheid 1,5-2) maar wel abrasief met een dichtheid van 1,7 kg/m3. Het lost slecht op in neutrale en basische oplossingen maar het lost direct op in zure oplossingen. Daarom vindt struviet soms zijn toepassing als “slow release” kunstmest. De samenstelling van struviet is als eerste beschreven uit middeleeuwse riool systemen in Hamburg (Duitsland) en vernoemd naar een geoloog, Heinrich Christiaan Gottfried von Struve (1772-1851). Het eerste gebruik als kunstmest dateert van 1857. Struviet kan op verschillende manieren worden uitgedrukt: • Uitgaande van de chemische samenstelling MgNH4PO4.6H2O is het P =13 %, N =5 %, Mg =10%. • In de kunstmest industrie wordt fosfor uitgedrukt als P2O5, voor struviet geldt dan N (stikstof): P (fosfor): K (kalium) è 5:28:0 en 10 % Mg als MgO.

3

%, N =5 %, Mg =10%. •

In de kunstmest industrie wordt fosfor uitgedrukt als P2O5, voor struviet geldt dan N (stikstof): P (fosfor): K (kalium) è 5:28:0 en 10 % Mg als


MgO. Figuur 5

2.3

Figuur 5: Struvietkristallen struvietkristallen

Struvietkristallisatie Uit de literatuur (Musvoto et al, 2000, Rensburg et al, 2002, Saidou et al, 2009,

Rahaman et al, 2008) is bekend dat voor de vorming van struviet onderstaande 2.3 struvietkristallisatie parameters belangrijk Uit de literatuur (Musvotozijn: et al, 2000, Rensburg et al, 2002, Saidou et al, 2009, Rahaman et al,

2008) is bekend dat voor de vorming van struviet onderstaande parameters belangrijk zijn: • Oververzadiging afhankelijk van de concentratie fosfaat, ammonium en • Oververzadiging afhankelijk van de concentratie fosfaat, ammonium en magnesium magnesium • pH • pH • Temperatuur • Temperatuur Voor kristallisatieisisdede belangrijkste drijvende de oververzadiging: Voor kristallisatie belangrijkste drijvende krachtkracht de oververzadiging: 5 juni 2012 - Struviet productie door middel van het Airprex proces - 1

[Mg ][. NH 4][. PO 4] Sc = Ksp

relatieve oververzadiging SSrr = = relatieve oververzadiging -1 waarbij Sc = oververzadiging SSrr = = SS c c-1 waarbij Sc = oververzadiging

= oplosbaarheidsproduct (13,6) bij 25 graden celcius KKsp sp = oplosbaarheidsproduct (13,6) bij 25 graden celcius >0dan dan sprake van oververzadiging. Als Als S Srr >0 is is er er sprake van oververzadiging. Grafiek 1: Oververzadiging versus pH

4 Uit grafiek 1 blijkt dat een verhoging van de pH leidt tot oververzadiging en de mogelijke vorming van struviet. Omdat de vorm van fosfaat afhankelijk is van de pH wordt in grafiek 2 de verdeling afhankelijk van de pH weergegeven.

15/54

Sr = relatieve oververzadiging Sr = Sc -1 waarbij Sc = oververzadiging Ksp = oplosbaarheidsproduct (13,6) bij 25 graden celcius STOWA 2012-27 Struviet productie door middel van het airprex proceS

Als Sr >0 dan is er sprake van oververzadiging. graFiek 1

oververzadiging versus ph

Grafiek 1: Oververzadiging versus pH

Uit grafiek 1 blijkt datdat een verhoging tot oververzadiging oververzadiging Uit grafiek 1 blijkt een verhogingvan van de de pH pH leidt leidt tot en en de de mogelijke mogelijke vorming van struviet. defosfaat vormafhankelijk van fosfaat afhankelijk is van de 2 vorming van struviet. Omdat de Omdat vorm van is van de pH wordt in grafiek pH wordt in grafiek 2 de verdeling de verdeling afhankelijk van de pH afhankelijk weergegeven.van de pH weergegeven. Grafiek 2: verdeling van verschillende fosfaatvormen afhankelijk van de pH

graFiek 2

verdeling van verschillende FosFaatvormen aFhankelijk van de ph


16/54

ammonium in groteovermaat overmaat aanwezig is inishet meegenomen OmdatOmdat ammonium in grote aanwezig inslib hetwordt slib struviet wordt niet struviet niet in bovenstaande verdeling. Aan de hand van grafiek 2 blijkt dat als de vorming van struviet

meegenomen in bovenstaande verdeling. Aan de hand van grafiek 2 blijkt dat als rond een pH van 8 plaatsvindt de reactie verloopt volgens onderstaande reactievergelijking:

de vorming van struviet rond een pH van 8 plaatsvindt de reactie verloopt volgens onderstaande reactievergelijking: + 22+

Mg + NH4 + HPO4 + 6 H2O èMgNH4PO4.6 H2O + H+

Mg2+ + NH4+ + HPO42- + 6 H2O èMgNH4PO4.6 H2O + H+

Uit bovenstaande vergelijking blijkt dat na toevoeging van magnesium de initiële pH kan dalen vanwege H+ productie (zuur) maar is afhankelijk van de aanwezige buffercapaciteit.

Uit bovenstaande vergelijking blijkt na pH toevoeging vaneen magnesium de initi‘ le Uit grafiek 1 blijkt verder dat een dat hogere (>8) leidt tot hogere oververzadiging. + productie (zuur) maar is afhankelijk van de aanwezige pH kanEen dalen vanwege H nadeel hiervan is dat het evenwicht van ammonium naar ammoniak verschuift (zie buffercapaciteit. grafiek 3). Uit grafiek 1 blijkt verder dat een hogere pH (>8) leidt tot een hogere oververzadiging. Een nadeel hiervan is dat het evenwicht van ammonium naar ammoniak verschuift (zie grafiek 3). Grafiek 3: verdeling ammonium/ammoniak

5

pH kan dalen vanwege H productie (zuur) maar is afhankelijk van de aanwezige buffercapaciteit. Uit grafiek 1 blijkt verder dat een hogere pH (>8) leidt tot een hogere STOWA 2012-27 Struviet door hiervan middel van hetis airprex oververzadiging. Eenproductie nadeel datproceS het evenwicht van ammonium naar

ammoniak verschuift (zie grafiek 3). 3: verdeling ammonium/ammoniak graFiek 3Grafiek verdeling ammonium/ammoniak

2.4

Deze verschuiving kan leiden tot ammoniak emissies en verslechtering van de Deze verschuiving kan leiden tot ammoniak emissies en verslechtering van de vorming van vorming van struviet. Een pH tussen 7,8 en 8,2 lijkt het ideale gebied voor de struviet. Een pH tussen 7,8 en 8,2 lijkt het ideale gebied voor de vorming van struviet te zijn vorming van struviet te zijn zonder bijwerkingen. zonder bijwerkingen. Bovenstaande is een summiere uitleg over de vorming van struviet. Voor een Bovenstaande is een summiere uitleg over de vorming van struviet. Voor een uitgebreid uitgebreid onderzoek naar de kristallisatie van struviet wordt verwezen naar de onderzoek naar de kristallisatie van struviet wordt verwezen naar de master thesis uitgevoerd master thesis uitgevoerd naar aanleiding van dit pilot onderzoek (Struvite naar aanleiding van dit pilot onderzoek (Struvite recovery from digested sludge, B. Bergmans, recovery from digested sludge, B. Bergmans, masterthesis TU Delft, 24 februari masterthesis TU Delft, 24 februari 2011). 2011). Ontwaterbaarheid

2.4 ontwaterbaarheid Uit grafiek 4 blijkt er een duidelijk verband te bestaan tussen het ortho-fosfaat Uitin grafiek 4 blijkt er een duidelijk verband te bestaan hetontwatering. ortho-fosfaat gehalte gehalte het slib na gisting en het droge stof gehaltetussen van de Door in het

5 juni 2012 - Struviet productie middel Airprex 1 17/54 slib nadoor gisting envan hethet droge stof proces gehalte- van de ontwatering. Door toevoeging van magnesium

toevoeging van magnesium en de daaruit volgende vastlegging van ortho-fosfaat en de daaruit volgende vastlegging van ortho-fosfaat als struviet leidt tot een verbetering als struviet leidt tot een grote verbetering van de ontwaterbaarheid vangrote het slib. van de ontwaterbaarheid van het slib. De gegevens van de onderstaande grafiek zijn afkomstig De gegevens van de onderstaande grafiek zijn afkomstig van praktijkonderzoek op

van praktijkonderzoek op de RWZI Neuwerk in Mönchen-Gladbach (Reichert J, 2007). de RWZI Neuwerk in Mš nchen-Gladbach (Reichert J, 2007). ortho FosFaat gehalte versus droge stoF gehalte ontwatering

Grafiek 4: Ortho fosfaat gehalte versus droge stof gehalte ontwatering 27 26

TR-Austrag Dekanter [%]

graFiek 4

25 24 23 22 21 20 10

30

50

70

90

110

130

150

PO4-P Gehalt im Schlammwasser [mg/l] Afkomstig van PCS van (gegevens RWZI Neuwerk, Niersverband Mš nchenMönchen Gladbach, aantal waarnemingen N= 2000) N= 2000) Afkomstig PCS (gegevens RWZI Neuwerk, Niersverband Gladbach, aantal waarnemingen DekanterDekanter = ontwateringcentrifuge = ontwateringcentrifuge

EŽ n theorie gaatgaat er vanuit dat dedeverwijdering vanhet hetortho-fosfaat ortho-fosfaat totafname een van Eén theorie er vanuit dat verwijdering van leidtleidt tot een afname van het waterbindende vermogen van het slib. Een deel daarvan is toe te het waterbindende vermogen van het slib. Een deel daarvan is toe te schrijven aan de toename schrijven aan de toename vandoor anorganisch door de vorming van van anorganisch materiaal de vormingmateriaal van struviet. struviet. Een andere verklaring is de “Divalent Cation Bridging” (DCB) theorie (Peeters B, Herman Een andere verklaring is de uitgegaan Ò Divalent Cation (DCB) (Peeters B, S, 2007) waarbij wordt dat doorBridgingÓ toevoeging van theorie een tweewaardig ion zoals Herman S, 2007)bruggen waarbij(zie wordt uitgegaan door toevoeging een magnesium, figuur 6) wordendat gevormd. Dit zou ook van leiden tot een verbetering tweewaardig ion zoals magnesium, bruggen (zie figuur 6) worden gevormd. Dit van de ontwaterbaarheid van het slib. zou ook leiden tot een verbetering van de ontwaterbaarheid van het slib.

6

Figuur 6: weergave DCB Mg2+

-

Mg2+

Bacteria

struviet. Een andere verklaring is de Ò Divalent Cation BridgingÓ (DCB) theorie (Peeters B, Herman S, 2007) waarbij wordt uitgegaan dat door toevoeging van een STOWA 2012-27 Struviet productie door middel van het airprex proceS

tweewaardig ion zoals magnesium, bruggen (zie figuur 6) worden gevormd. Dit zou ook leiden tot een verbetering van de ontwaterbaarheid van het slib. Figuur 6

weergave Figuur 6: dcb weergave DCB

Mg2+

-

-

Bacteria

Mg2+

-

Mg2+

Mg2+

2.5

-

-

Mg2+

-

Negatively charged EPS

-

-

Bovenstaande theorieën zijn nog onderdeel van discussie en nog niet wetenschappelijk Bovenstaande theorie‘ n zijn nog onderdeel van discussie en nog niet bewezen. wetenschappelijkAmsterdam bewezen. Rioolwaterzuivering West 2.5 rioolwaterzuivering De rioolwaterzuiveringamsterdam Amsterdamwest West (RWZI West, figuur 7) is een laagbelast Desysteem rioolwaterzuivering Amsterdam (RWZI West, figuur 7) is een laagbelast actief slib met voorbezinking enWest slibgisting. Fosfaatverwijdering vindt actief slib

systeem voorbezinking en slibgisting. Fosfaatverwijdering vindt biologisch plaats biologisch plaatsmet (figuur 8) door middel van het M-UCT (Modified University of (figuur 8) door middel van M-UCT (Modified University Cape Town) proces. Bij piek 18/54 Cape Town) proces. Bij piekvan situaties is er de mogelijkheid omofaanvullend 5 juni 2012 - Struviet productie door middel hethet Airprex proces -1 situaties is er de mogelijkheid om aanvullend chemisch fosfaat te verwijderen. De ontwatering chemisch fosfaat te verwijderen. De ontwatering van het slib vindt plaats door van centrifuges. het slib vindt plaats door middel vanvan centrifuges. De eindverwerking het ontwaterde middel van De eindverwerking het ontwaterde slib vindtvan plaats bij slib vindthuisvuilverbrandingsinstallatie plaats bij de naastgelegen huisvuilverbrandingsinstallatie (AEB), waarbij het de naastgelegen (AEB), waarbij het slib gezamenlijk gezamenlijk met het huisvuil wordt verbrand. DeWest waterlijn van RWZI West heeft een met het slib huisvuil wordt verbrand. De waterlijn van RWZI heeft een capaciteit capaciteit van 920.000 IE (150 g TZV/d). De sliblijn wordt gedeeld met de nabijgelegen RWZI van 920.000 IE (150 g TZV/d). De sliblijn wordt gedeeld met de nabijgelegen Westpoorten en die heeft capaciteit vanvan ongeveer 454.000 IE (150 gIE TZV/d). RWZI Westpoort heefteen een capaciteit ongeveer 454.000 (150De g productie van ontwaterd slib is ongeveer 85.000 ton (22 % droge stof) per jaar en de productie van biogas TZV/d). De productie van ontwaterd slib is ongeveer 85.000 ton (22 % droge stof) 3 per jaar. De verwerking van het biogas ongeveer van 11 miljoen jaar.plaats met per jaar bedraagt en de productie biogasNm bedraagt ongeveer 11 miljoen Nm3 pervindt gasmotoren AEB. vindt plaats met gasmotoren bij het AEB. De verwerking van bij hethet biogas

FiguurFiguur 7

Flow diagram van de rioolwaterzuivering amsterdam west Amsterdam West 7: proces Proces flow diagram van de rioolwaterzuivering

CSI

CSIcentrale = centrale slibinname van andere zuiveringen zonder slibverwerking = slibinname van andere zuiveringen zonder slibverwerking

AEB

= Afvalenergiebedrijf (Biogas -en sliblevering en teruglevering van

AEB = Afvalenergiebedrijf (Biogas -en sliblevering en teruglevering van elektriciteit en warmte)

elektriciteit en warmte) Figuur 8: Basis M-UCT proces

7


Figuur 8

basis m-uct proces

Het voordeel van het M-UCT proces is dat er met minder toevoeging van chemicaliën een goede effluent fosfaat te bereiken Het voordeel van het M-UCTkwaliteit proces voor is dat er met minderis. toevoeging van chemicali‘ n een goede effluent kwaliteit voor fosfaat te bereiken is. In tabel 1 is de samenstelling van uitgegist slib weergegeven van rioolwaterzuiveringsinstallatie

West met fosfaatverwijdering gisting. In tabel 1 is deAmsterdam samenstelling vanbiologische uitgegist slib weergegeven en van rioolwaterzuiveringsinstallatie Amsterdam West met biologische tabel 1 samenstelling uitgegist slib rwzi west gemeten over de proeFperiode(22-04-2010 t/m 04-05-2010) fosfaatverwijdering en gisting.

ph

7,2

-

temperatuur (°c)

36

°c

7,2

3,1

%

temperatuur (¡ gloeirest C) (%)

36

35

%

droge stof gehalte (%) waterfase uitgegist slib

3,1

gloeirest (%)

35

214

mg/l

6,9 mmol/l

mmol/l

849

mg/l

47,2 mmol/l 1,5 mmol/l

RWZI West pH

droge stof gehalte (%)

ortho-fosfaat (mg/l)

ammonium-n slib (mg/l) Waterfase uitgegist magnesium (mg/l) ortho-fosfaat (mg/l)

214

6,9

36

mg/l

(mg/l) Ammonium-N chloride (mg/l)

849

47,2

269

mg/l

36

1,5 46

g/kg ds

totaal-n (g/kg ds)

85

g/kg ds

chloride (g/kg ds)

g/kg ds g/kg ds

slibfase magnesium (mg/l)

chloride

(mg/l)totaal-P (g/kg ds)

Slibfase

269

totaal-P (g/kg ds)

46

7,3

(g/kg ds) totaal-N (g/kgmagnesium ds)

85

8,3

chloride (g/kg ds) 7,3 Opvallend is de hoge concentratie ortho-fosfaat en magnesium in oplossing. Ook is de magnesium (g/kg ds) 8,3 gloeirest lager dan van andere zuiveringen (chemische fosfaatverwijdering) in beheer bij Tabel 1: Samenstelling uitgegist slib RWZI West gemeten over de proefperiode(22-04-2010

Waternet (38 %-40%). Deels is dit te verklaren doordat er minder chemisch slib wordt gevormd

t/m 04-05-2010)

in de waterlijn door de toepassing van biologische fosfaatverwijdering.

Opvallend is de hoge concentratie ortho-fosfaat en magnesium in oplossing. Ook is de gloeirest lager dan van andere zuiveringen (chemische fosfaatverwijdering) in beheer bij Waternet (38 %-40%). Deels is dit te verklaren doordat er minder chemisch slib wordt gevormd in de waterlijn door de toepassing van biologische fosfaatverwijdering.

8 5 juni 2012 - Struviet productie door middel van het Airprex proces - 1

20/54


Voor de vorming van struviet is de ideale molverhouding 1:1:1 respectievelijk magnesium, ammonium en fosfaat.

Voor de vorming van struviet is de ideale molverhouding 1:1:1 respectievelijk magnesium, Molmassa ammonium en fosfaat. Magnesium (Mg) 24,3 tabel 2

Ammonium (NH4) tot vorming van struviet18 parameters met betrekking in het slib na gisting Fosfor (P)

31

Magnesiumchloride(MgCl2)

95

magnesium (mg)

Struviet

ammonium (nh4)

245,3

molmassa 24,3 18

Tabel 2: parameters met betrekking tot vorming van struviet in het slib na gisting Fosfor (P)

31

magnesiumchloride(mgcl2)

95

Uit tabel 1 en 2 blijkt dat in het uitgegiste slib de Mg/P (mol/mol) verhouding 0,22 struviet

245,3

bedraagt. De combinatie van biologische fosfaatverwijdering en vergisten leidt tot een hoge fosfaatconcentratie in het uitgegist slib maar dit hoeft niet altijd tot Uit tabel 1 en 2 blijkt dat in het uitgegiste slib de Mg/P (mol/mol) verhouding 0,22 problemen met struviet te leiden. RWZI West biedt wel de mogelijkheid om bedraagt. De combinatie van biologische fosfaatverwijdering en vergisten leidt tot een hoge struviet te vormen omdat CO2 uit het slib wordt gestript doordat het slib van 20 fosfaatconcentratie in het uitgegist slib maar dit hoeft niet altijd tot problemen met struviet meter hoogte naar beneden valt. Tevens zijn er 90 graden bochten in het te leiden. RWZI West biedt wel de mogelijkheid om struviet te vormen omdat CO uit het leidingwerk waardoor extra turbulentie ontstaat. Hierdoor loopt de pH op wat2 leidt slib wordt gestript doordat het slib van 20 meter hoogte naar beneden valt. Tevens zijn er tot oververzadiging en de mogelijke vorming van struviet. De omstandigheden zijn 90 graden bochten in het leidingwerk waardoor extra turbulentie ontstaat. Hierdoor loopt de nog niet ideaal voor de vorming van struviet vooral de concentratie aan pH op wat leidt tot oververzadiging en de mogelijke vorming van struviet. De omstandigheden magnesium is laag, maar toch voldoende om de eerder geschetste problemen in zijn nog niet ideaal voor de vorming van struviet vooral de concentratie aan magnesium is de sliblijn te veroorzaken. Ook is het mogelijk dat andere verbindingen neerslaan laag, maar toch voldoende om de eerder geschetste problemen in de sliblijn te veroorzaken. zoals bijvoorbeeld calciumfosfaat. Ook is het mogelijk dat andere verbindingen neerslaan zoals bijvoorbeeld calciumfosfaat. 2.6

Airprex proces

2.6 airprex proces Uit onderzoek (Heinzmann B, 2007) blijkt dat de rioolwaterzuivering Wassmandorf Uit onderzoek (Heinzmann B, 2007) blijkt dat de rioolwaterzuivering Wassmandorf in Berlijn in Berlijn dezelfde problemen betreffende de vorming van struviet ondervindt als dezelfde problemen betreffende de vorming van struviet ondervindt als de rioolwaterzuivering de rioolwaterzuivering Amsterdam West (zie figuur 9). Amsterdam West (zie figuur 9). Figuur 9

Figuur 9: Struviet in de buffertank RWZI Wassmanndorf (Berliner Wasserbetriebe) struviet in de buFFertank rwzi wassmanndorF (berliner wasserbetriebe)

“PhosphorusRecovery Recovery onon Large ScaleScale water purification Plants” Heinzmann (2007) Uit: Ò Uit: Phosphorus Large water purification PlantsÓ B,Heinzmann B, (2007)

Gezien deze problematiek is is het het Airprex Airprex proces B, 2006, Lengemann A, 2008) Gezien deze problematiek proces(Heinzmann (Heinzmann B, 2006, Lengemann ontwikkeld door het “Berlin Wasserbetriebe” in Berlijn. Het proces beoogt door beluchting A, 2008) ontwikkeld door het Ò Berlin WasserbetriebeÓ in Berlijn. Het proces beoogt waardoor de pH stijgt en tegelijkertijd magnesium toe te voegen om de debeluchting CO2 te strippen door de CO 2 te strippen waardoor de pH stijgt en tegelijkertijd kristalvorming te bevorderen. struviet door bezinking in de conus aan magnesium toe te voegen om Het de gevormde kristalvorming tewordt bevorderen. Het gevormde de onderkant van de reactor verzameld en discontinu afgelaten.van In figuur 10 is het proces struviet wordt door bezinking in de conus aan de onderkant de reactor weergegeven en de plaats waar het wordt toegepast in het zuiveringsproces.


21/54

9


Figuur 10: Het Airprexproces en plaats in het zuiveringsproces Figuur 10

het airprexproces en plaats in het zuiveringsproces

Voor menging is gekozen voor het airlift principe en als magnesium bron

Voor menging is gekozen voor het airlift principe en als magnesium bron magnesiumchloride.

magnesiumchloride. Hoewel er nog andere reactor mogelijkheden (fluidized bed en

Hoewel er nog andere reactor mogelijkheden (fluidized bed en stirred tank) of magnesium

stirred tank) of magnesium bronnen (MgO en Mg(OH)2) zijn heeft bovenstaande

bronnen (MgO en Mg(OH) ) zijn heeft bovenstaande configuratie zich bewezen. De reactie

2 configuratie zich bewezen. De reactie verloopt snel en volledig. De afscheiding van

verloopt snel en volledig. De afscheiding van het struviet blijkt in de praktijk wel lastiger te

het struviet blijkt in de praktijk wel lastiger te verlopen.

verlopen.

Uit de informatie van Pollution Control Services (PCS) Hamburg (licentiehouder

de informatie van Pollution Control Services Hamburg (licentiehouder Airprex) Airprex) en hetUit bezoek aan de twee praktijk installaties op de(PCS) RWZI Neuwerk in en het(Niersverband) bezoek aan de twee praktijk op de RWZI Neuwerk in Mönchen Gladbach Mš nchen Gladbach en de RWZIinstallaties Wassmanndorf in Berlijn (Niersverband) en de de voordelen RWZI Wassmanndorf in Berlijnvan (BerlinerwasserBetriebe), lijken de (BerlinerwasserBetriebe), lijken van de toepassing het Ò AirprexÓ proces te zijn:voordelen van de toepassing van het “Airprex” proces te zijn:

• verbetering van de ontwaterbaarheid: hoger eind droge stof gehalte en lager vlokmiddel •

verbruik verbetering van de ontwaterbaarheid: hoger eind droge stof gehalte en • verminderde slijtage en scaling van onderdelen in de slibverwerking: centrifuges, pompen lager vlokmiddel verbruik

•

verminderde slijtage en scaling van onderdelen in de slibverwerking: en leidingwerk centrifuges, pompen en leidingwerk • verlaging fosfaatgehalte in de rejectie stroom naar de zuivering waardoor afname aanvul-

•

verlaging lende fosfaatgehalte in de rejectie stroom naar de zuivering waardoor metaaldosering afname metaaldosering • aanvullende productie van struviet (fosfaat kunstmest).

•

productie van struviet (fosfaat kunstmest).


10

23/54


3 onderzoeksoPzet 3.1 doel van het onderzoek Het doel van het onderzoek is te onderzoeken of het mogelijk is, door toepassing van het Airprex proces, struviet vorming gecontroleerd te laten plaatsvinden waardoor scaling in de sliblijn wordt voorkomen. Ook de verbetering van de ontwaterbaarheid, verlaging van het fosfaat gehalte in de rejectie stroom en verminderd vlokmiddel gebruik zijn belangrijke onderzoeksdoelen.

3.2 uitgangspunten De verwachtingen van de toepassing van het Airprex proces zijn gebaseerd op de ervaringen van de installaties in Duitsland. Deze zijn: •

een droge stof gehalte verbetering van het ontwaterde slib met minimaal 3 % (absoluut) dat wil zeggen van de huidige 22 % naar 25 % (eind droge stof gehalte).

• een fosfaatgehalte verlaging in de rejectie stroom van de ontwatering tot 50 mg/l (als P) gebaseerd op het fosfaat gehalte in de rejectie stroom van een zuivering met chemische fosfaatverwijdering. • dat het gevormde precipitaat ook daadwerkelijk struviet is. • een afname van het vlokmiddel gebruik met 20 %. Het onderzoek in Berlijn loopt al vanaf 2000/2001 met een proefinstallatie en de praktijkinstallatie vanaf 2010. Het onderzoek in Mönchen Gladbach is in 2004 met een proefinstallatie gestart en de praktijkinstallatie is evenals in Berlijn in 2010 opgestart.

3.3 experimenten De experimenten zijn uitgevoerd van 22 april 2010 tot en met 4 mei 2010. Als eerste wordt de gebruikte proefinstallatie beschreven met de uitgevoerde bemonstering en analyses. Daarna worden de uitgevoerde experimenten beschreven. Voor het vaststellen van kengetallen waarop de business case en het ontwerp van de praktijk installatie is gebaseerd, zijn de volgende procesvariabelen van belang: • magnesiumdosering • verblijftijd • menging • afname van fosfaat concentratie è struvietproductie (berekend) 3.3.1 materiaal en methode In figuur 11 is het process flow diagram van de proefinstallatie weergegeven. Het slib wordt de reactor (figuur 12) ingeleid waar het wordt belucht en MgCl2 (32 % oplossing) (figuur 15) wordt toegevoegd. Voor het onderzoek is er een aftakking gemaakt van de leiding van de gistingstank naar de reactor. Door middel van een pomp en een niveaumeting wordt continu

11

In figuur 11 is het process flow diagram van de proefinstallatie weergegeven. Het slib wordt de reactor (figuur 12) ingeleid waar het wordt belucht en MgCl2 (32 % oplossing) (figuur 15) wordt toegevoegd. Voor het onderzoek is er een aftakking STOWA 2012-27 Struviet productie door middel van het airprex proceS

gemaakt van de leiding van de gistingstank naar de reactor. Door middel van een pomp en een niveaumeting wordt continu uitgegist slib de reactor ingevoerd. De reactor heeft een inhoud van ongeveer 25 m 3. Als het slib in de reactor wordt gebracht loopt tegelijkertijd de doseerpomp van het magnesiumchloride. In de3

uitgegist slib de reactor ingevoerd. De reactor heeft een inhoud van ongeveer 25 m . Als het slib

reactor zijn beluchtingselementen (figuur 13) aangebracht. De mobiele

in de reactor wordt gebracht loopt tegelijkertijd de doseerpomp van het magnesiumchloride.

ontwatering (zie figuur 14) bestaat uit een centrifuge met een capaciteit van 5

In de reactor zijn beluchtingselementen (figuur 13) aangebracht. De mobiele ontwatering (zie

m3/h en een eigen vlokmiddel aanmaak installatie met bijbehorende afvoer van

figuur 14) bestaat uit een centrifuge met een capaciteit van 5 m3/h en een eigen vlokmiddel

het ontwaterde slib. Ter voorkoming van het drooglopen van pomp naar de

aanmaak isinstallatie met bijbehorende afvoer vanmiddel het ontwaterde slib. Ter voorkoming centrifuge een recycle stroom aangebracht door van een rechtop staande 3 vanmet het overloop. drooglopen centrifuge is een recycle stroom aangebracht door /h) vanuit de buis Hetvan slibpomp wordtnaar doordemiddel van een pomp (10 m

middelinvan staande buisvia metdeoverloop. slibterug wordtde door middel reactor de een buisrechtop gepompt en loopt overloopHet weer reactor in.van De een pomp vanuitvanuit de reactor de buis gepompt en loopt via de overloop weer terug de reactor (10 m3/h) wordt centrifuge dezeinbuis gevoed. in. De centrifuge wordt vanuit deze buis gevoed.

Figuur 11: proces flow diagram proefopstelling Figuur 11

proces Flow diagram proeFopstelling

Slib

MgCl2 (32 %)

10 m3/h

Vlokmiddel

l/h Reactor Inhoud:

Slib 3

5 m /h

25 m3

Over-

Centrifuge

loop vat Slib

5 m3/h

Lucht

Centraat

Ontwaterd slib

400 m3/h 5 juni 2012 - Struviet productie door middel van het Airprex proces - 1 Figuur 12 Figuur

proeFreactor 12: proefreactor proefreactor Figuur 12: proefreactor Figuur 12: Figuur 12: proefreactor

25/54 Figuur 1313:beluchtingselementen Figuur Figuur 13: Beluchtingselementen Figuur 13: Beluchtingselementen Beluchtingselementen Figuur 13: Beluchtingselementen

Figuur 14: Mobiele ontwatering centrifuge Figuur 15: Doseerpomp magnesiumchloride Figuur 14: ontwatering Figuur 15: Doseerpomp magnesiumchloride 14: Mobiele Figuur ontwatering 14:Mobiele Mobiele centrifuge ontwateringcentrifuge centrifuge Figuur 15: Doseerpomp Figuur 15: Doseerpomp magnesiumchloride magnesiumchloride mobiele ontwatering centriFuge Figuur 15 doseerpomp magnesiumchloride

Figuur Figuur 14

Figuur 16: Overzicht proefopstelling Figuur 16: Overzicht proefopstelling

Figuur 16: Overzicht Figuur 16: proefopstelling Overzicht proefopstelling

12


Figuur 16

Figuur 16: Overzicht proefopstelling overzicht proeFopstelling

Een bijkomend voordeel is dat de reactor goed gemengd is. Omdat er in de proefopstelling maar weinig struviet wordt geproduceerd is geen scheidingsstap Eenstruviet bijkomend voordeel datslib de reactor goed gemengd is. Omdat er in de proefopstelling voorzien maar is het samen met ishet ontwaterd. Tijdens de

weinig struviet wordt mogelijk, geproduceerd is geen scheidingsstap experimenten is demaar verblijftijd, voor zover gehouden op 5 uur. Devoorzien maar is het struviet 3 samen hetdebiet slib ontwaterd. de experimenten is de verblijftijd, voor zover mogelijk, /h) waardoor de pH tijdens de beluchting draait met eenmet vast (400 m Tijdens 5 uur. De beluchting draait met een vast debiet (400 m3/h) waardoor de pH experimenten rondgehouden de 7,8 ‡ op 8 ligt. experimenten rond de 7,8vindt à 8 ligt. De karakterisering tijdens van dedeprocesomstandigheden plaats door het bepalen De karakterisering van de procesomstandigheden vindt plaats door het bepalen van een van een aantal belangrijke parameters: aantal belangrijke parameters: •

pH

•

• Magnesium/fosfaat ratio (Mg/ortho-P) è magnesium dosering (liter/h) Magnesium/fosfaat ratio (Mg/ortho-P) è magnesium dosering (liter/h) Beluchting • Beluchting Verblijftijd •(h)Verblijftijd (h)

• •

• pH

Omtehet proceswordt goed te volgen wordt hieronder (figuur 17) aangegeven Om het proces goed volgen hieronder (figuur 17) aangegeven waar de waar de monsters zijn genomen. monsters zijn genomen. 17 overzicht monsterpunten Figuur Figuur 17: Overzicht monsterpunten

magnesium

Vlokmiddel

chloride (32 %)


5

Uitgegist Slib

Centrifuge

Kristallisatie 1

reactor

2

7 Lucht (m3/h)

Monsterpunten: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.

26/54

6

4

Ontwaterd Slib

3 Centraat

Monsterpunten:

1. Uitgegist slib naar de reactor Uitgegist slib naar de reactor 2. Behandeld slib uit de reactor Behandeld slib uit de reactor 3. uit Centraat uit centrifuge Centraat centrifuge Ontwaterd slib uit deslib centrifuge 4. Ontwaterd uit de centrifuge Magnesiumchloride dosering dosering 5. Magnesiumchloride Vlokmiddelsoort en dosering 6. Vlokmiddelsoort en dosering Lucht toevoer is een vast debiet van 400 m3/h 7. Lucht toevoer is een vast debiet van 400 m3/h

Hieronder volgt een overzicht van de gebruikte materialen en chemicali‘ n: •

vlokmiddel, kationisch polyacrylamide SD2081 van de firma Kemira

•

magnesium zout, MgCl2 (32 % oplossing) van de firma Nedmag

•

mobiele ontwatering van de firma Servis

•

proefreactor van de firma PCS uit Hamburg

13


Hieronder volgt een overzicht van de gebruikte materialen en chemicaliën: • vlokmiddel, kationisch polyacrylamide SD2081 van de firma Kemira • magnesium zout, MgCl2 (32 % oplossing) van de firma Nedmag • mobiele ontwatering van de firma Servis • proefreactor van de firma PCS uit Hamburg 3.3.2 analyses Analyses in het veld zijn door middel van kuvetten testen (Hach Lange) uitgevoerd. Droge stof (indamprest) veldmetingen op het slib zijn door middel van infrarood drogers (Mettler) uitgevoerd. Ter vergelijking met de veldgegevens is ook een aantal monsters op dezelfde parameters geanalyseerd door een gecertificeerd lab. Omdat magnesiumchloride is gebruikt voor de kristallisatie van struviet is ook het chloride gehalte bepaald voor en na kristallisatie. Voor bepalingen op de waterfase van het slib is het monster gecentrifugeerd voordat deze over een 0,45 μm filter (Millipore) wordt geleid. Dit omdat het filter anders direct verstopt zit. Hieronder wordt een overzicht gegeven van de analyses die op verschillende stromen zijn bepaald: Slibstromen: • Droge stof gehalte (%) • P gehalte (mg/kg ds) • Ortho-P en total P (mg/l) • Mg gehalte (mg/l) • NH4-N gehalte (mg/l) • N gehalte (mg/kg ds) • N gehalte (mg/l) • Mg gehalte (mg/kg ds) • Chloride gehalte (mg/kg ds) • Chloride gehalte (mg/l) • pH Rejectie stroom: • Zwevende stof (mg/l) • Ortho-P gehalte (mg/l) • Total P gehalte (mg/l) • NH4-N gehalte (mg/l) • N gehalte (mg/l) • Chloride (mg/l) • pH struvietanalyse Na afloop van experimenten is op de bodem van de proefreactor een hoeveelheid struviet bezonken waarvan een monster (500 gram) is genomen. De analyse van het struviet is uitgevoerd door een kunstmestproducent.

14


3.4 uitgevoerde experimenten In de tabel 3 is een overzicht gegeven van de experimenten. Als referentie is een nulmeting uitgevoerd omdat deze fungeert als vergelijking ten opzichte van de effecten van het Airprex proces. Een typisch experiment bestond uit het ’s ochtends vullen van de reactor met slib waarbij de beluchting en magnesiumchloride dosering aanstaan. Na het vullen van de reactor begint het experiment. De duur van een experiment bedroeg ongeveer 9 uur. tabel 3

overzicht uitgevoerde experimenten

data, 2010

beluchting

magnesium dosering

opmerkingen

(400 m3/h)

mg/p (mol/mol)

22 april

nee

nee

nulmeting

0,22

23 april

ja

later op dag

effect beluchting

zie 3.4.2

26 april

ja

ja

27 april

ja

ja

28 april

ja

ja

3,5 3,5 minder analyses door uitval recycle pomp

1,2

29 april

ja

ja

3 mei

ja

ja

ander vlokmiddel

2,5

2,1

4 mei

ja

ja

ander vlokmiddel

3

De molverhouding magnesium en fosfaat is berekend op basis van de concentraties die in de waterfase van het slib zijn gemeten. De magnesium dosering (Mg/P) is berekend op basis van het uitgegist slib dat de reactor ingaat, gecorrigeerd voor het magnesium dat al in het uitgegist slib aanwezig is. 3.4.1 nulmeting Voor de nulmeting is een dag het slib door de reactor gevoerd zonder beluchting en magnesiumchloride dosering. Daarna is het slib ontwaterd waarbij gebruik gemaakt is van het hetzelfde vlokmiddel als in de bestaande installatie op RWZI West. Daarmee is een vergelijking gemaakt tussen de resultaten van de mobiele ontwatering en de reguliere ontwatering. Ook is een fosfaatbalans gegeven over de ontwatering. 3.4.2 experiment met eerst beluchting en daarna magnesiumdosering Hoewel in eerste instantie alleen het effect van de beluchting is onderzocht is besloten om op dezelfde dag ook nog magnesium te doseren. Na vullen van de reactor is het slib belucht. De Mg/P verhouding na beluchten was 0,09. Dit is als uitgangspunt gebruikt voor het tweede deel van het experiment. Na anderhalf uur beluchten is gestart met het toevoegen van MgCl2 met een Mg/P (mol/mol) verhouding van 4,5 op basis van de aanwezige ortho-fosfaat vracht in de toevoer naar de reactor. Omdat er maar drie uur is gedraaid met deze magnesiumdosering, waardoor de verblijftijd te kort is voor het volledig vervangen van de reactorinhoud (25 m3), is een deel van het toegevoegde magnesiumchloride nog niet gereageerd met het aanwezige ortho-fosfaat.

15


4 resultaten en discussie In dit hoofdstuk worden de resultaten gepresenteerd van de uitgevoerde experimenten. Dit gebeurt voornamelijk in tabellen en grafieken. Daarna volgt een samenvatting en een discussie van de behaalde resultaten.

4.1 nulmeting In de onderstaande tabel zijn de gegevens verzameld van de nulmeting. Ook zijn ter vergelijking de resultaten van de bestaande installatie weergegeven. tabel 3

gegevens nulmeting (-=niet gemeten)

proefinstallatie

rwzi west

proefinstallatie

rwzi west

reactor

gisting

ontwatering

ontwatering

ph

7,2

7,2

7,7 (centraat)

7,6 (centraat)

temperatuur (°c)

29,1

36

28 (centraat)

30 (centraat)


3,1

3,1

22,2 (slib)

22,4 (slib)

-

-

14-16

14-16

-

-

240 (centraat)

300 (centraat)

ortho-P (mg/l)

253

258

150 (centraat)

160 (centraat)

totaal-P (mg/l)

-

-

170 (centraat)

185 (centraat)

820

880

-

-

-

-

690 (centraat)

680 (centraat)

magnesium (mg/l)

40,5

40,5

23 (centraat)

-

chloride (mg/l)

205

259

240 (centraat)

-

45

45

38

-

vlokmiddel verbruik (g/kg ds) waterfase zwevende stof (mg/l)

ammonium-n (mg/l) totaal-n (mg/l)

slibfase totaal-P (g/kg ds) totaal-n (g/kg ds)

90

90

60

-

chloride (g/kg ds)

7,7

7,3

1,1

-

magnesium (g/kg ds)

8,6

8,2

8,4

-

gloeirest (%)

35

35

33

35

Uit de tabel 3 laat een typische samenstelling van uitgegist slib van een rioolwaterzuivering met een verregaande biologische fosfaatverwijdering zien. Ook blijkt dat er weinig verschil bestaat tussen de resultaten van de ontwatering van de proefinstallatie en de normale bedrijfsvoering. Hierdoor zijn de resultaten van de mobiele installatie representatief voor de huidige installatie.

16


Figuur 18

FosFaatbalans nulmeting

Vlokmiddel 1 m3/h centrifuge Slib 6975 g P/h Centraat

ontwaterd slib

935 g P/h

6042 g P/h

Figuur 18: Fosfaatbalans nulmeting

De doorzet is 5 m3/h. Uit figuur 1 blijkt dat de fosfaatbalans goed klopt. De doorzet is 5 m3/h. Uit figuur 1 blijkt dat de fosfaatbalans goed klopt. Verder blijkt na ontwatering dat ongeveer 85 % van het fosfaat aanwezig is in het Verder blijkt na ontwatering dat ongeveer 85 % van het fosfaat aanwezig is in het slib. slib.

4.2 resultaten beluchting en daarna magnesiumdosering In dit experiment is het effect van alleen beluchten op het slib in de reactor bepaald en daarna is magnesium gedoseerd. 4.2.1 beluchting In onderstaande tabel zijn de gegevens verzameld van het experiment waarbij het slib alleen belucht is. Het debiet bedraagt 400 m3/h. Dit is een vast debiet dat geldt voor alle experimenten. tabel 4

gegevens met alleen beluchten van het slib zonder magnesiumdosering (- = niet gemeten, ds = droge stoF)

ph temperatuur (°c)

uitgegist slib

uitgegist slib

ontwatering

ontwatering

Voor beluchten

Na beluchten

centraat

ontwaterd slib

7,22

8,1

8,3

-

36

30

-

-


3,1

3,1

n.v.t.

22,3

zwevende stof (mg/l)

n.v.t.

n.v.t.

360

-

ortho-P (mg/l)

230

163

123

-

waterfase

ammonium-n (mg/l)

920

826

-

-

magnesium (mg/l)

48

19

14

-

chloride (mg/l)

264

281

-

-

totaal-P (g/kg ds)

43

45

-

40

totaal-n (g/kg ds)

90

90

-

60

chloride (g/kg ds)

7,5

7,6

-

0,98

magnesium (g/kg ds)

9

8,2

-

8,4

gloeirest (%)

35

35

-

33

slibfase

Uit tabel 4 blijkt dat beluchten en de daarmee gepaard gaande pH verhoging leidt tot een verlaging van het ortho-fosfaat –en magnesium gehalte in de reactor.


17 32/54


4.2.2

Magnesiumdosering Het verloop van het droge stof gehalte van de ontwatering en pH wordt verder besproken in Magnesiumdosering 4.2.2. Met paragraaf de inhoud van het vorige experiment, dus belucht slib, is gestart met de

4.2.2

dosering van magnesiumchloride. Op t=0 min is begonnen met beluchten en op Met de inhoud van het vorige experiment, dus belucht slib, is gestart met de 4.2.2 magnesiumdosering t=120 min is de magnesiumchloride dosering gestart. Dit gebeurt met een Mg/P dosering van magnesiumchloride. Op t=0 min is begonnen met beluchten en op Met de inhoud het vorigeopexperiment, dus slib. belucht slib,compensatie is gestart metvan de het dosering verhouding van 4,5van gebaseerd het ingaande Dit ter t=120 min is de magnesiumchloride dosering gestart. Dit gebeurt met een Mg/P magnesiumchloride. Opvracht t=0 min is begonnen met beluchten op t=120 min is de nog van aanwezige ortho-fosfaat in de reactor uit het beluchteenexperiment. Voor verhouding van 4,5 gebaseerd op het ingaande slib. Dit ter compensatie van het magnesiumchloride dosering gestart. Dit gebeurt met een Mg/P verhouding van 4,5 gebaseerd de volledigheid is in de onderstaande grafieken het gehele experiment nog aanwezige ortho-fosfaat vracht in de reactor uit het beluchte experiment. Voor op het ingaande slib. Dit ter compensatie het nog 4.2.1. aanwezige ortho-fosfaat vracht in de weergegeven dus inclusief beluchting van van paragraaf de volledigheid is in de onderstaande grafieken het gehele experiment reactor uit het beluchte experiment. Voor de volledigheid is in de onderstaande grafieken het weergegeven dus inclusief beluchting van paragraaf 4.2.1. gehele experiment weergegeven dus inclusief beluchting van paragraaf 4.2.1. Grafiek 5: Verloop van de pH graFiek 5

Grafiek 8,2 5: Verloop van de pH verloop van de ph

8,2 8,0 8,0 7,8

pH

7,8 7,6

pH

7,6 7,4 7,4 7,2 7,2 7,0 0

7,0 0

60 60

120 120

180 Tijd (m in) 180

240 240

300

360

300

360

Tijd (m in)

Grafiek 6: Verloop van het droge stof gehalte na ontwatering graFiek 6

verloop van het droge stoF gehalte na ontwatering

Grafiek 6: Verloop van het droge stof gehalte na ontwatering 26

Droge stof gehalte (%) Droge stof gehalte (%)

2625 2524 2423 2322 2221 2120 2019

0

60

120

19 0

60

120

180 Tijd (m in) 180

240 240

300 300

360 360

Tijd (m in)

Uit grafiek 6 blijkt dat het beluchten van het slib de ontwaterbaarheid van het slib Uit grafiek 6 blijkt dat het beluchten van het slib de ontwaterbaarheid van het slib negatief negatief be• nvloedt maar dat na magnesiumdosering de ontwaterbaarheid sterk Uit grafiek 6 blijkt dat beluchten van het de slib de ontwaterbaarheid van het slib beïnvloedt maar dathet na magnesiumdosering ontwaterbaarheid sterk verbetert. verbetert. negatief be• nvloedt maar dat na magnesiumdosering de ontwaterbaarheid sterk verbetert.


18 5 juni 2012 - Struviet productie door middel van het Airprex proces - 1

34/54 34/54


Tijd (minuten) ortho-P (mg/l) Mg (mg/l) verloop van het ortho-FosFaat -en magnesiumgehalte in het reactorslib 0 231 50 60 186 tijd (minuten) ortho-p (mg/l) mg (mg/l)23 90 0 231 163 50 19 150 60 186 116 23 100 90 163 19 100 225 70

Mg/P 0,28 mg/p0,16 0,280,15 0,161,10 0,151,82

150

1,10

tabel 6

116 100 Tabel 6: verloop van het ortho-fosfaat -en magnesiumgehalte in het reactorslib

225

70

100

1,82

Grafiek 7: Verloop van het ortho-fosfaat - en magnesiumgehalte graFiek 7

verloop van het ortho-FosFaat - en magnesiumgehalte

250 ortho-P

Concentratie (mg/l)

200

Mg

150 100 50 0 0

60

120

180

240

300

360

Tijd (min)

Wegens omstandigheden (kapotte pomp e.d.) zijn er geen monsters op een later

Wegens omstandigheden (kapotte zijn erzijn geen op een van laterde tijdstip tijdstip genomen waardoor er helaaspomp geen e.d.) analyses na monsters het stopzetten genomen waardoor helaas geen magnesiumdosering opert=280 min.analyses zijn na het stopzetten van de magnesiumdosering 4.3

op t=280 min. Stabiliteit proces Om de stabiliteit van het proces vast te stellen is een experiment uitgevoerd met 4.3 stabiliteit proces de dosering uit het vorige experiment. De magnesium is gedoseerd met een Mg/P Om devan stabiliteit proces vast tegrafieken stellen is een experiment uitgevoerd metdit de dosering verhouding 3,5. Invan dehet onderstaande worden de gegevens van

uit het vorige experiment. De magnesium is gedoseerd met een Mg/P verhouding van 3,5. experiment gepresenteerd. In de onderstaande grafieken worden de gegevens van dit experiment gepresenteerd. Grafiek 7: Verloop van de pH graFiek 7

verloop van de ph 8,2

8

pH

7,8

7,6

7,4

7,2

7 0

60

120

180

240

300

360

420

480

540

T i j d ( mi n)

Grafiek 8: Verloop van het droge stof gehalte na ontwatering

19 26,5 productie door middel van het Airprex proces - 1 5 juni 2012 - Struviet

(%)

26,0 25,5

35/54

7 0

60

120

180

240

300

360

420

480

540

T i j d ( mi n)


Grafiek 8: Verloop van het droge stof gehalte na ontwatering graFiek 8

verloop van het droge stoF gehalte na ontwatering

26,5

Droge stofgehalte (%) Droge stofgehalte (%)

26,0 26,5 26,0 25,5 25,5 25,0 25,0 24,5 24,5 24,0 24,0 23,5 0 23,5

60 0

120

60

180

120

240

180

300

360

420

480

540

Tijd (m in) 240 300

360

420

480

540

Tijd (m in)

Uit grafiek 8 blijkt dat het droge stof hetontwaterde ontwaterde rond de%25 Uit grafiek 8 blijkt dat het droge stofgehalte gehalte van van het slibslib rond de 25 droge stof % droge stof blijft. blijft.

Tijd (min) ortho-P (mg/l) Mg (mg/l) Mg/P verloop van het ortho-FosFaat- en magnesiumgehalte in het reactorslib 0 231 41 0,23 90 135 116 1,10 tijd (min) ortho-p (mg/l) mg (mg/l) 180 33 78 0 231 413,01 360 32 110 90 135 1164,38 tabel 8

mg/p 0,23 1,10

180 Tabel 8: verloop van het ortho-fosfaat33 en magnesiumgehalte in 78het reactorslib

3,01

360

4,38

32

110

36/54

5 juni 2012 -Grafiek Struviet9: productie van het Airprex proces in - 1de reactor Verloopdoor vanmiddel het ortho-fosfaat gehalte graFiek 9

verloop van het ortho-FosFaat gehalte in de reactor

250 ortho-p

concentratie (mg/l)

200

Mg

150 100

50

0 0

60

120

180

240

300

360

420

480

540

Tijd (m in)

Uit bovenstaande gegevens blijkt dat na 3 uur het ortho-fosfaat gehalte gedaald is naar 33 mg/l. Na 6 uur draaien is het ortho-fosfaat gehalte niet significant veranderd zodat mag worden aangenomen dat na drie uur draaien een steady state is bereikt onder bovenstaande procesomstandigheden. Hieruit volgt een minimale verblijftijd van 3 uur voor de pilot procesconfiguratie.

20


4.4

4.4

Variatie van magnesiumdosering Uit de bovenstaande gegevens blijkt dat na 3 uur het ortho-fosfaat gehalte gedaald is naar

33 mg/l. Na 6 uur draaien is het ortho-fosfaat gehalte niet significant veranderd zodat mag In deze experimenten is de dosering vanuur hetdraaien magnesiumchloride Alsbovenstaande worden aangenomen dat na drie een steady state gevarieerd. is bereikt onder eerste wordt het de verloop van het Hieruit ortho-fosfaat Ð enminimale het magnesiumgehalte Variatie van magnesiumdosering procesomstandigheden. volgt een verblijftijd van 3 uur voor de pilot gepresenteerd. Daarna het droge stof gehalte na ontwatering bij de verschillende procesconfiguratie. doseringen. In deze experimenten is de dosering van het magnesiumchloride gevarieerd. Als

4.4.1

eerste wordt het verloop van het ortho-fosfaat Ð en het magnesiumgehalte Effect op ortho-fosfaatgehalte in stof de reactor gepresenteerd. het droge gehalte na ontwatering bij de verschillende 4.4 variatie van de Daarna magnesiumdosering doseringen. In deze experimenten is de dosering van het magnesiumchloride gevarieerd. Als eerste wordt Grafiek 10: Verloop ortho-fosfaat en magnesium gehalte bij Mg/P = 3,5 gepresenteerd. Daarna het droge het verloop van het ortho-fosfaat –en het magnesiumgehalte

4.4.1

Effect op ortho-fosfaatgehalte reactor doseringen. stof gehalte na ontwatering bijindede verschillende

250 Grafiek Verloop en magnesium bij Mg/P = 3,5 4.4.110: eFFect op ortho-fosfaat ortho-FosFaatgehalte ingehalte de reactor

250

concentratie (mg/l) concentratie (mg/l) (mg/l) concentratie

graFiek200 10

200

ortho-p

ortho-P Mg

verloop ortho-FosFaat en magnesium gehalte bij mg/p = 3,5

Mg

250 150 250

ortho-p

150

concentratie (mg/l)

200 100 200

ortho-P Mg Mg

100

150 50 150

50

100 0 100 00 60 50

120

0 50

60

00

60

180

120

240

180

300

240 300in) 360 Tijd (m

0

Tijd (min)

120

360

180

240

300

420

420

480

480

360

540

540

420

480

0 60 120 180 240 300 480 Tijd (m in) 360 bij420 Grafiek 11: Verloop ortho-fosfaat en magnesium gehalte Mg/P = 3,0

540

540

Tijd (min) graFiek 11


250 11: Verloop ortho-fosfaat en magnesium gehalte bij Mg/P = 3,0 Grafiek ortho-P

concentratie (mg/l) concentratie (mg/l)

200

Mg

250 150

ortho-P

200 100

Mg

150 50 100 0 0 50

60

120

180

240

300

360

420

480

540

Tijd (min)

0 0

60

120

180

240

300

360

420

480

540

Tijd (min)



38/54

21

38/54


Grafiek 12: Verloop ortho-fosfaat en magnesium gehalte bij Mg/P = 2,5 Grafiek 12: Verloop ortho-fosfaat enen magnesium gehalte bijbij Mg/P == 2,5 Grafiek 12: Verloop ortho-fosfaat magnesium gehalte Mg/P 2,5

300

graFiek 12


300 250 300

ortho-P

concentratie (mg/l) concentratie (mg/l)(mg/l) concentratie

Mg ortho-P ortho-P Mg Mg

250 200 250 200 150 200 150 100 150 100 50 100 50500

0 60 120 180 240 300 360 420 480 540 00 Tijd (min) 0 0 6060 120 120 180 180 240 240 300 300 360 360 420 420 480 480 540 540 Tijd Tijd(min) (min)

Grafiek 13: Verloop ortho-fosfaat en magnesium gehalte bij Mg/P = 2,1 Grafiek 13: Verloop ortho-fosfaat enen magnesium gehalte bijbij Mg/P == 2,1 Grafiek 13: Verloop ortho-fosfaat magnesium gehalte Mg/P 2,1

300

graFiek 13



250 300 300 200 250 250 200 150 200

ortho-P Mg ortho-P ortho-P Mg Mg

100 150 150 50 100 100 50500

0 60 120 180 240 300 360 420 480 540 00 Tijd (min) 0 0 6060 120 120 180 180 240 240 300 300 360 360 420 420 480 480 540 540 Tijd (min) Tijd (min)

Grafiek 14: Verloop ortho-fosfaat en magnesium gehalte bij Mg/P = 1,2 graFiek 14


Grafiek 14: Verloop ortho-fosfaat en magnesium gehalte bij Mg/P = 1,2 Grafiek 25014: Verloop ortho-fosfaat en magnesium gehalte bij Mg/P = 1,2

ortho-P


250 250 200

Mg ortho-P ortho-P Mg Mg

200 200 150 150 150 100 100 100 50 5050 0

0 60 120 180 240 300 360 420 480 540 00 Tijd (min)360 420 480 540 0 0 6060 120 120 180 180 240 240 300 300 360 420 480 540 Uit bovenstaande grafieken blijkt dat effect van de dosering meer ligt in de snelheid van de Tijd Tijd(min) (min) reactie dan op het uiteindelijke fosfaat gehalte in het reactor slib.


22 5 juni 2012 - Struviet productie door middel van het Airprex proces 5 juni 2012 - Struviet productie door middel van het Airprex proces- 1- 1

39/54 39/54 39/54


4.4.2 eFFect op het droge stoF gehalte na ontwatering In de onderstaande tabel zijn de gegevens verzameld van de magnesium dosering met betrekking tot het droge stof gehalte na ontwatering van het behandelde slib. tabel 10

resultaten van de ontwatering met verschillende magnesiumdoseringen

mg/p

droge stof (%)

3,5 (zie paragraaf 4.3)

24,8

3,5 (zie paragraaf 4.4.1)

25,5

3

24,7

2,5

24,8

2,1

25,0

1,2

23,5

Uit de bovenstaande tabel 10 lijkt dat er meer dan de stoichiometrische hoeveelheid magnesiumchloride nodig is om de het beoogde eind droge stof gehalte (25 %) te halen. De vorming van struviet levert slechts een 0,5 % (absoluut) bijdrage aan het droge stof gehalte na ontwatering.

4.5 variatie in vlokmiddel Na bovenstaande experimenten is bekeken of het mogelijk is om gebruik te maken van vlokmiddel op poederbasis voor de ontwatering omdat het een stuk goedkoper is dan vlokmiddel op vloeibare basis. Hiertoe is door Kemira een vlokmiddel aangeleverd. Voor de ontwatering van uitgegist slib wordt voornamelijk kationische polyacrylamide polymeren gebruikt. Deze zijn te verkrijgen in vloeibare vorm (50 % olie/50 % polymeer) en in poedervorm (100 % polymeer). Typische doseringen liggen tussen 8 g polymeer per kg droge stof en 16 g polymeer per kg droge stof afhankelijk van polymeer en samenstelling van het slib. Veelal wordt gebruik gemaakt van polymeren in vloeibare vorm vanwege stofvorming en arbeidstechnische omstandigheden. Dit speelt op de rwzi Amsterdam West een minder grote rol vanwege de aanwezigheid van een opslagsilo voor polymeer in poedervorm. tabel 11

resultaten van de ontwatering met verschillende vlokmiddelen

vlokmiddel

droge stof (%) huidige situatie

droge stof (%) met airprex

Poeder

20,1

23,1

vloeibaar

22,4

25,1

Uit tabel 11 blijkt dat het droge stofgehalte van het ontwaterde slib met gebruik van vlokmiddel op poeder basis lager liggen dan met vlokmiddel op vloeibare basis.

23

4.6

Evaluatie STOWA 2012-27 Struviet productie door middel van het airprex proceS

In deze paragraaf worden de bovenstaande resultaten samengevoegd en ge‘ valueerd. 4.6.1

4.6 evaluatie

Magnesiumdosering

In deze paragraaf worden de bovenstaande resultaten samengevoegd en geëvalueerd.

In grafiek 14 is een overzicht opgenomen van de resultaten van de experimenten

4.6.1 magnesiumdosering met betrekking tot de fosfaatverwijdering.

In grafiek 14 is een overzicht opgenomen van de resultaten van de experimenten met betrekking tot de fosfaatverwijdering. Grafiek 14: Verloop ortho-fosfaat gehalte bij verschillende Mg/P verhoudingen graFiek 14

verloop ortho-FosFaat gehalte bij verschillende mg/p verhoudingen

300

concentratie (mg/l)

250 3,5

200

3,5 3

150

2,5 2

100

1,2

50 0 0

100

200

300

400

500

600

Tijd (min) De gegevens van bovenstaande grafiek zijn verzameld in bijlage 2. Deblijkt gegevens van bovenstaande grafiek zijn verzameld in bijlage 2.een Uit grafiek 14 dat bij een lichte overdosering en voldoende verblijftijd

grafiekvan 14 blijkt eenhaalbaar lichte overdosering en voldoende verblijftijd een ortho-fosfaat ortho-fosfaatUit gehalte onderdat 50 bij mg/l is. gehalte van onder 50 mg/l haalbaar is. 4.6.2 rejectie stroom Naar aanleiding van het verschil in ortho-fosfaat gehalte in de waterfase van het slib en in de rejectiestroom na ontwatering zijn deze resultaten in tabel 12 verzameld. tabel 12

ortho-FosFaat gehalte in het slib en in de rejectiestroom na ontwatering

po4-p (mg/l) reactor slib

po4-p (mg/l) rejectiestroom

170

150

150

110

33

3,4

32

2,1

33

2,8

87

41

96

110

42

1,7

22 5 juni 2012 - Struviet productie door 27 middel van het Airprex proces - 1

4,8

12 8,6 4,9

42

5

39

4,4

40

0,9

45

2,3

Rood = nulmeting

24

41/54

39

4,4

40

0,9

45

2,3


Rood = nulmeting

Grafiek 15: langjarig verloop ortho-fosfaat gehalte rejectiestroom ontwatering RWZI West graFiek 15

langjarig verloop ortho-FosFaat gehalte rejectiestroom ontwatering rwzi west 400

350

concentratie (mg/l)

300

250

200

150

Na toepassing van het Airprex proces is het ortho-fosfaat gehalte van de

100 jan-2007

jul-2008 jan-2010 rejectiestroom ongeveer 4 mg/l (tabel 12). In vergelijking met het lange jul-2011 termijn Tijd (maanden)

gemiddelde van het ortho-fosfaat gehalte van 250 mg/l in grafiek 15 is dit een afname van 98van % het vanAirprex het fosfaat rejectiestroom. Op basis het Na toepassing procesin isdehet ortho-fosfaat gehalte vanvan de rejectiestroom gemiddelde ortho-fosfaat (mg/l) delange reactor is degemiddelde verwijdering ongeveer ongeveer 4 mg/l (tabel 12). Ingehalte vergelijking metinhet termijn van het ortho-

86 %. gehalte van 250 mg/l in grafiek 15 is dit een afname van 98 % van het fosfaat in de fosfaat Het steeds terugkerende van hetortho-fosfaat ortho-fosfaat gehalte inin grafiek 15 lijkt rejectiestroom. Op basis vanpatroon het gemiddelde gehalte (mg/l) de reactor is de

een weergave te zijn86 van verwijdering ongeveer %. het functioneren van de biologische fosfaatverwijdering op rioolwaterzuivering, waarbij een duidelijk gehalte effect van de temperatuur Hetde steeds terugkerende patroon van het ortho-fosfaat in grafiek 15 lijkt een weergave

5 juni 2012 - Struviet productie door middel van het Airprex proces Waternet -1 (zomer/winter) te zien valt. Binnen

zal hiernaar verder onderzoek 42/54 te zijn van het functioneren van de biologische fosfaatverwijdering op de rioolwaterzuivering, plaatsvinden. waarbij een duidelijk effect van de temperatuur (zomer/winter) te zien valt. Binnen Waternet

zal hiernaar verder onderzoek plaatsvinden. In grafiek 16 is het effect van het proces op het ortho-fosfaat gehalte in de sliblijn weergegeven. In grafiek 16 is het effect van het proces op het ortho-fosfaat gehalte in de sliblijn weergegeven. graFiek 16

Grafiek 16: Overall resultaat experimenten gemeten in de waterfase) overall resultaat experimenten (ortho-FosFaat gemeten in de(ortho-fosfaat waterFase)

250 200 150 100 50 0 PO4-P (mg/l)

Gisting

MAP reactor

Centraat

214

36

4

Uit grafiek -16 blijkt dat het ortho-fosfaat gehalte in de reactor hoger ligt dan uiteindelijk in de rejectiestroom terecht Ontwatering en verdunning het toegevoegde polymeer Uit grafiek 16 blijkt dat komt. het ortho-fosfaat gehalte in dedoor reactor hoger ligt dan (10 %) zorgt voor ongeveer inOntwatering de rejectiestroom. uiteindelijk in de rejectiestroom terecht komt. en verdunning door het ~30 mg/l vermindering toegevoegde polymeer (10 %) zorgt voor ongeveer ~30 mg/l vermindering in de rejectiestroom.

25


4.6.3

Ontwatering uitgegist slib

4.6.3 ontwatering uitgegist slib Uit de experimenten blijkt een duidelijk verband tussen het gehalte aan orthoUit de experimenten blijkt een duidelijk verband tussen het gehalte aan ortho-fosfaat in de fosfaat in de rejectie stroom en het eind droge stof gehalte van de ontwatering. In rejectie stroom en het eind droge stof gehalte van de ontwatering. In grafiek 17 zijn deze grafiek 17 zijn deze resultaten weergegeven. resultaten weergegeven. Grafiek 17: Ortho fosfaat gehalte versus droge stof gehalte ontwatering

graFiek 17

ortho FosFaat gehalte versus droge stoF gehalte ontwatering

25,5 25 24,5 24

DS (%)

23,5 23 22,5 22 21,5 21 20,5 0

20

40

60

80

100

120

140

160

PO4 rejectiestroom (m g/l P)

vergelijking met met het het droge voor toepassing van van het Airprex proces is een InInvergelijking drogestof stofgehalte gehalte voor toepassing het Airprex proces duidelijke toename van het droge stofgehalte geconstateerd en een duidelijke afname van het is een duidelijke toename van het droge stofgehalte geconstateerd en een

polymeerverbruik. De gegevens zijn samengevat in 15. De gegevens zijn gebaseerd duidelijke afname van het polymeerverbruik. Detabel gegevens zijn samengevat in op gebruik van vloeibaar vlokmiddel. tabel 15. De gegevens zijn gebaseerd op gebruik van vloeibaar vlokmiddel. tabel 15

eFFect van airprexproces op de ontwatering van het uitgegist slib

Tabel 15: effect van Airprexproces op de ontwatering van het uitgegist slib parameter parameter droge stof (%) (%) Droge stof vlokmiddelverbruik (g/kg ds) (g/kg ds) Vlokmiddelverbruik

4.6.4

huidige situatie Huidige situatie

na airprex Na Airprex

22

22

25

25

14-16

14-16

11-13

11-13

Struvietkwaliteit 4.6.4 struvietkwaliteit

opdracht van van Berlinwasserbetriebe is een uitgebreid onderzoek verricht naar toepassing InInopdracht Berlinwasserbetriebe is een uitgebreid onderzoek verricht naar van op deze geproduceerd struviet (bijlage 3). De kwaliteit het in devan proef toepassing vanwijze op deze wijze geproduceerd struviet (bijlage 3).van De kwaliteit geproduceerde is getest door ICL (bijlage 2) endoor voldoet de eisen grondstof het in de proef struviet geproduceerde struviet is getest ICLaan (bijlage 2)om en als voldoet voor kunstmestproductie te worden gebruikt. aan dedeeisen om als grondstof voor de kunstmestproductie te worden gebruikt. 4.6.5 eFFect van het proces op de rwzi amsterdam west Op basis van bovenstaande resultaten kan een inschatting worden gemaakt wat de effecten zijn op rioolwaterzuivering als het Airprex proces op full scale zou worden toegepast. Hierbij wordt niet alleen naar de fosfaat verwijdering gekeken maar ook naar de extra chloride belasting op de zuivering. In figuur 19 wordt het effect weergegeven op de fosfaatbalans van de RWZI West.


26

44/54

Op basis van bovenstaande resultaten kan een inschatting worden gemaakt wat de effecten zijn op rioolwaterzuivering Airprex proces op full scale zou worden STOWA 2012-27 Struviet productie door als middelhet van het airprex proceS toegepast. Hierbij wordt niet alleen naar de fosfaat verwijdering gekeken maar ook naar de extra chloride belasting op de zuivering. In figuur 19 wordt het effect weergegeven op de fosfaatbalans van de RWZI West. Figuur 19 FosFaatbalans rwzi west Figuur 19: Fosfaatbalans RWZI West

107 kg P/d 1261 kg P/d

60 kg P/d

424 kg P/d 107 kg P/d

1154 kg P/d Struviet

320 kg P/d

reactor

De getallen in het rood zijn de hoeveelheden fosfaat (als P) per dag als het Airprex proces wordt De getallen in het rood zijn de hoeveelheden fosfaat (als P) per dag als het Airprex toegepast op rioolwaterzuivering Amsterdam West. Zonder behandeling van het uitgegist slib proces wordt toegepast op rioolwaterzuivering Amsterdam West. Zonder wordt ongeveer 40 % van het fosfaat teruggevoerd via de rejectiestroom naar het influent. behandeling van het uitgegist slib wordt ongeveer 40 % van het fosfaat Na behandeling van het uitgegist slib is dat nog maar 13 %. teruggevoerd via de rejectiestroom naar het influent. Na behandeling van het De chloride belasting van de rejectiestroom neemt met een 80 % toe ten opzichte van de uitgegist slib is dat nog maar 13 %. nulmeting. Voor de zuivering wordt deze belasting gecompenseerd door de vermindering of De chloride belasting van de rejectiestroom neemt met een 80 % toe ten opzichte stopzetten van de aanvullende FeCl3 dosering. van de nulmeting. Voor de zuivering wordt deze belasting gecompenseerd door de vermindering of stopzetten van de aanvullende FeCl3 dosering.


45/54

27


4.6.6 vergelijking resultaten met rwzi wassmansdorF (berlijn) en rwzi neuwerk (mönchen gladbach) tabel 16

overzicht resultaten toepassing airprex

rioolwaterzuivering ie (136) voorbezinking Fosfaatverwijdering

west

wassmansdorf

neuwerk

1.000.000

1.000.000

650.000

ja

ja

ja

Biologisch met

Biologisch met

Biologisch met

aanvullend chemisch ja (36 graden)



1900

2000

1680

20 dagen

20 dagen

20 dagen

ontwatering (techniek)

centrifuges

centrifuges

centrifuges

experimenten in

Proefreactor

Buffertank

Buffertank

250

250

150

4

5

5

droge stof ontwatering voor behandeling (%)

22,4

21

21

droge stof ontwatering na behandeling(%)

25,1

27

26

1,8-2,2

1,5-2

1,5

7,8-8

7,8-8

7,8-8

nee

ja

ja

(500 beoogd)

800

250

(6)

9

3,5

struvietproductie (t/d)

(2,6)

2,5

1

Beluchting (m3 lucht/m3 slib)

(15)

18

10

5

5

-

gisting (temperatuur) Belasting gisting (m3/d) verblijftijd

Po4-P gehalte rejectiestroom (mg/l P) voor behandeling Po4-P gehalte rejectiestroom (mg/l P) na behandeling

mg/P ph Praktijkschaal reactor volume (m3) verblijftijd (h)

mgcl2 dosering (l/m3 slib)

Uit tabel 16 blijkt dat de resultaten van de proefreactor goed overeenkomen met de resultaten op de zuiveringen in Duitsland.

28


4.7 business case

Op basis van bovenstaande resultaten en daaruit volgende kengetallen is het mogelijk om een businesscase te maken. Uitgangspunten businesscase: • Magnesiumchloride dosering 3000 ton (32%) per jaar (Mg/P = 2) • aanvoer 100 m3/h met een ortho-fosfaat gehalte van gemiddeld 250 mg/l als P • reactorvolume 500 m3 • droge stofverbetering van 3 % (absoluut) • verlaging fosfaatbelasting waardoor vermindering van de aanvullende chemicaliëndosering (FeCl3) van 2566 ton naar 781 ton per jaar • Besparing aan onderhoud van ontwatering, leidingwerk en schoonmaken slibbuffer tabel 17

kosten en baten airprexproces voor de rioolwaterzuivering amsterdam west

kosten per jaar kosten verbruik magnesiumchloride (32%)

182.000 €/j

kapitaallasten reactor

307.000 €/j

energie

26.000 €/j

onderhoud

92.000 €/j

personeel verbruik ijzerchloride waterlijn investeringen waterlijn

60.000 €/j 134.000 €/j - €/j

baten slibafvoer (transport)

32.000- €/j

slibafvoer (verwerking aeB)

649.000- €/j

Pe (ontwatering)

131.000- €/j

kosten totaal

11.000- €/j

huidige kosten fosfaat verwijdering

441.000 €/j

BesParing per jaar (afgerond)

450.000 €/j

Uit bovenstaande tabel blijk dat het proces negatieve kosten dus baten oplevert van ~€ 450.000 per jaar. Bij een investering van € 4.000.000 is de terugverdientijd ongeveer 9 jaar.

29


5 conclusies en discussie 5.1 conclusies Onderzoek op pilotschaal gedurende 2 weken heeft aangetoond dat de toepassing van het Airprex proces heeft geleid tot: • een droge stof verbetering van 3 % (absoluut) • een verlaging van vlokmiddelgebruik van 20 %. • een ortho-fosfaatgehalte in de rejectiestroom van de ontwatering naar de zuivering kleiner dan 5 mg PO4-P /l. • gecontroleerde vorming van struviet wat zal leiden tot minder scaling en verstoppingen in de sliblijn. Een nadeel is gebleken dat er twee keer de stiochiometrische hoeveelheid magnesium ten opzichte van het ortho-fosfaat gehalte nodig is om de droge stof verbetering van 3 % (absoluut) te realiseren. De globale business case laat zien dat het proces financieel haalbaar is waarbij de opbrengst van het struviet nog niet is meegerekend. De baten van het proces zullen voor de verschillende waterschappen sterk afhankelijk zijn van op welke wijze de eindverwerking van het ontwaterd slib plaats vindt. De vermindering van de hoeveelheid ontwaterd slib door een hoger eind droge stof gehalte zal niet voor elk waterschap dezelfde baten opleveren.

5.2 discussie Naar aanleiding van bovenstaand onderzoek zal bij de nieuwbouw van rioolwaterzuiveringsinstallaties met biologische fosfaatverwijdering rekening worden gehouden met mogelijke extra kosten in de slibverwerking vanwege ongewenste vorming van struviet of verminderde ontwaterbaarheid van het uitgegist slib. Dat wil zeggen dat bij het ontwerp rekening moet worden gehouden met een mogelijke toevoeging van een extra processtap of aanvullende maatregelen om bovenstaande problemen te voorkomen. Toepassing van het Airprex proces binnen de Nederlands rioolwaterzuiveringen is het meest geschikt voor zuiveringen met biologische fosfaatverwijdering en gisting. De afscheiding van het struviet uit het slib moet nog verder worden onderzocht, omdat dit nog niet aan bod is gekomen in dit onderzoek. Ook dient nog te worden onderzocht waarom de ontwaterbaarheid van het slib verbeterd door toepassing van het Airprex proces. Of is het wellicht een gecombineerd effect van magnesiumionen en een verlaagd ortho-fosfaat gehalte? Een nadeel van het strippen van het CO2 met behulp van lucht is dat dit kan leiden tot verhoogde emissies van methaan (broeikasgas) en ammoniak naar de buitenlucht.

30


5.3 vervolg Een mogelijk vervolg is verder onderzoek naar de afscheiding van struviet en de kristalgroei om de productie van struviet te maximaliseren. Waterschap Reest en Wieden heeft de intentie het Airprex-proces als onderdeel van de centrale slibverwerking in Echten toe te passen (website Waterschap) en wordt op praktijkschaal met succes toegepast op de RWZI Emmen (Website Velt en Vecht). Waternet heeft de intentie om naar aanleiding van het onderzoek het Airprex syteem toe te passen op RWZI Amsterdam West.

31


literatuurlijst artikelen gepubliceerd Battistoni P, de angelis a, Prisciandro m, Boccadero r and Bolzonella d (2002) P removal from anaerobic supernatants by struvite crystallization: long term validation and process modelling. Water research 36 (8) 1927-1938 gilbert n, (2009) the disappearing nutrient. Nature Vol 461 716-718 8 October 2009 heinzmann B and engel g (2006) induced magnesium ammonia phosphate precipitation to prevent incrustations and measures for phosphorus recovery. Water Practice & Technology Vol 1(3). heinzmann B, (2007) Phosphorus recovery on large scale water purification plants. Presentation at the Urban Sustainability Conference II International Water Conference September 12-14, 2007 Berlin, Germany. jaffer y, clark ta, Pearce P and Parsons sa (2002) Potential phosphorus recovery by struvite formation. Water research 36 (2002) 1834-1842 lengemann a and ewert w (2008) Phosphor- rückgewinnung- eine zukunftsorientierte strategie in der abwasseraufbereitung. Die Wasserlinse Vom Praktiker für den Praktiker 7/2008 8-9 marti n, Bouzas a, seco a and Ferrer j (2008) struvite precipitation assessment in anaerobic digestion processes. Chemical engineering journal Vol 141 (1-3) 67-74 marti n, Pastor l, Bouzas a, Ferrer j and seco a (2010) Phosphorus recovery by struvite crystallization in wwtPs: influence of the sludge treatment line operation. Water Research, doi:10.1016/j.watres.2009.12.043 münch, von e and Barr k (2001) controlled struvite crystallization for removing phosphorus from anaerobic digester sidestreams. Water research 35 (1) 151-159 musvoto ev, ekama ga, wentzel mc and loewenthal re, (2000) extension and application of three-phase weak acid/base kinetic model to the aeration treatment of anaerobic digester liquors. Water SA Vol. 26(4) 417-438. neetlin jB and Benisch m (2004) struvite control through process and facility design as well as operation strategy. Water Science and Technology

32


Parsons sa and doyle jd (2004) struvite scale formation and control. Water Science and Technology 49 (2) 177-182 Peeters B, herman s, (2007) monitor cations in cPi wastewater for better performance. Chemical Engineering May 2007 56-62 rahaman ms, ellis n and mavinic ds (2008) effects of various process parameters on struvite precipitation kinetics and subsequent determination of rate constants. Water Science and Technology Vol 57 (5) 647-654 reichert j, (2007) möglichkeiten und grenzen der biologischen P-elimination, Praxisbeispiel: klärwerk mönchengladbach-neuwerk. Presentation at the „ 21. Karlsruher Flockungstage 20-21 nov. 2007, Karlsruhe rensburg van P, musvoto ev, wentzel mc and ekama ga (2002) mineral precipitation from anaerobic digester liquor at the cape flats sewage treatment plant. Paper presented at the Biennial conference of the water institute of southern africa (wisa) 19-23 may 2002, durban, south africa. saidou h, korchef a, Ben moussa s and Ben amor m (2009) struvite precipitation by the dissolved co2 degasification technique: impact of the airflow rate and ph. chemosphere 74 (2009) 338-343 ueno y and Fujii m (2001) three years experience of operating and selling recovered struvite from full scale plant. environmental technology 22 (11) 1373-1381 artikelen internet (ongepubliceerd) destison B.(2006) control of the phosphorus recirculation by co2 stripping of anaerobic digested sludge in a wwtP running only Bio-P. master thesis lund university zweden

nakamura t, nakabayashi a, nakamura t (2008) experiment on Phosphorus recovery from digested sludge using struvite crystallization method. ceeP scope newsletter 2008

rapporten hermann l (2009) rückgewinnung von Phosphor aus der abwasserreinigung, eine Bestandsaufname. 29/09 Bundesamt für umwelt BaFu, Bern. Pinnekamp et al. (2007) rückgewinnung eines schadstofffreien, mineralischen kombinationdüngers “magnesiumammoniumphosphat – maP” aus abwasser und klärschlamm. 25/07 umwelt Bundes amt.

kalogo y, monteith h (2008)state of science report: energy and resource recovery from sludge (gwrc: global water research coalition) stowa (2011), Fosfaatterugwinning in communale afvalwaterzuiveringsinstallaties

33


bijlage 1

resultaten van de verschillende magnesiumdoseringen tabel

gegevens mg/p =3,5 (1)

tijd (min)

tabel

231

41

0,23

135

116

1,10

180

33

78

3,01

360

32

110

4,38

ortho-p (mg/l)

mg (mg/l)

mg/p

231

41

0,23

gegevens mg/p =3,5 (2)

180

42

160

4,86

360

42

114

3,45

480

33

110

4,25

gegevens mg/p =3

tijd (min)

ortho-p (mg/l)

mg (mg/l)

mg/p

0

220

34

0,20

120

36

90

3,19

365

42

74

2,25

490

39

94

3,07

ortho-p (mg/l)

mg (mg/l)

mg/p

0

240

40

0,21

105

50

34

0,87

420

27

59

2,79

540

22

94

5,45

gegevens mg/p =2,5

tijd (min)

tabel

mg/p

90

0

tabel

mg (mg/l)

0

tijd (min)

tabel

ortho-p (mg/l)

gegevens mg/p = 2,1

tijd (min) 0

ortho-p (mg/l)

mg (mg/l)

mg/p

250

40

0,20

90

96

14

0,19

270

22

24

1,39

Korter experiment vanwege problemen met de installatie waardoor er minder gegevens beschikbaar zijn.

34


tabel

gegevens mg/p =1,2

tijd (min)

tabel

ortho-p (mg/l)

mg (mg/l)

mg/p

0

245

40

0,21

195

72

13

0,22

315

41

19

0,59

ortho-FosFaat gehalte rejectiestroom versus droge stoF gehalte ontwatering

po4-p rejectiestroom (mg/l)

ds (%)

150

21,1

110

22,2

3,4

23,8

2,1

24,6

2,8

24,9

41

23,1

110

21,5

1,7

24,8

12

23,3

35


bijlage 2

analyseresultaten struviet icl totaal

wateroplosbaar

P2o5

14.4

4.1

k2o

0

0

mgo

8.3

0.7

cao

1.0

0

so4

0.1

0.1

nh4

2.7

1.6

analyse in lijn met de verwachtingen, product ziet er fysisch er goed uit.

36


bijlage 3

atB raPPort struviet Landwirtschaftliche Qualitätsansprüche an rückgewonnenen Phosphor Kooperation: Berliner Wasserbetriebe Humboldt-Universität zu Berlin

Jürgen Kern, Christof Engels, Bernd Heinzmann, Andreas Lengemann

Mit zunehmendem Verbrauch der wirtschaftlich erschließbaren Phosphorvorkommen gewinnt die Kreislaufführung von Phosphor an Bedeutung. Eine Option ist die Rückgewinnung von Phosphorverbindungen aus dem Abwasserstrom und deren anschließende Nutzung im Pflanzenbau. Durch Aufbereitung eines Berliner Klärschlamms und Abtrennung von Magnesiumammoniumphosphat (MAP = Struvit) lässt sich ein wirksamer, mineralischer Phosphordünger herstellen.

Phosphorbereitstellung in Deutschland Der Phosphorentzug durch die Ernteproduktion liegt in Deutschland jährlich bei etwa 560.000 t (Schnug et al. 2003). Mit fortschreitender Verknappung der förderwürdigen natürlichen Phosphorvorkommen wird der Anteil an Sekundärrohstoffdüngern steigen.

7%

Düngewirksamkeit In Anlehnung an die Düngemittelverordnung entspricht das ausgefällte und entwässerte Struvit mit einem Phosphorgehalt von 6,1% näherungsweise der Klasse „Teilaufgeschlossenes Rohphosphat mit Magnesium“. 98,8% des Gesamt-P sind zitronensäurelöslich, allerdings nur 3,5% wasserlöslich. Eine gute Pflanzenverfügbarkeit des struvitbürtigen Phosphors zeigte sich in Gefäßversuchen mit Weizen und Mais (Kern et al. 2008).

38%

P-Aufnahme (mg P pro Gefäß)

Wirtschaftsdünger Mineraldünger

55 %

Sekundärrohstoffdünger

Sekundärrohstoff Klärschlamm Struvit (MAP) Bioabfall Tiermehl Fleischknochenmehl Schlempe

Gehalt

Potenzial

%P 2,1 6,1 0,4 3,1 6,1 0,7

t P/Jahr 47.300 7.300 15.300 12.000 9.500 273

verändert nach Fricke & Bidlingmaier (2003)

Vom Klärschlamm zum Düngemittel Zur Entfernung von Phosphor aus dem Berliner Abwasser wird das Verfahren der vermehrten biologischen Phosphorelimination angewendet. Im Faulschlamm erfolgt nach Zugabe von MgCl2 eine gezielte Ausfällung von Struvit (NH4MgPO4), welches durch Sedimentation und durch zusätzliche Hydrozyklonabscheidung in kristalliner Form gewonnen werden kann. (Heinzmann & Engel 2005).

Wurzel

50

Spross 85.9%

66.7%

40 30 20 10 0

it uv Str

e oll nt r Ko

it uv Str

e oll nt r Ko

Weizen

Mais

Risikopotenzial und weitere Anforderungen an neue Düngemittel Element

Blei Cadmium Chrom Kupfer Nickel Quecksilber Zink

Σ SI

AbfKlär-VO GW

Struvit (MAP) G SI

mg/kg TS

mg/kg TS

900 5 900 800 200 8 2.000

44 0,6 42 160 19 2 340

Klärschlämme G SI mg/kg TS

0,05 0,12 0,05 0,20 0,10 0,25 0,17

0,93

46 1,3 34 264 23 1,1 862

Triplesuper-PO4 G

SI

mg/kg TS

0,05 0,26 0,04 0,33 0,12 0,14 0,43

1,36

13 27 287 27 33 0,07 333

0,01 5,40 0,32 0,03 0,17 0,01 0,17

6,11

Schadstoffindex (SI) = Gehalt (G) / Grenzwert (GW)

Hochreine, faulschlammbürtige Struvit-Kristalle

Gemessen am Schwermetallgehalt von Klärschlämmen und handelsüblicher Phosphormineraldünger, enthält das untersuchte Struvit nur geringe Mengen an Schwermetallen. Insbesondere im Hinblick auf die Cadmiumproblematik ist es einigen Mineraldüngern weit überlegen. Damit erfüllt das aus dem Abwasser-/Klärschlammstrom gewonnene Struvit die wesentlichen Voraussetzungen, um als Düngemittel in der Pflanzenproduktion eingesetzt werden zu können.

Aus dem Faulschlamm der Berliner Wasserbetriebe gewonnenes Struvit besitzt ein hohes Düngepotenzial (P, N, Mg). Unter Beachtung möglicher Schwermetallfrachten ist das untersuchte Struvit als Düngemittel geeignet. Mit der düngemittelrechtlichen Deklaration und Zulassung als Düngemittel können damit etwa 5% des jährlichen Einsatzes an mineralischen Phosphordüngemitteln in Deutschland eingespart werden.

www.atb-potsdam.de Leibniz-Institut für Agrartechnik Potsdam-Bornim e.V., Max-Eyth-Allee 100, 14469 Potsdam, Fon 0331 5699-0/-123, [email protected]

37

Struviet productie door middel van het

Recommend Documents