OPTIES VOOR MESTVERWERKING

OPTIES VOOR MESTVERWERKING Wim Rulkens, Sectie Milieutechnologie, WUR, [email protected] Focus: Verwerken van mest met als doel: Productie van waardevolle componenten voor hergebruik Productie van energie Preventie van emissies naar het milieu Betere benutting van de mest voor direct gebruik Acceptabele kosten Acceptabel proces

environmental technology

07-0063

1

OVERZICHT 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10.

Karakteristieke samenstelling van mest Typen mestverwerkingsprocessen Beoordelingscriteria Duurzaamheidscriteria Enkelvoudige technieken / processen Gecombineerde technieken / processen Bewezen / toepasbare technieken Kosten Slotopmerkingen Conclusies


07-0063

2

KARAKTERISTIEKE SAMENSTELLING VARKENSDRIJFMEST (indicatief) Component

Concentration (g/kg)

Water

900

Droge stof

100

•

Vluchtig

70

•

Niet vluchtig

30

Gesuspendeerde stof

80

Chemisch zuurstof verbruik

120

N-Kjeldahl

8

•

6

N-ammonia

P (als P2O5)

5

K (als K2O)

8

Ca (als CaO)

4

Mg (als MgO)

2

Cl-

2

S (als SO42-)

2

pH

7

Hoofdzakelijk waardevolle componenten

Onkruidzaden, ziektekiemen, bestrijdingsmiddelen, medicijnresten, zware metalen environmental technology

07-0063

3

KARAKTERISTIEKE SAMENSTELLING VAN KIPPENMEST (INDICATIEVE WAARDEN)

Component

Concentratie (g/kg)

Water

500

Droge stof

600

•Organische droge stof

500

P (als P2O5)

20

N (Kjeldahl)

30

•Organisch

25

•Ammoniak

5

K (als K2O)

20

Mg (als MgO)

6


07-0063

Hoofdzakelijk nuttige componenten

4

DOEL MESTVERWERKING Verwerken van mest met als doel: Productie van waardevolle componenten voor hergebruik Productie van energie Preventie van emissies naar het milieu Betere benutting van de mest voor direct gebruik Acceptabele kosten Acceptabel proces environmental technology

07-0063

5

TYPEN MESTVERWERKINGSPROCESSEN Enkelvoudige technieken / processen Scheiding in verschillende typen mestfracties Verandering van samenstelling mestcomponenten Samengestelde technieken / processen Combinaties van enkelvoudige technieken Winning van waardevolle componenten Meestal ook nog een restfractie Complete verwerkingsprocessen Mest wordt volledig verwerkt tot waardevolle producten en zuiver water Emissies van milieuverontreinigingen naar bodem, water, atmosfeer zijn minimaal / voldoen aan emissiestandaards


07-0063

6

BEOORDELINGSCRITERIA Technische haalbaarheid Financiële haalbaarheid Maatschappelijke haalbaarheid Duurzaamheid


07-0063

7

DUURZAAMHEIDSCRITERIA BIJ MESTVERWERKING Mate van directe nuttige toepassing meststromen (C, N, P, K, Mg). Verwerking kan leiden tot een betere benutting van deze componenten en een lagere emissie Mate van terugwinnen van C, N, P, K, Mg, (water) voor nuttig hergebruik Benodigde energie en grondstoffen voor de verwerking Emissies naar bodem, water, atmosfeer Vaste residuen die moeten worden gestort


07-0063

8

ENKELVOUDIGE TECHNIEKEN / PROCESSEN (I)

Mechanische scheiding (drijfmest) Filtreren Zeven Bezinken Centrifugeren • Dunne en dikke fractie • Geen verandering in componenten • P in dikke fractie • K, N in dunne fractie


07-0063

9

ENKELVOUDIGE TECHNIEKEN / PROCESSEN (II) Fysische scheiding Strippen (ammoniak: hoge pH) Ionenwisseling (vloeistoffase: K, NH4+) Ultrafiltratie / microfiltratie. Kleinere moleculen passeren het membraan: K, NH3, opgeloste P en C Omgekeerde osmose. Nagenoeg alleen water passeert het membraan, concentraat blijft achter Verdamping (water, NH3) Drogen (water) Aanzuren (NH3 NH4+) Absorptie in zuur (vanuit de gasfase: NH3) environmental technology

07-0063

10

ENKELVOUDIGE TECHNIEKEN / PROCESSEN (III) Microbiologische omzettingsprocessen Aerobe behandeling (CO2) Anaerobe behandeling (biogas, CO2/CH4) Nitrificatie (NH3 NO3-) Denitrificatie (NO3- N2) Composteren (verdamping water, emissie van CO2, NH3, N2O) Biowassing (verwijdering NH3, H2S, stankcomponenten uit gasfase) Biofiltratie (verwijdering NH3, H2S, stankcomponenten uit gasfase) Kweken van algen (nuttig gebruik van N en P) Kweken van eendenkroos (nuttig gebruik van N, K en P)


07-0063

11

ENKELVOUDIGE TECHNIEKEN / PROCESSEN (IV) Thermische behandeling Verbranden (kippenmest, dikke fractie na scheiden: energie) Pyrolyse (verhitten van mest tot 5000C zonder toevoer van zuurstof: gas (CH4, CO, CO2, H2), vloeistof, vaste stof) Vergassen (verhitten van mest tot 10000C, ondermaat O2: CO2, CO, H2, CH4, kool) Hydrothermolyse (verhitten in vloeistoffase tot 6000C onder druk: H2, CH4, CO2, CO) Superkritische oxidatie (oxideren in waterfase met O2 : energie, CO2, N2, zouten) Subkritische oxidatie Hygieniseren environmental technology

07-0063

12

ENKELVOUDIGE TECHNIEKEN / PROCESSEN (V)

Chemische processen Aanzuren (H2SO4, pH verlaging) Toevoeging loog (NaOH, Ca(OH)2, pH verhoging) Precipitatie (struvietvorming: Mg2+ + NH4+ + PO43MgNH4PO4.6H2O) Chemische precipitatie van PO43- mbv calciumhydroxide of magnesiumhydroxide Hygieniseren Transmembraan-chemosorptie (NH3)


07-0063

13

COMPOSTERING schone lucht recirculatie lucht toevoegingen vaste mest

lucht behandeling

waterfase

vervuilde lucht composterings reactor (650C)

lucht

compost (C,P,K,Mg,N) waterfase

• Aeroob biodegradatieproces: drogen, stabilizeren, hygieniseren

• Modificaties: open en gesloten systemen • Emissies: NH3, N2O, CH4, CO2, stank, water • Mest: vaste fractie, kippenmest


07-0063

14

DROGEN EN KORRELEN schone lucht drooglucht drijf mest

opmenging half met gedroogde droge mest

mest

droger

condensor, chemische wasser

droog product korrelen

waterfase met ammoniumzout

korrels • energie drooglucht: ventilatie lucht, afvalwarmte • drijfmest, vaste mestfraktie, kippenmest • verschillende modificaties: ook aanzuren, combinatie met vergisten environmental technology

07-0063

15

ANAEROBE VERGISTING

bedrijf, electriciteitsnet

electriciteit + warmte

biogas

afvalwarmte drijfmest

• • • •

Biogas opslag

vergister 35o C 45 dagen verblijftijd

vergiste mest

biogas opbrengst: 15 – 40 m3 / m3 mest (65% CH4) toename NH3 concentratie in de vergiste mest vergiste mest moet nog verder worden verwerkt (bv scheiden) co-vergisting: • toename in biogas hoeveelheid • geen aparte installatie voor verwerking biomassa • meer vaste stof in vergiste mest


07-0063

16

NITRIFICATIE / DENITRIFICATIE CO2 N2O

N2

vloeidrijfmest mechanische bare scheiding fractie (80%)

nitrificatie NH3 NO3 denitrification NO3 N2

bezinker

vaste fractie (P-rijk)

lucht tbv aerobe omzetting

vaste fractie (slib)

dunne fractie

vaste fractie (P-rijk): drogen, verbranden, gebruik als mest op het land dunne fractie: lage concentratie N-componenten environmental technology

07-0063

17

INDAMPING damp (H2O, NH3) drijf mest

mechanische scheiding

vloeibare fractie

warmtewisselaar

vaste fractie P2O5 Concentraten: meststof, verdere concentrering / terugwinning Effluent: lage concentratie van NH3, versproeien / lozen Energie: mogelijk ook gebruik biogas environmental technology

meertraps indamper

energie

stripper effluent absorber concentraat (NH4)2 SO4 07-0063

H2 SO4 concentraat K, Mg, (P,N) organische stof 18

ULTRAFILTRATIE / MICROFILTRATIE GEVOLGD DOOR OMGEKEERDE OSMOSE

drijf mest

mechanische scheiding

vaste fractie (30% droge stof, P2O5, NH3)

ultrafiltratie deeltjes omgekeerde effluent microfiltratie osmose vrij tot 1 atm tot 30 atm concentraat (organische stof, P2O5)

concentraat, (P2O5, NH3 K, Mg)

•Vaste fractie: drogen, composteren, verbranden •Concentraat ultrafiltratie: verdere bewerking nodig, gebruik als mestvloeistof •Concentraat omgekeerde osmose: verdere bewerking nodig, gebruik als mestvloeistof •Effluent omgekeerde osmose: riool, spoelwater, versproeien


07-0063

19

VERBRANDING verbrandingslucht

schone lucht

vaste mest

warmtewisselaar

NH3 ,ureum rookgasreiniging

verbrandings- heet gas installatie

turbine

vliegas (20% P2O5, 3% K2O) electrische energie

as: 20% PO4 • • •

Mest: vaste fractie, kippenmest (meer dan 30% droge stof) As: hieruit kan fosfaat worden teruggewonnen Afvalwarmte kan gebruikt worden voor drogen vaste mest


07-0063

20

PROMEST

KALK

Aerobe behandeling (nitrificatie)

MEST

Zeven

slib

Anaerobe behandeling

vloeistof

BIOGAS

Centrifugeren Stofverwijdering

vloeistof condensaat Verdamping damp Condensatie

koek

damp

Condensatie concentraat

MINERALEN

SCHOON WATER environmental technology

Drogen

droog produkt

Korrelen

PRODUKT 07-0063

21

MEST

MEMON

Zeven

ANORGANISCH ZUUR

Aanzuren drager olie

damp

Verdampen

mest deeltjes VARKENS OLIE

Strippen mest deeltjes

MINERALEN

Korrelen

Olie / Water scheiding Anaerobe behandeling Aerobe behandeling

PRODUCT environmental technology

drager olie

Centrifugeren

Condensatie

07-0063

SCHOON WATER

drager olie

Strippen

Menging

BIOGAS

slib

22

TOEPASBARE, BEWEZEN TECHNIEKEN (KERNPROCESSEN VAN VERWERKINGSROUTES) Hygieniseren Scheiden Vergisten / co-vergisten Vergassen, pyrolyseren, verbranden Drogen/ korrelen Nitrificatie / denitrificatie Chemische luchtwassing Biofiltratie, biowassing Composteren Omgekeerde osmose Ultrafiltratie / microfiltratie Precipitatie Strippen / absorberen Indampen Aanzuren environmental technology

07-0063

23

KOSTEN (ZEER INDICATIEF)

Bepalende factor in de uiteindelijk keuze van een verwerkinsproces Netto kosten: bruto kosten – opbrengst Range bruto verwerkingskosten: 1-2 euro tot 20-30 euro per ton verwerkte ruwe mest Opbrengst product: tot 100 euro per ton product


07-0063

24

TOEKOMSTIGE UITDAGINGEN Efficiëntere omzetting / terugwinning van de waardevolle componenten! Ontwikkeling markten voor produkten uit mestverwerking Productie van algen of eendenkroos? Mestfracties gebruiken als bron van N en P Permeaat UF, MF, HF, filtraat mechanische scheiding Algen en eendenkroos in principe interessant als biomassa, veevoer, grondstof Productie van algen per ha vele malen hoger dan produktie terrestrische biomassa (biodiesel) Hergebruik assen thermische processen, concentraat omgekeerde osmose. Integratie van mestverwerking met dierlijke productiesysteem, inclusief dierwelzijn (ketenbenadering) environmental technology

07-0063

25

CONCLUSIES (I) Dierlijke mest is in principe een waardevolle grondstof (energie, P, N, K, Mg) Duurzame verwerking: zoveel mogelijk terugwinnen van waardevolle componenten voor hergebruik, zo gering mogelijke belasting van het milieu Verwerkingstechnologie is in ruime mate voorhanden Verbeteringen mogelijk Innovaties mogelijk Milieuproblemen kunnen volledig opgelost worden


07-0063

26

CONCLUSIES (II) Netto kosten = bruto kosten

–

opbrengst

(hoger bij meer intensieve

(hoger bij meer intensieve

en complete processen)

en complete processen)

Duurzame verwerking is mogelijk Benutting nutrienten Productie van duurzame energie Productie van waardevolle grondstoffen Besparing op kunstmest Aan de milieunormen kan worden voldaan Koploperspositie voor Nederland? Ketenbenadering!


07-0063

27

OPTIES VOOR MESTVERWERKING

Recommend Documents