Odzysk fosforu z osadów ściekowych – motywacja i przykładowe rozwiązania technologiczne

• Autorzy: Gierlotka K.

Identyfikatory

DOI

10.15199/17.2015.10.4

Warianty tytułu

EN

Phosphorus recovery from sewage sludge – motivation and examples of technological solutions

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Fosfor jest niezbędnym elementem budulcowym wszystkich organizmów żywych, a także pierwiastkiem kluczowym dla zachodzenia wielu ich procesów metabolicznych, dlatego zarówno rośliny jak i zwierzęta muszą pobierać fosfor w procesach odżywania. Obecnie przemysłowa produkcja żywności jest uzależniona od stosowania nawozów fosforowych, do których produkcji wykorzystuje się obecnie głównie skałę fosforową. Jej wydobycie rozpoczęło się w połowie XIX w. i od tego czasu stale rośnie. Złoża skały fosforowej są ograniczone i, jeżeli sposób gospodarowania surowcami fosforowymi nie ulegnie zmianie, wyczerpane zostaną w ciągu maksymalnie 100 lat. Jednym ze sposobów na zrównoważenie gospodarki fosforem, a tym samym zapewnienie światowego bezpieczeństwa żywności, jest wprowadzanie do ciągów technologicznych oczyszczalni ścieków procesów mających na celu odzysk fosforu. Ładunki fosforu dopływające do oczyszczalni zostają w większości zatrzymane w osadach ściekowych po oczyszczaniu biologicznym lub po chemicznym strącaniu. Różne metody odzysku fosforu można stosować m.in. dla popiołów po spalaniu osadów ściekowych, wód osadowych z procesów odwadniania i fermentacji beztlenowej osadów, a także dla surowych osadów. W ciągu ostatnich kilkudziesięciu lat wdrożono w skali przemysłowej jedynie nieliczne technologie odzysku fosforu. Najwięcej takich obiektów funkcjonuje w Japonii, ale znajdują się już one również w Niemczech czy w Holandii. Wciąż poszukuje się także nowych rozwiązań, czego dowodzą prowadzone w ostatnich latach badania laboratoryjne.

EN

Phosphorus is a chemical element essential for all living organisms due to its role in building organisms’ structure and in their metabolism. Both plants and animals need to receive phosphorus through nutrition processes. Nowadays, food production relies upon the use of phosphate fertilizers, which are produced mainly from phosphate rock. Mining of phosphate rock began in the middle of 19th century, and since then it’s rate constantly grows. However the reserves are limited and shall be depleted in no more than 100 years, unless the phosphorus resources management methods change. One of the solutions may be introduction of phosphorus recovery technologies to the wastewater treatment plants. Majority of the phosphorus load reaching a wastewater treatment plant stays in the sewage sludge originating from activated sludge process or chemical precipitation. Various phosphorus recovery methods can be applied to sewage sludge ash, sludge dewatering and anaerobic digestion processes supernatants, as well as to raw sewage sludge. Few industrial scale phosphorus recovery technologies have been introduced through last 28 years. Most of these installations are located in Japan, but they can also be found in e.g. Germany or Netherlands. There is also extensive research work being carried out, aiming for new solutions.

Słowa kluczowe

PL

oczyszczanie ścieków; odzyskiwanie fosforu; osady ściekowe

EN

wastewater treatment; phosphorus recovery; sewage sludge

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Gaz, Woda i Technika Sanitarna
• Rocznik: 2015
• Tom: Nr 10
• Strony: 368--373
• Opis fizyczny: Bibliogr. 35 poz., wykr.

Twórcy

autor

Gierlotka K.

• Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Środowiska; ul. Zapustna 36 m. 22, 02-482 Warszawa, tel.: [phone]

Bibliografia

• [1] de-Bashan L. E., Bashan Y., Recent advances in removing phosphorus from wastewater and its future use as fertilizer (1997–2003), Water Research, tom 38, nr 19, 2004 r., s. 4222–4246.
• [2] Battistoni P., Pavan P., Prisciandaro M., Cecchi F., Struvite crystallization: A feasible and reliable way to fix phosphorus in anaerobic supernatants, Water Research , tom 34, nr 11, 2000 r., s. 3033–3041.
• [3] Bi W., Li Y., Hu Y., Recovery of phosphorus and nitrogen from alkaline hydrolysis supernatant of excess sludge by magnesium ammonium phosphate, Bioresource Technology, tom 166, 2014, s. 1–8.
• [4] Blöcher Ch., Niewersch C., Melin T., Phosphorus recovery from sewage sludge with a hybrid process of low pressure wet oxidation and nanofiltration, Water Research, tom 46, nr 6, 2012 r., s. 2009–2019.
• [5] Bradford-Hartke Z., Lant P., Leslie G., Phosphorus recovery from centralised municipal water recycling plants, Chemical Engineering Research and Design, tom 90, nr 1, 2012 r., s. 78–85.
• [6] Cordell D., Drangert J.-O., White S., The story of phosphorus: Global food security and food for thought, Global Environmental Change, tom 19, nr 2, 2009 r., s. 292–305.
• [7] Cordell D., Rosemarin A., Schröder J. J., Smit A. L., Towards global phosphorus security: A systems framework for phosphorus recovery and reuse options, Chemosphere, tom 84, nr 6, 2011 r., s. 747–758.
• [8] Cordell D., Schmid-Neset T., White S., Drangert J.-O., Preferred future phosphorus scenarios: A framework for meeting long-term phosphorus needs for global food demand, w: Proceedings of an International Conference on Nutrient Recovery from Wastewater Streams, Vancouver, 2009, ed. Mavinic D, Ashley K., Koch F., IWA Publishing, 2009.
• [9] Doyle J. D., Parsons S. A., Struvite formation, control and recovery, Water Research, tom 36, nr 16, 2002 r., s. 3925–3940.
• [10] Gifhorn. Sludge Leaching, 2015, dostępny w internecie: http://p-rex.eu/ uploads/media/PREX_Factsheet_GIFHORN.pdf [dostęp 07.07.2015 r.].
• [11] Górecki H., Górecka H., Chojnacka K., Możliwości wykorzystania technologicznego odnawialnych źródeł fosforu, Przemysł Chemiczny, 85/8-9, 2006 r., s. 81–818.
• [12] Güney K., Weidelener A., Krampe J., Phosphorus recovery from digested sewage sludge as MAP by the help of metal ion separation, Water Research, tom 42, nr 18, 2008 r., s. 4692–4698.
• [13] Günther L., Dockhorn T., Dichtl N., Müller J., Urban I., Phan L. C., Weichgrebe D., Rosenwinkel, Bayerle N., Technical and scientific monitoring of the large-scale seaborne technology at the WWTP Gifhorn, Water Practice & Technology, tom 3, nr 1, 2008 r., s. 1–9.
• [14] Hirota R., Kuroda A., Kato J., Ohtake H., Bacterial phosphate metabolism and its application to phosphorus recovery and industrial bioprocesses, Journal of Bioscience and Bioengineering, tom 106, nr 5, 2010 r., s. 423–432.
• [15] Hwang H.-J., Choi E., Nutrient control with other sludges in anaerobic digestion of BPR sludge, Water Science Technology, tom 38, nr 1, s. 1998, 295–302.
• [16] Jaffer Y., Clark T. A., Pearce P., Parsons S. A., Potential phosphorus recovery by struvite formation, Water Research, tom 36, nr 7, 2002 r., s. 1834–1842.
• [17] Jasinski S. M., Phosphate Rock, Mineral Commodity Summaries, U.S. Geological Survey, 2014, dostępny w internecie: http://minerals.usgs. gov/minerals/pubs/commodity/phosphate_rock/mcs-2014-phosp.pdf [dostęp 07.07.2015 r.].
• [18] Jasinski S. M., Phosphate Rock, Mineral Commodity Summaries, U.S. Geological Survey, 2015, dostępny w internecie: http://minerals.usgs. gov/minerals/pubs/commodity/phosphate_rock/mcs-2015-phosp.pdf [dostęp 07.07.2015 r.].
• [19] Karunanithi R., Szogi A. A., Bolan N., Naidu R., Loganathan P., Hunt P. G., Vanotii M. B., Saint Ch. P. Ok Y. S., Krishnamoorthy S., Phosphorus recovery and reuse from waste streams, Advances in Agronomy, tom 131, 2015 r., s. 173–250.
• [20] komunikat prasowy Komisji Europejskiej, 20 critical raw materials - major challenge for EU industry, 2014, dostępny w internecie: http:// europa.eu/rapid/press-release_IP-14-599_en.htm [dostęp 07.07.2015 r.].
• [21] Li R., Yin J., Wang W., Li Y., Zhang Z., Transformation of phosphorus during drying and roasting of sewage sludge, Waste Management, tom 34, nr 7, 2014 r., s. 1211–1216.
• [22] Marti N., Ferrer J., Seco A., Bouzas A., Optimisation of sludge line management to enhance phosphorus recovery in WWTP, Water Research, tom 42, nr 18, 2008 r., s. 4609–4618.
• [23] Matsumiya Y., Yamasita T., Nawamura Y., Phosphorous removal from sidestreams by crystallisation of magnesium–ammonium–phosphate using seawater, Water and Environment Journal, tom 14, nr 4, 2000 r., s. 291–296.
• [24] Müller J. A., Günther L., Dockhorn T., Dichtl N., Phan L.-C., Urban I., Weichgrebe D., Rosenwinkel K.-H., Bayerle N., Nutrient Recycling from Sewage Sludge using the Seaborne Process, dostępny w internecie: http://www.bvsde.paho.org/bvsaar/cdlodos/pdf/nutrientrecycling629.pdf [dostęp 07.07.2015 r.].
• [25] Münch E. V., Barr K., Controlled struvite crystallisation for removing phosphorus from anaerobic digester sidestreams, Water Research, tom 35, nr 1, 2001 r., s. 151–159.
• [26] Nawa Y., Unitika Ltd. Environment & Engineering Div., P-recovery in Japan – the PHOSNIX process, dostępny w internecie: http://www.jki. bund.de/fileadmin/dam_uploads/_koordinierend/bs_naehrstofftage/ baltic21/8_poster%20UNITIKA.pdf [dostęp 07.07.2015 r.].
• [27] L. M. Ottosen , Kirkelund G. M., Jensen P. E., Extracting phosphorous from incinerated sewage sludge ash rich in iron or aluminum, Chemosphere, tom 91, nr 7, 2013 r., s. 963-969.
• [28] Pearl® Process. Ostara Nutrient Recovery Technologies, dostępny w internecie: http://www.ostara.com/nutrient-management-solutions/ pearl-process [dostęp 07.07.2015 r.].
• [29] Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 6 lutego 2015 r. w sprawie komunalnych osadów ściekowych, Dz. U. z 2015 r. poz. 257.
• [30] Slibverbrandingproces 2015 – Slibverwerking – N. V. Slibverwerking Noord-Brabant, dostępny w internecie: http://www.snb.nl/slibverwerking/slibverbrandingsproces-2015/1939 [dostęp 07.07.2015 r.].
• [31] SNB verbrandt zuiveringsslib van rioolwaterzuiveringen, dostępny w internecie: http://www.snb.nl/fosfaat/fosfaatterugwinning/terugwinning-bij-slibverwerking/1782 [dostęp 07.07.2015 r.].
• [32] Ustawa z dnia 14 grudnia 2012 r. o odpadach, Dz. U. z 2013 r. poz. 21 ze zm.
• [33] Wójtowicz A., Wpływ nowoczesnej gospodarki osadowej na proces usuwania fosforu ze ścieków, Gaz, Woda i Technika Sanitarna, lipiec -sierpień 2007, s. 56–57.
• [34] Wzorek Z., Odzysk związków fosforu z termicznie przetworzonych odpadów i ich zastosowanie jako substytutu naturalnych surowców fosforowych, Wydawnictwo Politechniki Krakowskiej, Kraków, 2008 r.
• [35] Wzorek Z., Gorazda K., Wpływ temperatury spopielania na odzysk związków fosforu z osadów ściekowych, Przemysł Chemiczny, 85/8– 9, 2006 r., s. 883–885.