Fosfaten uit afvalwater terugwinnen onder de vorm van struviet

Deze techniek gaat verder dan BBT (is in hoofdstuk 5 niet geselecteerd als BBT) en wordt voorgesteld om in aanmerking te komen voor ecologiepremie.

Beschrijving techniek

Fosfaten (onder vorm van orthofosfaat, P-PO₄) kunnen uit afvalwater worden teruggewonnen onder de vorm van struviet door toepassing van een chemisch of biologisch proces. In het chemisch proces (struvietproces) wordt in een eerste stap het afvalwater gedefosfateerd door het fosfaat neer te slaan als struviet (MgNH4PO4 ofwel Magnesium-Ammonium-Phosphate (MAP)) door toevoeging van magnesiumchloride of magnesiumoxide, volgens onderstaande reactie:

Mg²⁺ + NH₄⁺ + HPO₄^2- + 6H₂O --> MgNH₄PO₄.6H₂O (bij een pH tussen 8,5 en 10)

Hierbij wordt eveneens stikstof, aanwezig in opgeloste vorm (N-NH₄), uit het afvalwater gehaald. Bij afwezigheidvan opgelost stikstof en aanwezigheid van kalium in opgeloste vorm kan een K-variant van struviet (K-Mg-P ipv N-Mg-P) worden gevormd. Hierbij gaat het om een gelijkaardige procesvoering en eenzelfde technologie.

In een tweede stap vindt de groei en de oogst van de struvietkorrels plaats. Struviet heeft o.a. de volgende eigenschappen: kristallijne structuur (zuiver en hoogwaardig product), goede bezinkbaarheid, vlot droogbaar en kristalgroei in pelletvorm mogelijk.

In het biologisch proces wordt aan het afvalwater ureum toegevoegd. Via bacteriële hydrolyse van het ureum ontstaan daaruit ammoniumbicarbonaat en ammoniumhydroxide. Het ammoniumhydroxide zorgt, rond de slibvlok, voor de noodzakelijke pH-verhoging (het proces vindt plaats bij een pH van 8,5 tot 9,2), waarna het proces identiek verloopt als in het chemische proces. Het nadeel van het biologisch proces is de toevoeging van extra stikstof onder vorm van ureum. Dit zal leiden tot extra stikstof die verwijderd dient te worden. Als alternatief kan NaOH toegevoegd worden om de pH te laten stijgen naar 8,5-9,2.

Technische haalbaarheid

Terugwinning van fosfaten uit afvalwater door toepassing van het chemisch proces wordt anno 2015 succesvol toegepast in Vlaanderen in een aantal sectoren, bv. aardappelverwerking, zuivelindustrie, productie van babyvoeding en de farmaceutische industrie. Voor zover het gaat om grote waterstromen (minimale toevoerdebiet reactor: 10-20 m³/u) met een hoog gehalte aan fosfor (minimale belasting reactor: 50-60 mg P-PO₄/l, ideaal: 200-500 mg/l) zou deze techniek toegepast kunnen worden in andere sectoren, zo ook de vlees- en visverwerkende sector. Daarbij geldt dat hoe hoger de influentconcentratie, hoe hoger het rendement.

Voor afvalwaters met een sterke fluctuatie in het P-gehalte is een struvietreactor geen optie. Optimalisatie van het proces ter beperking van deze fluctuatie is een mogelijke maatregel.

Bij hoge gehaltes aan zwevende stoffen (>2,5%) dient een bijkomende techniek (bv. hydrocycloon) toegepast te worden om de struvietkorrels te kunnen afscheiden.

Verder is het ook belangrijk om de struvietvorming te sturen en te voorkomen dat ‘afzettingen’ ontstaan ter hoogte van flensen en leidingen (met technische problemen als gevolg).

Voor zover gekend zijn er anno 2015 nog geen concrete toepassingen van het chemische struvietproces in de vlees- en visverwerkende industrie uitgevoerd. Wel kan verwacht worden dat het struvietproces ook potentieel toepasbaar is voor afvalwater uit deze voedingssubsector. Analyse van struviet, gevormd door toepassing van het struvietproces (NuReSys) op 5 verschillende afvalwaterstromen (o.a. bedrijfsafvalwaters uit de voedingsindustrie en huishoudelijk afvalwater van de RWZI), geeft gelijkaardige resultaten betreffende de gehalten aan stikstof, fosfor, fosforpentoxide en magnesium. Momenteel is er een verkennend onderzoek voor een vleesverwerkend bedrijf in Wallonië in uitvoering. Resultaten hieromtrent zijn nog niet beschikbaar.

Ook voor wat betreft de terugwinning van fosfaten uit afvalwater door toepassing van het biologisch proces zijn er nog geen concrete praktijkvoorbeelden gekend.

Milieu-impact

Het struvietproces is een alternatief voor het precipiteren van fosfor uit afvalwater door toevoeging van FeCl₃.

Het verwijderingspercentage door toepassing van het struvietproces is sterk afhankelijk van de ingangsconcentratie P-PO4. Hoe hoger de ingangsconcentratie, hoe hoger het totale verwijderingsrendement.

In de eerste stap wordt orthofosfaat omgezet in struviet. Hierbij worden P-eindconcentraties in het afvalwater tot 20 mg/l bereikt.

voorbeeld

Dit komt neer op verwijderingspercentages van 80% en 90% bij ingangsconcentraties van respectievelijk 100 en 200 mg/l.

In de tweede stap (groei en oogst struviet) kan tot 75% van het struviet worden geoogst onder de vorm van korrels in het geval het gehalte aan zwevende stoffen lager is dan 2,5%. Bij hogere ZS-gehaltes ligt het oogstrendement lager. Het resterende struviet spoelt als microkorrels uit in het effluent.

voorbeeld

Bij een verwijderingspercentage van 80% in de eerste stap, komt dit neer op een totaal verwijderingspercentage van 60%.

Toepassing van deze maatregel kan leiden tot het lozen van afvalwater met lagere fosfor- en stikstofconcentraties (evt. kaliumconcentraties). Via het chemisch proces zou 60 tot 85% van het opgeloste fosfaat uit het afvalwater kunnen teruggewonnen worden onder de vorm van struviet. Dit struviet kan als meststof worden gebruikt (bv. in de sierteelt) vermits voldaan wordt aan de van toepassing zijnde wettelijke bepalingen (o.a. dierlijke bijproducten) en de nodige certificaten/attesten kunnen worden afgeleverd (bv. OVAM, FAVV).

Het struvietproces vergt wel extra gebruik van chemicaliën. De milieuwinst situeert zich ook bij de chemische industrie, waar minder grondstoffen nodig zijn voor de productie van fosformeststoffen.

Economische haalbaarheid

De economische haalbaarheid van het struvietproces dient van geval tot geval bekeken te worden. Samenstelling en debiet van het afvalwater zijn belangrijke factoren voor wat betreft de economische haalbaarheid. Hoe hoger de ingangsconcentratie P-PO₄, hoe meer economisch interessant om het struvietproces toe te passen. Het verwijderen van het P-PO₄ kan ook bijkomende positieve effecten hebben op de totale afvalwaterzuivering.

De voorbije jaren is het chemisch proces geoptimaliseerd. Het struviet wordt verkocht als fosfaatmeststof en is een alternatief voor fosfaat van fossiele oorsprong. Daarnaast wordt er bespaard op het verbruik van ijzertrichloride of aluminiumtrichloride voor het zuiveren van het afvalwater waardoor er ook minder slib gevormd wordt.

Voor wat betreft het biologisch proces zijn geen financiële gegevens beschikbaar.

Referenties

• Van den Abeele, L. et al, 2015
• eigen notities nav:
  • vervolmakingscursus anaerobe vergisting - Nutriëntrecuperatie door struvietvorming (W. Moerman, NuReSys, 15/06/2010)
  • telefonisch overleg met Dhr. Dewaele van NuReSys
• schriftelijke terugkoppeling:
  • van Dhr. Halet (VLAKWA) en Dhr. Thornton (Phosphorusplatform) (dd. 09/01/15)
  • van Dhr. Dewaele (NuReSys) (dd. 12/01/15)
• http://phosphorusplatform.eu/
• www.akwadok.be
• www.nuresys.com