1 Usuwanie i odzysk fosforu przyszłość oczyszczalni ścieków Stanisław MUsuwanie i odzysk fosforu przyszłość oczyszczalni ścieków Stanisław M. Rybicki, Politechnika Krakowska Uroczysta Sesja Naukowo-Techniczna z okazji Jubileuszu 70 - lecia powstania Krakowskiego Oddziału Polskiego Zrzeszenia Inżynierów i Techników Sanitarnych

2 Fosfor –w historii naukiOdkryty przez Henninga Brandta w 1669 w Hamburgu, był 13 w kolejności daty odkrycia pierwiastkiem średnia zawartość w skorupie ziemskiej-0.1% P2O5 Średnia zawartość w polskich glebach % P2O5 Znaczenie w rolnictwie wzrosło gdy Justus von Liebig w 1840r. Opublikował Teorię mineralnego odżywiania roślin i prawa minimum. Odkrycia te zapoczątkowały rozwój współczesnego rolnictwa bazującego na wspomaganiu wzrostu roślin nawozami mineralnymi

3 Fosfor –w przyrodzie Zasoby glebowe- 150 mln tonGlobalna biomasa mln ton Globalny wzrost w biomasie mln ton Zasoby oceaniczne mln ton Zasoby surowcowe mln ton Roczne wymywanie fosforu z gleb mln ton Roczne wydobycie surowcowe mln ton

4 Fosfor –w przyrodzie Fosfor jest pierwiastkiem niezbędnym do życia. Należy do grupy makroelementów. W formie fosforanów, wchodzi w skład cząsteczek biologicznych: kwasów nukleinowych DNA i RNA związków przekazujących energię na poziomie molekularnym, takich jak ATP Fosfolipidy to główne składniki strukturalne błon komórkowych. U zwierząt i człowieka jest składnikiem kości – fosforan wapnia pełni rolę usztywniającą. Organizm człowieka zawiera 1 kg P, z czego ¾ jako apatyt w kościach i zębach. Dziennie, człowiek konsumuje/wydala ok.1,5 g P.

5 Fosfor –w przyrodzie

6 Fosfor – w diecie człowiekaSkładnik diety g P/rok Produkty zbożowe 296 Warzywa 75 Rośliny strączkowe 51 Owoce 32 Mięso i ryby 26 Mleko i jaja 15 Produkty skrobiowe 3 Napoje 1 RAZEM 500 Roczne spożycie fosforu w produktach spożywczych 0,5 kg P/Mk Roczne spożycie fosforu przez mieszkańców Ziemi – 3mln ton P Roczna produkcja zw. fosforu 16.3 mln ton P

7 Fosfor „dwa oblicza” „Jasna strona Mocy”: Nawozy Dodatki paszoweŚrodki czyszczące Impregnaty przeciwogniowe Inhibitory korozji Pestycydy Leki „Ciemna strona Mocy” Gazy bojowe Bomby zapalające Zatrucia pestycydami Poparzenia Katastrofy środowiskowe EUTROFIZACJA WÓD

8 Fosfor – zagrożenie dla jakości wodyŹródła ścieki komunalne, ścieki przemysłowe odchody hodowlane kompostownie wymywanie nawozów solubilizacja zasobów glebowych

9 Fosfor – usuwanie ze ścieków historiaOk 1941 – odzysk fosforanów wapnia dla celów nawozowych (USA) Lata – wprowadzenie chemicznego strącania wapnem, później solami glinu dla ochrony wód odbiornika (Szwajcaria, Szwecja); Lata – obserwacje Eksploatatorów wskazujące na niesterowane osiągania nawet 80% efektywności usuwania fosforu bez stosowania środków chemicznych pod warunkiem zaistnienia pewnych czynników: Przepływ tłokowy lub z wyraźnym wydzieleniem stref; Występowanie stref z bardzo niskim stężeniem tlenu rozpuszczonego Zaobserwowane zjawisko miejscowego uwalniania fosforanów w niektórych (niedotlenionych) strefach komór osadu czynnego Niski indeks osadu (osad niepuchnący)

10 Biologiczne usuwania fosforu - rozwój technologii1954 Wuhrman proponuje reaktor z dwoma stopniami : tlenowym oraz niedotlenionym 1957 Davidson uzyskuje patent na układ o odwrotnej kolejności stref: całkowicie beztlenowej oraz tlenowej 1962 Ludzack i Ettinger rozwijają układ dwustopniowy: niedotleniony oraz tlenowy;

11 Biologiczne usuwania fosforu - rozwój technologii1973 Barnard modyfikuje system Ludzack-Ettingera przez tzw recyrkulowanie osadu 1975 Barnard patentuje rozwiązanie Bardenpho 1983 Ukazuje się cykl artykułów z RPA dotyczący zasad projektowania oraz eksploatacji reaktorów do zintegrowanego biologicznego usuwania związków biogennych bez użycia środków chemicznych

12 Biologiczne usuwania fosforu - rozwój technologiiBardenpho A2O

13 Biologiczne usuwania fosforu - rozwój technologiiUCT A/O

14 Odzysk fosforu - rozwój technologiiOdzysk fosforu w celu jego ponownego użycia oferuje korzyści ekonomiczne i środowiskowe dla przemysłu wodnego. Korzyści te muszą być jednak porównywalne z kosztami inwestycyjnymi i eksploatacyjnymi instalacji do odzysku fosforu.   Efektywność ekonomiczna będzie zależna od: przygotowania przemysłu fosforanowego do zapłaty za odzyskany produkt (czy wystąpią znaczne różnice w cenie); kosztów odzysku fosforu z wody w porównaniu z procesami usuwania fosforu; kosztów i trasy usuwania fosforu; przemysł fosforanowy może ponieść podwyższone koszty odzysku fosforu, jeśli zawartość metali ciężkich i innych zanieczyszczeń jest mniejsza niż w większości skał fosforanowych (kopalnych)..

15 Odzysk fosforu - rozwój technologiiKorzyści z odzysku i ponownego użycia fosforanów ze ścieków i osadów: redukcja objętości osadów wytwarzanych w oczyszczalniach ścieków; redukcja chemikaliów używanych w oczyszczalniach ścieków; ochrona wód powierzchniowych poprzez udoskonalenie procesu oczyszczania ścieków; fosforany mogą być odzyskiwane wspólnie ze wszystkich źródeł w ściekach (żywność, materia organiczna, chemikalia przemysłowe, itp.); redukcja zużycia skał fosforanowych (surowca nieodnawialnego);

16 Odzysk fosforu – przykłady technologiiTechnologia usuwania / odzysku fosforu Status rozwoju Zapoczątkowanie prac Autorzy projektu Kraj wprowadzenia technologii Chemiczne strącanie Komercyjny ~1950 do dziś Wielu Projekt globalny Biologiczne usuwanie P (i N): Phostrip Zmodyfikowany Bardenpho Phoredox A / O UCT Zmodyfikowany UCT Rotanox Biodenphio ~1960 do dziś ~1965 ~1974 do dziś ~1976 do dziś ~1980 do dziś ~1983 do dziś ~1990 ~1982 ~1980 Levlin i Shapiro, 1965 Barnard, 1990 Randall, 1990 Siebritz, 1983 Farnell, 1990 Rachwell, 1984 Bundgard i Pedersen, 1991 USA Południowa Afryka UK Krystalizacja: DHV Crystalactor® CSIR Kurita Phosnix Sydney Water Board OFMSW Naturalnej wielkości Laboratoryjny ~1979 do dziś ~1992 do dziś ~1984 do dziś ~ 1994 do dziś ~1993 do dziś ~1994 do dziś DHV , 1991 Momberg i Oellermann, 1992 Joko, 1984 Unitika Ltd., 1994 Angel, 1980 Cecchi, 1994 Holandia Japonia Australia Włochy, Hiszpania

17 Wybrane przykłady odzysku fosforu z osadów HYPRO

18 Wybrane przykłady odzysku fosforu z osadów RIM-NUT

19 Wybrane przykłady odzysku fosforu z osadów N-VIRO

20 Wybrane przykłady odzysku fosforu z osadów CAMBIW tym procesie osad jest poddawany termicznej hydrolizie przed fermentacją. W porcjowym procesie osad jest poddany przeróbce z parą w temperaturze 180oC. Większe cząstki organiczne są rozdrabniane i dlatego bardziej dostępne dla mikroorganizmów. Redukcja materiału organicznego w procesie fermentacji wzrasta z 45-50% do %, także produkcja metanu wzrasta o 30%.

21 Odzysk fosforu ze ścieków - krystalizacjaRozwój technologii krystalizacji rozpoczął się w latach 70–ych, w odpowiedzi na rosnące zapotrzebowanie na usuwanie fosforu połączone z produkcją surowca na szeroką skalę. Jest prawdopodobnie najlepszym (z punktu widzenia odzysku) sposobem recyrkulowania fosforanów z miejskich ścieków Główne produkty to: nierozpuszczalny hydroksyapatyt Ca5(OH)(PO4)3; 42% P2O5; struwit (MgNH4PO4) – fosforan amonowo magnezowy;

22 Odzysk fosforu ze ścieków - krystalizacja

23 Dziękuję za uwagę