Closing the phosphorus cycle at Amsterdam Airport Schiphol PDF
Preview Closing the phosphorus cycle at Amsterdam Airport Schiphol
KWR2015.056|Augustus2015 TKI Sustainable airport cities ClosingthephosphoruscycleatAmsterdam AirportSchiphol KWR2015.056|Augustus2015 TKISustainableairportcities KWR2015.056|Augustus2015 TKISustainableairportcities TKI Sustainable airport cities ClosingthephosphoruscycleatAmsterdam AirportSchiphol KWR2015.056|Augustus2015 Projectnummer 400524 Projectmanager LucPalmen Opdrachtgever TKIWatertechnologie Kwaliteitsborger FrankOesterholt Auteurs KeesRoest(KWRWatercycleResearchInstitute)en JustinaRacyte(EvidesIndustriewater) Samenwerkingspartners Vewin,EvidesIndustriewater,AmsterdamAirport Schiphol&KWRWatercycleResearchInstitute Ditrapportisverzondenaandedeelnemendepartijenenisopenbaar. DitprojectismedegefinancierduitdeToeslagvoorTopconsortiavoorKennisenInnovatie (TKI’s)vanhetministerievanEconomischeZaken. Jaarvanpublicatie POBox1072 2015 3430BBNieuwegein TheNetherlands Meerinformatie Dr.KeesRoest T +31(0)306069511 T +31(0)306069531 F +31(0)306061165 E [email protected] E [email protected] KWR2015.056|Augustus2015©KWR I www.kwrwater.nl Allerechtenvoorbehouden. Nietsuitdezeuitgavemagwordenverveelvoudigd, opgeslagenineengeautomatiseerdgegevensbestand, ofopenbaargemaakt,inenigevormofopenigewijze, hetzijelektronisch,mechanisch,doorfotokopieën, opnamen,ofeniganderemanier,zondervoorafgaande schriftelijketoestemmingvandeuitgever. KWR2015.056|Augustus2015 TKISustainableairportcities 2 Samenvatting DitTKI-projectisbedoeldals‘showcase’voordemanierwaaropverschillendesectoren elkaarkunnenversterkeninhetverduurzamenvanhuneigensector(win-wingedachte)door middelvanhettoepassenvaninnovatievetechnologieafkomstiguitdewatersector.De praktischedoelstellingvanhetpilotprojectomvathetterugwinnenvanfosfaatuitafvalwater vanSchiphol,zodathetteruggewonnenfosfaatzondernabewerkingalskunstmestkan wordeningezetopofindeomgevingvandeluchthaven. Eenbelangrijkonderdeelvanditprojectwasdetechnologiekeuze,waarbijverschillende technologieënzijnvergeleken.Eénvandebelangrijksteselectiecriteriainde technologiekeuzevoorfosfaatterugwinninguitafvalwatervanSchipholwasdekwaliteiten daarmeedeafzetbaarheidvanhetgewonnenfosfaat.Erisuiteindelijkgekozenvooreen technologiewaarbijstruviet(NH MgPO.6HO,ofwelmagnesiumammoniumfosfaat)in 4 4 2 korrelvormwordtverkregen,omdatdithetmeestovereenkomtmettraditionelekunstmest. Demeestegeproduceerdekorrelswarenechternietgroterdaneenhalvemillimeterenditis kleinerdanregulierekunstmestkorrels.Gedurendedeproefisongeveer700kgstruviet gewonnenuitcentraat(datishetwaterdatvrijkomtbijdeontwateringvanuitgegistslib)en hetsanitairafvalwateruitvliegtuigen(fecaliënwater). Hetgevormdestruvietisgeanalyseerdopsamenstelling,verontreinigingmetpathogenenen microverontreinigingen.Hetkristallijnebestanddeelvanhetgevormdeproductbleekvoor 96,8%uitstruviettebestaanbijwinninguitcentraatenvoor100%bijwinninguit fecaliënwater.Uitdeeerstemicrobiologischemetingendoormiddelvanindicatorenis geblekendathetgewonnenstruvietminderpathogenenbevatdandegrondstofwaaruithet isgemaakt.Hetproductisechternietvrijvanpathogenen.Aangeziendegemeten concentratiesvanindicatorenvoorpathogeneninstruvietlaagzijn,eninprincipeweinig contactvanhetproductmetmensenendierenplaatsvindt,lijkttoepassingvanstruvietin plaatsvandierlijkemestopSchipholniettoteenhogerrisicoteleiden.Degemeten concentratiesmicroverontreinigingeninstruvietuitcentraatenfecaliënwaterliggenin dezelfdeordegroottesenzijnvergelekenmetdemaximaaltoegestanewaardenvoordeze microverontreinigingendiezijngegevenindewetgeving(Tabel1enTabel4vanBijlageII vanhetUitvoeringsbesluitMeststoffenwet).Hieruitblijktdatdegevondenconcentraties microverontreinigingeninhetgewonnenstruvietveellagerzijndandemaximaaltoegestane concentraties. Struvietgewonnenuitafvalwaterwerdvoorheengezienalseenafvalstofwaardoornuttige afzetindepraktijknietmogelijkwas.Vanuitdegedachtedatfosfaatertssteedsschaarser wordtenfosfaateeneindigegrondstofis,heeftdeoverheiddetoepassingvanstruvietinde wet-enregelgevingverwerktendaarmeedetoepassingmogelijkgemaakt.Onderanderehet ‘UitvoeringsbesluitMeststoffenwet’ende‘UitvoeringsregelingMeststoffenwet’zijn aangepast.Hierbijmoetwordenopgemerktdathet‘Besluitgebruikmeststoffen’ nogin behandelingis.Hierdoorishetnoglastigombesluitenovergebruikvanhetgewonnen struviettekunnennemen. Dealgeheleconclusievanditprojectisdatfosfaatterugwinningd.m.v.struvietproductie haalbaarlijktopAWZISchiphol,ookalisdeschaalwaaropditkanrelatiefklein.Een belangrijkevoorwaardevoorstruvietterugwinningisdeinvoeringvanbiologische KWR2015.056|Augustus2015 TKISustainableairportcities 3 fosfaatverwijderingopdeAWZI.Debelangrijksteonzekerheidopditmomentisofhet verwijderingsrendementvan85%voorfosfaatindestruvietreactorookhaalbaarzalzijnop continuebasis.Dekostenbesparingdiemetdeproductievanstruvietwordtbereikt,zit vooralindeAWZIenisgerelateerdaandereductievanhetijzerverbruikenafvoervan chemischslib(ijzerfosfaat). KWR2015.056|Augustus2015 TKISustainableairportcities 4 Inhoud 1 Introductie 6 1.1 Achtergrond 6 1.2 Doel 6 1.3 Fosfaatterugwinning 6 1.4 Struviet 7 1.5 Leeswijzer 9 2 MaterialenenMethoden 11 2.1 Deafvalwaterzuiveringsinstallatie(AWZI)Schiphol 11 2.2 Pilot 12 2.3 Algemeneuitvoering 14 2.4 Dataacquisitie&analyses 15 3 Resultatenendiscussie 18 3.1 Pilotresultaten 18 3.2 Analyseresultaten 22 3.3 Gevolgenstruvietwinningophet afvalwaterzuiveringsproces 27 3.4 Financiëlebeschouwing 30 3.5 Relevantewet-enregelgeving 33 4 Conclusiesenaanbevelingen 34 4.1 Conclusies 34 4.2 Aanbevelingen 35 BijlageI 37 • ToepassingvanStruviet(memo2013-07dd.6 mei2013) 37 Samenvatting 37 Inleiding 37 Praktijkproevenstruviet 37 BijlageII 41 • TechnologiekeuzefosfaatterugwinningTKI Sustainableairportcities(memodd.23 september2013) 41 BijlageIII 46 • AdviesCDM:Opnamevanstruvietalscategorie inhetUitvoeringsbesluitMeststoffenwet (Memo2013-10dd.23augustus2013) 46 Samenvatting 46 Aanvullendeinformatie 46 Bepalingenvoorzuiveringsslib:artikel16,lid1 48 Europeseactiviteitenwatbetreftwetgeving 48 KWR2015.056|Augustus2015 TKISustainableairportcities 5 BijlageIV 49 • Analyseplan(memo2013-14dd.23december 2013) 49 Inleiding 49 Stand-van-zaken 49 Pilotinstallatie 49 Onderzoeksdoel 49 Benodigd 49 Globaleplanning 50 Uitvoering 50 BijlageV ResultatenSEM-EDXanalyseaanvullende neerslagbijbezinkingstruviet 52 BijlageVI 54 • Grafiekenmetpilotresultaten 54 BijlageVII 57 • Interpretatievanmicrobiologischeanalyse struviet(memo2015-01dd.20januari2015) 57 Inleiding 57 Systeem 57 Microbiologischeanalyses 58 Resultaten 58 Effect(struviet)procesopmicro-organismen 59 Kwaliteitseisenmeststoffen 59 Conclusiesenvolgendestappen 60 Referenties 60 BijlageVIII 62 • Resultatenanalysestruvietop microverontreinigingenensamenstelling 62 STRUVIETGEWONNENUITCENTRAAT 62 STRUVIETGEWONNENUITFECALIENWATER 64 BijlageIX 66 • Financiëlebeschouwing:Aannamesen berekeningen 66 BijlageX Struviet-Relevante wet-enregelgeving 68 KWR2015.056|Augustus2015 TKISustainableairportcities 6 1 Introductie 1.1 Achtergrond DeaanleidingvoorditTKI-project,datgerichtisopfosfaatterugwinninguitafvalwater,is ontstaanvanuiteendubbelebehoeftevanuitdeluchtvaart-enwatersector.De luchtvaartsectorstreeftnaareenconcreteinvullingvanhaarambitiesomdebedrijfsvoering teverduurzamenmiddelsmaatschappelijkverantwoordondernemen(MVO).Water, beperkingvanCO-uitstootenhetCradletoCradleprincipezijnhierinbelangrijke 2 speerpunten.Dewatersectorambieerteenverduurzamingvandewaterketenwaarbij innovatievetechnologieuithunsectoreenkanskrijgt.Erzijnmeerdereredenenwaarom beidesectorenelkaarhebbengevondeninditproject,metspecifiekeinteressanteaspecten vooreenshowcaseopSchiphol,waarinfosfaatterugwinninguitafvalwaterophet Schipholterreincentraalstaat: • Momentum:hetalgemeenbesefvanfosfaatalsessentiëlemaareindigegrondstof vertaaltzichindiverseninitiatievenomduurzamergebruiktestimuleren. • Technologie:erisnutechnologiebeschikbaardiekanvoorzienindebehoeftevan fosfaatterugwinninguitafvalwater. • Beschikbaarheid:fosfaathoudendafvalwaterisbeschikbaaropdeafvalwaterzuivering vanSchiphol. • Synergiemetbiogasproductie:fosfaatkomtvrijbijvergistenvanzuiveringsslibten behoevevanbiogasproductieopdeafvalwaterzuiveringvanSchiphol. • Potentielokaalhergebruik:erispotentieelvoortoepassingvanteruggewonnen fosfaatindevormvankunstmestopenindedirecteomgevingvanSchiphol. 1.2 Doel Hethoofddoelvanditprojectisomeenvoorbeeldtestellen(‘showcase’)vanhoesectoren elkaarkunnenversterkeninhetverduurzamenvanhuneigensector(win-wingedachte)door middelvanhettoepassenvaninnovatievetechnologieafkomstiguitdewatersector. Hetprojectheeftdevolgendetweepraktischedoelstellingen: • TerugwinnenvanfosfaatuitafvalwatervanSchiphold.m.v.pilotonderzoekmeteen innovatieveenduurzametechnologieafkomstiguitdewatersector. • Inzettenvanhetteruggewonnenfosfaat,zodanigdathetzondernabewerkingals kunstmestkanwordeningezet,opofindeomgevingvandeluchthaven. 1.3 Fosfaatterugwinning Erzijninmiddelseenaantaltechnologieënbeschikbaarvoorfosfaatterugwinninguit afvalwater,maardepraktischeimplementatieblijftnogachterbijdeontwikkelingen.Dit komtvoornamelijkdoortweeaspecten:(1)menkentderisico’svandenieuwetechnologie voorafnietgoeden(2)hetismeestalnietduidelijkofhetteruggewonnenfosfaatwelkan wordentoegepastalskunstmest.Dezetweeonzekerhedenzorgenervoordathetnietop voorhandduidelijkisofhetteruggewonnenfosfaatrendabelisofjuisteenextrakostenpost zalzijn.Inditprojectisgestuurdopdetoepassingenwaarde-maximalisatievanhet teruggewonnenfosfaatproduct.Ditbetekentdateentechnologieisgekozendienaar verwachtingeenrecycleproductmaaktdatkanenmagwordentoegepastalskunstmest.Dit inverbandmetdevoorkeurvooreenrecycleproductdateenzohoogmogelijkewaarde KWR2015.056|Augustus2015 TKISustainableairportcities 7 vertegenwoordigt,zodatderentabiliteitopfull-scalegeborgdis.Ditkanalleenalsereen productwordtgemaaktdatpastindefilosofievandekunstmestbranche,duspastinde huidigestructurenvoorgebruikentoepassing. Verschillendeafvalwaterstromenkomenvoorterugwinninginaanmerking: • Pureurineverkregendoorgescheidensanitatie,waarbijdeurinestroomaandebron alapartwordtopgevangen. • Fecaliënstort,hetafvalwaterdatuitvliegtuigenwordtopgevangen. • Deelstromenopdeafvalwaterzuivering,specifiekhetcentraatdatvrijkomtbijde ontwateringvanuitgegistslib. Fosfaatterugwinninguitafvalwaterkomtinzichtalseengeschiktetechnologiebeschikbaar is.Momenteelgaandeontwikkelingensnelenzijneralverschillendetechnologieënopde markt.Degemenedelervanbijnaallebeschikbaretechnologieisdatfosfaatwordt teruggewonnenalsstruvietuitafvalwatermethogefosfaatenstikstofconcentraties,alzijn erookenkeleandereproductenmogelijk.Nietelketechniekleverthetzelfderendementop quafosfaatterugwinning,ennietelketechnologieproduceertstruvietineendirect toepasbarevorm.Derendementenvariërentussende35tot90%afhankelijkvandegekozen techniek(Stowarapport2011-24).Ookdekwaliteitvanheteindproductvarieertper technologiesterkquaconsistentieenzuiverheid.Ditheeftconsequentiesvoorde toepasbaarheidalskunstmestenookvoordewaardevanhetrecycleproduct. 1.4 Struviet Ammoniumstruviet(NHMgPO.6HO)ofwelmagnesiumammoniumphosphate(MAP)bevat 4 4 2 fosfaat,stikstofenmagnesium,wathetgeschiktmaaktalsmeststof.Dereactievergelijking vandestruvietvormingrondpH8isalsvolgt:Mg2++NH ++PO3−+6HO→MgNHPO.6HO. 4 4 2 4 4 2 VooralbovenpH9kanookkaliumstruviet(MgKPO .6HO)ontstaan.Struvietiséénvande 4 2 mineralevormendietotdestruvietgroepbehoren.Lindsayetal.(1989)1rekenennaast struvietdevolgendemineralentotdezegroep: • NewberyietHMg(PO).3HO 4 2 • PhosphorrosslerietHMg(PO).7HO 4 2 • Scherteliet(NH)HMg(PO).4HO 42 2 42 2 • StercorietNHNaH(PO).8HO 4 42 2 • Hannayiet(NH)HMg(PO).8HO 42 4 3 44 2 VanwegedewetgevingiserinNederlandnogmaarweinigervaringmethethergebruikvan fosfaatproductenuitafvalwater.Sindskortwordeneenpaarstruvietproductentoegestaan alsgrondstofvoordemineralemeststofindustrie.Inditprojectspeeltonderzoeknaarde afzetmogelijkheidvanstruvietbijeindgebruikers-bijvoorkeurop/ofindenabijheidvan Schiphol-eenbelangrijkerol.Hierdoorwinthetprojectaanbetekenisomdatlokale toepassinghetduurzamekaraktervanhetprojectvergroot.Bovendienneemtdekansop economischehaalbaarheidtoealshetstruvietproductvoldoendewaardevertegenwoordigt en/oferweinigofgeenaanvullendekostenhoevenwordengemaaktomhettekunnen toepassenalskunstmest.Omdeafzetmogelijkhedenzogrootmogelijktehouden,wordtin deeersteplaatsgestreefdnaardeproductievanhoogwaardigstruviet,datbinnende regelgevingenkwaliteitseisenvandekunstmestwetvaltofkanvallen. 1Lindsay,W,L,.,P.L.G.VlekenS.H.Chen,1989.Chapter22.Phosphateminerals.In:J.B.Dixonand S.B.Weed(Eds.),MineralsinSoilEnvironments.SecondEdition.SoilScienceSocietyofAmerica BookSeries;no1.ISBN0-89118-787-1,pp.1089-1130. KWR2015.056|Augustus2015 TKISustainableairportcities 8 1.4.1 Toepassingsmogelijkhedenvoorstruviet Alsonderdeelvanhetprojectiseenmemooverdestruviettoepassingsmogelijkheden opgesteld(BijlageI).Dezememogeefteenoverzichtvanbeschikbareopenbarekennisover toepassingvanstruviet.Eentypischeeigenschapvanstruvietisdathetfosfaatinstruviet mindergoedoplosbaarisdaningangbarefosfaatmeststoffen,waardoorheteen‘slow release’meststofis.Stuvietisderhalvezeergeschiktvoorgewassenwaarbijdenutriënten langzaambeschikbaarmogenkomen.Uitgroeiproevenmetgewassenwaarvoorde nutriëntensnellerbeschikbaarmoetenkomenblijktoverigensdatstruvietvooralingronden meteenlagepHvaakeffectieverisdaningrondenmeteenhogerepH,omdathetstruviet dansnelleroplost.Vooralsnoglijkentoepassingeninde(pot)plantenteeltencontainerteelt, waarbijdemeststofdoordepotgrondwordtgemengd,degroenvoorzieningensportvelden hetmeestvoordehandteliggen.Struvietkandirectwordenafgezetalsmeststofvoorde landbouwofalsgrondstofvoormeststofproducenten.Voordeafzetindelandbouwsector moetstruvieterkendzijnalsmeststof.Volgensenkelestudiesbevatstruvietgeenrestenvan medicijnen,hormonene.d.(Gelletal.2011)2.Uitdegepubliceerdeanalyseresultatenblijkt datdegehaltenaanzwaremetalenlagerzijndandieinconventionelekunstmeststoffenen struvietuitafvalwateroverschrijdtnietdegehaltenvanzwaremetalenenpathogenenzoals vastgelegdindehuidigeNederlandsewetgeving(Gelletal.2011)2. 1.4.2 Technologiekeuzevoorstruvietterugwinning Eenonderdeelvanditprojectwasdetechnologiekeuze,waarbijverschillendetechnologieën zijnvergeleken(BijlageII).Voordeafzetbaarheidvanhetgewonnenfosfaatisdekwaliteit vanhetuiteindelijkgevormdestruvietproductéénvandebelangrijksteselectiecriteriainde technologiekeuzevoorfosfaatterugwinninguitafvalwatervanSchiphol.Eenuiteindelijk productinkorrelvormwordthierbijgezienalshetmeestovereenkomstigmettraditionele meststoffen.Daarnaastspelenfinanciëlezakeneenbelangrijkerol.Dekostenvande beoogdepilotinstallatieenvandeprojectuitvoering(producerenentoepassenvaneen kunstmestproduct)zulleninhetbudgetvanhetTKI-projectmoetenpassen.De perspectievenvandeuiteindelijketechnologiemoetennatuurlijkgunstigzijnvoor toepassingopvolleschaalhebben.Hierbijspeeltdeuiteindelijkeprijsvanhetgevormde productvooreenspecifieketoepassingeenbelangrijkerolalsindicatievoordeCAPEX/OPEX. OverigenszijnergeengespecificeerdeCAPEX/OPEX-berekeningenuitgevoerd.Bovendien moetdegekozentechnologieinpasbaarzijnopdeAWZISchiphol.Erwerdopvoorhand beoogdomminimaal1tonfosfaatterugtewinnenuitrespectievelijkcentraat,de fecaliënstroomuitvliegtuigeneneventueeluituitgegistslib.Robuustheidvande technologievooreenstabielebedrijfsvoeringhoortookbijdeinpasbaarheid.Dehoeveelheid hulpstoffen(energie/chemicaliën/reststoffen)voorfosfaatterugwinningzouidealiterzoklein mogelijkmoetenzijn.Devolgendecriteriazijngebruiktbijdetechnologiekeuzevoor fosfaatterugwinninguitafvalwatervanSchiphol: • Korrelvormigfosfaatproductmethogezuiverheid(>80%struviet) • Aanbiedingsprijsofferte • Mogelijkeopbrengstgevormdproduct(minimaal1tonstruvietenpositievewaarde) • InpasbaarheidvandetechnologieopAWZISchiphol • Labschaalontgroeid(robuustheidvandetechnologie) • Hoeveelheidhulpstoffen(zominmogelijk) UiteindelijkisgekozenvoordeaanbiedingvanSolismetNuReSys-technologiemetals additioneelvoordeeldatmetdezetechnologiefosfaatookdirectuituitgegistslibgewonnen 2GellK.,deRuijterF.J.,KuntkeP.,deGraaffM.&SmitA.L.(2011)Safetyandeffectivenessofstruvite fromblackwaterandurineasaphosphorusfertilizer.JournalofAgriculturalScience3(3),67-80.
Description:The list of books you might like
