UUDET LANNOITEFOSFORIN LÄHTEET

Transkriptio

1 UUDET LANNOITEFOSFORIN LÄHTEET Ari Väisänen

2 TUTKIMUSRYHMÄMME HANKKEITA Harvinaisten maametallien talteenotto puun- ja turpeenpolton tuhkasta (Jyväskylän Energia Oy) INKI Innovatiivinen kiertotalous Raaka-aineet omasta maakunnasta (jätevesi ja tuhka, Keski-Suomen liiton EAKR rahoitus) Fosforin jälkisaostus (HSY) Sähkö- ja elektroniikkaromusta raaka-aineet SERRA (SITRA)

3 FOSFORI KRIITTINEN RAAKA-AINE Euroopan komissio on listannut fosforin yhdeksi kriittisistä raaka-aineista Listauksessa on kiinnitetty huomiota raaka-aineiden korvattavuuteen, saatavuuteen ja taloudellisiin riskeihin EU on täysin riippuvainen tuontifosforista (92%) EU pyrkii aktiivisesti tukemaan fosforin talteenottoon liittyvää kehitystyötä ja projekteja

4 Fosfori on 11 yleisin alkuaine maapallolla, mutta kaupallisesti käyttökelpoista fosforia on vähän Käsittelemätön fosfaattikivi on pääasiallisesti apatiittimineraaleja (kalsiumfosfaatteja) Fosfaattimineraalit ovat uusiutumattomia luonnonvaroja ja arvion mukaan ne riittävät vuodeksi Ennusteen mukaan käytön huippu on 2030, jonka jälkeen varantojen määrä ja laatu heikkenevät

5 reasons-why-we-need-to-rethink-the-management-of-phosphorus-resources-inthe-global-food-system/

6 Suurin osa fosfaattivarannoista Kiinan, Yhdysvaltojen ja Marokon hallinnassa Marokossa 40% maailman tunnetuista fosforivaroista, mutta uraania epäpuhtautena

7

8 FOSFORIN TALTEENOTTO EU Potentiaaliset jätemateriaalit: - lanta - jätevedet - eläinten sivutuotteet (luut yms.) - ruoka ja muu (vihreä) jäte (kompostoituna tai tuhkana) oc&id=13639&no=26

9 Suomessa potentiaalisia lannoitelähteitä - puun ja turpeen tuhka - metsäteollisuuden jätteet (kuituliete) Henri Perämäki

10 SUOMI TUKEE FOSFORIN TALTEENOTTOA Ympäristöministeriö on kehittänyt ravinteiden kierrätyksen edistämistä ja Saaristomeren tilan parantamista koskevan ohjelman (RAKI) Useita hankkeita jätevesien puhdistuksen tehostamiseksi sekä jätevesilietteen käyttöön Hevosenlannan ja peltobiomassojen käytön edistäminen biokaasulaitoksissa FI/Luonto/Itameri_ja_merensuojelu/Ohjelmat_ja_strategiat/Ravinteiden_kierratyks en_edistamista_ja_saaristomeren_tilan_parantamista_koskeva_ohjelma/hankkeid en_tulokset/jate

11

12 VALTION KÄRKIHANKERAHOITUS Lietteen energiatehokkaaseen polttoon perustuvalle PAKU-prosessille (Napapiirin Energia ja Vesi Oy). Tuhkasta haitta-ainevapaa lannoitevalmiste Lietteen terminen kuivatus (Outotec Finland Oy). Prosessi tuottaa lannoitevalmisteena käytettävää orgaanista maanparannusainetta RAVITA-prosessi, jossa fosfori otetaan talteen jälkisaostetusta kemiallisesta lietteestä (HSY). Lopputuotteena fosforihappo lannoiteteollisuudelle

13 VOIMALAITOSTUHKAN KOOSTUMUS

14 LIETTEENPOLTON TUHKAN KOOSTUMUS Poltetun jätevesilietteen alkuainekoostumus a) Pääkomponentit % b) Hivenaineet mg/kg

15 FOSFORIN TALTEENOTTO BIOREAKTORILIETTEESTÄ Reaktoreiden syötemateriaaleina kuivattua, hienonnettua heinää, maissia (lehdet, varret, siemenet), sian teurastamojätteitä sekä mikrobeilla käsiteltyä massaa (ymppiä) Fosfori ja suurin osa typestä voidaan saostaa päivittäin reaktorista poistetusta lietteestä Fosfori saostuu hyvällä saannolla struviittina (ammoniummagnesiumfosfaatti)

16 NH 4 -N mg/l Mg mg/l PO mg/l K mg/l ph 7-8 Ammoniumtypen ylimäärä on yleistä jätevesissä Magnesiumin, fosfaatin ja kaliumin pitoisuudet vaihtelevat

17 Lietteen alkuaineiden liukoisuutta voidaan tutkia vaiheittaisen uuton avulla

18 Vaiheittaisen uuton mittaustulokset mg/kg maissisyötteelle Alkuaine Fraktioiden mittaustulokset neljän rinnakkaisnäytteen keskiarvoina (mg/kg) F1 F2 F3 F4 F5 Yhteensä Co <LOD <LOD 1,06±0,05 <LOD <LOD 1,06±0,05 Fe 10±3 14,8±3,1 35±6 2,3±8,7 80±20 140±30 Mo 0,08±0,20 <LOD 1,83±0,04 0,035±0,090 <LOD 1,9±0,3 Ni <LOD <LOD 1,3±0,2 0,51±0,57 1±2 3±2 P 2180±80 300±70 190±40 60±50 100± ±130 S 550±30 165±11 259±12 60±20 260± ±110 Zn 39,8±4,5 23±14 10±20 8±14 6±2 90±30

19 STRUVIITIN SAOSTAMINEN Struviitti = Ammoniummagnesiumfosfaatti (NH 4 MgPO 4 6 H 2 O) Struviitti saostuu liuoksesta kun ph = välillä 7-11, paras saanto kun ph = 8,5-9,0 Ammoniumtyppeä on liuoksessa ylimäärä, joten typen tehokas saostaminen vaatii fosfaatin ja magnesiumin lisäämistä lietteeseen ja ph:n nostamista Fosforin lisäyksessä testattiin kahta reagenssia, KH 2 PO 4 ja H 3 PO 4. Ammoniumtypen saostamiseksi huomattiin fosforihapon olevan tehokkaampaa, koska kalium muodostaa liuoksessa KMgPO 4 6 H 2 O

20 Parhaaseen tulokseen saostuksessa päästään käyttämällä N:Mg:P moolisuhdetta 1:2:1,4 Suurimmillaan fosforista saadaan saostumaan lähes 100% Ammoniumtypen vähäinen määrä edistää KMgPO 4 saostumista Ongelman tuotannossa on magnesiumin korkea hinta ja vaihtoehtona onkin esitetty meriveden käyttöä

21 Oikealta vasemmalle: reaktoriliete ennen sentrifugointia, sentrifugoinnin jälkeen ja struviitin saostuksen jälkeen. Nortunen, K., Pro gradu tutkielma, Jyväskylän yliopisto, 2011.

22 Struviitin liukoisuustesti Suomessa viljelymaiden ph-arvot vaihtelevat välillä 4,5-7,0 Niukkaliukoinen lannoite olisi ihanteellinen esim. metsien lannoitukseen Raskasmetallipitoisuudet lähes olemattomia Struviitilla potentiaalia? EHDOTTOMASTI!

23 FOSFORIN TALTEENOTTO TUHKASTA Lentotuhkassa fosforia 1,2%, piitä 17% ja kalsiumia 15% Hydrometallurginen prosessointi ehkäpä järkevin tapa ottaa fosfori talteen Fosforin talteenotto puhtaana jakeena ongelmallista, koska tuhkassa paljon piitä Pii saostetaan ennen fosforin talteenottoa

24 Fosforin talteenotto lentotuhkasta

25 Seulonnalla saadaan kasvatettua fosforin pitoisuutta ja vastaavasti piin määrää vähennettyä 74% Pii poistetaan 98%:sti Si-geelinä - 8M HCl 5 h - 5M HCl 48h Fosfori saostuu ph:ssa 4 valkoisena AlPO 4 2 H 2 O suolana Tuote soveltuu lannoitteiden raaka-aineeksi

26 Kiitokset mielenkiinnostanne!