sou · H8B33 · 2020-01-17 00:00:00 — Teknikval och hantering av avloppsslam i andra länder har speg- lats på motsvarande sätt. och har bistått med värdefullt stöd i arbetet genom att möjliggöra ytterligare över- siktsarbete och workshops med internationellt deltagande. Utredningens direktiv avgränsar arbetet till den teknikutveckling som skett vad gäller behandling av avloppsslam och tekniska lösningar som krävs för att återvinna fosfor ur slammet.3 Utredningen har där- för inte närmare utrett teknikfrågor kring återvinning av fosfor ur 1von Bahr, B. och Kärrman, E. (2019), Tekniska processer för fosforåtervinning ur avlopps- slam. 2Se t.ex. , B. (2017), Fosforåtervinning i . Rapport från European Nutrient Event 2017, Svensk Vatten Utveckling, Rapport 2018-2, (2017), Fosfor från avloppsslam i en cirkulär ekonomi, Slutrapport, , samt Levlin, E. m.fl. (2014), Metoder för fosforåtervinning ur avloppsslam, IVL och , Rapport . 2018:67, s. 1. Tekniker för fosforåtervinning ur avloppsslam andra avloppsströmmar eller i tidigare steg av avloppsreningsproces- sen. Ett mer förutsättningslöst förhållningssätt kring teknikfrågorna skulle dock kunna visa sig lämpligt. Avloppsreningssystem och processer är inte statiska, utan utvecklas . Alternativa lös- ningar till dagens traditionella system med produktion av avloppsslam diskuteras nu inte bara i småskaliga försök, utan även vid projektering av tätortsbebyggelse med större bostadsområden. Utvinning av fos- for, andra näringsämnen och resurser ur källsorterade system har t.ex. förordats som en intressant framtidslösning. Utredningen redovisar en del av dessa tankar i andra delar av utredningen. Utblickar görs i detta teknikkapitel mot några tekniker som kan tillämpas i tidigare steg av reningsprocessen än det avvattnade avloppsslammet. Frågan om teknikval får betydelse också i relation till det regel- verk för fosforåtervinning som ska utvecklas och ligger i utredning- ens uppdrag. Det skulle t.ex. kunna hävdas att det är de samlade fos- foruttagen ur inkommande avloppsvatten som styrningen bör riktas mot, inte bara uttaget av fosfor ur det slutsteg som det avvattnade slammet representerar. Utredningen har uppmärksammat denna problematik också i länder som kommit längre i sin omställning. I , som redan beslutat om regelverk för återvinning av fos- for ur slam och slamaska, kan en översyn av lagstiftningen därför behövas för att inte reningsverken ska riskera att suboptimera sina teknikval. Utredningen tar i kapitel 10 tar upp dessa frågor i anslut- ning till hur en svensk reglering av återföring av fosfor bör utformas. Utredningen anknyter till de definitioner och de begrepp som använt i sitt översiktsarbete för utredningens räkning. Det anknyter till den gängse begreppsanvändningen inom området och underlättar för läsaren att ta del av underlagsrapporteringen, med en mer utförlig redovisning av processer, metoder och tekniker för fosforåtervin- ning. Utredningens genomgång av begrepp visar också vilka para- metrar som behandlats för olika tekniker i underlagsmaterialet. Tekniker för fosforåtervinning ur avloppsslam Utredningen lämnar i nedanstående tabell en kort översikt avseende ett antal begrepp som används i kapitlet. Källa: , B. och Kärrman, E. (2019), Tekniska processer för fosforåtervinning ur avloppsslam. Utredningens direktiv anger att den tekniska utvecklingen ska redo- visas med avseende på etablerade tekniker, nya tekniker och lovande innovationer.4 En tillämpning av dessa begrepp skulle innebära att de olika struvitprocesser som utvecklats för fosforåtervinning ur re- jektvatten, dvs. inne i avloppsreningsprocessen, skulle kunna be- nämnas som etablerade tekniker. Alla övriga tekniker skulle ha karaktär av nya tekniker. Utredningen har förutom de mer be- prövade teknikerna sökt redovisa nyutvecklade tekniker. Det har då bedömts viktigt att diskriminera mellan dessa tekniker genom att anknyta dem nivåmässigt till en etablerad och erkänd metod för teknikvärdering eller teknikmognad. 2018:67, s. 5. Tekniker för fosforåtervinning ur avloppsslam Denna teknikmognad bedöms i utredningen med stöd av en s.k. TRL-skala (Technology Readiness Level) med ursprung i utvecklingsverksamhet. I redovisningen används samma definitio- ner som inom EU:s Horizon2020-program, se figur nedan. De pro- cesser som inventerats befinner sig från nivå 3, där experimentella belägg finns, upp till nivå 9, som motsvarar fullt tillgänglig teknik i operativ miljö. Ett halvdussin tekniker har bedömts som lovande innovationer i direktivens mening, vilket redovisas i senare avsnitt. Källa: European Commission, Horizon 2020, Work Programme 2016 -2017, Part 20, . Utredningens direktiv har beteckningen giftfri och cirkulär återför- ing av fosfor från avloppsslam, men inriktas uppgiftsmässigt på frå- geställningar kring återvinning av fosfor. Begreppsskillnaden är av- görande och har tidigare berörts i kapitel 3. Möjligheter att återföra fosfor sammanhänger inte bara med de återvinningstekniker som an- vänts, utan även med den marknadssituation och den efterfrågan som finns på sådana fosforprodukter som återvinning kan resulterar Tekniker för fosforåtervinning ur avloppsslam Svårigheterna att återföra fosfor i kretsloppet har i andra länder visat sig vara betydande och kan inte främst betecknas som en tek- nikfråga. Produkttyper och renhetsgrad för dessa utgör dock en vik- tig och betydelsefull parameter som behöver vägas in i de teknikval som görs. En översikt avseende huvudsakliga fosforprodukter som kan återvinnas lämnas i nedanstående tabell. I utredningens underlagsrapport redovisas vilka slutprodukter re- spektive återvinningsmetod/teknik resulterar i. Efterfrågan för dessa produkter varierar. Vissa produkter kan användas för en rad olika ändamål och erbjuder därmed goda avsättningsmöjligheter på mark- naden, förutsatt att priset är det rätta. Ett exempel på en sådan pro- dukt är fosforsyra. Andra slutprodukter, som struvit, kan vara svårare att avyttra. Det kan ibland finnas en lokal marknad eller avsättnings- möjlighet även för sådana fosforprodukter, vilket utredningen funnit exempel på i och . 5Biokol kallas produkter från biomassa, som torrefierats (förkolats, pyrolyserats), men inte om råvaran utgörs av avloppsslam eller andra avloppsprodukter, enligt European Biochar Certificate. Korrekt term är då ”char” eller kol från avloppsslam. Tekniker för fosforåtervinning ur avloppsslam 6.3.1Grunder för utredningens redovisning Teknikutvecklingen inom området fosforåtervinning ur avlopps- strömmar utgör ett område i snabb förändring. Bakgrunden är den reglering och de pågående diskussioner om framtida reglering kring återvinningsfrågor som pågår i flera europeiska länder. I har ny lagstiftning redan kommit på plats med implementering , vilket innebär att ett antal pilotanläggningar baserat på olika tek- niska tillämpningar redan etablerats. Även i finns en pilotan- läggning och långt framskridna planer på storskalig fosforåtervinning ur slamaska genom i Helsing- borg. Affärsmodellerna varierar och förutsätter inte sällan att fosfor- produkterna endast utgör en del av den produktion som etableras. , , har som tidigare framgått på utredningens uppdrag genomfört en kartläggning –2019 av tekniker för fosforåterföring. Översikten redovisas av i en särskild rapport6, en mer sammanfattande redovisning finns i detta kapitel i utredningen. Materialet baseras huvudsakligen på vetenskapliga artiklar, EU-projekt, material tillgängligt på olika webbsidor samt personliga kontakter. Värdefullt underlag har in- hämtats från de tyska, schweiziska och europeiska fosforplattfor- marna och experter knutna till detta arbete. Viss ytterligare infor- mation har tillförts baserat på utredningens egna besök vid anlägg- ningar och i myndighetskontakter i och . Utredningen har diskuterat teknikfrågor också i relation till olika länderförutsättningar och legala ramverk vid en av i samverkan med utredningen organiserad workshop med företrä- dare för ett halvdussin nordiska och europeiska länder. Därtill har tillgängliga publikationer och ytterligare personkontakter komplet- terat bilden av utvecklingen, främst inom . har bidragit med värdefullt stöd baserat på de fosforre- laterade aktiviteter som samordnas och finansieras genom myndig- heten och dess utvecklingsstöd. Ett sådant kunskapstillskott utgörs av den länderstudie som genomförts av med finansiering av 6von Bahr, B. och Kärrman, E. (2019), Tekniska processer för fosforåtervinning ur avlopps- slam. Tekniker för fosforåtervinning ur avloppsslam Vionnova kring fosforåtervinning ur avloppsslam. Studien ger en översikt över de tekniska processer och förhållningssätt som olika länder tillämpar eller planerar att utveckla.7 De internationella erfarenheterna redovisas till en del i detta ka- pitel, men även i den internationella utblick som ges i kapitel 7. En fördjupning kan vidare fås med hjälp av den aktuella tyska översikt som togs fram 2019.8 Översikten grundar sig på underlag framtaget genom en koalition med forskningsorganisationer och akademier från flertalet världsdelar. En överblick ges då det gäller den teknolo- giska implementering som skett eller är nära förestående inom om- rådet fosforåtervinning från avloppsslam. Fokus ligger på centrala infrastrukturer men täcker även in viss regulativ och annan utveck- ling. Framställningen täcker inte in decentraliserade lösningar eller pågående FoU-verksamhet, men fördjupar i några avseenden den översikt som utredningen presenterar. Sammanställningen kan där- för vara av värde också för de avloppsreningsanläggningar som söker tekniska lösningar . Startpunkten för att återvinna fosfor kan vara inne i avloppsrenings- verket där slammet uppstår eller i senare skeden av produktionspro- cessen. De redovisade metoderna har delats in utifrån var i process- schemat de har sin angreppspunkt, vilket också är den vanligaste indelningen i facklitteraturen. Utredningen har i enlighet med direktiven främst sökt skapa en överblick då det gäller metoder som utgår från avloppsslammet, dvs. en av de slutprodukter som dagens reningsprocess resulterar i. Åter- kan även ske i tidigare processteg, t.ex. genom struvitutvin- ning, vilket sammanfattande speglas i utredningen. En strävan är också att spegla tekniska metoder som kan medverka till en så ”gift- fri” återföring av fosfor som möjligt. Viktiga utgångspunkter är vi- dare att i första hand lyfta fram de metoder som bedöms ha utsikt att kunna realiseras i en driftmiljö, där ekonomi, skalbarhet och miljöeffekter utgör viktiga parametrar. Valet av lämplig metod blir 7Kärrman, E. m.fl. (2019). Översikt över återvinning av fosfor och kväve från avlopp i åtta utvalda länder. 8Kabbe, C. (2019). Global compendium on phosphorus recovery from sewage/sludge/ash. Global Water Research Coalition. Tekniker för fosforåtervinning ur avloppsslam med nödvändighet resultatet av en avvägning mellan flera sådana aspekter, där lokala och regionala förutsättningar spelar en bety- dande roll. Det går inte att lyfta fram en enda, optimal modell, det gäller snarare att urskilja ett mindre antal rimliga lösningar som kan ge långsiktiga och hållbara lösningar. Underlagsrapporten från söker också belysa miljöpåverkan ur ett livscykelperspektiv för de tekniker som redovisas. Den gene- rella slutsatsen är att det är svårt att erhålla sådana data, eftersom flertalet studerade processer är under utveckling. Det har också visat sig svårt att dra tydliga slutsatser från de analyser som ändå genom- förts. Tre olika arbetssätt för att ta hand om hela slamflödet har identi- fierats, •”biokol”, •förbränning till aska, samt •utvinning ur aska. Det första arbetssättet innebär att hela slammängden torkas och py- rolyseras, dvs. upphettas utan syretillförsel. Återstoden utgör ett ”biokol” som kan betraktas som en kolsänka och långsiktig fosfor- källa. Förbränning till aska innebär i regel direktspridning av askan. Ett tredje arbetssätt innebär att fosfor utvinns ur askan med hjälp av olika metoder. Tre metoder har bedömts ligga på ungefär samma ut- vecklingsnivå. Ytterligare två metoder bedöms som lovande innova- tioner. Det handlar om HTC-processer (hydrotermisk karboniser- ing) och utvinning med hjälp av CO2. Bedömda för- och nackdelar för dessa och övriga kategorier av processer redovisas i rapporten. En internationell översikt redovisar sammantaget 52 olika metoder eller processer, publicerade mellan 1999–2015.9 I samband med att fosforpriset steg kraftigt , ökade även fokus på fosfor- återvinning. Ett stort antal metoder lanserades , till stor del baserat på att betydande FoU-resurser gjordes till- 9Egle, L. et al. (2015). Overview and description of technologies for recovering phosphorus from municipal wastewater. Resources, Conversation and Recycling 2015(105)325–346. Tekniker för fosforåtervinning ur avloppsslam gängliga för insatser kring fosforåtervinning . har i sin underlagsrapportering till utredningen valt ut ett antal av de redo- visade metoderna. Urvalet har påverkats av: •Processer som fanns med i det första stora om fos- foråtervinning, P-Rex (2012–2015), vilket huvudsakligen var de processer som visade fortsatt livskraft . •Processer som tagits upp av Deutsche Phosphor Plattform, den tyska fosforplattformen, på dess hemsida och är aktuella i valet av lösningar för att möta den tyska lagstiftningen.11 •Processer som presenterats på fosforkonferenser och som är kända inom den aktuella branschen. I nedanstående tabeller redovisas sammanfattande de processer som bedömts som tillräckligt intressanta att redovisa i den aktuella över- sikten. Det framgår också varför ett antal kända processer inte lyfts fram i redovisningen. 10www.nweurope.eu/phos4you, . 11Deutsche Phosphor Plattform, /information/dokumente, . Tekniker för fosforåtervinning ur avloppsslam Källa: Tyska Fosforplattformen, , form.de/information/dokumente, . Den tyska fosforplattformen samlar kunskap och erfarenheter från aktörer i medverkande industrier, privata och offentliga organisa- tioner samt FoU-organ kring ett effektivt tillgängliggörande och nyttjande av fosfor. Ett avgörande tema gäller fosforåtervinning. Tabellen ovan förtecknar samtliga de processer som listades via plattformens hemsida och anger vilka som ingår i ut- redningens översikt. Tekniker för fosforåtervinning ur avloppsslam Phos4You är ett NWE Intereg-projekt som pågår mellan 2017–2020 med en budget på . Åtta länder ingår i projektet – , , , , , , och . Projektet leds av Lippeverband i Tysk- land, ett vattenvårdsförbund som i nära förvaltat floden flöde med avseende på kvalitet och flödesmängder. Källa: /phos4you, . Fokus i projektet ligger på fosforåtervinning från av- loppsfraktioner, totalt medverkar 44 olika företag. Företagen ska konstruera och demonstrera sju olika fosforåtervinningstekniker i Tekniker för fosforåtervinning ur avloppsslam Projektet är även inriktat på policyfrågor kring området, t.ex. om standardisering och marknadsacceptans för nya fosforprodukter från avloppssektorn. De i projektet ingående pro- cesserna redovisas i ovanstående tabell. Där framgår också vilka av projekten som omfattas av utredningens redovisning. En del processer har utelämnats. Det gäller äldre processer som saknar aktivitet och inte uppdaterats. Vidare gäller det fosfor- återvinning avseende små avlopp samt metoder som bedömts sakna realism för framtida storskalighet. Det senare gäller t.ex. metallur- giska processer (t.ex. Mephrec, ). 6.4Processer, metoder och tekniker för fosforåtervinning 6.4.1Kemisk och biologisk fosforfällning De mer allmänna principerna för processutformning i avloppsre- ningsanläggningar redovisades i föregående kapitel. Det krävs i regel någon form av fällning av fosfor från flytande fas i reningsanlägg- ningen, för att fosforn ska kunna avskiljas på hanterbart sätt. Re- ningsverk i bygger oftast på fosforfällning av kemisk eller biologisk typ. Både i och är det vanligast med ke- misk fosforfällning. Metoden innebär att fällningskemikalier tillsätts i vattenfasen, oftast järnklorid eller aluminiumklorid. Dessa kemika- lier bildar dels föreningar genom utfällning, dels flockar till vilka fos- fater och organiskt bunden fosfor kan bindas. Det slam som bildas kan sedimenteras eller filtreras och på det sättet avskiljas för separat behandling. Fosforn återfinns då i mycket hög utsträckning i slam- met tillsammans med andra ämnen som följt med det organiska materialet i fällnings- och flockningsprocessen. För att lösgöra fosforn ur slammet krävs pH-sänkning med hjälp av syra. Fosforn kan på så sätt lösas ut i vätskefas, för att därefter kunna fällas ut till en användbar fosforprodukt. Har avloppsrenings- anläggningens processer utformats med grund i biologisk fosforfäll- ning, finns betydligt större andel av den inkommande fosforn i Tekniker för fosforåtervinning ur avloppsslam vattenfasen, jämfört med anläggningar som bygger på kemisk fäll- ning. med biologisk rening har därmed betydligt högre potential att fälla ut fosfor i användbar form ur vattenfas, efter slam- separation, än de med kemisk fosforrening. Normalt sker detta ge- nom tillsats av magnesiumklorid för att bilda struvitkristaller, en typ av fosforprodukt. Svenska anläggningar bygger till övervägande del på kemisk fäll- ning. En del av de metoder som redovisas går endast att applicera på reningsanläggningar med biologisk fosforfällning, vilket gör dem mindre intressanta i ett svenskt perspektiv. Några av struvitmeto- derna fungerar dock även för slam från kemisk fosforfällning. Det förutsätter i så fall även behandling med syra för att lösa fosforn från järn- eller aluminiumkomplexen innan andra processteg för fällning kan ta vid. 6.4.2Startpunkter vid olika typer av processer för fosforåtervinning Nedanstående figur ger en generell bild av hur processen för av- loppsvattenrening konventionellt sett är uppbyggd, samt möjliga punkter i denna process för fosforåtervinning. Den inledande rutan mekanisk, kemisk och biologisk rening kan utformas på olika sätt. Av- görande parametrar är kraven på avloppsreningsverkets funktion, geografisk belägenhet, mottagande recipient för utgående vatten m.m.Avloppsrening kan också utformas på andra sätt, vilket redo- visats i tidigare kapitel. Fosforn kommer till avloppsreningsanläggningen med inkom- mande avloppsvatten. Återvinning av fosfor kan påbörjas i ett antal olika startpunkter i reningsprocessen, i figuren betecknade med bok- stäverna A–E. Återvinningen kan fullföljas i senare processer, separerat från reningsanläggningen, t.ex. genom förbränning och pyrolys. Sådan slutbehandling kan men behöver inte ske i direkt anslutning till re- ningsanläggningen. Avgörande för detta är t.ex. faktorer som rör lo- gistik och skala för att ekonomisera processen men också för att mini- mera miljöpåverkan. Fosforåtervinning ur slamaska kan t.ex. bli mer fördelaktig i storskaliga anläggningar. Det kan i så fall innebära omfat- tande transporter från avloppsrening till förbränningsanläggning. Tekniker för fosforåtervinning ur avloppsslam Resterande del av översikten omfattar de tekniska processer som finns tillgängliga i lab-, demo-, pilot- eller fullskala för att återvinna fosfor från de i figur 6.1 nedan angivna startpunkterna A–H. Återvinning med olika startpunkter i processen kan men behöver inte resultera i likartade slutprodukter. Exempel på likartade pro- dukter som följd av skilda tekniker är aska avsedd för spridning, vilket utgör resultat från såväl EuPhoRe som AshDec. Den först- nämnda processen startar med torkat slam, den sistnämnda med slam- aska. Redovisningen av olika typer av tekniker och processer anges med utgångspunkt i de startpunkter som gäller. En sådan princip till- lämpas också i de vetenskapliga artiklar som översikten bygger på. Efter punkt C avvattnas slammet. Det sker vanligen med centri- fug eller skruvpress till en torrsubstanshalt (ts) på cirka 20–30 pro- cent. I samband med avvattningen genereras två utflöden, det av- skilda vattnet, s.k. rejektvatten/rejektflöde (D), och det återstående slammet, E. Både rejektvatten och slam innehåller fosfor i olika mängd och det är möjligt att utvinna fosfor ur båda dessa flöden. Flödet E, rötat avvattnat avloppsslam, är det som normalt avses med begreppet avloppsslam. Från avvattnat slam finns ett flertal olika möjligheter att återvinna fosfor. Slammet kan t.ex. behandlas som det är med ett antal processer anpassade för avvattnat slam. Det vanligaste är att fortsätta med någon form av termisk behandling av slammet. Ska slammet samförbrännas med annan råvara, behöver yt- terligare åtgärder inte vidtas före förbränningen. Det finns dock vissa begränsningar i hur mycket slam som kan blandas in i en bräns- lemix, eftersom avvattnat slam fortfarande i huvudsak tillför fukt till förbränningen. Samförbränning ger normalt också lägre fosforhalter i askan än monoförbränning, där slammet utgör enda bränsle. Hög fosforhalt i askan kan utgöra en viktig förutsättning för att kunna återvinna fosforn med rimliga ekonomiska förutsättningar. Tekniker för fosforåtervinning ur avloppsslam Källa: , B. och Kärrman, E. (2019), Tekniska processer för fosforåtervinning ur avloppsslam. Ett alternativ till monoförbränning är t.ex. att pyrolysera slammet, dvs. upphetta det utan syretillförsel. Vid pyrolys behöver slammet först behandlas i ett torkningssteg. Sådana torkningsprocesser be- rörs endast översiktligt i utredningen. Ett flertal energisnåla tork- ningsprocesser är under utveckling, t.ex. vid och koncernbolagen . Dessutom finns ett antal etablerade tekniker, som bandtork. Efter torkningsprocessen kan slammet monoför- brännas eller pyrolyseras. Utflödet från monoförbränning är slam- aska med hög fosforhalt, eftersom annat bränsle inte har tillförts. Tekniker för fosforåtervinning ur avloppsslam Pyrolys resulterar i ett ”biokol”. Kolet fungerar som s.k. kolsänka, fosforn finns också kvar som långtidsverkande fosforgödselmedel. Ett alternativ till torkning är att tillämpa en HTC-process på det avvattnade slammet, där slammet behandlas under högt tryck och temperatur. Utredningens underlagsrapport fördjupar inte beskriv- ningen av HTC-processer men framhåller att de kan bli intressanta . Aska som följd av slamförbränning är rik på fosfor. Ett flertal processer finns att tillgå för att utvinna denna fosfor. De bygger alla på att lösa upp fosfor-metallkomplexen i askan med syra och därefter fälla ut fosforn i olika former. Det finns också projekt som arbetar med att skapa förbränningsförhållanden som ger aska lämpad för di- rekt spridning på . En alternativ metod är att bränna slammet på vanligt sätt och därefter låta den genomgå ytterligare ett termiskt steg för att ge bättre egenskaper för direkt spridning på . 6.4.3Olika typer av lösningar Graden av giftfrihet för slutprodukter vid olika typer av termisk behandling av avloppsslam behandlas översiktligt i kapitel 8. Ekono- miska förutsättningar för etablering och drift av teknik för fosfor- återvinning redovisas i kapitel 12–14. Vissa ekonomiska förhållan- den i anslutning till respektive teknikval berörs dock nedan i avsnitt 6.6. En rad parametrar vid sidan av de ekonomiska förutsätt- ningarna har betydelse vid valet av teknik. Den tekniska översikt som utredningen tagit fram med hjälp av går igenom ett antal sådana aspekter för respektive tekniklösning. •återvinningspotential för fosfor, •giftfrihet med avseende på metaller och organiska föreningar, •typ av fosforprodukt, •teknisk mognadsnivå, TRL, •hantering av utgående produkter, samt •logistik och behov av externa anläggningar utanför reningsan- läggningen. Tekniker för fosforåtervinning ur avloppsslam Följande beskrivning av processer, tekniker och metoder för åter- av fosfor är schematisk och ger inte information om bak- grund, teknisk utformning eller övriga särskilda förhållanden som gäller. Intresserade läsare hänvisas till underlagsrapporten från . Där anges även kontaktuppgifter och information om befintliga an- läggningar.12