sou · H8B33 · 2020-01-17 00:00:00 — Sådana studier bör relatera energibehov kopplat till fosforåtervin- ning till energibehov för avloppsvattenrening samt till motsvarande produktion av mineralfosforgödning. De underlag utredningen tagit del av från olika leverantörer indi- kerar att olika processteg kan vara intressanta även utifrån möjlig- heter till energieffektivisering. Det gäller t.ex. torkning av slam. Nettoenergibehovet (med möjligheter till energiåtervinning från- räknad) för torkning ger högst effektivitet för ångtorkning, följt av eltorkar och därefter varmvattentorkar.42 6.6Samlade erfarenheter kring fosforåtervinning Nedan sammanfattas det erfarenhetsunderlag som sammanställts inom utredningen. Det förändrade synsättet inom avfalls- och avloppsre- ningsområdet innebär starka drivkrafter för en fortsatt snabb utveck- ling mot kretsloppsinriktad resurshantering och materialåtervinning. 41Rambøll (2015). Etablering av slamförbränning. (2019). Slamtorkning med varmvatten, el eller ånga. Tekniker för fosforåtervinning ur avloppsslam Beroende på startpunkter i avloppsreningsprocessen för återvin- ningen av fosfor och den teknik som väljs, kan vissa mer allmänna kommentarer göras. I nedanstående avsnitt och tabell 6.7 ges en sammanfattande översikt. Kategorierna hänför sig till den tidigare systemöversikten i figur 6.2. Översikten och de bedömningar som görs bygger främst på den tekniska underlagsrapport som tagits fram på utredningens uppdrag av , Kategori A, B och C, där fosfor utvinns internt i reningsverket i form av struvit (eller CaP för ExtraPhos/Budenheim) utgör en heterogen grupp av metoder med stor variation i teknikmognad. Processerna AirPrex och CalPrex bedöms ha hög mognad där kommersiella an- läggningar finns etablerade, medan Gifhorn och endast finns representerade i vardera en anläggning, byggda . Gifhorn och fungerar även för avloppsreningsanläggningar med kemisk fosforfällning, men kräver betydande mängder svavel- syra för att sänka pH. Processen resulterar även i ett surt restslam. ExtraPhos/Budenheim ingår i gruppen men fungerar på principiellt annorlunda sätt. Processen fungerar oberoende av typ av fosfor- fällning. Som alla andra processer där fosfor utvinns internt i av- loppsreningsverk, genereras ett avvattnat restslam med lågt innehåll av fosfor, som måste hanteras. Struvitmetoder som utgår från rejektvatten tillämpas i avloppsre- ningsanläggningar med biologisk fosforfällning. Struvitmetoderna kännetecknas av hög teknisk mognad, TRL 9. Även här genereras restslam med lägre fosforhalt till följd av struvituttaget. 43von Bahr, B. och Kärrman, E. (2019), Tekniska processer för fosforåtervinning ur avlopps- slam. Tekniker för fosforåtervinning ur avloppsslam I kategori E, avvattnat slam, har enbart en process återfunnits, Terranova. Teknikmognaden är hög på slambehandlingsdelen men lägre vad gäller uttag av fosforprodukter ur den näringsrika vatten- fasen. En fullskaleanläggning finns i , men saknar fosforåtervin- ning. I övrigt finns dessa processer enbart på pilotnivå i . Företaget har dock höga ambitioner att utveckla verksamheten och har inlett samarbete med svensk partner. Processen ger också ett restkol/slam. Detta innehåller sannolikt en rad oönskade ämnen, som tungmetaller, varför fortsatt behandling kan krävas. Det kan t.ex. gälla förbränning eller pyrolys till ”biokol” för att reducera halterna av kadmium och kvicksilver och fånga upp dem i rökgasreningen. RAVITA-processen utgör en integrerad del av avloppsreningsan- läggningen där man möblerat om i reningsprocessen och lagt fosfor- fällningen som ett sista steg. Förutom fosforsyra, en användbar pro- dukt för gödningsmedelindustrin, produceras ett avloppsslam från det biologiska steget, vilket måste hanteras. Relativt hög återvin- ningsgrad av inkommande fosfor kan åstadkommas på detta sätt, utan att nya stora anläggningar behöver byggas. Metoder som ger slamaska Tre metoder som genererar aska från avloppsslam har analyserats, AshDec, Innovativ enstegsförbränning samt EuPhoRe. Metoderna är olika men ger likartat slutresultatet, en slamaska avsedd för sprid- ning på produktiv jordbruksmark. Innovativ enstegsförbränning och EuPhoRe utgår från torkat slam, AshDec utgår från slamaska. Som i de flesta termiska processer destrueras organiska föroreningar men en varierande mängd av metallerna bedöms återstå, dock inte kad- mium och kvicksilver som avgått i det termiska steget och tas upp i rökgasreningen. Återvinningsgraden är mycket hög, eftersom allt slam kan gå in i processen. Frågetecken finns dock kring askans funktion som gödningsmedel, växttillgängligheten för fosforn i askan är inte helt klarlagd. De tre redovisade metoderna kräver inve- steringar i nya torkanläggningar, eventuellt även i förbränningsan- läggningar om inte befintliga kan användas. Tekniker för fosforåtervinning ur avloppsslam Metoder som ger ”biokol” Återvinningsgraden är mycket hög även då det gäller metoder för produktion av ”biokol”, eftersom allt slam tas med i flödet. Metaller i slammet avgår i varierande grad beroende på processutformning. Kadmium och kvicksilver avgår dock regelmässigt till följd av den höga temperaturen, som för föregående grupp metoder. Pyrolyspro- cesser utgör etablerade metoder, dock inte då det gäller avloppsslam som utgångsmaterial. Pyrolysen förutsätter föregående slamtork- ning. Sådan torkning och pyrolys bedöms kunna ske på regional nivå, om metoden blir aktuell. Metoder som ger en fosforprodukt från slamaska En avslutande grupp metoder gäller behandling av slamaska genom lakning för att utvinna fosforsyra eller konventionella gödningspro- dukter för direkt användning i jordbruket. Kategorin kräver stora investeringar men ger å andra sidan specifika produkter som passar i lantbruket eller andra sektorer. En svensk pilotanläggning har utfor- mats i av , dotterbolag till . 6.6.2För- och nackdelar med olika processer, metoder och tekniker Enligt flera bedömare saknas en mer generellt fördelaktig metod för fosforåtervinning ur avloppsslam. Valet av teknisk lösning innebär alltid att en avvägning behöver göras mellan olika för- och nackdelar, givet de förutsättningar som råder.44 44Egle, L., Rechberger, H., Krampe, J., Zessner, M. (2016). Phosphorus recovery from munic- ipal wastewater: An integrated comparative technological, environmental and economic assessment of P recovery technologies. 571 (2016) 522–542. Tekniker för fosforåtervinning ur avloppsslam Källa: , B. och Kärrman, E. (2019), Tekniska processer för fosforåtervinning ur avloppsslam. Tekniker för fosforåtervinning ur avloppsslam Nedanstående tabell ger en översikt i punktform för de för- och nackdelar som i första hand uppmärksammats. Redovisningen följer den uppdelning som tidigare gjorts för olika kategorier A-H, där den första raden utgörs av traditionell slamspridning. Flertalet processer uppfyller kriteriet ”giftfrihet”, dvs. graden av avgiftning är mycket hög i samband med återvinningen av fosfor ur slammet. Återvinningspotentialen för fosfor varierar påtagligt mellan processerna, från av inkommande fosfor till avlopps- reningsverket (som struvitprocesser) till (oftast termiska processer, som biokol och utvinning ur askor). För att uppnå hög återvinningsgrad då interna processer i reningsverket tillämpas, krävs därför också att fosforn i det återstående avvattnade slammet återvinns. Det är f.n. endast struvitprocesserna som kan sägas utgöra en kategori av etablerade och fullt utvecklade processer. Alla övriga pro- cesser bedöms som ny teknik eller lovande innovationer. De flesta av de metoder som kan appliceras redan i de interna processerna i reningsverken passar inte så bra i . Flertalet svenska renings- verk tillämpar kemisk fällning av fosfor och inte biologisk, som i så fall utgör en förutsättning. En viktig aspekt ur systemsynpunkt och ekonomisk synpunkt är i vilken form fosforn kommer ut från processen. Detta varierar mellan de studerade processerna, vilket kan vara avgörande för det marknads- intresse produkterna kan möta. Den största potentialen finns, då det gäller processer som resulterar i återvunnen fosfor, i en för lantbruket eller industrin känd form. Det har visat sig svårt att presentera erforderliga underlag för jämförande kostnadsredovisningar för studerade processer. Det sammanhänger främst med att dessa processer i betydande grad ännu är under utveckling och att mer storskalig produktion ännu inte kan kostnadsbedömas. Konkurrensförhållanden och legitima behov av att dölja avgörande led i samlade affärskoncept bidrar också till detta. 45Ytterligare information om olika termiska metoders giftfrihet ges i kapitel 8. Skillnader mellan metoder i giftfrihet, t.ex. med avseende på organiska föreningar, är sannolikt mer uttalade än vad som framgår av tabellen. 46Avloppsreningsverk/anläggning. Tekniker för fosforåtervinning ur avloppsslam Källa: , B. (2019), Tekniska processer för fosforåtervinning ur avloppsslam, , 2019:59. Tekniker för fosforåtervinning ur avloppsslam Ett stort antal aktiviteter pågår, där olika moment i återvinningspro- cessen aktiverat en rad teknikutvecklingsbolag och etablerade aktö- rer. Det ger endast undantagsvis möjligheter att uppskatta samlade kostnader för olika tekniklinor för återvinning. Det är betydligt en- klare att redovisa kostnader för olika delmoment, som t.ex. olika typer av slamtorkning. Fosforåtervinning bedöms sällan som kostnadseffektiv med den marknadssituation som råder kring fosfor. fosfor kan inte produceras till det pris som marknaden erbjuder. Kostnader för hantering för återvinning kan dock snarare relateras till reningsver- kens kostnader för alternativ användning av slammet, vilket kan skapa förutsättningar. i ett mer samlat kostnadsperspektiv för reningsverken är kostnaderna också fullt hanterbara, vilket behand- las i senare kapitel. Utredningen behandlar i kapitel 13 grundläggande kostnader och finansiella aspekter då det gäller hantering av avloppsslam och inve- stering och drift av anläggningar för avloppsrening och fosforåter- . Kostnader berörs även i andra delar av betänkandet, främst kapitel 14 som avser konsekvenser av utredningens förslag. I detta avsnitt berörs främst de skillnader som kan finnas mellan olika typer av anläggningar och processer för fosforåtervinning som behandlats i den översikt som utformats av , i den mån erfaren- heter och data funnits tillgängliga och kunnat delas med utredningen. Kostnader för dagens slamhantering Den vanligast förekommande affärsmodellen för hantering av av- loppsslam innebär att avloppsreningsverken betalar för att en entre- prenör skall ta hand om slammet och nyttja det för olika ändamål. Det kan gälla spridning på , deponitäckning, jordtillverk- ning eller något annat ändamål som parterna avtalat om. Kostnaden ligger vanligen mellan 200–per ton, men även högre kost- nader förekommer.47 47von Bahr, B. och Kärrman, E. (2019), Tekniska processer för fosforåtervinning ur avlopps- slam. Tekniker för fosforåtervinning ur avloppsslam Kostnaderna för va-huvudmannen kan hållas nere om avlopps- slammet kan tillhandahållas färdiglagrat och hygieniserat, godkänt för spridning på enligt Revaq och om det finns tillgänglig i närområdet. Långa transporter och skiftande slamkvalitet är fördyrande. De tekniska fosforåtervinningsmetoder som redovisas i detta ka- pitel innebär kostnader för avloppsreningsverken. Dessa kostnader kan jämföras med huvudmännens och va-kollektivens kostnader för mer traditionell slamspridning eller annan avyttring. Tillkommande krav i form av fosforåtervinning kan förutom kostnader teoretiskt sett även generera intäkter. Det bedöms dock som mindre sannolikt att detta i grunden kan påverka va-kollektivens nettokostnader. För en utförligare genomgång av ekonomin i slamhanteringen, se kapi- tel 13 och 14. Kostnader för tekniska processer för slamhantering och fosforåtervinning Utredningens teknikgenomgång och tidigare rapporterade studier visar att återvinning av fosfor direkt ur avloppsreningsverkens vat- tenfas i form av struvit är lönsam ur ett systemperspektiv (se figur 6.2, kategori D). Tekniken är främst tillämpbar för reningsverk med biologisk reningsprocess. Utvinningen av struvit sänker kostnaderna för drift och underhåll i sådana reningsverk. Accepteras struviten som gödselmedel, ges även vissa intäktsmöjligheter. Utredningen er- far dock att struviten varit svårt att föra ut på marknaden. Upp- gifter från tyder t.ex. på att struvit där i första hand ersätter mineralfosfor i nischprodukter, t.ex. inom trädgårdsodlingen. Pro- duktionsvolymerna är små, vilket också kan ha medverkat till lågt intresse hos gödselmedelsindustrin.48 De processer som utvinner fosfor i avloppsreningsverket genom sänkt pH och utvinning av struvit (Gifhorn/) är kostnads- drivande beroende på de syror som krävs för att sänka pH. Skalför- delarna är små, eftersom syror behöver tillföras kontinuerligt i pro- portion till inkommande flöde. De direkta kostnaderna för dessa processer uppskattas till per kilo fosfor.49 48von Bahr, B. och Kärrman, E. (2019), Tekniska processer för fosforåtervinning ur avlopps- slam. Tekniker för fosforåtervinning ur avloppsslam Då det gäller utvinning av fosfor ur slamaska beskrivs två proces- ser som skiljer ut sig genom att ha kommit långt i utvecklingen, Ash2Phos och TetraPhos. Den affärsmodell som bedömts som san- nolik är att aktuell återvinningsaktör tar ut en avgift för att ta emot askan samt säljer utgående fosforprodukter. avvattnat slam innehåller torrt material med en askhalt på . Det innebär aska per ton avvattnat slam.50 planerade anläggning för fosforåtervinning ur slam- aska i bedöms kunna omhänderta aska motsvarande hälften av den svenska produktionen av avloppsslam. Ett avloppsre- ningsverk som producerar avloppsslam från cirka 100 000 pe (som t.ex. anläggningen i ), genererar motsvarande aska . Den totala mängden avloppsslam i utgör drygt torrsubstans, ts. Det genererar med 35 procents askhalt aska.51 Schabloniserade räkneexempel för kostnader med fosforutvin- ning ur aska respektive alternativa tekniska metoder diskuteras i ka- pitel 13. Mer samlade bedömningar innebär att struvitutvinning av fosfor från rejektvatten innebär lägst kostnader i ett längre perspek- tiv. Fosforåtervinning ur slamaskor genererar högst kostnader. Osä- kerheten är dock stor, eftersom kostnadsunderlag främst finns till- gängliga då det gäller etablerade metoder för struvitutvinning. Återvinning av fosfor kan teoretiskt sett ge intäkter för fosfor- produkter som accepteras av marknaden. Ett fåtal processer, som RAVITA, har potential att ge intäkter. Processen ger fosforsyra, vilket är en fosforprodukt där det finns betalningsvilja på mark- naden. Sådana processer har förutsättningar att ge långsiktigt god totalekonomi, även om investeringskostnaderna kan vara betydande. Avgörande för reningsverken är den alternativkostnad som gäller vid andra former av slamhantering och fosforåtervinning. Det finns vissa internationella jämförande studier med inriktning på kostnader för olika tekniker kring slamhantering och fosforåter- . Kostnaderna tycks enligt dessa studier kunna variera avse- värt, även om antalet fullskaleanläggningar alltjämt är mycket be- gränsat. Utgångspunkten för teknikvalet måste dock alltid vara de lokala förhållanden som gäller och hur investeringarna samspelar med andra förhållanden. i ett större perspektiv spelar valet av Tekniker för fosforåtervinning ur avloppsslam teknik knappast en avgörande roll det gäller betydelsen av de avgränsade investerings- och driftkostnader som uppstår. Ur va- kollektivets synvinkel bör dessa kostnader i regel bli hanterbara eftersom kostnaderna för fosforåtervinning, räknat per personekvi- (pe), i dessa studier bedömts omfatta högst av av- loppsverkens reningskostnader, oavsett vald teknik.52 Samtliga studerade processer, metoder och tekniker rymmer som tidigare framgått särdrag, som innebär för- eller nackdelar vid val av lösning. Fördelaktiga egenskaper, som hög återvinningsgrad, låga kostnader, korta transporter och andra klimatpositiva egenskaper, hög växttillgänglighet hos fosforprodukten, möjligheter att nyttig- göra fler näringsämnen än fosfor, enkelhet m.m. går inte att förena i en och samma lösning. Utredningens direktiv adresserar en rad frågeställningar i anslutning till behovet av en tekniköversikt. Dessa frågeställningar kommenteras nedan under respektive rubrik. Utredningens direktiv anger att återföringen av fosfor ska vara gift- fri, begreppet definieras dock inte närmare. Utredningen diskuterar därför begreppet giftfri i relation till främst miljökvalitetsmålet Gift- fri miljö (se närmare kapitel 3 och 5). Den teknikrapport som tagits fram av på uppdrag av utredningen använder begreppet giftfri återvinning av fosfor. Begreppet tolkas av som en kraftig re- duktion av metaller och i stort sett frånvaro av organiska förore- ningar. Med hänvisning till bakomliggande teknikrapporter anges att sådana föroreningar i huvudsak destrueras vid temperaturer översti- gande 850 grader Celcius. Det innebär att organiska föroreningar till största delen förstörs vid slamförbränning. Vidare konstateras att tungmetaller förekommer i låga halter vid avloppsreningsverkens av- vattningsrejekt. Fosforprodukter som återvinns ur detta flöde kom- mer därmed endast att innehålla låga halter av tungmetaller. Graden av giftfrihet i återvunna fosforprodukter uppskattats av för de tekniker där så varit möjligt och data kunnat erhållas. Vid dessa olika återvinningsprocesser uppstår i regel ett restflöde med hög koncent- 52Nättorp, A. m.fl. (2017). Cost assessment of different routes for phosphorus recovery from wastewater using data from pilot and production plants. , 76.2, 413–424. Tekniker för fosforåtervinning ur avloppsslam ration av föroreningar. Det är bara för de återvunna fosforproduk- terna som giftfrihet bedöms, inte för restflödet. Alla inventerade tekniska processer som redovisas i rapporten har god avskiljning av föroreningar och bedöms därför uppfylla begrep- pet ”giftfrihet”. Ett gränsfall kan dock vara processer vars resultat är aska och s.k. biokol, där metaller till stor del finns kvar. Kadmium och kvicksilver har dock avgått i det termiska steget. Ytterligare aspekter på begreppet giftfrihet redovisas för olika typer av metoder i kapitel 8, avsnitt 8.4.4. 6.6.5Utvinning av fosfor inne i avloppsreningsanläggningen Utredningens direktiv omfattar inte fosforåtervinning i avloppsre- ningsprocessen, utan inriktas på det slutligt producerade avlopps- slammet. Det innebär också att startpunkten för utredningens förslag är återvinning av fosfor ur avloppsslam, inte ur det totala inkom- mande avloppsflödet. Utredningen kan dock konstatera att en mer samlad bedömning av anläggningars potential i återvinningshänse- ende kan vara fördelaktigt. Frågan har relevans även för den krav- ställning kring återvinning som ska regleras – ska kraven ställas på inkommande fosfor till anläggningarna eller bara på återvinning ur slammet? Den helt övervägande andelen inkommande fosfor anrikas i avloppsslammet, men det sker endast utifrån de tekniktillämpningar som gäller vid merparten av de svenska reningsverken, som byg- ger på kemisk rening. Utvinning av fosfor inne i avloppsreningsverket kräver i de flesta fall biologisk fosforfällning, vilket är ovanligt i , dessutom kan endast en ganska låg andel inkommande fosfor återvinnas på detta sätt. Liknande metoder (t.ex. ) som anpas- sats för avloppsreningsverk med kemisk fosforfällning (genom syra- tillsats) bedöms inte ha varit framgångsrika. Ett undantag är RAVITA- processen som passar bra vid avloppsreningsverk med kemisk fosfor- fällning samt har hög återvinningsgrad (). Ytterligare ett undantag är processen Budenheim/ExtraPhos, som är anpassad till avloppsreningsverk med kemisk fosforfällning. Samtliga metoder för återvinning av fosfor internt i reningsverket ger upphov till ett återstående restslam som behöver hanteras. Det innebär att återvinning kan behöva ske med olika metoder för att det samlade resultatet ska kunna svara mot de krav som uppställs för Tekniker för fosforåtervinning ur avloppsslam Utredningens direktiv omfattar inte sådana mer kom- plexa krav- eller teknikbedömningar. Den teknikrapport som tagits fram av ger dock visst underlag också för sådana bedömningar.53 Det är endast termiska metoder som uppvisar en mycket hög fosfor- återvinningsgrad (). Det innebär fosforåtervinning ur slamaska, genom produktion av ”biokol” eller genom att askan nyttjas direkt för återvinning. För att uppnå motsvarande åter- vinningsgrad med andra metoder krävs att också restströmmar omhändertas. Det kan t.ex. ske vid avvattnat slam, där en del fosfor redan utvunnits uppströms. Utvinns struvit ur rejektvattnet, behö- ver också fosforn i det återstående avvattnade slammet tas omhand för att uppnå hög återvinningsgrad. Begreppet återvinning kan behöva problematiseras om även en senare återföring beaktas. S.k. ”biokol” som sprids på mark kan t.ex. ha hårt bunden fosfor där växttillgängligheten under ett längre inle- dande skede är mycket låg. 6.6.7Ytterligare näringsämnen och kol Ingen av de inventerade metoderna ger återvinning av andra närings- ämnen än fosfor. Återvinning sker inte heller av mullämnen. För att återvinna andra efterfrågade näringsämnen, som t.ex. kväve, krävs ytterligare åtgärder. Det är genomförbart för några av de metoder där man utvinner fosfor ur vattenfas. Traditionell återföring av av- loppsslam till jordbruksmark innebär också att näringsämnen och mullämnen återförs. Ett gränsfall är då ”biokol” produceras från slam för återföring av näringsämnen och kol till jordbruksmark. Ut- redningens tekniköversikt utgår från utredningsdirektiven, som in- riktas på fosforåtervinning.54 Utredningen resonerar dock om åter- föring av andra näringsämnen och kol i de handlingsscenarier som utvecklas i senare kapitel. 2018:67, s. 1 ff. Tekniker för fosforåtervinning ur avloppsslam Utredningen har i sin tekniska genomgång klassificerat teknikmog- nad enligt sedvanlig TRL-nivå (se avsnitt 6.2.2). Utredningens di- rektiv anger att redovisningen ska skilja på etablerade tekniker, nya tekniker och lovande innovationer. Görs en sådan kategorisering kan sammanfattningsvis anges att •etablerade tekniker omfattar alla struvitprocesser, •nya tekniker kan beteckna samtliga redovisade tekniker utom dessa struvitprocesser, samt att •en rad lovande innovationer finns – Budenheim/ExtraPhos, Ter- , RAVITA, samt då det gäller processer för utvinning av fosforprodukter ur slamaska även Ash2Phos, TetraPhos och Phos4Life, där de tre sistnämnda har fullskaleprocesser under uppförande. En mer detaljerad redovisning enligt TRL ges i tidigare avsnitt i detta kapitel. Livscykelanalyser kring olika tekniska processer för hantering av slam med fosforåtervinning kan ge resultat som uppvisar betydande skillnader beroende på val av systemgräns och funktionell enhet. Metodiken för denna typ av studier är ännu outvecklad. Tillgången på data från olika typer av processer är vidare begränsad, eftersom få anläggningar för återvinning finns byggda i full skala. Det fåtal studier som genomförts, där olika metoder och tekniker jämförts inbördes respektive med referenssystem utan återvinning, har ändå inneburit vissa erfarenheter. Återvinningsprocesser kan ge miljöfördelar utöver återvinningen av fosfor, särskilt fosforlakning ur aska från förbränt slam. Fördelar beräknas uppstå då det gäller energianvändning, klimatpåverkan, övergödning och försurning. Beroende på hur olika anläggningar placeras och utformas kan också klimatpåverkan i negativ mening uppstå, t.ex. till följd av omfattande transporter eller minskade kol- sänkor då slamspridning upphör. Flera processer kan skapa avgiftade Tekniker för fosforåtervinning ur avloppsslam produkter, även om vissa tungmetaller, som koppar och zink, kan kvarstå i förhöjda halter. Vid processer som bygger på lakning av fosfor från slamaska, kan inte kol återvinnas.