SE1051144A1 - Förfarande för framställning av gödningsmedelsprodukter från restprodukter - Google Patents

Abstract

SAM MANDRAG Föreliggande uppfinning beskriver ett förfarande för framställning av engödningsmedelsprodukt från en restprodukt, varvid förfarandet innefattarstegen: - avvattning av restprodukten och separation av den torra fasen och den våtafasen; - uppsamling av den torra fasen som en produkt nr 1; - utfällning av den våta fasen för att bilda åtminstone fosfor (P) i någon fastform som en produkt nr 2; - vidare bearbetning av den återstående våta fasen med en jonbytare för attbilda en ammonium (NH4*)-anrikad lösning; - strippning av den ammonium (NH4+)-anrikade lösningen för framställning avammoniak ((NH3), (g)) som därefter reagerar med en syra eller en blandningav två eller flera syror och/eller saltlösningar för att producera kväve (N) inågon fast form som en produkt nr 3; - agglomerering av åtminstone en av produkterna nr 2 och/eller nr 3 för fram-ställning av en gödningsmedelsprodukt.

Description

20 25 30 2 handlingen av restprodukten och också i relation till slutbehandlingen vid till- handahållande av en gödningsmedelsprodukt.

Sammanfattningiv uppfinningen Det första syftet ovan uppnås genom ett förfarande för framställning av en gödningsmedelsprodukt från en restprodukt, varvid förfarandet innefattar stegen av: - avvattning av restprodukten och separation av den torra fasen och den våta fasen; - uppsamling av den torra fasen som en produkt nr 1; - utfällning av den våta fasen för att bilda åtminstone fosfor (P) i någon fast form som en produkt nr 2; - vidare bearbetning av den återstående våta fasen genom tlllsättning av åt- minstone en jonbytare för att bilda en ammonium (NH4")-anrikad lösning; - strippning av den ammonium (NH4+)-anrikade lösningen för framställning av ammoniak ((NH3), (g)) som därefter reagerar med en syra eller en blandning av två eller flera syror och/eller saltlösningar för framställning av kväve (N) i någon fast form som en produkt nr 3; - agglomerering av åtminstone en av produkterna nr 2 och/eller nr 3 för fram- ställning av en gödningsmedelsprodukt.

Restprodukten som används för föreliggande uppfinning kan t ex vara slam (avloppsslam), rötslam, gödselrester, såsom flytande gödsel som inte fermenterats, eller liknande.

Steget av avvattning av restprodukten och separationen av den torra fasen och den våta fasen görs normalt samtidigt. Generellt i detta samman- hang är det viktigt att förstå att olika typer av processutrustningstyper kan användas för genomförande av förfarandet enligt föreliggande uppfinning, såsom kontinuerlig bearbetning, men också sats- eller semi-satsoperationer.

Några steg genomförs naturligt satsvis, emellertid kan också andra steg genomföras kontinuerligt.

Vidare, enligt föreliggande uppfinning, kan ett undertryck anbringas från awattningen till strippningen och efterföljande reaktion mellan ammoniak ((NH3), (g)) och en syra eller en blandning av två eller flera syror och/eller saltlösningar. Detta innebär att ett undertryck appliceras från awattnings- 10 15 20 25 30 3 steget och framåt för att driva eventuellt producerad gasform (förflyktigad) ammoniak mot och inne i behållaren avsedd för uppsamling av denna gaskomponent, dvs behållaren där ammoniak reagerar med en syra eller en blandning av två eller flera syror och/eller saltlösningar för framställning av kväve (N) i någon fast form som en produkt nr 3. Sådan ammoniak kan tex produceras i mindre mängder redan vid awattningssteget eller t ex vid utfällningen.

Såsom kan noteras ovan innefattar förfarandet enligt föreliggande upp- finning awattning/separation, utfällning, ammoniakgenerering, syrabehand- ling och tillhandahållande av slutprodukt, varvid det senare görs genom agg- lomerering, såsom t ex granulering, kulsintring och kompaktering.

Detalierad beskrivning Med föreliggande uppfinning tillhandahålls ett förfarande för behandling av restprodukter som fokuserar på optimering av totalt utbyte av näringsäm- nen och således tillhandahåller ekonomiska fördelar ijämförelse med förfa- randen kända idag. Med hänsyn till syftet beskrivet ovan och beroende på restprodukten kan det vara av intresse att förbehandla inflödet före avvattning och separation. Sådana kända förbehandlingar idag har bara syftet att tillhan- dahålla en blandning som är lättare att awattna. l enlighet med föreliggande uppfinning tillhandahålls emellertid den valfria förbehandlingen för optimering av det totala utbytet av näringsämnen liksom för tillhandahållande av en blandning som är lätt att avvattna och separera. Enligt en specifik utförings- form av föreliggande uppfinning är förbehandlingen någon av flockulering, fibertillsättning, pH-justering, tillsättning av en divalentjonlösning, magnetfält- anbringande eller en kombination därav.

Generellt är flockulering ett förfarande där kolloider kommer ut från suspension i form av flock eller fjäll. Vid detta fall genomförs flockulering genom tillsättning av en substans, tex en polymer, som förbättrar avvattningsförmågan för restprodukten genom bindning av organiskt material till större aggregat.

Tillsatt fiber förbättrar avvattningsförmågan då uppslammat organiskt material (SOM) binds till de tillsatta fibrerna. Fibrerna kan verka som ”filter- material” vid filtreringsförfarandet. När ett slam inkluderande fibrer filtreras 10 15 20 25 30 4 deponeras fiber på filtret och detta förstärker kraftigt den specifika ytarean tillgänglig för bindning av SOM. Denna effekt kan också användas genom först filtrering av en liten mängd slam med fiber tillsatta och sedan slam utan fiber. Alternativt kan slammet filtreras genom ett fibermaterial. Fibertillsättning kan vara ett bättre alternativ än polymertillsättning, eftersom de avsedda ty- perna av fiber är mycket billigare än polymerer, och den tillsatta fibern kan an- vändas som energi i den torra fasen. Risken med både flockulering och fiber- tillsättning är att för stora näringsämnesfraktioner allokeras i den torra fasen. Ökning av pH-värdet under användning avt ex natriumhydroxid före avvattning leder till frisättning av positivt laddade näringsämnesjoner i den våta fasen och minskar behovet av pH-ökning senare vid utfällningssteget.

Emellertid kommer awattningsförmågan förmodligen att minska, eftersom till- sättningen av monovalenta katjoner dispergerar det organiska materialet. När negativt laddade ändar av det organiska materialet ockuperas av monovalen- ta katjoner repellerar de olika delarna av organiskt material varandra.

Tillsättningen av en divalent jonlösning, tex kalcium- eller magnesium- hydroxid, frisätter positivt laddade näringsämnesjoner och sänker behovet av pH-ökning senare i utfällningssteget, såsom vid fallet ovan. Emellertid kom- mer tillsättningen av divalenta katjoner inte dispergera det organiska materia- let, utan i stället binda det tillsammans. En divalent kalciumjon kan binda två olika delar av organiskt material och förbättrar således troligtvis avvattnings- förmågan. Om en restprodukt pumpas genom en behållare eller ett rör där ett starkt magnetfält appliceras över behållaren eller röret, kommer cellmembran söndras och näringsämnen som finns inom cellerna kommer in i lösningen och ökar andelen näringsämnen som hamnar i den våta fasen efter avvatt- ning. Detta reducerar troligtvis avvattningsförmågan för restprodukten. Därför används tekniken förmodligen i kombination med någon av flockulering, fiber- tillsättning eller tillsättning av en divalent jonlösning. UV-ljus eller ultraljud är alternativ till ett magnetfält, och också möjliga att använda enligt föreliggande uppfinning. Vidare är förbehandlingar, såsom behandling med ozon, också möjliga enligt föreliggande uppfinning.

Det finns också andra fördelar med förfarandet som beskrivs enligt föreliggande uppfinning. En sådan är avlägsnandet av ekologiskt skadliga 10 15 20 25 30 5 substanser vid förfarandet. Därför, enligt en specifik utföringsform av före- liggande uppfinning, involverar steget av avvattning av restprodukten och separation av den torra fasen och den våta fasen också avlägsnande av tungmetallföreningar som samlas i den torra fasen. Tungmetaller i rest- produkten är i en mycket hög grad starkt bundna till det organiska materialet.

Således kommer ett avvattningssteg som avlägsnar organiskt material från lösningen samtidigt avlägsna bulken av tungmetaller från lösningen. Denna effekt kan ökas genom tillsättning av substanser med en hög kapacitet av binda tungmetaller.

Såsom kan förstås från ovan följer tungmetallerna den torra fasen.

Emellertid ska tungmetallerna eventuellt också separeras från den torra fasen och deponeras. Sådan separation från den torra fasen kan genomföras både före, såsom genom användning av en substans med en hög kapacitet att bin- da tungmetaller såsom beskrivits ovan, och också efter förbränning av den torra fasen. Vid fallet med separation efter förbränningen av den torra fasen (eller produkt nr 1) kan detta genomföras antingen genom först avlägsnande av fosfor och andra näringsämnen från askan så att tungmetallerna efteråt hittas i en rest, eller genom först avlägsnande av tungmetallerna från askan så att näringsämnena hittas i en rest. Därför, enligt en specifik utföringsform av förfarandet enligt föreliggande uppfinning, separeras tungmetallföreningar- na antingen från den torra fasen (produkt nr 1) före förbränning, eller från askan efter förbränning av den torra fasen (produkt nr 1).

Generellt, i sammanhanget med föreliggande uppfinning, är det viktigt att inse att den torra fasen kan ses som eller kallas den organiska fasen. En- ligt förfarandet enligt föreliggande uppfinning avses organiskt material samlas upp i den torra fasen. Faktum är att den maximala nivån av organiskt material i den våta fasen är avsedd att sättas vid 5%. Med andra ord kan separationen av en torr och våt fas också ses som en separation av organiskt material så att nivån av sådant organiskt material sänks i den våta fasen.

Förutom det icke-aktiva förfarandesteget att samla upp den torra fasen genomförs utfällning av den våta fasen för att bilda åtminstone fosfor (P) i nå- gon fast form efter separationssteget. l enlighet med föreliggande uppfinning är olika fasta P-former möjliga. Exempel därav är struvit (ammoniummagne- 10 15 20 25 30 6 siumfosfat, formel ((NH4)MgPO4-6H2O)), apatiter, andra kalciumfosfater eller kombinationer därav. Apatit är en grupp av fosfatmineraler, vanligtvis refere- rande till hydroxiapatit, fluorapatit, klorapatit och bromapatit. Formlerna av till- satserna av de fyra mest vanliga skrivs som Ca1o(PO4)6(OH, F, Cl, Br)2. Det är viktigt att förstå att många andra fasta former är möjliga enligt föreliggande uppfinning, såsom t ex kalciumfosfat (Ca3(PO4)2).

Fällningen, i detta exempel struvit, kan produceras t ex genom tillsätt- ning av magnesiumdiklorid (MgClg) och natriumhydroxid (NaOH) antingen i en behållare, t ex samtidigt, eller olika behållare sekventiellt. Endera av dem kan tillsättas först vid förfarandet. Fällningen kan också produceras genom ökning av pH-värdet av den våta fasen genom strippning av C02 (g) från blandningen. Vid pH-värde cirka 8-9 börjar struvit fällas ut. Efter att en struvit- lösning uppnås, som partiklar och struvit från en magnesiumkloridbehand- lingsbehållare, som struvitlösning från en natriumhydroxidbehandlingsbehålla- re, eller faktiskt som båda delarfrån en kombinerad behandlingsbehållare, matas denna lösning till ett filter, där utfälld struvit separeras och därefter er- hålls genom awattning. Filtrering är en lämplig teknik för detta steg, emeller- tid är också andra separationstekniker möjliga att använda.

Oberoende av faktisk förbehandling och typ av producerad utfällning är det enligt föreliggande uppfinning möjligt att fälla ut åtminstone 95% av fos- forn i den våta fasen.

Det är viktigt att förstå att när man beskriver utfällningar är både kristal- lina och amorfa utfällningar, liksom kombinationer därav, avsedda i relation till föreliggande uppfinning. En fördel med att producera struvit är det faktum att det kristalliserar mycket tydligt. Vidare kan fröladdning användas under utfäll- ningen för att öka effektiviteten av förfarandesteget. Vidare kan t ex struvit faktiskt produceras vid mindre mängder för att fungera som ett frö som främ- jar utfällningen av andra amorfa och/eller kristallina fällningar. Med andra ord fungerar vid detta fall struvit bara som en utfällningsfrämjare och är inte av- sedd som huvudutfällningskomponenten att framställas.

Såsom nämnts ovan kan MgClg och NaOH användas som utfällnings- främjande substanser för utfällning av P-fastämnen. Andra kända sådana substanser är magnesiumsulfat (MgSO4), kalciumklorid (CaClg), kalcium- 10 15 20 25 30 7 hydroxid (Ca(OH)2), kalciumsulfat (gips, CaSOW/ZHZO) och faktiskt också havsvatten eller bittern, en restprodukt efter indunstning och kristallisation av natriumklorid från saltlösningar och havsvatten. Bittern innehåller, i koncentre- rad form, kalcium- och magnesiumkloriderna och -sulfaterna, bromider, jodi- der och alla andra kemikalier ursprungligen närvarande i saltlösningen. Dessa substanser är kända för användning vid utfällningssteg enligt ovan. Emellertid tillhandahålls med föreliggande uppfinning också en ny substans som inte är känd för sådan användning. Därför används enligt en specifik utföringsform av föreliggande uppfinning, grönlutsslam som utfällningsfrämjande substans.

Grönlutsslam är en restprodukt från massatillverkningsförfaranden och inne- håller inter alia metallsalter, huvudsakligen sulfider inkluderande magnesium- sulfid.

Det finns andra näringsämnen som kan återvinnas genom förfarandet enligt föreliggande uppfinning. Enligt en specifik utföringsform av föreliggande uppfinning fälls också kalium (K) och/eller kväve (N) i någon fast form ut vid steget av utfällning av den våta fasen. Mängden av kalium i restprodukten som används varierar mycket. Syftet med föreliggande uppfinning är givetvis att erhålla så mycket kalium som möjligt från startrestprodukten. Om kalium är närvarande är det närvarande iden våta fasen efter separation enligt upp- finningen. Enligt föreliggande uppfinning är det möjligt att fälla ut åtminstone 50%, såsom åtminstone 70%, t ex i intervallet av 70-95%, av kalium när- varande i den våta fasen. Kväve kan produceras i olika fast former. Enligt en specifik utföringsform av föreliggande uppfinning fälls kväve (N) ut i någon fast nitratform.

Efter utfällningen av den ”första” våtfasen bearbetas den återstående våtfasen vidare enligt föreliggande uppfinning genom tillsättning av åtminsto- ne en jonbytare för att bilda en ammonium (NH4")-anrikad lösning. Sådan be- handling kan t ex genomföras i en zeolitbehållare där också ett eluerings- medel, såsom natriumklorid (NaCl) tillsätts. Zeolit fungerar som en jonbytare, men det är viktigt att förstå att också andra sådana bytare kan användas.

Efter detta steg framställs "ren" vattenlösning, som kan recirkuleras tillbaka till avvattningen eller faktiskt användas som rent processvatten, och ammonium- Iösning. Ammoniumlösningen matas till en stripper, t ex som med ett tryck av 10 15 20 25 30 8 0,5-0,9 bar, där ammoniak ((NH3), (g)) och ”ren” vattenlösning produceras, det senare bearbetas tex tillsammans med ren vattenlösning från jonbytes- behandlingen. Ammoniaken flödar in i en syratank så att återstående kväve (N) produceras i någon fast form. Olika syror kan användas, såsom t ex svavelsyra (H2SO4), saltsyra (HCI) och salpetersyra (HNO3), det senare emellertid inte i ren form som ammoniumnitrat (NH4NO3), vilket är explosivt, är givetvis oönskat. Vidare kan en blandning av två eller flera syror och/eller saltlösningar också användas. Till exempel om svavelsyra används produce- ras ammoniumsulfat ((NH4)2SO4) som den fasta kväveformen efter syra- behandlingen. Den fasta kväveformen erhålls efter sedimentering. Efter den- na behandling uppnår föreliggande förfarande en nivå av åtminstone 90% av kvävet (N) i den våta fasen och samlas upp i en fast form.

Såsom nämnts ovan är det sista steget enligt föreliggande förfarande agglomereringen av åtminstone en av de erhållna fasta produkterna från för- farandet för framställning av en gödningsmedelsprodukt. Vidare, enligt en specifik utföringsform av föreliggande uppfinning, blandas substanser från aska från förbränd produkt nr 1, dvs erhållen från separationen, eller från andra typer av aska, med åtminstone en av produkterna nr 2, dvs erhållen från utfällningen, och/eller 3, dvs från syrabehandlingen, för framställning av en gödningsmedelsprodukt.

Agglomereringen kan enligt föreliggande uppfinning genomföras på olika sätt och med olika hjälpmedel. Enligt en specifik utföringsform av före- liggande uppfinning genomförs agglomereringen genom granulering, pelleti- sering eller kompaktering. Granulering kan vara föredragen vid några applika- tioner enligt uppfinningen. Granulering kan t ex genomföras genom trum- granulering eller med hjälp av en fluidiserad bädd.

Vidare kan agglomereringssteget förutom den verkliga mekaniska be- handlingen också involvera annan behandling, såsom tex tillsättning av åt- minstone en agglomereringsfrämjande substans. Enligt en specifik utförings- form av föreliggande uppfinning genomförs agglomereringen genom granule- ring och granuleringen involverar tillsättning av ett bindemedel, varvid binde- medlet i detta fall är den agglomererings- (granulerings)-främjande substan- sen. 9 Generellt är det viktigt att förstå att olika steg av förfarandet enligt före- liggande uppfinning kan genomföras i olika anläggningar, tex om detta är effektivt eller nödvändigt för ett specifikt fall eller en specifik applikation.

Claims (14)

10 15 20 25 30 10 PATENTKRAV

1. Förfarande för framställning av en gödningsmedelsprodukt från en rest- produkt, varvid förfarandet innefattar stegen: - avvattning av restprodukten och separation av den torra fasen och den våta fasen; - uppsamling av den torra fasen som en produkt nr 1; - utfällning av den våta fasen för att bilda åtminstone fosfor (P) i någon fast form som en produkt nr 2; - vidare bearbetning av den återstående våta fasen genom tillsättning av åt- minstone en jonbytare för att bilda en ammonium (NH4+)-anrikad lösning; - strippning av den ammonium (NH4*)-anrikade lösningen för framställning av ammoniak ((NH3), (g)) som därefter reagerar med en syra eller en blandning av två eller flera syror och/eller saltlösningar för att producera kväve (N) i någon fast form som en produkt nr 3; - agglomerering av åtminstone en av produkterna nr 2 och/eller nr 3 för fram- ställning av en gödningsmedelsprodukt.

2. Förfarande enligt krav 1, varvid ett undertryck anbringas från awattningen till strippningen och efterföljande reaktion mellan ammoniak ((NH3), (g)) och en syra eller en blandning av två eller flera syror och/eller saltlösningar.

3. Förfarande enligt krav 1 eller 2, varvid förbehandling av restprodukten genomförs före awattningen och vilken förbehandling är någon av flockule- ring, fibertillsättning, pH-justering eller tillsättning av en divalent jonlösning, magnetfältanbringande eller en kombination därav.

4. Förfarande enligt något av kraven 1-3, varvid steget av awattning av rest- produkten och separation av den torra fasen och den våta fasen också invol- verar avlägsnande av tungmetallföreningar som samlas upp i den torra fasen. 10 15 20 25 30 11

5. Förfarande enligt krav 4, varvid tungmetallföreningarna separeras antingen från den torra fasen (produkt nr 1) före förbränning, eller från askan efter för- bränning av den torra fasen (produkt nr 1).

6. Förfarande enligt något av kraven 1-5, varvid grönlutsslam används som en utfällningsfrämjande substans.

7. Förfarande enligt något av kraven 1-6, varvid också kalium (K) och/eller kväve (N) i någon fast form fälls ut vid steget av utfällning av den våta fasen.

8. Förfarande enligt krav 7, varvid också kväve (N) i någon fast nitratform fälls ut vid steget av utfällning av den våta fasen.

9. Förfarande enligt något av föregående krav, varvid substanser från aska från förbränd produkt nr 1 eller från andra typer av aska blandas med åtmins- tone en av produkterna nr 2 och/eller 3 för framställning av en gödnings- medelsprodukt.

10. Förfarande enligt något av föregående krav, varvid agglomereringen genomförs genom granulering, pelletisering eller kompaktering.

11. Förfarande enligt krav 10, varvid agglomereringen genomförs genom granulering.

12. Förfarande enligt krav 11, varvid granuleringen genomförs genom trum- granulering eller med hjälp av en fluidiserad bädd.

13. Förfarande enligt något av föregående krav, varvid agglomereringen involverar tillsättning av åtminstone en agglomereringsfrämjande substans.

14. Förfarande enligt krav 11 eller 12, varvid agglomereringen genomförs genom granulering och granuleringen involverar tillsättning av ett bindemedel.