Dansk Vand Konference 2012 AARHUS UNIVERSITET 21 NOVEMBER
Dansk Vand Konference 2012, AARHUS UNIVERSITET 21. NOVEMBER 2012 GENANVENDELSE AF FOSFOR I SPILDEVAND DANSK VAND KONFERENCE 2012 SENIORFORSKER MARIANNE THOMSEN FORSKNINGSGRUPPEN ØKOINDUSTRIEL SYSTEM ANALYSE (EISA) SEKTION FOR EMISSIONSMODELLERING OG MILJØGEOGRAFI (EMMI) INSTITUT FOR MILJØVIDENSKAB SCIENCE AND TECHNOLOGY AARHUS UNIVERSITET ARBEJDET UDFØRT I SAMARBEJDE MED MASSIMO PIZZOL MONIA NIERO PETER TYCHSEN BERIT HASLER TAK FOR HJÆLP FRA EMISSIONSGRUPPEN HENRIK GUNDORPH BRUUN METTE HJORT MIKKELSEN STEEN GYLDENKÆRNE OG GEOGRAFISKE ANALYSER MORTEN KASTRUP BLEMMER VERSITET UNI
AARHUS UNIVERSITET INDHOLD 1. Fremtidens fosforefterspørgsel og behov P mængder i spildevand, gylle og handelsgødning Udbytte , fosfortal og jordtypen 2. Miljømæssig bæredygtighed State of the art teknologi Slutdisponering - forbrænding og/eller til landbrug 3. Kvalitet af slutprodukter State of art og nye teknologier Fosfor recirkuleringseffektivitet Biotilgængelighed 4. Miljømæssige bæredygtige løsninger Udbringningsscenarier MARIANNE THOMSEN 21 NOVEMBER 2012 2
AARHUS UNIVERSITET EFTERSPØRGSEL - TILFØRSEL AF FOSFOR TIL LANDBRUGET Vinther, F. P. , Olsen. , P. , 2012. NÆRINGSSTOFBALANCER OG NÆRINGSSTOFOVERSKUD I LANDBRUGET 1990/912010/11. DCA MARIANNE THOMSEN 21 NOVEMBER 2012 3
AARHUS UNIVERSITET GØDNINGSFORBRUGET I DANMARK GYLLE, SPILDEVAND OG HANDELSGØDNING Gødningsforbrug I langbruget - [tons TS] year kvæggylle 2011 svinegylle 1. 218. 840 spildevandsslam 2. 250. 737 54. 564 kvæggylle 2010 svinegylle 22. 866 spildevandsslam 17. 041 868. 200 140. 000 Gødningsforbrug I langbruget – [tons P] year handelsgødning 5. 743 handelsgødning 11. 300 14. 735 › Udbringning af spildevandsslam på markerne toppede i slutningen af 1990 erne på et niveau omkring 80. 000 tons tørvægt og er siden faldet til et niveau på 30. 000 tons i 2006 – i 2011 på 55. 000 tons. MARIANNE THOMSEN 21 NOVEMBER 2012 4
AARHUS UNIVERSITET AFGRØDERNES GØDNINGSBEHOV › Afgrøders P behov varierer › Ikke stor forskel på kornafgrøder › Raps højere P behov sammenlignet med korn › Græs lavest P behov Afgrødetype ha (2011) P-behov [kg/ha] vinterhvede vårhvede rug vinterbyg vårraps vinterraps ærter græs MARIANNE THOMSEN 724487 20221 56097 130882 471143 1808 150402 2677 823272 22 19 18 20 22 25 32 27 15 21 NOVEMBER 2012 5
AARHUS UNIVERSITET FORDELING AF JORDBUNDSTYPER 350000 250000 JB 1 FK 1 200000 JB 2 FK 2 JB 3, 4 FK 3 150000 JB 5, 6 FK 4 100000 JB 7 FK 5 50000 JB 8, 9, 10 FK 6 0 nd lla d Sjæ jyl la n rd No tjy lla nd nd lla Øs Ve st jy an d n dj yll Fy Sy rn ho lm JB 11 FK 7 Bo Ha 300000 MARIANNE THOMSEN 21 NOVEMBER 2012 6
AARHUS UNIVERSITET FOSFORTAL FORDELINGEN I LANDSDELE OG PÅ JORDBUNDSTYPE Bornholm Jordbundsanalyser [JB 5, 6] 0 -0, 9 1 -1, 9 2 -2, 9 3 -3, 9 4 -4, 9 5 -5, 9 6 -6, 9 7 -7, 9 8 -8, 9 9 -10 >10 0 14 26 26 16 9 4 2 1 0 0 Sjælland [JB 5, 6] 1 19 39 24 10 4 2 0 0 Fyn [JB 5, 6] 1 19 34 24 12 5 2 1 0 0 0 Øst-jylland [JB 3, 4 ] 1 8 29 30 18 8 3 1 0 0 0 Nordjylland [JB 2, 3, 4] 1 7 19 27 22 13 6 3 1 1 1 Vestjylland [JB 1] 0 4 16 24 23 16 9 4 2 1 1 › Fosfortal lavere end 2 er ensbetydende nedgang i udbytte › Områder med lave fosfortal skal derfor gødes op til et fosfortal mellem 2 og 4 MARIANNE THOMSEN 21 NOVEMBER 2012 7
AARHUS UNIVERSITET FORDELING AF AFGRØDETYPER -HVEDE MARIANNE THOMSEN 21 NOVEMBER 2012 8
AARHUS UNIVERSITET AFGRØDETYPER OG P BEHOV MARIANNE THOMSEN 21 NOVEMBER 2012 9
AARHUS UNIVERSITET AFGRØDEUDBYTTE TONS TS/HA, 2010 tons TS / ha JB 1 JB 2 JB 3 JB 4 JB 5 JB 6 JB 7 JB 8 JB 11 Bornholm 56 0 47 53 92 77 83 10 0 Fyn 66 55 96 96 102 84 0 90 Sydjylland 98 65 85 85 98 91 90 76 98 Vestjylland 81 81 81 80 83 75 70 33 81 Østjylland 85 70 81 83 80 102 92 45 84 Nordjylland 94 97 80 97 77 88 89 22 81 Sjælland 99 128 145 177 152 176 154 0 140 MARIANNE THOMSEN 21 NOVEMBER 2012 10
AARHUS UNIVERSITET ER DER EN SAMMENHÆNG MELLEM UDBRAGTE MÆNGDER AF P, FOSFORTAL OG HØSTUDBYTTE ? MARIANNE THOMSEN 21 NOVEMBER 2012 11
AARHUS UNIVERSITET ER DER EN SAMMENHÆNG MELLEM UDBRAGTE MÆNGDER AF P, FOSFORTAL OG HØSTUDBYTTE ? MARIANNE THOMSEN 21 NOVEMBER 2012 Bæredygtig forforgenanvendelse fra spildevand -Dansk Vand Konference 2012
MARIANNE THOMSEN 2010/11 2009/10 2008/09 2007/08 2006/07 2005/06 2004/05 2003/04 2002/03 2001/02 2000/01 1999/00 1998/99 1997/98 1996/97 1995/96 1994/95 1993/94 1992/93 1991/92 1990/91 AARHUS UNIVERSITET P OVERSKUD OG UDNYTTELSESGRAD 90. 0 80. 0 70. 0 60. 0 50. 0 40. 0 kg P overskud 30. 0 udnyttelses % 20. 0 10. 0 21 NOVEMBER 2012 13
AARHUS UNIVERSITET MILJØMÆSSIGE BÆREDYGTIG ØKONOMISK FORRETNING › HVORDAN? › Tendens: leverance af flere tjenester og produkter Levere rent vand, klima mitigation, etc. › Spildevandsslam – fra affald til multifunktionel ressource P-beriget materiale der skal anvendes som gødning Energikilde (biogas, forbrænding) › LCIA › Slam på landbrugsjord og/eller slamforbrænding …. MARIANNE THOMSEN 21 NOVEMBER 2012 14
AARHUS UNIVERSITET LIVSCYKLUS ANALYSE › Funktionel enhed: behandling af 1 m 3 indløb spildevand Fire muligheder: 1. 2. 3. 4. T 2 AG - Aerob behandling, <20000 PE, slam til landbrug T 2 IN - Aerob behandling, <20000 PE, slam til forbrænding T 4 AG - Anaerob behandling. > 100000 PE, slam til landbruget T 4 IN - Anaerob behandling. > 100000 PE, slam til forbrænding Data: › Energi forbrug og biogas produktion (grønt regnskab) Slam sammensætning og spildevand emissioner (slam og vand databaser) LCIA (recipe midpoint): › Systemudvidelse: Slam erstatninger for fremstilling og brug af mineralsk gødning (baseret på P-indholdet) Forbrænding erstatninger for energiproduktion (baseret på energiudnyttelse) MARIANNE THOMSEN 21 NOVEMBER 2012 15
AARHUS UNIVERSITET SYSTEMGRÆNSER OG KOMPONENTER MARIANNE THOMSEN 21 NOVEMBER 2012 Bæredygtig forforgenanvendelse fra spildevand -Dansk Vand Konference 2012
AARHUS UNIVERSITET UDVALGTE LCIA RESULTATER CLIMATE CHANGE AND RESOURCE DEPLETION –[ kg CO 2 eqv. ] MARIANNE THOMSEN 21 NOVEMBER 2012 17
AARHUS UNIVERSITET UDVALGTE LCIA RESULTATER HUMAN TOXICITY AND TERRESTRIAL ECOTOXICITY – [ kg 1, 4 -DB eqv. ] MARIANNE THOMSEN 21 NOVEMBER 2012 18
AARHUS UNIVERSITET TEKNOLOGISKE MULIGHEDER FOSFOR PRODUKTER FRA SPILDEVAND › De teknologier, der på nuværende tidspunkt er afprøvet i praksis kan generelt inddeles i tre overordnede grupper hvor fosforen genvindes 1. Fra vandfasen 2. Fra den organiske fase 3. Fra asken ved slamafbrænding 1 og 2 ved en kombination af kontrolleret struvit dannelse og BIO-P 3 ved ekstraktion af P fra forbrændingsrester (aske og slagge) MARIANNE THOMSEN 21 NOVEMBER 2012 19
AARHUS UNIVERSITET VED TILBAGEFØRSEL AF FOSFOR FRA SPILDEVANDSBEHANDLING TIL LANDBRUGSJORD 1. producere et produkt/-er med kendt P biotilgængelighed 2. producere et rent produkt uden negative konsekvenser 3. opnå en høj økoeffektivitet 1. 2. 3. Fx ved at kende den citratopløselige fraktion af P i produktet ved at kende renheden af produktet ved at kende ressource (materiale og energi forbrug, samt stofstrømmene for hele værdikæden spildevand til produkt/-er) MARIANNE THOMSEN 21 NOVEMBER 2012 20
AARHUS UNIVERSITET TILBAGEFØRSELSEFFEKTIVITET OG BIOTILGÆNGELIGHED › P recirkuleringseffektivitet ((Pind-Pud)/Pind)*100% ≈ 95% › P biotilgængelighed MARIANNE THOMSEN 21 NOVEMBER 2012 21
AARHUS UNIVERSITET KVALITET AF SLUTPRODUKTER TILGÆNGELIGE DATA OM STOFSTRØMME › Spildevandsdatabasen, slamdatabasen, spørgeskema fra Eco. P projektet Kvalitetssikring - P massebalance MARIANNE THOMSEN 21 NOVEMBER 2012 22
AARHUS UNIVERSITET SLAM SOM GØDNINGSPRODUKT Quality Criteria, Fertiliser type Sludge spread on agricultural soils [mg/kg slam] Sludge spread on agricultural soils [mg/kg P] EU cut-off values for mineral fertilizers [mg/kg] WWTP Sludge Quality Plant type (no) Capacity, [PE] anaerob/ aerob T 1 (367) <20000 Aerobic T 2 (49) >20000 an <100000 Aerobic Cd Pb 0, 8 100 3 Cd Hg 120 10000 150 Ni 0, 8 200 2 30 2500 120 Pb Hg Ni average [mg/kg dw sludge] 1, 2 36, 3 1, 1 2, 5 38, 9 1, 3 26, 9 29, 3 T 3 (4) >100000 Aerobic 1, 0 37, 1 0, 8 18, 6 T 4 (37) <20000 Anaerobic 1, 3 45, 0 0, 9 22, 0 T 5 (29) >20000 and <100000 Anaerobic 3, 9 102, 8 1, 7 45, 1 T 6 (15) >100000 Anaerobic 1, 5 50, 4 1, 3 29, 5 Plant type Capacity, [PE] anaerob/ aerob T 1 <20000 Aerobic 78 2115 46 1281 T 2 >20000 and <100000 Aerobic 96 1446 47 1066 T 3 >100000 Aerobic 59 2091 57 1136 T 4 <20000 Anaerobic 29 1460 29 713 T 5 >20000 and <100000 Anaerobic 561 2974 194 1521 T 6 >100000 41 1433 38 824 Mineral Fertilizer Quality average [mg/kg P] Anaerobic Cd Pb Hg Ni Mineral Fertilizer average [mg/kg dw product] NPK 4, 4 MARIANNE THOMSEN 2, 7 0, 076 84 21 NOVEMBER 2012 23
AARHUS UNIVERSITET OPGRADEREDE GØDNINGSPRODUKTER MARIANNE THOMSEN 21 NOVEMBER 2012 24
AARHUS UNIVERSITET PRODUKTKVALITET TUNGMETALINDHOLD MARIANNE THOMSEN 21 NOVEMBER 2012 25
AARHUS UNIVERSITET PRODUKTKVALITET - MFS MARIANNE THOMSEN 21 NOVEMBER 2012 26
AARHUS UNIVERSITET PRODUKTKVALITET - NPK INDHOLD MARIANNE THOMSEN 21 NOVEMBER 2012 27
AARHUS UNIVERSITET GØDSKNINGSSCENARIER CADMIUM MARIANNE THOMSEN 21 NOVEMBER 2012 28
AARHUS UNIVERSITET PRODUKT KVALITET OG MILJØMÆSSIG ANSVARLIGHED MARIANNE THOMSEN 21 NOVEMBER 2012 29
AARHUS UNIVERSITET KONKLUSION › Fosfortallet i jord siger mest om mængden af svært tilgængeligt P i jorden › Høstudbyttet er tilsyneladende overvejende bestemt af jordbundstype og mængde biotilgængelige næringsstoffer › Det faldende fosforoverskud i dansk landbrugsjord tilsiger en større efterspørgsel på fosforgødning med et vist indhold at biotilgængeligt P › Ved en overgang fra kemisk fældning af P til biologisk assimilering af P er det muligt at producere et produkt med et biotilgængeligt P indhold (nytteeffekt) på 40%. › Et sådant gødningsprodukt vil som positiv sideeffekt kunne bidrage til en langsigtet genopbygning af fosforpulje for jorde med et lavt fosfortal. › En sammenlignende analyse af den miljømæssige bæredygtighed af nye teknologier har ikke været mulig i nærværende projekt › Den øgede fosforrecirkuleringseffektivitet har en fortyndingseffekt på metal indholdet i gødningsproduktet som gør at de største anlæg kan levere en kvalitet der er bedre/tilsvarende de mindre decentrale anlæg. › Tungmetal problemstillingen bør løses ved en dokumenteret håndtering der resulterer i et stadigt minimeret indhold i gødningsprodukter/tab til miljøet. MARIANNE THOMSEN 21 NOVEMBER 2012 Bæredygtig forforgenanvendelse fra spildevand -Dansk Vand Konference 2012
- Slides: 30