Recyklace fosforu a proces struvitu

Ing. Petr Stehlík, CSc., dr. h. doc. Ing. L. se zaměřuje na seznámení se s problematikou v oblasti recyklace fosforu z odpadních vod a proměnu ve využitelnou formu, např. hnojivo ve formě struvitu.

Cílem je udělat rešerši metod znovuzískávání fosforu a posoudit jejich využitelnost a zhodnocení ekonomické stránky procesu.

Článek pojednává o pozadí recyklace fosforu, výsledných produktů a realizovaných technologií.

V závěru jsou diskutovány a shrnuty výdaje spojené s metodou PASCH (PASCH) a proces tvorby práce.

Světové zásoby přírodních zdrojů fosforu mohou být do 100 let kompletně vyčerpány, proto je důležitá recyklace a opětovné využití fosforu.

Čtěte také: Jak recyklovat starý šicí stroj

Jedním ze zdrojů pro znovuzískávání fosforu jsou odpadní vody a produkty jejich dalšího zpracování v ČOV.

Recyklace fosforu z odpadních vod je nedílnou součástí čištění odpadních vod, díky kterému je eliminována nežádoucí trofizaci vodních zdrojů.

Pro recyklaci fosforu je třeba se zaměřit na srážení fosforu ve formě struvitu.

Úvod do recyklace fosforu

V současné době studie ukazují, že stávající zásoby fosforu budou vyčerpány okolo roku 2050 při stávajícím tempu spotřeby a bez kladení důrazu na recyklaci.

Je proto nutné nalézt vhodné zdroje fosforu z nichž půjde fosfor recyklovat.

Čtěte také: Zodpovědný přístup k recyklaci kávových kapslí

V současné době jsou primárním zdrojem fosforu fosfátové rudy (ca. 90 %), z ostatních zdrojů je třeba identifikovat koncentrované zdroje, u nichž by byla recyklace ekonomicky zajímavá.

Fosfor přítomný v odpadních vodách má původ povětšinou v moči, fekáliích a čistících prostředcích (saponáty, prací prášky, atd.).

V České republice zatím trendem recyklovat fosfor příliš není, zatímco v zahraničí je již např. v Německu povinnost získávat z kalů fosfor stanovena (pro ČOV větší než 50 000 ekvivalentních obyvatel).

Fosfor a jeho zdroje

Fosfor je esenciálním nutrientem pro všechny živé organismy a je jedenáctým nejzastoupenějším prvkem v zemské kůře.

V povrchových vodách je fosfor zastoupen převážně ve formě fosforečna (PPO43-).

Čtěte také: Výzvy v recyklaci tvrzených plastů

Fosfor je nutný pro růst rostlin a zúčastňuje se řady metabolických reakcí u rostlin i živočichů.

Organický fosfor je součástí rostlin a živočichů, jejich vedlejších produktů a zbytků.

Fosfor je limitujícím nutrientem v povrchových vodách, což znamená, že růst rostlin se zastaví i bez ohledu na to, kolik dusíku je ve vodě přítomno.

Fosfor je zpravidla faktorem limitujícím růst, protože je zpravidla přítomen ve velmi malých koncentracích.

Jakýkoliv volný fosfor je proto z vodního systému rychle odstraněn řasami a vodními rostlinami.

Nicméně zvýšené koncentrace fosforu mohou rychle způsobit např. rozsáhlý růst vodních rostlin a vodního květu.

Vnos fosforu do povrchových vod je jak z bodových, tak z difúzních zdrojů.

Z bodových zdrojů jsou nejvýznamnější (ne)čištěné splaškové odpadní vody.

Z difuzních zdrojů přírodního původu jsou nejdůležitější fosfátové horniny, které uvolňují fosfor vlivem počasí, erozí nebo výluhy; dále pak sedimenty v jezerech a nádržích, které uvolňují fosfor vlivem sezónních změn.

Využití fosforu

Hnojiva jsou dlouhodobě oblastí s největší spotřebou fosforu.

Získaného fosforu najde své využití v produkci hnojiv.

Pro zajištění dlouhodobé vysoké úrodnosti je nutné zvyšován hnojivy, která fosfor obsahují.

Problém je, že dnešní zemědělský průmysl zdaleka dostačující.

V Tabulce 1 jsou uvedeny některé z důležitých fosforečných hnojiv, které lze dále kombinovat se sloučeninami N, K, nebo S pro tvorbu komplexních hnojiv.

V tabulkách (Tab. 2 a Tab. 3) popsány využití některých významných sloučenin fosforu.

Legislativní stránka recyklace fosforu

Nakládání s kaly z čistíren odpadních vod legislativně upravuje novelizovaný zákon o odpadech (č. 185/2001 Sb.) a prováděcí vyhláška o podmínkách použití upravených kalů na zemědělské půdě (č. 437/2016 Sb.).

Na půdu lze podle zákona o odpadech (§ 32, 33) používat pouze upravené kaly s ohledem na nutriční potřeby rostlin a v souladu s programem použití kalů tak, aby použitím kalů nebyla zhoršena kvalita půdy a kvalita povrchových a podzemních vod.

Vyhláška o podmínkách použití upravených kalů na zemědělské půdě z roku 2016 zpřísnila požadavky pro použití kalů z ČOV v zemědělství a pro řadu subjektů tak znemožnila přímé využití čistírenských kalů na zemědělské půdě.

Došlo ke zpřísnění mikrobiologických kritérií a stanovení povinnosti ověření účinnosti hygienizace kalů (§ 10 vyhlášky).

Metody recyklace fosforu z odpadních vod

Odstraňování fosforu je nedílnou součástí čištění odpadních vod, díky kterému je eliminována nežádoucí trofizaci vodních zdrojů.

Pro recyklaci fosforu je třeba se zaměřit na srážení fosforu ve formě struvitu.

Při biologickém čištění odpadních vod dochází vždy k částečnému odstraňování fosforu inkorporací do biomasy.

Fosfor je pak ze systému odstraňován s přebytečným kalem obsahujícím okolo 2 % fosforu.

Nicméně je znám i mechanismus zvýšeného biologického odstraňování fosforu využívající střídání kultivačních podmínek.

V anaerobních podmínkách dochází k uvolňování fosforu, aby tento fosfor byl následně akumulován v (an)oxických podmínkách.

Chemické srážení sloučenin fosforu

Používají se především trojmocné soli železa a hliníku, dvojmocné soli železa a vápníku.

Srážedlo se dávkuje do surové odpadní vody před usazovací nádrž, např. do lapáku písku, vzniklé fosforečnanové soli se odstraňují v usazovací nádrži.

V praxi se aplikuje buď do nátoku do aktivace, zhruba ve dvou třetinách aktivační zóny anebo do nátoku před dosazovací nádrž.

Podporuje zpravidla sedimentační vlastnosti aktivovaného kalu a tím pádem i lepší kvalitu odtokových parametrů, nejen fosforu.

Provádí se v separátním reaktoru na odtoku z čistírny odpadních vod.

Srovnáme-li srážecí metody, tak největší účinnosti odstranění fosforu dosáhneme při terciárním srážení, kdy lze dosáhnout koncentrací hluboko pod 1 mg/L, zároveň je i nejnižší spotřeba chemikálií.

Produkty chemického srážení při recyklace fosforu z odpadních vod

Z hlediska recyklace fosforu je nejzajímavější srážet fosfor vápnem, protože vzniklé soli jsou snadno biodostupné pro rostliny.

• Struvit: Struvit, který se zkracuje nejčastěji pod zkratkou MAP (z anglického magnesium ammonium phosphate) má složení MgNH4PO4 . 6 H2O. Z potenciálních technologií recyklace fosforu se jeví nejslibněji, protože má excelentní hnojící vlastnosti a je pomalu se rozkládající hnojivo.
• Hydroxylapatit (HA): Technologie jsou většinou založeny na krystalizaci fosforečnanu vápenatého na krystalizačních jádrech, kterými jsou většinou částice písku ve fluidním reaktoru.Původně byla tato technologie navržena pro terciární dočištění odtoku z čistíren, ale vzhledem ke snižujícím se koncentracím fosforu v odpadních vodách v posledním desetiletí, je mnohem ekonomičtější ji aplikovat jako vedlejší proces mimo hlavní linku, kde je zařazena do proudu s vyššími koncentracemi fosforu (např. kalová voda).

Ekonomické zhodnocení procesu PASCH

Proces PASCH pracuje s rozpouštědlovou extrakcí, Sephos s postupným srážením těžkých kovů předtím než je vysrážen fosfor a Biocon dále využívá iontovou výměnu.

Recyklace fosforu termickým čištěním aktivovaného kalu a masokostní moučky lze procesy rozdělit podle typu tepelného procesu nebo podle typu chemického průmyslu, který popílek dále zpracovává.

Mokrá chemická extrakce oproti tomu dosahuje účinnosti okolo 90 % pro kal a popílek, ale vyžaduje výrazně větší spotřebu chemikálií a celkový proces extrakce je komplikovanější.

Během srážecích procesů zůstávají v kalu těžké kovy.

tags: #recyklace #fosforu #struvit #proces

Oblíbené příspěvky:

• Ekologická daň a eko-driving v ČR
• Bio hnojení luk
• Zákonná srážka a splátkový kalendář
• Dopady černých skládek
• Dopad dopravy na životní prostředí