Recyklace fosforu z popela: Metody a perspektivy

Bakalářská práce se zabývá problematikou recyklace fosforu s důrazem na využití popela z čistírenských kalů jako sekundární zdroj této suroviny. Je nastíněna současná situace ohledně zdrojů fosforu a mezinárodní snahy o efektivnější získávání z druhotných surovin, a to s ohledem na stávající legislativní omezení jeho zemědělského využití v České republice.

Klíčovou součástí této práce je průzkum a analýza metod využívaných k získávání fosforu, s důrazem na metodu bio-loužení jako perspektivní metodu pro extrakci fosforu. V rámci rešerše jsou také zvažovány možnosti aditivace kalů pro zlepšení celkového procesu. Práce rovněž poskytuje přehled o existujících provozech, které se zabývají recyklací fosforu.

Fosfor patří mezi nejdůležitější prvky zajišťující výživu a růst rostlin, jeho podíl v půdách ovšem zemědělskou produkcí klesá a je tedy třeba ho doplňovat. Jedním z kritických faktorů majících vliv na udržitelné zemědělství je tak nalezení způsobu efektivní recyklace fosforu.

Evropská unie označuje fosfor jako kritickou surovinu, jejíž dostupnost je strategicky omezená. Vzhledem k tomu, že většina světových zdrojů se nachází mimo Evropu, je nutné hledat cesty k recyklaci fosforu z odpadních proudů, například z kalů ČOV.

Současná situace a mezinárodní snahy

Nedostatek primární suroviny - fosforitu - vytváří poptávku v EU po sekundárních zdrojích fosforu. Jedním z materiálů bohatých na fosfor je čistírenský kal, obsahující v sušině přibližně 2-3 % fosforu v závislosti na způsobu čištění odpadních vod, jejich původu a legislativě limitující množství fosforu v odtoku.

Čtěte také: Jak recyklovat starý šicí stroj

Z celosvětového hlediska se hlavní oblasti těžby fosfátové rudy nacházejí v USA, Číně a na území Západní Sahary. Rakousko je jako většina evropských zemí zcela odkázáno na dovoz.

I když v Rakousku obecně klesá spotřeba hnojiv a v letech 2017/18 byl zaznamenán pokles o 5,7 %, bylo spotřebováno 28 500 tun oxidu fosforečného (P2O5) (BMLFUW, 2019).

Metody recyklace fosforu

Termické metody zpracování kalů doplněny o aditivaci vhodnými materiály představují jednu z perspektivních cest. Přídavek přísad může přispět k přenosu těžkých kovů z popela do plynné fáze a zároveň zlepšit dostupnost fosforu ve výsledném produktu pro rostliny.

Existují tři metody, kterými lze popeloviny vzniklé při mono-spalování čistírenských kalů zpracovat. První možností je termické zpracování za vysokých teplot s produkcí strusky bohaté na fosfor bez vzniku dalších produktů.

Dále s nimi lze nakládat v již existujících komerčních provozech spolu s fosforitem při výrobě fosforu a produktů z něj (množství popeloviny je zde však omezeno přítomností těžkých kovů). Dávka popeloviny dosahuje maximálně 10 % celkové navážky, aby nedošlo ke kontaminaci vyráběného produktu.

Čtěte také: Zodpovědný přístup k recyklaci kávových kapslí

Poslední možností je mokrá metoda, při které je popelovina loužena v zásadě nebo kyselině. Vzniklý roztok je filtrován a srážen za vzniku fosforu ve formě pevné látky (fosfátu), komerčního hnojiva (NPK, PK, NP) nebo kyseliny fosforečné.

V současnosti již byly v Německu, Švýcarsku nebo Švédsku publikovány zprávy hodnotící tyto jednotlivé P-recovery technologie z pohledu účinnosti, spotřeby energií a chemikálií, produkce odpadu, kvality, výnosu a ceny produktu. Z našeho pohledu jsou preferované právě technologie s mokrým zpracováním produkující kyselinu fosforečnou.

Bio-loužení

Projekt PHOS4PLANT má za cíl optimalizovat procesy spalování čistírenských kalů a získat fosfor z popela pomocí biologického loužení.

Využití popela z ČOV

Největší potenciál představuje s odstupem čistírenský kal jako sekundární zdroj fosforu. Spalováním čistírenských kalů lze na jedné straně eliminovat organické škodliviny a patogeny a na druhé zvýšit koncentraci fosforu následkem úbytku hmoty. Popel z čistírenských kalů má proto vysoký obsah fosforu 4,4 až 10 %.

Komunální čistírenský kal by mohl v celém Rakousku nahradit téměř polovinu fosfátových minerálních hnojiv. Například ve Vídni se ročně vyprodukuje 61 600 t sušiny (2013) kalu.

Čtěte také: Výzvy v recyklaci tvrzených plastů

Přidáváním kompostu s popelem z čistírenských kalů by mohl obsažený fosfor přispět ke zvýšení účinnosti postupů hnojení a stát se tak udržitelnou variantou konvenčních a biologických hnojiv. Fosfát vyskytující se v popelu z čistírenských kalů je však obtíženě dostupný pro rostliny. Tuto dostupnost by ale bylo možné zvýšit mikrobiální aktivitou v kompostu, neboť při procesu kompostování vznikají na základě rozkladu lehce metabolizovatelné substráty, organické kyseliny jako intermediární produkty aerobní (i anaerobní) látkové výměny.

Výzkum a vývoj

Studie pod vedením vědců z naší fakulty studovala inokulaci (aplikaci mikroorganismů) na kyselé půdě, kde limitující živinou byl právě fosfor. Pro pokus zvolili houbové inokulanty (Penicillium sp. a Trichoderma harzianum), které aplikovali jak samostatně, tak v kombinaci s popelem ze spalování dřeva. Následně sledovali schopnost těchto mikroorganismů zlepšit výživu kukuřice fosforem.

Ovšem pokud byl popel aplikován společně s houbovými inokulanty, došlo v půdě ke zvýšení rostlinám dostupného podílu fosforu, zvýšení odběru fosforu rostlinami a následně ke zvýšení produkce biomasy kukuřice.

Pozitivní vliv inokulantů na dostupnost půdního fosforu byl způsoben zejména zvýšením okyselení rhizosféry a snížením obsahu mikrobiálního fosforu v půdě.

Rovněž se provádějí výzkumy popela z čistírenských kalů s použitím různých metod zpětného získávání fosforu za účelem výroby kyseliny fosforečné nebo různých produktů fosforu.

Ekonomické aspekty

Ekonomická stránka celého procesu je však klíčová pro jeho reálnou průmyslovou udržitelnost. Práce bude zaměřena na zhodnocení nákladů a přínosů recyklace fosforu z kalů ČOV pomocí termických metod s případnou aditivací.

Legislativa a politika EU

Regenerace fosforu je pevně vázána na surovinovou politiku (legislativu) EU. Pouhé zavedení mono-spalování nezaručuje, že je popelovina následně zpracována za vzniku P-produktu a doprovodných surovin a není pouze skládkována nebo využita bez regenerace fosforu a dalších látek.

Podmínkou pro implementaci mono-spalování do současného zpracování odpadních vod je kvalitně připravená legislativa, která bude v souladu s prioritami surovinové politiky EU a ochranou životního prostředí.

ČR je stejně jako další členské státy EU závislá na importu fosforových výrobků, případně surovin pro jejich výrobu. Přesto u nás nejsou v oblasti zpracování čistírenských kalů a regenerace fosforu patrné snahy o částečnou soběstačnost, tvorbu trendů či jejich následování.

tags: #recyklace #fosforu #z #popelu #metody

Oblíbené příspěvky:

• Recenze Klozet Kombi KOLO Idol
• Práva a povinnosti ve vodním zákoně
• Neobvyklé jevy v české přírodě
• Důležitost recyklace baterií z elektromobilů
• Chov koní v souladu s ekologií