Struvitt er et verdifullt sluttprodukt fra Hias-prosessen, bruk av biolegemer på en ny måte har vært nøkkelen til framskrittet

Utvinner fosfor fra avløpsvann

Hias på Hamar har utviklet en biologisk renseprosess som utvinner rent fosfor fra avløpsvann. Prosessen har vært i drift i mer enn et år og er patentsøkt i flere land. Et nytt industrieventyr innen bærekraftig teknologi kan bli en realitet.

0

Fosfor er en knapphetsfaktor i natur og landbruk, men finnes i rikelige mengder i avløpsvann. Da man på 80-tallet reddet Mjøsa fra miljøkatastrofe var nøkkelen å stoppe fosforet. Nå er Mjøsa ren mens hedmarkingene er hekta på fosfor. Det er et verdifullt mineral, der tilgangen er begrenset og markedet prisgitt en håndfull gruver på verdensbasis.

Bioreaktoren med PAO bakterier er under gulvet, heisene til høyre tar biolegemer fra aerob til anaerob sone.

Store mengder
Fosfor er byggekloss i alle levende celler og finnes derfor i avløpsvann fra husholdninger og næringsmiddelindustri. Siden fosfor ofte er en begrensende faktor for algevekst er det er vanlig med krav om fjerning av fosfor før utslipp av avløp til miljøet. Fordi mange sjøer sliter med algeoppblomstringer er kravene stadig blitt strengere. Ofte er det krav om fjerning av mer enn 90 % av fosforet.

Dagens rensemetoder for fosforfjerning er imidlertid kostbare og lite bærekraftige, fordi fosforet i slammet som dannes til slutt blir vanskelig tilgjengelig for videre utnyttelse, som feks. i landbruk.

– Vi har i flere år hatt behov for en bedre metode for fjerning av fosfor og sett potensialet for nye rensemetoder. Feltet har stor interesse internasjonalt og er preget av innovasjon og et ønske om bedre løsninger. Siden Hias’ oppgave er å levere miljøtjenester på en best mulig måte har vi valgt å utvikle en ny prosess selv. Med tanke på mengden avløpsvann i verden bør utvinning av fosfor kunne ha et potensiale for verdiskaping. Vi er fornøyd med å ha klart å få til noe unikt og regner med at vi går en spennende tid i møte, sier Morten Finborud, leder for Hias.

Gjermund Sørensen, Torgeir Saltnes og Sondre Eikås har vært sterke bidragsytere i utvikling av Hias-prosessen.

Vellykket prosess
Etter flere års utprøving har man kommet fram til en rensemetode som gjør det mulig å ta ut kommersielt salgbart fosfor fra avløpsvannet, i form av struvitt, som inneholder 12 % rent fosfor. I dag har Hias en ferdig fungerende prosesslinje i drift som behandler avløpsvannet fra 10 000 abonnenter. Fra denne linjen produserer man rent struvitt, der man klarer å hente ut ca 50 % av fosforen som finnes i avløpsvann. Kjernen i prosessen er en helt ny type bioreaktor som arbeider kontinuerlig. Siden prosessen ikke trenger kjemikalier er driftskostnadene 30% lavere enn konkurrerende teknologi, som for eksempel MBBR med kjemisk felling. Nylig gjorde man en beregning for MOVAR der man fant at tilbakebetalingstiden med de nye metoden ligger på 8-9 år.  I det hele tatt å regne med tilbakebetaling innen avløpsrensing er en helt ny tanke.

– Dette er en vinn-vinn-vinn løsning. Struvitt kan selges for en brukbar pris. Kjemikalieforbruket reduseres til null. I tillegg er fosfatet i det ferdig råtnede slammet tilgjengelig for planter. Dermed vil slammet også bli mer verdifullt for jordforbedring, noe som gir en ytterligere verdiskaping, sier Anders Øfsti, som leder den kommersielle utnyttelsen av den nye prosessen.

– Med Hias-prosessen går vi en spennende tid i møte, sier Morten Finborud, leder for Hias

Flittig bakterie
Den nye renseprosessen er altså en bioreaktor med en type bakterier som er spesialister på å samle fosfor. Dette på en måte som gjør at fosforet lar seg utvinne.

– Vi har klart å gi gode konkurransevilkår til en bakteriekultur med unike egenskaper. Disse kalles PAO (Phosphourous Accumulating Organisms). De har evnen til å bygge sine egne fosfat-batterier, til å leve på i trange tider. Dette er nøysomme bakterier som normalt dominerer på bunnen av sjøer, men finnes også litt overalt. Ved å skape et unikt miljø i en bioreaktor har vi klart å få de til å dominere i et biologisk rensetrinn, forteller prosjektleder Sondre Eikås.
Selve trikset er å ha en reaktor der biolegemene sirkulerer mellom to soner. Avløpsvannet kommer først til en anaerob sone der biolegemer med PAO bakterier dominerer. Her støvsuger PAO’ene miljøet for lettfordøyelig karbon (VFA) og skiller ut fosfor, siden dette finnes i rikelige mengder. Når avløpsvannet og biolegemene vandrer videre til aerob sone har PAO’ene lagt i seg det meste av næringen, dermed vil ikke konkurrerende bakterier få fotfeste. Dette gjør at de saktevoksende PAO’ene også kan regjere i aerob sone. PAO’ene kan dessuten ta opp MYE mer fosfor i aerob sone enn de slapp i anaerob sone. Fosforen blir dermed med i biofilm-slammet og havner i rejektvannet for videre struvittfelling. Det geniale med prosessen er at biolegemene med bakterier sendes tilbake til starten, slik at de «beskjedne» bakteriene alltid har et forsprang på bakterier som ellers ville tatt kontrollen.

– Med Hias-prosessen kan vi også bygge om vårt eget anlegg og samtidig få mye plass til overs, sier Anders Øfsti, som leder arbeidet med å skape forretning ut fra Hias prosessen

Flere kilder
Nå bakteriene kommer til slutten av biofilteret har de satt til livs de organiske delene av avløpsvannet, og det er dannet en betydelig mengde slam. Fosfatet utvinnes videre både fra rejektvannet fra slambehandlingen og fra vann fra råtnetankene etter biogass-produksjonen.
– Bakteriene vi dyrker fram er restespisere som normalt sitter «ved enden av bordet», men vi har gjort de til konger av biofilteret, forklarer Eikås.
Metoden har fått navnet Hias-prosessen og kombinerer prinsippene fra EBPR (BioP) og MBBR (brikker med biofilm). Den er patentert i Norge, og nå venter man på å få godkjent patentet i flere land, noe som vil hjelpe for kommersialisere av denne innovasjonen.
Fosforproduktet som framstilles heter struvitt, som er et salt der fosfor er lett tilgjengelig. Ved Hias’ anlegg regner man med at den årlige mengden struvitt som kan utvinnes vil ligge på 20-30 tonn. Førstehåndsverdien på fosfor er i dag ca. 20 000 kr/tonn, og for struvitt ca. 2 600 kr/tonn. Struvitt inneholder 12 % fosfor. Man forventer høyere priser dersom man kan levere dette lenger ned i verdikjeden.

Bioheis: Å flytte biolegemer med allerede godt etablerte bakterier fra et miljø til et annet bør kunne kalles en genistrek.

På Hamar
Ved Hias kjører man ved siden av den nye linjen med Hias-prosessen fortsatt rensing etter tradisjonelt aktivt slam metoden. Planen er å bygge om hele anlegget til Hias-prosessen, linje for linje for å opprettholde driften. Man regner med å være i mål om et par år. Fordi den nye prosessen krever betydelig mindre plass vil man kunne utnytte eksisterende bassenger og slippe utvidelse av bygningsmassen.
Ved Hias har man ikke krav om nitrogenfjerning, men man vil likevel arbeide med å justere EPBR prosessen slik at den også vil kunne levere fullgod rensing etter vanlige krav om nitrogenfjerning. Hias-prosessen sørger for at karbonet i avløpsvannet brukes til både fosfor- og nitrogenfjerning. Behovet for en ytterligere kilde for karbon er sterkt redusert eller trolig ikke tilstede. Selv om det primære målet med EPBR er fosforutvinning er den altså i stand til å fjerne nitrogen, dette henger sammen med biofilmen på brikkene og SND-aktivitet.
– Vi har en pilotmodell i skala 1 til 125 der vi har begynt å se på optimalisering av nitrogenfjerning i tillegg. I dag er prosessen slik at ca 50 % av nitrogenet fjernes, sier Øfsti.

EBPR* = Enhanced Biological Phosphorous Removal

Slik ser avløpsvannet ut etter biotrinnet, før filtrering av slam.