At omdanne spildevandsslam til energi og mineralsalte

Et system udviklet af EPFL spin-off TreaTech kan omdanne slam fra spildevandsrensningsanlæg til mineralsalte – som kan bruges i gødning, for eksempel – og biogas. Virksomhedens forskning bliver finansieret af flere private og offentlige enheder, og der bygges nu et storstilet pilotanlæg. Systemet er planlagt til at blive installeret på et spildevandsrensningsanlæg i 2022.

Spildevandsrensningsanlæg producerer et spildevand, der almindeligvis kaldes slam. Anlægsoperatører har tidligere bortskaffet dette slam direkte som gødning, men det blev gjort ulovligt i Schweiz for lidt over ti år siden på grund af den voksende koncentration af forurenende stoffer fundet i spildevand. Som resultat, slammet tørres normalt til kager og brændes, tager tusindvis af tons fosfor med sig hvert år. Det betyder noget, fordi fosfor er en essentiel forbindelse i flere biologiske processer, herunder fotosyntese, men der har indtil nu ikke været nogen brugbar metode til at genanvende fosfor i spildevand. Ingeniører ved EPFL's Laboratory of Sustainable and Catalytic Processing har designet et system, der er i stand til at genvinde fosfor, markedet for hvilket anslås til 33 mia. CHF. Systemet er udviklet af TreaTech, en virksomhed udskilt fra laboratoriet. TreaTechs system kan også producere biogas fra spildevandet takket være teknologi, kaldet termisk forgasning, udviklet på Paul Scherrer Instituttet.

For at reducere transportomkostningerne, slammet, som er 95 procent vand, dehydreres først af spildevandsanlæg, kræver til gengæld en masse energi, der har sine egne omkostninger. Remanensen forbrændes derefter et andet sted. "Vores system kan genvinde slam direkte fra spildevandsrensningsanlæg uden behov for tørring eller anden forbehandling, siger Frédéric Juillard, CEO for TreaTech. I hans system, spildevandsstrømmen ledes ind i et højtryk, højtemperaturseparator (> 22,1 MPa og 400°C), hvor væsken går i en superkritisk tilstand (dvs. mellem væske og gas). Det reducerer opløseligheden af ​​fosfor og mineralsalte i væsken kraftigt, får dem til at krystallisere til faste stoffer, der let kan genvindes. "Over 90 procent af fosfor kan genvindes, "understreger den administrerende direktør.

At omdanne næsten 100 procent af det organiske stof til biogas

Nogle renseanlæg har allerede systemer til genanvendelse af slam til biogas. "Men bioringeanlæg, de bruger i øjeblikket, kan kun omdanne 40-50 procent af det organiske stof, " siger Gaël Peng, medstifter og CTO i TreaTech. Det resterende rådestat tørres og transporteres til forbrændingsanlæg. Det giver store omkostninger og kræver meget energi. "Slambehandling og bortskaffelse tegner sig for omkring 40 procent af et spildevandsrensningsanlægs samlede driftsomkostninger, " tilføjer Peng. Juillard ønskede derfor at inkorporere teknologi til at generere biogas i sit system, for at hjælpe fabriksoperatører med at sænke omkostningerne og øge konverteringsraterne.

Han brugte flere måneder på at studere forskellige teknologier, der blev udviklet rundt om i verden, men fandt løsningen mindre end 200 km fra EPFL, på Paul Scherrer Instituttet. Forskere der arbejdede på en ny slags reaktor, der bruger ruthenium som katalysator, og som kan opnå en næsten 100 procent omdannelseshastighed til biogas, der kan bruges til at producere varme eller elektricitet, eller endda som biobrændstof. Det resulterende vand er fri for toksicitet og kan pumpes direkte tilbage i kommunale vandsystemer.

Hvad mere er, videnskabsmændenes teknologi sparer også en del tid – deres reaktorer kan omdanne slam til biogas på kun 20 minutter, hvorimod eksisterende bioringeanlæg har brug for omkring 30 dage. Det kan også spare plads på spildevandsrensningsanlæg og efterlader intet affald.

Storskala test

TreaTechs forskning støttes af Paul Scherrer Institute samt det schweiziske føderale energikontor. Virksomheden har med succes testet en prototype og bygger nu en storstilet version. Det planlægger at installere sit system på et spildevandsrensningsanlæg i 2022 - lige i tide til at hjælpe anlægsoperatører med at overholde nye fosforgenanvendelsesbestemmelser, der kunne træde i kraft i Schweiz i 2026. Ved at kræve, at virksomhederne genanvender fosfor, den schweiziske regering håber at undgå omkostninger og miljømæssige risici ved import af kemikaliet.

Nu hvor TreaTech med succes har testet sin prototype, det bygger et pilotanlæg, der er 100 gange større og kan behandle 100 kg/t slam. Virksomhedens forskning støttes af det schweiziske forbundskontor for energi og opnåede 4,4 millioner CHF i finansiering fra et offentligt-privat partnerskab. Pilotanlægget skulle stå færdigt inden udgangen af ​​året, og systemet er planlagt til at blive installeret på et spildevandsrensningsanlæg i 2022, med kapacitet til at behandle 3 tons slam i timen.

Næste skridt vil være at tilpasse systemet til brug i andre applikationer, såsom til rensning af industrispildevand, spildevand fra afsaltningsanlæg eller biomasserester.