AVLØPSVANN SOM RESSURS

Presentasjon om: "AVLØPSVANN SOM RESSURS"— Utskrift av presentasjonen:

1 AVLØPSVANN SOM RESSURS
Eit: Landsby 5 AVLØPSVANN SOM RESSURS TorOve Leiknes Institutt for vann- og miljøteknikk

2 Water and sanitation history trivia:
“Dagens VA-teknikk” Babylonia ↓ Egypt Romerriket Middelalderne Industrirevolusjonen ”Vår” tidsalder 1848, national Public Health Act England flere patenter registert, mange aktører 1858, George Jennings popularized public lavatories Thomas Crapper, myth or history? (crap, crapper, ……)

3 HISTORISK UTVIKLING AV VA-TEKNIKKEN

4 Verdens ferskvannresurser:

5 Global water stress:

6 FORDELING AV VERDENS BEFOLKNING UTEN TILGANG PÅ AKSEPTABEL VANNFORSYNING

7 FORDELING AV VERDENS BEFOLKNING UTEN TILGANG PÅ AKSEPTABLE SANITÆRE FORHOLD (KLOAKKANLEGG)

8 4

9 ET SKREKKEKSEMPEL- ARALSJØEN FRA 1976 TIL 1997

10 GJENBRUK AV RENSET AVLØPSVANN
I de fleste deler av verden har bruken av vann vært styrt av: Tilgangen på vann Prisen på vannet har vært lav I fremtiden vil bruken av vann mange steder være styrt av: Behovet for vann Prisen på vann vil da øke Omfattende rensing av avløpsvann vil bli kostnadseffektivt

11 BÆREKRAFTIG VA-TEKNIKK
To skoler : 1. Det nåværende sentraliserte systemet bør erstattes av desentraliserte “på-stedet” løsninger 2. Det nåværende sentraliserte systemet er det eneste realistiske, men det bør modifiseres i retning av prinsippene for bærekraft. Ressursene i avløpsvann må utnyttes !

12 AVLØPS “FARMER” Avløpsfarmene (som det f.eks. fortsatt finnes noen av, se Melbourne RA nedenfor) er eksempler på omfattende gjenvinning av ressurser i avløpsvann. Spredning av avløpsvann fra byen på mark brukt til kjøttproduksjon, bringer mat tilbake til byen hvor avløpsressursene kom fra. Men enorme arealer kreves - i Melbourne 25 km2.

13 Den urbane vannsyklus Et mulig system i fremtiden med
Dagens typiske system. Systemet fører en blanding av “gode” næringsstoffer (C,P,N) og “farlige” giftstoffer (Me, AOX) Et mulig system i fremtiden med separate system for de “gode” næringsstoffene og de “farlige” giftstoffene

14 KILDESEPARASJON Man interesserer seg for kildeseparasjon også i
urbane systemer Fokus på urinseparering - spesielt i Sverige Krever : Folk og land – Hand i hand

15 RESSURSENE I AVLØPSVANN
1. Vannet selv 2. Stoffer i vannet 3. Varmen i vannet Irrigasjon Urbane parklandskap Gjenbruk i industri Gjenbruk for forsyningsvann Næringsstoffer (C,N,P) Karbon til energiproduksjon (biogass, biobrensel) Koagulantgjenvinning (Al, Fe) Energi til oppvarming

16 HVA INNEHOLDER AVLØPSVANN
Hovedskillet : Partikulært stoff / Løst stoff Partikler - suspendert stoff % 0 % Organisk stoff - BOF/KOF % 30 % Næringsstoffer - fosfor/nitrogen % 70 % Bakterier/virus - E-coli/Salmonella 95 % 5 % Tungmetaller - Cd, Pb, Hg etc % % Organiske miljøgifter - PAH, PCB etc % %

17 ULIKE METODER FOR RENSING AV AVLØPSVANN
Forbehandling Siling av avløpssøppel Primærrensing Slamavskilling (bunnfelling av slampartikler) Sekundærrensing Kjemisk rensing (utfelling + slamavskilling) Biologisk rensing (mikrobiell omsetn.+slamavsk) Tertiærrensing Biologisk/kjemisk u/N-fjerning Kjemisk/biologisk m/N-fjerning

18 Primærrensing (mekanisk)
Siling(1,5mm) Sediment. Sekundærensing Kjemisk Biologisk Tertiærrensing Biol/kjem u/N-fjern. Kjem/biol. m/N-fjern. SS BOF P N <20 <15 <10 <10 %

19 DET ER TO UTGÅENDE STRØMMER
FRA ET RENSEANLEGG Avløpsvannet Vannet selv Næringsstoffer Varme Slammet Næringsstoffer Energipotensial biogass and biobrensel Metallkoagulanter

20 RENSET AVLØPSVANN TIL JORDBRUKS- OG LANDSKAPSVANNING
Viktigst : Vannet selv – men også dets næringsstoffer Vanning av jordbruksmark og avlinger Vanning av golfbaner og andre sportsanlegg Vanning av parker og plener Viktige utfordringer: Sikre hygienisk vannkvalitet Forhindre jordforurensning Forhindre forurensning av grunnvann

21 RENSET AVLØPSVANN TIL URBANE FORMÅL
Renset avløpsvann til toalettspyling i doble avløpssystemer Renset avløpsvann til landskaps- utforming (dammer, bekker, våtmarker) To fremgangsmåter: et system for hele byen lokale, småskala system Behov for vann av akseptabel kvalitet Bruk av drikkevann for dyrt –og heller ikke bærekraftig

22

23

24 BRUK AV RENSET AVLØPS- VANN I STORBYER (Eksempel Tokyo)

25 RENSET AVLØPSVANN TIL INDUSTRIFORMÅL
Gjenbruk innen industrien selv Gjenbruk av renset kommunalt avløpsvann innen industri Mest vanlig i dag: vann til kjølevannsystemer vann til dampkjeler prosessvann til: vareproduksjon jern og stålproduksjon tekstilproduksjon Vaskevann (f.eks. bilvask)

26 RENSET AVLØPSVANN TIL VANNFORSYNING
Bruk direkte til drikkevann Grunnvannsgjenvinning Avløpsrensing Drikkevannsbehandling Forekommer mange steder - for å forhindre grunnvannssynkning for å hindre saltinntrengning for å lagre vann for å oppnå selvrensing i grunnen Forekommer svært sjelden – Ikke fordi man ikke kan rense godt nok men fordi folk har en mot- forestilling mot å drikke fhv avløp Eksempel : Windhoek, Namibia

27 Omfang og disponering av avløpsslam i EU’s 12 land
(i 1000 tonn TS) To måter å se på avløpsslam: Et problemavfall Naturen må beskyttes Egne lagerplasser Minimering (forbrenning) Lagring av aske En resurs Tilbakeføring til jorda Næring til jordbruket “Produktifisering” ressurser Tilbakeføring via markedet

28 SALMDISPONERINGSMULIGHETER
DEPONERING På land – fyllinger – fases ut I havet – er faset ut Forbrenningsaske- farlig avfall GJENVINNING (”PRODUKTIFISERING”) Produksjon av ”bio-mold” Gjenvinning av fosfat Gjenvinning av energi BRUK PÅ LANDAREALER Direkte bruk i jordbruket gjødsel/jordforbedring Bruk av ”bio-mold” (konstruert jord) på grøntarealer EU New sludge diretive ( Working document, Brussels 27. April, 2000) ”Sludge should be used on land whenever possible and only according to relevant Community or national legislation” Likevel : Stor usikkerhet mht hva som skjer med slamdisponering i EU

29 IKKE MAT-PRODUSERENDE GRØNTAREALER
”BRUK PÅ LAND” STRATEGIENE DIREKTE BRUK I JORDBRUKET BRUK AV “BIO-MOLD” PÅ IKKE MAT-PRODUSERENDE GRØNTAREALER Den vanligste og sannsynligvis den mest bærekraftige slamdisponeringsmåten. Men : Betydelig truet ! Betydelig interesse internasjonalt Tilgjengelige arealer er begrensingen

30 MARKEDET GJENVINNING/”PRODUKTIFISERING”- STRATEGIENE Interne sløyfer
Slam ”fabrikk” Lokal gjenvinning Sentralisert gjenvinning

31 BRUK AV SLAM I JORDBRUKET
Fordeler og ulemper Den mest benyttede og mest bærekraftige gjenvinning av ressurser i slam ! Men: En betydelig truet løsning ! Fordeler: Tilbakeføring av organisk stoff Utnyttelse av N og P Lav kostnad Problemområder : Hygienisk kvalitet Akkumulering av tungmetaller Organiske mikroforurensninger Begrensninger : Avstand fra RA til åker Hensiktsmessige avlinger Aksept blant folk

32 DIREKTE BRUK AV SLAM I JORDBRUKET
Utfordringer : Å forhindre smittespredning Tiltak: Hygienisering av slam Varmebehandling Valg av avlinger som kan gjødsles med slam Korn - ja Grønnsaker - etter 3 år Poteter - nei Regler om bruk Nedpløying Å forhindre jordforurensning Tiltak: Grenser for metallinnhold i slam og jord Cd, Pb, Hg, Ni, Zn, Cu, Cr Grenser for innhold av org. mikroforurensninger Dioxin/Furan, PCB, AOX Begrensning i dosering (tonn/ha.år ) Kontroll strategier

33 “PRODUKTIFISERING” OF RESSURSER I SLAM
Jordforbedring-“Bio-mold” Blanding av: Behandlet slam Fyllmaterialer (sand, leire, bark etc) Næringstilskudd (N,P,K) Etterspurt i markedet Offentlig bruk (parker, sportsanlegg, vegskråning Privat bruk (hager, plener) Blir ikke oppfattet negativt på samme måte som slam “Produkter” gjenvunnet fra slam Energi i form av Biogass fra anaerob utråtning Biobrensel fra avvannet slam Gjødsel i form av Organisk stoff Fosfor Nitrogen (fra slamvannet) Karbonkilde (for biol. N- og P-fjern.) Koagulanter (aluminium, jern) Tilsettingsstoff i byggevarer (f.eks aske i sement/betong)

34 MARKEDSPOTENSIALET FOR PRODUKTENE
MARKEDSPOTENSIALET FOR PRODUKTENE Resource Genarally marketable Locally In plant recyclable Market po tential Bio - soils Yes No Good Energy Electricity Heat Biofuel Oil May be Yes/No Fair Bad Nutrients Phosphate Nitrogen Coagulants Other metals Build.matr. add Only bio-soils, electricity, phosphate and heat seem to have a potential

35 EKSEMPLER PÅ BRUK AV ”BIO-MOLD” I TRONDHEIM
Gravplass Toppdekke Torvtak Hager

36 EKSEMPLER PÅ BRUK AV ”BIO-MOLD” I TRONDHEIM
Steinbrudd Prydbusker Ski-bakkej Veg-sider Camping

37 FOSFORGJENVINNINGSPROSESSER
Med dagens forbruk og pris vil vi ha råfosfat i 50 år til – i 100 år til om vi dobler prisen Teknologier: Jernfosfatutfelling KREPRO Calciumfosfatutfelling Crystallactor MAP-utfelling Phosnix Gjennvinning fra aske Phosnix Crystallactor

38 EKSEMPEL PÅ ET SLAMGJENVINNINGSKONSEPT
(KREPRO) Gjenvunnede produkter: Biobrensel Fellingsmiddel Fosfor Karbonkilde for N/P-fjern. Fjernet : Patogener Tungmetaller

39 TYPISK JAPANSK ANLEGG FOR UTNYTTELSE AV SLAM I CEMENTPRODUKTER

40 ENERGI FRA BIOGASS Biogas plant with heat exchangers
Total 2,1 kWh/kgDS Electricity 0,7 kWh/kgDS (potential in EU : TWh/year) Heat 1,4 kWh/kgDS Recoverable heat 1,0 kWh/kgDS Digester heating 0,7 kWh/kgDS Waste heat 0,4 kWh/kgDS Heat power engine for el-production Boiler for heat product. Biogas for car-fuel Gas storage Biogas plant with heat exchangers

41 ENERGI-GJENVINNING FRA VANN OG SLAM
Varmen i vannet gjenvunnet vha varmepumper Biogass produsert ved anaerob utråtn. av slam Varme produsert gjennom slam- forbrenning Varmet vann (60-70 oC) Varmt vann Elektrisitet Varm gass/vann Varme - lav kvalitets energi - krever mottager – RA selv eller fjernvarmeanlegg Høy kvalitets energi - Exergy - den delen av energien som kan konverteres til andre energiformer

42 ENERG FORVALTNING VED RYA
Fjernvarme Behandlet avløp 6-7oC kaldere Varmekraft maskin for el-prod. Dampkjel for varmeprod. Biogass til drivstoff for biler/busser Renset avløps- vann Varmepumpeanlegg Gass lager Avløps slam Bio-mold Biogass anlegg m/varmeveksler

43 AVLØPSVANNET SOM VARMEKILDE
Avløpsvannet representerer i store byer enorme mengder med termisk energi. Eks.: Tokyo’s avløpsvann representerer 27 TWh/år i varme → 39 % av alt varmetap fra denne megabyen !!!! For hver kW av installert elektrisitet, blir 3 kW omdannet til varmeenergi som kan benyttes til oppvarming Eksempel : I Gøteborg blir ca 25 % av energien som benyttes til hus- oppvarming gjenvunnet fra avløps- vannet gjennom varmepumpeanlegg

44 PRODUKSJONEN AV BIOGASS
Totalt energipotensial i biogass produsert fra slam er ~ 2 kWh/kgTS Dette tilsvarer ~ 75 GWh/år i en 1 mill innbygger by eller 15 TWh/år for hele EU’s slamproduksjon. Elektrisitetsandelen av dette er ca 1/3. Totalt 2,1 kWh/kgTS Elektrisitet 0,7 kWh/kgTS (potensial in EU : 6 TWh/år) Varme 1,4 kWh/kgtS Gjenvinnbar varme 1,0 kWh/kgDS Råtnetankoppvarm. 0,7 kWh/kgDS Tapt varme ,4 kWh/kgDS

45 VARME FRA FORBRENNING Varmeverdien i råslam : 14 MJ/kgTS (3,85 kWh/kgTS) ----”---- utråtnet slam : 12 MJ/kgTS (3,30 kWh/kgTS) biogasspotensialet bør tas ut før forbrenning Energien som trengs for fordampning av vannet balanseres av den energi som produseres ved forbrenningen ved et tørrstoffinnhold på > 25 % TS. Høyere TS gir et netto varmeoverskudd Typiske prosessløsninger : Hydrolyse Utråtn. Avvann. Tørking Forbrenn Pelletering Forbrenn.

46 KONKLUSJONER Avløpsvann bør sees på som en ressurs bestående av de dets tre viktige ressurskomponenter: Vannet selv, stoffinnholdet i vannet (primært næringsstoffene og karbonet) og vannets varmeinnhold Utnyttelse av disse ressursene er avhengig av rensing av avløpsvann som derfor må betraktes som nødvendig i et bærekraftsperspektiv I en situasjon der vannbruken er “forbruksdrevet” vil prisen på vann bli høy og omfattende rensing med tanke på gjenbruk kan bli kostnadseffektivt Den viktigste bruken av gjenvunnet vann (fra avløpsvann) vil være for jordbruks- og landskapsirrigasjon samt for offentlig bruk (doble distribusjonssystemer samt konstruerte vannsystemer og våtmarker)

47 KONKLUSJONER fortsatt
Selv om direkte bruk av slam i jordbruket må sies å være den mest bærekraftige måten å gjenvinne ressurser i slam på, bidrar den negative oppfatningen av “kloakk-gjødslede” avlinger, til å begrense metoden Energien som kan produseres fra biogass er meget betydningsfull og slik behandling bør det derfor oppmuntres til i “bærekrafts-samfunnet” “Produktifisering” a ressursene i slam vil sannsynligvis finne sted i stadig sterkere grad – “slamfabrikker” vil lage produkter som el, varme, biobrensel, bio-gjødsel, fosfor, drivstoff etc. Utnyttelse av avløpsvannets varme har et betydelig potensial i bystrøk til husoppvarming/-nedkjøling noe man bør ta hensyn til ved planlegging

48 EKSPERTER I TEAM LANDSBY : Avløpsvann som ressurs
Adapted from Du Pont PERMASEP Permeators