De terugwinning van fosfor uit zuiveringsslib kan bijdragen tot een circulaire economie voor de fosfaatindustrie. Er is echter een duurzame en economische strategie nodig.
Fosfor is een vitaal element voor planten en dieren. Als voedingsstof regelt het de energiebalans in de cellen en beïnvloedt het de samenstelling van genetisch DNA. Als meststof voorkomt het gebreksverschijnselen bij planten en heeft het een positief effect op de bodem. In de landbouw wordt fosfor gebruikt om een hoge opbrengst van de gewassen te bereiken.
De mineralen waaruit fosfaten worden gewonnen, komen uit landen als Afrika, China en Rusland. De hulpbronnen zijn eindig en de kwaliteit van de vondsten neemt af. Dit betekent dat de concentratie fosfor in de mineralen afneemt. Terwijl de belasting met ongewenste verontreinigende stoffen, zoals de giftige zware metalen cadmium en uranium, toeneemt. Dit maakt de mijnbouw duur en ook problematisch vanuit milieu-oogpunt. De terugwinning van fosfor uit zuiveringsslib zou een groot deel van de milieuproblemen oplossen.
Terugwinning
Hoe dit zou kunnen werken was het onderwerp van het StraPhos-project, dat werd uitgevoerd in opdracht van het Bondsministerie van Landbouw, Bosbouw, Milieu en Waterbeheer (BMLFUW). Een team onder leiding van Arabel Amann van het Instituut voor waterkwaliteitsbeheer van de Technische Universiteit van Wenen onderzocht hoe fosfor het best kan worden teruggewonnen in het binnenland en uit bestaande bronnen.
Ook in Nederland komen dergelijke projecten op. De waterschappen Noorderzijlvest, Hunze en Aa’s en Drents Overijsselse Delta willen met hun partners GMB BioEnergy en Energy from Waste (EEW) tot 40 procent fosfaat terugwinnen uit zuiveringsslib. De mono-verbrandingsinstallatie moet in 2024 klaar zijn.
Ook interessant: Zuiveringsslib en boomschors basis voor groen gas
De concentratie van fosfor in afvalwater is hoog. Daarom wordt zuiveringsslib in Oostenrijk nog steeds als meststof op akkers gebruikt. Negatieve effecten worden over het hoofd gezien. Want “naast fosfor bevat zuiveringsslib ook microplastics, zware metalen, organische sporenstoffen en antibioticaresiduen, die ook op de akkers terechtkomen”, legt Amann uit.
Er bestaat geen ideale procedure met betrekking tot het milieu, omdat er afwegingen moeten worden gemaakt tussen verschillende milieucriteria. Als de meststof een hoge beschikbaarheid voor planten en een lager gehalte aan zware metalen moet hebben, vereist dit ook een hoger gebruik van chemicaliën en energie. Niet in de laatste plaats komt deze hogere input ook tot uiting in de economische levensvatbaarheid van fosfaatterugwinningsprocessen.
Herstelprocessen
Het zou gemakkelijk zijn om fosfor rechtstreeks te onttrekken in de waterzuiveringsinstallaties. Dit levert echter slechts ongeveer 40 procent op. Als het zuiveringsslib wordt verbrand, is de opbrengst veel hoger. Bij verbranding wordt het zuiveringsslib eerst gedroogd, vervolgens verbrand en wordt het fosfor ten slotte uit de as geëxtraheerd. De bestaande processen worden onderverdeeld in meeverbranding en monoverbranding.
Het eerste zou uit energetisch oogpunt de voorkeur verdienen, omdat zuiveringsslib een zeer hoog watergehalte heeft en geen goede brandstof is. Dit verandert met meeverbranding, waarbij zuiveringsslib samen met ander afval wordt verbrand. De kwaliteit van de as verandert echter meestal, en dat is vooral nadelig wanneer het fosforgehalte daalt, legt Amann uit. Het fosforgehalte in de as is immers een van de bepalende factoren voor de economische terugwinning van fosfor. In monoverbrandingsinstallaties daarentegen kan ten minste 80 procent van het fosfor uit het zuiveringsslib worden teruggewonnen.
Economische haalbaarheid
Het team van Amann bekeek factoren zoals productiekosten en verkoopprijzen en berekende hoe de kosten per jaar onder de Oostenrijkse inwoners zouden worden verdeeld. Uitgangspunt was een scenario waarin ongeveer 35 procent van de nationale vraag naar fosforhoudende meststoffen wordt vervangen door fosfor uit afvalwater. Er werd aangetoond dat de kosten voor afvalwaterzuivering in het beste geval met één euro per inwoner kunnen worden verminderd. In het ergste geval resulteert dit in extra kosten van vijf euro.
Wil het economisch levensvatbaar zijn, dan moet het as van hoge kwaliteit en een goede locatie hebben. Bij voorkeur met een aansluiting op het stadsverwarmingsnet of warmteverbruikers. Amann: “Warmte afkomstig van de verbranding van zuiveringsslib wordt grotendeels gebruikt voor het drogen van het zuiveringsslib vóór de verbranding. In verstandige concepten is er gewoonlijk ook een kleine hoeveelheid overtollige warmte. Dit moet worden aangesloten op een bestaand stadsverwarmingsnet.”
Om de relatieve kosten per ton te drukken, bevelen de onderzoekers grote installaties aan met een potentieel van ten minste 30.000 ton droge stof per jaar. Voorts is het van belang een markt te creëren voor de gerecyclede meststof. Want, “de inkomsten zullen een beslissende factor zijn voor de economische levensvatbaarheid van de processen,” zegt Amann.
Wettelijk kader
Op EU-niveau is het rechtskader voor de recycling van fosfor uit zuiveringsslib al tot stand gebracht. Met de uitgebreide EU-meststoffenverordening zijn ook nieuwe meststoffen die uit secundaire grondstoffen zoals zuiveringsslib worden vervaardigd, toegelaten voor de markt, aldus Amann. In Oostenrijk is de economische haalbaarheid echter nog steeds moeilijk. Enerzijds door de lage fosforprijzen en anderzijds door het gebrek aan infrastructuur voor de behandeling van zuiveringsslib.
Een wettelijke verplichting tot terugwinning voor ten minste een deel van de Oostenrijkse fabrieken zou daarom een basisvoorwaarde zijn voor de invoering van de kringloopeconomie in de fosfaatindustrie.
Tegelijkertijd moeten ook criteria voor herstel worden vastgesteld. De onderzoekers bevelen bijvoorbeeld een minimumterugwinning van 80 procent fosfor uit zuiveringsslibas aan, aangezien dit haalbaar is met de momenteel beschikbare technologieën. Bovendien moeten de zware metalen ten minste gedeeltelijk uit de as worden verwijderd om de toevoer van zware metalen naar de landbouw te verminderen.
Foto: Als zuiveringsslib wordt verbrand, kan fosfor uit de as worden teruggewonnen.
Ook interessant: Duurzamer proces voor terugwinning van metalen uit afvalwater.
