OPTIES VOOR MESTVERWERKING · stripper absorber concentraat (NH 4) 2 SO 4 H 2 SO 4 effluent damp (H...
Transcript of OPTIES VOOR MESTVERWERKING · stripper absorber concentraat (NH 4) 2 SO 4 H 2 SO 4 effluent damp (H...
07-0063 1environmental technology
OPTIES VOOR MESTVERWERKINGOPTIES VOOR MESTVERWERKING
WimWim Rulkens,Rulkens,
Sectie Milieutechnologie, WUR,Sectie Milieutechnologie, WUR,
[email protected]@wur.nl
Focus:Focus:
Verwerken van mest met als doel:Verwerken van mest met als doel:
�� Productie van waardevolle componenten voor hergebruik Productie van waardevolle componenten voor hergebruik
�� Productie van energieProductie van energie
�� Preventie van emissies naar het milieuPreventie van emissies naar het milieu
�� Betere benutting van de mest voor direct gebruikBetere benutting van de mest voor direct gebruik
�� Acceptabele kostenAcceptabele kosten
�� Acceptabel procesAcceptabel proces
07-0063 2environmental technology
OVERZICHT
1.1. Karakteristieke samenstelling van mestKarakteristieke samenstelling van mest2.2. Typen mestverwerkingsprocessenTypen mestverwerkingsprocessen3.3. BeoordelingscriteriaBeoordelingscriteria4.4. DuurzaamheidscriteriaDuurzaamheidscriteria5.5. Enkelvoudige technieken / processenEnkelvoudige technieken / processen6.6. Gecombineerde technieken / processenGecombineerde technieken / processen7.7. Bewezen / toepasbare techniekenBewezen / toepasbare technieken8.8. KostenKosten9.9. Slotopmerkingen Slotopmerkingen 10.10. Conclusies Conclusies
07-0063 3environmental technology
KARAKTERISTIEKE SAMENSTELLING VARKENSDRIJFMEST (indicatief)
Concentration (g/kg)Component
Onkruidzaden, ziektekiemen, bestrijdingsmiddelen, medicijnresten, zware metalen
7pH
2S (als SO42-)
2Cl-2Mg (als MgO)
4Ca (als CaO)
8K (als K2O)
5P (als P2O5)
6• N-ammonia
8N-Kjeldahl
120Chemisch zuurstof verbruik
80Gesuspendeerde stof
30• Niet vluchtig
70• Vluchtig
100Droge stof
900Water
Hoofdzakelijk waardevolle
componenten
07-0063 4environmental technology
KARAKTERISTIEKE SAMENSTELLING VAN KIPPENMEST (INDICATIEVE WAARDEN)
6Mg (als MgO)
20K (als K2O)
5•Ammoniak
25•Organisch
30N (Kjeldahl)
20P (als P2O5)
500•Organische droge stof
600Droge stof
500Water
Concentratie (g/kg)Component
Hoofdzakelijk nuttige
componenten
07-0063 5environmental technology
Verwerken van mest met als doel:Verwerken van mest met als doel:
�� Productie van waardevolle componenten voor Productie van waardevolle componenten voor hergebruik hergebruik
�� Productie van energieProductie van energie
�� Preventie van emissies naar het milieuPreventie van emissies naar het milieu
�� Betere benutting van de mest voor direct Betere benutting van de mest voor direct gebruikgebruik
�� Acceptabele kostenAcceptabele kosten
�� Acceptabel procesAcceptabel proces
DOEL MESTVERWERKING
07-0063 6environmental technology
�� Enkelvoudige technieken / processenEnkelvoudige technieken / processen�� Scheiding in verschillende typen mestfractiesScheiding in verschillende typen mestfracties�� Verandering van samenstelling mestcomponentenVerandering van samenstelling mestcomponenten
�� Samengestelde technieken / processenSamengestelde technieken / processen�� Combinaties van enkelvoudige techniekenCombinaties van enkelvoudige technieken�� Winning van waardevolle componentenWinning van waardevolle componenten�� Meestal ook nog een restfractieMeestal ook nog een restfractie
�� Complete verwerkingsprocessenComplete verwerkingsprocessen�� Mest wordt volledig verwerkt tot waardevolle Mest wordt volledig verwerkt tot waardevolle
producten en zuiver waterproducten en zuiver water�� Emissies van milieuverontreinigingen naar bodem, Emissies van milieuverontreinigingen naar bodem,
water, atmosfeer zijn minimaal / voldoen aan water, atmosfeer zijn minimaal / voldoen aan emissiestandaards emissiestandaards
TYPEN MESTVERWERKINGSPROCESSEN
07-0063 7environmental technology
�� Technische haalbaarheidTechnische haalbaarheid�� FinanciFinanciëële haalbaarheidle haalbaarheid�� Maatschappelijke haalbaarheidMaatschappelijke haalbaarheid�� DuurzaamheidDuurzaamheid
BEOORDELINGSCRITERIA
07-0063 8environmental technology
DUURZAAMHEIDSCRITERIA BIJ MESTVERWERKING
�� Mate van directe nuttige toepassing meststromen Mate van directe nuttige toepassing meststromen (C, N, P, K, Mg). (C, N, P, K, Mg). Verwerking kan leiden tot een betere benutting van Verwerking kan leiden tot een betere benutting van deze componenten en een lagere emissiedeze componenten en een lagere emissie
�� Mate van terugwinnen van C, N, P, K, Mg, (water) Mate van terugwinnen van C, N, P, K, Mg, (water) voor nuttig hergebruikvoor nuttig hergebruik
�� Benodigde energie en grondstoffen voor de Benodigde energie en grondstoffen voor de verwerkingverwerking
�� Emissies naar bodem, water, atmosfeerEmissies naar bodem, water, atmosfeer�� Vaste residuen die moeten worden gestortVaste residuen die moeten worden gestort
07-0063 9environmental technology
�� Mechanische scheiding (drijfmest)Mechanische scheiding (drijfmest)�� FiltrerenFiltreren
�� ZevenZeven
�� BezinkenBezinken
�� CentrifugerenCentrifugeren
•• Dunne en dikke fractieDunne en dikke fractie
•• Geen verandering in componentenGeen verandering in componenten
•• P in dikke fractieP in dikke fractie
•• K, N in dunne fractieK, N in dunne fractie
ENKELVOUDIGE TECHNIEKEN / PROCESSEN (I)
07-0063 10environmental technology
�� Fysische scheidingFysische scheiding�� Strippen (ammoniak: hoge pH)Strippen (ammoniak: hoge pH)�� Ionenwisseling (vloeistoffase: K, Ionenwisseling (vloeistoffase: K, NHNH44
++))�� Ultrafiltratie / microfiltratie. Ultrafiltratie / microfiltratie.
Kleinere moleculen passeren het membraan: K, NHKleinere moleculen passeren het membraan: K, NH33, , opgeloste P en Copgeloste P en C
�� Omgekeerde osmose. Omgekeerde osmose. Nagenoeg alleen water passeert het membraan, Nagenoeg alleen water passeert het membraan, concentraat blijft achterconcentraat blijft achter
�� Verdamping (water, NHVerdamping (water, NH33))�� Drogen (water)Drogen (water)�� Aanzuren (NHAanzuren (NH33 ��������NHNH44
++))�� Absorptie in zuur (vanuit de gasfase: Absorptie in zuur (vanuit de gasfase: NHNH33))
ENKELVOUDIGE TECHNIEKEN / PROCESSEN (II)
07-0063 11environmental technology
�� Microbiologische omzettingsprocessenMicrobiologische omzettingsprocessen�� Aerobe behandeling (COAerobe behandeling (CO22))�� Anaerobe behandeling (biogas, COAnaerobe behandeling (biogas, CO22/CH/CH44))�� Nitrificatie (NHNitrificatie (NH33��������NONO33
-))�� Denitrificatie (NODenitrificatie (NO33
-��������NN22))�� Composteren (verdamping water, emissie van COComposteren (verdamping water, emissie van CO22, NH, NH33, ,
NN22O)O)�� Biowassing (verwijdering NHBiowassing (verwijdering NH33, H, H22S, stankcomponenten S, stankcomponenten
uit gasfase)uit gasfase)�� Biofiltratie (verwijdering NHBiofiltratie (verwijdering NH33, H, H22S, stankcomponenten S, stankcomponenten
uit gasfase)uit gasfase)�� Kweken van algen (nuttig gebruik van N en P)Kweken van algen (nuttig gebruik van N en P)�� Kweken van eendenkroos (nuttig gebruik van N, K en P)Kweken van eendenkroos (nuttig gebruik van N, K en P)
ENKELVOUDIGE TECHNIEKEN / PROCESSEN (III)
07-0063 12environmental technology
�� Thermische behandelingThermische behandeling�� Verbranden (kippenmest, dikke fractie na scheiden: Verbranden (kippenmest, dikke fractie na scheiden:
energie)energie)�� Pyrolyse (verhitten van mest tot 500Pyrolyse (verhitten van mest tot 50000C zonder toevoer C zonder toevoer
van zuurstof: gas (CHvan zuurstof: gas (CH44, CO, CO, CO, CO22, H, H22), vloeistof, vaste ), vloeistof, vaste stof)stof)
�� Vergassen (verhitten van mest tot 1000Vergassen (verhitten van mest tot 100000C, ondermaat C, ondermaat OO22: CO: CO22, CO, H, CO, H22, CH, CH44, kool), kool)
�� Hydrothermolyse (verhitten in vloeistoffase tot 600Hydrothermolyse (verhitten in vloeistoffase tot 60000C C onder druk: Honder druk: H22, CH, CH44, CO, CO22, CO), CO)
�� Superkritische oxidatie (oxideren in waterfase met OSuperkritische oxidatie (oxideren in waterfase met O22 : : energie, COenergie, CO22, N, N22, zouten), zouten)
�� Subkritische oxidatieSubkritische oxidatie�� HygieniserenHygieniseren
ENKELVOUDIGE TECHNIEKEN / PROCESSEN (IV)
07-0063 13environmental technology
�� Chemische processenChemische processen�� Aanzuren (HAanzuren (H22SOSO44, pH verlaging), pH verlaging)�� Toevoeging loog (NaOH, Ca(OH)Toevoeging loog (NaOH, Ca(OH)22, pH , pH
verhoging)verhoging)�� Precipitatie (struvietvorming:Precipitatie (struvietvorming:
MgMg22++ + NH+ NH44
++ + PO+ PO4433-- �������� MgNHMgNH44POPO44.6H.6H22O)O)
�� Chemische precipitatie van POChemische precipitatie van PO4433-- mbv mbv
calciumhydroxide of magnesiumhydroxidecalciumhydroxide of magnesiumhydroxide�� HygieniserenHygieniseren�� TransmembraanTransmembraan--chemosorptie (NHchemosorptie (NH33))
ENKELVOUDIGE TECHNIEKEN / PROCESSEN (V)
07-0063 14environmental technology
COMPOSTERING
composterings reactor (650C)
lucht behandeling
vervuilde lucht
waterfase
compost (C,P,K,Mg,N)
vaste
mest
lucht
• Aeroob biodegradatieproces: drogen, stabilizeren, hygieniseren• Modificaties: open en gesloten systemen• Emissies: NH3, N2O, CH4, CO2, stank, water• Mest: vaste fractie, kippenmest
toevoegingen
waterfase
recirculatie lucht
schone lucht
07-0063 15environmental technology
DROGEN EN KORRELEN
drijf opmenging met gedroogde
mest
halfdroger
condensor, chemische
wassermest
droogluchtschone lucht
drogemest
droog product
waterfase met ammoniumzout
korrelen
korrels
• energie drooglucht: ventilatie lucht, afvalwarmte• drijfmest, vaste mestfraktie, kippenmest• verschillende modificaties: ook aanzuren, combinatie met vergisten
07-0063 16environmental technology
ANAEROBE VERGISTING
electriciteit+
warmte
vergister35o C
45 dagen verblijftijd
vergistemest
biogas
• biogas opbrengst: 15 – 40 m3 / m3 mest (65% CH4)• toename NH3 concentratie in de vergiste mest• vergiste mest moet nog verder worden verwerkt (bv scheiden)• co-vergisting:
• toename in biogas hoeveelheid• geen aparte installatie voor verwerking biomassa• meer vaste stof in vergiste mest
drijfmest
bedrijf,electriciteitsnet
afvalwarmte
Biogas opslag
07-0063 17environmental technology
NITRIFICATIE / DENITRIFICATIE
mechanischescheiding
nitrificatieNH3 NO3
denitrificationNO3 N2
bezinkerdrijfmest
vloei-bare
fractie(80%)
vaste fractie (P-rijk)
lucht tbv aerobe
omzetting
dunne fractie
vaste fractie (slib)
vaste fractie (P-rijk): drogen, verbranden, gebruik als mest op het landdunne fractie: lage concentratie N-componenten
CO2 N2O N2
07-0063 18environmental technology
INDAMPING
mechanischescheiding
drijf
mest
vloei-barefractie
warmte-wisselaar
meertrapsindamper
concentraatK, Mg, (P,N)organische stof
vaste fractieP2O5
stripper
absorber
concentraat (NH4)2 SO4
H2 SO4
effluent
damp (H2O, NH3)
energie
Concentraten: meststof, verdere concentrering / terugwinning
Effluent: lage concentratie van NH3, versproeien / lozen
Energie: mogelijk ook gebruik biogas
07-0063 19environmental technology
ULTRAFILTRATIE / MICROFILTRATIE GEVOLGD DOOR OMGEKEERDE OSMOSE
mechanischescheiding
ultrafiltratiemicrofiltratie
tot 1 atm
omgekeerdeosmose
tot 30 atm
drijfmest
deeltjes
vrijeffluent
vaste fractie(30% droge stof,
P2O5, NH3)
concentraat (organische stof,
P2O5)
concentraat, (P2O5, NH3 K, Mg)
•Vaste fractie: drogen, composteren, verbranden•Concentraat ultrafiltratie: verdere bewerking nodig, gebruik als mestvloeistof•Concentraat omgekeerde osmose: verdere bewerking nodig, gebruik als mestvloeistof•Effluent omgekeerde osmose: riool, spoelwater, versproeien
07-0063 20environmental technology
VERBRANDING
rookgasreiniging
verbrandingslucht
NH3 ,ureum
vliegas (20% P2O5, 3% K2O)
turbineelectrischeenergie
heetgas
verbrandings-installatie
as: 20% PO4
• Mest: vaste fractie, kippenmest (meer dan 30% droge stof)• As: hieruit kan fosfaat worden teruggewonnen• Afvalwarmte kan gebruikt worden voor drogen vaste mest
vaste mest
warmte-wisselaarschone lucht
07-0063 21environmental technology
Zeven
Anaerobe behandeling
Centrifugeren
Stof-verwijdering
Condensatie
Drogen
Korrelen
Aerobe behandeling (nitrificatie)
Verdamping
Condensatie
SCHOON WATER
vloeistof
damp
vloeistof
KALK slib
MEST
BIOGAS
droog produkt
PRODUKT
MINERALEN
concentraat
condensaat
koek
damp
PROMEST
07-0063 22environmental technology
Zeven
Aanzuren
Menging
Verdampen
Centrifugeren
Strippen
Korrelen
Strippen Condensatie
Olie / Water scheiding
Anaerobe behandeling
Aerobe behandeling
PRODUCT
MEST
ANORGANISCH ZUUR
drager olie
BIOGAS
SCHOON WATER
slib
damp
drager oliemest deeltjes
mest deeltjes
MINERALEN
VARKENS OLIE
drager olie
MEMON
07-0063 23environmental technology
TOEPASBARE, BEWEZEN TECHNIEKEN (KERNPROCESSEN VAN VERWERKINGSROUTES)
�� HygieniserenHygieniseren�� ScheidenScheiden�� Vergisten / coVergisten / co--vergistenvergisten�� Vergassen, pyrolyseren, verbrandenVergassen, pyrolyseren, verbranden�� Drogen/ korrelenDrogen/ korrelen�� Nitrificatie / denitrificatieNitrificatie / denitrificatie�� Chemische luchtwassingChemische luchtwassing�� Biofiltratie, biowassingBiofiltratie, biowassing�� ComposterenComposteren�� Omgekeerde osmoseOmgekeerde osmose�� Ultrafiltratie / microfiltratieUltrafiltratie / microfiltratie�� PrecipitatiePrecipitatie�� Strippen / absorberenStrippen / absorberen�� IndampenIndampen�� AanzurenAanzuren
07-0063 24environmental technology
KOSTEN (ZEER INDICATIEF)
�� Bepalende factor in de uiteindelijk keuze van Bepalende factor in de uiteindelijk keuze van een verwerkinsproceseen verwerkinsproces
�� Netto kosten: bruto kosten Netto kosten: bruto kosten –– opbrengstopbrengst
�� Range bruto verwerkingskosten: 1Range bruto verwerkingskosten: 1--2 euro tot 2 euro tot 2020--30 euro per ton verwerkte ruwe mest30 euro per ton verwerkte ruwe mest
�� Opbrengst product: Opbrengst product: tot 100 euro per ton producttot 100 euro per ton product
07-0063 25environmental technology
�� EfficiEfficiëëntere omzetting / terugwinning van de waardevolle ntere omzetting / terugwinning van de waardevolle componenten!componenten!
�� Ontwikkeling markten voor produkten uit mestverwerkingOntwikkeling markten voor produkten uit mestverwerking
�� Productie van algen of eendenkroos?Productie van algen of eendenkroos?
�� Mestfracties gebruiken als bron van N en PMestfracties gebruiken als bron van N en P
�� Permeaat UF, MF, HF, filtraat mechanische scheidingPermeaat UF, MF, HF, filtraat mechanische scheiding
�� Algen en eendenkroos in principe interessant als Algen en eendenkroos in principe interessant als biomassa, veevoer, grondstofbiomassa, veevoer, grondstof
�� Productie van algen per ha vele malen hoger dan Productie van algen per ha vele malen hoger dan produktie terrestrische biomassa (biodiesel)produktie terrestrische biomassa (biodiesel)
�� Hergebruik assen thermische processen, concentraat Hergebruik assen thermische processen, concentraat omgekeerde osmose.omgekeerde osmose.
�� Integratie van mestverwerking met dierlijke productiesysteem, Integratie van mestverwerking met dierlijke productiesysteem, inclusief dierwelzijn (ketenbenadering)inclusief dierwelzijn (ketenbenadering)
TOEKOMSTIGE UITDAGINGEN
07-0063 26environmental technology
�� Dierlijke mest is in principe een waardevolle grondstof Dierlijke mest is in principe een waardevolle grondstof (energie, P, N, K, Mg)(energie, P, N, K, Mg)
�� Duurzame verwerking: zoveel mogelijk terugwinnen van Duurzame verwerking: zoveel mogelijk terugwinnen van waardevolle componenten voor hergebruik, zo gering waardevolle componenten voor hergebruik, zo gering mogelijke belasting van het milieumogelijke belasting van het milieu
�� Verwerkingstechnologie is in ruime mate voorhandenVerwerkingstechnologie is in ruime mate voorhanden
�� Verbeteringen mogelijkVerbeteringen mogelijk
�� Innovaties mogelijkInnovaties mogelijk
�� Milieuproblemen kunnen volledig opgelost wordenMilieuproblemen kunnen volledig opgelost worden
CONCLUSIES (I)
07-0063 27environmental technology
�� Netto kosten = bruto kosten Netto kosten = bruto kosten –– opbrengstopbrengst
(hoger bij meer intensieve(hoger bij meer intensieve (hoger bij meer intensieve (hoger bij meer intensieve
en complete processen)en complete processen) en complete processen)en complete processen)
�� Duurzame verwerking is mogelijkDuurzame verwerking is mogelijk
�� Benutting nutrientenBenutting nutrienten
�� Productie van duurzame energieProductie van duurzame energie
�� Productie van waardevolle grondstoffenProductie van waardevolle grondstoffen
�� Besparing op kunstmestBesparing op kunstmest
�� Aan de milieunormen kan worden voldaanAan de milieunormen kan worden voldaan
�� Koploperspositie voor Nederland? Ketenbenadering!Koploperspositie voor Nederland? Ketenbenadering!
CONCLUSIES (II)