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


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


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


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


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


�� 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


�� Technische haalbaarheidTechnische haalbaarheid�� FinanciFinanciëële haalbaarheidle haalbaarheid�� Maatschappelijke haalbaarheidMaatschappelijke haalbaarheid�� DuurzaamheidDuurzaamheid

BEOORDELINGSCRITERIA


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


�� 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)


�� 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)


�� 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)


�� 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)


�� 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)


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


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


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


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


INDAMPING


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


ULTRAFILTRATIE / MICROFILTRATIE GEVOLGD DOOR OMGEKEERDE OSMOSE


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


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


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


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


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


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


�� 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


�� 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)


�� 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)

opties voor mestverwerking · stripper absorber concentraat (nh 4) 2 so 4 h 2 so 4 effluent damp (h...

Documents