Pozyskiwanie fosforu z osadu ściekowego
Obecnie dostępnych jest coraz mniej naturalnych źródeł fosforu wolnego od metali ciężkich, a jednocześnie zawartość tego pierwiastka w ściekach staje się coraz poważniejszym problemem ekologicznym. Dotychczasowe próby odzyskiwania fosforu ze ścieków kończyły się niepowodzeniem z powodu złożoności i niskiej wydajności stosowanych procesów. Celem projektu RECOPHOS (Recovery of phosphorus from sewage sludge and sewage sludge ashes with the thermo-reductive RecoPhos-process), finansowanego ze środków UE, było pozyskanie tego cennego zasobu bezpośrednio z popiołu osadu ściekowego. W ramach inicjatywy opracowano wysoce wydajny proces oparty na technologii reaktora (InduCarb), wykorzystywany zwykle do odzyskiwania pyłu w hutach stali. Proces RecoPhos polega na frakcjonowanej ekstrakcji fosforanu i metali ciężkich z popiołu osadu ściekowego w wysokich temperaturach i w warunkach redukcji. Główna reakcja przebiega zgodnie z zasadą chemiczną opartą na procesie Woehlera, w którym fosforany reagują z węglem i dwutlenkiem krzemu w piecu i ulegają redukcji do fosforu. Partnerzy projektu wykonali innowacyjny krok i wykorzystali reaktor InduCarb, w którym zachodzi redukcja fosforu w cienkiej stopionej warstwie na powierzchni cząstek koksu. Zredukowany fosfor może następnie wyparować z warstwy bez znaczącego wchodzenia w reakcję z innymi elementami, a potem zostać pozyskany jako biały fosfor lub utleniony do kwasu ortofosforowego. Uczeni zbadali procesy termodynamiczne i chemiczne zachodzące w reaktorze, posługując się nowoczesnymi technikami modelowania i symulacji. Rezultaty badań wykorzystano jako podstawę do budowy półprzemysłowej instalacji pilotażowej. Oprócz badań technologicznych zespół przeprowadził analizę rynkową i analizę cyklu życia, oceniając skutki środowiskowe i ekonomiczne procesu RecoPhos. Uczestnicy projektu RECOPHOS dokonali oceny bezpieczeństwa procesu i opracowali zalecenia bezpieczeństwa. Testy grafitowego systemu indukcyjnego służącego do podgrzewania popiołu przebiegły pomyślnie, a reaktor utrzymywał odpowiednio wysokie temperatury i jednocześnie pozostawał szczelny i bezpieczny. Przygotowano też specyfikacje i podręcznik dla użytkowników. Omawiany projekt będzie miał bardzo istotny wpływ na zrównoważone gospodarowanie fosforem, ograniczonym zasobem o podstawowym znaczeniu dla wszystkich procesów życiowych. Ponadto inicjatywa przyczyni się do minimalizacji odpadów w UE, usprawnienia recyklingu oraz zmniejszenia importu rzadkich surowców. Pomoże również w ograniczeniu negatywnych skutków środowiskowych dzięki zmniejszeniu wydobycia i rafinacji fosforu, a także przyczyni się do powstania nowych ekologicznych technologii.
Słowa kluczowe
Fosfor, osad ściekowy, fosforan, metale ciężkie, InduCarb, proces Woehlera
