OPTIES VOOR MESTVERWERKING Wim Rulkens, Sectie Milieutechnologie, WUR, wim.rulkens@wur.nl Focus: Verwerken van mest met als doel: Productie van waardevolle componenten voor hergebruik Productie van energie Preventie van emissies naar het milieu Betere benutting van de mest voor direct gebruik Acceptabele kosten Acceptabel proces 07-0063 1
OVERZICHT 1. Karakteristieke samenstelling van mest 2. Typen mestverwerkingsprocessen 3. Beoordelingscriteria 4. Duurzaamheidscriteria 5. Enkelvoudige technieken / processen 6. Gecombineerde technieken / processen 7. Bewezen / toepasbare technieken 8. Kosten 9. Slotopmerkingen 10. Conclusies 07-0063 2
KARAKTERISTIEKE SAMENSTELLING VARKENSDRIJFMEST (indicatief) Component Water Droge stof Vluchtig Niet vluchtig Gesuspendeerde stof Chemisch zuurstof verbruik N-Kjeldahl N-ammonia P (als P 2 O 5 ) K (als K 2 O) Ca (als CaO) S (als SO 4 2- ) ph Concentration (g/kg) Mg (als MgO) 2 Cl - 2 Onkruidzaden, ziektekiemen, bestrijdingsmiddelen, medicijnresten, zware metalen 900 100 70 30 80 120 8 6 5 8 4 2 7 Hoofdzakelijk waardevolle componenten 07-0063 3
KARAKTERISTIEKE SAMENSTELLING VAN KIPPENMEST (INDICATIEVE WAARDEN) Component Water Droge stof Organische droge stof P (als P 2 O 5 ) N (Kjeldahl) Organisch Ammoniak K (als K 2 O) Mg (als MgO) Concentratie (g/kg) 500 600 500 20 30 25 5 20 6 Hoofdzakelijk nuttige componenten 07-0063 4
DOEL MESTVERWERKING Verwerken van mest met als doel: Productie van waardevolle componenten voor hergebruik Productie van energie Preventie van emissies naar het milieu Betere benutting van de mest voor direct gebruik Acceptabele kosten Acceptabel proces 07-0063 5
TYPEN MESTVERWERKINGSPROCESSEN Enkelvoudige technieken / processen Scheiding in verschillende typen mestfracties Verandering van samenstelling mestcomponenten Samengestelde technieken / processen Combinaties van enkelvoudige technieken Winning van waardevolle componenten Meestal ook nog een restfractie Complete verwerkingsprocessen Mest wordt volledig verwerkt tot waardevolle producten en zuiver water Emissies van milieuverontreinigingen naar bodem, water, atmosfeer zijn minimaal / voldoen aan emissiestandaards 07-0063 6
BEOORDELINGSCRITERIA Technische haalbaarheid Financiële haalbaarheid Maatschappelijke haalbaarheid Duurzaamheid 07-0063 7
DUURZAAMHEIDSCRITERIA BIJ MESTVERWERKING Mate van directe nuttige toepassing meststromen (C, N, P, K, Mg). Verwerking kan leiden tot een betere benutting van deze componenten en een lagere emissie Mate van terugwinnen van C, N, P, K, Mg, (water) voor nuttig hergebruik Benodigde energie en grondstoffen voor de verwerking Emissies naar bodem, water, atmosfeer Vaste residuen die moeten worden gestort 07-0063 8
ENKELVOUDIGE TECHNIEKEN / PROCESSEN (I) Mechanische scheiding (drijfmest) Filtreren Zeven Bezinken Centrifugeren Dunne en dikke fractie Geen verandering in componenten P in dikke fractie K, N in dunne fractie 07-0063 9
ENKELVOUDIGE TECHNIEKEN / PROCESSEN (II) Fysische scheiding Strippen (ammoniak: hoge ph) Ionenwisseling (vloeistoffase: K, NH 4+ ) Ultrafiltratie / microfiltratie. Kleinere moleculen passeren het membraan: K, NH 3, opgeloste P en C Omgekeerde osmose. Nagenoeg alleen water passeert het membraan, concentraat blijft achter Verdamping (water, NH 3 ) Drogen (water) Aanzuren (NH 3 NH 4+ ) Absorptie in zuur (vanuit de gasfase: NH 3 ) 07-0063 10
ENKELVOUDIGE TECHNIEKEN / PROCESSEN (III) Microbiologische omzettingsprocessen Aerobe behandeling (CO 2 ) Anaerobe behandeling (biogas, CO 2 /CH 4 ) Nitrificatie (NH 3 NO - 3 ) Denitrificatie (NO - 3 N 2 ) Composteren (verdamping water, emissie van CO 2, NH 3, N 2 O) Biowassing (verwijdering NH 3, H 2 S, stankcomponenten uit gasfase) Biofiltratie (verwijdering NH 3, H 2 S, stankcomponenten uit gasfase) Kweken van algen (nuttig gebruik van N en P) Kweken van eendenkroos (nuttig gebruik van N, K en P) 07-0063 11
ENKELVOUDIGE TECHNIEKEN / PROCESSEN (IV) Thermische behandeling Verbranden (kippenmest, dikke fractie na scheiden: energie) Pyrolyse (verhitten van mest tot 500 0 C zonder toevoer van zuurstof: gas (CH 4, CO, CO 2, H 2 ), vloeistof, vaste stof) Vergassen (verhitten van mest tot 1000 0 C, ondermaat O 2 : CO 2, CO, H 2, CH 4, kool) Hydrothermolyse (verhitten in vloeistoffase tot 600 0 C onder druk: H 2, CH 4, CO 2, CO) Superkritische oxidatie (oxideren in waterfase met O 2 : energie, CO 2, N 2, zouten) Subkritische oxidatie Hygieniseren 07-0063 12
ENKELVOUDIGE TECHNIEKEN / PROCESSEN (V) Chemische processen Aanzuren (H 2 SO 4, ph verlaging) Toevoeging loog (NaOH, Ca(OH) 2, ph verhoging) Precipitatie (struvietvorming: Mg 2+ + NH 4+ + PO 3-4 MgNH 4 PO 4.6H 2 O) Chemische precipitatie van PO 3-4 mbv calciumhydroxide of magnesiumhydroxide Hygieniseren Transmembraan-chemosorptie (NH 3 ) 07-0063 13
COMPOSTERING schone lucht recirculatie lucht lucht behandeling waterfase toevoegingen vaste mest composterings reactor (65 0 C) vervuilde lucht compost (C,P,K,Mg,N) lucht waterfase Aeroob biodegradatieproces: drogen, stabilizeren, hygieniseren Modificaties: open en gesloten systemen Emissies: NH 3, N 2 O, CH 4, CO 2, stank, water Mest: vaste fractie, kippenmest 07-0063 14
DROGEN EN KORRELEN schone lucht drooglucht drijf mest opmenging met gedroogde mest half droge mest droger droog product condensor, chemische wasser korrelen waterfase met ammoniumzout korrels energie drooglucht: ventilatie lucht, afvalwarmte drijfmest, vaste mestfraktie, kippenmest verschillende modificaties: ook aanzuren, combinatie met vergisten 07-0063 15
ANAEROBE VERGISTING bedrijf, electriciteitsnet electriciteit + warmte biogas Biogas opslag afvalwarmte drijfmest vergister 35 o C 45 dagen verblijftijd vergiste mest biogas opbrengst: 15 40 m 3 / m 3 mest (65% CH 4 ) toename NH 3 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 07-0063 16
NITRIFICATIE / DENITRIFICATIE CO 2 N 2 O N 2 drijfmest mechanische scheiding vloeibare fractie (80%) nitrificatie NH 3 NO 3 denitrification NO 3 N 2 bezinker dunne fractie vaste fractie (P-rijk) lucht tbv aerobe omzetting vaste fractie (slib) vaste fractie (P-rijk): drogen, verbranden, gebruik als mest op het land dunne fractie: lage concentratie N-componenten 07-0063 17
INDAMPING damp (H 2 O, NH 3 ) drijf mest mechanische scheiding fractie vloeibare warmtewisselaar meertraps indamper energie vaste fractie P 2 O 5 stripper Concentraten: meststof, verdere concentrering / terugwinning Effluent: lage concentratie van NH 3, versproeien / lozen Energie: mogelijk ook gebruik biogas effluent absorber concentraat (NH 4 ) 2 SO 4 H 2 SO 4 concentraat K, Mg, (P,N) organische stof 07-0063 18
ULTRAFILTRATIE / MICROFILTRATIE GEVOLGD DOOR OMGEKEERDE OSMOSE drijf mest mechanische scheiding ultrafiltratie microfiltratie tot 1 atm deeltjes vrij omgekeerde osmose tot 30 atm effluent vaste fractie (30% droge stof, P 2 O 5, NH 3 ) concentraat (organische stof, P 2 O 5 ) concentraat, (P 2 O 5, NH 3 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 19
verbrandingslucht VERBRANDING schone lucht warmtewisselaar rookgasreiniging NH 3,ureum vliegas (20% P 2 O 5, 3% K 2 O) vaste mest verbrandingsinstallatie heet gas turbine electrische energie as: 20% PO 4 Mest: vaste fractie, kippenmest (meer dan 30% droge stof) As: hieruit kan fosfaat worden teruggewonnen Afvalwarmte kan gebruikt worden voor drogen vaste mest 07-0063 20
MEST Zeven PROMEST KALK slib Anaerobe behandeling BIOGAS Aerobe behandeling (nitrificatie) vloeistof Verdamping damp vloeistof condensaat Centrifugeren Stofverwijdering Condensatie concentraat koek damp Drogen droog produkt Condensatie MINERALEN Korrelen SCHOON WATER PRODUKT 07-0063 21
MEST Zeven MEMON Aanzuren ANORGANISCH ZUUR drager olie Menging Strippen VARKENS OLIE Verdampen Centrifugeren mest deeltjes Strippen mest deeltjes damp drager olie Condensatie Olie / Water scheiding Anaerobe behandeling drager olie BIOGAS MINERALEN Korrelen Aerobe behandeling slib PRODUCT SCHOON WATER 07-0063 22
TOEPASBARE, BEWEZEN TECHNIEKEN (KERNPROCESSEN VAN VERWERKINGSROUTES) Hygieniseren Scheiden Vergisten / co-vergisten Vergassen, pyrolyseren, verbranden Drogen/ korrelen Nitrificatie / denitrificatie Chemische luchtwassing Biofiltratie, biowassing Composteren Omgekeerde osmose Ultrafiltratie / microfiltratie Precipitatie Strippen / absorberen Indampen Aanzuren 07-0063 23
KOSTEN (ZEER INDICATIEF) Bepalende factor in de uiteindelijk keuze van een verwerkinsproces Netto kosten: bruto kosten opbrengst Range bruto verwerkingskosten: 1-21 2 euro tot 20-30 euro per ton verwerkte ruwe mest Opbrengst product: tot 100 euro per ton product 07-0063 24
TOEKOMSTIGE UITDAGINGEN Efficiëntere omzetting / terugwinning van de waardevolle componenten! Ontwikkeling markten voor produkten uit mestverwerking Productie van algen of eendenkroos? Mestfracties gebruiken als bron van N en P Permeaat UF, MF, HF, filtraat mechanische scheiding Algen en eendenkroos in principe interessant als biomassa, veevoer, grondstof Productie van algen per ha vele malen hoger dan produktie terrestrische biomassa (biodiesel) Hergebruik assen thermische processen, concentraat omgekeerde osmose. Integratie van mestverwerking met dierlijke productiesysteem, inclusief dierwelzijn (ketenbenadering) 07-0063 25
CONCLUSIES (I) Dierlijke mest is in principe een waardevolle grondstof (energie, P, N, K, Mg) Duurzame verwerking: zoveel mogelijk terugwinnen van waardevolle componenten voor hergebruik, zo gering mogelijke belasting van het milieu Verwerkingstechnologie is in ruime mate voorhanden Verbeteringen mogelijk Innovaties mogelijk Milieuproblemen kunnen volledig opgelost worden 07-0063 26
CONCLUSIES (II) Netto kosten = bruto kosten opbrengst (hoger bij meer intensieve en complete processen) Duurzame verwerking is mogelijk Benutting nutrienten Productie van duurzame energie Productie van waardevolle grondstoffen Besparing op kunstmest Aan de milieunormen kan worden voldaan (hoger bij meer intensieve en complete processen) Koploperspositie voor Nederland? Ketenbenadering! 07-0063 27