The world's demand for nitrogen and phosphorus is increasing at the same time as high concentrations of the nutrients flow out from water treatment plants. The presence of nitrogen and phosphorus in nature is a contributing factor to eutrophication and thus damages ecosystems. Wastewater from households contains a large part of these nutrients and can advantageously be recycled instead of separated to nature. Stockholm Vatten och Avfall plans to build a source-sorting sewage system in Stockholm Royal Seaport to build a sustainable urban area in Stockholm's inner city. A source-sorting sewage system contains three separate sewage fractions: black water, food waste and greywater. The different sewage fractions have different character and can advantageously be treated separately to efficiently recycle nutrients and energy. The study presents a solution for the nutrient factory for Stockholm Royal Seaport. The solution has been developed through discussions, study visits and literature studies with priority given to recycling nitrogen, phosphorus and biogas. An energy, chemical and space requirement for the system solution is also presented. An operating cost analysis for the purchase of chemicals and sales of manufactured products is also presented. A calculation model was made in Excel where the solution was evaluated together with a sensitivity analysis that discusses the credibility of the presented solution. The nutrient factory consisted of separate digestion of food waste and blackwater in anaerobic membrane bioreactors. The aqueous phases are further treated by struvite precipitation and ammonia stripping. The digestate is dewatered and recycled to agriculture. The digestate from blackwater was treated by hydrothermal carbonization and wet oxidation where the aqueous phase is further treated by ammonia stripping and the solid phase was biochar, which was recycled in agriculture. Greywater was only used for heat exchange. The nutrient factory produced struvite crystals, ammonium sulphate, biochar, digestate and an aqueous phase in need of further treatment. The system recovered 84% phosphorus, 69% nitrogen and produced 20 cubic meters of methane gas per person per year. Ammonia stripping accounted for the greatest energy and chemical needs. Ammonia stripping was not profitable when calculating the purchase of chemicals and the sale of ammonium sulphate. Struvit crystal and biochar production were profitable if seen from the same premises. Further studies to find other nitrogen recovery processes are of interest if energy and chemical demands wish to decrease. Higher biogas production is believed to take place in the co-digestion of food waste and blackwater. On the other hand, co-digestion would impair the quality of the sludge. Treatment of greywater needs to be studied further for potential higher recovery of nutrients and energy. / Världens efterfrågan på kväve och fosfor ökar samtidigt som höga koncentrationer av näringsämnena utgår i naturen från reningsverk. Kvävets och fosforns närvaro i naturen är en bidragande faktor till övergödning och skadar därmed ekosystem. Avloppsvatten från hushåll innehåller en stor del av dessa näringsämnen och kan med fördel återvinnas istället för förspillas oaktsamt till naturen. Stockholm Vatten och Avfall planerar att bygga ett källsorterande avloppssystem i Norra Djurgårdsstaden i Stockholms innerstad. Ett källsorterande avloppssystemet innehåller tre separata avloppsfraktioner: svartvatten, matavfall och gråvatten. De olika avloppsfraktionerna har olika karaktär och kan med fördel behandlas separat för att effektivt återvinna näringsämnen och energi. I studien presenteras ett förslag till en näringsfabrik, där näringsämnen och energi kan återvinnas, för Norra Djurgårdsstaden. Lösningen har tagits fram genom diskussioner med experter, litteraturstudier och studiebesök, med prioritet att återvinna kväve, fosfor och biogas. Det presenteras också ett energi-, kemikalie- och utrymmesbehov för näringsfabriken. En driftkostnadsanalys för inköp av kemikalier och försäljning av tillverkade produkter presenteras också. En beräkningsmodell gjordes i Excel där lösningen utvärderades tillsammans med en känslighetsanalys som diskuterar trovärdigheten av den presenterade lösningen. Näringsfabriken bestod av separat rötning av matavfall och svartvatten i anaerobiska membran bioreaktorer. Vattenfaserna behandlas vidare av struvitutfällning, där fosfor återvinns i form av struvitkristall, och ammoniak stripping, där kväve återvinns i form av ammoniumsulfat. Rötresten avvattnas och återvanns till jordbruket. Rötslammet behandlades av hydrotermisk karbonisering och våtoxidation. Det återvanns energi från gråvatten men ingen näring i den presenterade lösningen. Näringsfabriken tillverkade struvitkristaller, ammoniumsulfat, biokol, rötrest och en vattenfas med ett reningsbehov. Systemet återvann 84% fosfor, 69% kväve och producerade 20 kubikmeter metangas per person per år. Ammoniak strippining stod för störst energi- och kemilaiebehov. Ammoniak strippning var inte lönsamt från ett ekonomiskt perspektiv vid beräkning av inköp av kemikalier och försäljning av ammoniumsulfat. Struvitkristall och biokols tillverkningen var lönsamma vid försäljning av produkten och inköpet av kemikalier för produktionen. Vidare studier för att hitta andra kväveåtervinnings processer är av intresse för att sänka energi och kemikaliebehovet för en näringsfabrik. En högre biogasproduktion tros ske vid samrötninga av matavfall och svartvatten. Däremot skulle en samrötning försämra kvaliteten av den utgående fasta fasen. Behandling av gråvatten behöver studeras vidare för högre återvinning av näringsämnen och energi för en liknande systemlösning.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:UPSALLA1/oai:DiVA.org:kau-85526 |
| Date | January 2021 |
| Creators | Gisle, Sebastian |
| Publisher | Karlstads universitet, Institutionen för ingenjörs- och kemivetenskaper (from 2013) |
| Source Sets | DiVA Archive at Upsalla University |
| Language | Swedish |
| Detected Language | Swedish |
| Type | Student thesis, info:eu-repo/semantics/bachelorThesis, text |
| Format | application/pdf |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
Page generated in 0.0026 seconds