The global demand for food is increasing. Different nutrients are used to increase growth in agriculture and are thus essential for the world ́s food supply. An important and common nutrient is phosphorus. It can be mined, in the form of phosphate, from phosphate rock. The problem is that mining causes environmental problems and phosphate rock is a non-renewable resource. A risk is that phosphorus will become a scarce commodity in about 100 years. Sewage sludge from wastewater treatment plants (WWTP) is rich in phosphorus. In Sweden and other European countries, a stricter legislation is expected with consideration of an increased recovery of phosphorus from sewage sludge. A ban on the spread of hazardous substances like drug residues and heavy metals from the sludge is also expected. Incineration of the sludge can be done to eliminate hazardous substances and at the same time recover phosphorus and metals. Development of technologies to recover phosphorus from incinerated sewage sludge is therefore topical. EasyMining is a company that invents new technologies to close nutrient cycles. One of their present projects is about recycling phosphorus, iron, and aluminium from incinerated sewage sludge. Hydrochloric acid (HCl) is used to leach the ash and in the following steps metals and phosphorus are recovered, and heavy metals are removed. Batch experiments have been performed and EasyMining examines the process in a continuous stirred tank reactor (CSTR). The aim with this project is to compare the batch and continuous process for the ash leaching step. The study was limited to investigate different residence times and liquid to solid ratios (L/S ratios) for the ash leaching step in the CSTR. To accomplish the aim, mainly experimental studies have been performed. A total of 14 runs have been conducted to investigate the continuous process. The residence times 10, 30 and 60 min and the L/S ratios 2.5, 3 and 3.5 ml/g were evaluated. The lab-set up consisted of a peristaltic pump to pump diluted HCl solution, a conveyor belt to dose the ash and a CSTR. The filtrate was analysed for phosphorus, iron, and aluminium with a spectrophotometer. Interpretation of the result was conducted after each run and the data was then compared to previous batch data from within the company. A paired t-test was used to evaluate if there was a significant difference in the mean values between different residence times and L/S ratios. The result shows that the leching is very fast and longer residence times or higher L/S ratios do not result in higher yields for phosphorus, iron, or aluminium. There is no significant difference between the examined residence times or L/S ratios in the paired t-test. Data from the batch process shows that the investigated residence times and L/S ratios do not affect the yield. A more even distribution of the yields is obtained in the batch process compared to the continuous process. The less even distribution in the continuous process, probably depends on errors in the method and the equipment used in the process. For example, there were some problems with the ash dosing, which led to an inconstant L/S ratio in the runs. This affected the calculated yields significantly. Overall, the batch process results in slightly higher yields. This is especially the case when excluding high calculated yields in the continuous process, probably obtained because of an overdosing of the ash. / Den globala efterfrågan på mat ökar. Olika näringsämnen används för att få en högre tillväxt i jordbruket och dessa är essentiella för världens livsmedelsproduktion. Ett viktigt och vanligt näringsämne är fosfor och det bryts i form av fosfat från fosfatmineral. Problemet är att brytningen förorenar miljön och dessutom är fosfat-sten en icke förnyelsebar resurs. Det finns en risk att fosfor blir en bristvara om cirka 100 år. Avloppsslam från vattenreningsverk innehåller höga fosfatkoncentrationer. I Sverige samt i andra europeiska länder förväntas en striktare lagstiftning, som kräver en ökad återvinningsgrad av fosfor från avloppsslam. Även ett förbud mot spridningen av giftiga substanser som läkemedelsrester och tungmetaller förväntas införas. Slammet kan förbrännas för att eliminera farliga substanser samtidigt som fosfor och olika metaller kan återvinnas. Utvecklingen av nya tekniker för återvinning av fosfor från bränt avloppsslam är därför väldigt aktuell. EasyMining är ett innovationsföretag som utvecklar nya tekniker för att erhålla slutna näringskretslopp. Ett av deras pågående projekt handlar om att återvinna fosfor, aluminium och järn från förbränt avloppsslam. Saltsyra används för att laka askan och i nästkommande steg återvinns fosfor och metaller, samtidigt som tungmetaller separeras. Satsvisa försök har genomförts och EasyMining vill nu undersöka processen i en tankreaktor. Syftet med projektet är att jämföra resultat från den satsvisa driften med resultat från en kontinuerlig process för ask-lakningssteget. Studien begränsades till att endast undersöka olika uppehållstider och förhållandet mellan vätskan och askan (L/S-förhållande) i lakningssteget. För att uppnå syftet genomfördes huvudsakligen experimentella studier. 14 körningar genomfördes totalt för undersökning av den kontinuerliga processen. Undersökta uppehållstider var 10, 30 och 60 min och undersökta L/S-förhållandena var 2,5, 3 och 3,5 ml/g. Laborationsuppställningen bestod av en peristaltisk pump för tillförsel av utspädd saltsyralösning, ett rullband för dosering av askan samt en tankreaktor. Filtratet analyserades för fosfor, järn och aluminium i en spektrofotometer. Efter varje körning tolkades resultatet och jämfördes därefter med data från de av företaget tidigare utförda satsvisa försöken. Ett parat t-test användes för att utvärdera om det fanns någon signifikant skillnad i medelvärden mellan olika uppehållstider och L/S-förhållanden. Resultatet visar att lakningen är väldigt snabb och längre uppehållstider eller högre L/S-förhållanden ger inte högre utbyten för fosfor, järn eller aluminium. Ingen signifikant skillnad erhålls mellan undersökta uppehållstider eller L/S-förhållanden i de parade t-testen. Data från de satsvisa försöken visar att de undersökta uppehållstiderna och L/S-förhållandena inte påverkar utbytet. En mindre spridning av utbyten erhålls i den satsvisa driften jämfört med den kontinuerliga. Den större spridningen i den kontinuerliga processen beror förmodligen på felkällor i processens metod/utrustning. Exempelvis var det en del problem med askdoseringen, vilket medförde icke konstanta L/S-förhållanden. Detta påverkade det beräknade utbytet signifikant. Generellt erhålls något högre utbyten i den satsvisa processen. Framförallt då höga beräknade utbyten exkluderas i den kontinuerliga processen på grund av en överdosering av askan.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:UPSALLA1/oai:DiVA.org:kth-322705 |
| Date | January 2022 |
| Creators | Göransson, Sofie |
| Publisher | KTH, Skolan för kemi, bioteknologi och hälsa (CBH) |
| Source Sets | DiVA Archive at Upsalla University |
| Language | English |
| Detected Language | English |
| Type | Student thesis, info:eu-repo/semantics/bachelorThesis, text |
| Format | application/pdf |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
Page generated in 0.003 seconds