Recovery and reuse of phosphorus from municipal wastewater - applications and attitudes in Finland

Abstract

Phosphorus is a non-renewable resource that is mostly used as a fertilizer in agriculture all around the world. To be able to secure a food production that is going to satisfy the needs of the growing population of humans on earth, a more efficient recycling of phosphorus in human society is needed. One source of phosphorus in communities is wastewater, which is interesting in the context of phosphorus recycling because of its characteristic of gathering the resources from a large area to a specific point, the wastewater treatment plant. There are many techniques in the world for recovering and reusing phosphorus from wastewater. Some techniques recycle the phosphorus as a part of the by-products of the wastewater treatment plant, while others separate the phosphorus to a different fraction. No phosphorus recovery techniques that separate phosphorus to an individual fraction are in use in Finland. When implementing a new technology into already existing processes and infrastructure, many aspects need to be taken into consideration. The existing technology can limit or favour certain options above others, as might attitudes of the people involved. Also, economic realities limit the possibilities of suitable solutions.

In this study the main questions to be answered were the current state of the phosphorus recovery techniques in the world, techniques that are suited for Finnish conditions and current practices and also the canvassing of attitudes of water treatment experts towards the different recovery paths.

The results showed that phosphorus recovery techniques that are suited as such to Finnish practices do not exist yet. In countries where phosphorus recovery techniques have been developed, biological phosphorus removal and sludge incineration are common which means that recovery techniques have been adapted to work with the sludge treatment methods in question. The attitudes towards phosphorus recovery technologies among wastewater experts in Finland favour techniques that are easily implemented to the existing systems. To enable more efficient phosphorus recovery in Finland would require big changes to current practices and development of new kinds of recovery technologies.

Fosfori on uusiutumaton luonnonvara, jota suurimmaksi osaksi käytetään lannoitteena ympäri maailman. Jotta kasvavan ihmisväestön ruoantuotannon tarpeet saataisiin turvattua, tarvitaan yhteiskuntiin tehokkaampaa fosforin kierrätystä. Yksi kiinnostava fosforin lähde yhteiskunnissa on jätevesi. Se on kierrätyksen kannalta kiinnostava, koska se kerää yhteen fosforin suurelta alueelta yhteen pisteeseen, jätevedenpuhdistamolle. Maailmalla on olemassa monia tekniikoita joilla fosfori voidaan ottaa talteen ja kierrättää jätevedestä. Jotkin tekniikat kierrättävät fosforia osana jätevedenpuhdistamon sivutuotteita, kun taas toiset erottavat fosforin erilliseen jakeeseen. Mikään tekniikka, joka erottelee fosforin erilliseen jakeeseen, ei ole käytössä Suomessa. Monta näkökantaa pitää ottaa huomioon, kun pyritään yhdistämään uutta teknologiaa jo olevassa oleviin prosesseihin ja infrastruktuuriin. Käytössä oleva teknologia voi rajoittaa tai suosia tiettyjä vaihtoehtoja, kuten ihmisten asenteet. Myös taloudelliset realiteetit voivat rajoittaa sopivien vaihtoehtojen käyttöönottoa.

Tutkimuskysymykset tässä työssä koskivat tämänhetkistä fosforin talteenottotekniikoiden tilaa maailmassa, tekniikoiden soveltuvuutta Suomen oloihin ja nykyisiin toimintoihin ja jätevesiasiantuntijoiden asenteita eri fosforin talteenottovaihtoehtoja kohtaan.

Tutkimuksen perusteella Suomen oloihin sellaisenaan sopivia fosforin talteenottotekniikoita ei vielä ole olemassa. Maissa, joissa talteenottotekniikoita on kehitetty, on yleisesti käytössä biologinen fosforinpoisto ja lietteen poltto, joten talteenottotekniikat on mukautettu toimimaan kyseisten lietteenkäsittelymenetelmien kanssa. Asenteet fosforin talteenottoa kohtaan suomalaisten jätevesiasiantuntijoiden joukossa suosivat tekniikoita, jotka ovat helposti integroitavissa jo olemassa oleviin järjestelmiin. Tehokkaamman fosforin kierrätyksen mahdollistaminen Suomessa vaatisi suuria muutoksia nykyisiin toimintoihin ja uusien talteenottotekniikoiden kehitystyötä.