Ammoniumtypen talteenotto biokaasuprosessin rejektivesistä (BioNH4)

Typpi on tärkeä ravinne maataloudessa fosforin lisäksi. Ravinteena käytettävä typpi tuotetaan pääosin Haber-Bosch menetelmällä, jonka tuottamisessa käytetään fossiilisia polttoaineita ja joka tuottaa noin 1,2% maailman kasvihuonepäästöistä. Monissa maatalouden ja yhdyskuntien sivu- ja jätevirroissa on ravinteita, jotka tulisi ottaa talteen tehokkaammin ja kierrättää takaisin maatalouteen ravinnetuotteina. Esimerkiksi asutuksen ja teollisuuden puhdistamolietteissä on n. 3 700 tonnia typpeä Suomessa. Yhdyskuntien puhdistamolietteitä prosessoidaan usein biokaasuprosessilla, joka tuottaa ravinnerikkaan käsittelyjäännöksen, joka voidaan edelleen erottaa kiinteään ja nestejakeeseen (eli rejektiveteen). Ammoniumtypen talteenotto biokaasuprosessin rejektivesistä mahdollistaisi i) uusiutuvien typpiravinteiden tuottamisen, ii) kasvihuonekaasupäästöjen pienenemisen, sekä iii) jätevedenpuhdistamon energian ja kemikaalien tarpeiden pienenemisen.

Hankkeessa kehitetään ja optimoidaan uudenlaista pilot-mittakaavan bioelektrokemiallista prosessia (BES), jolla voidaan konsentroida ammoniumtyppeä biokaasuprosessin rejektivesistä. BES-reaktorilla konsentroidaan ammoniumtyppi katodille, jossa tuotetaan vetyä ja nostetaan samanaikaisesti katodiliuoksen pH:ta. Konsentroidun ammoniumtypen erottamista katodilta tutkitaan kalvokontaktorilla, jolla voidaan erottaa korkeassa pH:ssa ammoniakiksi muuttunut typpi ja absorboida se esimerkiksi rikkihappoon, jolloin lopputuotteena saadaan kaupallista tuotetta, ammoniumsulfaattia.

Koska kalvokontaktoreilla on aikaisemmin tutkittu ammoniumtypen talteenottoa laimeammista vesistä, kuten suoraan rejektivedestä, jonka suolapitoisuus on myös alhaisempi, kalvokontaktorien tehokkuutta optimoidaan ensin laboratoriossa ottaen huomioon korkeat ammoniumtypen ja suolojen pitoisuudet. Kalvokontaktorimallia kehitetään hankkeessa sisältämään kiintoaineen ja suolapitoisuuden vaikutukset, jotta jatkossa voidaan käsiteltävän laadun perusteella valita tehokas talteenottomenetelmä mallinnusta hyödyntäen.