Biogas Production and Struvite Precipitation from Swine Manure Sludge

Abstract

Anaerobic digestion of organic wastes is effective technique to produce biogas for energy production. Process also produces digestate, which is rich in phosphorus and nitrogen. Digestate nutrients can be precipitated into struvite crystals. Struvite contains equally portions of magnesium, ammonium and phosphate. Struvite is valuable and efficient fertilizer for agriculture. Study researched anaerobic digestion of swine manure sludge and struvite precipitation from produced digestion effluent. Digestate was used for struvite precipitation experiments, which were optimal precipitation pH, magnesium substrate type, acid treatment method, and precipitation with raw swine manure. Optimal precipitation for phosphorus removal pH was found to be in range 9.5-10.5. Only small difference in phosphorus removal efficiencies between MgCl2 and MgSO4 were found. Without magnesium addition removal efficiency decreased from 92% to 50% in pH 10. Acid treatment of digestate releases phosphorus and cations for precipitation. About 93% of phosphorus is in solids and are available in soluble form after acid treatment. Raw swine manure precipitation had phosphorus removal efficiencies of 80% and 98% in pH levels 7 and 10. Struvite precipitation was found to be economical viable in terms of chemical costs, if inexpensive chemicals for magnesium addition and pH control are available.

Orgaanisten jätteiden anaerobinen mädätys on tehokas keino tuottaa biokaasua energian tuotantoon. Prosessi tuottaa myös mädätettä, joka sisältää paljon fosforia ja typpeä. Mädätteen ravinteita voidaan saostaa struviittikiteiksi. Struviitti sisältää yhtä suuren määrän magnesiumia, ammoniumia, ja fosfaattia. Struviitti on arvokas ja tehokas lannoite maataloudelle. Tutkimus tutki sian lietteen anaerobista mädätystä ja struviitin saostusta tuotetusta mädätteestä. Mädätettä käytettiin struviitin saostuskokeissa, jotka olivat optimaalinen saostus pH, magnesiumlähteet, happokäsittelytekniikka, ja struviitin saostus sian lietteestä. Optimaalinen poistotehokkuus havaittiin olevan pH alueella 9,5-10,5. Vain pieniä eroja löydettiin fosforin poistotehokkuudessa magnesium lähteiden MgCl2 ja MgSO4 välillä. Ilman magnesiumin lisäystä fosforin poistotehokkuus tippui 92%:ta 50%:iin kun pH oli 10. Mädätteen happokäsittely vapautti runsaasti fosforia ja kationeita saostusta varten. Noin 93% fosforista on sitoutunut kiintoainekseen ja on hyödynnettävissä happokäsittelyn jälkeen. Sian lietteen saostus saavutti 80% ja 98% fosforin poistotehokkuuden pH:n arvoilla 7 ja 10. Struviitin saostamisen löydettiin olevan taloudellisesti kannattavaa, jos edullisia kemikaaleja magnesiumin lisäykseen ja pH:n säätelyyn voidaan käyttää.