Livscyklus-Screening af renseteknologier indenfor fiskeindustrien

5. Termisk flotation med anvendelse af slam til foder

5.1 Beskrivelse af procesdiagram
5.2 Reduktion i gennemsnitlig procesvandsudledning
5.3 Energi
5.4 Rengøring af anlæg
5.5 Genanvendelse af vand
5.6 Slam
5.7 Tilvejebringelse af anlæg
5.8 Anvendelse af slam til minkfoder
5.9 Opgørelse af ressource- og miljøbelastninger
5.10 Vurdering af ressourceforbrug, emissioner og affald
5.11 Følsomhedsvurdering
5.12 Sammenfatning

I nærværende kapitel er gennemført opgørelse og vurdering af termisk flotation af procesvandet med efterfølgende anvendelse af slammet til foder.

Procesdiagram for behandling af procesvandet ved termisk flotation fremgår af figur 5.1. Ved termisk flotation behandles al procesvand fra sildefiletering excl. vand fra finrengøring. Vandmængden til termisk flotation udgør således her 350 m³, idet vand fra finregnøring udgør knap 90 m³. Til dispersionsvand, som udgør ca. 10% (Skagerak Fiskeeksport, 1998) anvendes procesvand fra hvidfiskafdelingen, der forinden er renset i et selvstændigt anlæg, hvor der foretages en luftflotation. Sammensætningen af dette fremgår af figur 5.2.

Figur 5.1 Se her!
Procesdiagram for termisk flotation

Figur 5.2
Stofindhold i dispersionsvand baseret på renset procesvand fra hvidfiskafdelingen (baseret på målinger fra Skagerak Fiskeeksport)

Ved termisk flotation opvarmes procesvandet til et niveau svarende til at proteinerne koagulerer. Det indgående procesvand varmeveksles med det udgående, således at hovedparten af varmen genindvindes. Den resterende del tilføres for Skagerak Fiskeeksports vedkommende fra eget kedelanlæg baseret på fuelolie.

Ved termisk flotation produceres slam der er fri for fældningskemikalier og derfor kan udnyttes til foderbrug. Potentielle mulige anvendelser er til minkfoder og svinefoder. Ved anvendelse til minkfoder vil slammet kunne erstatte andre fiskeressourcer som afskær og industrifisk. Ved anvendelse til svinefoder vil slammet ligeledes kunne erstatte fiskeressource og evt. soyaprodukter.

Alternativt til foderbrug kan slammet, som det er tilfældet med kemisk flotation, afgasses i biogasanlæg med produktion af el, varme og gødning (næringsstoffer). De erstattede produkter vil her være kunstgødning, konventionelt produceret el (gennemsnitsdata) samt varme produceret v.h.a. eksempelvis naturgas.

Dele af det termisk floterede vand kan genanvendes til rengøring af filterbånd og rotorsieve samt til grovspuling i forbindelse med rengøring.

Der er behov for rengøring af varmevekslere og flotationstanke.

På baggrund af de gennemførte forsøgskørsler på Skagerak Fiskeeksport i perioden maj 1996 til november 1996 afrapporteret i (NNR m.fl., 1996) og (NNR m.fl., 1998) vurderes de gennemsnitlige reduktioner ved termisk flotation at være følgende set i forhold til niveauet efter centrifuger:

Figur 5.3
Reduktionsprocenter for termisk flotation.

De gennemførte forsøgskørsler dækker over såvel pilotkørsler som forsøg på fuldskalaanlæg. Der er gennemført forsøg på sild i maj, juni og september måned samt på makrel i oktober måned.

Baggrunden for de større P-reduktioner i rognsæsonen er, at indløbskoncentrationen af P er betydeligt større, når fisken indeholder meget rogn. Rognsæsonen udgør i størrelsesordenen 25 % af den årlige mængde forarbejdet sild.

Der er imidlertid ikke gennemført forsøg på alle procesvandstyper, der kan forekomme over året, hvorfor der er en vis usikkerhed omkring hvorvidt de opnåede reduktioner kan opnås hele året.

Fra finrengøring udledes 88 m³ pr. døgn. Der foreligger 1 prøve på vand fra Skagerak Fiskeeksports målebrønd, der er udtaget sidst på dagen efter færdig flotering og som primært skulle indeholde vand fra finrengøring. Dette er imidlertid et meget usikkert grundlag at vurdere bidraget fra finrengøring på.

Figur 5.4
Stofindhold i vand fra finrengøring.

Som det fremgår er indholdet af kvælstof betydeligt. Ifølge deklarationer på de anvendte kemikalier indeholder disse ingen kvælstof men derimod en betydelig mængde fosfor. Der anvendes ca. 25 liter surklar m/skum pr. produktionsdag på Skagerak Fiskeeksport. 1 liter indeholder 270 g P (SFK, 1998), d.v.s ialt ca. 6,7 kg.

Den anvendte værdi for kvælstofindholdet fastsættes på baggrund af et C/N-forhold på ca. 17, tilsvarende C/N-forholdet i procesvandet efter centrifuger.

Luftfloteret procesvand fra hvidfiskproduktion har en sammensætning, der ikke ligger betydeligt fra det niveau, hvor termisk floterede procesvand ligger. Der ses derfor bort fra reduktioner på dette vand. Det luftfloterede procesvand vil gå ind og bevirke en mindre fortynding i såvel indløbs- som udløbskoncentrationerne på procesvand fra sildefiterering, dette vil imidlertid ikke ændre på mængden af fjernet stof.

I nedenstående figur 5.5 fremgår de indløbskoncentrationer, der må forventes ved ovennævnte stofindhold i vand fra finrengøring samt forventet emission.

Figur 5.5
Forventet udledt mængde stof ved rensning af procesvandet ved termisk flotation (I de angivne indløbs- og udløbskoncentrationer er der ikke taget hensyn til fortynding med luftfloteret procesvand fra hvidfiskproduktion).

5.3 Energi

Til drift af flotationsanlægget anvendes el samt tilføres varme til opvarmning af procesvandet.

På Skagerak Fiskeeksport foretages daglige registreringer af elforbruget. Efter etablering af termisk flotation er der aflæst et gennemsnitligt merforbrug på 900 kWh pr. døgn (svarende til ca.3.200 MJ), som vurderes udelukkende at være relateret til termisk flotation (SF, 1998).

På Skagerak Fiskeeksport foretages opvarmningen af procesvandet på nuværende tidspunkt på eget kedelanlæg baseret på fuelolie. Separat registrering af energiforbrug til flotationen har det ikke været muligt at gennemføre. Der foretages dog daglige registreringer af den totale anvendte oliemængde på virksomheden og fastsættelse af olieforbruget til termisk flotation baseres på merforbruget i forhold til situationen før etablering af termisk flotation Virkningsgraden på kedelanlæg og distributionssystem er imidlertid relativ dårlig, Af den indfyrede oliemængde kan kun 60% måles på forbrugsstederne. (SF, 1998).

Der er foretaget registreringer i august 1998, hvoraf det fremgår at der gennemsnitligt anvendes ca. 3,4 kg olie pr. m³ floteret procesvand, svarende til 1190 kg fuelolie pr. døgn.

Fuelolieforbrug repræsenterer overslagsmæssigt følgende energiforbrug: 1190 kg x 40,4 MJ/kg = 48.000 MJ pr. døgn (usikkerhed: 10.000). Hvis energiforbruget til tilvejebringelse af olien medregnes: 1190 x 45,8 MJ/kg = ca. 55.000 MJ.

Energiforbruget vil kunne optimeres betydeligt gennem etablering af eller tilslutning til et nyere og mere energieffektivt varmeproducerende anlæg.

Figur 5.6
Forbrug af fuelolie i forhold til floteret vandmængde.

Variation i energiforbrug på grund af eventuelle mindre variationer i det indgående procesvands temperatur (f.eks. vinter i forhold til sommer) vurderes at ligge indenfor den anførte usikkerhed og opgøres ikke yderligere.

5.4 Rengøring af anlæg

Rengøring af såvel flotationstanke som varmeveksler foregår med floteret varmevekslet vand (i det følgende benævnt fv-vand), der er således ikke noget forbrug af vand til dette formål.

Rengøring af varmevekslere (cipning) foregår pr. 100-150 m³. Rengøringen består af et forskyl med fv-vand, et skyl med NaOH (34 % opløsning) samt et efterskyl med fv-vand. Vand fra for- og efterskyl føres tilbage til buffer-tank og behandles efterfølgende ved termisk flotation.

Det anvendte NaOH genanvendes, idet det jævntligt gennemgår en rensning på centrifuger. En rest af NaOH skylles imidlertid ud med efterskyllet samt går i slammet fra centrifuger, hvorfor der er behov for tilførelse af ca. 225 liter NaOH-opløsning pr. døgn.

Da vægtfylden af NaOH er ca. 2 kg/liter skal der anvendes ca. 90 kg NaOH pr. døgn. (45 liter NaOH og 180 liter vand = 225 liter). Tilvejebringelse af NaOH vil pr. døgn udgøre et elforbrug på 150 kWh, et forbrug af fuelolie på 4,5 kg og en udledning af kviksølv på 0-0,9 g (forudsat fordelt på 20% til vand og 80% til luft), jf. afsnit om tilvejebringelse af jernchlorid og natriumhydroxid i forbindelse med kemisk flotation.

Slam fra centrifuger går til biogas. Der produceres ca. 250 kg slam pr. døgn med et tørstofindhold på ca. 17%. Denne slammængde ligger indenfor usikkerheden på opgørelse af slammængden fra termisk flotation og inddrages ikke i den videre opgørelse.

Vand fra skylning af flotationstanke føres ligeledes tilbage til buffer-tank.

Belastninger fra rengøring af anlæg er således fortrinsvis knyttet til tilvejebringelse af NaOH.

5.5 Genanvendelse af vand

35-40 m³ af det termisk floterede vand genanvendes til spuling af rotosieve. Det erstatter en tilsvarende mængde brøndvand, idet der tidligere anvendtes frisk vand til dette formål.

Det termisk floterede vand vil også kunne genanvendes til spuling af filterbånd.

5.6 Slam

På baggrund af figur 5.5 kan stofindholdet i det producerede slam fra termisk flotation beregnes, jf. figur 5.7. Tørstofprocenten i slammet ligger på 7-8 %.

Figur 5.7
Forventet stofindhold i slam

Slamproduktionen vil typisk udgøre i størrelsesordenen 7-8% af den behandlede procesvandsmængde, svarende til ca. 25 m³.

Det er her forudsat, at der anvendes ca. 50 tons rustfrit stål til anlægget. Med en levetid på 30 år og 200 produktionsdage pr. år fås et forbrug på ca. 8 kg rustfrit stål pr. døgn.

Data for tilvejebringelse af rustfrit stål er baseret på UMIP-databasen og der er forudsat et lødighedstab på 5%.

Lødighedstabet udtrykker hvor stor en del af ressource- og miljøbelastningerne ved tilvejebringelse af rustfrit stål, der allokeres til pågældende anvendelse af materialet, fordi der finder en genanvendelse sted, jf. endvidere (UMIP, 1996)

5.8 Anvendelse af slam til minkfoder

Ved anvendelse af slam fra termisk flotation til minkfoder vil slammet under forudsætningen om en konstant minkfoderproduktion erstatte andre produkter baseret på fisk.

Her kunne der være tale om sildeafskær, afskær fra andre fisk, industrifisk eller anden hel fisk. Fangst af fisk er særdeles energikrævende og udgør derfor normalt den væsentligste fase ved tilvejebringelse af fisk. Det er imidlertid af stor betydning om der er tale om afskær eller hel fisk, idet hovedparten af den ressource- og miljømæssige belastning vil skulle tillægges fileten, såfremt der er tale om afskær.

Ved allokering efter økonomisk værdi vil belastningerne for sild f.eks. skulle fordeles efter at sildelapper koster i størrelsesordenen 10 gange mere end fraskær pr. kg.

Fangst af sild forbruger 0,19 l dieselolie pr. kg for notfiskeri hhv. 0,34 l dieselolie pr. kg for trawlfiskeri (på baggrund af Ritter m.fl., 1998). Med et energiindhold i dieselolie på 35,9 MJ/l og et anslået tørstofindhold i fisk på ca. 25% og dermed en erstattet mængde fisk på 3 tons (760 kg TS, jf. afsnit 4.7.1) fås et energiforbrug for tilvejebringelse af sild på 20 GJ pr. døgn for notfiskeri og 37 GJ pr. døgn for trawlfiskeri. Såfremt det udelukkende er sildeafskær som erstattes vil det sparede energiforbrug ligge på ca. 2 GJ hhv. 3,5 GJ pr. døgn for notfiskeri og trawlfiskeri, hvis energiforbruget ved fiskeri allokeres efter pris af henholdsvis sild og afskær.

Et mere generelt tal for fangst af fisk fås ved at se på det samlede dieselolieforbrug i den danske fiskerflåde på i alt 252.000 tons pr. år (Nielsen, 1995). Sættes dette i forhold til de samlede landinger af fisk fås et gennemsnitligt energiforbrug ved fangst af fisk på 5,4-6,6 GJ/t (Kromann, 1996), svarende til 18 GJ pr. døgn for de 3 tons, hvilket ligger på samme niveau som notfiskeri.

Der er imidlertid tvivlsomt om der reelt vil blive forbrugt en mindre mængde fisk. Sildeafskær vil måske i stedet gå til fiskemel og i tilfælde af at industrifisk udgør den substituerede produktion vil disse måske også blive til fiskemel i stedet for. Fiskekvoterne vil nok stort set altid bliver forbrugt. Det vil måske således snarere være de produkter, som fiskemel og –olie erstatter, som reelt vil blive reduceret. I det følgende er det dog fastholdt at se på fiskeressourcen som erstattet produkt, idet de 4 undersøgte renseteknologier dermed kun gøres "ansvarlige" for deres egne direkte afledede ressource- og miljøbelastninger.

I nedenstående er sammenfattet ressource-/materialeforbrug samt udledninger, såvel forøgede som sparede, ved termisk flotation af procesvandet og efterfølgende anvendelse af slammet til foder. Det forudsættes i beregningerne, at slammet erstatter sild fanget ved notfiskere. Derudover fremgår de sparede procesvandsudledninger til recipienten.

Udledningen til recipienten er reduceret med henholdsvis 90 kg N og 4,8 kg P svarende til et effektpotentialet for næringssaltbelastning på 550 kg NO₃-ækvivalenter svarende til 2.200 mPEM.

De ressource- og miljømæssige belastninger ved termisk flotation skal således vejes op imod denne forbedring på næringssaltsbelastningen. Den nævnte forbedring i effektpotentialet for næringssaltsbelastning fremgår af figur 5.8, men er ikke indregnet i den efterfølgende præsentation og kommentering af UMIP-beregninger. Den nævnte forbedring i næringssaltsbelastning inddrages imidlertid i sammenfatningen på termisk flotation afsnit 5.12.

Input til UMIP-beregninger

Figur 5.8
Opgørelse af ressource- og materialeforbrug samt udledning (pr.døgn) for minkfoder-scenarie (notfiskeri)

Den høje værdi for kviksølvudledning (0,9 g pr. døgn) i forbindelse med NaOH-produktion behandles under følsomhedsvurderingen.

I nedenstående figur 5.9 er vist resultatet af UMIP-beregningerne for de ressourceforbrug, der er tillagt størst betydning ved vægtningen af ressourceforbrugene.

Figur 5.9
Ressourceforbrug pr. døgn ved termisk flotation af procesvandet – minkfoder med sild (notfiskere) som erstattet produkt. Tallene i parentes er for et reduceret energiforbrug baseret på naturgas.

Som det fremgår af figuren er der det forbruget af olie, der er det dominerende ressourceforbrug.

Termisk flotation af procesvandet vil således betyde et forbrug af især olieressourcer. Der vil imidlertid også være betydelige besparelse på fiskeressourcen på 3 tons samt vandressourcen, som i vandindvindingsoplandet knyttet til Hirtshals må betegnes som begrænset.

Det samlede forbrug af fossile brændsler repræsenterer et energiforbrug på ca. 40 GJ.

Tallene anført i parentes under vægtede effektpotentialer er baseret på, at energiforbrug og energikilde er ændret, jf. afsnit om følsomhedsvurdering.

Emissioner

Figur 5.10
Emissioner pr. døgn ved termisk flotation af procesvandet – substitueret produktion er sild (notfiskeri). Tallene i parentes er for et reduceret energiforbrug baseret på naturgas.

Vedrørende emissionssiden er især bidraget til drivhuseffekt samt persistent toksicitet markant. De relativt begrænsede besparelser knytter sig til fotokemisk ozondannelse og næringssaltbelastning.

Samlet set vil der være tale om en markant øget miljøbelastning.

Vedrørende affald er UMIP-modellen stadig under udvikling m.h.t. effektpotentialer og vægtningsfaktorer. Resultaterne skal ses i dette lys.

Figur 5.11
Affald pr. døgn ved termisk flotation af procesvandet – minkfoder med sild (notfiskeri) som erstattet produktion. Tallet i parentes er for et reduceret energiforbrug baseret på naturgas.

Vedrørende affald er de mest betydende bidrag knyttet til slagge/aske og volumenaffald, der er relateret til elforbruget. Det er lidt overraskende, at mængden af volumenaffald er så høj, men dette genereres i forbindelse med udvinding af kul fra miner og udgør 0,43-0,55 kg pr. kg kul. Der kan dog sættes sprøgsmåltegn ved, om det er rimeligt at dette affald normaliseres og vægtes efter danske forhold, hvor lossepladskapaciteten er ret begrænset.

Et højere niveau for kviksølvudledning i forbindelse med NaOH-produktion vil betyde, at værdien for persistent toksicitet kommer op en værdi på ca. 1400 mPEMwdk2000. Det er således af afgørende betydning for livscyklusscreeningens udfald, om produktionen af NaOH er baseret på metoden med kviksølvceller og i givet fald, hvilket niveau kviksølvemissionen ligger på. Der er, som nævnt i afsnit under kemisk flotation stor usikkerhed på opgørelse af kviksølvemissionen.

Produktion af varme er i ovenstående baseret på fyring med fuelolie og en relativt lav virkningsgrad på anlægget. Såfremt den energimæssige værdi af input reduceres med eksempelvis 15 % (1190 kg fuelolie x 0,85 x 40,6 MJ/kg) til ca. 40.000 MJ og i stedet baseres på naturgas (40.000 MJ/ 48,4 MJ/kg= ca. 825 kg naturgas) ændres billedet noget. Ressourcemæssigt er forbruget af fossil energi her i form af naturgas fortsat det mest betydende. Emissionsmæssigt er dette scenarie imidlertid betydeligt bedre end det første, idet bidragene til drivhuseffekt og persistent toksicitet reduceres betydeligt og der i stedet for en forøgelse sker en besparelse på forsuring og human toksicitet.

Hvis sildeafskær derimod betragtes som den substituerede produktion vil det betyde et mindre energiforbrug til fangst af fisk, hvorved de samlede belastningerne fra termisk flotation øges (et mindre energiforbrug fratrækkes).

Resultater for sildeafskær fanget ved trawlfiskeri som substitueret produktion fremgår af nedenstående figur. Der er vist resultater for de mest betydende parametre for fyring med henholdsvis olie og naturgas, svarende til de i ovennævnte omtalte værdier.

Der er ikke nogle væsentlige ændringer vedrørende affald.

Scenarier med sildeafskær

Figur 5.12
Vægtede effektpotentialer for termisk flotation med sildeafskær som substitueret produktion. Scenarier med opvarmning af procesvandet med henholdsvis olie og naturgas, (i mPRw90 for ressourcer, henholdsvis mPEM_wdk2000 for emissioner).

Som det fremgår vil der i forhold til resultater for hel sild som substitueret produktion ske væsentlig forøgelse på drivhuseffekt, forsuring og en forøgelse i stedet for besparelse på næringssalt. Ressorucemæssigt er der naturligvis også en forøgelse i trækket på fossile brændsler i forhold til scenarierne med hel sild.

5.12 Sammenfatning

Udledningen til recipienten er reduceret med henholdsvis 90 kg N og 4,8 kg P svarende til et effektpotentialet for næringssaltbelastning på 550 kg NO₃-ækvivalenter svarende til 2.200 mPEMwdk2000.

De ressource- og miljømæssige belastninger ved termisk flotation skal således vejes op imod denne forbedring på næringssaltsbelastningen.

Resultaterne på termisk flotaion med anvendelse af slam til minkfoder afhænger i høj grad af de forudsætninger, der lægges til grund for vurderingen og hvilken vægt den begrænsede fiskeressource tillægges. Den sparede fiskeressource udgør 3 tons og forbruget af fossile brændsler udgør til sammenligning ca. 0,7-1,5 tons. Fiskeressourcen er en begrænset fornyelig ressource og de fossile brændsler (hvoraf hovedparten er olie) er ikke fornyelige ressourcer med meget begrænset forsyningshorisont for fuelolies vedkommende. Desuden spares der ca. 30 m³ vand. Vand er en begrænset ressource i Hirtshals-området, men selvom denne vandmængde skulle køres til virksomheden fra andre vandindvindingsoplande ville energiforbruget hertil være begrænset i forhold til ovennævnte forbrug af fossile brændsler. Ressourcemæsssigt vurderes løsningen ikke at give et positivt bidrag.

Som det ene yderpunkt er der situationen, hvor opvarmningen sker ved hjælp af et oliefyr med ikke optimal virkningsgrad, hvor sildeafskær betragtes som den substituerede produktion, og hvor der antages at være en emission af kviksølv ved tilvejebringelse af natriumhydroxid, som svarer til den tidligere omtalte. Denne situation er afbilledet i nedenstående figur 5.13, hvor det skal bemærkes, at besparelsen i stofudledning til recipienten er inkluderet.

Figur 5.13
Samlet resultat på henholdsvis ressourcesiden og emissions-/affaldssiden – scenarie med høj belastning.

Under disse forudsætninger vurderes det, set ud fra en helhedsbetragtning, at de medgåede ressource- og miljømæssige belastninger ved drift af anlægget ikke opvejes af den forbedring der er m.h.t. udledningen til recipienten og besparelsen på ressourcer. Den samlede ressource- og miljøbelastning vurderes at øges ved brug af renseløsningen.

Såfremt der ses bort fra den potentielle kviksølvemission vil de ressource- og miljømæssige belastninger stadig opveje hovedparten af den miljømæssige forbedring ved rensningen.

Som det andet yderpunkt er der situationen, hvor opvarmningen sker ved  hjælp af naturgasfyr med en bedre virkningsgrad end oliefyret, hvor hele sild betragtes som den substituerede produktion, og hvor der ikke forekommer kviksølvemission ved tilvejebringelse af natriumhydroxid. Denne situation er afbilledet i figur 5.14, og besparelsen i stofudledningen til recipienten er ligeledes inkluderet her.

Figur 5.14
Samlet resultat på henholdsvis ressourcesiden og emissions-/affaldssiden – scenarie med lav belastning.

Under disse forudsætninger (og især hvis silden er fanget ved trawlfiskeri) vurderes de miljømæssige belastninger knyttet til renseløsningen af udgøre mindre end 1/3 af den miljømæssige forbedring knyttet til udledning til recipienten. Såfremt samme situation betragtes, dog med sildeafskær (trawlfiskeri) som substitueret produktion, vurderes de miljømæssige belastninger at udgøre i størrelsesordenen halvdelen af forbedringen opnået ved rensningen.

I tilknytning til termisk flotation på Skagerak Fiskeksport A/S skal bemærkes, at denne løsning ikke er aktuel som en selvstændig løsning, men skal ses som forbehandling inden membranfiltreringen.