AP 1: Bærekraftig oppkonsentrering/separering av næringsstoffer

Vi har to hovedmålsetninger:

1) å utvikle og optimalisere biotiske og abiotiske prosesser for å oppkonsentrere næringsstoffer fra flytende avfallsstrømmer, og

2) å vurdere virkningen av sorbenter i etterbehandlingen av biogassprosesser og bruken av råtnerest.

Vi vil undersøke og sammenligne et utvalg metoder og prosesser for å separere og oppkonsentrere næringsstoffer fra ulike sekundære næringsrike ressurser med spesielt fokus på nitrogen og fosfor.

Mikroalger

Mikroalger er mikroskopiske organismer, hovedsakelig akvatiske, som kan utføre oksygenbasert fotosyntese på samme måte som planter, dvs. at de henter det meste av energien fra lys og kan bruke CO₂ som karbonkilde (Figur 1).

I naturen har mikroalger sammen med landbaserte planter den svært viktige funksjonen med å resirkulere næringsstoffer gjennom å konvertere uorganiske molekyler til organiske molekyler med høyere energiinnhold, og disse kan da benyttes av for eksempel dyr og mennesker (karbohydrater, proteiner, Figur 2).

Fordelen ved mikroalger sammenlignet med landplanter når det gjelder et teknisk rensesystem, er det at de er suspendert i vann og dermed enklere kan integreres i et eksisterende teknisk system, som for eksempel et vannrenseanlegg.

Dyrking av mikroalger er en mulig metode for å oppkonsentrere næringsstoffer fra flytende avfallsstrømmer, akkurat slik det skjer i naturen (f.eks. algeoppblomstringer, som er et heller uønsket fenomen).

I dette prosjektet vil vi studere hvordan mikroalger kan benyttes til opptak av nitrogen og fosfor fra behandlet avløpsvann og hvordan biomassen deretter kan benyttes som gjødsel.

I laboratoriet har vi flere avanserte fotobioreaktorsystemer i kontinuerlig drift, der vi kan kontrollere og overvåke prosessen (Figur 3).

Sorbenter

Som et eksempel til bruk i abiotiske prosesser vil vi studere virkningen av ulike sorbenter når det gjelder å oppkonsentrere næringsstoffer i flytende avfallsstrømmer.

Sorbenter er materialer som kan binde næringsstoffer og på den måten gir en mulighet til å trekke dem ut fra flytende avfallsstrømmer.

Det finnes mange ulike typer sorbenter, og alle binder næringsstoffer på forskjellige måter (Figur 4).

Når det gjelder resirkulering er det også viktig å sikre at sorbentene frigir næringsstoffene når de benyttes som gjødsel, dvs. at næringsstoffene blir plantetilgjengelige.

I dette prosjektet vil vi analysere de ulike sorbentenes bindingsegenskaper ved hjelp av ulike metoder for slik å identifisere egnede sorbenter for avfallsbehandling.

Ettersom fortynnede avfallsstrømmer har lav økonomisk verdi, må kostnadene knyttet til behandling være tilsvarende lave. Vi vil derfor fokusere på sorbenter, som er relevante for rensing av fortynnede avfallsstrømmer.  

Vi vil også undersøke virkningene som sorbentene kan ha i etterbehandlingen av biogass-råtnerest, eller når råtnerest benyttes som gjødsel. I dette arbeidet vil vi benytte laboratoriebiogassreaktorene som allerede finnes på NIBIO (Figur 5).