Upload
trinhkhue
View
213
Download
1
Embed Size (px)
Citation preview
Fosfor
-problem polityczny i rodowiskowy
Henryk Grecki
Inauguracja
Roku Akademickiego
2007/2008
w Uniwersytecie Przyrodniczym
we Wrocawiu
993.bin
We may be able to substitute nuclear power for coal, and plastics for wood, and yeast for meat, and friendliness for isolation-for PHOSPHORUS there is neither substitute nor replacement
Isaak Asimov, The Relativity of Wrong,1975
Biologiczna rola fosforu
Fosfor jest pierwiastkiem niezbdnym do ycia. Naley do grupy makroelementw.W formie fosforanw, wchodzi w skad czsteczek biologicznych: kwasw nukleinowych DNA i RNAzwizkw przekazujcych energi na poziomie molekularnym, takich jak ATP oraz wykorzystywanych w fosforylacji (funkcja regulacyjna w komrce).Fosfolipidy to gwne skadniki strukturalne bon komrkowych.U zwierzt i czowieka jest skadnikiem koci fosforan wapnia rola usztywniajca.Organizm czowieka zawiera 1 kg P, z czego jako apatyt w kociach i zbach.Dziennie, czowiek konsumuje/wydala 1-3 g P.
Zawarto fosforu w organach ssakw
koci.......................... 6,70-7,10 % uzbienie....................12,0-13,o% minie........................ 0,30-0,85% krew.............................0,340-0,40%wtroba...................... .0,27% mzg.............................0,34%puca............................ 0,16%nerki.............................0,16%skra ............................0,18%
rednia zawarto pierwiastkw w suchej masie wyszych
rolin/ppm/
wgiel 460 000
tlen 450 000azot 15 000potas 10 000wap 5 000magnez 2 000FOSFOR 2 000-9000siarka 1 000chlor 100bor 20elazo 100mangan 50cynk 20mied 6molbden 0.1
produkty ywnociowe
produkty zboowe
miso&ryby
mleko&jaja
warzywa
owoce
produkty skrobiowe
roliny strczkowe
napoje
OGEM
Roczne spoycie fosforu w produktach spoywczych 0,5 kg P
Roczne spoycie fosforu przez mieszkacw Ziemi 3mln MgP
Roczna produkcja zwizkw fosforu......16.3 mln Mg P
Phosphorus-The supreme ruler
Life can multiply until all the phosphorus has gone and then there is an inexorable halt which nothing can prevent .John Amsley ,The shocking History of Phosphorus-A Bibliography of The Devil Element,PAN Books,London 2000
Odkrycie fosforu przez
Dr. Henninga Brandta w 1669 w Hamburgu
odkrycie naukowe nowy produkt nowa technologia pierwsza licencja marketing produktu publikacje naukowe
F
O
S
F
O
R
13 odkryty pierwiastek
rednia zawarto w skorupie ziemskiej-0.101% / 11 miejsce
w polskich glebach-0.03-0.3% P2O5
roczne zuycie P2O5 7,2 kg per capita /25 kg surowca /
Dr. Justus von Liebig
1840r. opublikowanie teorii mineralnego odywiania rolin i prawa
minimum.
Odkrycia te zapocztkoway rozwj wspczesnego rolnictwa bazujcego na wspomaganiu wzrostu rolin nawozami mineralnymi
Odkrycia te zorganizoway
rynek nawozowy i przemys
nawozw mineralnych
991.bin
Historia populacyjna
FOSFORprzyjazny
nawozy 80%
dodatki paszowe 5%
rodki czyszczce 12%
impregnaty p.ogniowe
rodki ganicze
dodatki do ywnoci
pestycydy OPs
inhibitory korozji 3%
leki
uzdatnianie wody
materiay stopowe
pasty do zbw
FOSFOR
diaboliczny
Gazy bojowe nerve gases
Bomby zapalajce
rodki dymotwrcze
Choroba zawodowa phossy jaw
Zatrucia pestycydami PO 2 mln
Samobjcze zatrucia 1mln
Zapaki ,lucifier match
Choroba owczarzy
Samospalenia
sarin
tabun
Dwa oblicza
fosforu
rodki ochrony rolin
Parathion IG Farben
Malathion Cyanamid
Diazinon Geigy
Phosmet Stauffer
Dichlorvos Shell
Pirimphos ICI
Phosphinothricin Hoechst
Glyphosate Monsanto
Gazy bojowe nerve gases
tabun IG Farben
Dyhernfurt /Brzeg Dolny/
produkcja 1000 Mg/miesic w 1944
sarin IG Farben
Munster-Lager
soman
VX ICI
autor:Gerhard Schrader
phossy jaw
choroba owczarzy sheep dippers flue
/ Gulf War Syndrome;
metylo-parathion, diazinon/
pierwsza choroba
zawodowa
renty zdrowotne
kobiety-20shillings
mczyni-29/tydz./
Samospalenia spontaneous human combustion
661 000 tys.informacji w wyszkiwarce Google
spontaneous human combustion
CH4
&
H2
&
PH3
&
P2H4
Katastrofy
rodowiskowe
Brownston, Nebraska 1978 katastrofa kolejowa
Miamisburg, Ohio 1988katastrofy kolejowe
Portishead, UK1990 poar magazynu
Ukraina 2007 katastrofa kolejowa
Zatrucia ekosystemw fosforem Placntia, Bay UK,1968
Long Harbour UK 1972
Tenneco, UK, 1972
FOSFOR
25 lipiec-2 sierpie 1943
Hamburg
Operacja Gommorah
/ Sodoma i Gomora
Biblia Genesis 19:28
spono 37 000 mieszkacw Hamburga
zmaro z powodu poparze 10 000 mieszkacw
spono 35 500 domw / 253000 mieszka/
spono 580 fabryk , 58 kocow, 24 szpitale
zniszczono fabryk odzi podwodnych/U-boty/
Eutrofizacja
cieki komunalne,
cieki przemysowe
odchody hodowlane
kompostownie
wymywanie nawozw
solubilizacja zasobw glebowych
Wytwarzanie odpadu fosfogisowego
Z 1 tony surowca fosforowego powstaj 2 tony odpadu
Olbrzymia masa- rocznie okoo 200 mln Mg
Praktycznie brak utylizacji /2-5 %/
Protesty spoeczne / GZNF Fosfory Gdask
w Polsce 3 skadowiska- Police, Gdask, Wizw
Obieg fosforu w rodowisku naturalnym zachodzi w trzech rnych cyklach:
cykl nieorganiczny-trwajcy tysice lat, skutkujcy tworzeniem z mineralnych [wietrzenie ska, wymywanie, wytrcanie, sedymentacja....]cykl organiczny /land based organic cycle/-trwajcy przez sezon wegetacyjny [obieg fosforu w cyklu:gleba-rolina-ukad pokarmowy-gleba-.....]cykl organiczny wodny /water-based organic cycle/ -trwajcy kilka dni [ cyrkulacja zwizkw fosforu w akwenach
fosforyty
wietrzenie
glebowe przemiany
zwizkw fosforu
fosfor w rolinach
mineralizacja
pobr zwierzcy
wymywnie
z gleb
koci,odchody,
odpady
precypitacja, sedymentacja
nowe zoa
Trway P w apatytach i mineraach glebowych
P nawozowy
Resztki rolinne, obornik
Roztwr glebowy
Nietrway P zwizany z mineraami
Mineralizacja
Mikroorganizmy glebowe
atwo degradowalny P organiczny
Powoli degradowalny P organiczny
Powoli
Powoli
Szybko
Czowiek
Osady naziemne
Algi i roliny
Ptaki morskie
Zwierzta
sedymentacja
Osady
Bakterie
obumieranie
spoywanie
rozkad
spoywanie
obumieranie i wydzielanie
regeneracja
wizanie
Rozpuszczalny P organiczny
Rozpuszczalny P nieorganiczny
Nierozpuszczalne zwizki P
Fosfor organiczny forma staa
Globalny bilans fosforu /P2O5/
zasoby glebowe-150 mln Mg/ rozproszone/globalna biomasa 2 mld Mgglobalny wzrost w biomasie 10-20 mln Mgzasoby oceaniczne0,12 mld Mgzasoby surowcowe- 3.8-8,o mld Mg /zasoby potencjalnie rezerwowe-11,0-22,0 mld Mg roczne wymywanie fosforu z gleb-12-15 mln Mgroczne wydobycie surowcw fosforowych
-42 mln Mg
W jaki sposb moemy unikn deficytu fosforowego
zwikszy wydobycie surowcw fosforowych proporcjonalnie do wzrostu populacji / 25 kg surowca per capita/poprzez recyrkulacj /odzysk/ z odchodw i ciekwna drodze uruchomienia niedostpnych dla rolin rezerw glebowych fosforu
Surowce fosforowe
mineray pochodzenia sedymantacyjnego- fosforyty
skadnik frankolit Ca10(PO4)6-x(CO3)x(F,OH)2
mineray pochodzenia wulkanicznego- apatyty skadnik-apatyt Ca10(PO4)6(F,OH)2
roczne wydobycie 142 mln Mg /90% fosforyt/ dostarczajc rocznie 42 mln Mg P2O5 5.4 mln Mg fluoru 14 500 Mg uranu
Produkcja (wydobycie surowcw w odniesieniu do gwnych producentw [%].
: 43 mln Mg P2O5
140 mln Mg surowcw
Wykres1
34
16
16
6
5
4
3
2
14
Inne: SyriaIzrael, KazachstanTogo, SenegalEgipt14%
Arkusz1
USA34
Chiny16
Maroko16
Rosja6
Tunezja5
Jordania4
Brazylia3
RPA2
Inne14
Arkusz2
Arkusz3
Eksport surowcw fosforowych/mln.Mg/
USA1999 27.72ooo 17.92001 4.22002 0.062003 0.o62004 -2.4 2005 -2,5 2006 -2,6
Afryka16. 80314 77014 95015 06814 26514 757148451497615234
!
Dyrektywa EU 91/271
The Urban Wastewater Treatment
dopuszczalne stenie fosforanw 2 mg/dm3 i 15mg/dm3 azotanw z oczyszczalni ciekw z miast,ktre zamieszkuje poniej 100 tys.mieszkacw
dopuszczalne stenie fosforanw 1 mg/dm3 i 10 mg/dm3 azotanw z oczyszczalni ciekw miast , ktre zamieszkuje wicej ni 100 tys. mieszkacw
Historia Trjpolifosforanu Sodu
STPP nowy skadnik rodkw piorcych i czyszczcych-David Byerly 1936wprowadzenie STTP na rynek amerykaski w 1946 roku przez Procter&Gamble1977 US EPA-Detergent Phosphate Ban1991 Dyrektywa fosforanowa1995 The Swedish Phosphate Raport
Odchody hodowlane
UE - 9.5 mln N 2 mln P2O5 4.5 mln K2O
dua zmienno skadu w zalenoci od rodzaju zwierzt i paszy
niewaciwy stosunek N : P2O5 : K2O.
Dua podatno na wymywanie skadnikw nawozowych
brak moliwoci ekologicznynie bezpecznego zuycia odchodw przy koncentracji hodowli Odchody wytwarza si przez cay
ROZWIZANIA PRZYSZOCIOWE
detoksykacja odchodw - nawozy mineralno - organiczne
nowe typy pasz przy stosowaniu syntetycznych aminokwasw
stosowanie pasz wzbogaconych enzymem fitazy dla zwikszenia poboru fosforu w paszach
odzysk zwizkw fosforu z ciekych odchodw hodowlanych i ze ciekw w formie struvitu lub fosforanw wapniowych
ODCHODY HODOWLANE
skadniki nawozowe [kg/Mg]
NPK
1 Krowa23 Mg / rok4.70.64.4
10 wi21 Mg / rok6.31.52.9
1000 3.0 Mg/rok5.42.62.5
W dobowym wiatowym moczu 20 000 Mg P2O5
W rocznym wiatowym moczu ok.. 7 000 000 Mg P2O5
Roczne wydobycie surowcw 42 000 000 Mg P2O5
198.bin
Gwne komponenty moczu [g/dm3]
Kreatyna5292
Mocznik2121
Chlorki6.54.7
Sd4.02.9
Potas2.21.8
Aminokwasy
(glicyna, histydyna, tauryna)2.32.3
Fosfor1.41.4
Jon amonowy0.70.5
Magnez0.260.20
Obieg fosforu w konwencjonalnym
gospodarstwie rolnym prowadzcym
gospodark rolinno-hodowlanej przy
maym przy maym areale i maej liczebnoci
zwierzt hodowlanych
Przyszociowy model gospodarowania zwizkami fosforu
uwzgldniajcy recyrkulacj /odzysk/, oraz odnawialne rda
zwizkw fosforowych
Nawozy i fosforany
paszowe
roliny
zwierzta hodowlane
Trjpolifosforan
sodowy
odzysk i recyrkulacja
Oczyszczanie ciekw
i odchodw hodowlanych
Nawozy fosforowe
CHEMICZNE WYTRCANIE
Helsingborg (Szwecja)
wytrcanie zwizkw Fe, Al (1990)
Darmstadt (Niemcy)
wytrcanie zwizkw Fe, Al(1990)
Chung Nan (Chiny) wytrcanie gibsyten Al(OH)3 (1999)
SPALANIE
ODCHODW HODOWLANYCH
w Wielkiej Brytanii spala si 700 tys . Mg kurzeca uzyskujc nawz fosforowo-potasowy zawierajcy 25 % P2 o5
PROCES WYTRCANIA STRUVITU
MgNH4PO4 6H2O
Ube Industrie (Japonia) 48 m3/dob (1995) Salaii Puten MgKPO4 6H2O(Lic. Geochem. Research, Delf University) 700 tys. t/r (odchody hodowlane) (1998)
Avebe 144 tys.m3 /rok (1992) (lic. DHV Crystalactor
* Shimae Prefectur(Japonia)cieki komunalne (1990)
(lic. Unitika Proces)
* Sydney (Australia) 60 tys. m3/r(1991(lic. CSIRO, Clayton) biologiczna oczyszczalni wytrcanie struvitu
PROCES KRYSTALIZACJI FOSFORANW WAPNIA
Geesmevanbacht (Holandia) krystalizacja w zou fluidalnym (1994)
(Lic. DHV Water BV) zdolno oczyszczania 230 000 pe
Crystalactor
Gaggenau (Niemcy) krystalizacja w mieszalniku (1995)
Mercedes Factory - aglomeracja
oczyszczalnia Chelmsford
Warriewood (Australia) 50 000 pe (1998)
(Lia Australian Water Technologies)
Westerbork cieki komunalne (1988)
(lic.DHV Water BV 12 000 pc
Crystalactor )
* Edam (Holandia) krystalizacja w zou fluidalnym (1996)
(lic. DHV Water BV 230 000 pc
Crystalactor )
BIOLOGICZNE USUWANIE ZWIZKW FOSFORU
* Hofkirken (Austria) proces anaerobowy oraz denitrifikacji (1996) (lic. Phostrip R)
* Ancona (Wochy) biologicznie indukowy proces wytrcania fosforanw (1995)
(lic. Engineering Faculty Ancona)
100 000 pe
Wykorzystanie niedostpnych dla rolin glebowych zasobw fosforowych
bakterie rodzaju Bacillus i Pseudomonas /okrelane jako Phosphate Solubilizing Bakteria PSB/powoduj rozkad struktury apatytowej powodujc uruchomienie zwizkw fosforanowych w sferze korzeniowej rolin.Stosowanie tch bakterii na poywce zawierajcej lignit umoliwio zwikszenie plonw o 15%./Ricardson 2002, Sandara 2002/
Wykorzystanie mikroorganizmw w procesie wytwarzania nawozw fosforowych
Udao si wyselekcjonowa mikroorganizmy posiadajce waciwoci solubilizacji surowcw fosforowych i jednoczenie wspdziaajcych z mikroorganizmami wicymi azot.Stosujc mieszanin niskojakociowego fosforytu i siarki zaokulowan bakteriami rodzaju Acidithiobacillus udao si uzyska nawz fosforowy bezporednio w glebie /Stamford 2003/
Strategia uniknicia problemw zwizanych z ograniczon dostpnoci surowcw fosforowych
odzysk zwizkw fosforu z odchodw hodowlanych
odzysk zwizkw fosforu ze ciekw przemysowych i komunalnych metodami chemicznymi i biologicznymi
wytwarzanie nawozw mineralnych na drodze rozkadu odpadw przemysu rolno-spoywczego / koci, mczka kostna, pierze,popioy/
Strategia uniknicia problemw zwizanych z ograniczon dostpnoci surowcw fosforowych
wykorzystanie bakterii typu PSB /Phosphate Solubilizing Bacteria/ do rozkadu niedostpnych dla rolin zwizkw fosforu
zastosowanie mikroorganizmw wspomagajcych proces poboru zwizkw fosforu przez roliny z surowcw fosforowych
rozwizania technologiczne przetwarzania niskojakociowych surowcw fosforowych
Wdroone w skali przemysowej nowe rozwizania fosforowe
Obnienie strat zwizkw fosforu w procesie przemywania odpadowego fosfogipsu / ZCh Police SA/Zastosowanie siarczanu amonowego do wytwarzania nawozw wieloskadnikowych /ZCH Police SANowe preparaty chemii gospodarczej / czyszczce, dezynfekcyjne/ na bazie fosforanu mocznika
Wdroone w skali przemysowej nowe rozwizania fosforowe
Preparat do prania weny na bazie fosforanu mocznika / ZChG Pollena/
Wykorzystanie surowcw fosforowych do przetwarzania odpadw z gorzelni, zakadw ziemniaczanych na na wozy mineralno-organiczne/ zakady w woj.opolskim
Wielofunkcyjne nawozy wieloskadnikowe z mikroelementami/Intermag,Bonrol,Ekopl/
Nawozy wieloskadnikawe granulowane
metod kompaktowania / ZCH Lubo SA/
Zweryfikowane w skali pilotowej nowe rozwizania przetwarzania surowcw fosforowych
Bezodpadowa metoda przetwarzania surowcw fosforowych na nawz NPK 15:15:15 i kred nawozow z cakowit utylizacj fosfogipsuMetoda wytwarzania wysokiej czystoci fosforanu mocznika o zastosowaniu paszowym i jako skadnika rodkw czyszczcychMetoda wytwarzania fosforanu paszowego z superfosfatuMetoda odzyskiwania uranu z ekstrakcyjnego kwasu fosforowego /
Aktualnie realizowane projekty
wsplnie z zespoami Uniwersytetu Przyrodniczego we Wrocawiu
Paszowy fosforan wapniowy w procesie autorermicznym /bez suszenia/-wdroenie w FOSFORACH w Gdasku
Preparat stabilizujcy i dezodoryzujcy przechowywan gnojowic / upowszechnianie w Wielkopolsce/
Opracowanie metod dezodoryzacji w produkcji nawozw mineralnych
Aktualnie realizowane projekty
wsplnie z zespoami Uniwersytetu Przyrodniczego we Wrocawiu
Nowa generacja mikroelementowych nawozw dolistnychNawozy zawiesinowe mineralno-organiczne z wykorzystanie odnawialnych rde fosforuWytwarzanie nawozw mineralno-organicznych z surowcw odnawialnych / pierze-N, popioy-K koci , mczka kostna P/Nowa generacja mikroelementowych dodatkw paszowych na bazie alg z wykorzystaniem procesu biosorpcji i bioakumulacji
Wyzwania polityczno-gospodarcze
Czy kupi zoa fosforytw krajach arabskich?Czy ograniczy produkcj nawozw fosforowych i trjpolifosforanu sodu ?Czy tylko importowa produkty fosforowe?Co zrobi z odpadowym kwasem siarkowym z KGHM ?Czy ogranicza produkcj rodkw piorcych i czyszczcych na bazie trjpolifosforanu sodu?Czy uruchomi produkcj nawozw mineralnych na bazie odchodw hodowlanych?Czy produkowa nawozy w oczyszczalniach ciekw komunalnych i przemysowych
Czy fosfor w przyszoci moe znowu ujawni swj diaboliczny charakter?
Jeeli w skali wiatowej nie zostan podjte dziaania pozwalajce na racjonaln gospodark zwizkami fosforu , w tym stosowanie procesw utylizacyjnych, czekaj nas w niedalekiej przyszoci problemy surowcowe, a w ich tle problemy midzynarodowe, podobne do obecnych problemw z rop naftow i gazem ziemnym
rda eutrofizacji powodowanej przez
zwizki fosforu
odchody
bytowe
(human
source)
24%
przemys
7%
detergenty
10%
gleba (to)
9%nawozy
mineralne
16%
odchody
hodowlane
34%
USA
34%
Chiny
16%
Maroko
16%
Rosja
6%
Tunezja
5%
Jordania
4%
Brazylia
3%
RPA
2%
Inne: Syria
Izrael, Kazachstan
Togo, Senegal
Egipt
14%