Reuse Possibilities for Elemental Sulfur Sludge

Abstract

Gas collected from the landfill for power generation at Ämmässuo contains hydrogen sulfide, a toxic gas formed from decomposing organic matter. Hydrogen sulfide will form sulfuric acid in the presence of water vapor and is thus corrosive and unwanted in gas treatment systems. In addition to wearing the motors and acidifying the oils used at the combined heat and power plant, combustion of sulfur-containing gasses will result in the formation of sulfur dioxide, a toxic and harmful pollutant.

In order to remove hydrogen sulfide from landfill gas, The Helsinki Region Environmental Services HSY decided to install a desulfurization plant manufactured by Paques. The installed THIOPAQ unit removes hydrogen sulfide from the raw gas without diluting it with air. Raw gas is washed counter-currently with a caustic fluid, which absorbs sulfide from the raw landfill gas. The sulfide is biologically converted into elemental sulfur, which is then discharged from the process as sludge.

The aim of this thesis project was to research different reuse possibilities for the elemental sulfur sludge formed during desulfurization. Options where elemental sulfur can be used as a raw material were studied including composting, fertilizer production, sulfuric acid production, sulfur containing concrete and sulfur enhanced asphalt mixtures. Research was conducted so that the restrictions and goals of Helsinki Region Environmental Services were kept in mind.

Research conducted provides Helsinki Region Environmental Services with an insight on possible reuse options. The results of this thesis work can be used as basis for deciding the best course of action for the effluent usage or disposal. Research shows that using the sludge as fertilizer would be one of the best methods for sulfur reuse, the same consensus is shared by the manufacturers of similar desulfurization units and Paques, but other options researched are equally promising.

Kaatopaikkakaasu, jota hyödynnetään energian tuotannossa, sisältää myrkyllistä rikkivetykaasua. Kaasua hyödynnettäessä rikkivety reagoi ilman kosteuden kanssa muodostaen syövyttävää rikkihappoa. Rikkihappo syövyttää voimalaitoksen laitteistoja ja happamoittaa öljyjä. Lisäksi rikkiä sisältävän kaasun polttaminen muodostaa ympäristölle haitallista rikkidioksidi kaasua.

Helsingin Seudun Ympäristöpalvelut -kuntayhtymä hankki rikkivety kaasun poistamista varten THIOPAQ rikinpoistolaitteen. Laitetta valmistaa Paques-niminen hollantilainen yritys. Kaatopaikkakaasusta poistetaan rikki laimentamatta kaasua. Lipeä liuos, jolla kaatopaikkakaasua pestään, imee itseensä kaasusta sulfidin. Bakteerit muuntavat biologisesti sulfidin alkuaine rikiksi, joka poistetaan rikinpoistolaitteesta lietemäisessä muodossa.

Tämän lopputyön tavoitteena oli tutkia eri käyttömahdollisuuksia rikinpoistolaitoksessa muodostuvalle alkuaine rikkilietteelle. Työssä tutkittiin erityisesti rikkilietteen käyttöä kompostoinnissa, lannoitteena, rikkihapon valmistuksessa, betonin raaka-aineena ja asfaltin valmistuksessa. Tehtiin tutkimusta Helsingin Seudun Ympäristöpalveluiden näkökulmasta, pitäen mielessä kunnallisen yrityksen rajoitteet ja tavoitteet.

Suoritettu tutkimus antaa Helsingin Seudun Ympäristöpalveluille pohjatietoa lietteen käyttömahdollisuuksista. Työn tuloksia on mahdollista käyttää pohjustuksena lietteen käyttötarkoituksen suunnittelussa. Yksikään tutkituista aiheista ei ollut muita selvästi parempi vaihtoehto, mutta lannoitteena käytöstä on eniten kokemusta ja suosituksia niin rikinpoistolaitteen valmistajalta, kuin myös muiden vastaavanlaisien poistolaitteiden valmistajilta.