This report summarises the theoretical design of a degasification plant to recover ammonia and carbon dioxide from organic residues, such as agricultural digestates, manure and municipal/industrial wastewater. Heat and water management had been identified as one crucial factor to optimise during this research. The chemical and physical parameters reveal the high tendency of ammonia towards water phase and underline the difficulty in ammonia stripping. Besides temperature, the volumetric gas-liquid ratio had been identified as most important factors. Regarding pH-value it had been observed, that a further increase is not sufficient once pH 9 is reached. Applied absolute pressure also has been identified of lower importance, compared to temperature and volumetric gas-liquid ratio. The latter three parameters are influencing evaporation and heat management in the desorption stage. A design model from literature according to Onda showed good correlation with the practical experiments including packings. Other column fillings as cones lead to operational problems. The understanding of the exact relations in column design are further used to design a cost-efficient process with low carbon footprint. The practical tests, as such, were reproducible, however the batch operation and limitations in the column design resulted in a limited transferability towards large scale plants. In terms of the absorption stage, the pilot needs to be further optimised to reach sufficient recovery rates. An absorption of ammonia and carbon dioxide under use of gypsum is favoured to also recover carbon dioxide and to avoid sulfuric acid dosing. In that term further tests and optimisation is needed, to have a fully quantifiable pilot system. The integration of a measure-control system is a further development step. In conclusion, the degasification process with low pressure (vacuum) reveals benefits compared to conventional air stripping in terms of heat management and the necessary gas-liquid-ratio, which has effects on column diameter and eventually column height. The necessity of aggressive chemicals dosage (as caustic in desorption) or acid (in absorption) is in view of the authors not given, hence cheap and safe alternatives (e.g. CO2 stripping) and gypsum dosage as alternative sulphur source work sufficient.

Circular Agronomics, aims to foster the transition from a linear economy to a circular economy. Therefore, this deliverable focuses on circular solutions for waste and wastewaters originating from the food industry. In 2019, the “Best Available Techniques (BAT) Reference Document for the Food, Drink and Milk Industries” (BREF-document) was published by the European Commission. Based on that, the deliverable summarizes the state of the art of the technologies already in use and concludes their suitability for circular economy solutions. In Circular Agronomics, new technologies for the recovery of carbon, nitrogen, phosphorus and potassium are developed and investigated. So far, those technologies are not included in the BREF-document yet. Therefore, the concepts of the technologies are introduced in the deliverable. For a potential integration of those technologies in the BREF-document, the technologies are described in detail in the annex according to the required structure in the BREF-document. However, since the technologies are still under development, those descriptions are considered as a first draft. The authors suggest to update those descriptions at a later stage of the project prior to their potential integration in the BREF-document. Referring to the goal to recover carbon and nutrients, the deliverable presents a detailed characterization of the waste and wastewaters originating from the food industries. Based on that, the five most promising waste and wastewater streams regarding carbon recovery, nitrogen recovery, phosphorus recovery and potassium recovery were selected. For those streams and the corresponding recovery technologies four new concepts are suggested in the deliverable. In order to show the technology providers an overview of potential clients for their technologies and for those concepts, for each selected industry, the European country with the highest production rate was chosen. For this country, the regional distribution of the certain industry was determined.

Gülle und Gärreste werden häufig als Wirtschaftsdünger in der Landwirtschaft eingesetzt. Sie liefern sowohl organisches Material für den Boden als auch Stickstoff, der ein wichtiger Nährstoff für Pflanzen ist. Oft stimmt jedoch die gesetzlich vorgeschriebene, saisonale Ausbringung der Gülle nicht mit dem Zeitpunkt des tatsächlichen Stickstoffbedarfs der Pflanzen überein. Dies führt zu einem unerwünschten Verlust des Stickstoffs für die Pflanzen durch Emissionen ins Grundwasser (Nitrat) oder in die Atmosphäre (Ammoniak und/oder Lachgas). Besonders in Regionen mit einem hohen Gülleaufkommen und einer hohen Ausbringungsrate der Gülle kann es zu starken Umweltbelastungen kommen. Um die Zufuhr des organischen Materials für den Boden von der Stickstoffzufuhr aus der Gülle für die Pflanzen zu entkoppeln, wurde in dem EU geförderten Projekt Circular Agronomics (www.circularagronomics.eu) eine Pilotanlage entwickelt und konstruiert. Die Pilotanlage soll eine „stickstoffabgereicherte Gülle“ produzieren, die als Bodenverbesserer eingesetzt werden kann. Cirular Agronomics zielt darauf ab, zwischen 80 % und 90 % des Stickstoffs, der ursprünglich als Ammonium vorlag, aus der Gülle bzw. dem Gärrest zurückzugewinnen. In einem anschließenden Gaswäscher reagiert das Ammoniakgas mit Schwefelsäure zu einer Ammoniumsulfatlösung, welche ein typischer mineralischer Stickstoffdünger ist. Dieser kann dann ausgebracht werden, wenn die Pflanze den Stickstoff benötigt und umsetzen kann. Um den Prozess der Vakuumentgasung besser zu verstehen und die optimalen Prozessbedingungen zu untersuchen, wurden im Vorfeld Laborexperimente durchgeführt. In den Versuchen wurden der pH-Wert, die Druckbedingungen und die Prozesstemperatur variiert. Die Experimente zeigten, dass bei einem pH-Wert von 9.0, einer Temperatur von 60 °C und einem absoluten Druck von 190 mbar bis zu 88 % des Ammoniums aus dem Gärrest in Form von Ammoniak abgereichert wurden. Eine CO2-Strippung vor Anhebung des pH-Wertes auf pH 9.0, verringerte zudem die notwendige Natronlaugenzufuhr zur pH-Wert-Anhebung um 30 %. Basierend auf den Ergebnissen der Experimente wurden Schlussfolgerungen für ein optimales Design der Pilotanlage abgeleitet. Derzeit wird die Pilotanlage in Betrieb genommen und erste Versuche durchgeführt, deren Ergebnisse ebenfalls im Vortrag präsentiert werden.