1. 1
Fosfaat tekort, een wereldwijd probleem
Een studie naar de verschillende mogelijkheden op het gebied van fosfaat
recycling
Lotte Balsma
Hogeschool Zeeland, Delta Academie, Aquatische Ecotechnologie, Edisonweg 4
4382 NW Vlissingen, Nederland.
15-2-2013 Bergen op Zoom Nederland.
Introductie
In Nederland is er op dit moment een
groot probleem met eutrofiëring, door
dat er te veel nutriënten in de bodem
en het water zitten. Deze stoffen,
voornamelijk vormen van stikstof en
fosfaat, komen vooral in ons milieu in
de vorm van kunstmest. Het belang
van fosfaat kunstmest werd in de 19e
eeuw ontdekt en kunstmest wordt
volop in de wereld gebruikt voor het
verrijken van arme grond. Fosfaat is
een noodzakelijke stof voor de groei
van planten en dieren. Fosfor als
delfstof zal naar verwachting binnen
de komende 100 jaar opraken. Een
oplossing voor dit probleem is het
recyclen van fosfaat.
Thermphos is een grote
fosfaatfabrikant, onder andere
gevestigd in Vlissingen Oost. Het bedrijf
is zijn al bezig met het recyclen van
fosfaat uit afvalwaterslib. Maar er zijn
nog veel meer mogelijkheden om
fosfaat te recyclen. Deze
literatuurstudie onderzoekt de
belangrijkste mogelijkheden om het
dreigende fosfaattekort tegen te
gaan.
Eerst is er een beschrijving van de
stoffen fosfaat en fosfor en de waarde
voor ons. Als tweede wordt er dieper in
gegaan op het toekomstige tekort van
fosfaat. Als derde gaat het stuk in op
de mogelijkheden van recycling, de
methode bij Thermphos en als laatste is
er een conclusie.
Wat is fosfor, en wat is fosfaat?
Fosfor is een witte, giftige stof, die
wordt gewonnen uit fosforerts. Fosfor
komt veel voor in de natuur, maar dan
meestal wel in de vorm van fosfaat,
fosfaat heeft meerdere vormen zoals
PO43-en P2O5.1
Op het moment dat fosfor in zijn pure
vorm in de natuur voor komt, kan deze
ernstige schade toebrengen aan de
omgeving. Vroeger werd fosfor
gebruikt in lucifers, vanwege de
lichtafgifte tijdens verbranding. Ook
werd de stof gebruikt tijdens de
tweede wereld oorlog, een fosforbom
is namelijk bijna niet te blussen.
1David van Lennep ,1998-2009, Fosfor – P,
www.lenntech.nl/periodiek/elementen/p.htm 1998-
2009 Lenntech Waterbehandeling en
luchtbehandeling Holding B.V, geraadpleegd op okt.
2009

2. 2
Fosfaat in een belangrijke stof in de
natuur. Het fosfor atoom heeft de
eigenschap om vier verbindingen aan
te gaan, dit gebeurt meestal met
zuurstof. Waarmee het een soort
verbindingsstuk voor meerdere stoffen
is. Een aantal van die stoffen zijn DNA,
ATP en calciumfosfaat. Mensen
hebben zo een 700 tot 1400 mg
fosfaat per dag nodig.
Planten nemen deze stof op uit de
grond, o.a. via hun mycorrhiza, die ook
een groot deel van het fosfaat
opslaan.2
Fosfaat is een nutriënt, bij tekorten van
deze stof, verminderd het de
groeipotentie van een organisme. Het
is dan ook een belangrijke stof in de
landbouw. In gebieden met arme
grond, of grond waar elk jaar een
goed gewas op moet staan, wordt
fosfaat gebruikt, meestal in de vorm
van kunstmest. In Nederland, met zijn
intensieve landbouw, is er een fosfaat
overschot, omdat er vaak een
overmaat aan fosfaat word gebruikt.
Deze overmaat is noodzakelijk om er
zeker van te zijn dat het organisme de
fosfaat binnenkrijgt. Fosfaat gaat
namelijk vaak reacties aan met o.a.
2 Campbell en Reece,2005, Biology, internationale
editie, 7e druk, Pearson Education San Francisco.
metalen in de omgeving, waardoor er
minder fosfaat bij het organisme komt.
Ook fosfaat kan veel schade
aanbrengen in de natuur. Doordat de
ene plant sneller fosfaat op kan
nemen en kan gebruiken,
overwoekerd die ene plant vaak een
heel gebied. Hierdoor verminderd de
biodiversiteit in dat gebied.
Dit gebeurt in een aquatisch milieu
met algen. Wanneer de algen
afsterven heeft het zuurstofloosheid
(hypoxie) tot gevolg.
Fosfaat is dus zowel een nuttige als
een vervelende stof voor ons milieu,
maar dit geldt voor de meeste stoffen
als er verkeerd mee wordt om
gegaan.
Tekort
Fosfor is een gemijnde stof. Deze
mijnen zijn gelokaliseerd in onder
andere Amerika, Marokko en de
Westelijke Sahara3 en China. Deze drie
zijn de grootste mijnen en distributeurs
over de rest van de wereld. Hoewel er
nog andere mijnen zijn op de wereld,
bevinden geen van deze mijnen zich
in Europa. Dit terwijl tien procent van
de totale kunstmestfosfaat productie
naar Europa wordt geëxporteerd. Dit
bedraagt is totaal 1,6 MT fosfor per
jaar.
3
De Westelijke Sahara beschouwd zichzelf als een
zelfstandig land, maar Marokko erkend dit niet
Figuur 1, fosfaat molecuul 1

3. 3
Er is winbare fosfor en potentiele fosfor.
Fosfor mijnen bevatten bijvoorbeeld
uranium of cadmium, de winning en
zuivering van deze potentiele bronnen
is soms wel technisch mogelijk maar
erg duur. En soms is de technologie
nog niet zo ver dat deze potentiele
bronnen worden gemijnd.
Deze mijnen zullen op een dag leeg
zijn. Hierover zijn verschillende
voorspellingen gemaakt. Het
terugwinnen van de fosfor is erg lastig,
er zit wel veel fosfor in de bodem,
maar er zullen millennia over
heengaan voordat deze fosfor weer
gemijnd kan worden.
In de komende jaren zal de vraag
naar fosfor alleen maar toenemen,
niet alleen met het groter worden van
de wereld bevolking, maar ook
vanwege de verwesterlijking van de
wereld en daarmee een grotere vraag
naar vlees. Daar komt nog bovenop
dat we meer biobrandstoffen gaan
gebruiken, vaak gemaakt uit
plantmateriaal of plantenzaden, waar
fosfor nodig is voor het verbouwen van
deze gewassen.
In de komende 200 jaar zullen de
fosfaat mijnen in de wereld leeg raken.
Dit kan verschillende gevolgen
hebben. Te beginnen bij een steeds
hoger wordende prijs van
gemijnd fosfaat, zoals we nu ook
met olie zien gebeuren. Hierdoor
zullen de prijzen van kunstmest
en daarmee ook de prijs van
voedsel toenemen.
Figuur 2, sectordiagram van de fosfaatmijnen in de wereld3
Figuur 3, kringloop van fosfaat1

4. 4
Daarom is het van groot belang dat
we op een andere manier omgaan
met fosfor en fosfaat. Per jaar spoelt er
20-30 megaton fosfaat uit in de meren
en de zee.
Op dit moment is de jaarlijkse
productie van fosfaat uit de mijnen
19,3MT. Zonder bevolkingtoename,
overname van het vleesrijke westerse
dieet en de toename van
biobrandstofgebruik, zullen de winbare
bronnen pas na 125 jaar uitgeput zijn.
En de rest van de bronnen na 340 jaar.
Deze overige bronnen zijn economisch
nog niet winbaar en voor sommige
bronnen is de technologie nog niet ver
genoeg gevorderd. Als alle
voorspellingen zullen plaatsvinden,
zullen de winbare bronnen al na 75
jaar uitgeput zijn en de rest van de
bronnen na 170 jaar.4
Methoden en oplossingen
Het is duidelijk dat de manier waarop
we op dit moment fosfaat gebruiken
moeten veranderen.
Nadat het fosfaat gewonnen is en
door ons is gebruikt, komt het meestal
in ons afval. Dit kan zijn in de vorm van
etensresten, slachtafval en ander
vaste substanties, maar het meeste
fosfaat reist via het afvalwater. Dit
komt dan bij de
afvalwaterzuiveringsinstallatie(AWZI) bij
industrieterreinen of bij
rioolwaterzuiveringsinstallatie (RWZI)
voor huishoudelijk water, waarbij een
deel in de zee terecht komt en een
deel als vaste stof verwerkt wordt op
4 H.A. Udo de Haes, J.L.A. Jansen, W.J. van der Wijden
en A.L. Smit, september 2009, Fosfaat – van teveel
naar tekort, Utrecht, Stuurgroep Technology
Assessment
de stortplaats of in de
afvalverbrandingsinstallaties. Elk jaar
gaat er 14 kiloton fosfaat als P het riool
in, daarvan wordt 10 kiloton in de RWZI
er uit gezuiverd, en de rest gaat naar
het oppervlakte water.
Er zijn dus drie belangrijke plekken
waar fosfaat kan worden herwonnen,
uit afval, afvalwater en afvalwaterslib.
Voor de drie bronnen van fosfaat zijn
al meerde methoden bedacht en
toegepast voor de terugwinning van
fosfaat. De meeste van deze
methoden zijn erop gericht de stof die
wordt gevormd gelijk weer te
gebruiken als meststof zonder verdere
processen.
Afvalwater
Waterzuiveringsinstallaties zuiveren
fosfaat uit hun water door middel van
metaalzouten. Dit is meestal
ijzerchloride, vanwege de hoge
ijzerhoeveelheden in Nederlands
zoetwater (grondwater, drinkwater).
Een nadeel van ijzerchloride is
wanneer het ijzer atoom en het fosfaat
atoom verbinding hebben gemaakt
en ijzerfosfaat heeft gevormd, dat
deze stof niet verder te gebruiken is. Er
zijn wel andere metaalzouten mogelijk,
waarbij het restproduct herbruikbaar is.
Een van de mogelijkheden is
magnesiumhydroxide. Er wordt
magnesiumhydroxide aan het
afvalwater toegevoegd. Samen met
de aanwezige stikstof (vooral in de
vorm van ammonium en nitraat) en
fosfaat ontstaat er struviet.
Mg2+
(aq) +NH4+
(aq) +PO4
3-+ 6 H2O→
MgNH4PO4(s) ∙ 6H2O

5. 5
Struviet is een kristal, dat bestaat uit
magnesium, ammonium en fosfaat,
MgNH4PO45. Met het gebruik van
magnesiumhydroxide kan 50-75% van
het fosfaat worden teruggewonnen.
Het struviet kan dan direct worden
doorverkocht als kunstmest of verwerkt
worden in kunstmest producten. De
kosten gebonden aan struviet zijn
relatief laag. Helaas raak het struviet
vaak vervuild met medicijnen en
metalen die vaak moeilijk te
verwijderen zijn, waardoor de
opbrengst gering is.
Er zijn al experimenten geweest
waarbij er alleen urine werd
opgevangen en apart werd verwerkt.
Dit levert 3 kilo struviet op uit 1 kuub
urine. 6Urine is rijk aan fosfaat en
stikstof, en is dus een ideale stof om
struviet van te maken.
Zirkoniumijzer
Een methode die nog in ontwikkeling
is, maar al erg effectief blijkt te zijn, is
een methode ontwikkeld in Japan. (D
Ito, K Nishimura and O Miura, 2009)7Door
middel van zirkoniumijzer en een
supermagneet word daar fosfaat uit
het afvalwater van Tokyo verwijderd
tot 0,1 mg/L. De baai van Tokyo heeft
grote problemen met eutrofiëring en
deze methode zal de hoeveelheid
fosfaat in de baai drastisch doen
verlagen. Ook in Japan is recycling
van belang, omdat ook zij geen eigen
bron van fosfaat hebben.
5 Global Phosphate Forum, Phosphates and
sustainable development: the only recyclable
detergent ingredient, 2007, www.phosphate –
forum.org
6 Struviet blijkt goede meststof, Neerslag 3- 2009,
Artikel 1262
7 D Ito, K Nishimura and O Miura, 2009, Removal and
recycle of phosphate from treated water of sewage
plants with zirconium ferrite adsorbent by high
gradient magnetic separation, Journal of Physics:
Conference Series 156 (2009) 012033
Het zirkonium ijzer (ZrFe2(OH)8 (s))wordt
toegevoegd aan het afvalwater, hier
binden zich de fosforionen aan. Er
ontstaat een stof, die door een
magneet kan worden verwijderd. De
methode die daarbij wordt toegepast
is high gradiant magnatic seperation
of HGMS. Recycling van de fosfaat is
mogelijk door de afgevangen stof te
wassen met NaOH. Hierbij wordt een
recovery station gebruikt die gemaakt
is uit het Kasumigaura project.
Meer dan 90% van het fosfaat uit het
water wordt verwijderd, het is dus een
erg effectieve methode, voor zowel
verwijdering van fosfaat als de
recycling van fosfaat. Daarnaast heeft
deze methode de potentie, om niet
alleen geen slib(zero emissie) te
produceren, maar ook om het
absorbens te hergebruikten
De vraag is alleen wat de kosten zijn,
gebonden aan het ombouwen van de
RWZI’s in Nederland.
Afvalwaterslib-as
Ook uit het afvalwaterslib valt veel
fosfaat te halen. Waar slib uit bestaat
ligt aan het soort zuivering. Bij een
biologische zuivering bestaat het slib
voornamelijk uit bacteriën met daarin
het fosfaat. Bij een chemische
Figuur 4, magnetische fosfaat verwijdering met
zirkonium ijzer
4

6. 6
zuivering bestaat het slib uit fijne vaste
deeltjes en de chemische stoffen die
er aan toe zijn gevoegd, met daar
aan het fosfaat.
In 1998 werd 14% van het
afvalwaterslib in Nederland direct
gebruikt als compost( gerecycled). De
rest van het slib moest op een andere
manier verwerkt worden, zoals
verbranding. Dit terwijl afvalwaterslib
erg rijk is aan fosfaat.
Tabel 1, tabel van de verwijdering en gebruik van
slib in 19988
Slib gebruik en
verwijdering
Riool slib
(droge
massa)
kiloton
% naar deze
verwijderingroute
Verbranding 162 46
Gecontroleerde
verwijdering
101 29
Compost 48 14
Andere
applicaties
27 8
Natte oxidatie 12 3
totaal 350 100
Bij de volgende methode wordt het
fosfaat gewonnen uit afvalwaterslib-
as. De slibverbrander in Moerdijk krijgt
27%9 van het afvalwaterslib in
Nederland aangeleverd. Na
verwerking gaat dit slibas (ook wel
vliegas genoemd) naar Thermphos in
Vlissingen waar het fosfaat er uit terug
gewonnen wordt, door middel van
8 W.J. Schipper, A. Klapwijk, B. Potjer, W.H. Rulkens,
B.G. Temmink, F.D.G. Kiestra en A.C.M Lijmbach, 2001,
ubdate 2007, Phosphate recycling in the phosphate
industry, Enviromental Tegnology 22,
www.thermphos.com
9 L. Korving en W.Schipper , 2009, Grootschalige
recycing van fosfaat uit de afvalwaterzuivering,
Neerslag Magazine, Rijswijk, deelnummering 42,
pagina 61-62.
een verbrandingsproces in combinatie
met struviet. Onzuiverheden die het
proces beïnvloeden, bij zowel de
winning uit rotsfosfaat als uit het slibas,
zijn ijzer, koper, chloriden en vluchtige
metalen zoals zink. Ook water,
ammonium en organische stof hebben
invloed op het proces.
Een aantal van deze stoffen kunnen
verminderd worden door dat de
RWZI’s overstappen op biologische
fosfaat verwijdering of
fosfaatverwijdering met aluminium.
Veel RWZI’s werken nu nog veel met
ijzerzouten om het fosfaat te
verwijderen.
Andere bronnen van fosfaat:
Fosfaat kan gewonnen worden uit
verschillende industrieën, zoals de
slacht, waar fosfaat uit beendermeel
kan worden gehaald. Of de pluimvee
industrie en het fosfaatrijke guano dat
de vogels produceren.
Wetgeving
Een probleem bij de bovenstaande
methoden is echter de wetgeving.
Bijna alle fosfaatrijke stoffen worden
door de wet beschouwd als afval en
moeten dus ook behandeld worden
als afval. Dat betekent dat de stoffen
zelf na behandeling nog worden
beschouwd als afval en niet in
bijvoorbeeld de voedsel industrie
worden gebruikt. Fosfaat is natuurlijk
ook een milieu belastende stof en valt
daarmee ook onder de
milieuwetgeving. Deze producten
zouden eerst onder de
Uitvoeringsregeling Meststoffenwet10
10
ir. PAI (Phillip) Ehlert, 2012, Opname van struviet als
categorie in de Meststoffenwet, Wageningen UR,
projectnr. BO-12.12-002-023

7. 7
moeten vallen, voordat deze gebruikt
mogen worden.
Conclusie
Nu een tekort naar fosfaat niet langer
ver in de toekomst ligt en bewustzijn
voor het probleem toeneemt, worden
er meer ontwikkelingen gedaan op
het gebied van fosfaat recycling. Er
wordt niet alleen maar gekeken naar
nieuwe mijnen, maar opeens is ons
afval erg interessant.
De toepassing van zirkoniumijzer lijkt
een van de meest rendabele
oplossingen te zijn. Al bij lage
hoeveelheden opgelost fosfaat is deze
te verwijderen. De verwijdering van het
fosfaat uit het water ligt rond de 90%.
De mogelijkheden voor afvalwaterslib
nemen steeds meer toe nu er meer
biologische zuiveringen11 zijn in
Nederland. Het is dus makkelijker om
fosfaat uit het slib te halen door middel
van struviet. Ook wordt er meer
onderzoek gedaan naar de andere
toepassingen van fosfaatrijk slib, zoals
het onderzoek dat in januari 200912 is
gestart naar onder andere de
toepassing om slib directer als meststof
te gebruiken.
Maar ik denk dat de grootste winst valt
te behalen in het anders omgaan met
dierlijke mest en slachtafval. Deze
stoffen moeten worden vernietigd
worden onder de milieuwet, maar
wanneer deze geschaard worden
11 Tjerk ter Veen en Kees Baas, 2004
Verwijdering van fosfaat en stikstof op
rioolwaterzuiveringsinstallaties, Centraal Bureau voor
de Statistiek, Voorburg/Heerlen, 2006
12 L. Korving en W.Schipper , 2009, Grootschalige
recycing van fosfaat uit de afvalwaterzuivering,
Neerslag Magazine, Rijswijk, deelnummering 42,
pagina 61-62.
onder de wet Uitvoeringsregeling
Meststoffenwet kunnen deze
producten worden hergebruikt. Nu
kost het alleen maar geld om deze
producten kwijt te raken, maar als
recycling makkelijker is, is hier winst te
behalen. Deze methoden zijn allemaal
snel en relatief kosteloos. Er is geen
uitgebreide apparatuur nodig om
deze producten toe te passen.
Het beste is natuurlijk als op al deze
gebieden verbeteringen worden
gedaan en dat op die manier wij ons
niet druk hoeven te maken over een
fosfaattekort.
Bronnen
1. David van Lennep ,1998-2009,
Fosfor – P,
www.lenntech.nl/periodiek/elemen
ten/p.htm 1998-2009 Lenntech
Waterbehandeling en
luchtbehandeling Holding B.V,
geraadpleegd op okt. 2009
2. Campbell en Reece,2005, Biology,
internationale editie, 7e druk,
Pearson Education San Francisco
3. H.A. Udo de Haes, J.L.A. Jansen,
W.J. van der Wijden en A.L. Smit,
september 2009, Fosfaat – van
teveel naar tekort, Utrecht,
Stuurgroep Technology Assessment
4. Global Phosphate Forum,
Phosphates and sustainable
development: the only recyclable
detergent ingredient, 2007,
www.phosphate –forum.org
5. H.A. Udo de Haes, J.L.A. Jansen,
W.J. van der Wijden en A.L. Smit,
september 2009, Fosfaat – van
teveel naar tekort, Utrecht,
Stuurgroep Technology Assessment

8. 8
6. Struviet blijkt goede meststof,
Neerslag 3- 2009, Artikel 1262
7. D Ito, K Nishimura and O Miura,
2009, Removal and recycle of
phosphate from treated water of
sewage plants with zirconium ferrite
adsorbent by high gradient
magnetic separation, Journal of
Physics: Conference Series 156
(2009) 012033
8. W.J. Schipper, A. Klapwijk, B. Potjer,
W.H. Rulkens, B.G. Temmink, F.D.G.
Kiestra en A.C.M Lijmbach, 2001,
ubdate 2007, Phosphate recycling
in the phosphate industry,
Enviromental Tegnology 22,
www.thermphos.com
9. L. Korving en W.Schipper , 2009,
Grootschalige recycing van fosfaat
uit de afvalwaterzuivering,
Neerslag Magazine, Rijswijk,
deelnummering 42, pagina 61-62.
10. Auteur?, 2009, Pilotproject Source,
http://www.fosfaatrecycling.nl/teru
gwinning/terugwinning-bij-de-
toiletten/pilotproject-source/104
geraadpleegd okt. 2009
11. T. ter Veen en K. Baas, Verwijdering
van fosfaat en stikstof op
rioolwaterzuiveringsinstallaties,
Centraal Bureau voor de Statistiek,
Voorburg/Heerlen, 2006
Voor meer informatie raadpleeg ook:
 www.fosfaat.nl, informatie website
van de slibverbrander in Moerdijk.
 www.fosfaat.com, Engelse website
over fosfaat.
 www.snb.nl , de website van de
slibberbrander in Moerdijk.
 www.CBS.nl , bureau voor statistiek,
voor cijfers over
afvalwaterzuivering.
 www.scirus.com , literatuur website,
voor verschillende fosfaat artikelen.
 www.env.go.jp/earth/coop/coop/
document/mle2_e/006.pdf,
verwijzingen naar zirkonium ijzer
voor de verwijdering van fosfaten.