Prophos
Rückgewinnung von Phosphor aus Abwasser, Klärschlamm und Rückständen thermischer Klärschlammbehandlung
Ziel dieses gemeinsamen Forschungsprojektes der TU-Darmstadt, der Universität Hannover und der Forschergruppe Feuchtemesstechnik (SMG) der Universität Karlsruhe ist es, umfassend die Möglichkeiten einer Phosphorrückgewinnung in der kommunalen Abwasserreinigung als wichtige P-Senke zu untersuchen und zu optimieren, um wieder verwertbare Rohstoffe zu schaffen. Durch die Kooperation der Projektteilnehmer kann dabei eine Betrachtung sowohl der wässrigen Phase als auch des Klärschlamms und der Klärschlammasche erfolgen.
Das Hauptziel ist, Phosphat verfahrenstechnisch praktikabel und wirtschaftlich aus Abwasser (Teilstudie A), Klärschlamm und -asche (Teilstudie B) zurückzugewinnen und ein gut verwertbares, möglichst reines, d.h. schadstofffreies Produkt zu schaffen, das entweder direkt z.B. als Dünger verwendet oder als Rohstoff in der Düngemittel- oder P-verarbeitenden Industrie eingesetzt werden kann.
Teilstudie A.1: Rückgewinnung von Phosphor aus der wässrigen Phase
Erhöhung der P-Konzentration in der Wasserphase und MAP-Fällung
Bearbeiter: ISAH Leibniz Universität Hannover
Der heute übliche Weg der Phosphatentfernung aus kommunalen Abwässern zielt darauf ab, Phosphor biologisch durch Einbindung in die Zelle und/oder Simultan- bzw. Nachfällung in die Festphase zu überführen. Ist das Ziel die Rückgewinnung des Phosphors, so ergeben sich drei Abwasserströme in denen eine gezielte Fällung als Calcium- oder Magnesium-Ammonium-Phosphat erfolgen kann. Das ist zum einen im Ablauf der Kläranlage als Nachfällung im Hauptstrom der Kläranlage, zum zweiten im Nebenstrom der Kläranlage kombiniert mit einer gezielten Rücklösung des biologisch gebundenen Phosphors aus dem Rücklaufschlamm oder eingedickten Überschussschlamm. Als Drittes besteht die Möglichkeit Phosphor im Schlammwasser (also nach der Faulung) durch Fällung erneut zu binden und der Rückgewinnung zuzuführen. Ziele des Teilprojektes A.1 innerhalb des Gesamtverbundes ProPhos sind daher:
a) Optimierung der Rücklösung von Phosphor aus dem Rücklaufschlamm und Überschussschlamm in die Wasserphase. Die für eine Maximierung der Phosphorkonzentration im Anaerobbecken des Nebenstromverfahrens notwendigen Milieubedingungen werden hierbei zunächst in Laborversuchen bestimmt und anschließend durch großtechnische Daten verifiziert.
b) Abschätzung von Aufwand und Wirkungsgrad verschiedener Desintegrationsverfahren im Hinblick auf die Phosphorrückgewinnung durch Messungen und Auswertung vorhandener Daten auf zwei großtechnischen Anlagen mit zwei unterschiedlichen Desintegrationsverfahren (Homogenisator, Ultraschall).
c) Bestimmung optimaler Betriebspunkte der MAP-Fällung (Magnesium-Ammonium-Phosphat) als alternatives Verfahren zu dem im Teilprojekt A.2 untersuchten Kristallisationsverfahren. Die verschiedenen Einflussfaktoren werden zunächst in Laborversuchen untersucht. Im Anschluss erfolgt eine Verifizierung im halbtechnischen Versuchsbetrieb. Aus den ermittelten Daten wird die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens abgeschätzt.
d) Bewertung des maximalen Rückgewinnungspotentials aus der wässrigen Phase in Abhängigkeit der verwendeten Verfahrenstechnik und dem Ansatzpunkt im Kläranlagenverlauf auf Basis der ermittelten Daten aus Teilprojekt A.1 und A.2. Basis bildet hierbei ein im Rahmen des Projektes angepasstes durchgängiges Kläranlagenbilanzmodell.
Teilstudie A.2: Rückgewinnung von Phosphor aus der wässrigen Phase
Kristallisation im Pilotmaßstab
Bearbeiter: Forschergruppe Feuchtemesstechnik, Universität Karlsruhe
Die Forschergruppe Feuchtemesstechnik (SMG) der Universität Karlsruhe beschäftigt sich in einer Teilstudie des ProPhos-Projekts mit der Phosphor-Rückgewinnung und Phosphor-Abtrennung aus kommunalem Abwasser mittels Kristallisation, um Calciumphosphat als wieder verwertbares Produkt zu generieren. Die halbtechnischen Kristallisationsreaktoren (Rührreaktor- und Schwebebetttechnologie) werden sowohl auf kommunalen Abwasserkläranlagen im Haupt- als auch im Nebenstrom eingesetzt. Dabei stehen die verfahrenstechnische Optimierung und die Materialcharakterisierung geeigneter Kristallisationssubstrate im Vordergrund.
Weiterhin wird in Zusammenarbeit mit dem Institut für Siedlungswasser- und Abfalltechnik (ISAH) der Universität Hannover die Möglichkeit untersucht, das Kristallisationsverfahren zur Phosphor-Abtrennung aus den Zentraten der Schlammdesintegration anzuwenden und hierin einen Vergleich mit der MAP-Fällung zunächst im Labormaßstab zu führen.
Teilstudie B: Rückgewinnung von Phosphor aus Klärschlamm und Klärschlammaschen
Bearbeiter: Institut WAR Wasserversorgung und Grundwasserschutz, Abwassertechnik, Abfalltechnik, Industrielle Stoffkreisläufe, Umwelt- und Raumplanung, Technische Universität Darmstadt
Ziel des Teilprojektes B ist Phosphat wirtschaftlich aus Klärschlamm und -asche zurückzugewinnen. In diesem Teil des Vorhabens wird Phosphor aus den Klärschlämmen und Rückständen einer thermischen Klärschlammbehandlung über chemische Extraktions- bzw. Löseverfahren abgetrennt und aus der wässrigen Phase über verschiedene Technologien, wie z.B. Membranfiltration, Ionenaustauscher aber auch Fällungen/Kristallisationsprozesse, wiedergewonnen.
Dabei sollen im Einzelnen die Umlagerungsprozesse des Phosphors während der Schlammbehandlung, insbesondere während unterschiedlicher Stabilisierungsverfahren, sowie während der thermischen Behandlung von Klärschlamm untersucht werden. Zurückliegende Forschungsvorhaben haben gezeigt, dass die Bindungsart des Phosphors und der Metalle im Klärschlamm und in Klärschlammaschen vor allem von den eingesetzten Verfahren der Phosphorelimination und der Stabilisierung abhängen. Die unterschiedlichen Bindungsformen beeinflussen die Möglichkeiten den Phosphor aus Klärschlamm und Klärschlammaschen bei verschiedenen pH Bereichen zu eluieren.
Daneben soll untersucht werden, ob es möglich ist, die Bindungsformen des Phosphors im Klärschlamm und in Klärschlammaschen durch Zuschlagsstoffe gezielt zu beeinflussen sowie eine wirtschaftliche Abtrennung und Rückgewinnung zu ermöglichen.
http://www.phosphorrecycling.de/index.php?option=com_content&view=category&layout=blog&id=11&Itemid=25&lang=de
(nach oben)
Projekt PASCH
PASCH – Rückgewinnung von Pflanzennährstoffen, insbesondere Phosphor aus der Asche von Klärschlamm
Ziel des interdisziplinären Forschungs- und Entwicklungsprojektes ist es, ein Verfahren zur Nährstoffrückgewinnung aus der Verbrennungsasche von Klärschlamm und ggf. von weiteren phosphorhaltigen Aschen zu entwickeln. Insbesondere gilt es, den Phosphor als Pflanzennährstoff zurück zu gewinnen.
In einem ersten Schritt werden für die Aschen aufbereitungstechnische Maßnahmen untersucht, um eine weitere Aufkonzentrierung des Wertstoffes Phosphor zu erzielen. Die phosphorangereicherten Aschen werden anschließend chemisch und/ oder biologisch aufgeschlossen und so der Phosphor in Lösung gebracht. Gegebenenfalls mitgelöste Metalle und Schwermetalle werden aus der Aufschlusslösung abgetrennt und der Phosphor als pflanzenverfügbares Produkt ausgefällt.
Umfangreiche Produktanalysen zur Pflanzenverfügbarkeit des eingebundenen Phosphors sowie zur Unbedenklichkeit des produzierten mineralischen Düngemittels sind im Projekt enthalten.
Mittels einer ökobilanziellen Betrachtung werden die verschiedenen Entsorgungsoptionen für Klärschlamm und Klärschlammaschen beleuchtet. Durch einen ingenieurtechnischen Vorentwurf einer nach dem entwickelten Verfahrenskonzept betriebenen großtechnischen Anlage ist eine Aussage zu den erwarteten Verfahrens- respektive Rückgewinnungskosten möglich.
Der Schlussbericht steht Ihnen hier zur Verfügung:
http://www.phosphorrecycling.de/index.php?option=com_content&view=category&layout=blog&id=9&Itemid=23&lang=de
(nach oben)
Phosphorrückgewinnung mittels Ionenaustausch und Elektrodialyse (PHOSIEDI)
Ziel des Vorhabens ist es, eine in diesem Zusammenhang neue und erfolgversprechende Verfahrenskombination zur Phosphatrückgewinnung zu untersuchen und im Labormaßstab zu realisieren. Das Konzept beinhaltet einerseits den Einsatz eines phosphatselektiven Ionenaustauschers und andererseits die anschließende Rückgewinnung des Phosphats mittels der bislang in diesem Sektor nicht untersuchten elektrochemischen Verfahrenstechnik der Elektrodialyse respektive der Elektrodeionisation.
Das Vorhaben untergliedert sich in die beiden Teilschritte Quantifizierung der Effektivität des Ionenaustauschers und Realisierung der Regeneration des Ionenaustauschers sowie der Phosphorrückgewinnung unter Einsatz der Elektrodialyse.
Das Arbeitsprogramm umfasst im Wesentlichen folgende Schritte:
Untersuchungen zur Effektivität des Ionenaustauschers
• Aufnahme von Isothermen
• Optimierung der Beladung
• Regeneration des Ionenaustauschers.
Elektrodialyse und Phosphatrückgewinnung
• Realisierung der elektrochemischen Regeneration des Ionenaustauschers
• Optimierung der elektrochemischen Randbedingungen
• Untersuchung verfügbarer Membranen zur Stoffstromtrennung und Wasserspaltung im Hinblick auf Effizienz und Lebensdauer
• Übertragung der Ergebnisse auf Dauerstrombetrieb.
Untersuchung der Qualität der Phosphorsäure
• Produktqualität und Produktakzeptanz
• Verfahrenstechnische Bilanzierung
• Wirtschaftlichkeitsbetrachtung
• Vergleichende Bewertung mit konkurrierenden Technologien zur P-Rückgewinnung.
Als Abwasser für die geplanten Untersuchungen sollen einerseits Prozesswässer aus der Schlammbehandlung kommunaler Kläranlagen und andererseits phosphatreiche Industrieabwässer (Daimler/Wörth) verwendet werden.
http://www.phosphorrecycling.de/index.php?option=com_content&view=category&layout=blog&id=39&Itemid=63&lang=de
(nach oben)
„Kreislaufwirtschaft für Pflanzennährstoffe, insbesondere Phosphor“
Im Mittelpunkt der gemeinsamen Förderinitiative steht die Rückgewinnung von Phosphor (Phosphat) aus Abfallstoffen – insbesondere aus kommunalen Abwässern und Klärschlämmen sowie anderen geeigneten Sekundärrohstoffen. Da viele der in Frage kommenden Ausgangsmaterialien neben Phosphor auch andere Pflanzennährstoffe wie z. B. Stickstoff, Kalium, Magnesium sowie Spurennährstoffe enthalten, werden Projekte, die auf ein Recycling auch dieser Nährstoffe abzielen, bevorzugt.
Als Beispiele für Ausgangsmaterialien, die Phosphat und andere Pflanzennährstoffe in erheblichen Konzentrationen enthalten, sind zu nennen:
• Kommunales Abwasser und Klärschlamm sowie Aschen der Klärschlammverbrennung
• Tiermehl, Knochenmehl, Fleischbrei sowie Schlachthofabfälle
• Überschussgülle, Hühnerkot und Stallmist
• Lebensmittelabfälle sowie Abfälle der Lebensmittelindustrie
Die erzeugten Ausgangstoffe für die Düngemittelindustrie müssen folgenden Bedingungen genügen:
• Die enthaltenen Pflanzennährstoffe, insbesondere Phosphat, müssen ausreichend löslich sein, um über die Pflanzenwurzeln aufgenommen werden zu können.
• Der Gehalt an Schadstoffen wie z. B. an Schwermetallen und (persistenten) organischen Schadstoffen soll die gesetzlichen Vorgaben für Düngemittel möglichst deutlich unterschreiten und bei sachgerechter Anwendung nicht zu einer Schadstoffanreicherung im Boden führen.
Die erzielten Materialien sollen entweder ohne weitere verfahrenstechnische Behandlungsschritte allein oder in Form von Gemischen als Düngemittel einsetzbar oder als Zwischenprodukt für die Düngemittel herstellende Industrie geeignet sein.
http://www.phosphorrecycling.de/index.php?option=com_content&view=category&layout=blog&id=14&Itemid=37&lang=de
(nach oben)
Studien zur Phosphorrückgewinnung aus Klärschlämmen veröffentlicht
Als Land ohne eigene Phosphorvorkommen kann Baden-Württemberg seine Phosphorversorgung langfristig ökologisch und wirtschaftlich nur sichern, wenn es zunehmend gelingt, Phosphor aus Abfällen zurückzugewinnen. Vor diesem Hintergrund investiert Baden-Württemberg bereits seit Jahren in die Forschung und Entwicklung von Rückgewinnungstechnologien.
Zwei wichtige Studien wurden jetzt veröffentlicht. Eine Machbarkeitsstudie zur großtechnischen Phosphorrückgewinnung in der Kläranlage in Göppingen sowie eine Untersuchung zur Rückgewinnung aus Klärschlammaschen in den Verbrennungsanlagen in Stuttgart, Karlsruhe und Ulm/Neu-Ulm wurden zu 50 Prozent mit insgesamt rund 45.000 Euro vom Umweltministerium finanziert.
Umweltminister Franz Untersteller: „Der Rohstoff Phosphor ist lebensnotwendig, er wird aber knapper und teurer. Da er durch keinen anderen Stoff zu ersetzen ist, wird die Rückgewinnung insbesondere aus Abwasser und Klärschlamm zu einer Zukunftsfrage für Baden-Württemberg. Im Klärschlamm steckt ein so großes Potenzial, dass wir damit etwa die Hälfte unserer aktuellen Phosphorimporte ersetzen könnten!“
Bundesweit spiele Baden-Württemberg auf dem Gebiet der Phosphorrückgewinnung eine führende Rolle, sagte Untersteller. In Offenburg stehe bereits eine viel beachtete und erfolgreiche Pilotanlage zur Rückgewinnung aus Klärschlämmen, die jetzt vorgelegten Studien ließen weitere Pilotanlagen zur Erforschung von Rückgewinnungstechnologien in Stuttgart und Göppingen sinnvoll erscheinen. Solche Anlagen würden vom Land finanziell gefördert: „Wir brauchen weitere praktische Erfahrungen und Entwicklungen, um Rückgewinnung lohnend betreiben zu können. Zwar gibt es schon Verfahren, mit denen bis zu 90 Prozent des Phosphors aus Klärschlammasche wiedergewonnen werden können, aber diese Verfahren müssen zur großtechnischen Anwendungsreife gebracht und wirtschaftlich optimiert werden.“
Untersteller kündigte an, dass die Untersuchung, Weiterentwicklung sowie großtechnische Umsetzung unterschiedlicher Phosphor-Rückgewinnungsverfahren in Pilotanlagen auch mit Mitteln der Europäischen Union in Höhe von acht Millionen Euro aus dem Europäischen Fonds für regionale Entwicklung (EFRE) 2014 – 2020 unterstützt würden. Diese Summe würde durch Landesmittel in einer Größenordnung von etwa sechs Millionen Euro ergänzt.
Weitere Informationen
Das Land finanziert bisher eine großtechnische Anlage zur Rückgewinnung von Phosphor in Offenburg. Die nach dem so genannten „Stuttgarter Verfahren“ arbeitende Anlage läuft seit November 2011. Mit der Pilotanlage wird ein etwa 5.000 Einwohnerwerten entsprechender Teilstrom des Klärschlamms behandelt und Magnesium-Ammonium-Phosphat (MAP) produziert. Die Ergebnisse dieser Anlage sind erfolgversprechend. An dieser Anlage wird derzeit die Aufbereitung des gewonnenen Phosphors weiter verbessert und an einem Verwertungskonzept gearbeitet.
Die Göppinger Studie „Rückgewinnung aus Klärschlamm“ wurde von iat – Ingenieurberatung GmbH in Zusammenarbeit mit dem Institut für Siedlungswasserbau, Wassergüte und Abfallwirtschaft (ISWA) der Universität Stuttgart erstellt.
Die Studie „Interkommunales Pilotprojekt zur Phosphorrückgewinnung aus Klärschlammaschen in Baden-Württemberg“ ist eine Arbeit des ISWA.
http://www.baden-wuerttemberg.de/de/service/presse/pressemitteilung/pid/studien-zur-phosphorrueckgewinnung-aus-klaerschlaemmen-veroeffentlicht/
(nach oben)
Phosphor-Recycling aus Klärschlamm lohnt sich
Knapp 13 Prozent der Phosphormenge, die in Deutschland jährlich für mineralische Dünger benötigt wird, könnte schon heute aus Aschen zurückgewonnen werden, die bei der separaten Verbrennung von Klärschlamm (Monoverbrennung) anfallen. Das zeigt eine Studie im Auftrag des UBA.
Die Studie analysierte erstmals, wie hoch der Gehalt an Phosphor, Metallen und seltenen Erden bei den rund 300.000 Tonnen Klärschlammasche ist, die in Deutschland pro Jahr bei der Monoverbrennung entstehen. Das Potenzial für die Rückgewinnung von Phosphor ist groß, das anderer Rohstoffe dagegen eher gering. Das Interesse am Phosphor-Recycling ist hoch, da die Vorkommen an phosphathaltigem Gestein, die sich derzeit wirtschaftlich abbauen lassen, zukünftig knapper werden.
http://www.umweltbundesamt.de/themen/phosphor-recycling-aus-klaerschlamm-lohnt-sich
(nach oben)
Phosphorrückgewinnung aus Abwasser
Insbesondere nach dem im Koalitionsvertrag festgeschriebenen Paradigmenwechsel der Bundesregierung bei der Klärschlammverwertung stehen Technologien zur Phosphorrückgewinnung bei der Klärschlammverbrennung verstärkt im Fokus. Dipl.-Ing. Tobias Reinhardt von der Universität Stuttgart stellte diesbezüglich die Ergebnisse des interkommunalen Pilotprojektes der Kläranlagen Stuttgart, Karlsruhe und Neu-Ulm vor. Bei dem Projekt wurden verschiedene Rückgewinnungsverfahren – nasschemische Verfahren wie PASCH und ähnliche, thermische Verfahren wie Ash Dec – verglichen und bewertet. Erste Erkenntnis: Die nasschemischen Verfahren können eine bessere Schwermetallentfrachtung leisten, auch die Pflanzenverfügbarkeit des Phosphors ist hier besser. Auf der anderen Seite liegen bei den nasschemischen Verfahren die Kosten pro kg elementarem Phosphor höher als bei den thermischen Verfahren. Außerdem fallen bei den thermischen Verfahren geringere Mengen an zu entsorgenden Stoffen an. Das Pilotprojekt hat aber auch die Potenziale der Phosphorrückgewinnung aufgezeigt. So lassen sich laut Reinhardt bei einer Rückgewinnung von annähernd 100 Prozent des Phosphors aus der Klärschlammasche über 13 Prozent des als Düngemittel eingesetzten Phosphors substituieren. Durch die Erweiterung der Monoverbrennungsanlagen könne das Substitutionspotenzial noch weiter gesteigert werden, so Reinhardt.
Quelle: http://www.dwa-bw.de/landesverbandstagungen.html
(nach oben)
