P-Rückgewinnung: Technisch möglich - wirtschaftlich sinnvoll? · Sydney Waterboard Reaktor...
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P-Rückgewinnung: Technisch möglich - wirtschaftlich sinnvoll?
Prof. Dr. Johannes PinnekampDr.-Ing. David MontagWibke Everding
Institut für Siedlungswasserwirtschaft der RWTH Aachen University
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13Gliederung
�Phosphor in der Abwasserreinigung
�Verfahren zur Phosphorrückgewinnung
�Kosten der Phosphorrückgewinnung
�Schadstoffgehalte von Recyclaten
�Resümee
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13Phosphormengen bei der Abwasserreinigung
�Rückgewinnungspotential bei kommunalen Kläranlagen�66.000 Mg P/a
�75 Millionen Einwohner mit 2,0 g P/(E·d)�50 Millionen Einwohnergleichwerte mit 1,0 g P/(E·d)�mittlere P-Elimination: 90%
�Mittlerer Düngemittelabsatz in Deutschland �110.000 bis 120.000 Mg P/a�Substitution von ca. 40% durch P-Rückgewinnung aus Abwasser
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13P-Rückgewinnung bei der Abwasserreinigung
mögliche Einsatzstellen zur Phosphorrückgewinnung in kommunalen Kläranlagen
1 Ablauf der Nachklärung
2 Schlammwasser 4 Klärschlammasche
3 Faulschlamm
Sandfang Vorklärbecken Belebungsbecken Nachklärbecken
Sandfanggut
Rücklaufschlamm
Voreindicker Faulbehälter Nacheindicker Entwässerung Verbrennung
Prozesswasser
Klärgas
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13Bekannte Verfahren zur Phosphorrückgewinnung
Ausgangsstoff
Abwasser und Prozesswässer
Ausgangsstoff
Klärschlamm
Ausgangsstoff
Klärschlammasche
Kristallisations- und Fällungsverfahren
Phostrip
DHV Crystalactor®
Ostara PEARL®
Unitika Phosnix®
Nishihara
NuReBas
NuReSys
Kurita Festbettreaktor
EbaraMAP Kristallisation Treviso
CSIR Wirbelschichtreaktor
REPHOS®
P-RoC
Sydney Waterboard Reaktor
Ionentauschverfahren
REM NUT®
PHOSIEDI
Kombinations- und Sonderverfahren
RECYPHOS
Magnetseparator
Kristallisationsverfahren
AirPrex-MAP-Verfahren
PECO-Verfahren (mikrobielle Oxid.)
PRISA-Verfahren
Adsorptionsverfahren
FIX Phos
Säureaufschluss
Stuttgarter Verfahren
Seaborne-Verfahren
Gifhorner Verfahren
Hydrothermaler Aufschluss/ Oxidation
Cambi-Prozess (mit …)Kemira KREPRO®
LOPROX-Verfahren (mit Nanofiltration)
Aqua-Reci
Thermochemischer Aufschluss
Mephrec
ATZ-EisenbadreaktorRecoPhos
Nasschemischer Aufschluss
RÜPA-/PASCH-Verfahren
(erweitertes) SEPHOS-Verfahren
SESAL-PHOS
BioConLEACHPHOS
Eberhard Verfahren
Thermochemischer Aufschluss
AshDec-Verfahren
Mephrec
ATZ-EisenbadreaktorRecoPhos (thermo-chemische fraktionierte
Extraktion)
Elektrokinese
EPHOS
Bioleaching
Inocre
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13Bestehende P -Rückgewinnungsanlagen
Großtechnische Rückgewinnungsanlagen (Deutschland)�Berliner Verfahren (Berlin Waßmannsdorf)�AirPrex MAP-Kristallisationsverfahren (Mönchengladbach)�REPHOS® Remondis (Altentreptow)�Gifhorner / Seaborne Verfahren (Gifhorn)
Pilotanlagen�Stuttgarter Verfahren (Offenburg)�P-RoC-Verfahren (Neuburg)�Fix-Phos (Hildesheim)
Quelle: KIT
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13Übersicht zur Förderinitiative
�Kreislaufwirtschaft für Pflanzennährstoffe, insbesondere Phosphor
�initiiert 2005
� Gutachtergremium
Koordination/Abwicklung�PTKA - Projektträger Karlsruhe �Umweltbundesamt
�Laufzeit der Projekte: 2006 – 2011
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13Geförderte Forschungsprojekte
Technische Vorhaben
�PASCH�PHOXNAN�ProPhos�RECYPHOS�PHOSIEDI
Begleitprojekte�Charakterisierung der Düngewirkung recyclierter Phosphatdünger in
Feld- und Gefäßversuchen�PhoBe „Phosphorrecycling - Ökologische und wirtschaftliche
Bewertung verschiedener Verfahren und Entwicklung eines strategischen Verwertungskonzeptes für Deutschland“
Quelle: MEAB
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Entwickelte und untersuchte Phosphorrückgewinnungsverfahren
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13P-RoC-Verfahren
Einsatzstelle: Prozesswasser
nach Schuhmann, 2010
ηP, Verfahren ~ 90%
ηP, KA Zulauf ~ 9%
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13FIX-Phos-Verfahren
Einsatzstelle: Rohschlamm
nach Petzet und Cornel, 2009a
ηP, Verfahren ~ 37%
ηP, KA Zulauf ~ 31%
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13PHOXNAN-Verfahren
Einsatzstelle: Faulschlamm
nach BTS, 2009
ηP, Verfahren ~ 51%
ηP, KA Zulauf ~ 46%
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13PASCH-Verfahren
Einsatzstelle: Klärschlammasche
AscheHCl
Laugungs- und
Waschreaktor
Restasche
Vorlagebehälter
Extraktionsmittel
Mixer/Settler
Zentrifuge
Neutra-
lisation
CaP-Produkt
Ablauf
Extraktionsmittel-
aufbereitung
Kalkmilch
KlarwasserabzugFällung
ηP, Verfahren ~ 90%
ηP, KA Zulauf ~ 81%
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13SESAL-PHOS-Verfahren
Einsatzstelle: Klärschlammasche
nach Petzet und Cornel, 2009b
ηP, Verfahren ~ 63%
ηP, KA Zulauf ~ 56%
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13RECYPHOS-Verfahren
Einsatzstelle: Abwasser aus Kleinkläranlagen
Beladung bis 90% der Zulaufkonzentration
ηP,regener. ~ 90%*
nach Hellmann et al., 2011
*abhängig von NaOH Konz. (1 mol/l)
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13PHOSIEDI-Verfahren
Einsatzstelle: Prozesswasser
nach Hoffmann und Homa, 2011
*abhängig von der Elektrodialysedauer (25 h)
ηP,regener. ~90%*
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StoffstromAnzahl
Verfahren
Produktspez.
Kosten
Einwohnerspez.
Kosten
Schmutzwasserspez.
Kosten a
[€/kg P] [€/(E·a)] [€/m³]
Schlammwasser 3 9 – 15 1 – 3 0,02 – 0,07
Faulschlamm 4 2 – 25 0,5 – 18 0,01 – 0,40
Klärschlamm-asche 3 2,5 – 7,5 1,5 – 3 0,04 – 0,07
a Annahme: 120 l/(E·d)
Kosten der Phosphorrückgewinnung
Pinnekamp et al., 2013
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13Wirtschaftlichkeit
PASCH
nach Sartorius, 2011
Fix-Phos
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13Schadstoffgehalte von Recyclaten
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10,00
100,00
1.000,00K
onze
ntra
tion
[mg/
kg]
Max
Min
Cr
Median
ZnPbNiCuCdAs Cd/P2O5
n = 18n = 18 n = 18 n = 18n = 15 n = 10n = 17 n = 17
Grenzwert (DüMV)Kennzeichnung
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Resümee und Schlussfolgerungen aus den Gesamtergebnissen der Vorhaben
der Förderinitiative
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13Qualität der Produkte
Recycling-Phosphate aus der kommunalen Abwasserbehandlung�Schadstoffgehalte� Konzentration an relevanten Schwermetallen und organischen
Schadstoffen� geringer als im Ausgangsprodukt, deutliche Entfrachtung
� sehr sichere Einhaltung gültiger Grenzwerte
� deutliche Unterschreitung diskutierter Grenzwerte� weiter zu senken durch verfahrenstechnische Optimierungen falls
gefordert/gewünscht
�Düngewirksamkeit� Bedeutung des Bodens hoch� Eher zur Grunddüngung geeignet� Wirkung konkurrenzfähig zu Mineraldüngern� Untersuchungsbedarf zur Dauerwirkung (Freilandversuche über
mehrere Wachstumsperioden mit unterschiedlichen Pflanzen)
Nach Waida, 2011
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13Resümee
�Technologien� Unterschiedliche Praxisreife, Wirtschaftlichkeit� Einige Technologien sind reif für eine großtechnische Pilotanlage� Weitergehende Fragen sind im Pilotbetrieb zu klären
�Wirtschaftlicher Betrieb der Anlagen ist zum jetzigen Zeitpunkt nicht möglich (2 – 25 €/kg P)� Ausnahme: Lösung von Betriebsproblemen
�Durch Rückgewinnung Deckung der P-Düngemittelimporte bis zu ca. 40% in der BRD möglich
�Einnahme einer Vorreiterrolle durch den Bau von Rückgewinnungs-anlagen
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13Resümee
� Zulassung der Sekundärphosphate als Düngemittel
� Da aktuell keine wirtschaftliche Umsetzbarkeit gegeben ist� Diskussion eines Rückgewinnungsgebotes entsprechend den
Wirkungsgraden� Förderung von Demonstrationsanlagen um Know-how nicht zu
verlieren (Finanzielle Anreize für Betreiber schaffen)
� Diskussion eines Mitverbrennungsverbots� Erweiterung / Neubau von Monoklärschlammverbrennungs-
anlagen notwendig
� Zwischenlagerung der Klärschlammaschen� Schaffung von weiteren gesetzlichen Rahmenbedingungen
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CD der Schlusspräsentation “Kreislaufwirtschaft für Pflanzennährstoffe, insbesondere Phosphor” als aktualisierte Auflage mit allen:
� Abschlussberichten �Tagungsbeiträgen
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Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!
Wir bedanken uns beim BMBF für die Förderung der Projekte im Rahmen der Förderinitiative „Kreislaufwirtschaft für Pflanzennährstoffe, insbesondere Phosphor“.
GEFÖRDERT VOM
Bundesministerium für Bildung und Forschung
Das diesem Vortrag zugrunde liegende Vorhaben wurde mit Mitteln des Bundesministeriums für Bildung und Forschung unter dem Förderkennzeichen 02WA0805 gefördert. Die Verantwortung für den Inhalt dieser Veröffentlichung liegt bei den Autoren.