Phosphorrückgewinnung aus Abwasser:

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1 Kanton Zürich Amt für Abfall, Wasser, Luft und Energie (AWEL) Phosphorrückgewinnung aus Abwasser: Strategie und Umsetzung im Kanton Zürich Dr. Leo S. Morf i-net Technology Event «Rückgewinnung von Phosphor aus Abwässern in der Schweiz? Methoden, Chancen und Rahmenbedingungen» 11. September 2014 in Basel.

2 1. Ausgangslage Abwasserentsorgung im Kanton Zürich (1.4 Mio. EW) 72 öffentliche Kläranlagen (230 Mio. m3 Abwasser) m3 gefaulter KS = teks/a (30% TS) Seit 2006 ist Klärschlamm ein Siedlungsabfall, der entsorgt werden muss! (Klärschlammdüngerverbot) Seite 2

3 Klärschlammentsorgung: Entsorgung erfolgt stark regional. Entsorgungspfade: KVA: 65% Zementwerke: 10% Kleinere/ältere Monoverbrennungsanlagen 25% Entsorgungsengpässe ab Seite 3

4 Phosphor: Wertvollste Ressource im Klärschlamm - Essentieller Nährstoff für Mensch und Tier - Endliches Vorkommen in nur einzelnen Ländern - Grosses Potential in Klärschlamm Flüsse in t/a P Seite 4

5 2. Strategie der Klärschlammentsorgung im Kanton Zürich Seite 5

6 Strategie Regierungsratsbeschluss 572/2007 setzt klare Rahmenbedingungen für Klärschlammentsorgung: Rahmenbedingungen bilden Festlegungen zur Phosphorrückgewinnung und Energienutzung. Planung zukünftiger Entsorgungswege ist so auszurichten, dass: - die (spätere) Rückgewinnung des Wertstoffes Phosphor möglich ist. - erneuerbare Energie, unabhängig vom Ort der Behandlung, wirtschaftlich optimal genutzt wird. Seite 6

7 3. Umsetzung (2007- heute) I. Erste (Vor-)Abklärungen II. Umfeldbeobachtung: Prüfung der Verfahrenswahl/ alternative Entsorgungsketten III. Standortevaluation für die Klärschlammverwertung IV. Zuweisung V. Umsetzungs-Projekt VI. Evaluation der Machbarkeit der direkten P-Rückgewinnung (Projekt P-Mining) Seite 7

8 zu II. Umfeldbeobachtung: Phosphorrückgewinnungsverfahren/ Alternative Entsorgungsketten 29 Verfahren zur P-Rückgewinnung beurteilt: (Erkenntnisse liegen z.t. erst im Labor bzw. Pilotverfahren vor) Mono- Verbrennung 35 % 70 % 85 % Bauliche Massnahmen auf den ARA s notwendig Max. Rückgewinnung von Phosphor mit bestem Verfahren in % des Zulaufs Seite 8

9 Phosphor-Rückgewinnungsverfahren 3 Ausschlusskriterien: P zurückgewonnen oder gesichert ab 2015 Energienutzung aus KS muss gesichert sein. geltende Gesetze sind einzuhalten 3 Bewertungskriterien: - Wirtschaftlichkeit - Energienutzung - P-Rückgewinnungsgrad Nur 8 aus 29 oder mehr Verfahren kamen in Frage Detaillierte Analyse der 8 Verfahren. Erkenntnis aus der detaillierten Analyse: Die Verfahren mit P-Rückgewinnung aus der Asche sind den Verfahren mit P-Rückgewinnung aus Schlamm und Schlammwasser insgesamt eindeutig überlegen Seite 9

10 Alternative Entsorgungsketten 6 verschiedene Entsorgungsketten mit P-Rückgewinnung beurteilt: Mit-Verbrennung in KVA Zementofen Mono- Verbrennung P Nassoxydation P Seite 10

11 Schlussfolgerung bzgl. Wahl der optimalen Entsorgungsketten mit P-Rückgewinnung Mono- Verbrennung Die Monoverbrennung erfüllt die vorgegebenen Kriterien: Bezüglich Stand der Technik, Phosphorrückgewinnung, Energie und CO2 am besten! Und weist einige weitere klare Vorteile auf. (tiefe Zusatzbelastung der ARAs, Reststoffdeponiekompatibilität, erprobte Technik) Seite 11

12 zu III. Standortevaluation für die Klärschlammverwertung Ungewichteter, transparenter Kriterienvergleich Bieter 1 Bieter 2 Optimale Wahl Seite 12

13 Zwei-stufiges Vorgehen: 1.Schritt: 2 Vorprojekte: Hagenholz /KEZO: je t/a Kläranlage Werdhölzli: t/ und /a 2. Schritt: Vertiefte Standortevaluation mit (neu) 5 Standorten mit je teks/a Erstellung und Betrieb einer einzigen KSV am Standort Werdhölzli mit IB Mitte 2015 als ökologisch und ökonomisch die beste Lösung Seite 13

14 zu IV. Zuweisungsbeschluss: Eine grosse Herausforderung! Mitsprache Steuerung 174 Gemeinden/ Städte Notfallkonzept Stilllegungen KSV Regionale Entwässerungszentren 72 ARAs Transportkosten/ Logistik Phosphor- (Zwischen)lager/ Rückgewinnung Import/Export/ Ausnahmen Seite 14

15 Resultat: Vernehmlassung zeigt grosse Zustimmung 2 Ablehnungen und viele Vorbehalte wurden in direkten Gesprächen bearbeitet Endresultat Regierungsratsbeschluss RRB Nr. 1035, 31. August 2011 Stand Anfang Feb 2011 Seite 15

16 zu V. Umsetzungsprojekt Projekt Klärschlammverwertungsanlage (KSV) Werdhölzli inkl. dem Projekt Logistik/Transportkostenausgleich Seite 16

17 Projekt KSV Werdhölzli: Projekttermine Spatenstich: Betrieb: Mitte Juli 2015 Quelle: ERZ.

18 Impression von der Baustelle (23. Juni, 2014) Seite 18

19 zu VI. Evaluation der Machbarkeit der direkten P-Rückgewinnung Abklärungen seit 2011: - Technisches Verfahren: Leachphos (Nass-chemische Extraktion) Laborversuche, Grossversuch - Ökologischer/ökonom. Vergleich mit anderen Verfahren: - Thermo-chemisch (ASH-DEC) - Extraktion mit P-Säure (Recophos). - Produktentwicklung: Dünger: Pflanzenverfügbarkeit; Industrie Unsere Partner: Filtration Phosphor-Produkt (Quelle: BSH) - Markt: Absatz, Kosten, Wirtschaftlichkeit - Umsetzung: Partner, Standort, Finanzierung, Betrieb Seite 19

20 Grosstechnische Machbarkeit für die nasschemische P- Rückgewinnung geprüft bis Mitte 2013: LEACHPHOS - Verfahrensschema zur nasschemischen Phosphorrückgewinnung Quelle: BSH Umweltservice AG, Sursee) Seite 20

21 Stand der Abklärungen (Juli 2013) Nutzung des Phosphors aus der KSA ist technisch machbar Von den drei untersuchten Verfahren (LEACHPHOS, ASH-DEC, Recophos) spricht zur Zeit im Kanton Zürich keines für die sofortige Anwendung Gewächshaus-Laborversuche (Quelle: ETH Zürich) Der Weg der nasschemischen Asche- Extraktion mit LEACHPHOS und interessanten Optimierungspotentialen soll aktiv weiterentwickelt werden. Bis zur Marktreife eines Verfahrens soll die KSA in einem Monokompartiment abgelagert werden. Seite 21

22 Laufende Arbeiten seit Herbst 2013: Weiterentwicklung/Optimierung mit den Zielen: Steigerung der Qualität des Extraktionsrückstandes mit dem Ziel: Inertstoffqualität bzw. I/2 für Verwertung Steigerung der Wertschöpfung des Phosphorproduktes; Ziel: DSP, TSP oder Phosphorsäure Ausloten von Synergiepotentialen mit anderen Prozessen Filtration Phosphor-Produkt (Quelle: BSH) Aktueller Stand/ Ausblick: Qualität des Extraktionsrückstandes; Verwertung (I/2) machbar. Steigerung der Wertschöpfung des Phosphorproduktes; Sowohl DSP wie auch P-Säureproduktion als Option vorhanden. Interessante Synergiepotentiale sind vorhanden Definitive Prozesswahl: Erwartet bis Frühling 2015 Seite 22

23 4. Fazit Kanton Zürich setzt bzgl. Klärschlammverwertung das Vorsorgeprinzip konsequent um. Relevante Ressourcen (Phosphor, Energie) werden geschont bzw. eine optimale Nutzung ist gesichert. Entsorgungssicherheit ist jederzeit gewährleistet Ökonomie: Umsetzung der Strategie ist vertretbar und wird laufend optimiert. Seite 23

24 Vielen Dank für Ihr Interesse und Ihre Aufmerksamkeit! Dokumentation: Bei Fragen: Dr. Leo Morf Seite 24

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