Erfahrungen und Überlegungen zur Phosphorrückgewinnung aus Klärschlamm. Dr. Lars Zeggel

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Frank Lenz
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1 Erfahrungen und Überlegungen zur Phosphorrückgewinnung aus Klärschlamm Dr. Lars Zeggel

2 AGENDA Einleitung Übersicht über die Rückgewinnungstechnologien im Bereich Klärschlamm Klärschlammaufkommen in Hessen Zusammenfassung

FRAUNHOFER ISC - PROJEKTGRUPPE IWKS Gründung

Mutterinstitut: Fraunhofer ISC - Institut für

Standorten: Hanau (Hessen) Alzenau (Bayern)

Staatsministerium für Wirtschaft und Medien,

3 FRAUNHOFER ISC - PROJEKTGRUPPE IWKS Gründung im Jahr 2011 Aufbauphase von Mutterinstitut: Fraunhofer ISC - Institut für Silicatforschung in Würzburg Mit zwei Standorten: Hanau (Hessen) Alzenau (Bayern) Hanau Alzenau gefördert vom Bayerischen Staatsministerium für Wirtschaft und Medien, Energie und Technologie und Hessischen Ministerium für Wissenschaft und Kunst

FORSCHUNGSANSATZ DER FRAUNHOFER-PROJEKTGRUPPE IWKS Entwicklung einer tragfähigen

Kritikalitätskonzepte Entwicklung und Umsetzung wirtschaftlicher Recyclingkonzepte

Recyclinggerechtes Design Erweiterung der Chancen durch Substitution Substitution

4 FORSCHUNGSANSATZ DER FRAUNHOFER-PROJEKTGRUPPE IWKS Entwicklung einer tragfähigen Ressourcenstrategie Ressourceneffizienz Wertstoffkreisläufe Strategie- und Kritikalitätskonzepte Entwicklung und Umsetzung wirtschaftlicher Recyclingkonzepte Funktionales Recycling für Wertstoffe Trenn- und Sortiertechnologien Recyclinggerechtes Design Erweiterung der Chancen durch Substitution Substitution kritischer Rohstoffe Entwicklung innovativer Substitute Magnete, Magnetokalorik, Leuchtmittel, Energiematerialien

5 ABWASSERBEHANDLUNG UND P-ELIMINATION P-Vorfällung P-Simultanfällung P-Nachfällung Zulauf Sand-/Fettfang Vorklärung Belebungsbecken Nachklärung Abgabe in Vorfluter PS RS ÜS Faulturm FS Maschinelle Entwässerung SW Verbrennung

6 Airprex AIRPREX + Einfache Technologie + An etlichen Kläranalgen erprobt + Neben MgCl 2 keine weiteren Chemikalien - Bio-P Fällung erforderlich - Geringes Rückgewinnungspotenzial - Mikrobiolog. Unbendklichkeit nicht eindeutig Fact sheets, P-Rex- Projekt (2015)

7 PEARL PEARL + Einfache Technologie + An etlichen Kläranalgen erprobt + Geringe Anzahl an Chemikalien - Bio-P Fällung erforderlich - Geringes Rückgewinnungspotenzial - Spezielles Betreibermodell Fact sheets, P-Rex- Projekt (2015)

8 Stuttgarter Verf. STUTTGARTER VERFAHREN + Einfache Technologie + Rückgewinnungspotenzial + Bio-P Fällung nicht erforderlich - Hoher Einsatz verschiedener Chemikalien - Citronensäure kostenintensiv - Entsorgung der Reststoffe ungeklärt Fact sheets, P-Rex- Projekt (2015)

9 Gifhorn GIFHORN-PROZESS + Modulartiger Aufbau + Verfahren erprobt + Rückgewinnungsgrad und SM-Abtrennung steuerbar - Hoher verfahrenstechnischer Aufwand - Hoher Einsatz verschiedener Chemikalien - Keine Abtrennung des MAP Fact sheets, P-Rex- Projekt (2015)

10 ExtraPhos EXTRAPHOS (BUDENHEIM) + Einfache Technologie + Rückgewinnungsrate + Geringer Chemikalieneinsatz + Energet. Potenzial bleibt erhalten - Großtechnische Erprobung steht noch aus

11 Mephrec MEPHREC + Hohe Rückgewinnungsrate + Energetische Nutzung des Synthesegases - Komplexe Hochtemperaturtechnologie - Hoher Energieeinsatz (Koks, O 2 ) - Nachweis der großtechn. Machbarkeit steht aus

12 ephos EPHOS + Einfache Technologie + Nur metallisches Mg erforderlich - Hoher Platzbedarf - Wirtschaftlichkeit stark abhängig vom Mg-Preis Fraunhofer IGB

13 P-RoC P-ROC + Direkt an bestehende Klärtechnik adaptierbar + Einfache Technologie insb. Für kleine KA + CSH gängiges Material aus der Baustoffindustríe - Geringe Rückgewinnungsrate - Kristallisationsprodukt abh. von Zentratchemie - Verfahren bislang nur manuell im Teilstrom erprobt

14 Redox REDOX-VERFAHREN (EUPHORE) Thermische Behandlung von Klärschlamm in einem Drehrohr Zuerst Pyrolyse unter reduzierenden Bedingungen dann oxidative Nachverbrennung Zugabe von KCl zur Verbesserung der P-Verfügbarkeit und Eliminierung von Schwermetallen + Geringer Chemikalieneinsatz + Geringe Mengen an Reststoffen (SM) + Hohe Rückgewinnungsrate + Rückgewinnugsprodukt als Dünger geeignet - Verfahrenstechnisch erhöhter Aufwand - Für kleine KA nur bedingt geeignet

15 AVA-CO2 AVA-CO 2 + Hohe Rückgewinnungsrate + Nutzung der HTC-Kohle in der Mitverbrennung + Recycling der Fe- und Al-Sulfate als Fällungsmittel - Hoher verfahrenstechnischer Aufwand - Evtl. Entstehung organ. Schadstoffe

16 Magnetpartikel P-RÜCKGEWINNUNG DURCH MAGNETPARTIKEL + Wiederverwendbares Adsorptionsmaterial + Selektive P-Adsorption + Geringer Chemikalieneinsatz (für Regenerierung) - Verfahrenstechnisches Neuland - Partikelherstellung aufwändig - Großtechnisch noch nicht erprobt Fraunhofer ISC/IWKS

17 GRAD DER UMSETZUNG DER P-RECYCLINGVERFAHREN Verfahren Labor- halbtechnischer Voll- Maßstab Airprex PEARL Stuttgarter Verf. Gifhorn ExtraPhos Mephrec ephos P-RoC Redox-Verfahren AVA-CO2 Magnetpartikel

18 ART DES SEKUNDÄRPHOSPHATS UND RÜÜCKGEWINNUNGSRATE Rückgewinnungsprodukt Rückgewinnungsrate Airprex MAP (NH 4 MgPO 4 *6H 2 O) % PEARL MAP % Stuttgrter Verf. MAP Bis zu 50 % Gifhorn MAP (o. Abtrennung von KS) % ExtraPhos CaP 50 % Mephrec Calciumsilicatphosphat 60 % ephos MAP unbekannt P-RoC CaP/MAP % Redox-Verfahren K-Phosphat 80 % AVA-CO2 CaP > 50 % Magnetpartikel variabel unbekannt

19 ÜBERSICHT ÜBER DIE EINGESETZTEN BETRIEBSSTOFFE Laugung P-Abtrennung SM- Abtrennung Weitere Airprex - MgCl 2 PEARL - MgCl 2, NaOH Stuttgrter Verf. H 2 SO 4 NaOH, MgO C 6 H 8 O 7 Gifhorn Na 2 S ExtraPhos CO 2 Ca(OH) 2 Mephrec Koks, O 2, Ca(OH) 2 ephos P-RoC Mg (metallisch) CSH Redox-Verfahren KCl KCl AVA-CO2 H 2 SO 4 Ca(OH) 2 Magnetpartikel Synthetisierte Partikel

20 PFLANZENVERFÜGBARKEIT VON P-RECYCLATEN LfU (2015)

21 ANTEIL DER EW IN GK4 UND GK5 IN HESSEN 32% 12% 36% GK5 GK4b GK4a GK3-GK1 20% EW Anzahl GK GK4b GK4a GK3-GK

22 KLÄRSCHLAMMENTSORGUNG IN HESSEN Montag et al., RWTH Aachen (2016)

23 ZUSAMMENFASSUNG Wesentliche Prozesse der Rückgewinnung sind Rücklösung des Phosphors durch Ansäuerung (mit H 2 SO 4, HCl oder CO 2 ) Abtrennung der Schwermetalle (mit Sulfiden, Chloriden, Zitronensäure oder organischen Lösungsmitteln) Fällung der Phosphate (mit NaOH und Calcium- oder Magnesiumverbindungen) Im Wesentlichen sind die MAP-Verfahren großtechnisch etabliert wirtschaftlich durch Nutzung der Begleiteffekte Bessere Entwässerbarkeit Verhinderung von Struvit-Ausfällungen Geringere Rückbelastung Hohe Rückgewinnungsraten bedeuten höheren Aufwand bei Technologie, Betriebsstoffen und Personal Behandlung bzw. Vermeidung der Reststoffe nicht zu vernachlässigen SM-Gehalte vor allem bei den in wässrigen Phasen gewonnen Produkten unproblematisch Erhöhte Gehalte vor allem bei Zink und Kupfer (Spurennährstoffe) Rückgewinnung ist nur der erste Schritt, bis zur Zulassung als Düngemittel ist es unter Umständen ein weiter Weg (Einhaltung der DüMV) Durch die Einführung einer GK 4a und 4b wird das Rückgewinnungspotenzial (in Hessen) erheblich eingeschränkt

24 Dr. Lars Zeggel Fraunhofer-Projektgruppe IWKS Tel.: +49 (0)

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