Phosphorrückgewinnung

Transkript

1 Phosphorrückgewinnung Foto: Eawag, Novaquatis Prof. Dr.-Ing. Jana von Horn Lehrgebiet Industrie- und in Metropolregionen

2 Agenda Gesetzl. Rahmenbedingungen Technische Möglichkeiten Produktqualitäten Wirtschaftlichkeit Foto: Eawag, Novaquatis Fazit

3 Warum P-Rückgewinnung? Essentieller Pflanzennährstoff Nicht substituierbar Endliche Ressource, abnehmende Qualität und Wirtschaftlichkeit Ressourcen-Recycling (Kreisläufe schließen, EU: Circular Economy) ohne Phosphatdünger mit Phosphatdünger

4 Warum aus P Abwasser? Wirtschaftsdünger andere Sekundärrohstoffe oder Mineraldünger P-Recycling in der Abwassertechnik Jährlich werden ca Tonnen P 2 O 5 in deutsche Kläranlagen eingetragen Dies entspricht ca. 9 % des derzeitigen P 2 O 5 Bedarfs der deutschen Landwirtschaft Ein Großteil des P-Bedarfs kann über Wirtschaftsdünger gedeckt werden

5 Gesetzliche Rahmenbedingungen Niedersachsen: laufender fachlicher Diskurs Klärschlamm Vortrag Herr Reimann

6 Zukünftige gesetzl. Anforderungen? I. Klärschlammerzeuger hat P-Rückgewinnung aus Klärschlamm vor einer Mitverbrennung durchzuführen voraussichtlich ab bestimmter Größenklasse (z.b. GK 4 oder 5) Klärschlämme an Schwellenwert z.b. 20 g P/kg TR Alternativ: Rückgewinnung von > 50% des Phosphors aus dem Klärschlamm (Regelungen für Klärschlämme mit hohem P-Gehalt)

7 Zukünftige gesetzl. Anforderungen? II. Statt unmittelbarer P-Rückgewinnung aus Klärschlamm ist die Monoverbrennung zulässig, sofern die Asche direkt einem Verfahren zur P-Rückgewinnung unterzogen wird oder einer stofflichen Verwertung mit P-Nutzung zugeführt wird oder separat und rückholbar gelagert wird ( Langzeitlagerung )

8 Zukünftige Anforderungen? III. Klärschlammmitverbrennung ohne vorherige P-Rückgewinnung Nur in Kohlefeuerung mit geringem Aschegehalt Umgang mit Asche analog zu II. Pflichtenübergang Rückgewinnung auf Betreiber Verbrennungsanlage

9 Foto: Heiner Schäfer Kriterien für Verfahrensauswahl Hoher Rückgewinnungsgrad Gute Pflanzenverfügbarkeit Wirtschaftlicher Prozess Betriebliche Anforderungen Foto: Eawag, Novaquatis

10 Systeminterne Möglichkeiten Zufluss zur Kläranlage 100 % Ablauf mit gereinigtem Abwasser 10 % - 55% Primärschlamm aus der Vorklärung % Überschussschlamm aus der biologischen Reinigung % Faulschlamm 90 % Asche 90 % Abbildung nach Jardin

11 Möglicher Rückgewinnungsgrad Technologien P-Recycling (Schwer-)metalle verbleiben im Schlamm Schlammwasser Adsorption Fällung Pellets Faulschlamm ohne Laugung (Schwer-)metalle gehen in Lösung (Schwer-)metalle entweichen in Gasphase Asche mit Laugung thermisch

12 DHV Cryatallactor Zentrat aus Bio-P Schlamm Rücklösung, Schlammwasser DHV Crystallactor Calciumphosphat Produkt, auch MAP und andere Stoffe DHV, A. Giesen, 2009 Anlagen: Geestmerambacht Westerbork Industrie-KA

13 Ostara Pearl Schlammwasser aus Entwässerung Faulschlamm (Bio-P) Ablauf Slough, UK 1 in Canada 5 in USA Magnesium Schlammwasser Struvit (MAP) Dünger

14 Berliner Verfahren / Airprex MAP-Fällung im Faulschlamm Berlin 2 weiter in D 1 in NL Struvit (MAP) Dünger

15 Budenheimer Verfahren CO 2 -Laugung von Faulschlamm Halbtechnik KA Mainz Geplant KA Itzehoe Geplant Bern, CH Schnee, 2014

16 Technologien P-Recycling (Schwer-)metalle verbleiben im Schlamm (Schwer-)metalle gehen in Lösung (Schwer-)metalle entweichen in Gasphase Schlammwasser Faulschlamm Asche Adsorption Fällung Pellets ohne Laugung mit Laugung thermisch

17 Gifhorner Verfahren Faulschlamm mit Laugung (Säurerücklösung) in Anlehnung an Seaborne Verfahren Hermanussen et al., 2012 KA Gifhorn

18 Stuttgarter Verfahren Faulschlamm mit Laugung (Säurerücklösung) Montag nach Meyer, 2013 Struvit (MAP) Halbtechn. Maßstab KA Offenburg

19 PASCH Asche mit Laugung (Säurerücklösung) Pinnekamp, Montag et al. Technikum RWTH

20 Technologien P-Recycling (Schwer-)metalle verbleiben im Schlamm (Schwer-)metalle gehen in Lösung (Schwer-)metalle entweichen in Gasphase Schlammwasser Faulschlamm Asche Adsorption Fällung Pellets ohne Laugung mit Laugung thermisch

21 AshDec (Outotec) Asche-thermisch Montag et al., Halbtechn. Maßstab Leoben, A

22 Rückgewinnungsgrad ggf. bis 40 % 80? Pinnekamp, Montag et al.

23 Trockenmasseertrag (mg P / kg Boden Pflanzenverfügbarkeit 1. Jahr 2. Jahr

24 Trockenmasseertrag (mg P / kg Boden Pflanzenverfügbarkeit Fällungsprodukte (CaP, MAP) aus Schlammwasser sehr gut Fällungsprodukte aus nasschemischem Aufschluss (Asche oder Schlamm) je nach Metallabreicherung Produkte auf thermischer Aschebehandlung je nach Zusammensetzung 1. Jahr 2. Jahr

25 Preisentwicklung 1 $ /t P-Rock = 1 /t P Europreis 1,30/ $ derzeit ca. 0,7 / t P

26 Kosten

27 Kosten Verfahrenstechnischer Aufwand Wirkungsgrad des Verfahrens bezogen auf P im Zulauf

28 Wirtschaftlichkeit

29 Fazit P-Recycling aus Schlammwasser ist Success-Story (weil wirtschaftlich) aber ggf. nicht ausreichend für gesetzliche Anforderungen Gesetzliche Rahmenbedingungen sehr entscheidend Kriterien können nicht alle eingehalten werden: Rückgewinnungsgrad Wirtschaftlichkeit Produktqualität? Was bringen neue Verfahren (HTC, Cambi, ): Forschungsbedarf Neuartige Sanitärsysteme (Dübendorf, Hamburg Water Cycle, Paris?) Anpassungsfähigkeit

30 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!

31 FixPhos

32 Phosphatpreis

33 Phosphatpreis

34 Berliner Pflanze

35 Ansatz: flüssige Phase Verfahren Wirkungsgrad* P-Rückgewinnung Produkt Aufwand Rückgewinnungsansätze aus der flüssigen Phase (Abwasser, Prozesswasser) DHV Crystalactor max. 37 % CaPO 4 gering P-Roc ca. 40 % CaPO 4 sehr gering Phostrip ca. 30 % CaPO 4 gering MAP-Fällung aus Prozesswasser % MAP sehr gering PRISA % MAP sehr gering RIM/NUT keine Angaben MAP moderat MAP-Ausschleusung bei der Schlammbehandlung keine Angaben MAP sehr gering * Wirkungsgrad bezogen auf die P-Fracht im Zulauf Wirkungsgrad gering Aufwand gering, Umsetzbarkeit auf KA möglich

36 Ansatz: Klärschlamm und Asche Verfahren Wirkungsgrad* P-Rückgewinnung Produkt Aufwand Rückgewinnung aus Klärschlamm Seaborne ca. 70 % MAP sehr hoch Krepro max % FePO 4 sehr hoch Cambi ca. 45 % MAP hoch Aqua Reci ca. 70 % CaPO 4 hoch Rückgewinnung aus Klärschlammasche Nasschemische Verfahren keine Angaben MAP, CaPO 4 sehr hoch Ashdec keine Angaben Mehrkomponentendünger moderat Eisenbad keine Angaben Phosphatschlacke moderat * Wirkungsgrad bezogen auf die P-Fracht im Zulauf Wirkungsgrad hoch Aufwand hoch, Umsetzbarkeit auf KA schwierig

37 Seaborne Verfahren Hermanussen et al., 2012

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39 Aus Laga Bericht

40 Aus LAGA Bericht

41 P-Rückgewinnung Möglichkeiten Abbildung: Verfahren zur Phosphatrückgewinnung [Bartholdy, 2014]

42 Trockensubstanz [g/topf] Phosphatprodukte aus Abwasser Calciumphosphat und MAP gut pflanzenverfügbar Calciumphosphat mit P- Gehalt > 25% auch in Phosphatindustrie als Rohstoff einsetzbar P-Kreislauf geschlossen

43 Wirtschaftlichkeit Preisentwicklung : 20 $/t 10 $/t Phosphaterz 1974: 65 $/t Phosphaterz : 65 $/t 35 $/t Phosphaterz : 40 $/t Phosphaterz

44 Warum Rückgewinnung von P? Statistische Lebensdauer nicht nachwachsender Rohstoffe und Aufteilung der vorhandenen Rohphosphatreserven [Wagner, 2004]. Statische Lebensdauer (Momentaufnahme eines Dynamischen Systems) Blei Zink Kupfer Molybdän Nickel Rohphosphat 89 Al / Bauxit 197 Vanadium 223 Chromit 269 Kalisalz Jahre 329

45 Systeminterne Möglichkeiten

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47 Trockensubstanz [g/topf] Pflanzenverfügbarkeit Fällungsprodukte (CaP, MAP) aus Schlammwasser sehr gut Fällungsprodukte aus nasschemischem Aufschluss (Asche oder Schlamm) je nach Metallabreicherung Produkte auf thermischer Aschebehandlung je nach Zusammensetzung

48 Systeminterne Möglichkeiten

49 Berliner Verfahren /Airprex MAP-Fällung im Faulschlamm Berlin 2 weiter in D 1 in NL