TETRAPHOS -VERFAHREN ERSTE PRAXISERFAHRUNGEN

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1 TETRAPHOS -VERFAHREN ERSTE PRAXISERFAHRUNGEN FORUM: PHOSPHOR-RÜCKGEWINNUNG DWA-LANDESVERBAND NORD, OSNABRÜCK Hendrik Schurig 28. Februar 2018

2 AGENDA 2 1 RANDBEDINGUNGEN DER HAMBURGER KLÄRANLAGE 2 BESCHREIBUNG DES P-RÜCKGEWINNUNGSVERFAHRENS 3 PILOTANLAGE IN HAMBURG 4 QUALTIÄT DER PRODUKTE UND RESTSTOFFE 5 BEURTEILUNG DER VERFAHRENSKOMPONENTEN AUF GROSSTECHNISCHE UMSETZUNG 6 GEPLANTE UMSETZUNG

3 1 KLÄRWERK HAMBURG 3 Ausbaugröße Phosphorelimination Aschemengen Phosphorgehalt der Asche ca. 2,5 Mio. EW chemisch, teilweise biologisch ca t/a (inkl. externe Schlämme) 10% (in D durchschnittlich 9%) Quelle: Hamburg Wasser

4 t/a 1 P GES -ZULAUFFRACHT 2001 BIS 2017 (PROGNOSE) ca t aus häuslichem Abwasser ca. 400 t aus gewerblichem Abwasser

5 1 P-ABSCHEIDUNG AUF DER KLÄRANLAGE 5 P-Fracht in [Mg P/a] P-Fällmittel (1.600 Mg/a Fe-Äquivalente) Zulauf Vorklärung Mechanisch 16 % Belebung Chemisch Biologisch 62 % 22 % 100 Elbe Externe Schlämme Schlammbehandlung P-Rückbelastung Belebung ca. 20 % (Zentrat,Kondensat) Verbrennungsasche (P-Gehalt ca. 10 Gew.%)

6 1 BISHERIGE ASCHEENTSORGUNG 6 Bis 2012 Seit 2013 Schmelzprodukt Kupfergewinnung Monodeponie Bremen-Blockland Quelle: Hamburg Wasser Quelle: Umweltbetrieb Bremen

7 2 PHOSPHORSÄURE IN DER DÜNGEMITTELINDUSTRIE 7 8% NP - oder NPK Dünger (z.b. Diammoniumphosphat) 92% Einnährstoffdünger (z.b. Calciumphosphate) Grundstoff (NH 4 ) 2 HPO 4 = Ammoniak + Phosphorsäure

8 2 DIE SCHRITTE DES REMONDIS TETRAPHOS -VERFAHRENS 8 Phosphorsäure Schwefelsäure Reinigung I Reinigung II Asche Phosphorhaltiges Eluat + Asche Angereicherte Phosphorsäure Ionenselektion Gereinigte Phosphorsäure Trennung Trennung Vorgereinigte Phosphorsäure Konzentrierung Restasche Gips Metallsalze Reine Phosphorsäure Entsorgung/Verwertung Baustoff Fällmittel Dünger industrielle Anwendungen Quelle: Remondis Aqua Industrie GmbH Darstellung Phosphorsäure: Ca(H 2 PO 4 ) 2 + H 2 SO 4 CaSO 4 + 2H 3 PO 4

9 2 HAUPTSCHRITT: ELUTION DER ASCHE 9 Säure : Asche 3 :1 Verfahrensentwicklung vom Becherglas in die Großanlage in vier Jahren

10 2 DIE SCHRITTE DES REMONDIS TETRAPHOS -VERFAHRENS 10 Phosphorsäure Schwefelsäure Reinigung I Reinigung II Asche Phosphorhaltiges Eluat + Asche Angereicherte Phosphorsäure Ionenselektion Gereinigte Phosphorsäure (1) Phosphatelution (2) Gipsfällung mit Schwefelsäure (3) Abtrennung Eisen-/ Aluminiumsalze im Ionentauscher Trennung Trennung Vorgereinigte Phosphorsäure Restasche Gips Metallsalze (4) Aufbereitung der Phosphorsäure zur Rückführung und Ausschleusung des Überschusses als Produkt Entsorgung/Verwertung Baustoff Fällmittel Konzentrierung Reine Phosphorsäure Dünger industrielle Anwendungen Quelle: Remondis Aqua Industrie GmbH Darstellung Phosphorsäure: Ca(H 2 PO 4 ) 2 + H 2 SO 4 CaSO 4 + 2H 3 PO 4

11 3 PILOTANLAGE HAMBURG 11 Bandfilter für Aschefilterkuchen- und Gipsfilterkuchenentwässerung Ionentauscher Nanofiltration

12 3 ERGEBNISSE DES VERSUCHSBETRIEBS 12 Verfahrensschritt Ziel der Versuche Ergebnis Elution Gipsfällung Reinigung der Phosphorsäure Gewinnung von Fällmittel aus Ionentauscher (IOT) Regenerat Überprüfung der Rückgewinnungsrate Auswahl Entwässerungsaggregat Überprüfung der Gipsqualität Auswahl Entwässerungsaggregat Verfahren prüfen Säurequalität auf Reinheit prüfen Phosphorverluste minimieren Nachweis Wirksamkeit der Metallsalzlösung aus IOT als Fällmittel P-Ausbeute >80% Bandfilter technisch geeignet Dekanter technisch geeignet P-Gehalt <1% Bandfilter technisch geeignet Dekanter technisch geeignet Betriebsparameter Ionentauscher ok Säurequalität deutlich höher als Standardqualität MGA-Säure P-Verluste < 3% Fällmittelwirkung nachgewiesen (β-wert < 1,6)

13 4 ASCHEZUSAMMENSETZUNG VOR/NACH ELUTION 13 Verbrennungsasche vor Elution Aschefilterkuchen nach Elution P 2 O 5 CaO Al2 O 3 Rest P 2 O 5 SiO 2 Wasser Fe 2 O 3 CaO Fe 2 O 3 Al 2 O 3 Rest SiO 2 Deponie-Klasse II Keine Verschlechterung der Ascheeigenschaften Entsorgung unverändert möglich

14 4 PRODUKTVERGLEICH STANDARDSÄURE VS- RECYCLINGSÄURE 14 Parameter Einheit MGA (Primärrohstoff grüne P-Säure ) Inhaltsstoffe Gereinigte Säure (Reinigungsziel Pilotanlage: Düngemittelanwendung) Phosphorsäure H 3 PO 4 % Schwefelsäure H 2 SO 4 % 1,9 5,5 0,5 1 Aluminium Al % 0,2 0,4 0,05 0,15 Eisen Fe % 0,1 0,3 0,2 0,6 Calcium Ca % 0,01 0,1 < 0,05 Magnesium Mg % 0,2 0,25 < 0,05 Schwermetalle Cadmium Cd ppm 9 < 1 Chrom Cr ppm Zink Zn ppm 290 < 3 Quelle: Remondis Aqua GmbH Uran U ppm 192 < 10

15 5 CHEMIKALIEN UND VERFAHREN BEKANNT ODER NEU (1) 15 Verfahren TetraPhos - Verfahren Abwasserbehandlung Schlammentwässerung Klärschlamm -verbrennung Elution Entwässerung Gipsfällung Ionentauscher Nanofiltration Vakuumverdampfer

16 5 CHEMIKALIEN UND VERFAHREN BEKANNT ODER NEU (2) 16 Chemikalien TetraPhos - Verfahren Abwasserbehandlung Schlammentwässerung Klärschlammverbrennung Säuren Polymer Gips Metallsalzlösung Schwermetallfällmittel Fazit: Die meisten Verfahrensschritte und Chemikalien des TetraPhos -Verfahrens sind auf Kläranlagen mit angeschlossener Verbrennungsanlage bereits bekannt

17 6 GEPLANTE UMSETZUNG DER GROßANLAGE - STANDORTWAHL 17 Gefördert durch

18 6 EINBINDUNG DER GROSSANLAGE IM KLÄRWERK HAMBURG 18 P-Fällmittel (1.100 Mg/a Eisen-Äquivalente) Zulauf Vorklärung Belebung P-Fällung Biologisch Chemisch Ablauf Externe Schlämme Mg/a Gips Mg/a Gips Schlamm Schlammbehandlung Mg/a Asche TetraPhos Tetraphos Mg/a Restasche Fe/Al-Lösung (500 Mg/a Eisen-Äquivalente) Mg/a Phosphorsäure (75%ig)

19 6 GEPLANTE UMSETZUNG DER GROßANLAGE - ZEITPLAN September: Zusage Fördermittel Bau der Anlage Dezember: Zustimmung Aufsichtsrat Quartal IV: Inbetriebnahme Demontage Pilotanlage Gefördert durch Quartal IV: 2018 Erstellung Planungsunterlage Großtechnik Genehmigungsplanung/ Genehmigung Umfirmierung Phosphor-Recycling Hamburg Bauvorbereitung

20 VIELEN DANK FÜR IHRE AUFMERKSAMKEIT Hendrik Schurig Telefon