Großtechnische Phosphorrückgewinnung aus Klärschlamm

Transkript

1 Großtechnische Phosphorrückgewinnung aus Klärschlamm Phosphor aus sekundären Rohstoffquellen Brüssel, Universität Stuttgart Institut für Siedlungswasserbau-, Wassergüteund Abfallwirtschaft (ISWA) Prof. Dr.-Ing. H. Steinmetz Dipl.-Ing. V. Preyl Dipl.-Ing., RBM C. Meyer MAP-Kristall 1

2 Gliederung Potenziale und Kostenentwicklung Stuttgarter Verfahren zur Phosphorrückgewinnung Großtechnische Umsetzung des Verfahrens in einer Pilotanlage Fazit und Ausblick 2

3 Phosphor Potenzial im Abwasser Phosphorgehalte in organischen Siedlungsabfällen größtes Potenzial in Deutschland zur P-Rückgewinnung liegt im kommunalen Abwasser bzw. Klärschlamm Einsatz an Phosphatdünger in Deutschland Stand 2012: ca t P/a (ca t P 2 O 5 /a) Fricke und Bidlingmaier (2003)

4 Kosten Mineraldünger Kostenentwicklung Triple-Phosphat in Deutschland Quelle: World Bank via November 2012 Weltmarktpreis ist z.t. erheblichen Schwankungen unterworfen 4

5 Stuttgarter Verfahren: Verfahrensschema Rücklösung Fest-/Flüssig- Trennung Komplexierung ph-anhebung MAP-Fällung Kristallisation Sedimentation des MAP Faulschlamm H 2 SO 4 Zitronensäure MgO NaOH Filtrat Filterkuchen MAP MgNH4PO4 5

6 Stuttgarter Verfahren: Großtechnische Umsetzung 2011 Standort der MAP-Pilotanlage Verbandskläranlage des Abwasserzweckverbands Raum Offenburg Ausbaugröße der Verbandskläranlage ca EW (angeschlossen ca EW) Phosphorelimination auf der Kläranlage mittels Eisensalzen mit der MAP-Pilotanlage wird ein Teilstrom Klärschlamms behandelt, der ca EW entspricht (5 % der EW ang ) 6

7 Stuttgarter Verfahren: Großtechnische Umsetzung Aufbau und Funktionsweise der MAP-Pilotanlage zwei Chargenbehältern (Füllvolumen jeweils 12 m³), ein Absetz- bzw. Kristallisationsbecken (Füllvolumen 12 m³), eine Kammerfilterpresse mit Filtratsammelbehälter (Füllvolumen 2 m³) Vorratsbehälter NaOH Sedimentations-/ Kristallisationsbecken Vorratsbehälter Zitronensäure Chargenbehälter 1 Chargenbehälter 2 7

8 anaerob stabilisierter Klärschlamm Stuttgarter Verfahren: Großtechnische Umsetzung Ausgewählter Versuch bei ph 2,9 P-Rücklösung ph 2,9 Fest-/Flüssig- Trennung MAP-Fällung ph 8,5 100 % P 83 % P 70 % P 61 % P 17 % P nicht rückgelöst 13 % P im Filterkuchen 9 % P im Überstand Phosphorertrag Die Rücklöserate schwankt in Abhängigkeit vom ph-wert

9 Stuttgarter Verfahren: Großtechnische Umsetzung Verwendung des erzeugten Produktes MAP als Düngemittel nach der novellierten Düngemittelverordnung (DüMV vom ) Fällen mineralischer Phosphate dürfen als Sekundärrohstoffe und Hauptbestandteil von Düngemitteln ausdrücklich zum Einsatz kommen Schwermetallgehalte im MAP im Vergleich Blei Cadmium Chrom Nickel Quecksilber Kupfer Zink in mg/kg TS Grenzwerte DüMV (2008) 150 1,5 *) N/P-Dünger 20/20/0 5,5 9,2 91,4 18 0,02 21,5 151 Landwirtschaftlich verwertete Klärschlämme (BMU, 2010) 37,2 0,96 36,7 24,9 0,59 300,4 713,5 MAP Stuttgarter Verfahren 12 0,8 15 2,2 0, *) bzw. 50 mg/kg P 2 O 5 9

10 Stuttgarter Verfahren zur Phosphorrückgewinnung Kennzeichen des Stuttgarter Verfahrens Verwendung ausgefaulter kommunaler Klärschlämme von Kläranlagen mit Phosphatfällung (überwiegend Eisensalze) keine Verfahrensumstellung seitens der Abwasserreinigung erforderlich, z. B. auf vermehrte biologische P-Elimination Anteilig Rückgewinnung von N (ca. 15%) Verwendungsmöglichkeit des Produktes MAP = MgNH 4 PO 4 direkt als Mehrwert-Dünger in der Landwirtschaft P- Rückgewinnung unabhängig von der Art der nachfolgenden Verbrennungsanlage (z.b. Eignung auch bei Mitverbrennungsanlagen) Prinzip auch für Klärschlammasche anwendbar 10

11 Fazit und Ausblick Rückgewinnungsraten von 60-70% unter realen Bedingungen erzielbar Optimierungspotenziale im Gesamtprozesses Steuerung und Regelung; Einstellung Betriebsparameter Fällmittelrecycling durch Nutzung der in der flüssigen Phase in hohen Konzentrationen vorliegenden Metalle, z. B. Fe Düngemittelzulassung beantragen Verwertungs- und Vermarktungsmöglichkeiten auf- und ausbauen Übertragbarkeit auf andere Anlagen (weitere großtechnische Umsetzungen); Ableitung von Bemessungsansätzen => S.d.T. Anpassung der Förderinstrumente hierzu erforderlich Modifikation für andere und Inputströme (z.b. Biogasanlagen, Tiermehl.) Potenzial aus Asche untersuchen und erschließen (Studie für BW) 11

12 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Besonderer Dank an: Ministerium für Umwelt, Klima und Energiewirtschaft des Landes Baden-Württemberg Abwasserzweckverband Raum Offenburg IB iat - Ingenieurberatung für Abwassertechnik GmbH