Nährstoffrückgewinnung aus Abwasser praktikable Verfahren oder politische Zielstellungen?

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Helga Günther
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1 Nährstoffrückgewinnung aus Abwasser praktikable Verfahren oder politische Zielstellungen? Fabian Kraus, Christian Kabbe,, 18. Mai

2 Nährstoffrückgewinnung aus dem Abwasserpfad 2 2

3 Ansatzpunkte für die Rückgewinnung konventionelle Chem-P-Kläranlage konventionelle Bio-P-Kläranlage er Atmosphere 50 % N er Atmosphere 50 % N Zulauf Ablauf Zulauf Ablauf 100 % Wasser 100 % Wasser 100 % Wasser 100 % Wasser 100 % N 100 % P Kläranlage 15 % N 8 % P 100 % N 100 % P Kläranlage 15 % N 10 % P Rückbelastung 1 % Wasser 15 % N 2 % P Rohschlamm 1 % Wasser 50 % N 94 % P entwässerter Schlamm 0 % Wasser Faulung und 30 % N Entwässerung 92 % P Rückbelastung 1 % Wasser 15 % N 20 % P Rohschlamm 1 % Wasser 50 % N 110 % P entwässerter Schlamm 0 % Wasser Faulung und 30 % N Entwässerung 90 % P 3 3

4 Technische P-Rückgewinnungsverfahren 4 4

5 Umsetzung in Europa (Mai 2016) Großtechnisch in Betrieb/ in Bau (weltweit): 14 x PEARL 9 x AirPrex 9 x NuReSys 3 x PHOSPAQ TM 6 x andere Fällungsverfahren ca t Struvit in Europa zurückgewonnen und recycelt (ca t P, 600 t N) 5 5

6 Gründe für den Erfolg der (Struvit-)Fällungsverfahren Operative Vorteile für den Anlagenbetreiber Vermeidung von ungewollter Inkrustationen (Bio-P) Bessere Ablaufwerte durch Ausschleusung von gelöstem PO 4 -P z.t. Erhöhung der Klärschlammentwässerbarkeit (+2-5 % TS) z.t. Einsparung von Polymeren (bis zu 25 %) aber nur limitiert anwendbar? Konzentrationen größer 50 mg/l PO 4 -P im Schlammwasser (Bio-P) Viele Kläranlagen in D verfügen über Bio-P Becken, dosieren jedoch Fe/Al um operative Nachteile der Bio-P zu vermeiden Fällungsverfahren nivellieren diese Nachteile! Geringe Rückgewinnungsraten: 5-20 % (bez. auf KA-Zulauf) Rückgewinnungsrate ist von gelöstem PO 4 -P abhängig und Ernte! Optimierung der Schlammbehandlung (sinnvolles ph- und Wärmemanagement) bezüglich Energie- und Nährstoffrückgewinnung möglich! 6 6

7 Überlegungen zur Umsetzung der Phosphorrückgewinnung in Deutschland Eine Abschätzung von Kosten und Umweltauswirkungen Zum Nachlesen: KA 06/2016!

Klärschlamm- und Nährstoffentsorgung/-verwertung in D www.

8 Klärschlamm- und Nährstoffentsorgung/-verwertung in D Nach Destatis 2013, Lehrmann 2011, VQSD 2015

9 Phosphorfrachten der Kläranlagen in D Nach UBA 2014, DWA 2014

Regionale Verteilung (Phosphorquellen & -entsorgung) www.kompetenz-wasser.

10 Regionale Verteilung (Phosphorquellen & -entsorgung) Monoverbrennungen nach Krüger & Adam 2014, Mitverbrennungen nach Jasper & Kappa 2012, Phosphordüngemittel-Industrie nach IVA 2014

11 Szenarien zur Phosphorrückgewinnung (nur GK 5) 1. Fällung: AirPrex, Pearl, Struvia Einführung eines Fällungsverfahrens in ca. 20 GK5-Kläranlagen, welche für diese Verfahren vorausgesetzte Kriterien erfüllen 2. Säureaufschluss: Gifhorner, Stuttgarter Verfahren Einführung eines Säureaufschlussverfahrens für Klärschlamm in allen GK5-Kläranlagen 3. Asche (bestehende Monov.): AshDec, EcoPhos, Leachphos Nutzung bestehender Kapazitäten der Monoverbrennung; P- Rückgewinnung aus Asche wird in 7 Anlagen deutschlandweit durchgeführt 4. Asche (100% Monov.): AshDec, EcoPhos, Leachphos 13 weitere große Monoverbrennungsanlagen (1-2 je Ballungsraum) gebaut, sodass der Klärschlamm aller GK5-Kläranlagen monoverbrannt wird; P-Rückgewinnung aus Asche wird in 13 Anlagen deutschlandweit durchgeführt

12 Phosphorrückgewinnung und Kosten (nur GK 5) Spanne der rückgewonnenen Phosphorfracht abhängig von der Verfahrensauswahl Spanne der Nettokosten abhängig von der Verfahrensauswahl und KS-Entsorgungskosten Berechnet nach Nättorp & Remmen 2015, LfU 2011, DWA 2012, Wiechmann et al. 2013, Hermann 2014

13 Phosphorrückgewinnung und fossile Energie (nur GK 5) KEA fossil D (2013): TJ/a KEA fossil Kläranlagen D: TJ/a Berechnet nach Remy & Jossa 2015

14 Phosphorrückgewinnung und Treibhausgase (nur GK 5) THG D (2013): kt CO 2 -Eq/a Berechnet nach Remy & Jossa 2015

15 Phosphorrückgewinnung und Treibhausgase (nur GK 5) Berechnet nach Remy & Jossa 2015

16 Kurz- bis mittelfristige Maßnahmen Ausweitung der Fällungsverfahren (1. & 2. Generation) Recyclingpfade für Struvit und andere Recyclate etablieren Rückgewinnung aus bestehenden Aschen der Monoverbrennung via EcoPhos-Verfahren, sowie optimierte Nutzung bestehender Monoverbrennungsinfrastruktur geringe Kosten aufgrund prozessinternem Rezyklieren der Säure Rückgewinnung hochwertiger Produkte: H 3 PO 4 / FeCl 3 / AlCl 3 / CaCl 2 Technische Rückgewinnung in D von über t P denkbar Landwirtschaftliche Verwertung qualitativ hochwertiger Klärschlämme ( t P) beibehalten Ausschließliche Monoverbrennung hat dem gegenüber negative Effekte; Mitverbrennung energetisch besser

17 Phosphorrückgewinnung aus Klärschlammaschen Klärschlammasche Klärschlammasche Phosphor- (und Fe-/Al-)gehalte entscheiden über Wirtschaftlichkeit der Rückgewinnung Nach Krüger & Adam 2014

18 Phosphor und andere Nährstoffe zurückgewinnen spezifizischer Aufwand/Emissionen Verbrauch Deutschland Gesamtaufwand/ -emission D total: D total: 951 EcoInvent 3.1, 2016 IVA,

19 Schlussfolgerungen 1. Entwicklung regionaler P-Rückgewinnungsziele und -strategien an Stelle von festen Zielen pro Kläranlage 2. Einbeziehung von anderen Nährstoffen (Stickstoff) in Recyclingstrategien sowie Evaluierung der Energieeffizienz 3. Förderung der technische P-Rückgewinnung (aus Schlamm und Asche) und traditionellen landwirtschaftlichen KS-Verwertung! Energieeffizienz Spurenstoffentfernung Ressourceneffizienz (Rückgewinnung) Klimaschutz Weitergehende Nährstoffentfernung Kosteneffizienz Sinnvolle & realistische Ziele zw. verschiedenen Erwartungen!

20 P-Rückgewinnung und dann? Wir entscheiden über die Rückgewinnung von Phosphordüngern aus Kläranlagen für die Landwirtschaft Wir entscheiden über den Einsatz von Phosphordüngern aus Kläranlagen in der Landwirtschaft Die Abwasserbranche - Spielball der Ministerien? BMUB BMEL

21 Struvite Recovery & Recycling Learning Alliance am 16./17. Juni in Amersfoort (NL) Berliner Wasserwerkstatt (Kolloquium des KWB) Zum Thema: Nährstoffrückgewinnung im September 2016 in Berlin Kontakt:

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