Stadtentwässerung Frankfurt am Main

Transkript

1 Erfahrungen und Überlegungen zur Phosphorrückgewinnung aus Klärschlammasche Ernst Appel, Dr. Rolf Götz Vortrag im Rahmen der Veranstaltung Phosphordialog Rhein-Main und Südhessen, , Darmstadt Folie 1

2 Inhalt A. Abwasserbeseitigung in Frankfurt am Main B. Aktivitäten P-Recycling der SEF C. Aktuelle Gesetzesentwicklungen/Konsequenzen D. Fazit

3 Rechtsform und Aufgaben Aufgabe: Reinhaltung und naturnahe Entwicklung der Gewässer in Frankfurt am Main Abwasserableitung Abwasserbehandlung für Stadt und Umland Schlammverbrennung Gewässerausbau und -unterhaltung Rechtsform: Eigenbetrieb der Stadt Frankfurt am Main seit Folie 3

4 Abwasserbehandlung Abwasserbehandlung für die Stadt Frankfurt am Main... 2 Abwasserreinigungsanlagen ARA Niederrad/Griesheim ARA Sindlingen Reinigungskapazität ca. 2,0 Mio. EW ca. 100 Mio. m³ behandelte Abwassermenge pro Jahr Reinigungsleistung (Abbau) Kohlenstoff >90% Phosphor (P ges ) >90% Stickstoff (Nges) >75% Folie 4

5 Abwasserbehandlung...und auch für das Umland... Stadt Offenbach Stadt Neu-Isenburg Stadt Kelsterbach Stadt Steinbach Stadtteil Bischofsheim (Stadt Maintal) Abwasserverband Main Taunus Abwasserverband Westerbach mit ca Einwohnern, sowie Gewerbe und Industrie Folie 5

6 Klärschlammbehandlung Schlamm-Entwässerungs- und Verbrennungs-Anlage (SEVA) Folie 6

7 Klärschlammbehandlung bei der SEF Schlamm-Entwässerungs- und Verbrennungs-Anlage (SEVA) Verarbeitete Schlammmenge (Rohschlammverbrennung!) ca m³/a ca t Trockenrückstand Festststoff/a Reststoff Asche ca t/a Phosphor ca. 600 t/a Ascheverwertung heute: Versatzmaterial im Bergbau Folie 7

8 Abwasserbehandlung Inhalt A. Abwasserbeseitigung in Frankfurt am Main B. Aktivitäten P-Recycling der SEF C. Aktuelle Gesetzesentwicklungen/Konsequenzen D. Fazit Folie 8

9 Phosphor im kommunalen Abwasser SEF Schlamm ABWASSER aus dem Kanalnetz Vorklärungen Niederrad + Griesheim Vorklärung Sindlingen Biologie mit Fällung Niederrad Biologie mit Fällung Sindlingen Abwasserreinigungsanlagen ABWASSER zum Main Pges: Pges: m³/a 0,67 mg/l 64 Mg/a SEVA Sindlingen Entwässerung Verbrennung ASCHE zur baustoffl. Verwertung Mg/a Pges: Pges: mg/kg 592 Mg/a rote Werte: 5-Jahresdurchschnitt - Anreicherung des P über die Schlammphase (Aluminium-Fällung) - P-Konzentration im feuchten Rohschlamm (2,5% TR): ca. 0,04% - P-Konzentration im entwässerten Rohschlamm (ca. 30% TR): ca. 0,5% - Maximale P-Konzentration wird in der Asche erreicht 8,4% P(Mittel ) Folie 9

10 Thermphos (NL): Phosphorherstellung - Phosphaterz ( Mg/a) mit t Kies (Schlackebildner) und t Koks (Reduktionsmittel) - Elektrothermischer Aufschluss - Hauptprodukt: zunächst Rein-Phosphor ( Mg/a; daraus Phosphoroxid u.a.) - Nebenprodukte: Schlacke für Straßenbau und Ferrophosphor (Hüttenindustrie/Eisen) - Abfälle: Stäube aus der Abgasreinigung, schwach radioaktiv (Uran im Erz!) - Ziel von Thermphos: Erz teilweise durch Klärschlammverbrennungsaschen ersetzen Vorteile SEF (7.000 Mg/a Asche): - kleiner Anteil in technischen Prozess, - maximale Verwertung Inhaltsstoffe, - Markt ist vorhanden Folie 10

11 Chronologie Ascheverwertung SEF/Thermphos 2008 Info von TU DA/IWAR SEF-Asche wäre interessant für Thermphos NL ; Kontaktherstellung 2009/2010 Kontakte zu Thermphos NL/Vlissingen Entscheidung SEF: Thermphos kann mit SEF Asche Untersuchungen durchführen 2011 Laborprobe an Thermphos, Ergebnis: Asche ist grundsätzlich für Prozess geeignet (keine störenden Nebenbestandteile, Al-Fällung entscheidend) 2012 Technischer Vorversuch: 500 Mg Asche an Thermphos Jahresende: Insolvenz Thermphos 2013 Geplante Übernahme größerer Menge SEF-Asche für durch Thermphos entfallen Seither: Keine weiteren Versuche in diese Verwertungsrichtung angefragt Folie 11

12 Klärschlammverbrennungsasche als Düngemittel? Düngemittelverordnung (DüMV) "Düngemittelverordnung vom 5. Dezember 2012 (BGBl. I S. 2482), die durch Artikel 1 der Verordnung vom 27. Mai 2015 (BGBl. I S. 886) geändert worden ist" Stand: Geändert durch Art. 1 V v I Tabelle 6 Besondere Ausgangstoffe für bestimmte mineralische Düngemittel nach Anlage Asche aus der Verbrennung von Klärschlämmen Aschen von Klärschlämmen nach Tabelle 7.4 Nummer nach Maßgabe von Zeile Tabelle 7, Verbrennung von Stoffen nach Tabelle 7.1, 7.2 oder 7.4, auch in Mischung. Keine Aschen aus dem Rauchgasweg, ausgenommen aus der ersten filternden Einheit.. viele Regelungen zu Schadstoffen und Nebenbestandteilen, teilweise anwendungsbezogen Folie 12

13 SEF-Klärschlammverbrennungsasche als Düngemittel? Vergleich Asche SEF/DüMV: Schwermetalle (Analysen: Umweltamt der Stadt Frankfurt am Main/Abt. Abwasserüberwachung und Labor) SEF-Ascheproben Mischproben (Mittelwert der Monatsmischroben) MW 2011 MW 2012 MW 2013 MW 2014 Quecksilber Blei Cadmium* Nickel Chrom Thallium Arsen [mg/kg TS] [mg/kg TS] [mg/kg TS] [mg/kg TS] [mg/kg TS] [mg/kg TS] [mg/kg TS] <0,1 97 3, <0,5 15 <0,1 92 2, <0,5 15 <0,1 96 2, <0,5 14 <0,1 88 2, <0,5 12 MW 2015 <0,1 78 2, <0,5 13 DüMV nach Anhang 2, Tabelle 1 (Kennzeichnungsschwellen und Grenzwerte für. Nr. 1.4 Schadstoffe) Kennzeichnung erforderlich 0, , ,5 20 Begrenzung 1, ,5 80-1,0 40 *Cadmium - Regelung für Phosphatdünger: Kennzeichnung ab 20 mg/kg P2O5, Grenzwert 40 mg/kg P2O5 - SEF Asche: ca. 11 mg Cd je kgp2o5 im Mittel und 30 mgcd/kg P2O5 unter ungünstigsten Annahmen (höchster Cd-Wert zu niedrigstem P2O5-Wert 2015) : Entsorger möchte mit SEF-Asche zu Düngemittel aufbereiten lassen - Nebenbestandteil Kupfer mit etwa mg/kg enthalten, Grenze 0,07% (2011) - Keine Zulassung der Asche als Dünger möglich, wenn 0,07% Cu überschritten (Schreiben RP DA 2011) - Reduktion Schwermetallkonzentration durch Einfluss auf Einleitungen ist gering SEF-Entscheidung 2011: Keine Verwertung als Düngemittel Folie 13

14 Klärschlammverbrennungsasche als Düngemittel? Neukonzeption der Klärschlammbehandlung bei SEF Veranlassung: SEVA Inbetriebnahme 1981 Ende der Nutzungsdauer Anpassung der Klärschlammbehandlung an den Stand der Technik und Ersatz der SEVA Neubau einer Klärschlammfaulung mit BHKW und Klärschlammtrocknung und verbrennung Realisierung in zwei Phasen auf der ARA Sindlingen Erster Schritt: Neubau einer Klärschlammfaulung Zweiter Schritt: Planung einer Klärschlammtrocknung und Klärschlammverbrennung Möglichkeit der Phosphor-Rückgewinnung aus Asche

15 P-Recycling unter neuen Rahmenbedingungen? Planung/Neubau von Anlagen bei SEF Schlamm ABWASSER aus dem Kanalnetz Vorklärungen Biologien/ Fällungen (integriert) ABWASSER zum Main m³/a + 10% bis 20xx? Pges: Pges: 0,67 mg/l 64 Mg/a - 70% bis 20xx? Faulung Entwässerung Prozesswasserbehandlung Projekt "Faulung/Gasverwertung" (derzeit Entwurfs- und Genehmigungsplanung) Trocknung Verbrennung ASCHE Mg/a Projekt "weitergehende Schlammbehandlung" (aktuell: Start der Grundlagenermittlung/Vorplanung) Pges: Pges: mg/kg 592 Mg/a +20% bis 20xx? Fazit 1: Fazit 2: Fazit 3: P-Entfernung innerhalb der ARAs müsste aus Gesamtschlamm mit hohem Chemikalienaufwand und zusätzlicher Verfahrenstechnik erfolgen. Separate P-Fällstufe wäre in ARAs schwierig realisierbar (Integration wo?, Platzbedarf) Die Klärschlammverbrennungsasche weiter Ort höchster P-Anreicherung bei SEF Folie 15

16 Klärschlammverwertung Inhalt A. Abwasserbeseitigung in Frankfurt am Main B. Aktivitäten P-Recycling der SEF C. Aktuelle Gesetzesentwicklungen/Konsequenzen D. Fazit Folie 16

17 Klärschlamm unter Druck weitgehender Ausstieg der boden-bezogenen Klärschlammverwertung bis 2029 (AbfKlärV) Folie 17

18 Klärschlammverwertung Klärschlammverwertungskosten Status Quo: EUR/t TM Klärschlamm-Monoverbrennung Klärschlamm-Mitverbrennung landwirtschaftliche Verwertung Ausblick: Erhebliche Zunahme der Nachfrage nach Mitverbrennung und Monoverbrennung bereits ab 2018 (DüMV) bis 2029/32 (AbfKlärV) trifft auf Limitierte Kapazitäten der kommunalen Monoverbrennung und Abnehmende Kapazitäten der Mitverbrennung (Energiewende) Folie 18

19 Klärschlammverwertungskapazitäten Kapazitätslücke für Monoverbrennungsanlagen Schätzung (DWA): t TM/a Erforderlicher Zubau von Mono- Klärschlammverbrennungsanlagen (Six/Lehman) Kapazitätslücke kurzfristig mind t TM/a Neubau kurzfristig: 7 Anlagen ( t TM/a) Kapazitätslücke mittelfristig Neubau mittelfristig: t TM/a 16 Anlagen ( t TM/a) Folie 19

20 t*1.000 Stadtentwässerung Frankfurt am Main Klärschlammverwertungskapazitäten 700 Kapazitätsaufbau Monoverbrennungsanlagen für kommunale Klärschlämme 1975 bis 2016 Gesamtkapazität: t TM/a > 19 Jahre: t TM/a 80% > 30 Jahre: t TM/a 40% Datenquelle: Jörg Six, Hagen Lehmann: Gibt es Kapazitätsengpässe bei der Klärschlammmonoverbrennung Folie 20

21 Klärschlammverwertungskapazitäten Erforderlicher Bau von Monoverbrennungsanlagen kurzfristig t TM/a wegen Deckungslücke t TM/a wegen Anlagenersatz t TM/a Bau von Anlagen mittelfristig t TM/a wegen Deckungslücke t TM/a wegen Anlagenersatz t TM/a Bau von Anlagen Folie 22

22 Klärschlammverwertungskapazitäten Kosten der Herstellung von Monoverbrennungsanlagen Erhebliche Nachfrage nach Planungsleistungen und Leistungen im Anlagenbau treffen auf limitierte Kapazitäten: verlängerte Planungszeiten verlängerte Bauzeiten steigende Bau- und Baunebenkosten Folie 23

23 Klärschlamm als Rohstoffquelle Novelle der Klärschlammverordnung 2015 Rückgewinnung von Phosphor für Klärschlämme mit Phosphorgehalt von mehr als 20g Trockenasse je kg Kläranlagen der Größenklasse 5 bis 2029* Kläranlagen der Größenklasse 4 bis 2032* * (12 bzw. 15 Jahre nach Inkrafttreten der Verordnung) Anteil des Klärschlammanfalls Kläranlagen der Größenklasse 1 bis 3: 10% Kläranlagen der Größenklasse 4 und 5: 90% 90% des anfallenden Klärschlamms sind entsprechend zu behandeln! Folie 24

24 Klärschlamm als Rohstoffquelle Problemstellung Keine allgemein anerkannten Verfahren zur Phosphor-Rückgewinnung Bekannte Verfahren zur Phosphor-Rückgewinnung erst in der technischen Erprobung Übernahme technische Risiken und Kosten-Risiken in unbekanntem Umfang Negative Umwelteffekte durch Treibhauspotential bei zusätzlicher Verbrennung zusätzlicher Energieaufwand zusätzlicher Transport Ressourcenverzehr durch Anlagenbau Folie 25

25 Klärschlamm als Rohstoffquelle Kosten der Phosphor-Rückgewinnung Finanzielle Auswirkungen der Phosphor- Rückgewinnung derzeit nicht abschätzbar Gesamtwirtschaftlichkeit der Phosphor- Rückgewinnung aus heutiger Sicht nicht gegeben: Kostendeckung durch Verkaufserlöse nicht absehbar Zusätzliche Kosten für Lagerung und Rückholung von deponierter Asche Folie 26

26 Klärschlamm als Rohstoffquelle Kosten der Phosphor-Rückgewinnung Befragung der Mitgliedsunternehmen: mehr als 50% der befragten Unternehmen können finanzielle Auswirkungen nicht abschätzen zusätzlicher Anstieg der Klärschlammverwertungskosten bis zu 50% Folie 27

27 weitere Kostentreiber der Zukunft Aktuelle Themen Wir werden die Klärschlammausbringung zu Düngezwecken beenden und Phosphor und andere Nährstoffe zurückgewinnen. Forderungen zur weitgehenden Elimination von Phosphor (Flockungsfiltration) Minderung der Gewässerbelastung durch Mikroverunreinigungen Folie 28

28 Inhalt A. Abwasserbeseitigung in Frankfurt am Main B. Aktivitäten P-Recycling der SEF C. Aktuelle Gesetzesentwicklungen/Konsequenzen D. Fazit Folie 29

29 Fazit Druck herausnehmen! Neuordnung der Klärschlammverwertung und Phosphorrückgewinnung mit Augenmaß (1) Traditionelle Phosphor-Rückgewinnung fortführen: Stoffliche Nutzung von qualitativ hochwertigen Klärschlämmen weiterhin zulassen (auch Kläranlagen der Größenklasse 4) Weitere Verlängerung der Übergangsfristen für synthetische Polymere, um entsprechende Produktentwicklungen zu ermöglichen Zulassung aller Klärschlammverbrennungsoptionen ohne Einschränkung mit Blick auf Schaffung von Kapazitäten und die Kostenentwicklung Folie 30

30 Fazit Druck herausnehmen! Neuordnung der Klärschlammverwertung und Phosphorrückgewinnung mit Augenmaß (2) Keine starren Fristen für die flächendeckende Einführung der Phosphor-Rückgewinnung, bis anerkannte Verfahren zur Verfügung stehen Verstärkte Förderung entsprechender Forschungs- und Entwicklungsvorhaben zur der Phosphor-Rückgewinnung Aufbereitung und Vermarktung von Phosphat zu Düngezwecken ist keine Aufgabe der Abwasserwirtschaft Folie 31

31 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit Quellenangaben: Jörg Six, Hagen Lehmann: Gibt es Kapazitätsengpässe bei der Klärschlammmonoverbrennung, in: Gewässerschutz, Wasser, Abwasser, Band 239, 49. Essener Tagung für Wasser- und Abfallwirtschaft, Hrsg. Prof. Dr. Ing J. Pinnekamp, Aachen 2016 Vereinigung kommunaler Unternehmen e.v. (VKU): Leistungsfähigkeit der kommunalen Abwasserentsorger erhalten, VKU Verlag GmbH, Berlin/München, 2015 Deutsche Vereinigung für Wasserwirtschaft, Abwasser und Abfall e.v. (DWA), DWA Politikmemorandum, Positionen zur Umweltpolitik, Hennef, 2016 Folie 32