Phosphorrecycling: Aktueller Stand und Perspektiven

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1 Phosphorrecycling: Aktueller Stand und Perspektiven Fabian Kraus, Christian Remy, Christian Kabbe, Bochumer Workshop zur Zukunft der Kläranlage,

2 Traditionelle ausbringung N und P-Rückgewinnung aus der Wasserphase P-Rückgewinnung aus der Festphase Nährstoffrückgewinnung aus dem Abwasserpfad Nahrung Landwirtschaft (z.b. Düngemittel) Mensch Abwasser Kohlenstoff und Nährstoffe N & P Kläranlage 2 2

3 Traditionelle ausbringung t P/a P-Rückgewinnung aus der Wasserphase 250 t P/a Nährstoffrückgewinnung aus dem Abwasserpfad Nahrung Landwirtschaft (z.b. Düngemittel) Mensch Abwasser Kohlenstoff und Nährstoffe Kläranlage 3 3

4 Ansatzpunkte für die Rückgewinnung Konventionelle Chem-P Kläranlage Atmosphere 50 % N Zulauf 100 % Wasser 100 % N 100 % P Kläranlage Ablauf 100 % Wasser 15 % N 8 % P 1 % Wasser 15 % N 2 % P Rohschlamm 1 % Wasser 50 % N 94 % P entwässerter Schlamm und 0 % Wasser 30 % N 92 % P 4 4

5 Ansatzpunkte für die Rückgewinnung Konventionelle Chem-P Kläranlage Konventionelle Bio-P Kläranlage Atmosphere 50 % N Atmosphere 50 % N Zulauf Ablauf Zulauf Ablauf 100 % Wasser 100 % Wasser 100 % Wasser 100 % Wasser 100 % N Kläranlage 15 % N 100 % N Kläranlage 15 % N 100 % P 8 % P 100 % P 10 % P 1 % Wasser 15 % N 2 % P Rohschlamm 1 % Wasser 50 % N 94 % P entwässerter Schlamm und 0 % Wasser 30 % N 92 % P 1 % Wasser 15 % N 20 % P Rohschlamm 1 % Wasser 50 % N 110 % P entwässerter Schlamm und 0 % Wasser 30 % N 90 % P 5 5

6 Technische P-Rückgewinnungsverfahren 6 6

7 Umsetzung in Europa (September 2016) 7 7

8 Umsetzung in Europa (September 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 in Europa zurückgewonnen und recycelt (ca t P, 750 t N) 8 8

9 Umsetzung in Europa (September 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 in Europa zurückgewonnen und recycelt (ca t P, 750 t N) 9 9

10 verfahren der 1. Generation Primärschlamm *fällung entweder vor oder nach der fällung* fällung*

11 verfahren der 1. Generation Primärschlamm *fällung entweder vor oder nach der fällung* fällung*

12 verfahren der 1. Generation Primärschlamm *fällung entweder vor oder nach der fällung* waternet fällung* Kabbe

13 verfahren der 1. Generation Primärschlamm *fällung entweder vor oder nach der fällung* waternet fällung* Kabbe

14 verfahren der 1. Generation Primärschlamm *fällung entweder vor oder nach der fällung* waternet fällung* Kabbe

15 verfahren der 1. Generation Primärschlamm *fällung entweder vor oder nach der fällung* waternet fällung* Kabbe

16 Technische P-Rückgewinnungsverfahren

17 WASSTRIP-PEARL-Kombination Primärschlamm Eindickung Hoher Anteil an leicht verfügbaren Kohlenwasserstoffen WASSTRIP Vorentwässerung Hohe Orthophosphat -konzentration Hohe Ammonium -konzentration PEARL

18 WASSTRIP-PEARL-Kombination Primärschlamm Eindickung Hoher Anteil an leicht verfügbaren Kohlenwasserstoffen WASSTRIP Vorentwässerung Hohe Orthophosphat -konzentration Hohe Ammonium -konzentration PEARL

19 Primärschlamm Eindickung Beispiel Amersfoort LYSOTHERM Hoher Anteil an leicht verfügbaren Kohlenwasserstoffen WASSTRIP Vorentwässerung Hohe Orthophosphat -konzentration Hohe Ammonium -konzentration PEARL

20 Primärschlamm Eindickung Beispiel Amersfoort LYSOTHERM Hoher Anteil an leicht verfügbaren Kohlenwasserstoffen Eliquo WASSTRIP Eliquo Vorentwässerung Hohe Orthophosphat -konzentration Hohe Ammonium -konzentration PEARL Kabbe

21 Primärschlamm Eindickung Beispiel Amersfoort LYSOTHERM Hoher Anteil an leicht verfügbaren Kohlenwasserstoffen Eliquo WASSTRIP Eliquo Vorentwässerung Investment costs: ~ 11 mio Payback Time: ~ 7 years Hohe Orthophosphat -konzentration Hohe Ammonium -konzentration PEARL Kabbe

22 Kombination von Nährstoff- und Energierückgewinnung LD (Lysis-Digestion) Primärschlamm *fällung entweder vor oder nach der fällung* Thermalhydrolyse NaOH optional N- Rückgewinnung fällung* H 2 SO 4 DAS

23 Kombination von Nährstoff- und Energierückgewinnung LD (Lysis-Digestion) Primärschlamm *fällung entweder vor oder nach der fällung* Thermalhydrolyse NaOH optional N- Rückgewinnung fällung* H 2 SO 4 DAS

24 Kombination von Nährstoff- und Energierückgewinnung DLD (Digestion-Lysis-Digestion) Primärschlamm Thermalhydrolyse Vorentwässerung NaOH optional N- Rückgewinnung fällung H 2 SO 4 DAS

25 Kombination von Nährstoff- und Energierückgewinnung DLD (Digestion-Lysis-Digestion) Primärschlamm Thermalhydrolyse Vorentwässerung NaOH optional N- Rückgewinnung fällung H 2 SO 4 DAS

26 MoDiCo-Verfahren (Modular-Digestion-Control) Primärschlamm NaOH Thermischchemische Hydrolyse N-Elimination/- Rückgewinnung P-Elimination/ fällung H 2 SO 4 DAS

27 MoDiCo-Verfahren (Modular-Digestion-Control) Primärschlamm NaOH Thermischchemische Hydrolyse N-Elimination/- Rückgewinnung P-Elimination/ fällung H 2 SO 4 DAS

28 Energie- und Nährstoffrückgewinnungskaskaden Hydrolysen Thermo-Druck-Hydrolysen (ca. 160 C, 6 bar) Batch oder kontinuierlich Dampf oder Wärmetauscher Thermisch-chemische Hydrolysen (60-70 C, 1-2 kg NaOH/m³) Mesophil bessere Entwässerbarkeit Thermophil höhere Ausbeute und Rücklösung Entscheidend im Hinblick auf die Wirtschaftlichkeit!!! Aggregate und Polymere sind im Hinblick auf unterschiedliche (neue) Schlammtypen zu evaluieren! Ausschleusung P (/CaP) Ansatzpunkt: Zentrat oder Faulschlamm? Bewährte Verfahren am Markt (> 80 % Rückgewinnung) Ausschleusung N (DAS o.ä.) Abschließende vergleichende Bewertung liegt nicht vor: Dampf-, Luft- oder Membranstrippung, Vakuumentgasung Wirtschaftlich zu optimieren (Laugeverbrauch, N-Ausbeute)

29 Zusammenfassung Phosphorrückgewinnung/-recycling (für Bio-P Kläranlagen). nicht zwingend teuer auch für den KA-Betreiber aus operativen Gründen attraktiv für < 0 /Tonne produziert Recycling nicht vom P-Marktpreis abhängig Kombination von Modulen individuell auf Kläranlagen anpassbar folgerichtige Zusammenstellung (optimiertes ph- und Wärmemanagement) Maximierung der Erträge (Biogas und Nährstoffe) Minimierung der Kosten (Schlammmenge, operative Probleme, Chemikalien, Wärme, Strom)

30 Die Novelle der AbfKlärV Wir werden die ausbringung zu Düngezwecken beenden und Phosphor und andere Nährstoffe zurückgewinnen (BR, 2013) Anlagenscharfe Vorgaben der Novelle kontraproduktiv - der Roll-out heute wirtschaftlicher Technologien wird nicht gefördert Monoverbrennung und Rückgewinnung aus bzw. Monodeponierung von Asche werden durch Novelle klar favorisiert Fokussierung auf hohe Rückgewinnungsraten Energieeffizienz??? Treibhausgasemissionen??? C- bzw. N-Recycling??? Wirtschaftlichkeit???

31 Schlussfolgerungen 1. Entwicklung regionaler P-Rückgewinnungsziele und -strategien an Stelle von festen Zielen pro Kläranlage 2. Heute wirtschaftliche Verfahren umsetzen, geringe Rückgewinnungsraten sind und Limitierung auf Bio-P-Kläranlagen sind erstmal zweitrangig Steigerung der Ausbeuten durch Erfahrungen in der Praxis 3. Einbeziehung von anderen Nährstoffen (Stickstoff) in Recyclingstrategien sowie Evaluierung der Energieeffizienz Energieeffizienz Spurenstoffentfernung Ressourceneffizienz (Rückgewinnung) Kosteneffizienz, -neutralität Weitergehende Nährstoffentfernung Klimaschutz (Minderung der Treibhausgasemissionen)

32 Herzlichen Dank für Ihre Aufmerksamkeit Berliner Wasserwerkstatt (Kolloquium des KWB) Phosphor-Recycling - Nexus zwischen Wasser- und Landwirtschaft Am 28. September 2016 in Berlin Kontakt: fabian.kraus@kompetenz-wasser.de