Strategie Klärschlammverwertung und P-Rückgewinnung Kanton Zürich

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1 Kanton Zürich AWEL Strategie Klärschlammverwertung und P-Rückgewinnung Kanton Zürich Dr. Leo S. Morf Phosphorrecycling: Wie weiter? - BAFU-BLW-Tagung, 30. August 2017, Bern 1

2 1. Ausgangslage (2007) Abwasserentsorgung im Kanton Zürich (1.4 Mio. EW) 72 öffentliche Kläranlagen (230 Mio. m3 Abwasser) m3 gefaulter KS = teks/a (30% TS) Seit 2006 ist Klärschlamm ein Siedlungsabfall, der entsorgt werden muss! (Klärschlammdüngerverbot) 2

3 Damalige Klärschlammentsorgung (bis Mitte 2015) Entsorgung erfolgt stark regional. Entsorgungspfade: MVA: 65% Zementwerke: 10% Kleinere/ältere Monoverbrennungsanlagen 25% Entsorgungsengpässe ab

4 Erkenntnisse zu Phosphor: Wertvollste Ressource im Klärschlamm (KS) - Essentieller Nährstoff für Mensch und Tier - Endliches Vorkommen in nur einzelnen Ländern - Grosses Potential in KS Mineraldüngerimport Flüsse in t/a P 4

5 Phosphorrückgewinnung als Teil des Massnahmenplans Abfall- und Ressourcenwirtschaft

6 2. Phosphor-Mining: Strategie und Umsetzung der Klärschlammentsorgung mit P-Rückgewinnung im Kanton Zürich 6

7 Von der Strategie (2007). Regierungsratsbeschluss 572/2007 setzt klare Rahmenbedingungen für Klärschlammentsorgung: Rahmenbedingungen bilden Festlegungen zur Phosphorrückgewinnung und Energienutzung. Planung zukünftiger Entsorgungswege ist so auszurichten, dass: - die (spätere) Rückgewinnung des Wertstoffes Phosphor möglich ist. - erneuerbare Energie, unabhängig vom Ort der Behandlung, wirtschaftlich optimal genutzt wird. zur Umsetzung (bis heute) 7

8 Erster Wichtiger Schritt: Umfeldbeobachtung ( ): P-Rückgewinnungsverfahren/Alternative Entsorgungsketten 29 technische Verfahren (Stand 2009) Integriert in 6 Entsorgungsketten Bewertungskriterien: - Wirtschaftlichkeit - Energienutzung - P-Rückgewinnungsgrad 8

9 Resultat der Abklärungen (2009) bezüglich Phosphorgewinnung aus dem Abwasserpfad Grundsätzlich 4 mögliche Orte der P-Nutzung in der ganzen Entsorgungskette: 100 % Ablauf Schlammwasser 2 Schlamm 1 3 ARA Schlammbehandlung (Faulung, Entwässerung) 35 % 70 % 85 % Bauliche Massnahmen auf den ARA s notwendig Monoverbrennung 4 Asche Max. Rückgewinnung von Phosphor mit bestem Verfahren in % des Zulaufs Fazit: Die Monoverbrennung erfüllt die vorgegebenen Kriterien bzgl. Stand der Technik, P-Rückgewinnung, Energie und CO 2 am besten! 9

10 2. Planung und Bau der neuen zentralen Klärschlammverwertung im Klärwerk Werdhölzli Juni 2010: Standortevaluation abgeschlossen August 2011: Kantonaler Zuweisungsbeschluss für 171 Kommunen : Planung und Bau mit 93.9% Volks- Zustimmung im März 2013 Quelle: ERZ Quelle: ERZ 10

11 Seit Mitte 2015 verwertet die neue zentrale Klärschlammverwertungsanlage im Klärwerk Werdhölzli der Stadt Zürich den gesamten Klärschlamm aus den 171 Kommunen des Kantons und produziert aus rund t EKS rund t /a Klärschlammasche. Bis zum Betrieb einer P-Rückgewinnung wird die KSA in einer Monodeponie Quelle: ERZ abgelagert und damit P als Ressource gesichert. Quelle: ERZ 11

12 3. Abklärungen zur P-Rückgewinnung aus KSA Seit 2011 läuft Evaluation der Machbarkeit der direkten P-Rückgewinnung aus der Klärschlammasche (KSA) Ziele des Phosphor-Mining Kreisläufe: Effiziente Phosphorrückgewinnung Optimale Schwermetallentfrachtung Stoffliche Verwertung der Mineralik Fällmittelrückgewinnung für ARAs Klärschlammasche mit Phosphor (Quelle: AWEL) Verfahren: Robust und stabiles Verfahren Konstant hohe Qualität der Produkte Hohe Anlagenverfügbarkeit 12

13 Die Vision vom Dünger Klärschlammasche Phosphor als Dünger in den Kreislauf zurückführen Verfahrensevaluation und Machbarkeit der P-Düngerproduktion aus KSA mit Labor- und Feldversuche: Erkenntnisse im Herbst 2013 bzgl. Quelle: AWEL Nass.-chem. P-Extraktion (Leachphos, BSH) als favorisiertes Verfahren - ist technisch machbar (Grossversuch) Quelle: Leachphos-Grossversuch (BSH/AWEL), Labor- und Feldversuche (Agroscope) - enthält interessante Optimierungspotentiale 13

14 Risikoanalyse: Vom Dünger zur P-Säure 14

15 Richtungsentscheid Mitte 2014: Ziel: Marktfähiges Produkt Phosphorsäure Klärschlammasche Umsetzung Phosphorsäure für Lebensmittel Phosphorsäure Phosphorsäure für technische Anwendungen Quelle: AWEL Laufende Abklärungen: 1) Durch die Stiftung ZAR 2) Wahl der Solventextraktion 3) Zusammen mit dem Industriepartner Técnicas Reunidas SA mit dem Phos4life -Verfahren (P4L) 4) Labor- (2015) und Pilotphase (Seit 2016) 15

16 Mehr zum Stand im Projekt: Anmeldung: sekretariat(at)zar-ch.ch. oder heute bei mir! 16

17 Kurzer Exkurs: Düngermarkt Schweiz Übersicht Qualität eingesetzter Dünger in der Schweiz (BLW, 2011/12): mg Cadmium pro kg P 2 O Grenzwert : 22 * ) Minimale Düngerkonzentration ohne Akkumulation im Boden In EU gemäss CSTEE, 2002 =60 gcd/tp > > > * ) keine Akkumulation in den Böden zu erwarten Quelle: BLW, 2015: Marktkampagne Dünger 2011/2012, Kennzeichnung und Schwermetalle Fazit: Hohe Cadmium-Bodenbelastung durch kontinuierliche P-Versorgung auf heutiger Rohphosphatbasis. 17

18 Kadmiumherkunft aus Mineraldüngern 1/3 Rohphosphat Heute mit z.b. 100 mg Cd/kg P 2 O 5 2/3 P-Säure P-Dünger >50 mit z.b. 50 mg Cd/kg P 2 O 5 1/3 Rohphosphat Mit qualitativ guter P-Säure mit z.b. 100 mg Cd/kg P 2 O 5 2/3 P-Säure P-Dünger 40 mit 1 mg Cd/kg P 2 O 5 Mit Phos4life u.a. Massnahmen P-Säure oder andere P-Quellen P-Dünger <20 Cadmiumgrenzwert in Mineraldüngern CH EU (geplant) mg Cd/kg P 2 O

19 4. Fazit Allgemein: - P-Rückgewinnung aus dem Abwasserpfad ist ein integrales Element der KS-Verwertung - P-Recyclingverfahren sind nur sinnvoll, wenn ein marktfähiges Produkt erzeugt werden kann. - Wenn die Gewinnung von P aus dem Abwasserpfad in der CH bis 2025 umgesetzt werden soll, haben sich Lösungsansätze zwingend an der bestehenden Infrastruktur für die Abwasserentsorgung und Klärschlammbehandlung zu orientieren. - Allfällige (Mehr-)Kosten sind als Teil der Abwasserbehandlung auszuweisen. Für Inhaber von Klärschlammasche: - Mit dem P4L-Verfahren verfügen wir über einen Lösungsansatz mit dem Phosphor aus dem Abwasserpfad in das Produkt P- Säure überführt werden kann und mit der Rückgewinnung weiterer Wertstoffe eine praktisch rückstandsfreie Verwertung möglich ist. 19

20 Vielen Dank für Ihr Interesse und Ihre Aufmerksamkeit! Dokumentation: Bei Fragen: Dr. Leo Morf Seite 20 20