ParadigmeNwechsel. von der Elimination zum Recycling. Prof. Dr.-Ing. habil. Thomas Dockhorn

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1 ParadigmeNwechsel von der Elimination zum Recycling Prof. Dr.-Ing. habil. Thomas Dockhorn Seminar der Dr. Born Dr. Ermel GmbH am 3. März 2016 im Schloss Etelsen

2 Warum Nährstoffelimination? Chaosee (Provinz Anhui, VR China) 3. März 2016, Schloss Etelsen ParadigmeNwechsel von der Elimination zum Recycling 2

3 Die Forschung als Spiegel relevanter gesellschaftlicher Fragestellungen 3. März 2016, Schloss Etelsen ParadigmeNwechsel von der Elimination zum Recycling 3

4 Bemessung nach A 131 ein kurzer Rückblick (Quelle: ATV, 1981) 3. März 2016, Schloss Etelsen ParadigmeNwechsel von der Elimination zum Recycling 4

5 Bemessung nach A 131 ein kurzer Rückblick (Quelle: Bever et al., Weitergehende Abwasserreinigung) 3. März 2016, Schloss Etelsen ParadigmeNwechsel von der Elimination zum Recycling 5

6 Das A131 (1991) ein Meilenstein und ein wesentliches Ergebnis der vielen Forschung C S [mg/l] Auswaschpunkt C S X BM X BM [mg/l] t TS,Bem. [d] t TS,Bem = t TS,aerob 1 V V D BB t TS,aerob = 10d t TS [1/d] 1 2 SF V D /V BB [-] µ max S NO3,D c BSB,ZB t TS T ÜS d,c V D V N 3. März 2016, Schloss Etelsen ParadigmeNwechsel von der Elimination zum Recycling 6

7 Belebungsverfahren -grundlegende Zusammenhänge Quelle: Imhoff (1993) 3. März 2016, Schloss Etelsen ParadigmeNwechsel von der Elimination zum Recycling 7

8 Verfahrensvarianten Denitrifikation ext. C Quelle: Werner (1991) ext. C Quelle: Von der Emde (1987) 3. März 2016, Schloss Etelsen ParadigmeNwechsel von der Elimination zum Recycling 8

9 Verfahrensvarianten Bio-P Quelle: Boll (1988) 3. März 2016, Schloss Etelsen ParadigmeNwechsel von der Elimination zum Recycling 9

10 Stand der Technik -Degradationsprinzip N 2 CO 2 C, N, P C,P C, N, P Bio-P Denitrifikation Nitrifikation CO 2 CH 4 CO 2 P Asche- Entsorgung Trocknung/ Verbrennung Entwässerung Faulung 3. März 2016, Schloss Etelsen ParadigmeNwechsel von der Elimination zum Recycling 10

11 Kennzeichen der konventionellen Abwasserreinigung - Erfordert hohen Ressourceneinsatz (Geld, Energie, Rohstoffe) - Produziert viel Schlamm (den niemand haben will) - Eliminiert abwasserbürtige Ressourcen - Erzeugt keine Wertschöpfung Sorgt aber für saubere Vorfluter 3. März 2016, Schloss Etelsen ParadigmeNwechsel von der Elimination zum Recycling 11

12 Woher der Sinneswandel? H 2 O N, P, K "Problemstoffe" Organik (CSB) Effekte: - Verunreinigung des Wassers - Verdünnung von Wertstoffen - Verteilung von Problemstoffen 3. März 2016, Schloss Etelsen ParadigmeNwechsel von der Elimination zum Recycling 12

13 Argument I: Phosphat als zunehmend limitierte Ressource Quelle: Eamon Keane Reichweite: ca Jahre (Reserven) (je nach Quelle, Schätzung, Qualität und Förderkosten 3. März 2016, Schloss Etelsen ParadigmeNwechsel von der Elimination zum Recycling 13

14 Argument II: Selbst Klärschlamm hat einen Wert Bsp.: der Wert des chinesischen Rohschlamms Ressource Marktwert Wert RS [ /ttr] Ressourcenpotential für China [ /a] Phosphor (P) 2,02 /kg P 57, Stickstoff (N) 1,03 /kg N 37, Feststoffe (TS) 0,094 /kg TS 93, Σ = 7,1 Mrd. /a bzw. 188 / t TR Rohschlamm 3. März 2016, Schloss Etelsen ParadigmeNwechsel von der Elimination zum Recycling 14

15 Argument III: Nährstoffelimination ist kostenintensiv Abwasser: Wert der Ressourcen und Behandlungskosten Parameter Gesamt- abwasser Gelb- wasser Braun- wasser Grau- wasser N [ /m 3 ] 0,03 3,78 0,19 0,00 P [ /m 3 ] 0,01 0,42 0,15 0,00 K [ /m 3 ] 0,01 0,74 0,07 0,00 CSB [ /m 3 ] 0,05 0,84 1,43 0,02 Σ Wertstoffpotenzial [ /m 3 ] 0,10 5,78 1,84 0,02 Wertstoffpotenzial Kosten Abwasserreinigung N [ /m 3 ] 0 7,21 0,29 0 P [ /m 3 ] 0 2,75 0,93 0 CSB [ /m 3 ] 0 3,68 6,51 0 Grundkosten [ /m 3 ] 1,15 1,15 1,15 0,90 Σ Reinigungskosten [ /m 3 ] 1,15 14,79 8,88 0,90 3. März 2016, Schloss Etelsen ParadigmeNwechsel von der Elimination zum Recycling 15

16 Einfluss von Stickstoff auf die Kläranlagengröße Bisher (herkömmliches Abwasser) P N 2 CSB, NH 4 + Vergleich V BB -75% Nach Abtrennung von Gelbwasser CSB O 2-50% ÜS d +5% Fe % 3. März 2016, Schloss Etelsen ParadigmeNwechsel von der Elimination zum Recycling 16

17 Paradigmenwechsel in der Abwasserwirtschaft Der Kluge löst Probleme, Der Weise vermeidet sie. (Chinesisches Sprichwort) Welche grundsätzlichen Strategien zur Umsetzung sind möglich bzw. sinnvoll? 3. März 2016, Schloss Etelsen ParadigmeNwechsel von der Elimination zum Recycling 17

18 Strategie I: Stoffstromseparation und angepasste Behandlung Wassermenge 97,5% 87% Stickstoff (N) Phosphor (P) Kalium (K) Organik (CSB) Anteile [%] 34% 41% 50% 54% 40% 47% 10% 3% Grauwasser 12% 12% 10% 0,8% 1,8% Gelbwasser Braunwasser 3. März 2016, Schloss Etelsen ParadigmeNwechsel von der Elimination zum Recycling 18

19 Beispiel: Technisches Konzept zum Nährstoffrecycling Faulgas Schwarzwasser 55 C Fest/Flüssig- Trennung Feststoff zur landwirtschaftl. Verwertung Produkte: Faulung MgO H 2 SO 4 MAP-Fällung NaOH Luft Fest/Flüssig- Trennung flüssig Ammoniak- Strippung MAP Flüssigphase zur Kläranlage Luft (NH 4 ) 2 SO 4 - Lösung 3. März 2016, Schloss Etelsen ParadigmeNwechsel von der Elimination zum Recycling 19

20 Strategie II: Implementierung in bestehende Systeme -mögliche Ansatzpunkte für ein P-Recycling 1 Belebungsanlage Faulung Trocknung/ Verbrennung Abwasser 100% ~20% 2 Zentrat Asche 3 P-Fällung ~80% Säure- Aufschluss 3. März 2016, Schloss Etelsen ParadigmeNwechsel von der Elimination zum Recycling 20

21 Kostenwirksame Komponenten beim P-Recycling Faulung Trocknung/ Verbrennung Abwasser Asche 3 P-Fällung ~80% Belebungsanlage Säure- Aufschluss 3. März 2016, Schloss Etelsen ParadigmeNwechsel von der Elimination zum Recycling 21

22 Kostenwirksame Komponenten beim P-Recycling Faulung Trocknung/ Verbrennung Abwasser ~20% 2 Zentrat Asche Belebungsanlage Säure- Aufschluss 3. März 2016, Schloss Etelsen ParadigmeNwechsel von der Elimination zum Recycling 22

23 Kostenwirksame Komponenten beim P-Recycling 1 Belebungsanlage Faulung Trocknung/ Verbrennung Abwasser 100% Zentrat Asche P-Fällung Säure- Aufschluss 3. März 2016, Schloss Etelsen ParadigmeNwechsel von der Elimination zum Recycling 23

24 Paradigmenwechsel: Die wissenschaftlichen Themen haben sich geändert 3. März 2016, Schloss Etelsen ParadigmeNwechsel von der Elimination zum Recycling 24

25 Wie wird aus dem Paradigmenwechsel ein Systemwechsel? Paradigma I: End-of-pipe-Technologien Paradigma II: IntegrierteTechnologien Durch einen Transformationsprozess! 3. März 2016, Schloss Etelsen ParadigmeNwechsel von der Elimination zum Recycling 25

26 Interdisziplinarität, Leuchttürme und Transformationsprozess Akzeptanz Wassersparende Sanitärtechnik auf dem Vormarsch NaWaRo-Anlagen, EEG Gesetze & Richtlinien Ökologie Ökonomie KA-Betrieb: Entfrachtung von KAs Ressourcenverknappung und steigende Rohstoffpreise Technik 3. März 2016, Schloss Etelsen ParadigmeNwechsel von der Elimination zum Recycling 26

27 Die Herausforderung ist der Übergang vom Paradigmenwechsel zum (technischen) Systemwechsel N S Mg P orgc Ca Na K 3. März 2016, Schloss Etelsen ParadigmeNwechsel von der Elimination zum Recycling 27