Nährstoffrückgewinnung aus Abwasser praktikable Verfahren oder politische Zielstellungen? Fabian Kraus, Christian Kabbe,, 18. Mai 2016 www.kompetenz-wasser.de 1 1
Nährstoffrückgewinnung aus dem Abwasserpfad www.kompetenz-wasser.de 2 2
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 www.kompetenz-wasser.de 3 3
Technische P-Rückgewinnungsverfahren www.kompetenz-wasser.de 4 4
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. 10000 t Struvit in Europa zurückgewonnen und recycelt (ca. 1200 t P, 600 t N) www.kompetenz-wasser.de 5 5
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! www.kompetenz-wasser.de 6 6
Überlegungen zur Umsetzung der Phosphorrückgewinnung in Deutschland Eine Abschätzung von Kosten und Umweltauswirkungen www.kompetenz-wasser.de 8 8 Zum Nachlesen: KA 06/2016!
Klärschlamm- und Nährstoffentsorgung/-verwertung in D www.kompetenz-wasser.de 9 9 Nach Destatis 2013, Lehrmann 2011, VQSD 2015
Phosphorfrachten der Kläranlagen in D www.kompetenz-wasser.de 10 10 Nach UBA 2014, DWA 2014
Regionale Verteilung (Phosphorquellen & -entsorgung) www.kompetenz-wasser.de 11 11 Monoverbrennungen nach Krüger & Adam 2014, Mitverbrennungen nach Jasper & Kappa 2012, Phosphordüngemittel-Industrie nach IVA 2014
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 www.kompetenz-wasser.de 12 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 www.kompetenz-wasser.de 13 13 Berechnet nach Nättorp & Remmen 2015, LfU 2011, DWA 2012, Wiechmann et al. 2013, Hermann 2014
Phosphorrückgewinnung und fossile Energie (nur GK 5) KEA fossil D (2013): 11.220.000 TJ/a KEA fossil Kläranlagen D: 12.000 TJ/a www.kompetenz-wasser.de 14 14 Berechnet nach Remy & Jossa 2015
Phosphorrückgewinnung und Treibhausgase (nur GK 5) THG D (2013): 951.000 kt CO 2 -Eq/a www.kompetenz-wasser.de 15 15 Berechnet nach Remy & Jossa 2015
Phosphorrückgewinnung und Treibhausgase (nur GK 5) www.kompetenz-wasser.de 17 17 Berechnet nach Remy & Jossa 2015
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 20.000 t P denkbar Landwirtschaftliche Verwertung qualitativ hochwertiger Klärschlämme (12.000 t P) beibehalten Ausschließliche Monoverbrennung hat dem gegenüber negative Effekte; Mitverbrennung energetisch besser www.kompetenz-wasser.de 18 18
Phosphorrückgewinnung aus Klärschlammaschen Klärschlammasche Klärschlammasche Phosphor- (und Fe-/Al-)gehalte entscheiden über Wirtschaftlichkeit der Rückgewinnung www.kompetenz-wasser.de 19 19 Nach Krüger & Adam 2014
Phosphor und andere Nährstoffe zurückgewinnen spezifizischer Aufwand/Emissionen Verbrauch Deutschland Gesamtaufwand/ -emission D total: 3.117 D total: 951 EcoInvent 3.1, 2016 IVA, 2015 www.kompetenz-wasser.de 21 21
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! www.kompetenz-wasser.de 22 22
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 www.kompetenz-wasser.de 23 23
Struvite Recovery & Recycling Learning Alliance am 16./17. Juni in Amersfoort (NL) http://www.eip-water.eu/arreau-struvite-recovery-recycling-learning-alliance Berliner Wasserwerkstatt (Kolloquium des KWB) Zum Thema: Nährstoffrückgewinnung im September 2016 in Berlin www.kompetenz-wasser.de Kontakt: fabian.kraus@kompetenz-wasser.de www.kompetenz-wasser.de 24 24