Prophos
Rückgewinnung von Phosphor aus Abwasser, Klärschlamm und Rückständen thermischer Klärschlammbehandlung
Ziel dieses gemeinsamen Forschungsprojektes der TU-Darmstadt, der Universität Hannover und der Forschergruppe Feuchtemesstechnik (SMG) der Universität Karlsruhe ist es, umfassend die Möglichkeiten einer Phosphorrückgewinnung in der kommunalen Abwasserreinigung als wichtige P-Senke zu untersuchen und zu optimieren, um wieder verwertbare Rohstoffe zu schaffen. Durch die Kooperation der Projektteilnehmer kann dabei eine Betrachtung sowohl der wässrigen Phase als auch des Klärschlamms und der Klärschlammasche erfolgen.
Das Hauptziel ist, Phosphat verfahrenstechnisch praktikabel und wirtschaftlich aus Abwasser (Teilstudie A), Klärschlamm und -asche (Teilstudie B) zurückzugewinnen und ein gut verwertbares, möglichst reines, d.h. schadstofffreies Produkt zu schaffen, das entweder direkt z.B. als Dünger verwendet oder als Rohstoff in der Düngemittel- oder P-verarbeitenden Industrie eingesetzt werden kann.
Teilstudie A.1: Rückgewinnung von Phosphor aus der wässrigen Phase
Erhöhung der P-Konzentration in der Wasserphase und MAP-Fällung
Bearbeiter: ISAH Leibniz Universität Hannover
Der heute übliche Weg der Phosphatentfernung aus kommunalen Abwässern zielt darauf ab, Phosphor biologisch durch Einbindung in die Zelle und/oder Simultan- bzw. Nachfällung in die Festphase zu überführen. Ist das Ziel die Rückgewinnung des Phosphors, so ergeben sich drei Abwasserströme in denen eine gezielte Fällung als Calcium- oder Magnesium-Ammonium-Phosphat erfolgen kann. Das ist zum einen im Ablauf der Kläranlage als Nachfällung im Hauptstrom der Kläranlage, zum zweiten im Nebenstrom der Kläranlage kombiniert mit einer gezielten Rücklösung des biologisch gebundenen Phosphors aus dem Rücklaufschlamm oder eingedickten Überschussschlamm. Als Drittes besteht die Möglichkeit Phosphor im Schlammwasser (also nach der Faulung) durch Fällung erneut zu binden und der Rückgewinnung zuzuführen. Ziele des Teilprojektes A.1 innerhalb des Gesamtverbundes ProPhos sind daher:
a) Optimierung der Rücklösung von Phosphor aus dem Rücklaufschlamm und Überschussschlamm in die Wasserphase. Die für eine Maximierung der Phosphorkonzentration im Anaerobbecken des Nebenstromverfahrens notwendigen Milieubedingungen werden hierbei zunächst in Laborversuchen bestimmt und anschließend durch großtechnische Daten verifiziert.
b) Abschätzung von Aufwand und Wirkungsgrad verschiedener Desintegrationsverfahren im Hinblick auf die Phosphorrückgewinnung durch Messungen und Auswertung vorhandener Daten auf zwei großtechnischen Anlagen mit zwei unterschiedlichen Desintegrationsverfahren (Homogenisator, Ultraschall).
c) Bestimmung optimaler Betriebspunkte der MAP-Fällung (Magnesium-Ammonium-Phosphat) als alternatives Verfahren zu dem im Teilprojekt A.2 untersuchten Kristallisationsverfahren. Die verschiedenen Einflussfaktoren werden zunächst in Laborversuchen untersucht. Im Anschluss erfolgt eine Verifizierung im halbtechnischen Versuchsbetrieb. Aus den ermittelten Daten wird die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens abgeschätzt.
d) Bewertung des maximalen Rückgewinnungspotentials aus der wässrigen Phase in Abhängigkeit der verwendeten Verfahrenstechnik und dem Ansatzpunkt im Kläranlagenverlauf auf Basis der ermittelten Daten aus Teilprojekt A.1 und A.2. Basis bildet hierbei ein im Rahmen des Projektes angepasstes durchgängiges Kläranlagenbilanzmodell.
>>Der Schlussbericht steht Ihnen hier zur Verfügung
Teilstudie A.2: Rückgewinnung von Phosphor aus der wässrigen Phase
Kristallisation im Pilotmaßstab
Bearbeiter: Forschergruppe Feuchtemesstechnik, Universität Karlsruhe
Die Forschergruppe Feuchtemesstechnik (SMG) der Universität Karlsruhe beschäftigt sich in einer Teilstudie des ProPhos-Projekts mit der Phosphor-Rückgewinnung und Phosphor-Abtrennung aus kommunalem Abwasser mittels Kristallisation, um Calciumphosphat als wieder verwertbares Produkt zu generieren. Die halbtechnischen Kristallisationsreaktoren (Rührreaktor- und Schwebebetttechnologie) werden sowohl auf kommunalen Abwasserkläranlagen im Haupt- als auch im Nebenstrom eingesetzt. Dabei stehen die verfahrenstechnische Optimierung und die Materialcharakterisierung geeigneter Kristallisationssubstrate im Vordergrund.
Weiterhin wird in Zusammenarbeit mit dem Institut für Siedlungswasser- und Abfalltechnik (ISAH) der Universität Hannover die Möglichkeit untersucht, das Kristallisationsverfahren zur Phosphor-Abtrennung aus den Zentraten der Schlammdesintegration anzuwenden und hierin einen Vergleich mit der MAP-Fällung zunächst im Labormaßstab zu führen.
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Teilstudie B: Rückgewinnung von Phosphor aus Klärschlamm und Klärschlammaschen
Bearbeiter: Institut WAR Wasserversorgung und Grundwasserschutz, Abwassertechnik, Abfalltechnik, Industrielle Stoffkreisläufe, Umwelt- und Raumplanung, Technische Universität Darmstadt
Ziel des Teilprojektes B ist Phosphat wirtschaftlich aus Klärschlamm und –asche zurückzugewinnen. In diesem Teil des Vorhabens wird Phosphor aus den Klärschlämmen und Rückständen einer thermischen Klärschlammbehandlung über chemische Extraktions- bzw. Löseverfahren abgetrennt und aus der wässrigen Phase über verschiedene Technologien, wie z.B. Membranfiltration, Ionenaustauscher aber auch Fällungen/Kristallisationsprozesse, wiedergewonnen.
Dabei sollen im Einzelnen die Umlagerungsprozesse des Phosphors während der Schlammbehandlung, insbesondere während unterschiedlicher Stabilisierungsverfahren, sowie während der thermischen Behandlung von Klärschlamm untersucht werden. Zurückliegende Forschungsvorhaben haben gezeigt, dass die Bindungsart des Phosphors und der Metalle im Klärschlamm und in Klärschlammaschen vor allem von den eingesetzten Verfahren der Phosphorelimination und der Stabilisierung abhängen. Die unterschiedlichen Bindungsformen beeinflussen die Möglichkeiten den Phosphor aus Klärschlamm und Klärschlammaschen bei verschiedenen pH Bereichen zu eluieren.
Daneben soll untersucht werden, ob es möglich ist, die Bindungsformen des Phosphors im Klärschlamm und in Klärschlammaschen durch Zuschlagsstoffe gezielt zu beeinflussen sowie eine wirtschaftliche Abtrennung und Rückgewinnung zu ermöglichen.