Erfahrungen und Überlegungen zur Phosphorrückgewinnung aus Klärschlamm Dr. Lars Zeggel AGENDA Einleitung Übersicht über die Rückgewinnungstechnologien im Bereich Klärschlamm Klärschlammaufkommen in Hessen Zusammenfassung © Fraunhofer FRAUNHOFER ISC - PROJEKTGRUPPE IWKS Gründung im Jahr 2011 Aufbauphase von 2012-2017 Mutterinstitut: Fraunhofer ISC - Institut für Silicatforschung in Würzburg Mit zwei Standorten: Hanau Hanau (Hessen) Alzenau Alzenau (Bayern) © Fraunhofer gefördert vom Bayerischen Staatsministerium für Wirtschaft und Medien, Energie und Technologie und Hessischen Ministerium für Wissenschaft und Kunst FORSCHUNGSANSATZ DER FRAUNHOFER-PROJEKTGRUPPE IWKS Entwicklung einer tragfähigen Ressourcenstrategie Ressourceneffizienz Wertstoffkreisläufe Strategie- und Kritikalitätskonzepte Entwicklung und Umsetzung wirtschaftlicher Recyclingkonzepte Funktionales Recycling für Wertstoffe Trenn- und Sortiertechnologien Recyclinggerechtes Design Erweiterung der Chancen durch Substitution Substitution kritischer Rohstoffe Entwicklung innovativer Substitute Magnete, Magnetokalorik, Leuchtmittel, Energiematerialien © Fraunhofer ABWASSERBEHANDLUNG UND P-ELIMINATION P-Simultanfällung P-Vorfällung P-Nachfällung Belebungsbecken Vorklärung Nachklärung Sand-/Fettfang Abgabe in Vorfluter Zulauf RS PS ÜS Faulturm Maschinelle Entwässerung FS Verbrennung SW © Fraunhofer Airprex AIRPREX + Einfache Technologie + An etlichen Kläranalgen erprobt + Neben MgCl2 keine weiteren Chemikalien - Bio-P Fällung erforderlich - Geringes Rückgewinnungspotenzial - Mikrobiolog. Unbendklichkeit nicht eindeutig Fact sheets, P-RexProjekt (2015) © Fraunhofer PEARL PEARL + Einfache Technologie + An etlichen Kläranalgen erprobt + Geringe Anzahl an Chemikalien - Bio-P Fällung erforderlich - Geringes Rückgewinnungspotenzial - Spezielles Betreibermodell Fact sheets, P-RexProjekt (2015) © Fraunhofer Stuttgarter Verf. STUTTGARTER VERFAHREN + Einfache Technologie + Rückgewinnungspotenzial + Bio-P Fällung nicht erforderlich - Hoher Einsatz verschiedener Chemikalien - Citronensäure kostenintensiv - Entsorgung der Reststoffe ungeklärt Fact sheets, P-RexProjekt (2015) © Fraunhofer Gifhorn GIFHORN-PROZESS + Modulartiger Aufbau + Verfahren erprobt + Rückgewinnungsgrad und SM-Abtrennung steuerbar - Hoher verfahrenstechnischer Aufwand - Hoher Einsatz verschiedener Chemikalien - Keine Abtrennung des MAP Fact sheets, P-RexProjekt (2015) © Fraunhofer ExtraPhos EXTRAPHOS (BUDENHEIM) © Fraunhofer + Einfache Technologie + Rückgewinnungsrate + Geringer Chemikalieneinsatz + Energet. Potenzial bleibt erhalten - Großtechnische Erprobung steht noch aus Mephrec MEPHREC © Fraunhofer + Hohe Rückgewinnungsrate + Energetische Nutzung des Synthesegases - Komplexe Hochtemperaturtechnologie - Hoher Energieeinsatz (Koks, O2) - Nachweis der großtechn. Machbarkeit steht aus ePhos EPHOS + Einfache Technologie + Nur metallisches Mg erforderlich - Hoher Platzbedarf - Wirtschaftlichkeit stark abhängig vom Mg-Preis Fraunhofer IGB © Fraunhofer P-RoC P-ROC © Fraunhofer + Direkt an bestehende Klärtechnik adaptierbar + Einfache Technologie insb. Für kleine KA + CSH gängiges Material aus der Baustoffindustríe - Geringe Rückgewinnungsrate - Kristallisationsprodukt abh. von Zentratchemie - Verfahren bislang nur manuell im Teilstrom erprobt REDOX-VERFAHREN (EUPHORE) Thermische Behandlung von Klärschlamm in einem Drehrohr Zuerst Pyrolyse unter reduzierenden Bedingungen dann oxidative Nachverbrennung Redox Zugabe von KCl zur Verbesserung der P-Verfügbarkeit und Eliminierung von + Geringer Chemikalieneinsatz Schwermetallen + Geringe Mengen an Reststoffen (SM) © Fraunhofer + Hohe Rückgewinnungsrate + Rückgewinnugsprodukt als Dünger geeignet - Verfahrenstechnisch erhöhter Aufwand - Für kleine KA nur bedingt geeignet AVA-CO2 AVA-CO2 © Fraunhofer + Hohe Rückgewinnungsrate + Nutzung der HTC-Kohle in der Mitverbrennung + Recycling der Fe- und Al-Sulfate als Fällungsmittel - Hoher verfahrenstechnischer Aufwand - Evtl. Entstehung organ. Schadstoffe Magnetpartikel P-RÜCKGEWINNUNG DURCH MAGNETPARTIKEL + Wiederverwendbares Adsorptionsmaterial + Selektive P-Adsorption + Geringer Chemikalieneinsatz (für Regenerierung) - Verfahrenstechnisches Neuland - Partikelherstellung aufwändig - Großtechnisch noch nicht erprobt Fraunhofer ISC/IWKS © Fraunhofer GRAD DER UMSETZUNG DER P-RECYCLINGVERFAHREN Labor- halbtechnischer Verfahren Maßstab Airprex PEARL Stuttgarter Verf. Gifhorn ExtraPhos Mephrec ePhos P-RoC Redox-Verfahren AVA-CO2 Magnetpartikel © Fraunhofer Voll- ART DES SEKUNDÄRPHOSPHATS UND RÜÜCKGEWINNUNGSRATE Rückgewinnungsprodukt Rückgewinnungsrate Airprex MAP (NH4MgPO4*6H2O) 10 – 20 % PEARL MAP 20 – 30 % Stuttgrter Verf. MAP Bis zu 50 % MAP (o. Abtrennung von KS) 10 -20 % CaP 50 % Calciumsilicatphosphat 60 % ePhos MAP unbekannt P-RoC CaP/MAP 10 -20 % K-Phosphat 80 % CaP > 50 % variabel unbekannt Gifhorn ExtraPhos Mephrec Redox-Verfahren AVA-CO2 Magnetpartikel © Fraunhofer ÜBERSICHT ÜBER DIE EINGESETZTEN BETRIEBSSTOFFE Laugung P-Abtrennung Airprex - MgCl2 PEARL - MgCl2, NaOH H2SO4 NaOH, MgO Stuttgrter Verf. Gifhorn ExtraPhos SMAbtrennung C6H8O7 Na2S CO2 Ca(OH)2 Koks, O2, Ca(OH)2 Mephrec ePhos Mg (metallisch) P-RoC CSH Redox-Verfahren AVA-CO2 Magnetpartikel © Fraunhofer Weitere KCl H2SO4 KCl Ca(OH)2 Synthetisierte Partikel PFLANZENVERFÜGBARKEIT VON P-RECYCLATEN LfU (2015) © Fraunhofer ANTEIL DER EW IN GK4 UND GK5 IN HESSEN 12% 36% 32% GK5 GK4b GK4a GK3-GK1 20% © Fraunhofer EW Anzahl GK5 3.735.000 10 GK4b 1.923.400 26 GK4a 3.435.343 135 GK3-GK1 1.279.947 541 KLÄRSCHLAMMENTSORGUNG IN HESSEN Montag et al., RWTH Aachen (2016) © Fraunhofer ZUSAMMENFASSUNG Wesentliche Prozesse der Rückgewinnung sind Rücklösung des Phosphors durch Ansäuerung (mit H2SO4, HCl oder CO2) Abtrennung der Schwermetalle (mit Sulfiden, Chloriden, Zitronensäure oder organischen Lösungsmitteln) Fällung der Phosphate (mit NaOH und Calcium- oder Magnesiumverbindungen) Im Wesentlichen sind die MAP-Verfahren großtechnisch etabliert wirtschaftlich durch Nutzung der Begleiteffekte Bessere Entwässerbarkeit Verhinderung von Struvit-Ausfällungen Geringere Rückbelastung Hohe Rückgewinnungsraten bedeuten höheren Aufwand bei Technologie, Betriebsstoffen und Personal Behandlung bzw. Vermeidung der Reststoffe nicht zu vernachlässigen SM-Gehalte vor allem bei den in wässrigen Phasen gewonnen Produkten unproblematisch Erhöhte Gehalte vor allem bei Zink und Kupfer (Spurennährstoffe) Rückgewinnung ist nur der erste Schritt, bis zur Zulassung als Düngemittel ist es unter Umständen ein weiter Weg (Einhaltung der DüMV) Durch die Einführung einer GK 4a und 4b wird das Rückgewinnungspotenzial (in Hessen) erheblich eingeschränkt © Fraunhofer Dr. Lars Zeggel Fraunhofer-Projektgruppe IWKS Tel.: +49 (0) 6023 32039-858 E-Mail: [email protected] © Fraunhofer
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