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Ausgewählte Ausgabe: 04-05-2015 Ansicht: Modernes Layout
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Herstellung von Phosphorsäure aus Klärschlammasche

Wegen der begrenzten Verfügbarkeit von Phosphaten wird deren Rückgewinnung vor allem aus Klärschlamm und tierischen Nebenprodukten immer eindringlicher gefordert. Diese Stoffströme enthalten Phosphate, die in den Aschen nach der thermischen Verwertung in vergleichsweise hoher Konzentration von 20 bis 40 Prozent P2O5 als Phosphat-Salze vorliegen. Mengenmäßig sind das alleine in Deutschland über 150 000 Mg P2O5/Jahr. Für die Rückgewinnung sind diverse Verfahren entwickelt worden. Im Abschlussbericht der vom Bundesministerium für Bildung und Forschung geförderten PhoBe-Studie [1] werden sie als „zum jetzigen Zeitpunkt noch nicht wirtschaftlich zu betreiben“ beschrieben. Mit dem neuen, hier beschriebenen Remondis TetraPhos-Verfahren, wird aufgezeigt, dass eine wirtschaftliche Phosphat-Rückgewinnung durchaus möglich ist.


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Technikumsanlage der Eurawasser Nord GmbH in Rostock

Auch heute noch wird ein großer Teil der Phosphate aus dem Abwasser über den Klärschlamm als Klärdünger zurück in die Landwirtschaft verbracht. Weil der Klärschlamm durch Verunreinigungen (Schwermetalle, Organik) in vielen Regionen ein Risikofaktor ist und zudem verfügbare Flächen insbesondere in den Ballungsgebieten knapp werden, soll nach dem Willen der Bundesregierung die landwirtschaftliche Verwertung eingestellt und die Klärschlammverbrennung bevorzugt werden.
Damit die Phosphate nicht verloren gehen, sind in der Vergangenheit bereits eine Vielzahl von Recyclingverfahren entwickelt worden, die darauf beruhen, Phosphate wie MAP (Magnesium-Ammonium-Phosphat) oder Calciumphosphat aus Abwässern oder Klärschlämmen direkt in Kläranlagen zu gewinnen und als Düngemittel der Landwirtschaft anzubieten [2]. Ähnlich wie beim Klärdünger ist jedoch erkennbar, dass in der Landwirtschaft solche Produkte nicht angemessen honoriert werden, sodass ein Phosphorrecycling ein zusätzlicher Kostenfaktor sein wird und nur über höhere Abwassergebühren zu finanzieren ist. Besser wäre es, wenn der „Wertstoffhof Kläranlage“ seine Abfälle so aufbereiten könnte, dass Produkte entstehen, die in der Industrie als Rohstoffe mit adäquater Wertigkeit akzeptiert und dort in verkaufsfähige Produkte umgewandelt werden können. Damit würde sich erstmalig ein Stoffkreislauf für Phosphor insgesamt und nachhaltig schließen. Hier besteht prinzipiell kein Unterschied zu anderen Bereichen der Kreislaufwirtschaft, beispielsweise zu der Metallindustrie, wo aus „Schrott“ wertvolle Metalle wie Eisen, Aluminium, Zink, Kupfer oder Silber bis hin zu den besonders kostbaren Metallen der Seltene Erden zurückgewonnen werden.

Rohphosphate für die Industrie

Der Rohstoff für die Düngemittelherstellung in Europa ist Rohphosphat, das als „Rock“ vor allem in Marokko, den Ländern am Toten Meer und in Russland (Kola-Halbinsel) abgebaut wird. Nach Aussagen großer Agrar-Handelsorganisationen wird der überwiegende Teil der Düngemittel in Deutschland aus russischem Kola-Phosphat produziert, der im Unterschied zum sedimentären Afrika-Rohphosphat magmatischen Ursprungs und deshalb schwermetallärmer ist; vor allem der Cadmium- und Urangehalt ist erheblich niedriger. Um aus dem Rohphosphat pflanzenverfügbaren Phosphatdünger herzustellen, muss das Mineral zuvor mit Säure „aufgeschlossen“ werden, entweder mit Schwefelsäure (Superphosphat), mit Phosphorsäure (TripleSuperphosphat) oder Salpetersäure (Nitrophoska). Erst durch den Säureaufschluss entsteht wasserlösliches, pflanzenverfügbares Calciumdihydrogenphosphat.
Der wichtigste Rohstoff für die Phosphatindustrie ist die Phosphorsäure, mit der nicht nur Düngemittel wie TripleSuperphosphat oder Ammoniumphosphat hergestellt werden, sondern auch Calcium- und Natriumphosphate für Futtermittel und Lebensmittel, so wie Industriephosphate wie Beiz- und Korrosionsschutzmittel für die Oberflächenbehandlung von Metallen.

Asche und Säure

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Schwermetallrücklösung in mg/l Eluat im Vergleich mit Salzsäure und Phosphorsäure nach dem Remondis TetraPhos-Verfahren

In Klärschlammaschen liegen die Phosphate als Ca-, Al- oder Fe-Phosphat vor und lassen sich grundsätzlich in Mineralsäure lösen. Ausführliche Untersuchungen sind zum Beispiel im Zusammenhang mit der PASCH-Studie erfolgt und 2007 veröffentlicht worden [4]. Hier wird unter anderem das Löseverhalten von Asche in Säuren beschrieben.
Die Methode: 25 g Asche wird bei 30 °C für 90 Minuten in 125 g Mineralsäure eluiert. Die unlösliche Fraktion wird filtriert, mit Wasser gewaschen und der Feststoff analysiert. Somit kann die Phosphat-Rücklösung berechnet werden:

  •  mit 8 prozentiger HCl = 94 Prozent P-Rücklösung,
  •  mit 8 prozentiger H2SO4 = 92 Prozent P-Rücklösung oder
  •  mit 8 prozentiger H3PO4 = 57 Prozent P-Rücklösung.
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Autoren

Dr. Martin Lebek

Remondis Aqua GmbH & Co. KG, Lünen
info@remondis-aqua.de

 Josef Lehmkuhl

Remondis Senior Consultant

info@Remondis-aqua.de

Dipl.-Ing. Sabrina Lohmar

Remondis Aqua GmbH & Co. KG, Lünen

Dipl-Ing. M.Sc. Andreas Rak

Remondis Aqua GmbH & Co. KG, Lünen

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