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Ausgewählte Ausgabe: 09-2017 Ansicht: Modernes Layout
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Phosphorrückgewinnung mittels Kristallisationsverfahren

Das kommunale Klärwerk, in dem das Vorhaben realisiert wird, ist auf eine sedimentierte BSB5-Fracht von 3 000 kg/d, entsprechend 67 000 EW der Größenklasse 4 ausgelegt und wird als einstufige Belebungsanlage mit anaerober Schlammstabilisierung betrieben. Die weitergehende Stickstoffelimination erfolgt nach dem Verfahren der vorgeschalteten Denitrifikation. Im Jahresmittel fallen täglich zirka 120 m3 Rohschlamm an, der über eine Zentrifuge im Mittel auf 6 m3/d entwässert wird. Das Zentrat – durchschnittlich 114 m3/d – wird dem Zulauf der Kläranlage zugeführt.
Für die Umsetzung des Kristallisationsverfahrens in diesem Klärwerk wurde zunächst anhand von Laborversuchen eine Machbarkeitsstudie zur Nährstoffentfrachtung des Zentratstroms durchgeführt, dann das Verfahren anhand von Pilotanlagen validiert sowie unterschiedliche Konfigurationen hinsichtlich Rückgewinnungs- und Energieeffizienz verglichen. Daraus ergab sich eine Handlungsempfehlung zur Verfahrensanwendung sowie eine Dimensionierung der großtechnischen Anlage, auf deren Basis GFM einen Vorentwurf erarbeitete. „Bei dem in Neuburg geplanten Verfahren werden die in der Wasserphase gelösten Phosphate mittels Kristallisation an Calcium-Silikat-Hydrat-Phasen (CSH) zurückgewonnen“, erklärt Mitsdoerffer. Sobald das CSH-Substrat mit neutralem Wasser beziehungsweise Zentratwasser in Kontakt kommt, reagiert es mit dessen phosphathaltigen Bestandteilen. Im Anschluss liegt ein phosphathaltiges Produkt vor, das sich voraussichtlich sogar direkt als Düngemittel weiterverwenden lässt.

Kostenersparnis und Vorteile für die Umwelt

Bei dem geplanten Verfahren werden gelöste Phosphate mittels Kristallisation an Calcium-Silikat-Hydrat-Phasen (CSH) zurückgewonnen. Sobald das CSH-Substrat mit neutralem Wasser oder Zentratwasser in Kontakt kommt, reagiert es mit dessen phosphathaltigen Bestandteilen. Im Anschluss liegt ein phosphathaltiges Produkt vor, das als Düngemittel verwendet werden kann.

Bei dem geplanten Verfahren werden gelöste Phosphate mittels Kristallisation an Calcium-Silikat-Hydrat-Phasen (CSH) zurückgewonnen. Sobald das CSH-Substrat mit neutralem Wasser oder Zentratwasser in Kontakt kommt, reagiert es mit dessen phosphathaltigen Bestandteilen. Im Anschluss liegt ein phosphathaltiges Produkt vor, das als Düngemittel verwendet werden kann.

Die bisher durchgeführten halbtechnischen Versuche haben gezeigt, dass sich so rund 60 % des im Zentratwasser vorliegenden Phosphors recyceln lassen. Bezogen auf den Gehalt im Kläranlagenzulauf entspricht dies einer Rückgewinnungsrate von bis zu 12 %. Das Kristallisationsprodukt erzielt ausgehend von der LfU-Studie im Vergleich zu Referenzdüngern gute bis sehr gute Düngewirkungen sowie eine gute Pflanzenverfügbarkeit. Darüber hinaus ist beim Phosphor-Recycling mit deutlich geringeren CO2-Emissionen als bei der Gewinnung des Rohphosphates aus natürlichen Lagerstätten zu rechnen. Durch das Recycling vor Ort beziehungsweise die regionale Düngerverwendung entfällt außerdem der CO2-Ausstoß, der beim Transport des Rohstoffes von entfernten Phosphorlagerstätten nach Europa anfallen würde. Das Kristallisationsprodukt hat einen weiteren Vorteil: Phosphordünger aus sedimentären Lagerstätten weisen eine vergleichsweise hohe Konzentration an Uran auf. Durch die Herstellung von Düngemitteln aus dem recycelten Phosphor von Kläranlagen wird die radioaktive Belastung der Ackerböden und die damit einhergehende Kontaminierung von Oberflächen- und Grundwasser reduziert.

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Autoren

Dr.-Ing. Ralf Mitsdoerffer

GFM Beratende Ingenieure GmbH, München
E-Mail: mits@gfm.com

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