Zielsetzung und Anlass des Vorhabens<\/p>\n
Es zeichnet sich ab, dass Kl\u00e4rschlamm zuk\u00fcnftig in deutlich geringeren Mengen landwirtschaftlich verwertet werden wird. Die im Abwasser und letztlich im Kl\u00e4rschlamm enthaltenen N\u00e4hrstoffe, vor allem Phosphor, sollen daher auf anderem Wege der Landwirtschaft in qualitativ hochwertiger Form wieder zugef\u00fchrt werden. Durch eine Phosphorr\u00fcckgewinnung aus Abwasser k\u00f6nnen signifikante Mengen an Phosphor wiedergewonnen werden. Ziel des Projektes war es, ein P-Recycling-Verfahren zu entwickeln, welches Magnesium-Ammonium-Phosphat (MAP: Struvit) als gut pflanzenverf\u00fcgbares Produkt liefert und auf den in Europa vorherrschenden Kl\u00e4ranlagen mit Simultanf\u00e4llung mit hohem Wirkungsgrad einsetzbar ist.<\/p>\n
Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenIn labortechnischen Versuchen wurden geeignete R\u00fcckl\u00f6severfahren gefunden, um aus ausgefaultem Nassschlamm m\u00f6glichst viel Phosphor (auch gef\u00e4llten, also chemisch gebundenen) in L\u00f6sung zu bringen. Nach einer Fest-\/Fl\u00fcssig-Trennung sollte aus der fl\u00fcssigen Phase Phosphor mittels Zugabe von Magnesium als MAP ausgef\u00e4llt werden. Die Phosphor-R\u00fcckgewinnung sollte in einer halbtechnischen Versuchsanlage umgesetzt und mit Schl\u00e4mmen verschiedener Kl\u00e4ranlagen erprobt werden.
\nNach der Durchf\u00fchrung einer Vielzahl von Laborversuchen zeigten sich jedoch Schwierigkeiten, die zu einer Anpassung des urspr\u00fcnglichen Zeit- und Arbeitsplanes f\u00fchrten. In Abstimmung mit der DBU wurde dann dieser Arbeits- und Zeitplan dahingehend ge\u00e4ndert, dass auf die Durchf\u00fchrung halbtechnischer Versuche verzichtet wurde und stattdessen weitere Versuche im Laborma\u00dfstab durchgef\u00fchrt wurden.
\nDie Versuche gliederten sich in drei Verfahrenschritte:
\n1.\tdie chemische R\u00fcckl\u00f6sung des Phosphors aus dem Faulschlamm und die Trennung der festen und fl\u00fcssigen Phase;
\n2.\tdie \u00c4nderung des pH-Werts hin zum F\u00e4llungs-pH-Wert von MAP;
\n3.\tdie Zugabe von Magnesiumionen und Ausf\u00e4llung von MAP.
\nDas erzeugte MAP wurde mikroskopisch untersucht und die Schwermetallgehalte wurden analysiert.<\/p>\n
Ergebnisse und Diskussion<\/p>\n
Mit dem entwickelten Verfahren kann Phosphor aus Kl\u00e4rschlammen in Form von Magnesium-Ammonium-Phosphat (MAP) zur\u00fcck gewonnen werden. Das Verfahren besteht aus den drei Schritten:
\n1.\tR\u00fcckl\u00f6sung des im Kl\u00e4rschlamm gebundenen Phosphors;
\n2.\tNeutralisation und Komplexierung oder Abtrennung von St\u00f6rionen;
\n3.\tF\u00e4llung des gel\u00f6sten Phosphors als MAP.
\nSchritt 1 beinhaltet eine saure R\u00fcckl\u00f6sung bei pH =2, dabei werden 80 bis 90 % des im Kl\u00e4rschlamm enthaltenen Phosphors in die gel\u00f6ste Phase \u00fcberf\u00fchrt. Im Schritt 2 muss neben einer Neutralisation der sauren phosphorhaltigen L\u00f6sung eine Komplexierung und\/oder Entfernung dieser Ionen durchgef\u00fchrt werden, weil es sonst bei dieser Neutralisation wieder zur Bildung von Metall- und Erdalkaliphosphaten kommt. Zur Komplexierung wurde neben EDTA und NTA auch tri-Natriumcitrat eingesetzt. Dieses ist vollst\u00e4ndig biologisch abbaubar und insgesamt besser umweltvertr\u00e4glich als EDTA und NTA.
\nUm die Eisenionen nicht nur zu komplexieren, sondern tats\u00e4chlich aus der L\u00f6sung zu entfernen, kann eine sulfidische F\u00e4llung im Bereich pH=6 durchgef\u00fchrt werden. Die in der L\u00f6sung enthaltenen Calcium- und Aluminumionen werden nicht von der Eisensulfidf\u00e4llung erfasst; die teilweise Ausf\u00e4llung der gel\u00f6sten Phosphate verringert die MAP-Ausbeute.
\nDer Schritt 3, die eigentliche MAP-F\u00e4llung, verl\u00e4uft in nahezu allen F\u00e4llen unkritisch. Durch Zugabe von Magnesiumoxyd erh\u00f6ht sich der pH-Wert, eine weitere Zugabe von Alkalien zur Einstellung des in der Literatur genannten optimalen pH-Wertes von 8,5 ist nicht erforderlich.
\nBei mikroskopischen Untersuchungen konnte die charakteristische MAP-Kristallform (Sargdeckel) kaum beobachtet werden, jedoch wurde Magnesium-Ammonium-Phosphat als F\u00e4llprodukt anhand chemischer Untersuchungen und R\u00f6ntgenstrukturanalysen identifiziert.
\nF\u00fcr die Komplexierung und St\u00f6rionenentfernung wurden aus den verschiedenen Laborversuchen drei Verfahrensvarianten entwickelt, mit denen sehr gute Ergebnisse erzielt wurden. Mit einer Kombination aus Komplexierung mit tri-Natriumcitrat und Eisensulfidf\u00e4llung sowie zweistufiger Schlammabtrennung wurden die h\u00f6chsten Wiedergewinnungsraten erzielt; bis 76 % des r\u00fcckgel\u00f6sten Phosphats konnten bis zur MAP-F\u00e4llung in L\u00f6sung gehalten werden.
\nBei Kl\u00e4rschl\u00e4mmen, bei denen als F\u00e4llmittel haupts\u00e4chlich Aluminiumverbindungen Verwendung finden, konnten mit den entwickelten Verfahren keine zufriedenstellenden Ergebnisse erzielt werden. Bei hohen Al-Konzentrationen ist selbst nach Komplexierung der Al-Ionen eine MAP-F\u00e4llung nicht m\u00f6glich. Orientierende Versuche mit einem Ionenaustauscher zeigten noch keine Erfolgsaussichten.
\nSchwermetallanalysen des gewonnen MAP zeigten im F\u00e4llprodukt gegen\u00fcber den Ausgangsschl\u00e4mmen deutlich reduzierte sehr geringe Schwermetallgehalte. Die derzeitigen Werte der Kl\u00e4rschlammverordnung und auch die in der Diskussion bisher bekannten Werte f\u00fcr die geplante Novellierung der Kl\u00e4rschlammverordnung werden deutlich unterschritten. Die untersuchten und weiterentwickelten Verfahren zeigten, dass eine R\u00fcckgewinnung des im Kl\u00e4rschlamm enthaltenen Phosphors und auch die anschlie\u00dfende Erzeugung eines nahezu schwermetallfreien Magnesium-Ammonium-Phosphats m\u00f6glich ist. Tats\u00e4chlich wurden in den bisherigen Versuchen ca. 40 % des r\u00fcckgel\u00f6sten Phosphats in MAP \u00fcberf\u00fchrt, wenn nur eine sulfidische F\u00e4llung ohne Komplexbildner angewandt wird, und ca. 65 % bei der Verwendung von tri-Natriumcitrat als Komplexbildner. Die Verfahren sind bisher weder optimiert noch in kontinuierlich betrie-benen Versuchsanlagen erprobt. Eine Weiterentwicklung wird angestrebt.<\/p>\n
\u00d6ffentlichkeitsarbeit und Pr\u00e4sentation<\/p>\n
Die Projektergebnisse wurden bei Internationalen Fachtagungen (International Conference on Struvite: Its Role in Phosphorus Recovery and Reuse; Cranfield University, United Kingdom, 17.-18.June 2004;
\nIWA \/ WISA Conference on the management of residues emanating from water and wastewater treatment, Johannesburg, South Africa, 9.-12. August 2005) pr\u00e4sentiert; die Vortr\u00e4ge sind jeweils im Tagungsband ver\u00f6ffentlicht. Vortr\u00e4ge zu Projektergebnissen erfolgten auch auf ATV-DVWK-Workshops.<\/p>\n
Fazit<\/p>\n
Die durchgef\u00fchrten Versuche erbrachten f\u00fcr die Schritte 1 und 3 des Verfahrens bereits sichere Erkenntnisse f\u00fcr die Auslegungsgr\u00f6\u00dfe der Reaktoren. Vor halbtechnischen Versuchen sollten entsprechende Versuche zur R\u00fcckl\u00f6sung des Phosphats direkt mit Zitronens\u00e4ure durchgef\u00fchrt werden, um zumindest einen Teil der erforderlichen Schwefels\u00e4ure durch Zitronens\u00e4ure zu ersetzen. Der Gesamtaufwand f\u00fcr das Verfahren w\u00fcrde sich dadurch verringern, da sich das zur Komplexierung vorteilhafte Natriumcitrat bei der Neutralisation direkt bilden w\u00fcrde.
\nF\u00fcr die gro\u00dftechnische Realisierung ist von einer Wiedergewinnung von ca. 50 bis 60 % des im Kl\u00e4rschlamm enthaltenen Phosphors in der Form von MAP auszugehen.
\nDie aus dem Abfallstoff Kl\u00e4rschlamm zur\u00fcckgewonnene Phosphatverbindung kann entweder direkt landwirtschaftlich verwertet werden oder in der D\u00fcngemittelindustrie als Rohstoff genutzt werden. Das Verfahren f\u00fchrt somit zum direkten Recycling des Rohstoffs Phosphor.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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