Zielsetzung und Anlass des Vorhabens<\/p>\n
Mit der Novellierung der Kl\u00e4rschlammverordnung wird f\u00fcr Kl\u00e4ranlagen der GK 5 (> 100.000 EW ab 2029) bzw. 4b (> 50.000 EW ab 2032) die R\u00fcckgewinnung von Phosphor Kl\u00e4rschlamm mit einem P Gehalt > 20 g\/kg TR vorgeschrieben.<\/p>\n
Mit den geplanten Untersuchungen sollen die M\u00f6glichkeiten der Steigerung des P-Gehalts in der Kl\u00e4rschlammasche nach der thermo-chemischen Behandlung untersucht werden. Beabsichtigt ist dies durch eine h\u00f6here Einbindung (Fixierung) von P im Kl\u00e4rschlamm durch den Zusatz von Zuschlagstoff in der Schlammbehandlung (Nebenstrom), mit einer einhergehenden Reduzierung der R\u00fcckbelastung der Kl\u00e4ranlage \u00fcber das Schlammwasser.<\/p>\n
Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten Methoden\u0095\tErstellung vereinfachter P-Bilanzen ausgew\u00e4hlter Kl\u00e4ranlagen zur Identifikation eines geeigneten Herkunftsbereiches f\u00fcr die weiteren Untersuchungen
\n\u0095\tF\u00e4llversuche zur Ermittlung des F\u00e4llpotenzials mit Identifikation eines F\u00e4llmittels, bestehend aus einem vorbehandelten Reststoff aus der industriellen Herstellung von Instantkaffee
\n\u0095\tFaulversuche in einer anaeroben Laborkl\u00e4ranlage
\n\u0095\tFaulversuche im halbtechnischen Ma\u00dfstab
\n\u0095\tBilanzerstellung und Einbindung in ein Simulationsmodell
\n\u0095\tAufbereitung als D\u00fcngemittel
\n\u0095\t\u00dcbertragbarkeit der Ergebnisse in den gro\u00dftechnischen Ma\u00dfstab mit Kostenbetrachtung<\/p>\n
Ergebnisse und Diskussion<\/p>\n
Als innovativer Ansatz wurde anstelle der konservativen Phosphorf\u00e4llung mittels Metallsalzen auf Basis von Eisen-, Calcium- oder Magnesiumverbindungen bzw. der Phosphorbindung an Calciumsilikathydrat (CSH) der Einsatz eines vorbehandelten Reststoffes aus der industriellen Herstellung von Instantkaffee, so genanntes SCG (Spent Coffee Grounds), untersucht. Als Einsatzbereich wurden zun\u00e4chst Kl\u00e4ranlagen mit etabliertem Bio-P-Verfahren definiert, da es hierbei im Bereich der Schlammfaulung zu einer erh\u00f6hten Freisetzung zuvor biologisch gebundenem Phosphors kommt.
\nNach einer Beladung des SCG in Kalkmilch erfolgte die Dosierung des so gewonnenen calciumbeladenen F\u00e4llmittels direkt in den Faulprozess im Laborma\u00dfstab.
\nAls zus\u00e4tzliche Variante wurde ein weiteres, zweistufiges Vorgehen untersucht, bei der zun\u00e4chst das calciumbeladene SCG f\u00fcr eine Phosphorf\u00e4llung im Schlammwasser verwendet und erst danach f\u00fcr eine weitergehende Ausnutzung der P-Bindungskapazit\u00e4t in den Faulprozess dosiert wurde.
\nBei beiden Varianten konnte, abh\u00e4ngig von der SCG-Konzentration, eine signifikante Reduzierung des freien Phosphates um bis zu 51 % erzielt werden, einhergehend mit einer Steigerung der Gasausbeute um bis zu 15 %. Eine R\u00fcckl\u00f6sung von gebundenem Phosphor konnte nicht beobachtet werden. Ebenso war w\u00e4hrend des 157-t\u00e4gigen Versuchsbetriebs keine negative Beeintr\u00e4chtigung des Faulprozesses zu beobachten. Im Gegensatz zur direkten Dosierung von Kalk in den Faulpozess wird keine Anhebung des pH-Wertes im Faulschlamm beobachtet.
\nDer anschlie\u00dfende Versuch im halbtechnischen Ma\u00dfstab auf dem Betriebsgel\u00e4nde der Kl\u00e4ranlage Soest hat die Ergebnisse der Laboruntersuchungen im Wesentlichen best\u00e4tigt.
\nUntersuchungen zur biologischen Abbaubarkeit des Schlammwassers mit und ohne SCG-Einsatz im Faulprozess zeigen in beiden F\u00e4llen eine Abbaurate von 63 %. Der inerte Anteil an gel\u00f6stem CSB wird bei SCG-Einsatz geringf\u00fcgig erh\u00f6ht, was jedoch nicht zu einer signifikanten Zunahme im Kl\u00e4ranlagenablauf f\u00fchren wird.
\nDer SCG-Einsatz erh\u00f6ht das Schlammaufkommen (TS) aus dem Faulprozess und reduziert geringf\u00fcgig die Gesamtphosphorkonzentration, was auf einen \u0084Verd\u00fcnnungseffekt\u0093 des Schlamms infolge des SCG-Zusatzes zur\u00fcckgef\u00fchrt wird. Dieses wird nicht vollst\u00e4ndig im Faulprozess abgebaut. Allerdings wird der Aschegehalt nach einer thermischen Schlammbehandlung nicht signifikant gesteigert, da das SCG nahezu aschefrei verbrennt.
\nDie Versuchsergebnisse wurden als Grundlage f\u00fcr den Aufbau eines dynamischen Simulationsmodells verwendet, welches in Anlehnung an den Betrieb der Kl\u00e4ranlage Soest erstellt wurde. Als Ergebnisse konnten sowohl eine Reduktion der P-Konzentration um 42 % im Abfluss der Kl\u00e4ranlage als auch eine Reduktion an gel\u00f6stem Phosphor um 30 % im Tr\u00fcbwasser dargestellt werden. Umgerechnet auf den F\u00e4llmittelbedarf im Regelbetrieb der Kl\u00e4ranlage bedeutet dies eine Einsparung von 160 kg\/d. F\u00fcr die Methanproduktion weist das Modell eine Steigerung um 19 % aus. F\u00fcr die Masse des Faulschlamms wird eine Zunahme um ca. 15 % berechnet.
\nAnhand der aus dem halbtechnischen Versuchsbetrieb gewonnenen Schl\u00e4mme wurden erg\u00e4nzende Untersuchungen f\u00fcr eine Aufbereitung als D\u00fcngemittel nach einer thermischen Behandlung durchgef\u00fchrt. In beiden untersuchten Proben (ohne SCG\/mit SCG) war der Anteil an pflanzenverf\u00fcgbarem Phosphor im Vergleich zu anderen Rezyklaten als eher gering einzustufen. Die Pflanzenverf\u00fcgbarkeit des Phosphors war im Schlamm ohne SCG-Zusatz geringf\u00fcgig h\u00f6her als im Schlamm mit SCG-Zusatz. In den Vegetationsversuchen wurden hingegen h\u00f6here Ertr\u00e4ge bei dem Einsatz der Probe mit SCG-Zusatz erzielt.
\nF\u00fcr den Einsatz von calciumbeladenem SCG im gro\u00dftechnischen Ma\u00dfstab wurde sowohl ein Verfahrensschema als auch eine Kostenbetrachtung erstellt. Die verfahrenstechnische Umsetzung w\u00e4re demnach mit Investitionskosten in H\u00f6he von rund 250.000 \u0080 verbunden. Die laufenden Kosten f\u00fcr den SCG-Einsatz werden mit rund 16 \u0080\/Mg oTR SCG abgesch\u00e4tzt. F\u00fcr eine Kostenneutralit\u00e4t m\u00fcsste dieser Preis als Annahmepreis durch den SCG-Produzenten getragen werden. Umgerechnet auf die Originalsubstanz w\u00fcrde dies 6,41 \u0080\/t OS entsprechen.<\/p>\n
Die Umsetzung des untersuchten Verfahrens kann dazu beitragen, einen Reststoff aus der Lebensmittelbranche sowohl stofflich als auch energetisch zu verwerten und die Phosphorkonzentrationen im Abfluss einer Kl\u00e4ranlage zu senken.<\/p>\n
\u00d6ffentlichkeitsarbeit und Pr\u00e4sentation<\/p>\n
Ver\u00f6ffentlichungen sind in Vorbereitung.<\/p>\n
Fazit<\/p>\n
Im Rahmen des F+E-Vorhabens konnte der Einsatz eines modifizierten Reststoffes aus der Herstellung von Instantkaffee erfolgreich f\u00fcr eine Reduzierung des freien, gel\u00f6sten Phosphors im Bereich der Schlammfaulung und der Schlammwasserbehandlung untersucht werden. Das Verfahren stellt einen innovativen Ansatz zur Nutzung eines Reststoffes dar, der derzeit anderweitig bestenfalls thermisch genutzt wird. F\u00fcr eine Verbesserung der Wirtschaftlichkeit w\u00e4ren weitergehende Untersuchungen angeraten, um beispielsweise die Calciumbeladung zu steigern bzw. alternative Beladungen, z. B. mit Magnesium zu erzielen. Dar\u00fcber hinaus enthalten SCG weitere Wertstoffe, deren Gewinnung von wirtschaftlichem Interesse sein k\u00f6nnte.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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