Phosphor stellt eine sehr wichtige und begrenzte Ressource dar. Viele der möglichen und momentanen Abbaugebiete finden sich in instabilen Staaten - und alle außerhalb Europas. Fast 90% der abbaubaren Vorkommen lagern in nur sechs Ländern: China, Marokko, Algerien, Syrien, Jordanien und Südafrika. Gefördert werden Phosphate momentan hauptsächlich in China, Marokko, den USA und Russland sowie Tunesien. Des Weiteren ist der Phosphatabbau mit all den üblichen ökologischen Zerstörungen des Bergbaus belastet, noch verstärkt dadurch, dass sich Phosphate meist mit radioaktiven Metallen wie Uran oder mit Cadmium vergesellschaftet finden. Eine wenigstens teilweise Abkehr von den aktuellen Fördermethoden ist damit besser jetzt als später anzugehen.
Phosphorrückgewinnung aus Klärschlamm
Phosphorrückgewinnung
Im Rahmen einer gemeinsam mit der Ruhr-Universität Bochum, der Emschergenossenschaft und dem Lippeverband durchgeführten Masterarbeit im Herbst/Winter 2023/2024 wurden umfangreiche Labor- und Technikumsversuchungen mit Schlämmen 5 unterschiedlicher Kläranlagen zur Phosphorrückgewinnung aus dem Überschussschlamm behandelt.
Die von Frau Marlene Reuter durchgeführten Untersuchungen werden im Rahmen der Essener Tagung, Aachen, 26. - 28.03.2025, im Young Scientist Forum präsentiert.
Bisher bekannte Verfahren zur P-Rückgewinnung finden Anwendung bei der Behandlung der Klärschlammasche aus der Monoverbrennung (Anforderung: min. 80% P-Rückgewinnung) bzw. bei der Behandlung des Klärschlamms (Anforderung: min. 50% P-Rückgewinnung). Bei der Verfahrensentwicklung der Poll Umwelt- und Verfahrenstechnik GmbH, wird nur der Überschussschlamm vor der Faulung, nicht der Primär-schlamm, behandelt. Hierdurch wird es möglich, den Teilstrom mit ca. 84% des gesamten Phosphors (aus Primär- und Überschussschlamm) zu behandeln und dabei die Anlage zur Phosphorrückgewinnung nur auf ca. 50% der gesamten hydraulischen Belastung auszulegen. Für diesen Behandlungsschritt existiert kein Mindestwirkungsgrad zur P-Rück-gewinnung. Das Ziel besteht darin, im entwässerten Klärschlamm die P-Konzentration von 2 % (20 g P / kg Trockenmasse zu unterschreiten. Damit wird die Verwertung des entwässerten Klärschlamms auch außerhalb der Monoverbrennung, z.B. in der Zementindustrie, möglich.
Im Bereich der kommunalen Abwasserbehandlung ist die Rückgewinnung aus dem Klärschlamm für größere Kläranlagen ab 2032 (> 50.000 Einwohnergleich-werte) bzw. ab 2029 (> 100.000 Einwohnergleichwerte) durch die Novellierung der Abfallklär-schlammverordnung seit 2017 zwingend erforderlich. Dabei ist den Betreibern kommunaler Kläranlagen bei der Verpflichtung zur Phosphorrück-
gewinnung die Wahl überlassen zwischen dem P-Recycling aus der Asche der Monoverbrennung oder aus der Schlammphase. Für die P-Rückgewinnung aus der Asche mit einer zu erfüllenden Mindestquote von 80% ist zunächst ein chemischer Aufschluss mit einer Mineralsäure erforderlich, dem eine große Anzahl weiterer Verfahrensschritte folgen. Die Rückgewinnung des Phosphors ist weder aus der Asche der Klärschlamm-Monoverbrennung noch aus der Schlammphase mit geringem technischen Aufwand und niedrigen Kosten realisierbar.
In der Bundesrepublik Deutschland werden aktuell insgesamt ca. 9.600 kommunale Kläranlagen betrieben. Von der Verpflichtung zur Phosphorrück-gewinnung sind davon 315 Kläranlagen der Größenklasse GK 4b (50.000 – 100.000 EW) sowie 256 Kläranlagen der Größenklasse GK 5 (> 100.000 EW) betroffen.
Nach der im Oktober 2022 von der DPP (Deutsche Phosphor Plattform) durchgeführten Umfrage haben 45 % der befragten Kläranlagen und Verbände bisher noch kein Konzept zur Phosphorrückgewinnung
Kläranlagen der Größenklasse GK 4b (50.000 – 100.000 EW) zeigen jedoch großes Interesse an der Phosphorrückgewinnung aus dem Klärschlamm, um einerseits bei der thermischen Verwertung des von Phosphor reduzierten Schlamms möglichst viele Freiheiten zu erhalten als auch insbesondere von bestimmten Entsorgern, die sich bei den bestehenden oder noch zu errichtenden Monoverbrennungsanlagen Kontingente gesichert haben, unabhängig zu sein.
Bisher bekannte Verfahren erfüllen die Anforderungen zur Phosphorrück-gewinnung aus dem Klärschlamm nicht. Hierfür sind u.a. verfahrenstechnische Grenzen sowie auch der erhebliche Bedarf an chemischen Zuschlagstoffen verantwortlich. Insbesondere die Auswahl der falschen Stelle im Schlamm-behandlungsprozess limitiert den Wirkungsgrad entscheidend.
Bei der Phosphorrückgewinnung aus dem Klärschlamm sind auch juristische Aspekte bzgl. der Begriffe zu berücksichtigen. Klärschlamm entsteht erst bei der Schlammentwässerung. Demnach kann die aus der Novellierung der Abfall-klärschlammverordnung resultierende Möglichkeit des Phosphorrecyclings um mindestens 50 % nach Abfallrecht auch erst nach der Schlammentwässerung umgesetzt werden. Vor der Schlammentwässerung gilt Wasserrecht. Hier ist es ebenfalls möglich, Phosphorrecycling zu betreiben. Zur Erfüllung der Novellierung der AbfKlärV, AbfKlärV Artikel 5 §3 (4), ist die Phosphorrück-gewinnung nicht erforderlich, wenn der Phosphorgehalt 20 g/kg Trockenmasse sicher und dauerhaft unterschreitet. Dieses Ziel soll u.a. durch die CO2-Drucklaugung des eingedickten Überschussschlamms erreicht werden. Dadurch ist die Entsorgung des entwässerten Klärschlamm über die Monoverbrennung mit nachfolgender Phosphorrückgewinnung aus der Klärschlammasche nicht zwingend notwendig. Die Phosphorrückgewinnung aus dem eingedickten Überschussschlamm ermöglicht die Nutzung des entwässerten Klärschlamms außerhalb der Monoverbrennung, wie z.B. in der Zementindustrie, in der sowohl der Heizwert genutzt wird als auch die enthaltenen Mineralien.
Poll Umwelt- und Verfahrenstechnik GmbH
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