Phosphorrückgewinnung
Foto: Eawag, Novaquatis
Prof. Dr.-Ing. Jana von Horn
Lehrgebiet Industrie- und Siedlungswasserwirtschaft in
Metropolregionen
Siedlungswasserwirtschaft
Agenda
• Gesetzl. Rahmenbedingungen
• Technische Möglichkeiten
http://liquid-news.de
• Produktqualitäten
• Wirtschaftlichkeit
Foto: Eawag, Novaquatis
• Fazit
Siedlungswasserwirtschaft
Warum P-Rückgewinnung ?
• Essentieller Pflanzennährstoff
• Nicht substituierbar
• Endliche Ressource, abnehmende
Qualität und Wirtschaftlichkeit
• Ressourcen-Recycling
(Kreisläufe schließen, EU: Circular
Economy)
ohne Phosphatdünger
Siedlungswasserwirtschaft
mit Phosphatdünger
Warum aus P Abwasser?
andere
Sekundärrohstoffe
oder Mineraldünger
P-Recycling in der
Abwassertechnik
Wirtschaftsdünger
• Jährlich werden ca. 72.000
Tonnen P2O5 in deutsche
Kläranlagen eingetragen
• Dies entspricht ca. 9 % des
derzeitigen P2O5 –Bedarfs
der deutschen
Landwirtschaft
• Ein Großteil des P-Bedarfs
kann über
Wirtschaftsdünger gedeckt
werden
Siedlungswasserwirtschaft
Gesetzliche Rahmenbedingungen
Niedersachsen:
laufender fachlicher Diskurs Klärschlamm
 Vortrag Herr Reimann
Siedlungswasserwirtschaft
Zukünftige gesetzl. Anforderungen?
I. Klärschlammerzeuger hat P-Rückgewinnung
aus Klärschlamm vor einer Mitverbrennung
durchzuführen
voraussichtlich ab bestimmter Größenklasse (z.B.
GK 4 oder 5)
Klärschlämme an Schwellenwert z.B. 20 g P/kg TR
Alternativ: Rückgewinnung von > 50% des
Phosphors aus dem Klärschlamm (Regelungen für
Klärschlämme mit hohem P-Gehalt)
Siedlungswasserwirtschaft
Zukünftige gesetzl. Anforderungen?
II. Statt unmittelbarer P-Rückgewinnung aus
Klärschlamm ist die Monoverbrennung zulässig,
sofern die Asche
direkt einem Verfahren zur P-Rückgewinnung
unterzogen wird oder
einer stofflichen Verwertung mit P-Nutzung
zugeführt wird oder
separat und rückholbar gelagert wird
(„Langzeitlagerung“)
Siedlungswasserwirtschaft
Zukünftige Anforderungen?
III. Klärschlammmitverbrennung ohne
vorherige P-Rückgewinnung
Nur in Kohlefeuerung mit geringem
Aschegehalt
Umgang mit Asche analog zu II.
Pflichtenübergang Rückgewinnung auf
Betreiber Verbrennungsanlage
Siedlungswasserwirtschaft
Kriterien für Verfahrensauswahl
•
•
•
•
Hoher Rückgewinnungsgrad
Gute Pflanzenverfügbarkeit
Wirtschaftlicher Prozess
Betriebliche Anforderungen
Foto: Heiner Schäfer
Foto: Eawag, Novaquatis
Siedlungswasserwirtschaft
Systeminterne Möglichkeiten
Ablauf mit
gereinigtem
Abwasser
10 % - 55%
Zufluss zur
Kläranlage
100%
%
100
Primärschlamm
aus der
Vorklärung
Überschussschlamm
aus der biologischen
Reinigung
10-25 %
50-80 %
Faulschlamm 90 %
Asche 90 %
Siedlungswasserwirtschaft
Abbildung nach Jardin
Technologien P-Recycling
Schlammwasser
Pellets
Faulschlamm
(Schwer-)metalle
gehen in Lösung
(Schwer-)metalle
entweichen in
Gasphase
Fällung
ohne Laugung
mit Laugung
Asche
Siedlungswasserwirtschaft
thermisch
Möglicher Rückgewinnungsgrad
(Schwer-)metalle
verbleiben im
Schlamm
Adsorption
DHV Cryatallactor
Zentrat aus Bio-P Schlamm Rücklösung,
Schlammwasser
DHV
Crystallactor
Calciumphosphat
Produkt, auch MAP
und andere Stoffe
DHV, A. Giesen, 2009
Siedlungswasserwirtschaft
Anlagen:
Geestmerambacht
Westerbork
Industrie-KA
Ostara Pearl
Schlammwasser aus Entwässerung
Faulschlamm (Bio-P)
Slough, UK
1 in Canada
5 in USA
Ablauf
Magnesium
Schlammwasser
Struvit
(MAP)
Dünger
www.ostara.com
Siedlungswasserwirtschaft
Berliner Verfahren / Airprex
MAP-Fällung im Faulschlamm
www.PCS-consult.de
Siedlungswasserwirtschaft
Berlin
2 weiter in D
1 in NL
Struvit
(MAP)
Dünger
Budenheimer Verfahren
CO2-Laugung von Faulschlamm
Halbtechnik KA Mainz
Geplant KA Itzehoe
Geplant Bern, CH
Siedlungswasserwirtschaft
Schnee, 2014
Technologien P-Recycling
(Schwer-)metalle
verbleiben im
Schlamm
Adsorption
Schlammwasser
Pellets
Faulschlamm
(Schwer-)metalle
gehen in Lösung
(Schwer-)metalle
entweichen in
Gasphase
Fällung
ohne Laugung
mit Laugung
Asche
Siedlungswasserwirtschaft
thermisch
Gifhorner Verfahren
Faulschlamm mit Laugung (Säurerücklösung)
in Anlehnung an Seaborne Verfahren
KA Gifhorn
Hermanussen et al., 2012
Siedlungswasserwirtschaft
Stuttgarter Verfahren
Faulschlamm – mit Laugung (Säurerücklösung)
Montag nach Meyer, 2013
Struvit
(MAP)
Siedlungswasserwirtschaft
Halbtechn.
Maßstab
KA Offenburg
PASCH
Asche – mit Laugung (Säurerücklösung)
Pinnekamp, Montag et al.
Technikum
RWTH
Siedlungswasserwirtschaft
Technologien P-Recycling
(Schwer-)metalle
verbleiben im
Schlamm
Adsorption
Schlammwasser
Pellets
Faulschlamm
(Schwer-)metalle
gehen in Lösung
(Schwer-)metalle
entweichen in
Gasphase
Fällung
ohne Laugung
mit Laugung
Asche
Siedlungswasserwirtschaft
thermisch
AshDec (Outotec)
Asche-thermisch
Montag et al., 2014
Halbtechn.
Maßstab
Leoben, A
www.outotec.com
Siedlungswasserwirtschaft
Rückgewinnungsgrad
ggf. bis 40 %
Pinnekamp, Montag et al.
80 ?
Siedlungswasserwirtschaft
Trockenmasseertrag (mg P / kg Boden
Pflanzenverfügbarkeit
1. Jahr
Siedlungswasserwirtschaft
2. Jahr
Trockenmasseertrag (mg P / kg Boden
Pflanzenverfügbarkeit
1. Jahr
2. Jahr
• Fällungsprodukte
(CaP, MAP)
aus Schlammwasser sehr gut
• Fällungsprodukte aus
nasschemischem Aufschluss
(Asche oder Schlamm) je nach
Metallabreicherung
• Produkte auf thermischer
Aschebehandlung je nach
Zusammensetzung
Siedlungswasserwirtschaft
Preisentwicklung
1 $ /t P-Rock = 1 €/t P  Europreis 1,30/ $
derzeit ca. 0,7 €/ t P
Siedlungswasserwirtschaft
Kosten
Siedlungswasserwirtschaft
Kosten
Verfahrenstechnischer
Aufwand
Wirkungsgrad
des Verfahrens
bezogen auf P im
Zulauf
Siedlungswasserwirtschaft
Wirtschaftlichkeit
Siedlungswasserwirtschaft
Fazit
• P-Recycling aus Schlammwasser ist Success-Story (weil
wirtschaftlich) – aber ggf. nicht ausreichend für
gesetzliche Anforderungen
• Gesetzliche Rahmenbedingungen sehr entscheidend
• Kriterien können nicht alle eingehalten werden:
Rückgewinnungsgrad Wirtschaftlichkeit 
Produktqualität ?
• Was bringen neue Verfahren (HTC, Cambi, …):
Forschungsbedarf
• Neuartige Sanitärsysteme (Dübendorf, Hamburg Water
Cycle, Paris?)
• Anpassungsfähigkeit
Siedlungswasserwirtschaft
Vielen Dank für Ihre
Aufmerksamkeit!
Siedlungswasserwirtschaft
FixPhos
Siedlungswasserwirtschaft
Phosphatpreis 1985-2015
Siedlungswasserwirtschaft
Phosphatpreis 2005-2015
Siedlungswasserwirtschaft
Berliner Pflanze
Siedlungswasserwirtschaft
Ansatz: flüssige Phase
Wirkungsgrad*
P-Rückgewinnung
Verfahren
Produkt
Rückgewinnungsansätze aus der flüssigen Phase (Abwasser, Prozesswasser)
DHV Crystalactor
CaPO4
max. 37 %
P-Roc
Phostrip
MAP-Fällung aus Prozesswasser
PRISA
RIM/NUT
MAP-Ausschleusung
bei
der
Schlammbehandlung
Aufwand
gering
ca. 40 %
CaPO4
sehr gering
ca. 30 %
50 - 65 %
35 - 45 %
keine Angaben
CaPO4
MAP
MAP
MAP
gering
sehr gering
sehr gering
moderat
keine Angaben
MAP
sehr gering
* Wirkungsgrad bezogen auf die P-Fracht im Zulauf
• Wirkungsgrad gering
• Aufwand gering, Umsetzbarkeit auf KA möglich
Siedlungswasserwirtschaft
Ansatz: Klärschlamm und Asche
Verfahren
Rückgewinnung aus Klärschlamm
Seaborne
Krepro
Cambi
Aqua Reci
Wirkungsgrad*
P-Rückgewinnung
Aufwand
MAP
FePO4
sehr hoch
sehr hoch
hoch
hoch
ca. 70 %
max. 65 - 70 %
ca. 45 %
ca. 70 %
Rückgewinnung aus Klärschlammasche
Nasschemische Verfahren
keine Angaben
Ashdec
Eisenbad
Produkt
keine Angaben
keine Angaben
MAP
CaPO4
MAP, CaPO4
Mehrkomponentendünger
Phosphatschlacke
* Wirkungsgrad bezogen auf die P-Fracht im Zulauf
• Wirkungsgrad hoch
• Aufwand hoch, Umsetzbarkeit auf KA schwierig
Siedlungswasserwirtschaft
sehr hoch
moderat
moderat
Seaborne Verfahren
Hermanussen et al., 2012
Siedlungswasserwirtschaft
Siedlungswasserwirtschaft
• Aus Laga Bericht
Siedlungswasserwirtschaft
• Aus LAGA Bericht
Siedlungswasserwirtschaft
P-Rückgewinnung
Möglichkeiten
Abbildung: Verfahren zur Phosphatrückgewinnung [Bartholdy, 2014]
Siedlungswasserwirtschaft
Phosphatprodukte aus Abwasser
• Calciumphosphat und
MAP gut
pflanzenverfügbar
Trockensubstanz [g/Topf]
• Calciumphosphat mit PGehalt > 25% auch in
Phosphatindustrie als
Rohstoff einsetzbar
P-Kreislauf
geschlossen
Siedlungswasserwirtschaft
Wirtschaftlichkeit
Preisentwicklung
•
1950 – 1970: 20 $/t  10 $/t Phosphaterz
•
1974: 65 $/t Phosphaterz
•
1975 – 1980: 65 $/t  35 $/t Phosphaterz
•
1980-2002: 40 $/t Phosphaterz
Siedlungswasserwirtschaft
Warum Rückgewinnung von P?
Statistische Lebensdauer nicht nachwachsender Rohstoffe und Aufteilung
der vorhandenen
Rohphosphatreserven
[Wagner,
2004].
Statische Lebensdauer
(Momentaufnahme eines
Dynamischen
Systems)
Blei
Zink
19
24
Kupfer
36
Molybdän
36
Nickel
Rohphosphat
44
89
Al / Bauxit
197
Vanadium
223
Chromit
269
Kalisalz
329
Siedlungswasserwirtschaft
Jahre
Systeminterne Möglichkeiten
Siedlungswasserwirtschaft
Siedlungswasserwirtschaft
Trockensubstanz [g/Topf]
Pflanzenverfügbarkeit
• Fällungsprodukte (CaP, MAP)
aus Schlammwasser sehr gut
• Fällungsprodukte aus
nasschemischem Aufschluss
(Asche oder Schlamm) je nach
Metallabreicherung
• Produkte auf thermischer
Aschebehandlung je nach
Zusammensetzung
Siedlungswasserwirtschaft
Systeminterne Möglichkeiten
Siedlungswasserwirtschaft
Berliner Verfahren /Airprex
MAP-Fällung im Faulschlamm
Berlin
2 weiter in D
1 in NL
www.bwb.de
Siedlungswasserwirtschaft