Technologische Weiterentwicklung des Verfahrens zur Rückgewinnung von Phosphor aus Klärschlamm mittels CO2-Extraktion (Budenheim ExtraPhos®-Verfahren)
Projektdurchführung
Rotaria Energie- und Umwelttechnik GmbH
Kirchweg 21
18230 Ostseebad Rerik
Zielsetzung und Anlass des Vorhabens
Die Chemische Fabrik Budenheim KG hat erst in Laborversuchen und später im Technikumsmaßstab das ExtraPhos-Verfahren entwickelt. In der Zusammenarbeit mit dem Fraunhofer Institut für Chemische Technologie (FH ICT) und Fraunhofer Projektgruppe für Wertstoffkreisläufe und Ressourcenstrategie (IWKS) wurde das Verfahren untersucht und weiterentwickelt.
Ziel dieses Vorhabens ist die Umsetzung des ExtraPhos-Verfahrens vom Technikumsmaßstab in eine technische Pilotanlage, welche nach Fertigstellung in den Verfahrensablauf der Kläranlage Mainz integriert werden soll. Die Pilotanlage ist so konzipiert, dass sie eine möglichst hohe Bandbreite von verschiedensten Versuchsreihen ermöglicht und so wichtige Erkenntnisse für die spätere Umsetzung des ExtraPhos-Verfahrens auf Großkläranlagen liefern kann.
Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenIm ersten Arbeitsschritt wurden die Anforderungen an eine Pilotanlage diskutiert und folgenden grundsätzlichen Anforderungen sollte die Pilotanlage gerecht werden:
1. - Mobilität / Umsetzbarkeit zwecks möglicher Aufstellung an verschiedenen Standorten
2. - Hochwertige und langlebige Komponenten und Konstruktion
3. - Abdeckung eines möglichst großen Versuchsspektrums
4. Weitgehend automatisierte Fahrweise
5. - Trenddarstellung und Archivierung aller wichtigen Betriebsparameter und Messwerte
In einem nächsten Schritt wurde das Verfahren in seine groben verfahrenstechnischen Stufen aufgeteilt, welche sich wie folgt darstellen lassen:
1. - Extraktion/Rücklösung
2. - Feststoffabtrennung
3. - Fällung und Abscheidung
Diese wurden dann anhand von Versuchsergebnissen bemessen und konstruiert. Bei der Konstruktion auftretende Fragen wurden zum Teil an die Hochschule Wismar weitergeleitet und dort bearbeitet. Dies gilt zum Beispiel für die Ermittlung der Parameter für die Sedimentation des Di-Calcium-Phosphats sowie Untersuchungen zur Schaumbildung bei der Entspannung von mit Kohlensäure versetztem Faulschlamm.
Ergebnisse und Diskussion
Auf der Grundlage von diskontinuierlichen Versuchen im Labormaßstab zur Rücklösung von Phosphaten aus Faulschlamm mit Kohlenstoffdioxid wurde ein Konzept für eine pilotmaßstäbliche Versuchsanlage für eine Rückgewinnung von Di-Calcium-Phosphat aus Faulschlamm erstellt. Eine derartige Rückgewinnung von Phosphaten aus Klärschlamm verlangt die im Nov. 2017 in Kraft getretene Novelle der Klärschlammverordnung ab 2029 von Kläranlagen mit einer Kapazität von mehr als 100.000 EW und ab
2013 für Kläranlagen mit einer Kapazität von mehr als 50.000 EW.
Die Umsetzung dieser konzeptionellen Ansätze in eine konkrete Anlage, die den Anforderungen und Zielsetzungen des Auftraggebers entsprechen, waren erkennbar mit umfangreichen Detailengineering und Konstruktionsarbeiten verbunden, was zum Teil sogar absehbar weitere Versuche zur Ermittlung von erforderlichen Daten für die Ausführungsplanung und Konstruktion erfordern sollte. Vor diesem Hintergrund wurde das Forschungsvorhaben beantragt, das Gegenstand dieses Schlussberichts ist. Im Ergebnis des Forschungsvorhabens ist eine mobile, variable Pilotanlage entstanden. Durch den Betrieb der Pilotanlage soll dieses Verfahren in verschiedenen Kläranlagen untersucht, demonstriert und optimiert werden.
Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation
Die Pilotanlage wurde nach Fertigstellung auf dem Gelände der Fa. Rotaria in Anwesenheit des Ministers für Landwirtschaft und Umwelt des Landes Mecklenburg-Vorpommern Herrn Dr. Backhaus der Öffentlichkeit vorgestellt.
Vor der Inbetriebnahme auf dem Betriebsgelände Klärwerk Mainz wurde die Versuchsanlage in Beisein der Umweltministerin des Landes Rheinland-Pfalz Frau Ulrike Höfken und des Generalsekretärs der Deutschen Bundesstiftung Umwelt (DBU) Herrn Dr. Heinrich Bottermann offiziell eingeweiht.
Neue Erkenntnisse aus der Ausführungsplanung und Konstruktion im Rahmen des Forschungsvorhabens sowie aus dem Betrieb der Kläranlage wurden gemeinsam von der Fa. Chemische Fabrik Budenheim und der Fa. Rotaria Energie- und Umwelttechnik GmbH als Patentschrift DE 10 2017 123 807 A1 veröffentlicht und schutzrechtlich verwertet.
Fazit
Ausgangspunkt des Forschungsvorhabens war die patentrechtlich geschützte Idee der Fa. Chemische Fabrik Budenheim aus Faulschlamm Phosphat zurückzugewinnen, indem schwerlösliches Phosphat im Faulschlamm durch die Wirkung von Kohlensäure in Lösung überführt wird, und anschließend das gelöste Phosphat in einer Fest-Flüssig-Trennung von den Feststoffen des Faulschlamms abgetrennt wird. Das Phosphat wird aus dem Zentrat als Di-Calcium-Phosphat gefällt, abgetrennt und entwässert.
Mit dem Bau der Pilotanlage wurde ein Instrument zur weiteren Untersuchung dieses Verfahrens in verschiedenen Kläranlagen geschaffen und so die Erforschung der Phosphatrücklösung vorangetrieben.