Umweltfreundliche Phosphorrückgewinnung auf Basis des P-RoC-Verfahrens: Phosphorbilanz und Wirtschaftlichkeit (P-RoCXL)
Projektdurchführung
Alltech Dosieranlagen GmbH
Rudolf-Diesel-Str. 2
76356 Weingarten
Zielsetzung und Anlass des Vorhabens
Ziel des Projektes war es, eine großtechnische Demonstrationsanlage zur Phosphorrückgewinnung aus Schlammwasser mit dem P-RoC-Verfahren auf der Kläranlage Bachgau der Gemeinde Markt Großostheim zu installieren. Anlass war das Bestreben der Bundesregierung, das Recycling von Wertstoffen aus kommunalen Abwässern und Klärschlämmen und somit die Rückgewinnung von Phosphor zu forcieren.
Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenAP 1 war arbeitsphasenübergreifend die administrative und fachliche Teilprojektkoordination zugeordnet. Zur administrativen und fachlichen Projektkoordination fanden neun Projektpartnertreffen überwiegend auf der Kläranlage Bachgau mit allen Projektbeteiligten statt. Überdies fanden zahlreiche bi- und trilaterale Projektpartnertreffen, vorrangig zur Abstimmung der Anlagentechnik, statt. Einzelne Abstimmungen und Berichte über den Projektfortschritt erfolgten über den Austausch von Emails. Die Ergebnisse der Projektpartnertreffen wurden jeweils in Protokollen und Gesprächsnotizen erfasst.
In AP 2 wurden Grundlagen zur biologischen P-Elimination im Allgemeinen erarbeitet, diverse Bio-P-Verfahren aufgeführt und Grundlagen zum Klärwerk Bachgau eruiert, sowie darüber hinaus bereits ein Ausblick auf mögliche Optimierungsmaßnahmen des Bio-P-Betriebes auf dem Klärwerk angedacht. Zur Übersicht erfolgte eine Darstellung aktueller Verfahren zur Phosphorrückgewinnung. Auch wurden im Rahmen einer Machbarkeitsstudie erste Überlegungen zur Konfiguration einer Rückgewinnungsanlage nach der P-RoC-Technologie erarbeitet. Die Charakterisierung der eingesetzten Fluide und Materialien lieferte Basisinformationen, auf denen die weitere Versuchsführung aufbaute.
Die Kristallisation von Phosphor mittels P-RoC im Labormaßstab ist AP 3 zugeordnet: Mittels der Kurzzeitversuche im Labormaßstab, welche als Einmal-Batch-Versuche konfiguriert waren, konnte die Reaktionskinetik der Kristallisationsreaktion von Schlammwasser mit unterschiedlichen Kristallisationssubstraten bestimmt werden.
Die Kristallisation von Phosphor im Standard- und kleineren Halbtechnikmaßstab ergab mit den Langzeitversuchen in AP 4 erste Informationen über die Material- und Stoffbilanz.
In AP 5 wurde mit der Erweiterung des P-RoC-Verfahrens im Hinblick auf eine Desintegration des Faulschlammes mit der zugehörigen geänderten Versuchsführung inklusive der resultierenden Ergebnisse beschrieben.
In AP 6 wurde mit dem Schlussbericht das Ende der Projektphase 1 dokumentiert.
Nach Erfüllung der Meilensteine in Projektphase 1 wurde in AP 7 die Anlagentechnik um einen Desintegrationsreaktor und eine Ultrafiltrationseinheit erweitert und Versuche mit dem optimierten wie auch dem Standardsubstrat gefahren.
Auf Basis der Versuche im Halbtechnikmaßstab erfolgten in AP 8 Überlegungen zur Optimierung der Anlagentechnik in Zusammenhang mit einem Upscaling. Nach Einpassung in die Infrastruktur erfolgten die Inbetriebnahme und die Versuchsdurchführung mit ausgewählten Substraten. Weiterhin erfolgte in diesem AP die Aufstellung von Energie- und Stoffstrombilanz sowie eine Wirtschaftlichkeitsbetrachtung
Ergebnisse und Diskussion
Die technischen Ergebnisse belegen, dass mittels Verfahrensweise und Anlagenkonfiguration des patentierten P-RoC-Verfahrens in semikontinuierlichem Betrieb der Phosphor dem Filtrat aus der Schlammentwässerung entnommen werden kann. Hierbei ist die Effizienz des Verfahrens in erster Linie von der Qualität des zu behandelnden Schlammwassers und des zur Kristallisation eingesetzten Substrates abhängig. Unter Voraussetzung einer gleichbleibenden Schlammwasserqualität wird eine hydraulische Aufenthaltszeit empfohlen. Aufgrund der im Projektzeitraum anfallenden Schlammwasserbeschaffenheit und bereitgestellten Substratqualität konnte der lt. DüMV geforderte P2O5-Gehalt auf dem gewonnenen Recyclat nicht erreicht werden. Dennoch konnte diesen Recyclaten eine mit TSP vergleichbare Pflanzenverfügbarkeit attestiert werden. Grundlegend konnte dargestellt werden, dass die Rückgewinnung von Phosphor zu einer Entlastung der Kläranlage, zu einer P-Abreicherung im Klärschlamm sowie zu einer Einsparung an Fällmittel führt. Im Hinblick auf den Einsatz einer Schlammdesintegration sind weitere Untersuchungen notwendig. Ein Überschlag über die Investitions- und Betriebskosten ergab die zu erwartenden Folgebelastungen.
Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation
Anlässlich der 24. DBU-Sommerakademie "Das richtige Maß - Zukunftsstrategien für Phosphor und Stickstoff" - vom 4. bis 6. Juni 2018 in Drübeck - wurde von Konsortium, vertreten durch KIT-CMM, der aktuelle Projektstand vorgestellt.
Fazit
Es besteht derzeit noch Forschungsbedarf hinsichtlich der Verbesserung der Effizienz der P-Elimination aus dem Schlammwasser Bachgau v. a. im Hinblick auf die Stabilisierung des Kläranlagenbetriebs (Bio-P-Betrieb und Schlammentwässerung) sowie weitere Optimierung der Substratqualität. Nach erfolgter Anpassung kann auf der Kläranlage Bachgau eine großtechnische Anlage dimensioniert realisiert werden.