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wlb - Wasser, Luft und Boden 1/2015

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WASSER-/ABWASSERTECHNIK

WASSER-/ABWASSERTECHNIK Die Zukunft des Klärschlamms Effiziente Phosphor-Rückgewinnung dank HTC-Verfahren Thomas M. Kläusli In Zukunft soll Klärschlamm gemäß dem Koalitionsvertrag nur noch thermisch verwertet werden. Zudem will die neue Bundesregierung ein Gebot zur Phosphor- Rückgewinnung erlassen. Die hydrothermale Carbonisierung eröffnet hier neue Möglichkeiten für eine effizientere Klärschlammverwertung und Phosphor- Rückgewinnung. D ie EU hat Phosphor auf die Liste der 20 kritischen Rohmaterialien gesetzt [1]. In der Schweiz wird in der revidierten Technischen Verordnung über Abfälle die Rückgewinnung von Phosphor aus Klärschlamm ab 2016 gesetzlich vorgeschrieben. Dabei soll die Übergangsfrist lediglich fünf Jahre betragen [2]. Auch in Deutschland wird das Thema einer gesetzlichen Phosphor-Rückgewinnung aus Klär- Autor: Thomas M. Kläusli, Chief Marketing Officer, AVA-CO2 Schweiz AG, Zug, Schweiz schlamm derzeit intensiv diskutiert, da die landwirtschaftliche Verwertung in absehbarer Zeit durch die thermische Verwertung abgelöst werden wird. Die thermische Schlammbehandlung und -entsorgung mit bestehenden Technologien stellt aber nach wie vor einen hohen Kostenfaktor in der Abwasserbehandlung dar. Kosteneinsparungen in diesem Bereich verspricht aber der Einsatz der hydrothermalen Carbonisierung (HTC), da dieses Verfahren für die Klärschlammbehandlung besonders gut geeignet ist und gegenüber der herkömmlichen thermischen Trocknung Energieeinsparungen von über 60 % erlaubt. Gegenüber Monoverbrennungslösungen besteht der Vorteil der HTC insbesondere in den deutlich geringeren Investitionskosten sowie den reduzierten Kosten für die Phosphorrückgewinnung. Bei der Phosphor-Rückgewinnung konnte bereits die Studie der Zürcher Hochschule für Angewandte Wissenschaften (ZHAW) aufzeigen, dass die Rückgewinnung von Phosphor aus der Asche von HTC-Klärschlammkohle keinerlei Nachteile gegenüber einer möglichen Rückgewinnung aus der Asche von thermisch verwertetem Klärschlamm aufweist. Im Gegenteil: im Vergleich zur Klärschlammasche erleichtert die tiefere Alkalinität der HTC-Asche die Rückgewinnung von Phosphor. Dadurch könnten erhebliche Mengen an Säure eingespart werden, was den Prozess für die Phosphor-Rückgewinnung aus HTC-Asche insgesamt effizienter macht [3]. Neuer HTC-Prozess Erst kürzlich ist nun AVA-CO2 nach monatelanger Forschung und Entwicklung ein wichtiger Durchbruch in der Phosphor- Rückgewinnung gelungen. Das eigens entwickelte Verfahren mit dem Namen „AVA cleanphos“ wurde erst durch den HTC-Prozess möglich. Die wichtigste Innovation ist der Austausch des Substrats für die Rückgewinnung des Phosphors. Denn gegenüber anderen Verfahren wird bei diesem der Phosphor direkt aus der HTC-Kohle gewonnen. Dies erlaubt eine über 80%ige Phosphor-Ausbeute bei geringerem Säureeinsatz und reduzierten Energiekosten. Das Verfahren erlaubt die Herstellung von Phosphorsäure oder alternativ Calcium-Phosphat. Schwermetalle, die im Substrat vorliegen, verbleiben dabei mehrheitlich in der HTC-Kohle, was die Herstellung von sehr reiner Phosphorsäure oder hochwertigem Calcium-Phosphat erlaubt. Aufgrund der „AVA cleanphos“ Lösung ergibt sich ein weiterer Vorteil der HTC: Klärschlamm, in Form von phosphorfreier HTC-Kohle, kann auch in Zukunft in der Mitverbrennung für den Ersatz fossiler Kohle eingesetzt werden. Dies führt zu zusätzlichen CO 2 -Einsparungen und macht den gesamten Prozess noch effizienter und wirtschaftlicher. Bei diesem Prozess handelt es sich um ein einfaches, dreistufiges Verfahren, das bereits erprobte und bekannte Technologien wie das Acid-Leaching, die Nano-Filtra- 18 wlb 1/2015

WASSER-/ABWASSERTECHNIK tion und die Konzentration einsetzt. Die HTC-Kohle unterscheidet sich allerdings fundamental von der Asche aus Klärschlamm-Verbrennungsanlagen, was sich vorteilhaft auf die Rückgewinnung von Phosphor auswirkt. Nach der Vorkonditionierung findet bei diesem Prozess eine Säure-Rücklösung (Acid Leaching) von Phosphor aus der HTC-Kohle statt. Im zweiten Schritt wird, mithilfe einer Nano-Filtration, die Phosphorsäure von den Metall-Sulfaten getrennt. Diese Metall-Sulfate (z. B. Aluminium oder Eisen) können somit rezykliert und als Fällungsmittel wieder in die Kläranlage zurückgeführt werden. Im dritten und letzten Schritt erfolgt mit Standard-Technologien eine Aufkonzentration von 5 % auf 50–75 % . Fazit Aufgrund der gesetzlich veränderten Rahmenbedingungen werden insbesondere in Deutschland in naher Zukunft beträchtliche, zusätzliche Mengen an Klärschlamm in die thermische Verwertung gehen müssen. Kurzfristig wird dies zu einer Reduktion der landwirtschaftlichen Verwertung führen. Mittelfristig wird der angekündigte Ausstieg aus der landwirtschaftlichen Düngung dazu führen, dass Klärschlamm faktisch nur noch thermisch verwertet werden wird. Hier stellt die hydrothermale Carbonisierung für Kommunen und Kläranlagen eine kostengünstige, effiziente und sinnvolle Alternative zur thermischen Trocknung oder zu Monoverbrennungsanlagen dar. Fotos: Fotolia, AVA-CO2 Literaturhinweise: [1] European Commission - 20 critical raw materials - major challenge for EU industry, 26.05.2014 [2] Schweizerische Eidgenossenschaft - Bundesamt für Umwelt, 4. TVA Newsletter zum Stand der TVA-Revision, 26.06.2013 [ 3] Schlussbericht UTF 387.21.11./ IDM 2006.2423.222: Weiterentwicklung der hydrothermalen Karbonisierung zur CO 2 -sparenden und kosteneffizienten Trocknung von Klärschlamm im industriellen Massstab sowie der Rückgewinnung Klärschlamm-Entsorgungswege in der EU von Phosphor / ZHAW/AVA-CO2/BAFU -R. Krebs, U. Baier, A. Deller, M. Escala, J. Floris, G. Gerner, F. Hartmann, B. Hölzl, C. Kohler, M. Kühni, M. Stucki, R. Wanner / Oktober 2013 www.ava-co2.com Energy. Welche Technologien sichern die Energieversorgung? Partner Country India 2015 Antworten finden Sie zuerst auf der Energy: ■ Dezentrale Energieversorgungskonzepte ■ Effizienzsteigerung und Versorgungssicherheit ■ Neue Speichertechnologien und Smart Grids 13.–17. April 2015 ▪ Hannover ▪ Germany hannovermesse.de