LEACHPHOS (Phosphormining und Produktion einer schadstoffarmen Phosphorfraktion aus Klärschlammaschen)

• Forschungsstelle: BAFU
• Projektnummer: UTF 440.36.12

Schlüsselwörter (Deutsch)

Phosphormining, Klärschlammasche, Urban Mining, Klärschlammmatrix, nasschemisches Verfahren, LEACHPHOS, industrieller Massstab

Kurzbeschreibung (Deutsch)

Die Phosphor-Rückgewinnung aus Klärschlamm wird mit den abnehmenden Phosphorerz-Reserven immer wichtiger. In der revidierten Fassung der Technischen Verordnung Abfälle (TVA) soll die Rückgewinnung von Phosphor aus P-reichen Abfällen wie Klärschlamm sogar vorgeschrieben werden. Die Rückgewinnung aus Klärschlammaschen ist vielversprechend und wird durch den Bau von Monoverbrennungsanlagen für Klärschlamm, wie sie der Kt. Zürich erstmals bewilligt hat, noch unterstützt. Dabei entsteht neben Energie eine P-reiche Asche. Für die Weiterbehandlung zeigen nasschemische Verfahren wie LEACHPHOS gegenüber thermo-chemischen verschiedene Vorteile: Phosphat kann als Wirkstoff konzentriert, direkt und in schwermetallarmer und pflanzenverfügbarer Form herausgelöst werden. Der Energieverbrauch ist geringer, die Verfahrenstechnik einfacher. Der höhere Chemikalienbedarf kann durch die Nutzung von „gebrauchten“ Säuren (z.B. Schwefelsäure aus Rauchgasreinigung) vermindert werden. Die stillgelegte ehemalige KVA Bern bietet die Gelegenheit, das LEACHPHOS-Verfahren im industriellen Massstab zu testen. Die Praxisnähe wird durch das Projekt-Team, das aus einer Firma, betroffenen Ämtern und Forschungsinstitutionen besteht, unterstützt.

Ergebnisse gemäss Vertrag (Deutsch)

1 Die technische Machbarkeit des Verfahrens und die relevanten Betriebsparameter (Verbrauchsmaterialien, Menge der Produkte und Reststoffe etc.) sind aufgrund der Ergebnisse aus dem Pilotversuch in der umgebauten ehemaligen KVA Bern bekannt.

Geeignete Verfahren zur Trocknung des Phosphorproduktes sind definiert. Eine grössere Menge getrocknetes P-Produkt steht für die Durchführung von Düngeversuchen bereit: Workpackage 1(WP 1)

 

2 Der Klärschlamm-Asche (KSA) Filterkuchen ist genauer charakterisiert (wichtigste Inhaltstoffe und Eigenschaften wie Korngrössenverteilung). Geeignete Verwertungswege und entsprechende Anforderungen für die Nutzung von Inhaltsstoffen als Wertstoff sind aufgezeigt: Workpackage 2 (WP 2)

 

3 Redaktion eines Schlussberichtes mit Darstellung der Ergebnisse aus 1 bis 2. Der Schlussbericht soll auch die Wirtschaftlichkeit des Prozesses aufzeigen und ein Geschäftsmodell präsentieren.

 

4 Bereitstellung von Textbausteinen und Illustrationen für die Erstellung eines Publikums-Factsheets

 

5 Präsentation der Ergebnisse an einem wissenschaftlichen Kolloquium beim BAFU mit entsprechender Power-Point Darstellung

Projektziele (Deutsch)

Ziel dieses Projektes ist die industrielle Pilotierung des LEACHPHOS-Prozesses zur Ermittlung der notwendigen Betriebsparameter für die industriellen Umsetzung und der Wirtschaftlichkeit des Verfahrens. Die zurückbleibenden Klärschlammmatrix soll ebenfalls untersucht und eine mögliche Inwertsetzung bestimmter Inhaltsstoffe (Urban Mining) aufgezeigt werden.

Beschreibung der Resultate (Deutsch)

Klärschlamm und insbesondere die bei dessen thermischer Nutzung anfallende Klärschlammasche stellen wertvolle sekundäre Phosphorquellen dar. Mit der Nutzung des Phosphors aus dem Klärschlamm könnte ein relevanter Teil des heutigen Konsums gedeckt werden. Die substituierbare Menge entspricht etwa der jährlich in Form von Mineraldüngern in die Schweiz importieren Phosphormenge. Im Rahmen dieses Projektes wurde die grosstechnische Machbarkeit des nasschemischen LEACHPHOS-Verfahrens zur Phosphorrückgewinnung aus Klärschlammaschen (KSA) untersucht. Das Verfahren basiert auf dem bereits seit 15 Jahren grosstechnisch etablierten sauren Flugaschenwaschverfahren (FLUWA), mit dem Schwermetalle aus Filteraschen der Kehrichtverbrennung behandelt und die Schwermetalle zurück gewonnen werden. Eine der ersten grosstechnischen FLUWA-Anlagen der Schweiz, die KVA Bern Warmbächli, wurde im Jahre 2012 stillgelegt bzw. an einem neuen Standort wieder in Betrieb genommen. Somit stand ab August 2012 eine „alte“ FLUWA-Anlage zur Durchführung des LEACHPHOS-Verfahrens im industriellen Massstab zur Verfügung.

Durch die verfahrenstechnische Analogie des FLUWA- und LEACHPHOS-Verfahrens waren nur geringe Modifikationen des bestehenden Prozesses nötig, so dass von Oktober bis Dezember 2012 Versuche mit Klärschlammasche der Monoverbrennung SVA Hard in Winterthur durchgeführt wurden. Pro Stunde konnten so 300-400 kg KSA behandelt und der darin enthaltene Phosphor zu 80% in ein Phosphorprodukt überführt werden. Die grosstechnische Machbarkeit des Verfahrens konnte sehr gut gezeigt werden. Zur Auslegung einer neuen grossen Anlage kann somit auf die grosse Erfahrung der umfangreichen FLUWA-Anlagen zurückgegriffen werden. Da im LEACHPHOS-Verfahren der Phosphor gegenüber dem Ausgangsmaterial deutlich angereichert und die Aufbereitung analog der primären Düngerherstellung durch einen Mineralsäureaufschluss durchgeführt wird, ist das entstandene Produkt mit Rohphosphat bzw. durch die sehr gute Pflanzenverfügbarkeit als double Superphosphat (DSP) vergleichbar. Neben dem Phosphorprodukt entsteht als mengenmässig grösster Rückstand eine phosphorabgereicherte Klärschlammasche. Derzeit werden verschiedene Möglichkeiten der Nutzung bzw. Deponierung dieser Fraktion untersucht. Das Ziel der Inertisierung des Rückstandes konnte mit physikalisch-mechanischen Verfahren nicht erreicht werden. Da die Entsorgungs- bzw. Deponiekosten einen massgebenden Einfluss auf die Wirtschaftlichkeit des Prozesses darstellen, wird diesem Umstand in weiterführenden Arbeiten nachgegangen. Bisherige Versuche zur nasschemischen Inertisierung des Rückstandes sind vielversprechend verlaufen und werden im Rahmen eines weiteren Projektes unter Leitung des Kanton Zürichs untersucht.

Umsetzung und Anwendungen (Deutsch)

Eine sofortige Umsetzung des LEACHPHOS-Prozesses ist derzeit aus wirtschaftlichen Gründen noch nicht vorgesehen. Weitere Optimierungsmassnahmen, insbesondere die Inertisierung des verbleibenden Extraktionsrückstandes, sollten eine praktische Anwendung des Verfahrens ermöglichen. Erste Versuche zeigen die Möglichkeit der Inertstoffherstellung, so dass die zukünftigen Entsorgungskosten deutlich gesenkt und die Wirtschaftlichkeit des Prozesses gesteigert werden können. Weitere Synergien mit anderen Prozessen sollen die Umsetzung positiv beeinflussen.

Publikationen / Ergebnisse (Deutsch)

Phosphorprojektblätter des AWEL, siehe http://www.awel.zh.ch/