P-Rückgewinnung aus Klärschlamm dezentral (Dezentrale stoffliche und energetische Klärschlammverwertung)

• Forschungsstelle: BAFU
• Projektnummer: UTF 503.06.15

Schlüsselwörter (Deutsch)

Klärschlammverbrennung, P-Rückgewinnung, Redox, dezentral, stoffliche Verwertung

Kurzbeschreibung (Deutsch)

Die gegenwärtig laufende Revision der TVA sieht vor, dass in Zukunft Phosphor aus dem Klärschlamm zurückgewonnen werden muss. Neben überregionalen Lösungen wie Monoverbrennungsanlagen können auch dezentrale Lösungen, die die regionale stoffliche und energetische Verwertung des Klärschlamms und die Nutzung der bestehenden Strukturen ermöglichen, sinnvoll sein. Mit ca. 7‘500 t/ Jahr verwertetem Klärschlamm steht die AVA Altenrhein stellvertretend für weitere 30 – 40 ARAs mittlerer Grösse in der Schweiz.

 

Neue technische Entwicklungen im Bereich der RedOx-Verfahren (zweistufige Pyrolyse/Oxidation) ermöglichen im thermischen Prozess die Abreicherung der Schwermetalle direkt aus dem Klärschlamm, sodass der Phosphor-haltige Rückstand in der Landwirtschaft zur Düngung eingesetzt werden kann. In der vorliegenden Studie sollen die pflanzenbaulichen Anforderungen (Pflanzenverfügbarkeit, Produktanforderungen, Berücksichtigung der gesetzlichen Rahmenbedingungen) und die Verwertungskanäle untersucht werden. Gleichzeitig soll dieses Verfahren mit weiteren industriellen Verfahren mit Betriebserfahrung hinsichtlich Wirtschaftlichkeit, technischer Eignung und ökologischen Kriterien (z.B. Entfrachtung von Schwermetallen) verglichen und die kritische Grösse für eine regionale Aufbereitungsanlage bestimmt werden.

 

Das Projekt wurde aufgrund des Beitragsgesuchs vom 27.01.2015 genehmigt.

Ergebnisse gemäss Vertrag (Deutsch)

1. Ein Raster für den Vergleich der verschiedenen Verfahren mit allen relevanten Parametern ist erstellt, u.a. Energie- und Massenbilanzen, Quantität und Qualität der Produkte, Indikatoren zur Wirtschaftlichkeit, Umweltauswirkungen, Platzbedarf. Die Vollständigkeit der Angaben zu den Verfahren in diesem Raster ist von der Verfügbarkeit und der Bereitschaft der Verfahrensanbieter abhängig, diese Informationen zur Verfügung zu stellen. Die zu vergleichenden Verfahren sind bestimmt. Der Raster ermöglicht die spätere Berücksichtigung weiterer Verfahren, die zum Zeitpunkt dieses Projektes noch nicht bekannt sind. Erste Resultate zur Schwermetallentfrachtung liegen vor.

 

2. Das Konzept zur Verwertung des P-haltigen Rückstands ist erarbeitet. Es beinhaltet Verwertungspfade wie auch Produktanforderungen (Pflanzenverfügbarkeit, Schadstoffbilanz, Einhaltung gesetzlicher Vorschriften wie ChemRRv, Vergleich zu Bodenbelastung durch mineralische Dünger). MS1

 

3. Redaktion eines Schlussberichtes mit Darstellung der Ergebnisse aus 1 bis 2. Der Schlussbericht enthält Handlungsempfehlungen in Abhängigkeit der Rahmenbedingungen vor Ort und legt die Auslegungs- und Betriebsdaten für die Pilotanlage fest.

 

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)

Die Resultate aus dem Vergleich des RedOx-Verfahrens mit den bereits grosstechnisch betriebenen Verfahren Monoverbrennung, Pyrolyse und nach Möglichkeit auch Hydrothermale Karbonisierung HTC stehen in Form eines Berichts mit Handlungsempfehlungen in Abhängigkeit der Rahmenbedingungen zur Verfügung. Aus dem Verfahrensvergleich stehen die Informationen und Daten für das Konzept einer grosstechnischen Demonstrationsanlage bereit. Gleichzeitig ist ein Konzept erstellt, welches die Anforderungen und notwendigen Abklärungen beschreibt für eine Verwertung des Phosphor-haltigen Rückstandes in der regionalen Landwirtschaft.

Beschreibung der Resultate (Deutsch)

Im Rahmen der Machbarkeitsstudie «Dezentrale stoffliche und energetische Klärschlammverwertung» wurden für den Standort der ARA Altenrhein folgende Themen und Teilprojekte bearbeitet:

• Durchführung von Technikumsversuchen zur Schwermetallabreicherung von Klärschlamm mittels einem Pyrolyseverfahren
• Erstellen ein Konzeptes für die landwirtschaftliche Verwertung des mineralischen Rückstandes
• Erstellen einer Beurteilungsmatrix für die Evaluierung von Phosphor Recyclingverfahren aus Klärschlamm
• Verfahrensbeschreibung aktueller thermischer Klärschlammverwertungsverfahren mit Phosphorrecycling

In Rahmen der Technikumsversuche konnten Ergebnisse erzielte werden, welche ein Erreichen der zukünftigen Minrec-Grenzwerte für mineralische Recyclingdünger als sehr wahrscheinlich erscheinen lassen. Der Verfahrensvergleich der aktuellen Pyrolyseverfahren zeigte, dass vor allem zwei Verfahren für die dezentralen Anwendungen in der Schweiz interessant sind. Diese beiden Verfahren werden weiterverfolgt.

Umsetzung und Anwendungen (Deutsch)

Die beiden Verfahren, die am meisten Erfolg versprechen, werden in zwei Folgeprojekten zur grosstechnischen Anwendungsreife entwickelt werden. Erste Zwischenergebnisse zeigen interessante Potentiale betreffend Wirtschaftlichkeit und Energieeffizienz, bei gleichzeitiger Phosphorrückgewinnung durch die dezentrale Aufbereitung des Klärschlamms mittels Pyrolyseverfahren. Ein gewichtiger Faktor zum Erreichen dieser Werte ist die Möglichkeit der Nutzung der bestehenden Infrastruktur und der jeweils hohe Wirkungsgrad bei der Abwärmeverwertung. Zur Zeit sind die definitiven Minrec Grenzwerte für eine Verwertung des mineralischen Rückstandes in der Landwirtschaft noch nicht bekannt, erste Angaben lassen aber eine Direktverwertung der Pyrolyserückstände in der Landwirtschaft als sehr wahrscheinlich erscheinen.

Weiteres Vorgehen (Deutsch)

Für den Standort Altenrhein wird 2017/2018 im Rahmen eins Vorprojektes die Integration der neuen Technologie im Rahmen von vier Szenarien in die bestehende Anlage evaluiert und eine Konzept für die Verwertung der Abwärme im lokalen Fernwärmenetz entwickelt. Auf Basis dieser Szenarien, welche neben den Stoffflüssen und den Energiebilanzen auch die Wirtschaftlichkeit und die ökologischen Auswirkungen berechnen wird, soll anschliessend über das weitere Vorgehen zur grosstechnischen Umsetzung entschieden werden.

Publikationen / Ergebnisse (Deutsch)

Im Rahmen des Projektes «Dezentrale Klärschlamm Verwertung mit Phosphorrückgewinnung»  wurden verschiedene für diesen Zweck geeignete Pyrolysesverfahren evaluiert und gewisse Ergebnisse in Technikumsversuchen überprüft. Zusammen mit der Abklärung der landwirtschaftlichen Verwertungsmöglichkeiten des Produktes wurden die Grundlagen für einen positiven Entscheid zur Weiterentwicklung des Projektes erarbeitet. Im Rahmen dieses Folgeprojektes werden mit den standortspezifischen Daten zur stofflichen und energetischen Verwertung der Produkte Anwendungsszenarien entwickelt und deren technische, ökonomische und ökologische Realisierbarkeit beurteilt.