P-Recycling mit EuPhoRe (Phosphorrückgewinnung aus Klärschlamm mit dem EuPhoRe-Verfahren auf der ERZO in Oftringen)

• Forschungsstelle: BAFU
• Projektnummer: UTF 614.26.19

Schlüsselwörter (Deutsch)

P-Rückgewinnung, Klärschlamm, Recyclingdünger, Schwermetallabreicherung, Redoxverfahren

Kurzbeschreibung (Deutsch)

Für die Rückgewinnung von Phosphor aus Klärschlamm stehen verschiedene Verfahren zur Diskussion. Kritischer Punkt ist die landwirtschaftliche Verwertbarkeit des entstehenden P-haltigen Produkts. Das EuPhoRe-Verfahren ist ein zweistufiges thermisches Redox-Verfahren mit Additivzugabe (voraussichtlich MgCl₂) zur Schwermetallabreicherung. Vorversuche auf einer Pilotanlage haben die Tauglichkeit des Verfahrens und eine Rückgewinnung des vorhandenen Phosphors in Düngermittelqualität von bis zu 98% gezeigt. Mit der Einführung der Düngerkategorie der mineralischen Recyclingdünger wurden auch die Schwermetall-Grenzwerte angepasst und auf den P-Gehalt des Düngers bezogen. Um diese einzuhalten, muss bei der P-Rückgewinnung ein P-haltiger Booster zugegeben werden. In einer Machbarkeitsstudie (UTF 592.04.19) wurde ein entsprechender Stoff gesucht und gefunden, der langfristig verfügbar und sowohl verfahrenstechnisch als auch wirtschaftlich anwendbar ist. Für den Pilotversuch wird aufgrund der Resultate Dicalciumphosphit verwendet. Im Projekt werden weitere Booster getestet, falls das für die Wirtschaftlichkeit und für die Absicherung der langfristigen Verfügbarkeit nötig ist.

Am Standort der ERZO soll das EuPhoRe-Verfahren nun im industriellen Massstab geprüft werden. Dafür wird die bestehende Drehrohranlage von Nass- auf Trockenaustrag umgestellt und mit Installationen für die Beigabe von Additiv und P-Booster sowie mit einer Mahlvorrichtung und der nötigen Regel- und Messtechnik ergänzt. Wichtige Aspekte des Verfahrens sind die Nutzung von bestehenden Anlageressourcen und mögliche Synergien innerhalb des Systems (ARA und KVA), die Produktequalität (Grenzwerte für organische Schadstoffe und Schwermetalle; Hygienisierung, Düngerqualität) und der schadenfreie Betrieb der Anlage, insbesondere durch Korrosion. Dafür wird ein QS-System für das EuPhoRe Verfahren und das thermodynamische Gesamtverfahren entwickelt. Wirtschaftlichkeit und Auswirkungen auf die Umwelt werden untersucht. Eine Ökobilanzierung wird ebenfalls gemacht, um eine Vergleichbarkeit mit verschiedenen Ansätzen zur P-Rückgewinnung für den Schweizer Kontext zu ermöglichen.

Die Firma EuPhoRe ist der Technologiegeber und hat im Langzeitversuch eine beratende Funktion. Die Rytec übernimmt die Erarbeitung des QS-Systems und lässt die Analytik und die Vegetationsversuche für das entstehende P-Produkt in ausgewählten Anstalten durchführen. Weiter überwacht Rytec das thermodynamische Gesamtverfahren, das Korrosionsrisiko und die Produktequalität.

 

Das Projekt wurde aufgrund des Grundsatzentscheides an der Koko UT vom 06.12.2016 und dem überarbeiteten Beitragsgesuch vom 07.08.2019 genehmigt.

Ergebnisse gemäss Vertrag (Deutsch)

1. Die Anlage ist betriebsbereit: die Additiv- und P-Boosterzugabe und der Trockenaustrag als neue Anlageteile haben den Eignungstest bestanden. Die Installationen zur Überwachung der Korrosion sind eingerichtet. Meilenstein 1

    

2. Anlage und Verfahren sind aufgrund von Verfahrenstesten erprobt. Zielgrösse ist ein P-Rückgewinnungsgrad von 80%, wie er im Entwurf zur Vollzugshilfe VVEA zur Rückgewinnung von Phosphor aus phosphoreichen Abfällen vorgesehen ist (Stand Juni 2019). Das Qualitätssicherungssystem ist entwickelt und beschrieben. Erste Ergebnisse zur Produktqualität (Analyseergebnisse zur Schwermetallabreicherung) und Korrosionsauswirkung liegen vor. Meilenstein 2

    

3. Es liegen weitere Erkenntnisse zur Additiv- und P-Boosterdosierung bezüglich Einhaltung der Minrec-Werte durch den Dünger vor. Die Pflanzenversuche mit dem Produkt sind angelegt. Meilenstein 3

    

4. Sach-, Umwelt- und Kostenbilanzen sind für alle Verfahrensschritte und –produkte erstellt. Eine Ökobilanzierung bewertet die Auswirkung auf die Umwelt. Meilenstein 4

    

5. Ein Schlussbericht mit Darstellung der Ergebnisse aus 1 bis 4 und dem weiteren Vorgehen ist redigiert und dem BAFU abgegeben.

    

6. Textbausteine, Illustrationen und mindestens 3 Fotografien für die Verwendung in öffentlichen Publikationen sind bereitgestellt und dem BAFU abgegeben.

    

7. Eine Präsentation der Ergebnisse mit entsprechender Power-Point Darstellung ist dem BAFU abgegeben und kann auf Nachfrage beim BAFU vorgetragen werden.

Projektziele (Deutsch)

Die Anlage kann im Dauerbetrieb bis zu 10 Monate ohne erhöhte Korrosion betrieben werden. Die Wirtschaftlichkeit des EuPhoRe-Verfahrens und die Auswirkungen auf die Umwelt sind bekannt. Das entstehende P-Produkt hält alle gesetzlichen Vorgaben ein und kann als Dünger verwendet werden bzw. die Voraussetzungen dafür sind bekannt. Eine Ökobilanzierung des Gesamt-Verfahrens wurde erstellt.

Beschreibung der Resultate (Deutsch)

Die Anlagenkombination KVA/Drehrohr inklusive Trockenaustrag konnte während der gesamten Versuchsperiode zuverlässig und schadensfrei betrieben werden. Es gab keine auf das EuPhoRe®-Verfahren zurückzuführenden Grenzwertüberschreitungen der Rauchgasemissionen.

Betreffend Korrosion bewirkte die Zugabe von chlorhaltigen Additiven keine wesentliche Veränderung bei den korrosionsrelevanten Schwermetallfrachten im Rauchgasstrom in der KVA. Eine erhöhte Korrosionsdynamik im Kessel war deshalb nicht zu erwarten, was die Analyse der eingesetzten Korrosionssonden bestätigte.

Der Phosphor-Rückgewinnungsgrad sämtlicher EuPhoRe®-Versuche liegt über 80%, d.h. der erforderliche Wert von 50% wird problemlos eingehalten.

Gemäss Laboranalysen konnten alle gesetzliche Grenzwerte ausser Kupfer und Arsen eingehalten werden. Bei der Mitverbrennung von Tiermehlasche kann der Arsen-Grenzwert (rechnerisch) eingehalten werden. Für das anvisierte EuPhoRe®-Düngerprodukt liegt der vom Bundesamt für Landwirtschaft hergeleitete Grenzwert für Kupfer etwa 45% tiefer als der entsprechende Grenzwert für den EU-Raum. Eine weitere Abreicherung von Kupfer ist erst bei Temperaturen über 1'000 °C zu erwarten, die sich im erzo-Drehrohr nicht erzielen lassen. Gemäss heutigem Wissensstand kann der Kupfer-Grenzwert vom EuPhoRe®-Verfahren in Oftringen nicht eingehalten werden.

Aufgrund der schlechten Aussichten auf Produktzulassung wurden die vorgesehenen Pflanzenwachstumsversuche und Ökobilanzierung nicht durchgeführt.

Umsetzung und Anwendungen (Deutsch)

Gemäss Erkenntnissen aus dieser Studie wäre eine Zulassung des EuPhoRe®-Düngerprodukts im EU-Raum möglich, in der Schweiz aber nicht. Angesichts des notwendigen Zusatzaufwands zur Lösung der Kupfer-Problematik sowie der unerwarteten Absage des potentiellen Hauptabnehmers des EuPhoRe®-Düngerprodukts, hat das Verfahren zurzeit in der Schweiz einen schwierigen Stand. Für die Optimierung und Weiterentwicklung des EuPhoRe®- oder eines ähnlichen thermochemischen Verfahrens zur Rückgewinnung von Phosphor aus Klärschlamm können die Resultate jedoch nützlich sein.

Weiteres Vorgehen (Deutsch)

Die erzo hat als Konsequenz aus den Versuchen folgende Schlüsse gezogen:

• Das EuPhoRe®-Verfahren ist verfahrenstechnisch in Oftringen stabil, sicher und ohne erhöhte Korrosion zu betreiben.
• Das EuPhoRe®-Verfahren kann den Schweizer Grenzwert für Kupfer nicht einhalten.
• Nur mit entsprechender Nachbehandlung wäre die Zulassung des EuPhoRe®-Düngerprodukts in der Schweiz möglich.

Daraus ergeben sich drei Varianten, welche weiter geprüft werden:

• Nachbehandlung der Asche aus dem EuPhoRe®-Verfahren mit Phosphorsäure mit dem Ziel, einen MinRec kompatiblen Dünger herzustellen.
• Investition in die Herstellung von Phosphorsäure aus der Asche aus dem Drehrohr, ohne Zugabe von Additiven.
• Zusätzliche Kooperationen bei der Herstellung von Phosphorsäure.