P-Rückgewinnung ARA Thunersee (Machbarkeitsstudie Phosphor-Recycling ARA Thunersee)

• Forschungsstelle: BAFU
• Projektnummer: UTF 659.07.21

Schlüsselwörter (Deutsch)

Phosphor-Rückgewinnung, ARA, Klärschlamm

Kurzbeschreibung (Deutsch)

Ab 2026 muss der Phosphor gemäss VVEA aus dem Klärschlamm zurückgewonnen werden. Verschiedene Verfahren wurden dafür entwickelt. Allerdings existieren bis jetzt für keines dieser Verfahren Erfahrungen im industriellen Massstab. Zudem spielen für die Wahl des Verfahrens auch die verfahrenstechnischen Rahmenbedingungen auf der jeweiligen ARA oder der KVA (für Klärschlammasche) selber eine Rolle. Die ARA Thunersee ist auf der Suche nach einem geeigneten Verfahren. Sie betreibt eine biologische Phosphorelimination. In dieser Machbarkeitsstudie soll anhand einer Literaturrecherche für verschiedene P-Rückgewinnungsverfahren (Nass- wie auch Trockenverfahren) untersucht werden, ob sie auf der ARA Thunersee technisch umsetzbar sind. Dafür wird auch verfolgt, wie und in welcher Form der Phosphor aus der Wasserstrasse in den Schlamm gelangt. Für die in Frage kommenden Verfahren werden die Umweltauswirkungen mit der Methode der Ökobilanzierung gesamtheitlich ermittelt und bewertet. Dabei wird mit Sensitivitätsanalysen der Einfluss verschiedener umweltrelevanter Faktoren (z.B. Transportkilometer, Energie, Chemikalienverbrauch, Deponievolumen, etc.) auf die Umweltauswirkungen der einzelnen Verfahren ermittelt. Eine zu entwickelnde Bewertungsmatrix für die Verfahren zur P-Rückgewinnung berücksichtigt die Rahmenbedingungen auf der ARA (Infrastruktur, Prozesse), die technische Machbarkeit und die ökologischen Auswirkungen. Die Bewertungsmatrix soll so ausgestaltet werden, dass auch andere ARA die gewonnenen Erkenntnisse nutzen können. Ziel für die ARA Thunersee wäre ein Verfahren, das die Rückgewinnung des Phosphors vor der thermischen Verwertung ermöglicht und eine regionale Verwertung und Entsorgung der Reststoffe erlaubt.
Anhand der Resultate werden die nächsten Schritte für eine Testphase im Labor- und
Pilotmassstab geplant (nicht Bestandteil diese Machbarkeitsstudie). In dieser anschliessenden Phase soll dann auch die Wirtschaftlichkeit der in Frage kommenden Technologien untersucht werden.
Das Projekt wurde aufgrund des Beitragsgesuchs vom 03.03.2021 genehmigt.

Ergebnisse gemäss Vertrag (Deutsch)

1. Anhand einer P-Bilanzierung, ev. einer Eisen-Bilanz und Laboranalysen ist aufgezeigt, wie und in welcher Form der in der Wasserstrasse abgebaute Phosphor in den verschiedenen Prozessschritten der Schlammbehandlung vorliegt.
2. Mit einer Literaturstudie wurde eine Übersicht über den aktuellen Wissenstand zu den verschiedenen Verfahren in einer Long-List erstellt. Die für die ARA-Thunersee relevanten Verfahren sind in einer Short-List zusammengefasst und ergänzt mit Angaben zum letzten erfolgreich durchgeführten Versuchsmassstab sowie einer Potentialbeurteilung für das vorliegende Projekt.
3. Der Kriterienkatalog zur Beurteilung der Anwendungsoptionen auf der ARA Thunersee ist erstellt. Auf dieser Basis wurde eine Bewertungsmatrix erstellt und die in der Shortlist beschriebenen Verfahren damit beurteilt. Ein Variantenvergleich von bis zu 4 Verfahren, die auf der ARA Thunersee technisch umsetzbar sind, zeigt die beste Variante auf. Eine Betrachtung der ökologischen Auswirkungen zeigt die Umweltwirkung und deren Ursachen von allen, im Detail betrachteten Verfahren auf. Meilenstein 1
4. Ein Alternativweg in Form der P-Rückgewinnung aus Klärschlammasche ist aufgezeigt inkl. der technischen Machbarkeit und den ökologischen Auswirkungen.
5. Falls der Entscheid auf ein Verfahren fällt, bei dem P direkt auf der ARA Thunersee zurückgewonnen wird, wird dazu eine regionale P-Recycling Strategie inkl. möglichem Verwertungsweg entworfen (potentielle Mengen, verfahrenstechnische Kompatibilität z.B. Bio-P und Fällungsschlämme, zu erwartende ökonomische Risiken). Sie berücksichtigt die kantonale Strategie.
6. Ein Schlussbericht mit Darstellung der Ergebnisse aus 1 bis 5 und dem weiteren Vorgehen ist redigiert und dem BAFU abgegeben.
7. Textbausteine, Illustrationen und mindestens 3 Fotografien
   (genauere Angaben s. Beilage 2) für die Verwendung in öffentlichen Publikationen sind
   bereitgestellt und dem BAFU abgegeben.
8. Eine Präsentation der Ergebnisse mit entsprechender Power-Point Darstellung ist dem BAFU abgegeben und kann auf Nachfrage beim BAFU vorgetragen werden.

Projektziele (Deutsch)

Ziel dieses Auftrags ist es, mögliche Verfahren zur P-Rückgewinnung auf der ARA Thunersee mit möglichst geringer Umweltauswirkung zu bestimmen. Die dafür entwickelte Bewertungsmatrix kann auch für andere ARA angewendet werden. Die nächsten Schritte für die Umsetzung im Labor- und Pilotmassstab sind aufgezeigt.

Beschreibung der Resultate (Deutsch)

Die ARA Thunersee ist gemäss VVEA Art. 15 und 51 ab dem 01.01.2026 verpflichtet Phosphor aus dem Klärschlamm zurückzugewinnen. Um dieser Pflicht nachzukommen hat die ARA Thunersee mit einer Machbarkeitsstudie möglichen Optionen geprüft. Die Machbarkeisstudie ist in 5 Teilbereiche unterteilt:

• Um die Verfahren und deren Rückgewinnungspotential beurteilen zu können, wurden mit Hilfe von Bilanzierungen und Laboruntersuchungen der Phosphor-Pfad der ARA Thunersee modelliert.
• Als Grundlage für die Verfahrenswahl wurde eine umfangreiche Literaturrecherche über die aktuell existierenden Verfahren zur Phosphor-Rückgewinnung durchgeführt.
• Über eine Longlist (46 Verfahren) und eine Shortlist (9 Verfahren) wurden schlussendlich 3 Best-Verfahren identifiziert.
• Für diese drei Verfahren wurde in einem weiteren Schritt eine ökologische Beurteilung mit Hilfe der Methode der ökologischen Knappheit durchgeführt.
• Parallel dazu sollen die offenen Aspekte der regionalen P-Rückgewinnungsstrategie untersucht werden.

Es konnte aufgezeigt werden, dass bei der Betrachtung der Rückgewinnungsverfahren mit der Vergleichsbasis 1 kg Dünger die drei Best-Verfahren eine geringere Umweltauswirkung aufweisen, als der handelsübliche Mineraldünger. Innerhalb der Rückgewinnungsverfahren schliessen dabei die beiden betrachteten Schlammverfahren ExtraPhos® und LysoPhos® im Vergleich zum Phos4Life®-Verfahren besser ab.

Umsetzung und Anwendungen (Deutsch)

In einem nächsten Schritt sollen die offenen Fragestellungen rund um die beiden Schlammverfahren der Best-Verfahren (ExtraPhos® und LysoPhos® ) mithilfe von spezifischen Laborversuchen untersucht werden. Dies bildet die Basis für eine mögliche nachfolgende Pilotierung. Im Rahmen dessen sollen die Verfahren in Hinblick auf die Erhöhung der Rückgewinnungsquote und auf die Reduktion des Hilfsstoffverbrauchs, welcher die grösste ökologische Auswirkung verursacht, optimiert werden.

Weiteres Vorgehen (Deutsch)

Kann mit den oben beschriebenen weiterführenden Untersuchungen die Machbarkeit eines Schlammverfahrens sowie die Verwertung des Rezyklats bestätigt werden, so sollte der nachhaltige, regional geschlossene Phosphorkreislauf weiterverfolgt und in einem nächsten Schritt die Fragestellungen rund um die finanziellen und rechtlichen Aspekte sowie der Zuständigkeit angegangen werden.