• Durch die Pilotanlage wurde die Phosphorrückgewinnung aus Überschussschlamm untersucht.
• Bis zu 60% des im Schlamm vorliegenden Phosphors konnten als Rezyklat zurückgewonnen werden.
• Das Produkt des Verfahrens besteht vorwiegend aus Magnesium-Ammonium-Phosphat (Struvit), ein phosphathaltiger Mineraldünger.

Der Verbrauch geogener Phosphor-Ressourcen durch eine intensive Landwirtschaft führt zu erheblichen Umweltschäden, politischen Abhängigkeiten und einer kritischen Verknappung dieses essentiellen Rohstoffs. Phosphor -ein wichtiger Grundstoff der Düngemittelproduktion - ist in der EU als kritischer Rohstoff gelistet und selbst in China, das über große Mengen an Phosphathaltigen Gesteinen verfügt, wurde Phosphor bereits 2001 als eines der wichtigsten 20 Mineralien identifiziert, bei denen die Bedarfsdeckung kritisch gesehen wird.

Daher rückt die Schließung von Stoffkreisläufen durch die Rückgewinnung von Phosphor aus Klärschlamm in Form von gut pflanzenverfügbaren Recyclingdüngern wie Magnesium-Ammonium-Phosphat (MAP oder Stuvit) zunehmend in den Fokus des siedlungswasserwirtschaftlichen und politischen Interesses. In Deutschland entwickelte Verfahren sind allerdings nicht direkt auf die chinesischen Randbedingungen übertragbar, da z.B. selten eine anaerobe Klärschlammbehandlung oder Klärschlammmonoverbrennung erfolgt, was den Rückgewinnungsprozess beeinflusst. Daher galt es, im Projekt PIRAT-Systems das Stuttgarter Verfahren, welches für die Phosphorrückgewinnung aus Faulschlamm entwickelt wurde, so zu modifizieren, dass eine hohe und stabile P-Rückgewinnung auch unter Einsatz von Primär- und Überschussschlamm erzielt werden kann. Dies ist vor allem wichtig für Länder wie China, in denen viele Kläranlagen keine anaerobe Klärschlammbehandlung aufweisen.

Basierend auf diesen Überlegungen und Vorversuchen im Labor wurde eine Pilotanlage zur P-Rückgewinnung in Kooperation der Projektpartner LUG Engineering GmbH und der Technischen Universität Kaiserslautern (TUK) geplant von der Umtec Silo- und Schüttgut GmbH gebaut und auf der Kläranlage Landstuhl von Mitarbeiter*innen der TUK betrieben. Ziel war es, die im Labormaßstab erfolgreichen Strategien im halbtechnischen Maßstab unter den realen Bedingungen einer Kläranlage zu überprüfen und mögliche betriebliche Probleme und Herausforderungen bei der technischen Umsetzung zu erkennen.

Die Pilotanlage (siehe Bild 1) besteht aus zwei Containern, die mit zwei Reaktoren, einem Schrägfilter zur Fest-Flüssig-Trennung (FFT), vier Druckluftpumpen und vier Dosierpumpen zur Dosierung erforderlicher Chemikalien ausgestattet sind. In Reaktor 1 mit ca. 1000 Liter Kapazität wird die P-Rücklösung durchgeführt, um chemisch und biologisch im Klärschlamm gebunden Phosphor möglichst weitgehend freizusetzen. Nach anschließender FFT durch den Schrägfilter werden Feststoffe aus dem System abgetrennt (Abbildung 2) und das Filtrat in Reaktor 2 überführt, wo durch Zugabe von Zitronensäure Stör-Kationen wie Eisen komplexiert werden. Nach Zugabe von Magnesium, Ammonium und Natronlauge können so MAP-Kristalle entstehen.

Im Pilotmaßstab wurden bis zu 70% P-Rücklösung aus eingedicktem ÜSS (TS≈ 3%) erzielt, was den Laborergebnissen entsprach. Eine Herausforderung bei einer Schlammbehandlung mit hohem Feststoffgehalt ist die Fest-Flüssig-Trennung. Die chemische Rücklösung verschlechtert die Filtrierbarkeit des Schlamms deutlich und hat zunächst lange Zeit in Anspruch genommen. Durch Zugabe geeigneter Polymere sowie durch Einsatz unterschiedlicher Filtervliese konnte im Laufe der Versuche die Qualität aber auch Quantität des Filtrats erhöht und gleichzeitig die Filtrationsdauer verringert werden.  Des Weiteren hat sich gezeigt, dass die Rührgeschwindigkeit für das Ausfällen des Produktes bedeutsam ist und die Qualität des Filtrats die Produktzusammensetzung beeinflusst. Die Analyseergebnisse des aus dieser Anlage hergestellten Produkts zeigen, dass bei entsprechend geeigneten Betriebseinstellungen das Produkt vorwiegend aus Struvit besteht, obwohl andere Komponenten wie Eisen- oder Calciumverbindungen in geringeren Anteilen ebenfalls vorliegen. Die Analysen haben zudem sehr niedrige Mengen an Schwermetallen im Produkt aufgewiesen. Bis zu 90% Phosphatfällung bezogen auf rückgelöstes Phosphat und 60% bezogen auf Phosphor im Zulauf der Pilotanlage konnten in den Pilotversuchen erreicht werden.

Die Versuche wurden im Juli abgeschlossen.