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Problemkind Phosphor

Zum Status quo der Phosphat-Rückgewinnung aus Klärschlamm

| Autor/ Redakteur: Dipl.-Ing. Hans-Jürgen Bittermann / Dr. Jörg Kempf

Auch wenn der für 2030 angekündigte „Peak Phosphorous“ (ab diesem Zeitpunkt soll die Förderung von natürlichem Phosphorit abnehmen) vielen Fachleuten zufolge einer sachlichen Grundlage entbehrt, ist die Rückgewinnung von Phosphor aus abwassertechnischen Anlagen sowohl aus strategischen Gründen als auch hinsichtlich der Qualität der Phosphate sinnvoll. Gegenwärtig existieren rund 70 Verfahren.

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Aus der Kläranlage auf den Acker: Die Verwendung von Klärschlamm als Basis für Düngemittel stellt einige Herausforderungen.
Aus der Kläranlage auf den Acker: Die Verwendung von Klärschlamm als Basis für Düngemittel stellt einige Herausforderungen.
(Bild: ©Singkham - stock.adobe.com)

Um einerseits die strategische Abhängigkeit zu reduzieren, andererseits der zunehmenden Schwermetallbelastung von Rohphosphaten zu begegnen, setzen Deutschland und die Schweiz vermehrt auf die Rückgewinnung von Phosphaten aus Klärschlamm. Welche Verfahren dafür zur Verfügung stehen beschreibt das Statuspapier „Phosphatrückgewinnung“, das die Processnet-Fachgruppe „Rohstoffe“ erarbeitet hat. Dabei geht es sowohl um die unterschiedlichen technologischen Methoden, von denen derzeit nur wenige im industriellen Maßstab verfügbar sind, wie auch um Fragen der Wirtschaftlichkeit und der gesetzlichen Voraussetzungen.

Klärschlamm als sekundäre Phosphat-Rohstoffquelle

Zunächst ein Blick auf die chemisch-physikalischen Gegebenheiten: Ein Großteil des in die Nahrungskette eingespeisten Phosphats liegt als Phytat (C6H18O24P6) vor, aus dem es in Ermangelung des Enzyms Phytase vom menschlichen Organismus nicht abgespalten werden kann. In der Konsequenz wird das Phytat unverändert wieder in das Abwasser ausgeschieden. In der Kläranlage trifft Phytat auf bakterielle Phytaseaktivität, durch die das Phosphat freigesetzt wird und einen ernstzunehmenden Faktor der Gewässer-Eutrophierung darstellt, wenn es nicht im Zuge der Abwasserbehandlung eliminiert wird. Dies erfolgt typischerweise im Anschluss an die biologische Stufe des Klärprozesses, indem das Phosphat in einer chemischen Stufe durch Zugabe von Phosphatbindern eliminiert wird.

Sofern keine biologische Phosphor-Eliminierung (Bio-P) zur Verfügung steht, werden Phosphate typischerweise durch Einsatz von Eisen- und Aluminiumsalzen gefällt, auch kommen Calciumsalze wie Kalk zum Einsatz. Die im Abwasser enthaltenen Phosphate fallen in Form von Eisen- (FePO4) oder Aluminiumphosphat (AlPO4) bzw. Calciumphosphat (Ca3(PO4)2) aus und gelangen in den Klärschlamm, während die Anionen des Fällungsmittels im Wasser verbleiben. Deshalb stellt Klärschlamm eine interessante sekundäre Phosphat-Rohstoffquelle dar. Allerdings: da Phosphat in Form der genannten Salze faktisch wasserunlöslich vorliegt, ist eine Bioverfügbarkeit für Düngezwecke nicht gegeben.

Die Herausforderungen bei der Phosphor-Rückgewinnung aus Klärschlamm und auch aus Klärschlammaschen liegen u.a. darin, dass der Klärschlamm die Schadstoffsenke des Klärprozesses darstellt, in der sämtliche ungewünschte Stoffe, z.B. Schwermetalle, verbleiben. Bei der chemischen P-Eliminierung kommt es weiterhin zur Einbindung des Phosphats in schwerlösliche Aluminium- und Eisenphosphate, die nicht direkt pflanzenverfügbar sind und daher aufwändig aufgeschlossen werden müssen. Dazu kommen saisonale Schwankungen im P-Gehalt sowie den Gehalten von Begleitstoffen.

Bei der Verwendung von Klärschlamm als Basis für Düngemittel ist dessen potentielle Belastung mit persistenten Organika und Keimen zu klären und zu handhaben. Klärschlammaschen enthalten bis zu 25 Gewichtsprozent Al oder Fe sowie andere Spurenelemente wie Cu oder Zn. Während erstere zum großen Teil der chemischen Phosphatfällung entstammen, ist der Eintrag von Cu und Zn im Wesentlichen im Metallaustrag aus Regenrinnen und Dachabdeckungen begründet. Cu und Zn können nach Düngemittelverordnung sogar einen typbestimmenden Anteil darstellen. In dem Fall darf ihr Anteil 0,02 % Trockensubstanz nicht übersteigen.

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