EP-4737403-A1 - METHOD AND DEVICE FOR DEPLETING PHOSPHORUS FROM WASTE WATER

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Abreicherung von Phosphor aus Abwasser, das zumindest mechanisch und sodann biologisch gereinigt wird. Ein Teilstrom von dem in einem anaeroben Prozess anfallenden, Orthophosphat enthaltenden Schlamm wird einer Fest/Flüssigkeitstrenneinrichtung (42) zugeführt, wobei die abgetrennte Flüssigkeit einer Einrichtung (60) zugeführt wird, in der Phosphatkristalle und/oder schwerlösliche Phosphatsalze enthaltender Phosphatfällungsschlamm gebildet werden. Nach Abscheiden der Kristalle und/oder dem schwerlösliche Phosphatsalze enthaltenden Fällungsschlamm wird die Flüssigkeit oder zumindest ein Teil dieser in die biologische Reinigungsstufe zurückgeführt.

Inventors

• Prof. Dr. Pfeiffer, Wolfgang
• Klamp, Thomas

Assignees

• CNP CYCLES GMBH

Dates

Publication Date

20260506

Application Date

20251028

Claims (17)

1. Verfahren zur Abreicherung von Phosphor aus Abwasser, das zumindest mechanisch und sodann biologisch gereinigt wird, wobei bei der biologischen Reinigung in einer ersten Prozessstufe ein anaerober Prozess und in einer zweiten Prozessstufe zumindest ein aerober Prozess durchgeführt werden, und in der biologischen Reinigung anfallender Nachklärschlamm als Rücklaufschlamm der anaeroben ersten Prozessstufe zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teilstrom von in dem anaeroben Prozess der ersten Prozessstufe anfallendem Orthophosphat enthaltendem Bio-P-Schlamm oder zumindest ein Teilstrom des Rücklaufschlamms, der zum Freisetzen von Orthophosphat anaeroben Bedingungen ausgesetzt wird, einer ersten Fest/Flüssigkeitstrenneinrichtung (42) zugeführt wird, dass in der ersten Fest/Flüssigkeitstrenneinreichung (42) abgetrennter Flüssigkeit zumindest eine magnesium- oder kalziumhaltige Chemikalie zur Bildung von Phosphatkristallen und/oder schwerlösliche Phosphatsalze enthaltendem Phosphatfällungsschlamm zugegeben wird, und dass nach Abscheiden der Phosphatkristalle und/oder des die schwerlöslichen Phosphatsalze enthaltenden Phosphatfällungsschlamms die Flüssigkeit oder zumindest ein Teil dieser der biologischen Reinigung, vorzugsweise nach der ersten Prozessstufe der zweiten Prozessstufe, zugeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kristalle und/oder der die schwerlöslichen Phosphatsalze enthaltende Phosphatfällungsschlamm, die und/oder der vorzugsweise in einer Ausfälleinrichtung (60) durch die Zugabe der zumindest einen Chemikalie gebildet werden, in einer zweiten Fest/Flüssigkeitstrenneinreichung (68) abgeschieden werden und die abgetrennte Flüssigkeit der biologischen Reinigungsstufe, vorzugsweise der zweiten Prozessstufe nach der ersten Prozessstufe, zugeführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der mechanischen Reinigung anfallender Schlamm einer dritten Fest/Flüssigkeitstrenneinrichtung (22) zugeführt wird, in der unmittelbar oder mittelbar zuvor unter anaeroben Bedingungen eine Vorversäuerung (122) durchgeführt wird, dass die in der dritten Fest/ Flüssigkeitstrenneinrichtung abgetrennte Flüssigkeit der ersten Prozessstufe oder einer Anaerobeinrichtung (132) zugeführt wird, in der Rücklaufschlamm bzw. der Teilstrom von diesem den anaeroben Bedingungen ausgesetzt wird, dass ggf. während der Vorversäuerung eine Erwärmung erfolgt, dass vorzugsweise in der dritten Fest/Flüssigkeitstrenneinrichtung (22) anfallender Schlamm sowie voreingedickter Überschussschlamm einer Faulungsanlage (26) zugeführt wird und gebildeter Faulschlamm einer vierten Fest/Flüssigkeitstrenneinrichtung (28) zugeführt wird, und dass die in der vierten Fest/Flüssigkeitstrenneinrichtung aus dem Faulschlamm abgetrennte Flüssigkeit einer Ausfälleinrichtung (60) als erste Einrichtung zugeführt wird, in der nach Zugabe der zumindest einen magnesium- oder kalziumhaltigen Chemikalie die Phosphatkristalle und/oder der die schwerlöslichen Phosphatsalze enthaltende Phosphatfällungsschlamm gebildet werden.
4. Verfahren nach zumindest Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Fest/Flüssigkeitstrenneinrichtung (22) für die gemeinsame oder auch eine getrennte Voreindickung des Vorklärschlamms und/oder eines Teils des Rücklaufschlamms (Leitung 50) statisch oder mechanisch ausgeführt werden kann.
5. Verfahren nach zumindest Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass in der zweiten Fest/Flüssigkeitstrenneinrichtung (68) anfallende Flüssigkeit einer nachgeschalteten Trenneinrichtung (74) mit Unterlauf (78) und Oberlauf zugeführt wird, wobei der Unterlauf mit der Ausfälleinrichtung (60) verbunden wird, in der die Phosphatkristalle und/oder der die schwerlöslichen Phosphatsalze enthaltende Phosphatfällungsschlamm gebildet werden und wobei der Oberlauf mit der biologischen Reinigung nach der ersten Prozessstufe in die zweite Prozessstufe verbunden wird.
6. Verfahren nach zumindest Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dem in der ersten Prozessstufe (32) oder in der Anaerobeinrichtung (132) den anaeroben Bedingungen ausgesetzten Rücklaufschlamm Flüssigkeit von vorversäuertem Vorklärschlamm als auch mechanisch vorgereinigtes Abwasser zugeführt wird.
7. Verfahren nach zumindest Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der ersten Fest/Flüssigkeitstrenneinrichtung (42) abgetrennte Feststoffe der zweiten Prozessstufe zugeführt werden, insbesondere ein Teil als Überschussschlamm abgeführt und der verbleibende Teil der abgetrennten Feststoffe der zweiten Prozessstufe zugeführt werden.
8. Verfahren nach zumindest Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Teilmenge des der ersten Prozessstufe entnommenen Bio-P-Schlamms oder zumindest ein Teilstrom des Rücklaufschlamms, der zum Freisetzen von Orthophosphat anaeroben Bedingungen ausgesetzt wird, nach Abscheiden von Phosphatkristallen und/oder schwerlösliche Phosphatsalze enthaltendem Fällungsschlamm zu der biologischen Klärstufe nach der anaeroben ersten Prozessstufe zurückgeführt wird, wobei die Teilmenge bzw. der Teilstrom 5 Vol.-% bis 30 Vol.-%, insbesondere 5 Vol.-% bis 20 Vol.-%, der Gesamtmenge des der anaeroben ersten Prozessstufe ablaufenden Schlamm-/Abwassergemischs oder der Gesamtmenge des Rücklaufschlamms ist.
9. Verfahren nach zumindest Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mittelbar oder unmittelbar eine pH-Wert reduzierende oder erhöhende Chemikalie der Ausfälleinrichtung (60), in der Phosphatkristalle und/oder schwerlösliche Phosphatsalze enthaltender Phosphatfällungsschlamm gebildet werden, zugegeben wird.
10. Verfahren nach zumindest Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der zweiten Prozessstufe zunächst anoxische und sodann aerobe Bedingungen herrschen, und/oder dass zur mechanischen Reinigung eine Rechenanlange (10) und/oder ein Sandfang (14) und/oder eine Vorklärung (18), insbesondere zumindest eine Vorklärung, verwendet werden, und/oder dass zur biologischen Reinigung zumindest ein Belebungsbecken, vorzugsweise zumindest ein Denitrifikationsprozess und ein Nitrifikationsprozess, verwendet werden.
11. Vorrichtung zur Abreicherung von Phosphor aus Abwasser, umfassend eine mechanische Klärstufe, eine biologische Klärstufe, die ihrerseits eine anaerobe erste Prozessstufe, eine aerobe zweite Prozessstufe enthält und eine Nachklärung (38), dadurch gekennzeichnet, dass die Nachklärung (38) über eine Anaerobeinrichtung (132) mit einer ersten Fest/Flüssigkeitseinrichtung (42) oder die anaerobe erste Prozessstufe (Bio-P-Becken) mit einer ersten Fest/Flüssigkeitstrenneinrichtung verbunden ist, dass die erste Fest/Flüssigkeitseinrichtung mit einer Ausfälleinrichtung (60) verbunden ist, die ausgebildet ist zum Ausfällen von Kristallen und/oder Phosphatfällungsschlamm, dass die Ausfälleinrichtung entweder ausgebildet ist zum Abtrennen von ausgefällten Kristallen und/oder schwerlösliche Phosphatsalze enthaltendem Phosphatfällungsschlamm und mittelbar oder unmittelbar mit der biologischen Klärstufe, vorzugsweise nach der anaeroben Prozessstufe mit der zweiten Prozessstufe, verbunden ist, oder dass die Ausfälleinrichtung mit einer zweiten Fest/Flüssigkeitstrenneinrichtung (68) zum Abtrennen von ausgefällten Kristallen und/oder schwerlösliche Phosphatsalze enthaltendem Phosphatfällungsschlamm verbunden ist, die mittelbar oder unmittelbar mit der biologischen Klärstufe, vorzugsweise nach der anaeroben Prozessstufe mit der zweiten Prozessstufe, verbunden ist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Fest/Flüssigkeitstrenneinrichtung (42) zum Führen anfallender Feststoffe mit der biologischen Reinigungsstufe nach der anaeroben ersten Prozessstufe verbunden ist.
13. Vorrichtung nach zumindest Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die mechanische Reinigungsstufe eine Vorklärung (18) umfasst und Schlamm führend mit einer dritten Fest/Flüssigkeitstrenneinrichtung (22) verbunden ist, in der selbst oder in einer vorgeordneten Stufe zur Vorversäuerung (122) anaerobe Bedingungen herrschen, und dass die dritte Fest/Flüssigkeitstrenneinrichtung abgetrennte Flüssigkeit führend mit der anaeroben Prozessstufe (32) oder der Anaerobeinrichtung (132) verbunden ist.
14. Vorrichtung nach zumindest Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Fest/Flüssigkeitstrenneinrichtung (22) mittelbar oder unmittelbar für feststoffreichen Schlamm mit einer Faulungsanlage (26) und diese mit einer nachgeordneten vierten Fest/Flüssigkeitstrenneinrichtung (28) verbunden ist, die über eine in der vierten Fest/Flüssigkeitstrenneinrichtung abgetrennte Flüssigkeit führende Verbindung (62) mit der Ausfälleinrichtung (60) verbunden ist, der vorzugsweise mittelbar oder unmittelbar zumindest eine magnesium- oder kalziumhaltige und optional eine pH-Wert reduzierende oder erhöhende Chemikalie zuführbar ist.
15. Vorrichtung nach zumindest Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine Vorklärschlammversäuerungseinrichtung (122) aufweist, der vorzugsweise eine Heizung zugeordnet ist und in der ein anaerobes Milieu herrscht, dass die Vorklärschlammversäuerungseinrichtung (122) zur Vorklärschlammversäuerung einerseits mit einer dritten Fest/Flüssigkeitstrenneinrichtung (22) verbunden ist und andererseits mit einem Vorklärbecken (18) der mechanischen Abwasserreinigungsstufe verbunden ist, dass die dritte Fest/Flüssigkeitstrenneinrichtung mit der Anaerobeinrichtung (132) und anfallende Flüssigkeit führend verbunden ist, dass die Anaerobeinrichtung ausgangsseitig mit der ersten Fest/Flüssigkeitstrenneinrichtung (42) verbunden ist, die ausgangsseitig mit der Ausfälleinrichtung (60) verbunden ist, der die zweite Fest/Flüssigkeitstrenneinrichtung (60) nachgeordnet ist, die einen ersten Anschluss zum Abführen abgeschiedener Phosphatkristalle und/oder Phosphatfällungsschlamm und einen zweiten Anschluss für abzuführende Flüssigkeit aufweist, der mit der zweiten Prozessstufe verbunden ist, und dass die Anaerobeinrichtung (132) mit einem Schlammanschluss der Nachklärung (38) der biologischen Reinigungsstufe verbunden ist.
16. Vorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass über zumindest eine den Rücklaufschlamm der Nachklärung (38) führenden Verbindung (156) ein Teil des Rücklaufschlamms zu der Anaerobeinrichtung (132) und verbleibender Teil zu einem Belebungsbecken der biologischen Klärstufe vorgeschalteten anaeroben Becken führbar ist.
17. Vorrichtung nach zumindest Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass in der zweiten Fest/Flüssigkeitstrenneinrichtung (68) anfallende Flüssigkeit einer nachgeschalteten Trenneinrichtung (74) mit Unterlauf (78) und Oberlauf zuführbar ist, wobei der Unterlauf zu der Ausfälleinrichtung (60) führt und der Oberlauf mit der zweiten Prozessstufe (34) verbunden ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Abreicherung von Phosphor aus Abwasser, das zumindest mechanisch und sodann biologisch gereinigt wird, wobei bei der biologischen Abwasserreinigung in einer ersten Prozessstufe ein anaerober Prozess und in einer zweiten Prozessstufe zumindest ein aerober Prozess durchgeführt werden, und in der biologischen Reinigung anfallender Nachklärschlamm als Rücklaufschlamm der anaeroben ersten Prozessstufe zugeführt wird. Auch ist Gegenstand der Erfindung eine Vorrichtung zur Abreicherung von Phosphor aus Abwasser, umfassend eine mechanische Klärstufe und eine biologische Klärstufe, die ihrerseits eine anaerobe erste Prozessstufe, zumindest eine aerobe zweite Prozessstufe und eine Nachklärung enthält. Phosphor ist für die Organismen ein lebenswichtiger Stoff, der in der Erdkruste in gebundener Form vorkommt und zumindest in der Flora und Fauna bzw. lebenden Organismen nicht substituierbar ist. Phosphor ist beispielsweise bei der Produktion von Lebensmitteln, beim Wachstum von Pflanzen und als Dünger und in der Industrie bei der Eisen- und Stahlerzeugung erforderlich. Insbesondere in der Landwirtschaft wird Phosphor umfassend eingesetzt. Auch wenn die natürlichen Vorkommen von Phosphor über eine Vielzahl von Jahrzehnten hinaus nicht erschöpft zu sein scheinen, sind umfassende Bestrebungen in Gange, Phosphor rückzugewinnen. Dabei kommt der Wiedergewinnung von Phosphor aus Abwasser besondere Bedeutung zu. Es gibt eine Vielzahl von Verfahren, um Phosphor rückzugewinnen, z.B. aus Schlammwasser durch Adsorption, Fällung, Kristallisation oder durch Einsatz von Pellets oder aus Faulschlamm mittels oder ohne Laugung oder aus Asche durch deren thermischen oder- chemischen Aufschluss oder aus Rohschlamm durch Fällung und Kristallisation. Der DE 101 12 934 B4 ist ein Verfahren zu entnehmen, bei dem Faulschlamm belüftet wird, um durch CO2-Strippung den pH-Wert zu erhöhen, wobei bei gleichzeitiger Zugabe von Magnesiumchlorid Struvit ausgefällt wird. Das gleiche Prinzip gelangt nach der EP 2 028 161 B1 zur Anwendung. Dabei wird ein Reaktionsbehälter benutzt, in dem Schlamm im Kreislauf geführt wird. Die DE 10 2008 050 349 B4 beschreibt ein Verfahren zur Ausfällung von Phosphor aus Phosphat belastetem Abwasser unter Bildung von Struvit-Kristallen. Das Abwasser durchläuft zunächst eine Anaerobstufe, das sodann in einer Ausstrip-Stufe mit Luft und anschließend in einer Kristallisationsstufe mit Magnesiumchlorid versetzt wird. Sich bildende Struvit-Pellets werden vom Boden des Reaktors entfernt. Nach der WO 2019/141460 A1 erfolgt eine Rückgewinnung von Magnesiumammonium-Phosphat aus Schlamm, der einem Reaktionsbehälter zugeführt wird, in dem ein aerobes Milieu herrscht. Dabei wird der Schlamm durch Belüftung unterstützt in einem Kreislauf geführt. Nach der WO 2020/161063 A1 erfolgt die Rückgewinnung von Phosphor in Kläranlagen aus Schlamm, der unter anaeroben Prozessbedingungen vorversäuert und anschließend der pH-Wert durch Zugabe zumindest einer alkalischen kalziumhaltigen Chemikalie angehoben wird. Dabei werden Brushit-Kristalle durch Kalzium-Ionen der Chemikalie gebildet und ausgefällt. Der EP 2 429 687 B1 sind ein Verfahren zur biologischen Behandlung von Biomüll und eine hierfür bestimmte Anlage zu entnehmen. Gegenstand der DE 43 08 156 A1 ist eine Anlage für die Reinigung für Abwasser. Die Klärschlammverordnung von 2017 erklärt das Ziel, dass bis Ende der 20er Jahre / Anfang der 30er Jahre kommunale Kläranlagen für mehr als 100.000 bzw. mehr als 50.000 Einwohner Phosphor aus dem Abwasser rückgewinnen müssen. Sofern dies mit einem kläranlagenintegrierten Phosphor-Abreicherungsprozess auf dem Kläranlagengelände geschieht, ist für den zu entsorgenden Klärschlamm ein maximaler Grenzwert für den Phosphorgehalt von 20 g P/kg TR vorgegeben (TR = Trockenmasse gemäß DIN 4045). Untersuchungen haben ergeben, dass bei bislang herkömmlicher Phosphorrückgewinnung aus Schlamm oder aus Schlammwasser die vorgegebenen Grenzwerte ohne immensen Einsatz von Chemikalien kaum erreichbar sind. Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art so weiterzubilden, dass im erforderlichen Umfang Phosphor rückgewonnen werden kann, um gewünschte Grenzwerte für den Phosphorgehalt im zu entsorgenden Klärschlamm zu erreichen. Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung im Wesentlichen vor ein Verfahren zur Abreicherung von Phosphor aus Abwasser, das zumindest mechanisch und sodann biologisch gereinigt wird, wobei bei der biologischen Reinigung in einer ersten Prozessstufe ein anaerober Prozess und in einer zweiten Prozessstufe zumindest ein aerober Prozess durchgeführt werden, und in der biologischen Reinigung anfallender Nachklärschlamm als Rücklaufschlamm der anaeroben ersten Prozessstufe zugeführt wird, wobei sich das Verfahren dadurch auszeichnet, dass ein Teilstrom von in dem anaeroben Prozess der ersten Prozessstufe anfallendem Orthophosphat enth