carbon ǀ nitrogen ǀ phosphorus

AirPrex® -

ein Verfahren zur Schlammoptimierung

mit der Option der Phosphat-Rückgewinnung

Innovationsforum THERMOLYPHOS

4. – 5. Oktober 2016 in Halle (Saale)

Bernhard Ortwein, cnp-Technology Water and Biosolids GmbH, Hamburg

CNP-Technology Water and Biosolids GmbH

cnp

steht für die chemischen Elemente Carbon (C), Nitrogen (N) und Phosphor (P).

cnp liefert Technologien und Anlagen zur Abwasserbehandlung, Nährstoff-

rückgewinnung und Schlammoptimierung unter verantwortlichem und

nachhaltigem Umgang mit den wertvollen natürlichen Ressourcen.

Das Team

besteht aus Ingenieuren mit langjähriger und internationaler Erfahrung im

Bereich der Abwasser- und Schlammbehandlung. Die im Markt befindlichen

AirPrex®-Anlagen wurden alle mit Hilfe unserer Erfahrung konstruiert und

erbaut.

Übersicht

Chemisch -Verfahrenstechnische Grundlagen

Phosphor-Recycling Verfahren und Einbindung des AirPrex®

Prozesses in die Kläranlage

Funktion und technische Komponenten des AirPrex® Verfahrens

Referenzen

Wirtschaftlichkeit

Zusammenfassung und Ausblick

Übersicht

Chemisch -Verfahrenstechnische Grundlagen

Phosphor-Recycling Verfahren und Einbindung des AirPrex®

Prozesses in die Kläranlage

Funktion und technische Komponenten des AirPrex® Verfahrens

Referenzen

Wirtschaftlichkeit

Zusammenfassung und Ausblick

Chemisch -Verfahrenstechnische Grundlagen

Zulauf100 % ~ 1,80 g P/(E*d)

Ablauf10 % ~ 0,18 g P/(E*d)

Überschussschlamm80 % ~ 1,45 g P/(E*d)

Primärschlamm10 % ~ 0,18 g P/(E*d)

Quelle: UBA, 2007

ÜSS beinhaltet die

größten Mengen

an Phosphaten

P-Ströme und P-Konzentrationen in der KA bei biologischer P-Elimination (Bio-P)

Chemisch -Verfahrenstechnische Grundlagen

Folgen der biologischen Phosphorelimination – Bio-P:

► Anaerobe Rücklösung von Ortho-Phosphat (PO4-P) im Faulungsprozess

► Bildung unkontrollierter MAP-Kristallisationen / Ablagerungen

► Verschlechterung der Schlammentwässerungseigenschaften (TR ↓ / FHM-Bedarf ↑)

► Hohe Phosphat-Rückbelastung durch das Filtrat bzw. Zentrat aus der Entwässerungsstufe

Chemisch -Verfahrenstechnische Grundlagen

Bildung von Magnesium-Ammonium-Phosphat (MAP)

ReaktionsgleichungMg2+ + NH4+ + HPO4

-+ 6H2O →MgNH4PO4. 6 H2O +

H+

Mg NH4 PO4 6 H2O

Molgewichte[g/mol]:MAP: 245

24,3 18,0 95,0 108,0

Prozentanteile [%]: 9,9 7,3 39,0 43,8

► Auftreten oft im Bereich der Schlammleitung vom Faulraum

► Kristallisiert verzögert aus dem Schlammwasser (z. B. direkt an der Zentrifuge)

► Ablagerungen sind sehr hart und schwer zu entfernen

Chemisch -Verfahrenstechnische Grundlagen

Einfluss der Phosphate auf unerwünschte MAP-Kristallisationen

Chemisch -Verfahrenstechnische Grundlagen

Grenzwerte für die MAP- Kristallisation

7

7,5

8

8,5

9

10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140

ortho-Phosphat [mg/ l]

pH

Mg2+ : 40 mg/LHCO3

- : 2.500 mg/LFällbereich MAP

Lösung

PO4-P

Mg2+ + NH4+ + HPO4

2- + 6H2O = MgNH4PO4 * 6H2O + H+

Chemisch -Verfahrenstechnische Grundlagen

Einfluss der Phosphate auf die Wasserbindung von Faulschlamm und die Schlammentwässerung

Wasserbindung durch Hydrogele (EPS), durch Polysaccharide, Proteine etc.

Stabilisierung durch Phosphate und erhöhte pH-Werte

Folge:

erhöhtes Wasserbindevermögen

erschwerte Schlammentwässerung

Chemisch -Verfahrenstechnische Grundlagen

Einfluss der PO4-P- Konzentration auf den TR-Gehalt bei der Entwässerung

20

21

22

23

24

25

26

27

10 30 50 70 90 110 130 150

PO4-P Gehalt im Schlammwasser [mg/l]

TR

-Au

str

ag

De

ka

nte

r [%

]

Que

lle: N

iers

verb

and,

KA

Mön

chen

glad

bach

-Neu

wer

k

Chemisch -Verfahrenstechnische Grundlagen

Verwertung von MAP (Struvit)• Anfallendes MAP (Struvit): Nebenprodukt mit Wertstoffpotenzial

• Nährstoffe sind nachweislich für Pflanzen gut verfügbar

• Eignung als Düngemittel im Sinne der gesetzlichen Vorschriften

bestätigt (Deutschland)

• Spezifische MAP-Austragsmenge je m³ Faulschlamm ca. 14 – 20 kg

Übersicht

Chemisch -Verfahrenstechnische Grundlagen

Phosphor-Recycling Verfahren und Einbindung des AirPrex®

Prozesses in die Kläranlage

Funktion und technische Komponenten des AirPrex® Verfahrens

Referenzen

Wirtschaftlichkeit

Zusammenfassung und Ausblick

Phosphor-Recycling VerfahrenEinbindung des AirPrex® Prozesses

Verfahrenstechnische Einbindung von P-Rückgewinnungs-VerfahrenVorklärbecken Belebungsbecken NachklärbeckenSandfang

Zulauf Ablauf

Sandfang-gut

Rücklauf-/ Überschussschlamm

Schlammwasser

2

1

Faulschlamm

Schlammwasser

Klärschlammasche

2

1

Einsatzstellen:

Biologische Phosphat-Elimination (Bio-P)

P-Rücklösung

MKlärgas

Entwässerung VerbrennungFaulbehälter3

31a

Phosphor-Recycling VerfahrenEinbindung des AirPrex® Prozesses

Verfahrenstechnische Einbindung des AirPrex®-VerfahrensVorklärbecken Belebungsbecken NachklärbeckenSandfang

Entwässerung VerbrennungFaulbehälter

Zulauf Ablauf

Sandfang-gut

Rücklauf-/ Überschussschlamm

Schlammwasser

MKlärgas

AirPrex

Übersicht

Chemisch -Verfahrenstechnische Grundlagen

Phosphor-Recycling Verfahren und Einbindung des AirPrex®

Prozesses in die Kläranlage

Funktion und technische Komponenten des AirPrex®-Verfahrens

Referenzen

Wirtschaftlichkeit

Zusammenfassung und Ausblick

Funktion und technische Komponenten des AirPrex® Verfahrens

AirPrex®-Verfahren zur gezielten MAP-Fällung

• Belüftung zur CO2-Strippung und Zirkulation mit einer pH-Anhebung auf pH 7,8 – 8,2

• Zusatz von Magnesiumchlorid (MgCl2)

• MAP-Kristallwachstum und -Sedimentation

• MAP-Abtrennung und MAP-Wäsche

MgCl2

Funktion und technische Komponenten des AirPrex® VerfahrensWesentliche Anlagenkomponenten einer AirPrex®-MAP-Anlage

Verfahrensschritte • CO2-Strippung durch Belüftung• Anhebung des pH-Wertes auf pH 7,8 bis 8• Dosierung von MgCl2• Phosphatreduktion um > 90%• Kristallisationsausbildung (ca. 6h bis 10h)• Sedimentation des MAP am Reaktorboden• MAP Waschung und Austrag

1–2 AirPrex® Reaktoren

MgCl2-Dosierung

MAP Austrag und Waschung

Übersicht

Chemisch -Verfahrenstechnische Grundlagen

Phosphor-Recycling Verfahren und Einbindung des AirPrex®

Prozesses in die Kläranlage

Funktion und technische Komponenten des AirPrex® Verfahrens

Referenzen

Wirtschaftlichkeit

Zusammenfassung und Ausblick

Referenzen

AirPrex®-Verfahren Berlin-Waßmannsdorf

Berliner WasserbetriebeKlärwerk Berlin-Waßmannsdorf (1.000.000EW)Kapazität: 2.000 m³ Faulschlamm/dMAP-Gewinnung: ca. 2.500 kg/dInbetriebnahme: 2011

Referenzen

AirPrex®-Verfahren – Mönchengladbach-NeuwerkFaulungEntwässerung

Massive MAP-Ablagerungen in Transportleitung

Referenzen

AirPrex®-Verfahren Mönchengladbach-Neuwerk

NiersverbandKläranlage MG-Neuwerk (995.000 EW)Kapazität AirPrex: 1.500 m³/dMAP-Gewinnung: ca. 1.500 kg/dInbetriebnahme: 2010

Referenzen

AirPrex®-Verfahren Reest & Wieden, NL

Reest & Wieden, NL RWZI Echten (190.000 EW)Kapazität AirPrex: 400 m³/dMAP-Gewinnung: ca. 500 kg/dInbetriebnahme: 2013

Referenzen

AirPrex®-Verfahren –Amsterdam West, NL

Waternet, NLRWZI Amsterdam-West (1.000.000 EW)Kapazität AirPrex: 2.500 m³/dMAP-Gewinnung: ca. 4.000 – 5.000 kg/dInbetriebnahme: 2013/2014

Referenzen

AirPrex®-Verfahren KA Uelzen

KA Uelzen (83,000 EW)

Kapazität AirPrex®: 120 m³/dInbetriebnahme: Mai 2015

Referenzen

AirPrex®-Verfahren ASG Salzgitter

Kläranlage ASG Salzgitter (175.000 EW)

Kapazität AirPrex®: ca. 240 m³/dInbetriebnahme: Juli 2015

Referenzen

AirPrex®-Verfahren Jing Nan Tianjin

Jing Nan Tianjin WWTP, China (1,000,000 P.E.)

Kapazität AirPrex®: 1.600 m³/d Inbetriebnahme: 2015

Referenzen

AirPrex®-Verfahren WEB Wolfsburg

Kläranlage Wolfsburg (175.000 EW)

Kapazität AirPrex®: ca. 280m³ Faulschlamm/dInbetriebnahme: voraussichtlich 2017

Übersicht

Chemisch -Verfahrenstechnische Grundlagen

Phosphor-Recycling Verfahren und Einbindung des AirPrex®

Prozesses in die Kläranlage

Funktion und technische Komponenten des AirPrex® Verfahrens

Referenzen

Wirtschaftlichkeit

Zusammenfassung und Ausblick

Wirtschaftlichkeit

Wirtschaftlichkeitsbetrachtung 100.000 EGW

Wirtschaftlichkeit

Betriebskosten AirPrex®-Verfahren

1. Belüftung (zur pH Anhebung) ca. 0,4 – 0,8 kW/m³

2. Dosierung Magnesium ca. 1,5 – 2,5 l/m³ (spezifische Kosten Magnesium-Chlorid: 0,09 €/ltr.)

3. Personalbedarf ca. 1,0 – 1,5 h/d

Wirtschaftlichkeit

Mönchengladbach-Neuwerk / Wirtschaftliche Rahmenbedingungen

A. nur Bio-P: 3.150.000 € p.a.

B. Bio-P plus MAP- Fällung: 2.600.000 € p.a.

C. chem. P-Fällung: 3.200.000 € p.a.

Date

n: N

iers

verb

and

2.000.000

2.500.000

3.000.000

3.500.000

4.000.000

4.500.000

20 22 24 26 28 30 32

TR im Austrag (%)

Ge

sa

mtk

os

ten

En

tso

rgu

ng

un

d F

HM

in

[E

uro

/a]

ß= 1,3

Kostenbasis 2005/2006

C. FeCl3- Fällung

B. Bio-P mit MAP- Fällung(AirPrex- Verfahren)

A. Nur Bio- P

Seite 2/36, Bild 26

Übersicht

Chemisch -Verfahrenstechnische Grundlagen

Phosphor-Recycling Verfahren und Einbindung des AirPrex®

Prozesses in die Kläranlage

Funktion und technische Komponenten des AirPrex® Verfahrens

Referenzen

Wirtschaftlichkeit

Zusammenfassung und Ausblick

Zusammenfassung und Ausblick

AirPrex®-Verfahren zur gezielten MAP-Fällung

Zusammenfassung und Ausblick

Vorteile AirPrex®-Verfahren

1. Verbesserung der Entwässerung

um ca. 4 % Prozentpunkte

2. Reduktion des

Polymerverbrauches

3. Reduktion der Konzentration von

PO4 um ca. 95 %

4. Beseitigung/ Verhinderung der

Kristallisationen im gesamten

Schlamm- und Zentratbereich

5. Gewinnung von MAP

Zusammenfassung und Ausblick

Phosphat-Fällung nach dem AirPrex®-Verfahren

- Minimierung des Kristallisationspotentials und der damit verbundenen Störungen im Anlagenprozess

- positive Auswirkung auf die Schlammentwässerung

- stabil erreichbarer P-Eliminationsgrad von >90 %

- Verfahren ist großtechnisch erprobt, praktikabel und wirtschaftlich

- sinnvoller Einsatz des Fällproduktes (MAP) als Düngemittel

Kombination von AirPrex® mit anderen Verfahrenstechnologienz.B. Hydrolyse und ggf. getrennte Faulung der Schlämme

Das Verfahren liefert ein gut verwertbares Recyclingprodukt und steht späteren Verwertungstechnologien nicht entgegen

Herzlichen Dank

für Ihre Aufmerksamkeit