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| X1X.
Dr. –Ing. habil. Uwe Müller
Dr. Arthen, Dr.-Ing. habil. Müller
Aktuelle Entwicklungen zur Phosphorrückgewinnung
Quelle: LfULG

2 | 07. April 2017| Abteilung Wasser, Boden, Wertstoffe,
Dr.-Ing. habil. Uwe Müller
Inhalt
Veranlassung
Stoffströme zur Phosphorrückgewinnung
Klärschlammentsorgung im Freistaat Sachsen
Übersicht Phosphorrückgewinnungsverfahren
Aspekte zur Verfahrensauswahl
Zusammenfassung und Ausblick

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3 | 07. April 2017| Abteilung Wasser, Boden, Wertstoffe,
Dr.-Ing. habil. Uwe Müller
Veranlassung
Phosphor - unverzichtbarer Roh-
stoff für alle Organismen, Zusatz-
stoff für Futter- und Düngemittel
endliche Rohstoffressource,
Herkunftsbereiche konzentriert
auf wenige Regionen u.a.
Marokko/Westsahara, China…
Belastung der phosphathaltigen
Primärgesteine mit Uran und Cd
Einschränkung der bodenbezogenen Klärschlammausbringung durch
Novellierung Klärschlammverordnung sowie Düngemittelverordnung
Nutzung von Sekundärphosphaten als Beitrag zur Ressourcenschonung und
zum Schließen von Stoffkreisläufen
Quelle: BGR 2013

4 | 07. April 2017| Abteilung Wasser, Boden, Wertstoffe,
Dr.-Ing. habil. Uwe Müller
Stoffströme zur Phosphorrückgewinnung (Deutschland)
Stoffstrom
Abfallmenge pro
Jahr
[1.000 t]
P
2
0
5
Gehalt
[%]
Theoretisches P-
Potenzial [1.000 t]
Klärschlamm (TM), davon als
Aschen aus Monoverbrennung
1890
250
4 - 7
6 - 10
76 - 132
15 - 25
Kompost (FM)
4037
0,66
27
Gärprodukte (FM)
2942
1,6 - 5,8
47 - 171
Tiermehl (TM)
400
7
28
Fleischknochenmehl
160
14
22
Holzasche (naturbelassen) (TM)
210
1,5 - 4
3 - 8
Gesamtmenge P-Dünger aus
Recyclingprozessen
9639
1,5 - 14
203 - 388
Quelle: Montag et. al. (2013)

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5 | 07. April 2017| Abteilung Wasser, Boden, Wertstoffe,
Dr.-Ing. habil. Uwe Müller
Klärschlammentsorgung im Freistaat Sachsen
686 Kläranlagen Sachsen:
602 Anlagen bis 10.000 EW
(GK 1 bis 3)
65 Anlagen 10.001 bis 50.000 EW (GK 4)
11 Anlagen > 50.000 EW
(GK 4)
8 Anlagen > 100.000 EW
(GK 5)
Klärschlammanfall 2015: 79.129 Tonnen TM
Klärschlammentsorgung:
56 % stofflich
44 % thermisch (Mitverbrennung)
Quelle: Mediendatenbank Freistaat Sachsen

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6 | 07. April 2017| Abteilung Wasser, Boden, Wertstoffe,
Dr.-Ing. habil. Uwe Müller
Klärschlammentsorgung im Freistaat Sachsen
Quelle: LfULG, Entwurf Lagebericht 2016

7 | 07. April 2017| Abteilung Wasser, Boden, Wertstoffe,
Dr.-Ing. habil. Uwe Müller
Klärschlammentsorgung im Freistaat Sachsen
bis 2014 wurden ca. 80 % der Klärschlämme bodenbezogen verwertet
Klärschlammkonzeption 2015 in Vorbereitung Abfallwirtschaftsplan 2016
Klärschlammentsorgung für die Jahre 2017, 2020 und 2025 in drei
Szenarien betrachtet
Zunahme der thermischen Entsorgung von Klärschlämmen
Monoverbrennung gewinnt an Bedeutung
Empfehlung: Aktualisierung der Entsorgungskonzepte

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8 | 07. April 2017| Abteilung Wasser, Boden, Wertstoffe,
Dr.-Ing. habil. Uwe Müller
Phosphorgehalte im Klärschlamm
sächsischer Kläranlagen
Quelle: LfULG, Klärschlammkonzeption 2015

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9 | 07. April 2017| Abteilung Wasser, Boden, Wertstoffe,
Dr.-Ing. habil. Uwe Müller
Mögliche Gewinnungsorte von P in Kläranlagen
Quelle: Pinnekamp et al. (2016)
1 Ablauf der Nachklärung
3 Faulschlamm/Klärschlamm
2 Schlammwasser
4 Klärschlammasche

10 | 07. April 2017| Abteilung Wasser, Boden, Wertstoffe,
Dr.-Ing. habil. Uwe Müller
Charakterisierung der Stoffströme
Einsatzstelle
Volumen-
Massenstrom
Phosphor-
konzentration
Bindungsform
Rückgewinnungs
-potenzial
bezogen auf die
Zulauffracht der
Kläranlage
Kläranlagenablauf
200
l/(E*d)
< 5 mg/l
gelöst
max. 55%
1
Schlammwasser
1 - 10
l/(E*d) 20 - 100 mg/l
gelöst
max. 50 %
2
Faulschlamm
0,2 - 0,8 l/(E*d) 30 - 40 g/kg TR gelöst sowie bio-
logisch/chemisch
gebunden
max. 90 %
Klärschlammasche
0,03
kg/(E*d)
60 - 80 g/kg
chemisch
gebunden
max. 90 %
1
sofern keine gezielte P-Elimination stattfindet
2
bei biologischer P-Elimination und Klärschlammdesintegration
Quelle: DWA (2013)

11 | 07. April 2017| Abteilung Wasser, Boden, Wertstoffe,
Dr.-Ing. habil. Uwe Müller
Phosphorrückgewinnungsverfahren
Diskussion um Phosphor-Rückgewinnung auf verschiedenen Ebenen
dt. Ressourceneffizienzprogramm
bei EU als kritischer Rohstoff gelistet
Aktivitäten
Förderung Forschungsprojekte auf Bundesebene (BMUB/UBA, BMEL)
Studien und Symposien von Bundesländern (z.B. BY, BW, HE)
Errichtung der Deutschen Phosphor-Plattform (DPP)
LAGA AG Ressourcenschonung durch Phosphorrückgewinnung und
Berichte
DWA-Klärschlammnetzwerke
EU: Forschungsprojekt P-Rex
derzeit ca. 50 unterschiedliche Verfahren zur P-Rückgewinnung

12 | 07. April 2017| Abteilung Wasser, Boden, Wertstoffe,
Dr.-Ing. habil. Uwe Müller
Einteilung Phosphorrückgewinnungsverfahren (Auswahl)
Abwasser und
Prozesswasser
Klärschlamm
Klärschlammasche
Kristallisation/Fällung
P-RoC
Ostara PEARL®
NuReSys®
Kristallisation/Adsorption
AirPrex®, Berliner Verfahren
Fix-Phos
nasschemischer Aufschluss
Pasch
LEACHPHOS
TETRAPHOS Verfahren
Ionenaustausch
PHOSIEDI
Säureaufschluss
Stuttgarter Verfahren
Budenheimer-Verfahren
Gifhorner Verfahren
Bioleaching
P- bac
Kombinations- und
Sonderverfahren
RECYPHOS
hydrothermaler Aufschluss
Cambi
Kemira KREPRO®
TerraNovaUltra
HTC-Verfahren AVA-CO
2
Elektrokinese
EPHOS
thermochemischer Aufschluss/
metallurgische Prozesse
MePhrec®
ATZ Eisenbadreaktor
PYREG®
thermochemischer Aufschluss/
metallurgische Prozesse
MePhrec®
ATZ Eisenbadreaktor
ASH DEC/Outotec-Verfahren
Quelle: nach Montag et.al (2016)

13 | 07. April 2017| Abteilung Wasser, Boden, Wertstoffe,
Dr.-Ing. habil. Uwe Müller
Bewertung P-Abreicherung
Verfahren
max. Wirkungsgrad
bezogen auf den Zulauf
zur Kläranlage (%)
derzeitige Zielerreichung
P< 20 g/kg TR oder 50 %
P-Abreicherung des
Klärschlamms
Rückgewinnung aus Abwasser/Prozesswasser
P-Roc
30
nein
NuReSys
26
nein
DHV-Crystalactor
28
nein
Ostra Pearl Process
28
nein
Rückgewinnung aus Klärschlamm
AirPrex
11/22
nein
Fix-Phos
33
nein
Stuttgarter
43
möglich
Budenheim
43
möglich
Quelle: UBA 2015

14 | 07. April 2017| Abteilung Wasser, Boden, Wertstoffe,
Dr.-Ing. habil. Uwe Müller
Bewertung Phosphorrückgewinnungsverfahren I
nasschemische
MAP- Verfahren
thermische Verfahren
Vorteile
- kostengünstiger
- leichter nachzurüsten
- bessere Pflanzen-
verfügbarkeit
- hoher Rückgewinnungsgrad (90%)
- simultane stoffliche und energetische
Nutzung des Klärschlamms
- flexibel einsetzbar (für alle Klärschlämme
und andere Stoffe geeignet)
- vollständige Zerstörung organischer
Schadstoffe
- deutlich weniger Reststoffe (Abfall)
Nachteile
- geringer Rückgewinnungs-
grad (40%)
- nur für Bio-P-Anlagen
geeignet
- höhere Investitionskosten
- aufwändigere Verfahrensdurchführung
Quelle: UBA (2012)

15 | 07. April 2017| Abteilung Wasser, Boden, Wertstoffe,
Dr.-Ing. habil. Uwe Müller
Bewertung Phosphorrückgewinnungsverfahren II
Verfahren
Phosphor-
rückgewinnung
Pflanzenver-
fügbarkeit
Schadstoffab-
reicherung
1
Einsatzfähigkeit,
Anwendbarkeit
Fällung,
Kristallisation
gering
mittel
mittel
mittel
nasschemischer
Aufschluss
mittel
gut
gut
gut
thermochemischer
Aufschluss
gut
mittel
mittel
mittel bis gut
metallurgischer
Aufschluss
gut
mittel
mittel
mittel bis gut
Quelle: nach LAGA (2015)
1
Organische und anorganische Schadstoffe können in unterschiedlichem Maße abgereichert werden

16 | 07. April 2017| Abteilung Wasser, Boden, Wertstoffe,
Dr.-Ing. habil. Uwe Müller
Bewertung Phosphorrückgewinnungsverfahren III
Verfahrensprinzip
Betriebsmittelverbrauch,
Energieeffizienz
Reife des
Verfahrens
Kosten pro kg
Phosphor
Fällung,
Kristallisation
mittel bis gut
gut
niedrig
nasschemischer
Aufschluss
gering
mittel
mittel
thermochemischer
Aufschluss
gering
mittel
hoch
metallurgischer
Aufschluss
mittel
gering
mittel bis hoch
Quelle: nach LAGA (2015)

17 | 07. April 2017| Abteilung Wasser, Boden, Wertstoffe,
Dr.-Ing. habil. Uwe Müller
Phosphorrückgewinnungsverfahren
Kristallisations- und Fällungsverfahren sowie nasschemische Verfahren bisher
am häufigsten untersucht
Säureaufschlussverfahren benötigen z. T. hohe Mengen an Chemikalien,
Budenheimer Verfahren: weniger Chemikalien, dafür hoher Druck
bei thermischen Verfahren können sich Schwermetalle aufkonzentrieren
Entwicklungsstand unterschiedlich, teils großtechnisch erprobt und
kommerziell im Einsatz (AirPrex/Berliner Verfahren), teils Probebetrieb
Verschiebung bei den Gewinnungsorten: von Prozesswasser und
Klärschlamm zu Klärschlammaschen
Klärschlammaschen müssen aufbereitet oder separat deponiert werden

18 | 07. April 2017| Abteilung Wasser, Boden, Wertstoffe,
Dr.-Ing. habil. Uwe Müller
Anlagen in Deutschland (I)
Verfahren
Anlagenstandort
Betriebs-
beginn
Produkt
AirPrex®/ Berliner
Verfahren
Mönchengladbach-Neuwerk
Waßmannsdorf Berlin
Uelzen
Salzgitter
Steinhof (Braunschweig)
2009
2011
2014
2012
2015
MAP (Struvit)
FixPhos
Hildesheim
2012
P-haltiges CSH
(Calcium-Silicat-Hydrat)
Budenheim
ExtraPhos
Mainz-Mombach
2017
Ca-Phosphat
Stuttgarter
Verfahren
Offenburg
Stuttgart (mobile Schlamment-
wässerungsanlage)
2011
2016
MAP (Struvit)
Gifhorner Verfahren
Gifhorn
2007
MAP (Struvit)
P-Roc
Neuburg
2016
P-haltiges CSH
Quelle: nach Steinmetz (2016)

19 | 07. April 2017| Abteilung Wasser, Boden, Wertstoffe,
Dr.-Ing. habil. Uwe Müller
Anlagen in Deutschland (II)
Verfahren
Anlagenstandort
Betriebs-
beginn
Produkt
EloPhos
Lingen
2015
MAP
MePhrec
Kläranlage Nürnberg
2016
P-haltige Schlacke
PYREG
Linz-Unkel
Homburg
2015
2016
Phosphathaltiges
Granulat
TetraPhos
Hamburg
2015
Phosphorsäure
Solar Mining
Grünstadt
2015
Düngekohle
Quelle: nach Steinmetz (2016)

20 | 07. April 2017| Abteilung Wasser, Boden, Wertstoffe,
Dr.-Ing. habil. Uwe Müller
Aspekte der Verfahrensauswahl (I)
Bindungsform des Phosphors (Biologische P-Elimination, chemisch: Eisen-
und Aluminiumfällung) und P-Konzentration
Schadstoffbelastung des Klärschlamm bzw. der Klärschlammasche
zu behandelnder Volumenstrom (Anlagengröße)
technischer Entwicklungsstand (großtechnische Umsetzung, Pilotprojekt)
Betriebsstabilität und Komplexität des Verfahrens (Verfahrensschritte)
Modulisierbarkeit/Flexibilität (verschiedene Anlagengrößen)
Platzbedarf (Anlagengröße, Lagerung Chemikalien)

21 | 07. April 2017| Abteilung Wasser, Boden, Wertstoffe,
Dr.-Ing. habil. Uwe Müller
Aspekte der Verfahrensauswahl (II)
Quelle: nach TBF + Partner AG (2015) u. Montag et al. (2016)
möglicher Entsorgungsweg (Verbrennung)
kurzfristige Umsetzbarkeit
Infrastruktur (Anbindung an Verbrennungsanlage)
Phosphorrückgewinnungsgrad (Einhaltung AbfKlärV)
ökologische Auswirkungen (z.B. Chemikalieneinsatz, Energieaufwand,
Transporte, erzeugte Abfälle)
Produktqualität (Pflanzenverfügbarkeit, Schadstoffbelastung, Marktfähigkeit)
Kosten (Investitionskosten, Betriebskosten)

22 | 07. April 2017| Abteilung Wasser, Boden, Wertstoffe,
Dr.-Ing. habil. Uwe Müller
Kosten für Phosphorrückgewinnung
Stoffstrom
Anzahl
Verfahren
Produkt-
spezifische
Kosten
einwohnerspezifische
Kosten
Schmutzwasser-
spezifische Kosten
1)
[EUR/kg P]
[EUR/(E∙a)]
[EUR/m³]
Schlammwasser
3
9 – 15
1 – 3
0,02 – 0,07
Faulschlamm
4
2 - 25
0,5 – 18
0,01 – 0,40
Klärschlammasche
3
2,6 – 7,5
1,6 - 3
0,04 – 0,07
Quelle: DWA (2013)
1) Annahme 120 l(E*a)

23 | 07. April 2017| Abteilung Wasser, Boden, Wertstoffe,
Dr.-Ing. habil. Uwe Müller
Zusammenfassung und Ausblick
Akteure in Sachsen sind erheblich von Änderung der gesetzlichen
Rahmenbedingungen betroffen
Vielzahl von Phosphorrückgewinnungsverfahren und Verfahrensvarianten in
Entwicklung und Anwendung
bei Verfahrensauswahl sind vielfältige Aspekte zu berücksichtigen
frühzeitiger Beginn erforderlich, weil langwierige Planungen, Genehmigungen
und Umsetzungen zu erwarten, insbesondere für Monoverbrennung und
Deponierung
kommunale Zusammenarbeit prüfen
Netzwerke nutzen (z.B. DWA)
Bedeutung der Phosphorrückgewinnung wird steigen

24 | 07. April 2017| Abteilung Wasser, Boden, Wertstoffe,
Dr.-Ing. habil. Uwe Müller
Vortrag wird auf Internetseite des LfULG eingestellt
Veröffentlichung Klärschlammkonzeption 2015
www.umwelt.sachsen.de/umwelt/wertstoffe/13772.htm

25 | 07. April 2017| Abteilung Wasser, Boden, Wertstoffe,
Dr.-Ing. habil. Uwe Müller
Quellenangaben
Pinnekamp J.; Montag D.; Bastian D. (2016): Technische und strategische Ansätze zum Phosphorrecycling, DWA
Bundestagung September 2016
Montag, D.; Bastian, D.; Pinnekamp, J. (2016): Gutachten zur Umsetzung einer Phosphorrückgewinnung in Hessen
aus dem Abwasser, dem Klärschlamm bzw. der Klärschlammasche, Hessisches Landesamt für Naturschutz, Umwelt
und Geologie
H. Steinmetz (2016): Phosphor-Rückgewinnung – Aktuelle Entwicklungen in Deutschland, Phosphorrückgewinnung,
Kongress Stuttgart
TBF+Partner AG (2015): Studie Phosphorrückgewinnung aus Abwasser und Klärschlamm, Schweiz
Montag et al. (2013): Phosphorrecycling, Düngemittel mit Recycling-P, Themenpapier
DWA (2013): Stand und Perspektiven der Phosphorrückgewinnung aus Abwasser und Klärschlamm, Korrespondenz
Abwasser, Abfall
Umweltbundesamt (2015): Bewertung konkreter Maßnahmen einer weitergehenden Phosphorrückgewinnung aus
relevanten Stoffströmen sowie zum effizienten Phosphoreinsatz
Umweltbundesamt (2012): Klärschlammentsorgung in der Bundesrepublik Deutschland
LAGA (2015): Abschlussbericht Ressourcenschonung durch Phosphor-Rückgewinnung
BGR (2013): Phosphat Mineralischer Rohstoff und unverzichtbarer Nährstoff für die Ernährungssicherheit weltweit
LfULG: Entwurf Lagebericht 2016
LfULG: Klärschlammkonzeption 2015