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Koordination

CUTEC-Forschungszentrum der TU Clausthal
Leibnizstraße 23
38678 Clausthal-Zellerfeld

Projektleitung
Prof. Dr.-Ing. Michael Sievers
Tel: +49 (0) 5323 72-6243
michael.sievers@cutec.de

Partnerinstitutionen

  • Abteilung Abwasserverfahrenstechnik – CUTEC
  • Abteilung Thermische Prozesstechnik – CUTEC
  • Abteilung Ressourcentechnik und -systeme – CUTEC
  • PARFORCE Engineering & Consulting GmbH
  • Lukson AG
  • Knoke Industrie-Montagen GmbH
  • Stadt Northeim mit Eigenbetrieb Abwasserbeseitigung

Assoziierte Partner

  • Braunschweigische Maschinenbauanstalt AG
  • Schwenk Zement KG (Werk Bernburg)
  • HeidelbergCement AG

Laufzeit

01.10.2020 – 30.09.2023 (Phase 1)

Webseite

KlimaPhoNds

Klimaneutrale und reststofffreie Klärschlammverwertung mit Phosphorsäureproduktion in Südost-Niedersachsen

Kurzbeschreibung

KlimaPhoNds verfolgt eine dezentrale Phosphat-Gewinnung auf Kläranlagen, und darauf aufbauend eine zentrale Veredelung der Phosphat-Fällungsprodukte zu hochwertiger Phosphorsäure, Ammoniakwasser und Magnesiumchlorid. Die Klimaneutralität wird durch eine nahezu wärmeneutrale Trocknung mit einer Wirbelschichtverdampfungstrocknung erreicht. Es entsteht ein volltrockener, phosphatarmer Klärschlamm, der reststofffrei stofflich und energetisch in der Zementindustrie verwertet werden kann. Voraussetzung für eine ausreichende P-Abreicherung im Klärschlamm ist eine optimierte Bio-P-Elimination auf der Kläranlage. In der ersten von zwei Phasen erfolgt eine Maximierung der Bio-P-Elimination auf der Kläranlage Northeim. Bei erfolgreichem Nachweis einer ausreichenden Bio-P-Fixierung soll in Phase 2 die Aufbereitung der Fällungsprodukte zu verschiedenen Rohstoffen, die nahezu wärmeneutrale Trocknung sowie die Verwertung von trockenem Klärschlamm als Brenn- und Rohstoff im technischen Maßstab demonstriert werden.

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Beispiel eines Wirbelschichtverdampfungstrockners, der an Klärschlamm anzupassen ist. © BMA Braunschweigische Maschinenbauanstalt AG

Ziel

Wesentliche Ziele von KlimaPhoNds sind der technische und wirtschaftliche Nachweis von a) einer Phosphorrückgewinnung unter Einhaltung der gesetzlichen Vorgaben b) einer mehrfachen Ressourceneffizienz auf dem Weg in Richtung einer Null-Emission Klärschlammverwertung, c) erforderlichen Produktqualitäten zur Verwertung von Phosphorsäure, Ammoniakwasser und Magnesiumchlorid.

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Parforce-Pilotanlage zur Herstellung von hochwertiger Phosphorsäure. © PARFORCE Engineering & Consulting GmbH

Arbeitsschwerpunkte

  • Umbau der Kläranlage zur Maximierung der Bio-P-Elimination mit Nachweis der Unterschreitung von 20gP/kgTS im entwässerten Schlamm (TRL9)
  • Prozessoptimierung zur Maximierung der Ausbeute bei der Phosphatrückgewinnung
  • Planung, Bau und Betrieb der großtechnischen Phosphatgewinnungsanlage (TRL9)
  • Aufbereitung von Phosphat-Fällungsprodukten zu Phosphorsäure, Ammoniakwasser und Magnesiumchlorid im Tonnenmaßstab (TRL8)
  • Technische Erprobung von internen Stoffkreisläufen (TRL8)
  • Entwicklung und Betrieb eines großtechnischen Wirbelschichtverdampfungstrockners (TRL8) auf der Kläranlage.
  • Verwertung des vollgetrockneten und phosphorarmen Klärschlamms in der Zementindustrie (TRL9).
  • Bewertung des Gesamtkonzeptes (technisch, ökologisch und wirtschaftlich)

Arbeitspakete

Ansprechpartner

Prof. Dr.-Ing. Michael Sievers, Abteilung Abwasserverfahrenstechnik – CUTEC,
Leibnizstraße 23, 38678 Clausthal-Zellerfeld, michael.sievers@cutec.de

Kurzbeschreibung

Die Aufgaben umfassen Koordination der Kommunikation und Information aller Projektpartner; Koordination und Überwachung des Projektfortschritts; Vertretung des Projektverbunds in der Öffentlichkeit und Erläuterung der Projektziele und Projektfortschritts; Kommunikation und Darstellung der neuen Techniken auf Tagungen, Messen, im Internet etc.; Organisation von Verbundprojekttreffen.

Ansprechpartner

René Schumann, Abteilung Abwasserverfahrenstechnik – CUTEC,
Leibnizstraße 23, 38678 Clausthal-Zellerfeld, rene.schumann@cutec.de

Olaf Hagenow, Eigenbetrieb Abwasserbeseitigung der Stadt Northeim (EBA),
Scharnhorstplatz 1, 37154 Northeim, hagenow@northeim.de

Projektpartner

EBA Northeim; Abteilung Abwasserverfahrenstechnik – CUTEC; Knoke Industrie-Montagen GmbH

Kurzbeschreibung

Mit Projektbeginn werden auf der Kläranlage Northeim Umbauarbeiten zur Maximierung der Bio-P-Kapazität durchgeführt. Ziel ist es, die Bio-P-Kapazität und die P-Rücklösung für eine gesetzlich ausreichende P-Abreicherung im entwässerten Klärschlamm zu verbessern. Parallel dazu erfolgen Untersuchungen zur Optimierung der Phosphatfällung und Separation sowie Planungsarbeiten zur technischen P-Gewinnungsanlage. Nach Installation und Inbetriebnahme werden mehrere Versuchsphasen zur Ermittlung belastbarer Betriebsdaten durchgeführt. Anhand der ausgewerteten Messdaten soll der Nachweis erbracht werden, dass a) die erhöhte MAP-Abtrennung im volltechnischen Maßstab funktioniert und b) der gesetzlich geforderte Grenzwert von 20 gP/kgTS im entwässerten Klärschlamm sicher eingehalten werden kann.

Ansprechpartner

Andreas Knecht, Knoke-Industrie-Montagen GmbH,
Gesellensteig 48, 38229 Salzgitter, knecht@knoke-salzgitter.de

Adam Bardosi, Knoke-Industrie-Montagen GmbH,
Gesellensteig 48, 38229 Salzgitter, bardosi@knoke-salzgitter.de

Prof. Dr.-Ing. Michael Sievers, Abteilung Abwasserverfahrenstechnik – CUTEC,
Leibnizstraße 23, 38678 Clausthal-Zellerfeld, michael.sievers@cutec.de

Projektpartner

Knoke Industrie-Montagen GmbH; EBA Northeim; Abteilung Abwasserverfahrenstechnik – CUTEC
assoziierter Partner: BMA

Kurzbeschreibung

Die Klärschlammtrocknung wird als nahezu wärmeneutrale Trocknung mittels Wirbelschichtverdampfungstrocknung umgesetzt. Diese Technik wurde bislang nicht für Klärschlamm eingesetzt, weshalb auch Weiterentwicklungen geplant sind. Die Arbeitsschwerpunkte umfassen (a) Auslegung/Konstruktion der Anlagenkomponenten und Peripherie, (b) Funktionalitätsprüfung der Einzelkomponenten, (c) Konzeptionierung und Entwicklung der EMSR-Technik sowie (d) Fertigung des Pilottrockners. Ergänzend werden flexible Wärmenutzungskonzepte für die Kläranlage Northeim erarbeitet und beschrieben. Der Pilottrockner wird im großtechnischen Maßstab auf der Kläranlage installiert. Es folgen Erprobung, Validierung und Optimierung der Trocknungs- Anlagentechnik.

Ansprechpartner

Dr.-Ing. Stefan Vodegel, Abteilung Thermische Prozesstechnik – CUTEC,
Leibnizstraße 23, 38678 Clausthal-Zellerfeld, stefan.vodegel@cutec.de

Projektpartner

Abteilung Thermische Prozesstechnik – CUTEC; Abteilung Abwasserverfahrenstechnik – CUTEC
PARFORCE Engineering & Consulting GmbH; Lukson AG

Kurzbeschreibung

Die Veredelung beinhaltet eine nahezu reststofffreie Umwandlung von Magnesiumammoniumphosphat (MAP) zu Phosphorsäure, Ammoniakwasser und Magnesiumchlorid. Hierzu werden die Calzinierung und die Parforce-Technik genutzt. Die bestehenden Prozesse sollen unter wirtschaftlichen Gesichtspunkten, insbesondere der Erhöhung der Produktausbeute und der Produktreinheit sowie der Verringerung des Chemikalienbedarfs anhand prozesstechnischer Gegebenheiten und verfahrenstechnischer Zusammenhänge optimiert werden. Die Ergebnisse werden für die Konzeptionierung einer Modellanlage genutzt, die qualitativ über den aktuellen Stand der Technik hinausgeht. Die Calzinierung einschließlich Gasreinigung und -aufbereitung wird gemäß §15 der HOAI vertieft geplant. Ein Teil des gewonnenen MAP wird im Tonnenmaßstab nach vorheriger Calzinierung und Ammoniakwasserabtrennung mit der Parforce-Pilotanlage zu Phosphorsäure und Magnesiumchlorid weiterverarbeitet. Weiterhin werden Produktzulassungen geprüft/beantragt und potentielle Absatzmärkte für Haupt- und Nebenprodukte der MAP-Veredelung erarbeitet.

Ansprechpartner

Dipl.-Ing. Franz Hormes, Lukson AG, Geyener Straße 1, 50259 Pulheim, f.hormes@lukson.de

Projektpartner

Lukson AG; Abteilung Thermische Prozesstechnik – CUTEC; Abteilung Abwasserverfahrenstechnik – CUTEC; EBA Northeim; Assoziierte Partner: HeidelbergCement AG, Schwenk Zement KG (Werk Bernburg)

Kurzbeschreibung

Es wird eine reststofffreie Verwertung des getrockneten, phosphorarmen Klärschlamms der Kläranlage Northeim untersucht. Die Verwertung kann dabei stofflich und energetisch in der Zementindustrie oder rein energetisch in der Energiewirtschaft erfolgen. Es sollen die Einzelstoffströme und der jeweilige Nutzen ermittelt und ökologisch sowie wirtschaftlich anhand von Praxisdaten bewertet werden. Auch das Konzept der Klärschlammmonoverbrennung soll mituntersucht und bewertet werden.

Ansprechpartner

Technische Bewertung: Prof. Dr.-Ing. Michael Sievers, Abt. Abwasserverfahrenstechnik – CUTEC,
Leibnizstraße 23, 38678 Clausthal-Zellerfeld, michael.sievers@cutec.de

Ökologische Bewertung: Jan Schlecht, Abt. Ressourcentechnik und -systeme – CUTEC,
Leibnizstraße 23, 38678 Clausthal-Zellerfeld, jan.schlecht@cutec.de

Wirtschaftliche Bewertung: Dr.-Ing. Stefan Vodegel, Abt. Thermische Prozesstechnik – CUTEC,
Leibnizstraße 23, 38678 Clausthal-Zellerfeld, stefan.vodegel@cutec.de

 Projektpartner

Die Konzeptbewertung ist eine Verbundaufgabe aller Projektpartner.

Kurzbeschreibung

Die Bewertung des gesamten Verfahrenskonzeptes (Nachhaltigkeitsbewertung) umfasst drei Bereiche: 1. Dezentrale Phosphor-Gewinnung 2. Zentrale MAP-Veredelung, 3. Stoffliche und thermische Verwertungsmöglichkeiten des Klärschlamms mit wärmeneutraler Trocknung. Für die Nachhaltigkeitsbewertung wird zudem ein Bilanzierungsmodell der Stoff- und Energieströmen des Verfahrenskonzeptes erstellt und mit Praxisdaten aus technischen Versuchen unterfüttert. Zusätzlich werden technische und wirtschaftliche Bewertungen allen beteiligten Partnern unter Federführung der CUTEC erarbeitet und zusammengeführt.

Verwertungswege

Es entstehen folgende Haupt- und Nebenprodukte: Hochwertige Phosphorsäure, die in der chemischen Industrie z.B. für eine Düngemittelproduktion direkt ohne weitere Aufarbeitung verwertet wird. Vollgetrockneter und phosphatarmer Klärschlamm als Brenn- sowie Zuschlagsstoff in der Zementindustrie, alternativ in der Energiewirtschaft. Ammoniakwasser als Produkt zur Entstickung von Abgasen aus Verbrennungsanlagen oder als Ersatz der nach dem Haber-Bosch-Verfahren produzierten Stickstoffquelle zur Nährstoffproduktion. Magnesiumchlorid-Lösung als Phosphatfällungsmittel mit einem Magnesiumkreislauf zwischen Kläranlage und Phosphorsäureproduktionsanlage.