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Ziel der Projektpartner Veolia Klärschlammverwertung Deutschland GmbH (VKD), Carbotechnik GmbH, LTC Lufttechnik Crimmitschau GmbH, Pontes Pabuli GmbH sowie der Forschungseinrichtungen Fraunhofer Institut für keramische Technologien und Systeme IKTS und Materialforschungs- und -Prüfanstalt MFPA an der Bauhaus-Universität Weimar ist die praxisnah-prototypische Erprobung und Demonstration einer innovativen, wirtschaftlich und technisch tragfähigen Prozesskette zur thermischen Klärschlammverwertung mit Phosphorrecycling und Düngerherstellung für die Modellregion “Mitteldeutsches Dreiländereck” Sachsen-Anhalt, Thüringen und Sachsen.
Die Partner entwickeln und erproben ein neuartiges Konzept, das einerseits auf die dezentrale Verbrennung von Klärschlämmen mit Hilfe der Staubfeuerung setzt und andererseits die Klärschlammaschen und den darin enthaltenen Phosphor mittels der neu entwickelten Säure-Aufschluss-Granulierung nach dem Pontes-Pabuli-Verfahren zu marktfähigen Düngeprodukten verarbeitet. Bei den Entwicklungen liegt ein Hauptaugenmerk auf der prozessintegrierten Schwermetallabscheidung in der Staubfeuerung bzw. Säureaufschlussgranulierung.
Für einen schnellen Übergang der entwickelten Technologie in die Anwendung erfolgte im Rahmen des Projektes DreiSATS das Skale-Up an entsprechenden Versuchsanlagen zur Staubfeuerung mit Heißgasfiltration in Magdeburg (vgl. Bilder 1 und 2) und zur Säureaufschlussgranulierung nach dem Pontes-Pabuli-Verfahren in Markranstädt (vgl. Bilder 5 bis 8).
Hintergründe zum Projekt
An der Pilotanlage Staubfeuerung am Standort Magdeburg des Projektpartners Carbotechnik erfolgen die Untersuchungen zur Verbrennung von Klärschlämmen sowie zur Schwermetallabtrennung durch Additivzugabe und Heißgasfiltration. Hierfür wurde die bestehende Staubfeuerungsanlage mit einer Feuerungswärmeleistung von 1 Megawatt (entspricht 8.000 t/a Klärschlamm mit 25 %-TS) für eine optimierte Klärschlammverbrennung umgebaut und zur Schwermetallabtrennung um die Module Additivdosierung und Heißgasfilter der Projektpartner LTC und Fraunhofer IKTS erweitert (vgl. Bild 3).
Die Pontes Pabuli Anlage befindet sich am Standort der Veolia Klärschlammverwertung Deutschland GmbH in Markranstädt. Die Planung, Umsetzung und der Anlagenbetrieb werden durch die Veolia und Pontes Pabuli GmbH sichergestellt. Die Voruntersuchungen zur Skalierung des Verfahrens fanden bei der MFPA in Weimar statt. Die Anlage weist einen Durchsatz von 35 kg/h Asche im Input auf. Der Output ist von der Rezeptur abhängig und liegt bei rund 100 kg/h Düngergranulat.
Zur Bewertung der Phosphorverfügbarkeit bzw. Phytotoxizität der Zwischen- und Düngerprodukte wurde am Fraunhofer IKTS Teststände für jahreszeitunabhängige und reproduzierbare Pflanzenversuche entwickelt und aufgebaut (vgl. Bild 9).
Überdies erfolgen Gewächshausversuche zum Qualitätsmonitoring bei der Veolia Klärschlammverwertung Deutschland GmbH (Bild 10).
Die Umbaumaßnahmen an der Pilotanlage Staubfeuerung sowie die Errichtung der Module Heißgasfiltration und Additivdosierung konnten in 2023 abgeschlossen werden. Seit dem laufen Verbrennungsversuche mit unterschiedlichen Klärschlämmen in industrierelevanter Größenordnung. Ziel dieser Untersuchungen ist die Ermittlung inputstoffabhängiger Prozessparameter der Verbrennung sowie der Additivzugabe und Heißgasfiltration zur Schwermetallabtrennung.
Am 28. März 2022 erfolgte die Inbetriebnahme der P-Recycling Anlage mit dem Pontes Pabuli Verfahren im TRL 6 Maßstab bei Veolia in Markranstädt. Nach dem erfolgreichen Abschluss der Testphase wird die Anlage seit Oktober 2022 in der Betriebsphase gefahren. Zielführend sind umfangreiche Erkenntnisse für eine praxisnahe Erprobung und Optimierung der Prozessparameter, um die Skalierbarkeit der Anlagenkonfiguration abzubilden.
Im Ergebnis wird der Nachweis einer wirtschaftlichen und stabilen Klärschlammverbrennung bei gleichzeitiger Gewinnung von schwermetallabgereicherten Aschen für Düngemittelanwendungen (vgl. Bild 4) erbracht. Der Fokus liegt auf lokalen bzw. regionalen kundenspezifischen Lösungen zur thermischen Klärschlammverwertung. Dafür werden Prozessparameter der Staubfeuerung optimiert sowie deren Einfluss auf das Verbrennungsverhalten und die resultierenden Ascheeigenschaften bewertet. Ferner erfolgt eine Übertragung der Laborergebnisse zur Schwermetallreduzierung und der Phosphorlöslichkeiten mit Hilfe von Additivzugaben während der Verbrennung und der integrierten Heißgasfiltration zur Abtrennung der gasförmigen Schwermetalle. Interessierte Kunden können ihren individuellen Klärschlamm an der Pilotanlage thermisch verwerten lassen und die Aschequalität feststellen. Die Ergebnisse sind unmittelbar übertragbar und damit eine wertvolle Entscheidungshilfe in der Strategie der Ascheverwertung bzw. bei der Umsetzung der Phosphorrückgewinnungspflicht.
Während der Projektlaufzeit erfolgte die Weiterentwicklung des Pontes Pabuli Standardverfahrens, dem sogenannten Pontes Pabuli Flex Verfahren. Durch die Optimierungen EcoPlus und PerfectClean können nun, unabhängig von der Qualität der eingesetzten Inputaschen, gleichbleibend hochwertige Produkte mit hohen Phosphorgehalten hergestellt werden.
Somit stehen standortspezifische Lösungen zur thermischen Klärschlammverwertung und zum Phosphorrecycling unter Berücksichtigung komplexer ökologischer und ökonomischer Rahmenbedingungen zur Verfügung.
Für die Bewertung der Aschen sowie der Düngerprodukte stehen bereits jetzt standardisierte Bewertungsmethoden für die Wirkung von Rezyklaten und Düngerprodukten auf das Pflanzenwachstum am Fraunhofer IKTS zur Verfügung. Diese können für eine regelmäßige Qualitätskontrolle eingesetzt werden und sind für die schnelle Markteinführung sowie für die Kundenakzeptanz von Rezyklaten zwingend erforderlich.
In Freilandversuchsflächen bei Veolia in Markranstädt erfolgt die Testung der Düngergranulate unter Einsatzbedingungen (Bild 11 und 12)
