TETRAPHOS-VERFAHREN - ERSTE PRAXISERFAHRUNGEN - FORUM: PHOSPHOR-RÜCKGEWINNUNG DWA-LANDESVERBAND NORD, OSNABRÜCK
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TETRAPHOS®-VERFAHREN – ERSTE PRAXISERFAHRUNGEN FORUM: PHOSPHOR-RÜCKGEWINNUNG DWA-LANDESVERBAND NORD, OSNABRÜCK Hendrik Schurig| 28. Februar 2018
AGENDA
2
1 RANDBEDINGUNGEN DER HAMBURGER KLÄRANLAGE
2 BESCHREIBUNG DES P-RÜCKGEWINNUNGSVERFAHRENS
3 PILOTANLAGE IN HAMBURG
4 QUALTIÄT DER PRODUKTE UND RESTSTOFFE
BEURTEILUNG DER VERFAHRENSKOMPONENTEN AUF
5
GROSSTECHNISCHE UMSETZUNG
6 GEPLANTE UMSETZUNG
1 KLÄRWERK HAMBURG
3
Ausbaugröße ca. 2,5 Mio. EW
Phosphorelimination chemisch, teilweise
biologisch
Aschemengen ca. 20.000 t/a
(inkl. externe Schlämme)
Phosphorgehalt der ≥ 10%
Asche (in D durchschnittlich 9%)
Quelle: Hamburg Wasser
1 PGES-ZULAUFFRACHT 2001 BIS 2017 (PROGNOSE)
4
1.800
1.600
1.400
1.200
1.000 ca. 1.000 t aus häuslichem Abwasser
t/a
800 ca. 400 t aus gewerblichem Abwasser
600
400
200
0
1 P-ABSCHEIDUNG AUF DER KLÄRANLAGE
5
P-Fracht in [Mg P/a] P-Fällmittel (1.600 Mg/a Fe-Äquivalente)
Vorklärung Belebung
1.370 100
Zulauf Mechanisch Chemisch Biologisch Elbe
16 % 62 % 22 %
200 790 280
P-Rückbelastung
Belebung ca. 20 %
(Zentrat,Kondensat)
730
Externe Schlämme Schlammbehandlung
2.000
Verbrennungsasche (P-Gehalt ca. 10 Gew.%)
1 BISHERIGE ASCHEENTSORGUNG
6
Bis 2012 Seit 2013
Schmelzprodukt Kupfergewinnung Monodeponie Bremen-Blockland
Quelle: Hamburg Wasser Quelle: Umweltbetrieb Bremen
2 PHOSPHORSÄURE IN DER DÜNGEMITTELINDUSTRIE
7
8%
NP - oder NPK Dünger (z.B. Diammoniumphosphat)
92%
Einnährstoffdünger (z.B. Calciumphosphate)
Grundstoff (NH4)2HPO4 = Ammoniak + Phosphorsäure
2 DIE SCHRITTE DES REMONDIS TETRAPHOS®-VERFAHRENS
8
Phosphorsäure Schwefelsäure Reinigung I Reinigung II
Phosphorhaltiges Angereicherte Gereinigte
Asche Ionenselektion
Eluat + Asche Phosphorsäure Phosphorsäure
Vorgereinigte
Trennung Trennung Konzentrierung
Phosphorsäure
Reine
Restasche Gips Metallsalze
Phosphorsäure
Dünger
Entsorgung/Verwertung Baustoff Fällmittel
industrielle Anwendungen
Quelle: Remondis Aqua Industrie GmbH
Darstellung Phosphorsäure: Ca(H2PO4)2 + H2SO4 CaSO4 + 2H3PO4
2 HAUPTSCHRITT: ELUTION DER ASCHE
9
Säure : Asche
3 :1
Verfahrensentwicklung
vom Becherglas
in die Großanlage
in vier Jahren2 DIE SCHRITTE DES REMONDIS TETRAPHOS®-VERFAHRENS
10
Phosphorsäure Schwefelsäure Reinigung I Reinigung II
Phosphorhaltiges Angereicherte Gereinigte
Asche Ionenselektion
Eluat + Asche Phosphorsäure Phosphorsäure
(1) Phosphatelution
Vorgereinigte
Trennung Trennung Konzentrierung
(2) Gipsfällung mit Phosphorsäure
Schwefelsäure
(3) Abtrennung Eisen-/
Aluminiumsalze im Reine
Restasche Gips Metallsalze
Ionentauscher Phosphorsäure
(4) Aufbereitung der
Phosphorsäure zur
Rückführung und
Ausschleusung des
Überschusses als Dünger
Produkt Entsorgung/Verwertung Baustoff Fällmittel
industrielle Anwendungen
Quelle: Remondis Aqua Industrie GmbH
Darstellung Phosphorsäure: Ca(H2PO4)2 + H2SO4 CaSO4 + 2H3PO43 PILOTANLAGE HAMBURG
11
Bandfilter für Aschefilterkuchen- und
Gipsfilterkuchenentwässerung
Ionentauscher Nanofiltration3 ERGEBNISSE DES VERSUCHSBETRIEBS
12
Verfahrensschritt Ziel der Versuche Ergebnis
Elution Überprüfung der Rückgewinnungsrate P-Ausbeute >80%
Auswahl Entwässerungsaggregat Bandfilter technisch geeignet
Dekanter technisch geeignet
Gipsfällung Überprüfung der Gipsqualität P-Gehalt4 ASCHEZUSAMMENSETZUNG VOR/NACH ELUTION
13
Verbrennungsasche vor Elution Aschefilterkuchen nach Elution
P2O5 CaO
Rest Al2O3
P2 O 5
SiO2 Wasser Fe2O3
CaO
Fe2O3 SiO2
Al2O3 Rest
Deponie-Klasse II
Keine Verschlechterung der Ascheeigenschaften
Entsorgung unverändert möglich4 PRODUKTVERGLEICH „STANDARDSÄURE“ VS- RECYCLINGSÄURE
14
Parameter Einheit MGA Gereinigte Säure
(Primärrohstoff (Reinigungsziel Pilotanlage:
„grüne P-Säure“) Düngemittelanwendung)
Inhaltsstoffe
Phosphorsäure H3PO4 % 75 75
Schwefelsäure H2SO4 % 1,9 – 5,5 0,5 – 1
Aluminium Al % 0,2 – 0,4 0,05 – 0,15
Eisen Fe % 0,1 – 0,3 0,2 – 0,6
Calcium Ca % 0,01 – 0,1 < 0,05
Magnesium Mg % 0,2 – 0,25 < 0,05
Schwermetalle
Cadmium Cd ppm 95 CHEMIKALIEN UND VERFAHREN – BEKANNT ODER NEU (1)
15
Verfahren TetraPhos®- Abwasser- Schlamm- Klärschlamm
Verfahren behandlung entwässerung -verbrennung
Elution
Entwässerung
Gipsfällung
Ionentauscher
Nanofiltration
Vakuumverdampfer5 CHEMIKALIEN UND VERFAHREN – BEKANNT ODER NEU (2)
16
Chemikalien TetraPhos®- Abwasser- Schlamm- Klärschlamm-
Verfahren behandlung entwässerung verbrennung
Säuren
Polymer
Gips
Metallsalz-
lösung
Schwermetall-
fällmittel
• Fazit: Die meisten Verfahrensschritte und Chemikalien des TetraPhos®-Verfahrens
sind auf Kläranlagen mit angeschlossener Verbrennungsanlage bereits bekannt6 GEPLANTE UMSETZUNG DER GROßANLAGE - STANDORTWAHL
17
Gefördert durch6 EINBINDUNG DER GROSSANLAGE IM KLÄRWERK HAMBURG
18
P-Fällmittel (1.100 Mg/a Eisen-Äquivalente)
Belebung
Zulauf Vorklärung P-Fällung Ablauf
Biologisch Chemisch
Schlamm
Externe Schlämme Fe/Al-Lösung
Schlammbehandlung (500 Mg/a Eisen-Äquivalente)
2.000 Mg/a Gips
20.000 Mg/a Asche
11.800 Mg/a Gips TetraPhos ®
Tetraphos 7.100 Mg/a
2.000
Phosphorsäure (75%ig)
17.000 Mg/a Restasche6 GEPLANTE UMSETZUNG DER GROßANLAGE - ZEITPLAN
19
2017 2019
September: Zusage Fördermittel Bau der Anlage
Dezember: Zustimmung Aufsichtsrat Quartal IV: Inbetriebnahme
Demontage Pilotanlage
2018
Gefördert durch Erstellung Planungsunterlage
Großtechnik
Genehmigungsplanung/
Genehmigung
Umfirmierung
Phosphor-Recycling Hamburg
Quartal IV: BauvorbereitungVIELEN DANK FÜR IHRE AUFMERKSAMKEIT Hendrik Schurig Telefon 040 7888-56229 Hendrik.schurig@hamburgwasser.de
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