Pfix ein Verfahren zur Phosphor- und Magnesiumfixierung

PONDUS Verfahrenstechnik GmbH

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Pfix, Phosphor-Fixierung

zur Verhinderung von Struvit-/MAP-Ablagerungen

Das Pfix-Verfahren ist eine Alternative zu den bisherigen, großvolumigen Verfahren zur Phosphor Entfernung. Bei den bisherigen Verfahren wird über eine Großkristallbildung versucht, den Phosphor als Struvit aus dem Schlamm zu entfernen. Dabei werden Separationsraten von ca. 20 – 30 % erreicht. Der Grundgedanke von Pfix ist, wenn man 70 bis 80 % vom Phosphor oft auch als Struvit im Schlamm beläßt und in die Monoverbrennung gehen muß, können wir auch 100 % im Schlamm belassen. Das Struvit aus Klärschlamm lässt sich eh nur schwer vermarkten.

Die Pfix-Anlage für bis zu 40 m³/h Faulschlamm in Bau

Die Idee

Schon seit Ende der 90 Jahre lief uns das Thema Struvit/MAP über den Weg. Aus einer Studie, seinerzeit noch als LIMUS Umwelttechnik GmbH, wurde bei den Berliner Wasserbetrieben das unter dem Namen Airprex® bekannte Verfahren zur Phosphorabtrennung entwickelt. Mit diesem Verfahren und ähnlichen lassen sich aber die 50 % oder 20 mg Hürde nicht knacken, um die Monoverbrennung zu umgehen.
Es war vor einigen Jahren auf der Kläranlage Löhne, wo ich mit einem Freund am Plaudern war. „Denk Dir doch mal was aus!“ war die Anregung von ihm. Es hat dann einige Zeit gedauert.
Die Erfahrungen aus der ersten Studie, dass das MAP sich in Wasmannsdorf schon wenige Zentimeter nach dem Einlauf der Fallleitungen aus der Schlammtasche bildet, waren nur ein Punkt. Während der Inbetriebnahme zur thermisch-chemischen Hydrolyse 2005 in Gifhorn, meinte der Betriebsleiter bei einer Tasse Kaffee, dass es Probleme in der Zentratleitung gäbe. Ich wagte dann zu sagen, vermutlich ist die Zentratpumpe voller MAP. Es war schon halb sieben und er wollte dann unbedingt gleich die Pumpe demontieren. Eine furchtbare halbe Stunde verging, bis wir noch mit dem Planer zusammen die kleine Pumpe endlich ausgebaut hatten. Sie war voller MAP und mir ging es wieder sehr viel besser.

Aus diesen und anderen Geschichten zeigte sich, MAP bildet sich sehr schnell, wenn nur die richtigen Randbedingungen, pH-Wert und Turbulenz vorhanden sind. Im Labor ließ sich das gut simulieren. Schon in der ersten Sekunde bildeten sich intensive MAP-/Struvit- Ausfällungen.
	Laborversuch spontane MAP-/ Struvit Bildung

	Unter einem Mikroskopnfindet man schon nach kurzer Zeit die fertigen, feinen Struvit-MAP Kristalle
Feine Struvit-MAP Kristalle unter dem Mikroskop

Diese sehr feinen Kristalle sedimentieren im Wasser nach einiger Zeit. Sie sind aber so fein, dass es in der Schlammmatrix zu keiner Sedimentation kommt, sondern die Mikrokristalle mit dem Strom mitgerissen werden
	Sedimentation von Struvit-MAP Kristallen im Labor

Pfix Verfahrensvariante 1

Bei dieser Variante geht es darum, mit einem minimalen Aufwand ungewünschte Struvitablagerungen zu vermeiden. Dazu wird dem zu behandelndem Schlamm lediglich in einem Rohmischer etwas Natronlauge zu dosiert, um für die Struvitbildung optimale Bedingungen im pH-Wert zu erreichen. Der pH-Wert sollte im Bereich von 8 bis 8,5. Dazu ist nur eine geringe Menge Natronlauge erforderlich:

Vorteile:

Geringer, anlagentechnischer Aufwand
Verkrustungen durch Struvit werden nach der Anlage vermieden
Bewährte Anlagenkomponenten

Nachteile:

Keine umfassende Phosphatbindung zur Verbesserung der Entwässerung
Methan bleibt im Schlamm enthalten und tritt bei der Entwässerung aus
Keine Einsparung an CO₂-Äquivalenten
Natronlauge erforderlich

Pfix Verfahrensvariante 2

Bei dieser verfahrenstechnischen Variante wird nachdem die Bedingungen für die Struvitbildung geschaffen wurden, noch Magnesium eingemischt, um die limitierende Wirkung des nicht ausreichend vorhandenen Magnesiums auf zu heben und das Phosphat umfassend zu binden.
Dazu wird im Anschluss an die Verfahrensvariante 1 ein weiterer Mischer platziert, mit dem nun Magnesiumchlorid eingemischt wird. Aus hier kann ein Nachmischer folgen.

Vorteile:

Mittlerer, anlagentechnischer Aufwand
Verkrustungen durch Struvit werden nach der Anlage vermieden
Umfassende Phosphatbindung zur Verbesserung der Entwässerung
Stickstoff wird im Struvit gebunden
Bewährte Anlagenkomponenten

Nachteile:

Methan bleibt im Schlamm enthalten und tritt bei der Entwässerung aus
Keine Einsparung an CO₂-Äquivalenten
Natronlauge erforderlich

Pfix Verfahrensvariante 3

Kommen wir zur Königsklasse der Phosphatfixierung. Eine Vakuumentgasung, das System ist sein 1982 in Betrieb, wird den Mischern vorgeschaltet. Dadurch wird das Methan und das Kohlendioxid, das im Faulschlamm gelöst ist, entfernt. Üblicherweise sind das 200 bis 450 Liter Gas pro Kubikmeter Faulschlamm, im Mittel 250 l/m³. Das Gas kann der Verbrennung z.B. in einem BHKW zugeführt werden und so das sehr klimaschädliche CH₄ in nicht ganz so schädliches CO₂ unter Nutzung der Energie überführt werden. Damit können erhebliche CO₂-Äquivalente eingespart werden :

Einsparung CO2 Äquivalent Entgasung Pfix

Weiterhin steigt bei der Entgasung der pH-Wert durch das abgetrennte CO₂, somit kann gegenüber den Verfahrensvarianten 1 und 2 auch noch Natronlauge eingespart werden. Ggf. kann sogar die Laugendosierung ganz entfallen, das ist aber abhängig von Faulschlamm.

PONDUS-Pfix Verfahrensvariante 3 mit Entgasung

Vorteile:

Verkrustungen durch Struvit werden nach der Anlage vermieden
Umfassende Phosphatbindung zur Verbesserung der Entwässerung
Stickstoff wird im Struvit gebunden
Methan wird aus dem Schlamm entfernt und tritt nicht bei der Entwässerung aus
Hohe Einsparung an CO₂-Äquivalenten
Geringere oder gar keine Mengen Natronlauge erforderlich
Bewährte Anlagenkomponenten

Nachteile:

Größerer, anlagentechnischer Aufwand

Pfix Anlage im Probebetrieb mit 30 m³/h Faulschlamm, Durham, North Carolina

Technische Daten für Anlagen
zur Phosphorfixierung, Pfix

Schlammdurchsätze

Energiebedarf elektrisch

spezifischer Laugenverbrauch

Magnesiumreduktion*

Phosphorreduktion*

*bereits im Pilotstadium

ab ca. 5 m³/h

ca.0,3 bis 1,5 kWh/m³_Schlamm, je nach Verfahrensvariante

ca. 0,8 bis 1,5 L/m³_Schlamm

bis > 80 %

bis > 80 %

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