Rückgewinnung von Phosphat aus Abwasser

(Teil-)Projektleitung/Mitarbeit: Dipl.-Ing. Annette Zewuhn

Auftraggeber/Fördergeber: Bundesministerium für Bildung und Forschung
Projektpartner: Technion (Haifa, Israel)
Projektumfang: 24 Wissenschaftlermonate
Laufzeit: 07/2013 - 06/2015

Hintergrund/Problemstellung

Aus Abwasser können verschiedene Phosphatminerale gefällt werden, von denen jedoch Struvit (MgNH4PO4) aus verschiedenen Gründen besonders vorteilhaft ist:  seine Komponenten werden im Vergleich zu anderen Mineralen langsamer mobilisiert, so dass die Nährstoffe eher von Pflanzen aufgenommen als ausgewaschen werden; Verunreinigungen durch Schwermetalle sind in Struvit aus einem Wiedergewinnungsprozess um zwei bis drei Größenordnungen geringer als in kommerziellen P-Düngern; mit Struvit als Dünger werden drei Hauptnährelemente (P, N, Mg) gleichzeitig ohne die Gegenionen Cl-, SO42-, Na+ appliziert. Wegen seiner relativ geringen Löslichkeit unter neutralen Reaktionsbedingungen kommt Struvit als kostengünstiger Ersatz für Dünger mit langsamer P-Nachlieferung oder als Komponente in anderen Düngemitteln in Frage.

Forschungsziele

Aus anaerobem Abwasser von Faultürmen der Hamburger Stadtentwässerung soll Phosphor zurückgewonnen werden. Dazu wird ein Verfahren zur Fällung von Magnesium-Ammonium-Phosphat  (Struvit) entwickelt, das den Einsatz von kostengünstig produziertem Magnesium vorsieht. Dieses wird vom Israelischen Projektpartner erzeugt und in einem dort zu entwickelnden Nano-Filtrationsverfahren aus dem Retentat der Meerwasserentsalzung gewonnen. Die dabei entstehende Lösung enthält hauptsächlich Calcium, Magnesium und Sulfat, aber auch Natrium und Chlor. Insbesondere Calcium kann die Bildung von Struvit behindern, indem andere phosphathaltige Minerale (Ca-Phosphate) entstehen. Ziel ist es, den Fällungsprozess so zu führen, dass die Bildung der unerwünschten Mineralfraktionen unterdrückt wird. Hierzu sollen Unterschiede in der Kinetik bei der Fällung der verschiedenen Mineralphasen ermittelt und genutzt werden. Ausgehend von Reaktorversuchen zur Bestimmung von kinetischen Konstanten für die Bildung verschiedener möglicher Fällungsprodukte soll ein kinetisch-stöchiometrisches Modell erstellt werden, mit dem die Qualität des Fällungsprodukts in Abhängigkeit von den Reaktionsbedingungen und der ionaren Zusammensetzung vorhersagbar wird. Dieses Modell dient als Instrument zur Optimierung der Struvitfällung im Abwasser, indem die einzustellenden physikalisch-chemischen Betriebsparameter vorab ermittelt werden können.