Nachhaltige Wasser und Abwasserwirtschaft Energie und Stoffstrommanagement Quo

Nachhaltige Wasser- und Abwasserwirtschaft Energie- und Stoffstrommanagement Quo vadis? Beispiel: Phosphor-Recycling 1 Urban Mining 2011, Bremen Stoffstrommanagement / P-Rückgewinnung

Nachhaltige Wasser- und Abwasserwirtschaft Energie- und Stoffstrommanagement Quo vadis? Beispiel: Phosphor-Recycling Zucker + Phosphat 'Rückgrat' der DNA 2 Urban Mining 2011, Bremen Stoffstrommanagement / P-Rückgewinnung

Kontext Das 'Problem P' Methoden der Rückgewinnung Ökonomie vs. Ökologie? Zusammenfassung, Ausblick 3 Urban Mining 2011, Bremen Stoffstrommanagement / P-Rückgewinnung

Kontext Das 'Problem P' Methoden der Rückgewinnung Ökonomie vs. Ökologie? Zusammenfassung, Ausblick 4 Urban Mining 2011, Bremen Stoffstrommanagement / P-Rückgewinnung

Carbon Footprint - CO 2 - Fußabdruck *) *)'Welterschöpfungstag' 5 Urban Mining 2011, Bremen Stoffstrommanagement / P-Rückgewinnung

> 1 Milliarde Menschen - kein Zugang zu Trinkwasser 2, 6 Milliarden Menschen - ohne Wasser- und Abwasser 10. 000 Menschen sterben täglich aus Wassermangel Wasserstress viele Menschen, nicht ausreichend sauberes Wasser massive Konflikte zwischen Interessengruppen 6 Urban Mining 2011, Bremen Stoffstrommanagement / P-Rückgewinnung

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2011 2007 10 Urban Mining 2011, Bremen Stoffstrommanagement / P-Rückgewinnung > V g n u l p p o d r e

Kontext Das 'Problem P' Methoden der Rückgewinnung Ökonomie vs. Ökologie? Zusammenfassung, Ausblick 11 Urban Mining 2011, Bremen Stoffstrommanagement / P-Rückgewinnung

C : N : P 100 : 14 : 3 100 : 12 : 1 1+2 Optimaler Bereich für aeroben Abbau, www. wasser-wissen. de 2010 3 Maximales Biofilmwachstum, Scheen, J. : Einfluss des C: N: PVerhältnisses auf die Bildung von Biofilmen, Dortmund, 2003 12 Urban Mining 2011, Bremen Stoffstrommanagement / P-Rückgewinnung

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1 Jahr 10. 000 Jahre 14 Urban Mining 2011, Bremen Stoffstrommanagement / P-Rückgewinnung

'Asimov on Chemistry' - 1975: "Lebewesen können sich vermehren, bis der Phosphor vollständig verbraucht ist. Unerbittlich kommt dann das Ende, und niemand kann es verhindern. Wir können Kohle durch Kernkraft ersetzen, Holz durch Kunststoffe, Fleisch durch Hefe, Freundlichkeit durch Isolation – aber für Phosphor gibt es keinen Ersatz. “ Biochemiker und Science-Fiction-Autor Isaac Asimov. aus: Odenwald, M. in www. focus. de, 09. 05. 2008 15 Urban Mining 2011, Bremen Stoffstrommanagement / P-Rückgewinnung

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Abbauwürdige Vorräte 2007 18 Mrd. Tonnen Abbau 2007 150 Mio. Tonnen Statische Verfügbarkeit 120 Jahre Ölvorräte 50 Jahre substituierbar!! 17 Urban Mining 2011, Bremen Stoffstrommanagement / P-Rückgewinnung

Abbauwürdige Vorräte 2007 18 Mrd. Tonnen Abbau 2007 150 Mio. Tonnen Statische Verfügbarkeit 120 Jahre Ölvorräte 50 Jahre substituierbar!! 18 Urban Mining 2011, Bremen Stoffstrommanagement / P-Rückgewinnung

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Zaghafter Versuch in der beginnenden Abfallwirtschaft 'Stoffstrommanagement' 20 Jahre später: UMGESETZT !! 20 Urban Mining 2011, Bremen Stoffstrommanagement / P-Rückgewinnung

z. B. Filtrat Abwasser Energie Wasser Aufbereitung KS Funktioniert als Schema auch bei der Abwasserwirtschaft und beim P-Recycling! KS Thermische Verwertung Asche Energie Asche Zusätze 21 Urban Mining 2011, Bremen Stoffstrommanagement / P-Rückgewinnung P-Recycling P Reststoffe REZIRKULIERTES PRODUKT zur weiteren Verwertung

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Rückgewinnung aus wässriger Phase Rückgewinnung aus fester Phase 23 Urban Mining 2011, Bremen Stoffstrommanagement / P-Rückgewinnung

Kristallisation • • • DHV-Crystalactor ® Unitika PHOSNIX ® Ostara PEARL TM CSH-Prozess Darmsatdt P-ROC-Prozess Rückgewinnung aus wässriger Phase Fällung • Berliner Wasserbetriebe / Air. Prex • PRISA-Prozess Entwässerter / getrockneter Schlamm nasschemisch Rückgewinnung aus fester Phase • SEABORNE / Gifhorn-Prozess thermisch • Mjephrec-Prozess (getrockneter Schlamm) Schlamm - Asche nasschemisch • Bio. Con-Prozess • SEPHOS-Prozess • PASCH-Prozess thermisch • BAM-/ASH DEC-Prozess (EU-SUSAN) • Elektro-thermisch P (Thermphos/SNB) 24 Urban Mining 2011, Bremen Stoffstrommanagement / P-Rückgewinnung Adam, C. , BALTIC 21 Berlin 2009 - Phosphorus Recycling and Good Agricultural Management Practice, Julius-Kühn-Institut, Braunschweig

Kristallisation • • • DHV-Crystalactor ® Unitika PHOSNIX ® Ostara PEARL TM CSH-Prozess Darmsatdt P-ROC-Prozess Rückgewinnung aus wässriger Phase Fällung • Berliner Wasserbetriebe / Air. Prex • PRISA-Prozess Entwässerter / getrockneter Schlamm nasschemisch Rückgewinnung aus fester Phase • SEABORNE / Gifhorn-Prozess thermisch • Mjephrec-Prozess (getrockneter Schlamm) Schlamm - Asche nasschemisch • Bio. Con-Prozess • SEPHOS-Prozess • PASCH-Prozess thermisch • BAM-/ASH DEC-Prozess (EU-SUSAN) • Elektro-thermisch P (Thermphos/SNB) 25 Urban Mining 2011, Bremen Stoffstrommanagement / P-Rückgewinnung Adam, C. , BALTIC 21 Berlin 2009 - Phosphorus Recycling and Good Agricultural Management Practice, Julius-Kühn-Institut, Braunschweig

Ansatz Abwasser (+ Schlammwasser) Chemische Fällungsverfahren mit: Quelle: Aluminiumchlorid Aluminium-Eisen(III)-Chlorid Aluminiumsulfat Me 3+ + PO 43 - → Me. PO 4 Aluminium-Eisen(III)-Sulfat [Eisen(II)-Chlorid Eisen(III)-Chloridsulfat Eisen(II)-Sulfat 5 Ca 2+ + 3 PO 43 - + OH- → Ca 5(PO 4)3 OH Eisen(II)-Sulfat Eisen(III)-Sulfat Calciumhydroxid Natriumaluminat Polyaluminium-(Hydroxid)-Chlorid-Sulfat Polyaluminium-Eisen(III)-Chlorid 26 Urban Mining 2011, Bremen Stoffstrommanagement / P-Rückgewinnung

Ansatz Abwasser (+ Schlammwasser) Andreas Giesen, DHV, BALTIC 21 Berlin 2009 Phosphorus Recycling and Good Agricultural Management Practice, Julius-Kühn-Institut, Braunschweig 27 Urban Mining 2011, Bremen Stoffstrommanagement / P-Rückgewinnung

Ansatz Abwasser (+ aus Schlamm rückgelöst) Struvit Magnesium-Ammonium-Phosphat (NH 4)Mg[PO 4] • 6 H 2 O support@academic. ru Natürliche Vorkommen: Weltweit etwa 45 Fundorte Berliner Wasserbetriebe 28 Urban Mining 2011, Bremen Stoffstrommanagement / P-Rückgewinnung Vorkommen u. a. auch in • Guano, • 'Urinsediment', • Nierensteinen, • bei der Abwasserreinigung

Kristallisation • • • DHV-Crystalactor ® Unitika PHOSNIX ® Ostara PEARL TM CSH-Prozess Darmsatdt P-ROC-Prozess Rückgewinnung aus wässriger Phase Fällung • Berliner Wasserbetriebe / Air. Prex • PRISA-Prozess Entwässerter / getrockneter Schlamm nasschemisch Rückgewinnung aus fester Phase • SEABORNE / Gifhorn-Prozess thermisch • Mjephrec-Prozess (getrockneter Schlamm) Schlamm - Asche nasschemisch • Bio. Con-Prozess • SEPHOS-Prozess • PASCH-Prozess thermisch • BAM-/ASH DEC-Prozess (EU-SUSAN) • Elektro-thermisch P (Thermphos/SNB) 29 Urban Mining 2011, Bremen Stoffstrommanagement / P-Rückgewinnung Adam, C. , BALTIC 21 Berlin 2009 - Phosphorus Recycling and Good Agricultural Management Practice, Julius-Kühn-Institut, Braunschweig

Klärschlamm. Verwertung 2010 thermisch / landwirtschaftlich = 53 % / 45 % thermisch / landwirtschaftlich = 26 % / 71 % nach: Siekmann K. , Gerber H. , 2010 30 Urban Mining 2011, Bremen Stoffstrommanagement / P-Rückgewinnung

Phosphorrückgewinnung aus Faulschlamm (HERBST et al. , 2005) Komplexe chemische Verfahrenstechnik TYP: industriell 31 Urban Mining 2011, Bremen Stoffstrommanagement / P-Rückgewinnung

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• Chemische Verfahrenstechnik • Verfahrenstechnischer Apparatebau • Steuerungsanforderungen … CSH = Calcium-Hydro-Silikat 33 Urban Mining 2011, Bremen Stoffstrommanagement / P-Rückgewinnung

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End-of-the-Pipe Technologien 35 Urban Mining 2011, Bremen Stoffstrommanagement / P-Rückgewinnung

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Wasserlose Urinale Trenntoiletten 37 Urban Mining 2011, Bremen Stoffstrommanagement / P-Rückgewinnung

Pilotanlage der EAWAG 2006 • Elektrodialyse • Ozonierung der Produkte Ergebnisse nach > 1 Jahr Betrieb einer Anlage: • Aufkonzentration um Faktor 3, 5 • Produktverlust ca. 14 % • Mikroverunreinigungen < Nachweisgrenze • Produkt “Urevit”ist effizienter Dünger • Zulassungsvoraussetzungen sind erfüllt 38 Urban Mining 2011, Bremen Stoffstrommanagement / P-Rückgewinnung

giz 39 Urban Mining 2011, Bremen Stoffstrommanagement / P-Rückgewinnung

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Beispiel: MAP-Fällung 43 Urban Mining 2011, Bremen Stoffstrommanagement / P-Rückgewinnung 500 m 3/d Zentrat / Abwasser

Beispiel: MAP-Fällung 500 m 3/d Zentrat / Abwasser Urin / Gelbwasser 44 Urban Mining 2011, Bremen Stoffstrommanagement / P-Rückgewinnung

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P ist lebensnotwendig und unersetzbar Natürliche P-Vorräte gehen zur Neige Umfassendes P-Recycling ist ohne Alternative Wasser-Stoffstrommanagement 100 % umsetzen Verfahren zum P-Recycling sind vielfältig Weiterentwicklung nachhaltiger Varianten Umdenken: weg von 'End-of-Pipe' wichtige Variante Recyclingkosten sind an der Schwelle der Rentabilität Sicherung des Zugriffs auf die Ressource P Eventuell 'Lagerung' geeigneter Vorprodukte Flexibilisierung der Abwasseranlagen Sicherung des Abwassers als vielfältige Stoff- und Energieressource 47 Urban Mining 2011, Bremen Stoffstrommanagement / P-Rückgewinnung

To-Do's Systematische Erfassung des P-Potentials bei den Entsorgungspflichtigen Charakterisierung des Anfalls hinsichtlich Quantität und Qualität Systematische Weiterentwicklung von Recyclingverfahren Schaffung von Zwischenlager-Optionen Flächendeckende Entwicklung von Strategien zur zukünftigen P-Rückführung 'Roadmaps' Zeitplan: AB JETZT! 48 Urban Mining 2011, Bremen Stoffstrommanagement / P-Rückgewinnung

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