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Ressourcenschonung in der kommunalen Abwasserreinigung unter dem Aspekt der Nährstoffrückgewinnung von Phosphor und Stickstoff und der Energieoptimierung

Ziel des Vorhabens ist es, ein gesamtheitliches Konzept zur Nährstoffrückgewinnung und Energieoptimierung auf der Kläranlage Felsalbe umzusetzen. Diese ist ausgelegt für 36.500 Einwohnerwerte (EW) und verfügt über eine zentrale Schlammbehandlungsanlage. Die technische Innovation des neuen Pilotprojektes besteht in der Kombination von Thermodruckhydrolyse im Teilstromverfahren und zwischengeschalteter Hochlastfaulung mit anschließender Fällung von Magnesiumammoniumphosphat. Es sollen jährlich 9.000 Kubikmeter Sekundärschlamm mit dem Ziel behandelt werden, 250 Tonnen Magnesiumammoniumphosphat aus dem Faulschlamm zurückzugewinnen. Magnesiumammoniumphosphat kann wegen seiner guten Pflanzenver- fügbarkeit direkt als Düngemittel eingesetzt werden. Zusätzlich ist geplant, aus einem Teil der im Schlamm enthaltenen Stickstofffracht Flüssigdünger in Form von Ammoniumsulfat (ca. 30 Tonnen pro Jahr) zu gewinnen, um so die anlageninterne Rückbe- lastung mit Ammonium zu verringern. Mit dem Vorhaben können mehr als 60 Prozent Phosphor zurückgewonnen werden. Die Gasausbeute soll sich um 15 Prozent und die Eigenenergieerzeugung von 10 auf 16 Kilowattstunden pro EW steigern. Der Energieverbrauch kann von 18 auf 16 Kilowattstunden pro EW gesenkt werden. Die damit verbundene Verringerung des CO 2 -Ausstoßes beträgt rund 75 Tonnen pro Jahr. Die Reduktion des Klärschlamms beträgt bis zu 15 Prozent, die Einsparung an Fällmittel bis zu 60 Prozent und von Polymer bis zu 50 Prozent. Branche: Öffentliche Verwaltung, Erziehung, Gesundheitswesen, Erholung Umweltbereich: Wasser / Abwasser Fördernehmer: Stadt Pirmasens Bundesland: Rheinland-Pfalz Laufzeit: seit 2016 Status: Laufend

Öffentliche Abwasserentsorgung

<p>Das Hauptziel der Abwasserbehandlung ist, Gewässerbelastungen weitgehend zu reduzieren. Dabei fällt Klärschlamm an, der inzwischen zumeist in getrockneter Form thermisch verwertet wird. Die Rückgewinnung und Wiederverwertung von Stoffen wie Phosphor aus Abwasser und Klärschlamm trägt dazu bei Nährstoffkreisläufe zu schließen.</p><p>Rund 10 Milliarden Kubikmeter Abwasser jährlich</p><p>8.659 öffentliche Kläranlagen haben im Jahr 2022 nach Erhebungen des Statistischen Bundesamtes über 8,33 Milliarden Kubikmeter (Mrd. m³) Abwasser behandelt und anschließend in Oberflächengewässer eingeleitet. Die behandelte Abwassermenge sank damit gegenüber der Erhebung im Jahr 2019 um 0.72 Mrd m³. Diese Abwassermenge setzte sich aus rund 4,82 Mrd. m³ Schmutz-, 1,49 Mrd. m³ Fremd- und 2,02 Mrd m³ Niederschlagswasser zusammen (siehe Tab. „In öffentlichen Kläranlagen behandelte Abwassermenge“). Schmutzwasser ist jenes Wasser aus privaten Haushalten sowie aus gewerblichen und industriellen Betrieben, das in die Kanalisation eingeleitet wird. Als Fremdwasser wird jenes Wasser bezeichnet, das nicht gezielt in die Kanalisation eingeleitet wird, also etwa in diese aus dem Boden einsickert.</p><p>Fast 100 Prozent biologisch gereinigt</p><p>Die rund 8.700 Kläranlagen haben im Jahr 2022 rund 99,99 % des Abwassers biologisch und weniger als 0,005 % ausschließlich mechanisch behandelt (siehe Tabelle). In einem Großteil der Anlagen wird Stickstoff in zwei Schritten entfernt.</p><p>Bei einem Großteil des Abwassers erfolgt darüber hinaus die Entfernung von Phosphor. Hierbei werden Phosphat-Ionen entweder durch Zugabe von Salzen ausgefällt oder mit Hilfe von Bakterien ausgetragen und in den Klärschlamm überführt.</p><p>Bei 3,7 % des Abwassers wurde in 2022 zusätzlich eine Elemination von Spurenstoffen durchgeführt. Als weitere zusätzliche Verfahrensstufen kamen Filtration und Desinfektion des Abwassers zur Anwendung.</p><p>Klärschlamm aus öffentlichen Kläranlagen</p><p>Auf Kläranlagen fiel im Jahr 2023 Klärschlamm mit einer Trockenmasse von etwa 1,63 Millionen Tonnen an (siehe<a href="https://www.destatis.de/DE/Themen/Gesellschaft-Umwelt/Umwelt/Wasserwirtschaft/Tabellen/liste-klaerschlammverwertungsart.html">Tabelle Destatis</a>, abgerufen am 31.03.2025).</p><p>Rohstoffquelle Abwasser und Klärschlamm</p><p>Abwasser enthält neben einer Vielzahl von anthropogenen Spurenstoffen auch viele Stoffe, die es lohnt aus dem Abwasser zu recyceln. Dies betrifft vor allem die Rückgewinnung von Nährstoffen. Phosphor ist ein wichtiger Nährstoff in der Pflanzenernährung. Der weltweite Phosphorverbrauch vor allem in Form von Mineraldünger ist in den letzten Jahren deutlich angestiegen an. Deutschland und die EU sind bei mineralischen Phosphatdüngemitteln vollständig von Einfuhren z. B. aus Russland abhängig, während derzeit immer noch phosphatreiche Abfälle und Abwässer meist ohne Nutzung der Nährstoffe entsorgt werden. Deshalb schränkt die 2017 novellierte<a href="https://www.gesetze-im-internet.de/abfkl_rv_2017/BJNR346510017.html">Klärschlammverordnung</a>ab 2029 die bodenbezogene Klärschlammverwertung gegenüber einer thermischen Vorbehandlung und anschließendem Phosphorrecycling erheblich ein. Gleichzeit wird damit der unerwünschte Eintrag von anthropogenen Spurenstoffen, wie Arzneimittel oder Bioziden, weiter eingeschränkt. Klärschlamm aus großen Kläranlagen und Klärschlamm, welcher die Grenzwerte für eine bodenbezogene Nutzung nicht einhält muss ab einem Phosphor-Gehalt von 20 g/kg Klärschlamm Trockenmasse einer technischen Phosphorrückgewinnung zugeführt werden. Die Rückgewinnung des Nährstoffes Phosphor hilft Stoffkreisläufe im Sinne nachhaltiger Ressourcennutzung und -schonung zu schließen.</p><p>Phosphor aus Abwasser und Klärschlamm</p><p>Allein das kommunale Abwasser Deutschlands birgt ein jährliches Reservoir von mehr als 70.000 Tonnen (t) Phosphor. Zirka 65.000 t Phosphor finden sich im Klärschlamm wieder. In den letzten Jahren führt Deutschland im Schnitt jährlich mehr als 100.000 t Phosphor in Form von Mineraldüngern ein. Große Anteile kommen hiervon aus Russland. In den letzten Jahren wurden verschiedene Verfahren zur Rückgewinnung von Phosphor aus Abwasser, Klärschlamm oder Klärschlammasche entwickelt. Das Bundesumweltministerium fördert im Rahmen des Umweltinnovationsprogrammes die großtechnische Umsetzung innovativer Verfahren zur Phosphorrückgewinnung. Erste großtechnische Anlage zur Produktion zur Rückgewinnung von Phosphor – z. B. Herstellung von Phosphorsäure aus Klärschlammasche – werden aktuell umgesetzt.</p>

Standardisierte Kleinst-Biogasanlagen zur Vergärung von Schweinegülle mit integrierter Methananreicherung, Gärrest- und Abwasseraufbereitung sowie N-Rückgewinnung

Ziel des Projektes AManDA ist es, ein Verfahren zur Reduktion methanbildender Stoffe vor Feldausbringung sowie zur Verringerung von Düngervolumen und -gewicht bei gleichzeitiger Aufkonzentrierung der Nährstoffgehalte zu entwickeln. Ebenfalls soll durch die Aufbereitung der Prozessabwässer die mögliche Eutrophierung von Vorflutgewässern durch hohen Nährstoffeintrag verhindert werden. Das entwickelte Verfahren kann zur Senkung von Treibhausgasemissionen durch landwirtschaftliche Arbeiten beitragen. Ziel des Vorhabens ist die marktreife Entwicklung einer modularen Technologie zur Behandlung von Wirtschaftsdüngern. Dadurch sollen land- und viehwirtschaftliche Betriebe die Möglichkeit haben, die hohen Kapazitäten an Wirtschaftsdüngern optimal zu behandeln und einen energetischen und stofflichen Nutzen aus den anfallenden Stoffströmen zu ziehen. Bei erfolgreichem Betrieb der Pilotanlage und Abschluss der Praxisversuche soll im Anschluss an das Vorhaben durch den Industriepartner ein marktreifes System entwickelt und eingeführt. Die Projektergebnisse sollen zu Empfehlungen für den Praxisbetrieb führen und einen stofflichen und energetischen Mehrwert generieren.

Nährstoffrückgewinnung aus Klärschlamm

Der Abwasserverband Braunschweig optimiert mit einer technischen Innovation die Energiebilanz seiner Kläranlage und gewinnt wertvolle Nährstoffe aus dem Klärschlamm zurück. Das Bundesumweltministerium fördert dieses Vorhaben mit knapp 2 Millionen Euro aus dem Umweltinnovationsprogramm. Ziel des Vorhabens ist eine energetisch optimierte Schlammbehandlung mit erhöhter Faulgasausbeute und damit erhöhter Stromproduktion sowie die Rückgewinnung der Nährstoffe Stickstoff und Phosphor aus dem Abwasser für den späteren Einsatz als Düngemittel. Das Vorhaben leistet somit einen wichtigen Beitrag zur Erhöhung der Energie- und Ressourceneffizienz in der Abwasserwirtschaft und ist insbesondere in Hinblick auf die Nährstoffrückgewinnung auf andere Abwasserbehandlungsanlagen übertragbar. Das jährliche Einsparpotenzial an CO2-Emissionen beträgt circa 430 Tonnen. Zudem führt das Verfahren zu einer Verbesserung der energetischen Bilanz der Kläranlage. Und so funktioniert das neue Verfahren: In einer Zentrifugenanlage wird ausgefaulter Überschussschlamm auf circa 15 Prozent Trockenrückstand entwässert und direkt einer thermischen Desintegration zugeführt, in der mittels Druckhydrolyse eine Erhöhung des abbaubaren Anteils des Schlamms erreicht wird. Damit fällt eine höhere Menge an Faulgas an, gleichzeitig sinkt die zu entsorgende Schlammmenge. Die beim Zentrifugieren anfallende hoch nährstoffreiche Flüssigkeit - das Zentrifugat - wird nacheinander den beiden Nährstoffrückgewinnungsstufen, der Magnesium-Ammonium-Phosphat-Fällung und der Ammoniak-Strippung, zugeführt. Sowohl das dabei gewonnene Magnesium-Ammonium-Phosphat als auch das Ammoniumsulfat sind von hoher Qualität und zum Einsatz als Düngemittel geeignet. Das Bundesumweltministerium fördert mit dem Umweltinnovationsprogramm erstmalige, großtechnische Anwendungen einer innovativen Technologie. Das Vorhaben muss über den Stand der Technik hinausgehen und sollte Demonstrationscharakter haben.

Standardisierte Kleinst-Biogasanlagen zur Vergärung von Schweinegülle mit integrierter Methananreicherung, Gärrest- und Abwasseraufbereitung sowie N-Rückgewinnung, Teilvorhaben 2: Aufbereitung von Gärresten und Abwässern von Kleinst-Biogasanlagen

Ziel des Projektes AManDa ist es, ein Verfahren zur Reduktion methanbildender Stoffe vor Feldausbringung sowie zur Verringerung von Düngervolumen und -gewicht bei gleichzeitiger Aufkonzentrierung der Nährstoffgehalte zu entwickeln. Ebenfalls soll durch die Aufbereitung der Prozessabwässer die mögliche Eutrophierung von Vorflutgewässern durch hohen Nährstoffeintrag verhindert werden. Das entwickelte Verfahren kann zur Senkung von Treibhausgasemissionen durch landwirtschaftliche Arbeiten beitragen. Ziel des Vorhabens ist die Entwicklung einer modularen Technologie zur Behandlung von Wirtschaftsdüngern. Dadurch sollen land- und viehwirtschaftliche Betriebe die Möglichkeit haben, die hohen Kapazitäten an Wirtschaftsdüngern optimal zu behandeln und einen energetischen und stofflichen Nutzen aus den anfallenden Stoffströmen zu ziehen. Bei erfolgreichem Betrieb der Pilotanlage und Abschluss der Praxisversuche soll im Anschluss an das Vorhaben durch den Industriepartner ein marktreifes System entwickelt und eingeführt werden. Die Projektergebnisse sollen zu Empfehlungen für den Praxisbetrieb führen und einen stofflichen und energetischen Mehrwert generieren.

Standardisierte Kleinst-Biogasanlagen zur Vergärung von Schweinegülle mit integrierter Methananreicherung, Gärrest- und Abwasseraufbereitung sowie N-Rückgewinnung, Teilvorhaben 3: Aufbereitung von Wirtschaftsdüngern und Optimierung der Prozessführung

Ziel des Projektes AManDa ist es, ein Verfahren zur Reduktion methanbildender Stoffe vor Feldausbringung sowie zur Verringerung von Düngervolumen und -gewicht bei gleichzeitiger Aufkonzentrierung der Nährstoffgehalte zu entwickeln. Ebenfalls soll durch die Aufbereitung der Prozessabwässer die mögliche Eutrophierung von Vorflutgewässern durch hohen Nährstoffeintrag verhindert werden. Das entwickelte Verfahren kann zur Senkung von Treibhausgasemissionen durch landwirtschaftliche Arbeiten beitragen. Ziel des Vorhabens ist die Entwicklung einer modularen Technologie zur Behandlung von Wirtschaftsdüngern. Dadurch sollen land- und viehwirtschaftliche Betriebe die Möglichkeit haben, die hohen Kapazitäten an Wirtschaftsdüngern optimal zu behandeln und einen energetischen und stofflichen Nutzen aus den anfallenden Stoffströmen zu ziehen. Bei erfolgreichem Betrieb der Pilotanlage und Abschluss der Praxisversuche soll im Anschluss an das Vorhaben durch den Industriepartner ein marktreifes System entwickelt und eingeführt. Die Projektergebnisse sollen zu Empfehlungen für den Praxisbetrieb führen und einen stofflichen und energetischen Mehrwert generieren.

Standardisierte Kleinst-Biogasanlagen zur Vergärung von Schweinegülle mit integrierter Methananreicherung, Gärrest- und Abwasseraufbereitung sowie N-Rückgewinnung, Teilvorhaben 1: Aufbereitung von Wirtschaftsdüngern und Optimierung der Energiebilanz

Ziel des Projektes AManDA ist es, ein Verfahren zur Reduktion methanbildender Stoffe vor Feldausbringung sowie zur Verringerung von Düngervolumen und -gewicht bei gleichzeitiger Aufkonzentrierung der Nährstoffgehalte zu entwickeln. Ebenfalls soll durch die Aufbereitung der Prozessabwässer die mögliche Eutrophierung von Vorflutgewässern durch hohen Nährstoffeintrag verhindert werden. Das entwickelte Verfahren kann zur Senkung von Treibhausgasemissionen durch landwirtschaftliche Arbeiten beitragen. Ziel des Vorhabens ist die marktreife Entwicklung einer modularen Technologie zur Behandlung von Wirtschaftsdüngern. Dadurch sollen land- und viehwirtschaftliche Betriebe die Möglichkeit haben, die hohen Kapazitäten an Wirtschaftsdüngern optimal zu behandeln und einen energetischen und stofflichen Nutzen aus den anfallenden Stoffströmen zu ziehen. Bei erfolgreichem Betrieb der Pilotanlage und Abschluss der Praxisversuche soll im Anschluss an das Vorhaben durch den Industriepartner ein marktreifes System entwickelt und eingeführt. Die Projektergebnisse sollen zu Empfehlungen für den Praxisbetrieb führen und einen stofflichen und energetischen Mehrwert generieren.

Prozessoptimierung eines Bioraffinationsverfahrens zur Gärrestaufbereitung mit dem Ziel der Gewinnung von Torfersatzstoffen unter Praxisbedingungen an Biogasanlagen, Teilvorhaben 3: Demonstrationsanlagenbau und Prozessoptimierung Gärprodukte

Prozessoptimierung eines Bioraffinationsverfahrens zur Gärrestaufbereitung mit dem Ziel der Gewinnung von Torfersatzstoffen unter Praxisbedingungen an Biogasanlagen, Teilvorhaben 7: Separation und Waschversuche an externen BGA

Prozessoptimierung eines Bioraffinationsverfahrens zur Gärrestaufbereitung mit dem Ziel der Gewinnung von Torfersatzstoffen unter Praxisbedingungen an Biogasanlagen, Teilvorhaben 2: Prozesskettenoptimierung, Ökonomische Bewertung und regionale Übertragbarkeit dezentraler Strategien

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