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Öffentliche Abwasserentsorgung

<p> <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><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>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> <a href="https://www.umweltbundesamt.de/system/files/medien/384/bilder/2_tab_beh-abwassermenge_2025-04-09.png"> </a> <strong> Tab: In öffentlichen Kläranlagen behandelte Abwassermenge </strong> Quelle: Statistisches Bundesamt Downloads: <ul> <li><a href="https://www.umweltbundesamt.de/system/files/medien/384/bilder/dateien/2_tab_beh-abwassermenge_2025-04-09.pdf">Tabelle als PDF (54,85 kB)</a></li> <li><a href="https://www.umweltbundesamt.de/system/files/medien/384/bilder/dateien/2_tab_beh-abwassermenge_2025-04-09.xlsx">Tabelle als Excel (19,60 kB)</a></li> </ul> </p><p> Fast 100 Prozent biologisch gereinigt <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> <ul> <li>Nitrifizierung: Dabei werden Ammonium-Ionen mit Hilfe von Bakterien in Nitrat-Ionen umgewandelt.</li> <li>Denitrifizierung: Dabei werden Nitrat-Ionen mit Hilfe von Bakterien in molekularen Stickstoff umgewandelt.</li> </ul> <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><p> Klärschlamm aus öffentlichen Kläranlagen <p>Auf Kläranlagen fiel im Jahr 2024 Klärschlamm mit einer Trockenmasse von etwa 1,67 Millionen Tonnen an.</p> <ul> <li>Rund 82 % des Klärschlamms wurde 2024 thermisch verwertet (2013: 58 %).</li> <li>Nur noch rund 17 % des Klärschlamms wurde stofflich verwertet (2013: 42 %). Knapp 12 % wurden aufgrund der enthaltenen Nährstoffe landwirtschaftlich verwertet (2013: 27 %). Rund 0,8 % wurde bei landschaftsbaulichen Maßnahmen wie z. B. <a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/rekultivierung">Rekultivierung</a> eingesetzt (2013: 11 %).</li> <li>Die Deponierung unbehandelter Klärschlämme ist seit 2005 untersagt.</li> </ul> </p><p> Rohstoffquelle Abwasser und Klärschlamm <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><p> Phosphor aus Abwasser und Klärschlamm <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> </p><p> </p><p>Informationen für...</p>

Erstmalige Realisierung einer Biogasanlage mit De-Laktose-Permeat (DLP) als Monosubstrat und innovativer Phosphorrückgewinnung

Die MEGGLE Group ist ein Hersteller von Milchprodukten. Am Hauptsitz in Wasserburg am Inn werden Butter und Butterspezialitäten, sowie funktionale Produkte für die Lebensmittel-, Futtermittel- und Pharmaindustrie hergestellt. Bei der Verarbeitung von Milch in Molkereien fallen große Mengen Molke an. Nach Abtrennung der wirtschaftlich nutzbaren Inhaltsstoffe – insbesondere der Molkenproteine und der Laktose – verbleibt als Reststoff De-Laktose-Permeat (DLP). Dieses weist einen hohen Anteil an Phosphat, weitere Mineralsalzen sowie leicht biologisch abbaubare organische Substanzen auf. Aufgrund der hohen Salz- und Phosphatgehalte ist ein Einsatz von DLP als Monosubstrat oder in größeren Anteilen in konventionellen Biogasanlagen derzeit technisch nicht möglich. Die Verwertung ist daher bislang auf geringe Zumischmengen in externen landwirtschaftlichen Biogasanlagen beschränkt. Eine stoffliche Nutzung, beispielsweise als Futtermittel, ist ebenfalls ausgeschlossen. Zur hochwertigen Verwertung dieses Reststoffs plant die MEGGLE am Standort Wasserburg am Inn die Errichtung einer eigenen Aufbereitungs- und Verwertungsanlage. Ziel ist es, das anfallende DLP werksintern sowohl als Energieträger als auch als Quelle eines wertvollen Rohstoffs zu nutzen. Der erste Verfahrensschritt umfasst die Abtrennung des im DLP enthaltenen Phosphats. Das Produkt lässt sich zu Hydroxilapatit weiterverarbeiten. Damit ist eine stoffliche Verwertung in der chemischen Industrie oder Biotechnologie möglich. Die Flüssigphase (entphosphorisiertes DLP)  wird einer anaeroben Vergärung zugeführt. Aufgrund des weiterhin hohen Salzgehalts ist vor der biologischen Behandlung eine Standarisierung erforderlich, um geeignete Prozessbedingungen für die Methanbildung zu schaffen. Die Standarisierung erfolgt mit alkalischem Abwasser, welches im Werk anfällt. Gleichzeitig dient es der Neutralisation des sauren DLPs und der Einstellung eines für den Vergärungsprozess geeigneten pH-Wertes. Das aufbereitete Substrat wird anschließend in einen Expanded Granular Sludge Bed (EGSB)-Reaktor geleitet.  Dieser setzt organische Substanzen unter Sauerstoffausschluss durch Mikroorganismen zu Biogas (hauptsächlich Methan und Kohlendioxid) um. Die für die Methanbildung notwendigen Mikroorganismen sind im EGSB-Reaktor nicht im Substrat gelöst, sondern liegen in Form von kugelförmigen Aggregaten vor, sogenannten Pellets, die im Reaktor verbleiben. Ein Gärrest wie bei klassischen Biogasanlagen, der entsorgt werden muß, entsteht nicht. Da DLP weitgehend als Monosubstrat vergoren wird, ist zur Gewährleistung eines stabilen Vergärungsprozess die ausreichende Versorgung mit Mikronährstoffen sicherzustellen. Durch das Biogas kann ein Teil des Energiebedarfs am Standort CO 2 -neutral gedeckt werden. Darüber hinaus können rund 3.600 Tonnen Calciumphosphat zurückgewonnen werden. Branche: Nahrungs- und Futtermittel, Getränke, Landwirtschaft Umweltbereich: Ressourcen Fördernehmer: MEGGLE GmbH & Co. KG Bundesland: Bayern Laufzeit: seit 2026 Status: Laufend

Zustandsgeregelte mikrobiologische Klärschlammbehandlung zur Steigerung der Phosphor- und Energieausbeute in Kläranlagen, Teilprojekt 2

Phosphorrückgewinnung und Klärschlammascheverwertung durch innovativen Einsatz einer Elektrodialyse, Teilprojekt: Entwicklung von Modellen und chemisch-analytischen Methoden zur Bilanzierung des Verfahrens Power-to-P

Kombinationsverfahren zur Rückgewinnung von Phosphor und Stickstoff bei gleichzeitiger Energieoptimierung der Kläranlage

Resultierend aus der deutlichen Überlastung der Kläranlage Steinhof wurde ein innovatives Verfahrenskonzept entwickelt mit dem durch Prozesswasserbehandlung die Kläranlage entlastet wird und darüber hinaus ein geringerer Klärschlammanfall bei höhere Klärgasausbeute erzielt werden kann. Durch die erfolgreiche Umsetzung wird die Umwelt vor ungesteuerten Nährstoffeinträgen und unnötigen Transportwegen geschützt. Das Projekt zeichnet sich durch die innovative Verknüpfung der bekannten Verfahren Thermodruckhydrolyse, MAP-Fällung und Ammoniakstrippung in großtechnischem Maßstab aus. Durch die Nähe des Abwasserverbandes zur Landwirtschaft ist die Nutzung der zurückgewonnenen Nährstoffe auf direktem Wege möglich. Quelle: Forschungsbericht

Kombinationsverfahren zur Rückgewinnung von Phosphor und Stickstoff bei gleichzeitiger Energieoptimierung der Kläranlage

Der Abwasserverband Braunschweig ist ein Wasser- und Bodenverband auf der Grundlage des Wasserverbandsgesetzes von 1991 und damit eine Körperschaft des öffentlichen Rechts. Die Abwässer der Stadt Braunschweig sowie einiger Gemeinden des Wasserverbandes Gifhorn werden im Klärwerk Steinhof mechanisch und biologisch gereinigt. Das behandelte Abwasser wird anschließend auf den landwirtschaftlichen Flächen unserer Verbandsmitglieder verregnet. Aufgrund der Überbelastung durch die angeschlossene Fracht von ca. 350.000 Einwohnerwerten stand das Klärwerk Steinhof vor der Herausforderung, seine Ablaufgrenzwerte mit ausreichender Sicherheit einhalten zu können. Daher wurde ein innovatives Gesamtkonzept erarbeitet, welches die Verknüpfung einer engergieoptimierten Abwasser- und Schlammbehandlung mit Nährstoffrückgewinnung ermöglicht. Die gezielte Rückgewinnung von Stickstoff und Phosphor aus dem Schlammwasserstrom sowie der Bau einer thermischen Desintegration waren maßgebliche Inhalte dieses Konzepts. Konkrete Ziele des Vorhabens waren die Entlastung der biologischen Reinigungsstufe durch eine Behandlung der internen Prozesswasserströme aus der Schlammbehandlung bei gleichzeitiger Erhöhung der Eigenenergieerzeugung sowie einer Reduzierung der nach der anaeroben Behandlung und Entwässerung verbleibenden und zu entsorgenden Schlammmengen. Die in den Nährstoffrückgewinnungsprozessen anfallenden Nährstoffe Phosphor und Stickstoff sind, so weit wie möglich, anstelle von Mineraldüngern regional als Düngemittel einzusetzen. Durch die Vorgabe, die oben genannten Ziele parallel zu erreichen, waren die Stoffströme hochgradig zu vernetzen. Im Vorhaben wurde der Betrieb der aus drei Faultürmen bestehenden Schlammstabilisierung geändert und um eine Thermodruckhydrolyse mit Vorentwässerung und Dampferzeugung erweitert. Die bisher gemeinsam gefaulten Rohschlammfraktionen werden getrennt behandelt, wobei der Überschussschlamm nach separater Faulung anschließend (vor-)entwässert und nach Aufschluss in einer Thermodruckhydrolyse zusammen mit dem Primärschlamm erneut anaerob behandelt wird. Durch den Zubau der MAP-Fällung (Nuresys-Verfahren) sowie der Ammoniak-Luft-Strippung sollten gezielt Phosphor und Stickstoff aus den Prozesswässern der Schlammentwässerung zurückgewonnen und die Abwasserbehandlung entlastet werden. Der Phosphor wird dabei in Form von Magnesium-Ammonium-Phosphat (MAP) gebunden und ausgefällt, der Ammonium-gebundene Stickstoff über eine saure Wäsche in eine Diammoniumsulfatlösung (ASL) überführt und ausgeschleust. Durch die Herstellung von Recycling-Düngern können sowohl Mineraldünger (Rohphosphat) als auch Energie (Stickstoff-Synthetisierung aus Luft) eingespart werden. Somit werden mit dem Verfahren die essenziellen Nährstoffe Stickstoff und Phosphor energieneutral aus dem Abwasserstrom zurückgewonnen. Durch die Steigerung der Eigenstromerzeugung und die bilanziellen Stromüberschüsse werden ebenfalls CO 2 -Emissionen eingespart. In Summe ergeben sich aus dem Vorhaben Einsparungen von 343 bis zu 839 Tonnen CO 2 -Äquivalente. Im Vorhaben „Klärwert“ konnte gezeigt werden, dass es möglich ist die Schlammbehandlung und Eigenenergieerzeugung zu verbessern und zugleich eine flexibel an die Erfordernisse der Kläranlage angepasste und verbesserte Reinigungsleistung durch Nährstoffentfrachtung zu ermöglichen. Hochwertige Phosphor- und Stickstoffdünger können zurückgewonnen werden. Die direkte lokale Verwendung der erzeugten Düngemittel hat ebenfalls Modellcharakter. Branche: Öffentliche Verwaltung, Erziehung, Gesundheitswesen, Erholung Umweltbereich: Wasser / Abwasser Fördernehmer: Abwasserverband Braunschweig Bundesland: Niedersachsen Laufzeit: 2016 - 2020 Status: Abgeschlossen

Schwerpunktprogramm (SPP) 1685: Ecosystem nutrition: forest strategies for limited phosphorus resources; Ökosystemernährung: Forststrategien zum Umgang mit limitierten Phosphor-Ressourcen, Arbuskuläre Mykorrhiza entlang einer Waldbodensequenz mit unterschiedlicher P-Verfügbarkeit

Das trade balance model (Leistungsbilanzmodell) postuliert, dass Pflanzen, die eine Symbiose mit Arbuskulären Mykorrhizapilzen (AM-Pilze) eingehen, desto mehr abhängiger von ihren Pilzpartner werden, je mehr die Phosphorverfügbarkeit sinkt. Daraus folgt, dass die Bedeutung der AM-Symbiose vermutlich in Ökosystemen mit einer geringen Phosphorverfügbarkeit steigt. Durch die Kombination, die AM-Gemeinschaft zu messen und die Phosphorpools im Boden genau zu berechnen, erwarten wir, einen komplett neuen Einblick darauf zu bekommen, zu welchen P-Pools Schlüsselarten wie AM-Pilze Zugang haben. Darüber hinaus erwarten wir neue Ergebnisse über die Diversität und Abundanz der AM-Pilze in diesem für diese Organismusgruppe 'nicht-klassischen' Ökosystem Buchenwald. Wir stellen die Hypothese auf, dass AM-Pilze, als Hauptvertreter der Phosphoraufnahme bei vielen Pflanzen in Abundanz und Diversität im Unterwuchs (sowohl im Boden als auch in den Wurzeln) entlang einer graduellen Phosphorabnahme zunehmen, und dass sie daher zunehmend zu einem Phosphorrecycling beitragen. Für dieses Ziel beabsichtigen wir die AM-Pilz Abundanz (Hyphenlänge und Wurzelkolonisierung) zu messen und zusätzlich dazu die AM-Pilz-Diversität mittels Pyrosequenzierung. Dies kann möglicherweise dazu animieren, andere 'nicht-klassische' Ökosysteme zu untersuchen, in denen sich eventuell auch eine unbekannte hohe AM-Pilz-Diversität verbirgt. Ein zusätzliches Gewächshausexperiment wird es uns ermöglichen, die Höhe der Phosphoraufnahme der Pflanze über die AM-Hyphen zu quantifizieren, was nach unserer Kenntnis noch nie in diesen Ökosystemen gemacht wurde.

Schwerpunktprogramm (SPP) 1685: Ecosystem nutrition: forest strategies for limited phosphorus resources; Ökosystemernährung: Forststrategien zum Umgang mit limitierten Phosphor-Ressourcen, When nano-scale meets biodiversity: retention and recycling mechanisms of organic phosphorus in soil

Soil organic matter is considered to become an increasingly important source of bioavailable phosphorus (P) with depletion of inorganic P within primary minerals. Current concepts on P cycling and mobilization of organic P largely ignore the formation of mineral-organic associations. This project aims to link processes occurring at the nanoscale on mineral surfaces with the bioavailability of organic P, with particular focus on the influence of biodiversity and establishment of functional niches by microbial communities on P recycling in soils. Along a soil P availability gradient the proportion of mineral-associated P as well as its composition (31P NMR and X-ray absorption near edge structure spectroscopy) will be determined and related to mineralogical soil properties. Based on adsorption and desorption experiments using both, monomeric and polymeric P sources, the recycling potential of mineral-bound organic P by various biotic communities (plants, mycorrhiza, bacteria) will be determined in mesocosm and field experiments. We expect to assess the relevance of mineral-associated organic P for the P recycling of forest ecosystems and to identify the major controlling abiotic and biotic variables.

Schwerpunktprogramm (SPP) 1685: Ecosystem nutrition: forest strategies for limited phosphorus resources; Ökosystemernährung: Forststrategien zum Umgang mit limitierten Phosphor-Ressourcen, Strategien von Pflanzen-Mikroorganismengemeinschaften zur Nutzung mineral-assoziierter P-Quellen

Organische Bodensubstanz (OBS) wird als zunehmend wichtige Quelle bioverfügbaren Phosphors (P) bei Abnahme anorganischer P-Vorräte in primären Mineralen erachtet. Gegenwärtige Konzepte zum P-Recycling in Waldökosystemen ignorieren den Beitrag mineral-organischer Assoziationen. Wir planen daher, Prozesse auf der Nanoskala auf Mineraloberflächen mit der Verfügbarkeit von organischem P für Mikroorganismen zu verknüpfen und insbesondere die Auswirkung von Biodiversität und funktioneller Einnischung mikrobieller Lebensgemeinschaften auf das Recycling mineralgebundenen P in Böden zu untersuchen. Entlang eines P-Verfügbarkeitsgradienten wird zunächst der Anteil mineralassoziierten P quantifiziert, die Zusammensetzung mittels 31P NMR- und Röntgenabsorptionsspektroskopie ermittelt und in Beziehung zu mineralogischen Parametern gesetzt. Auf Basis von Adsorptions- und Desorptionsexperimenten mit organischen P-Verbindungen (Mono- und Polymere) wird das Recyclingpotential für mineralgebundenen organischen P unter Variation diverser Lebensgemeinschaften (Pflanzen, Mykorrhiza, Bakterien) sowohl in Mesokosmenversuchen als auch im Feldversuch getestet. Als Erkenntnisgewinn erwarten wir eine Abschätzung der Relevanz mineralassoziierten organischen P für das P-Recycling in Waldökosystemen und eine Identifizierung der wichtigsten abiotischen und biotischen Einflussfaktoren.

Phosphorrückgewinnung und Klärschlammascheverwertung durch innovativen Einsatz einer Elektrodialyse

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