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Norbert Weber
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Ein Forschungsvorhaben klärt die Grundlagen

Ressourcenschonung mit Kalk

Die Endlichkeit der kostengünstig zur Verfügung stehenden Phosphatreserven ist in letzter Zeit wieder vermehrt in den Blickwinkel der Politik und Wissenschaft gerückt. Daher werden zur Ressourcenschonung momentan in größerem Umfang wissenschaftliche Untersuchungen zur Phosphatrückgewinnung aus dem Abwasser oder Klärschlamm durchgeführt. Solche Verfahren sind in jedem Fall kostenintensiv, da sie einen zusätzlichen Aufbereitungsschritt darstellen und rechnen sich erst dann, wenn die politischen Rahmenbedingungen entsprechend gesetzt werden oder die Preise für Phosphat aufgrund der Verknappung drastisch ansteigen.

Bereits in den 90er Jahren hat es zu dieser Problematik ebenfalls Untersuchungen in der Kalkindustrie gegeben, bei denen durch die Nachfällung mit Kalk gezielt ein Phosphatschlamm als Dünger hergestellt wurde.

Ein gemeinsames Geschäft

Der Bundesverband der Deutschen Kalkindustrie und das Institut für Siedlungswasserbau der Universität Stuttgart haben für die industrielle Nutzung der Nachfällung mit Kalk wegweisende Praxistests durchgeführt. Als Praxisobjekt diente dabei eine Versuchsanlage auf der Kläranlage Aistaig in Oberndorf, die für den Prozess der Phosphatnachfällung in der dritten Reinigungsstufe eigens errichtet wurde.

Nutzen und Synergien

Die Idee dieses Vorhaben war, eine gezielte Phosphatseparation in einer dritten Aufbereitungsstufe (Tertiärschlamm) zu erreichen. Dabei musste das Abwasser alkalisiert und vor der Ableitung wieder neutralisiert werden. Für die Neutralisation stand Kohlendioxid aus dem Rauchgas der Faulgasverstromung zur Verfügung. Außerdem war zu überprüfen, welche Auswirkungen diese Prozessführung auf andere relevante Messgrößen im Ablauf der Kläranlage hat und welche Düngeeigenschaften das Produkt besitzt.

Die Forschungsabteilung ist am Zug

Fließschema der Versuchsanlage zur Nachfällung von Kalk

In der Forschung war zunächst Grundlagenarbeit angesagt. Die Ermittlung von Aufenthaltszeiten in den Misch-, Absetz- und Neutralisationsbecken und die optimale Betriebsweise sollten herausgefunden werden, um den praktischen Nutzen des neuartigen Verfahrens von Anfang an mit konkreten Daten zu untermauern. Das Fließschema der Anlage in Oberndorf zeigt, welche komplexen Abläufe die Forscher zu überwachen hatten.

Die klare Linie

Das Ergebnis zeigt den Erfolg des Ansatzes. Durch die Installation einer 3. Reinigungsstufe in Form einer Nachfällung/-flockung mittels Kalkmilch nach Einstellung von pH-Werten um 10,5 lassen sich Phosphatablaufwerte unter 0,5 mg Pges./l sicher einstellen. Die anschließende Neutralisation auf pH ~ 7,5 kann kostengünstig mit dem Rauchgas aus der Faulgasverstromung durchgeführt werden. Als Produkt wird ein reines Calciumcarbonat-/-phosphat-Gemisch erhalten, das getrennt vom Klärschlamm verwertet werden kann. Die Düngewirksamkeit des Produkts konnte nachgewiesen werden.

Was ist zu beachten?

Beim Verfahren der Nachfällung mit Kalk steigt der pH-Wert eines mechanisch-biologisch gereinigten Abwassers auf über 10. Die Rückführung von abgesetztem Kalk-Phosphat-Schlamm in den Mischreaktor erwies sich als günstig für eine deutlich bessere Flockenausbildung. Durch den Einsatz von Kalk verbessert sich die hygienische Beschaffenheit des Abwassers. Allerdings wird erst ab einem pH-Wert von 12 Badewasserqualität erreicht.

Soll und Haben

Gegenüberstellung von Versuchsergebnissen und Simulation

Der Kalkbedarf zur pH-Wert-Erhöhung hängt stark von der Abwasserzusammensetzung ab und unterliegt daher starken Schwankungen. Im Mittel werden zur Erzielung eines pH-Wertes von 10,5 ca. 100-250 g/m³ benötigt. Theorie und Praxis einer Praxisanlage liegen oft weit auseinander. In diesem Fall aber bestätigt das Versuchsergebnis die theoretischen Abschätzungen einer Simulation: So zeigt sich eine relativ gute Übereinstimmung von Kalkbedarf, Tertiärschlammanfall und der Calciumkonzentration im Ablauf.

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