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

Kurzbeschreibung

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 CO₂-Emissionen eingespart. In Summe ergeben sich aus dem Vorhaben Einsparungen von 343 bis zu 839 Tonnen CO₂-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.