DE102004033310A1

DE102004033310A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Separieren von Magnesium-Ammonium-Phosphat MAP aus Abwasser

Info

Publication number: DE102004033310A1
Application number: DE102004033310A
Authority: DE
Inventors: Oliver Dr. Christ; Simone Meuler; Franz Dr. Bischof
Original assignee: Hans Huber AG Maschine und Anlagenbau
Current assignee: Huber SE
Priority date: 2004-07-08
Filing date: 2004-07-08
Publication date: 2006-01-26
Also published as: EP1768933A1; WO2006005733A8; WO2006005733A1

Abstract

Bei einem Verfahren zum Separieren von Magnesium-Ammonium-Phosphat (MAP) (16) aus Abwasser unter Hinzugabe eines Fällungsmittels (5) in einem Behälter (2) wird das Abwasser mit dem Fällungsmittel (5) vermischt. Das Abwasser ist hierbei im wesentlichen von Fäkalien und anderen Feststoffen getrennt. Das dabei entstehende Fällungsprodukt (9) und ein abgereichertes Gelbwasser (8) werden anschließend diskontinuierlich voneinander separiert. Eine Vorrichtung zum Separieren von Magnesium-Ammonium-Phosphat (MAP) (16) aus Abwasser unter Hinzugabe eines Fällungsmittels (5) in einem Behälter (2) weist eine Zuführung (1, 4) für von Fäkalien getrenntes Abwasser und für ein Fällungsmittel (5) auf. Weiterhin weist der Behälter (2) eine Abflußleitung (18, 19) für ein Fällungsprodukt (9) und/oder für abgereichertes Gelbwasser (8) auf.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Separieren von Magnesium-Amonium-Phosphat (MAP) aus Abwasser unter Hinzugabe eines Fällungsmittels in einem Behälter.
Abwasser und insbesondere Gelbwasser enthält neben organischen Stoffen nahezu alle der wertvollen löslichen Nährstoffe wie Stickstoff, Phosphor, Kalium und andere. Gelbwasser, im wesentlichen Urin, fällt in relativ geringen Mengen an, enthält jedoch vor allem die Nährstoffe Phosphor und Stickstoff in großen Mengen. Bislang wird das Gelbwasser zusammen mit weiteren Abwässern sowie Regenwasser in einem Kanalsystem erfaßt und anschließend in einer zentralen Kläranlage weitgehend von Schad- und Nährstoffen befreit. Um eine Gewässerbelastung durch Überdüngung zu vermeiden, werden in heute üblichen Abwasserreinigungssystemen insbesondere die Nährstoffe Phosphor und Stickstoff unter hohem Energieaufwand und teilweise unter Einsatz von Chemikalien aus dem Abwasser entfernt, ohne sie einer weiteren Nutzung zuzuführen.
Als Methoden zur Reinigung von Abwasser in Hinblick auf die Stickstoff- und Phosphorelimination sind verschiedene Verfahren, z. B. biologische Verfahren oder Knickpunktchlorung bekannt. Diese Verfahren erbringen allerdings lediglich die gewünschte Reinigungsleistung und sind nicht zur Rückgewinnung der Nährstoffe geeignet. Eine Rückgewinnung von Phosphaten ist mittels verschiedener Fällungsreaktionen möglich; durch Ausfällung von Magnesium-Ammonium-Phosphat (MAP, MgNH₄PO₄) wird eine effektive Rück gewinnung von Phosphor und Stickstoff erreicht, da beide Nährstoffe simultan eliminiert werden können.
Ein solches Verfahren zur großtechnischen Eliminierung von Ammonium und Phosphat aus industriellem Abwasser ist beispielsweise aus der DE 37 32 896 A1 bekannt. Es wird vorgeschlagen, Ammonium und Phosphat durch Zugabe von Magnesiumsalz oder Magnesiumoxid aus Abwasser weitgehend zu eliminieren. Der Eliminierungsgrad kann dabei durch die zugegebenen Mengen an Magnesium und evtl. auch an Phosphat so gesteuert werden, daß der Gehalt an Ammonium oder der Gehalt an Phosphat minimiert wird. Entsprechend dem Gehalt an Ammonium und Phosphat des Abwassers wird Magnesium zugegeben, bis ein bestimmtes stöchiometrisches Verhältnis erreicht ist. Der pH-Wert wird auf einen Wert zwischen 7 und 10 eingestellt, so daß das Salz Magnesium-Ammonium-Phosphat MAP auskristallisiert. Die Abtrennung des Salzes kann durch Sedimentation oder Zentrifugieren erfolgen. Das aus der Fällung gewonnene MAP kann als Düngemittel zur Verfügung gestellt werden. Die MAP-Fällung aus Gelbwasser ist jedoch limitiert durch die Verfügbarkeit von Phosphat, so daß die Optimierung der MAP-Fällung auf die Phosphoreliminierung ausgelegt ist. Insbesondere bei der Behandlung von Urin, in welchem Phosphat in sehr viel geringeren Mengen als Ammonium vorhanden ist, ist bei einer optimalen stöchiometrischen Reaktion keine nennenswerte Ammoniumausfällung (NH₄ ⁺) und damit Stickstoffeliminierung zu erwarten. Eine höhere NH₄ ⁺-Ausfällung könnte nur durch eine zusätzliche Phosphatquelle erreicht werden, was erhöhten Chemikalieneinsatz bedeutet.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zum Separieren von MAP aus Abwasser vorzuschlagen, das für die Behandlung von Abwässern, insbesondere von unverdünntem Urin, in kleinerem Maßstab geeignet ist, und neben Phosphor auch Stickstoff in einer als Düngemittel verwertbaren Form zur Verfügung stellt.
Die Aufgabe wird gelöst mit einem Verfahren und einer Vorrichtung gemäß der unabhängigen Ansprüche. Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren wird Magnesium-Ammonium-Phosphat aus Abwasser unter Hinzugabe eines Fällungsmittels in einem Behälter separiert. Das Abwasser ist hierbei im wesentlichen von Fäkalien und anderen Feststoffen befreiter Urin. In dem Behälter oder vor dem Einleiten in den Behälter wird der Urin mit dem Fällungsmittel vermischt. Als Fällungsmittel können beispielsweise Magnesiumoxid, Magnesiumhydroxid, Magnesiumcarbonat o. a. verwendet werden. Das dabei entstehende Fällungsprodukt und das abgereicherte Gelbwasser werden anschließend diskontinuierlich voneinander separiert. Die diskontinuierliche Separation ermöglicht eine ausreichend lange Reaktionszeit zur Ausfällung des MAP und die Ausbildung größerer Kristalle. Darüber hinaus beinhaltet sie die Möglichkeit, das Fällungsprodukt sowie das verbleibende Gelbwasser auf besonders einfache Weise durch Sedimentation voneinander zu trennen. Das Fällungsprodukt kann anschließend als Düngemittel weiter verwertet werden. Das abgereicherte Gelbwasser wird, u. U. nach einer weiteren Behandlungsstufe, beispielsweise der Kanalisation zugeführt. Eine aufwendige Phosphor- und Stickstoffeliminierung ist bei der anschließenden Abwasserreinigung nicht mehr nötig.
Ist das Abwasser im wesentlichen unverdünnter Urin, der nicht mit Spülwasser und anderen Abwässern vermengt ist, liegen die Nährstoffe Phosphor und Stickstoff in einer verfahrenstechnisch günstigen Konzentration vor, so daß eine Nährstoffrückgewinnung auf sehr wirtschaftliche Weise möglich ist. Besonders vorteilhaft ist es hierbei, wenn der Urin aus einer Separationstoilette oder aus einem Urinal gewonnen wird. Der Einsatz von Separationstoiletten ermöglicht nicht nur eine Sammlung des Urins in hochkonzentrierter Form und damit nahezu vollständige Nährstoffrückgewinnung, sondern ist auch in Hinblick auf einen sparsamen Umgang mit Wasser sinnvoll.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Urin vor der Mischung mit dem Fällungsmittel auf einen pH-Wert von etwa 9 eingestellt wird. Die MAP- Fällungsreaktion hängt stark vom pH-Wert in der Lösung ab. Im allgemeinen hat der Urin einen sauren pH-Wert zwischen 5,0 und 6,4. Wird der Urin über mehrere Tage gelagert, zerfällt der im Urin enthaltene Harnstoff durch Enzymeinwirkung zu Ammoniak (NH₃) und Kohlendioxid. Durch die Freisetzung von Ammoniak wird der pH-Wert in den alkalischen Bereich verschoben. Die Freisetzung von Ammoniak kann neben der mehrtägigen Lagerung auch durch Erwärmung erreicht werden. Ebenso kann der erforderlich pH-Wert jedoch auch durch die Zugabe von Lauge eingestellt werden. Ein alkalischer pH-Wert von etwa 9 bedingt eine für die MAP-Fällung optimale Konzentration von Ammonium bzw. Ammoniak in der Lösung.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn der Urin und das Fällungsmittel zur Vermischung gerührt werden. Die intensive Durchmischung von Fällungsmittel und Gelbwasser begünstigt die Entstehung der unlöslichen Verbindungen des Fällungsproduktes. Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn nach der ersten intensiven Durchmischung nur wenig Turbulenzen während der Kristallisationsphase auftreten, so daß das Wachstum auch größerer Kristalle ermöglicht wird.
Vorzugsweise erfolgt die Separierung von Fällungsprodukt und abgereichertem Gelbwasser nach einer Prozeßzeit von wenigstens 10 Minuten. Die Prozeßzeit beinhaltet die Reaktionszeit, während der die eigentliche Fällung sowie die Ausbildung größerer Partikel des MAP stattfindet. Darüber hinaus findet während der Prozeßzeit die Abtrennung des Fällungsprodukts von dem abgereicherten Gelbwasser statt. Die Abtrennung kann durch Auspressen, Filtern, Sedimentation oder andere Verfahren erfolgen, so daß das Trennverfahren die Prozeßzeit erheblich beeinflußt. Bei einer Abtrennung durch Sedimentation kann die Prozeßzeit daher auch mehrere Stunden betragen.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß das Fällungsprodukt mehrfach zur Separierung von erneut hinzugeführtem Urin und/oder Fällungsmittel in dem Behälter verbleibt. Durch die diskontinuierliche Separierung liegt das Fällungsprodukt am Ende der Prozeßzeit als Suspension im unteren Bereich des Behälters vor. Der Überstand abgereicherten Urins wird aus dem Behälter abgelassen und kann anschließend weiter behandelt werden, während das Fällungsprodukt im Behälter verbleibt. Wird erneut Urin und/oder Fällungsmittel in den Behälter hinzugefügt, kann das bereits gefällte MAP in der nächsten Fällungsreaktion weiterreagieren und Kristallisationskeime für die nächste Kristallisation bieten, so daß auch größere Partikel gezüchtet werden können. Die in dem Behälter verbleibende Suspension wird somit mit jedem Bearbeitungsgang aufkonzentriert. Nach dem letzten Bearbeitungsgang, beispielsweise am Ende eines Tages, wird die aufkonzentrierte Suspension dann aus dem Behälter entnommen.
Vorzugsweise wird das Fällungsprodukt nach der letzten Separierung von abgereichertem Gelbwasser entwässert und/oder getrocknet. Die im Behälter verbleibende Suspension wird durch ein integriertes Trocknungsverfahren getrocknet. Durch ein derartiges Trocknungsverfahren wird ermöglicht, das Fällungsprodukt MAP in pulverförmiger Form zu gewinnen. Ebenso ist jedoch auch eine Filterung der Suspension und anschließende Trocknung außerhalb des Behälters möglich.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn das von dem Fällungsprodukt separierte abgereicherte Gelbwasser in einen Vorlagebehälter geleitet wird. Besonders vorteilhaft ist es hierbei, wenn das in dem Vorlagebehälter gesammelte abgereicherte Gelbwasser auf etwa 50°C geheizt wird. Die MAP-Ausfällung ist durch den Gehalt von Phosphat in Urin begrenzt, so daß sich auch nach der Fällung noch größere Mengen von Ammonium bzw. Ammoniak in dem Abwasser befinden. In einem weiteren Verfahrensschritt kann Ammoniak aus dem abgereichertem Gelbwasser entfernt werden. Hierfür ist es erforderlich, daß der Ammoniak gasförmig in dem Abwasser vorliegt, was durch eine Temperaturerhöhung begünstigt wird. Eine Temperatur von 50°C hat sich als optimal für den nächsten Verfahrensschritt erwiesen. Insbesondere bei einer Heizung des abgereicherten Gelbwassers in dem Vorlagebehälter über etwa zwei Stunden wird eine vorteilhafte gleichmäßige Erwärmung erreicht. Das abgereicherte Gelbwasser kann jedoch auch für eine weitere Fällungsreaktion in den Behälter rückgeführt werden, wodurch eine weitere Abreicherung erreicht wird.
Vorzugsweise wird das abgereicherte Gelbwasser nach dem Aufheizen in eine Strippkolonne gefördert, wo ihm der noch in ihm enthaltene Ammoniak entzogen wird. Hierbei erweist es sich als vorteilhaft, wenn das Gelbwasser in der Strippkolonne im Gegenluftstrom über Füllkörper rieselt. Der Ammoniak wird hierbei aus der Flüssigkeit entfernt und reichert sich in der Strippluft an. Die Füllkörper ermöglichen hierbei eine gleichmäßige Verteilung des Gelbwassers in der Kolonne und stellen eine große Oberfläche für den Stoffaustausch zur Verfügung.
Ebenfalls vorteilhaft ist es, wenn das Gelbwasser aus dem Boden der Strippkolonne einer weiteren Behandlung und/oder dem Vorlagebehälter zugeführt wird. Wird das Gelbwasser in den Vorlagebehälter rückgeführt und durchläuft die Strippkolonne erneut, können noch verbliebene Restmengen von Ammoniak entfernt werden. Nach einer vorbestimmten Anzahl weiterer Durchläufe durch die Strippkolonne wird das abgereicherte Gelbwasser aus dem Kreislauf ausgeleitet.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Luft vor dem Eintritt in die Strippkolonne beheizt und/oder nach dem Austritt aus der Strippkolonne gekühlt. Durch die Erwärmung der Luft vor dem Eintritt in die Strippkolonne wird eine optimale Prozeßtemperatur für die Ammoniakaufnahme erreicht, was die Effektivität des Strippverfahrens erhöht. Wird die Luft im Kreislauf geführt und in einem weiteren Verfahren einer chemischen Wäsche unterzogen, so ist eine Kühlung der Luft nach dem Austritt aus der Strippkolonne vorteilhaft für den folgenden Verfahrensschritt.
Bei einer weiteren vorteilhaften Form der Erfindung wird das aus der Strippkolonne austretende Luft-Ammoniak-Gemisch in einer weiteren Kolonne chemisch gewaschen. Durch die chemische Wäsche kann das mit NH₃ beladene Strippgas von Ammoniak gereinigt werden und im Kreislauf erneut der Strippkolonne zugeführt werden. Als besonders vorteilhaft hat es sich dabei erwiesen, wenn das Luft-Ammoniak-Gemisch mit Wasser oder Säure, insbesondere Schwefelsäure, Salpetersäure oder Phosphorsäure, gewaschen wird. Die mit Ammoniak beladene Strippluft wird hierbei in einer Regenerationskolonne im Gegenstrom beispielsweise mit Schwefelsäure durchströmt. Der Ammoniak wird aus der Luft entfernt und verbindet sich mit dem Sulfat der Schwefelsäure zu Ammoniumsulfat, welches bei der Düngemittelproduktion in Landwirtschaft oder Industrie weiterverwertet werden kann.
Bei einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Separieren von Magnesium-Amonium-Phosphat aus Abwasser, wobei dem Abwasser Fällungsmittel in einem Behälter zugegeben wird, weist der Behälter eine Zuführung für im wesentlichen von Fäkalien und Feststoffen getrennten Urin und für ein Fällungsmittel auf. Weiterhin weist der Behälter eine Abflußleitung für ein Fällungsprodukt und/oder für abgereichertes Gelbwasser auf. Das Abwasser wird chargenweise in den Behälter geleitet und über die Zuführung für das Fällungsmittel wird eine entsprechende Menge Fällungsmittel zudosiert, so daß die Fällung diskontinuierlich erfolgt. Der Urin und das Fällungsmittel können auch vor dem Einleiten in den Behälter vermischt und über eine gemeinsame Leitung in den Behälter eingeführt werden. Die Fällungsreaktion kann besonders effizient erfolgen, wenn das Abwasser ein im wesentlichen unverdünnter Urin ist, der vorteilhafterweise aus einer Separationstoilette gewonnen ist. Am Ende der Prozeßzeit wird das abgetrennte Fällungsprodukt über eine Abflußleitung entnommen. Der abgereicherte Urin kann über eine weitere Abflußleitung in den Vorlagebehälter geleitet werden. Ebenso ist es jedoch auch möglich, Fällungsprodukt und Gelbwasser zunächst über eine gemeinsame Leitung abzulassen und außerhalb des Behälters zu trennen.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn dem Behälter eine Mischeinrichtung zum Vermischen von Urin und Fällungsmittel zugeordnet ist. Die Mischeinrichtung, beispielsweise ein Rührwerk, sorgt nach Zugabe des Fällungsmittels in den Behälter für eine gute Durchmischung mit dem Urin. Die Mischung des Urins mit dem Fällungsmittel kann jedoch ebenso außerhalb des Behälters vor der Einleitung in den Behälter erfolgen.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführung der Erfindung ist der Abflußleitung für das Fällungsprodukt eine Trocknungseinrichtung zugeordnet. Im Behälter liegt das Fällungsprodukt MAP als hochkonzentrierte Suspension mit einem gewissen Gehalt an Restwasser vor. Durch die Trocknung wird das Restwasser entfernt und das Fällungsprodukt MAP kann direkt in pulverförmiger Form entnommen und als Düngemittel weiterverwertet werden. Die Trocknungseinrichtung kann hierbei in den Behälter integriert sein oder sich außerhalb des Behälters befinden. Ebenfalls vorteilhaft ist es, wenn die Trocknungseinrichtung einen Filtersack aufweist. Über den Filtersack kann nach dem Ablassen der Suspension das Fällungsprodukt MAP aus der Suspension ausgefiltert werden.
In Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß die Abflußleitungen für das Fällungsprodukt und/oder für das abgereicherte Gelbwasser in einen Vorlagebehälter münden. Nachdem die Fällung in dem Behälter erfolgt ist, wird das abgereicherte Gelbwasser über eine Abflußleitung in den Vorlagebehälter geleitet, von wo aus es der Strippkolonne zur Entfernung von Ammoniak zugeführt wird. Das Restwasser aus der Suspension kann über eine weitere oder auch über die selbe Leitung ebenfalls dem Vorlagebehälter und einer anschließenden Strippung zugeführt werden.
Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist dem Vorlagebehälter eine Heizung zugeordnet, so daß die für die Strippung erfor derliche Prozeßtemperatur von etwa 50°C auf einfache Weise erreicht werden kann.
Vorteilhafterweise ist der Vorlagebehälter mittels einer Leitung mit einer Strippkolonne verbunden. Der abgereicherte Urin aus dem Vorlagebehälter kann über diese Leitung der Strippkolonne zugeführt werden, wo ihm Restbestände an Ammoniak entzogen werden, so daß auch der Stickstoff in optimaler Form aus dem Urin rückgewonnen werden kann.
Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß in der Strippkolonne Füllkörper angeordnet sind, über die das abgereicherte Gelbwasser von oben nach unten rieselt. Die Füllkörper verbessern den Stoffaustausch zwischen dem abgereicherten Gelbwasser und der Strippluft, indem sie eine eine große Phasengrenzfläche zur Verfügung stellen. Für den Stoffaustausch vorteilhaft ist es ferner, wenn die Strippkolonne von unten nach oben mit Luft durchströmbar ist, so daß das Gelbwasser im Gegenstrom durchströmt wird.
Als ebenfalls besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, wenn am Boden der Strippkolonne eine Leitung zu einer weiteren Behandlungseinrichtung und/oder dem Vorlagebehälter angeordnet ist. Wird der abgereicherte Urin nach Durchströmung der Strippkolonne erneut dem Vorlagebehälter zugeführt, können in einem weiteren Strippvorgang evtl. bestehende Restmengen an Stickstoff entfernt werden.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn für die Luft vor dem Eintritt in die Strippkolonne eine Heizung und/oder nach dem Austritt aus der Strippkolonne eine Kühlung angeordnet ist. Die Luft kann hierbei vor Eintritt in die Strippkolonne durch die Heizung auf eine optimale Prozeßtemperatur für die Ammoniakaufnahme gebracht werden. Wird im Anschluß an den Strippvorgang eine chemische Wäsche der Strippluft durchgeführt, ist es vorteilhaft, die mit Ammoniak beladene Strippluft nach dem Austritt aus der Strippkolonne zu kühlen.
Ist die Strippkolonne für das aus der Strippkolonne austretende Luft-Ammoniak-Gemisch mit einer weiteren Kolonne zum chemischen Waschen verbunden, kann auch der Stickstoff aus der Luft rückgewonnen und einer weiteren Nutzung zugeführt werden. Bei der chemischen Wäsche kann die Luft in sauren Lösungen gewaschen werden, wobei beispielsweise Schwefelsäure die Luft im Gegenstrom durchströmt. Der Luft wird hierbei der Ammoniak entzogen, als Endprodukt wird Ammoniumsulfat gewonnen. Die Bildung von Ammoniumsalzlösungen bei der chemischen Wäsche wird durch das Kühlen der Luft erleichtert. Ammoniumsulfat kann in der Landwirtschaft oder Industrie beispielsweise als Düngemittelzusatzstoff eingesetzt werden.
Weitere Vorteile der Erfindung sind im Zusammenhang mit dem nachfolgenden Ausführungsbeispiel beschrieben.
1 zeigt eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung sowie eines entsprechenden Verfahrens zur Behandlung von Gelbwasser.
Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Behandlung von Abwasser durchläuft das Abwasser nacheinander einen Fällungsreaktor 10 zur Gewinnung von Magnesium-Ammonium-Phosphat MAP und eine Strippkolonne 20 zur Entfernung von Stickstoff aus dem Abwasser. Die Strippluft wird anschließend in einer Regenerationskolonne 30 von Ammoniak gereinigt. Das Abwasser ist ein im wesentlichen unverdünnter Urin, beispielsweise aus einer Separationstoilette, der Phosphat und Ammonium in hohen Konzentrationen enthält. Die Fällung des MAP erfolgt diskontinuierlich, wobei chargenweise jeweils etwa 50 l Urin behandelt werden können. Die Auslegung des Prozeßes ist auf eine anfallende Urinmenge von 200 l täglich abgestimmt.
Das zu behandelnde Abwasser wird über eine Zuführung 1 in den Behälter 2 geleitet, in welchem die Fällungsreaktion stattfindet. Über eine weitere Zulei tung 4 wird ein Fällungsmittel 5 in den Behälter 2 eingebracht. Die Zuführung und Dosierung des Fällungsmittels 5 erfolgt im dargestellten Beispiel vollautomatisiert über eine Mikrodosiereinrichtung 3. Als Fällungsmittel 5 wird Magnesiumoxid verwandt, da es eine hohe Fällungseffizienz aufweist. Als Fällungsprodukt 9 entsteht Magnesium-Ammonium-Phosphat MAP, das in diesem Ausführungsbeispiel durch Sedimentation von dem abgereicherten Gelbwasser 8 abgetrennt wird und sich am Boden des Behälters 2 absetzt. Während der Zuführung wird der Urin mit dem Fällungsmittel 5 durch eine Mischeinrichtung 7, im dargestellten Beispiel ein Rührer 11, vermischt. Vorteilhaft ist es hierbei, wenn die Drehzahl des Rührers 11 regelbar ist. Beim Zudosieren des Fällungsmittels 5 kann bei hoher Drehzahl eine gute Durchmischung gewährleistet werden, eine geringere Drehzahl während der Kristallisationsphase ermöglicht dagegen ein optimales Wachstum der MAP-Kristalle. Andere Mischeinrichtungen 7 sind jedoch ebenso denkbar. Auch kann die Mischeinrichtung 7 außerhalb des Behälters 2 angeordnet sein, so daß im Behälter 2 nur mehr die Separierung des Fällungsprodukts 9 erfolgt.
Nach einer undurchmischten Sedimentationszeit von etwa 4 Stunden wird der Überstand an abgereichertem Gelbwasser 8 über eine Abflußleitung 19 in einen Vorlagebehälter 13 abgelassen und dort für die folgende Strippung auf etwa 50 °C vorgewärmt. Das Fällungsprodukt 9 verbleibt im unteren Bereich am Boden des Behälters 2 und bildet Kristallisationskeime für die nächste Reaktion. Am Ende des letzten Behandlungsganges eines Tages, bei einer täglich zu behandelnden Urinmenge von 200 l also nach vier Fällungsprozeßen, wird das Fällungsprodukt 9, das als Suspension am Boden des Behälters 2 vorliegt, über eine weitere Abflußleitung 12 abgelassen. Der Ablaß des abgereichertem Gelbwassers 8 und der Ablaß des Fällungsprodukts 9 werden über Magnetventile 6 gesteuert. Das Fällungsprodukt 9 durchläuft anschließend eine Trocknungsvorrichtung 15, wo das in der Suspension noch enthaltene Restwasser abgetrennt wird. Die Abtrennung kann durch Filtration, Pressung oder auf andere Weise erfolgen. Nach Trocknung kann pulverförmiges MAP 16 aus der Trocknungsvorrichtung 15 entnommen werden. Ebenso kann jedoch im Fällungsreaktor 10 nur die Filtration vorgenommen werden und die Trocknung extern erfolgen. Das abgefilterte Gelbwasser 17 wird ebenfalls in den Vorlagebehälter 13 geleitet. Auch ist es möglich, das Fällungsprodukt 9 und das abgereicherte Gelbwasser 8 über die selbe Leitung abzulassen. Die Separierung kann hierbei vor dem Ablassen im Behälter 2 oder auch nach dem Ablassen außerhalb des Behälters 2 erfolgen.
Das für die Strippung vorgewärmte abgereicherte Gelbwasser 14 wird anschließend über eine Leitung 28 in eine Strippkolonne 20 geleitet. Eine Rückführung 18 in den Behälter 2 ist ebenfalls möglich. In einem Fällungsprozeß werden etwa 70 % bis 95 % des Phosphors gefällt, so daß durch die Rückführung 18 die Fällungsrate erhöht werden kann.
In der Strippkolonne 20 sind Füllkörper 22 zur Vergrößerung der Oberfläche in loser Schüttung angeordnet. Die Füllkörper 22 besitzen eine gitterartige Struktur, so daß es auch bei einer Ausfällung von Feststoffen nicht zu Verstopfungen kommt. Zum Strippen des Ammoniaks aus dem abgereicherten Gelbwasser 14 ist es erforderlich, daß dieser gasförmig vorliegt, was durch eine Temperaturerhöhung auf etwa 50 °C begünstigt wird. Der Vorlagebehälter 13 wird hierfür durch eine – hier nicht dargestellte – Heizung entsprechend beheizt. Die Luft 23 wird für die Strippung ebenfalls durch eine Heizung 24 vorgewärmt und in einem Verdichter 25 verdichtet. Das abgereicherte Gelbwasser 14 durchläuft die Strippkolonne 20 von oben nach unten, während es im Gegenstrom von verdichteter Luft 23 durchströmt wird. In der Strippkolonne 20 findet dadurch eine stetige Desorption statt, d. h. die Luft 23 kommt auf ihrem Weg durch die Füllkörper 22 von unten nach oben ständig mit höher konzentriertem Gelbwasser 14 in Kontakt und nimmt Ammoniak auf, während das abgereicherte Gelbwasser 14 stetig Ammoniak desorbiert. In der Strippkolonne 20 wird eine Stickstoff-Elimination von etwa 90 % erreicht. Die von Phosphor und Stickstoff abgereicherte Flüssigkeit 26 kann für eine erneute Strippung mehrmals in den Vorlagebehälter 13 rückgeführt wer den, so daß eine noch höhere Stickstoff-Elimination erreicht wird. Nach einer vorbestimmten Anzahl der Durchläufe wird die abgereicherte Flüssigkeit 26 über einen Siphon 27 abgelassen, um eine problemlose Führung der Druckluft 23 zu gewährleisten. Die abgereicherte Flüssigkeit 26 kann anschließend der Kanalisation oder einer weiteren Reinigungsstufe zugeführt werden.
Der mit Ammoniak beladenen Luft 21 wird anschließend der Ammoniak entzogen. Die Luft 21 wird hierfür über eine Kühleinrichtung 31 und eine Durchflußmessung 32 in eine Regenerationskolonne 30 geleitet. In der Regenerationskolonne sind ebenfalls Füllkörper 33 zur Vergrößerung der Oberfläche angeordnet. Die Reinigung der Luft 21 erfolgt im vorliegenden Beispiel durch saure Wäsche in Schwefelsäure 34. Eine Wäsche mit Wasser oder anderen Säuren ist jedoch ebenfalls möglich. Die Luft 21 durchströmt die Regenerationskolonne 30 von unten nach oben, die Schwefelsäure 34 wird entsprechend der in der Durchflußmessung 32 ermittelten Luftmenge im Gegenstrom in die Regenerationskolonne 30 eingeleitet. Durch den Stoffaustausch bildet sich eine Ammoniumsulfat-Lösung 35. Die Kühlung der Luft erleichtert hierbei die Bildung des Ammoniumsalzes. Die Ammoniumsulfat-Lösung 35 wird über einen Siphon 36 für die Druckabdichtung aus dem Prozeß ausgekreist und als Düngemittel weiterverwertet.
Die Luft 21, 23 wird bei der Strippung und anschließenden Regeneration im Kreislauf geführt. Bei einer Belüftung mit Frischluft hätte der in der Luft enthaltene CO₂-Anteil erhebliche Nachteile bei der Strippung. Durch die Kreislaufführung kann der in der Luft 21, 23 enthaltene Ammoniak vollständig wieder gewonnen werden, ein Ammoniakaustrag in die Atmosphäre wird verhindert. Durch eine Heizung 31 und eine Kühlvorrichtung 24 wird die Luft 21, 23 auf eine für den jeweiligen Prozeß optimale Temperatur eingestellt. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und einer entsprechenden Vorrichtung ist es möglich, die Nährstoffe Phosphor und Stickstoff nahezu vollständig aus Urin zurückzugewinnen. Es kann sowohl Phosphor-, als auch Stickstoffdünger direkt aus dem Verfahren gewonnen werden. Eine aufwendige Eliminierung von Phosphor und insbesondere Stickstoff unter hohem Energieaufwand ist bei der anschließenden Abwasserreinigung nicht mehr erforderlich. Die Nährstoffanreicherung in Gewässern und deren schädliche Auswirkungen werden verhindert.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Abwandlungen im Rahmen der Patentansprüche fallen ebenfalls unter die Erfindung.

Claims

Verfahren zum Separieren von Magnesiumammoniumphosphat MAP (16) aus Abwasser unter Hinzugabe eines Fällungsmittels (5) in einem Behälter (2), dadurch gekennzeichnet, daß das Abwasser im wesentlichen von Fäkalien und anderen Feststoffen getrennter Urin ist, der Urin mit dem Fällungsmittel (5) vermischt wird und ein dabei entstehendes Fällungsprodukt (9) und ein abgereichertes Gelbwasser (8) diskontinuierlich voneinander separiert werden.
Verfahren nach dem vorherigen Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß der Urin im wesentlichen unverdünnt mit dem Fällungsmittel vermischt wird.
Verfahren nach dem vorherigen Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß der Urin aus einer Separationstoilette und/oder einem Urinal gewonnen wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Urin vor der Mischung mit dem Fällungsmittel (5) auf einen pH-Wert von etwa 9 eingestellt wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Urin und das Fällungsmittel (5) zur Vermischung gerührt werden.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Separierung von Fällungsprodukt (9) und abgereichertem Gelbwasser (8) nach einer Prozeßzeit von wenigstens 10 Minuten erfolgt.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Fällungsprodukt (9) mehrfach zur Separierung von erneut hinzugeführtem Urin und/oder Fällungsmittel (5) in dem Behälter (2) verbleibt und damit größere Partikel des Fällungsproduktes (9) gezüchtet werden.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Fällungsprodukt (9) nach der letzten Separierung von abgereichertem Gelbwasser (8) entwässert und/oder getrocknet wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das von dem Fällungsprodukt (9) separierte abgereicherte Gelbwasser (8) in einen Vorlagebehälter (13) geleitet wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das in dem Vorlagebehälter (13) gesammelte abgereicherte Gelbwasser insbesondere auf etwa 50°C geheizt wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das in dem Vorlagebehälter (13) gesammelte abgereicherte Gelbwasser etwa 2 Stunden geheizt wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das abgereicherte Gelbwasser nach dem Aufheizen in eine Strippkolonne (20) gefördert wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das abgereicherte Gelbwasser in der Strippkolonne (20) im Gegenluftstrom zur Abgabe von Ammoniak über Füllkörper (22) rieselt.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das abgereicherte Gelbwasser aus dem Boden der Strippkolonne (20) einer weiteren Behandlung und/oder dem Vorlagebehälter (13) zugeführt wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Luft vor dem Eintritt in die Strippkolonne (20) beheizt und/oder nach dem Austritt aus der Strippkolonne (20) gekühlt wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das aus der Strippkolonne (20) austretende Luft-Ammoniak-Gemisch in einer weiteren Kolonne (30) chemisch gewaschen wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Luft-Ammoniak-Gemisch mit Wasser oder Säure, insbesondere Schwefelsäure (34), Salpetersäure oder Phosphorsäure gewaschen wird.
Vorrichtung zum Separieren von Magnesiumammoniumphosphat MAP (16) aus Abwasser unter Hinzugabe eines Fällungsmittels (5) in einem Behälter (2), dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter (2) eine Zuführung (1, 4) für im wesentlichen von Fäkalien und anderen Feststoffen getrennten Urin und für ein Fällungsmittel (5) aufweist und der Behälter (2) weiterhin eine Abflussleitung (12, 19) für ein Fällungsprodukt (9) und/oder für abgereichertes Gelbwasser (8) aufweist.
Vorrichtung nach dem vorherigen Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß das Abwasser im wesentlichen unverdünnter Urin ist.
Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der unverdünnte Urin aus einer Separationstoilette gewonnen ist.
Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dem Behälter (2) eine Mischeinrichtung (7) zum Vermischen von Urin und Fällungsmittel (5) zugeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Abflussleitung (12) für das Fällungsprodukt (9) eine Trocknungseinrichtung (15) zugeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Trocknungseinrichtung (15) einen Filtersack aufweist.
Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Abflußleitung(en) (12, 19) für das Fällungsprodukt (9) und/oder für das abgereicherte Gelbwasser (8) in einen Vorlagebehälter (13) mündet.
Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dem Vorlagebehälter (13) eine Heizung zugeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorlagebehälter (13) mittels einer Leitung (28) mit einer Strippkolonne (20) verbunden ist.
Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in der Strippkolonne (20) Füllkörper (22) angeordnet sind, über die das abgereicherte Gelbwasser (14) von oben nach unten rieselt.
Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Strippkolonne (20) von unten nach oben mit Luft (23) durchströmbar ist.
Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß am Boden der Strippkolonne (20) eine Leitung zu einer weiteren Behandlungseinrichtung und/oder dem Vorlagebehälter (13) angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß für die Luft (23) vor dem Eintritt in die Strippkolonne (20) eine Heizung (24) und/oder nach dem Austritt aus der Strippkolonne (20) eine Kühlung (31) angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Strippkolonne (20) für das aus der Strippkolonne (20) austretende Luft-Ammoniak-Gemisch mit einer weiteren Kolonne (30) zum chemischen Waschen verbunden ist.