DE102006043246A1

DE102006043246A1 - Nährstoffrückgewinnung mit Beutelfiltrationssystemen

Info

Publication number: DE102006043246A1
Application number: DE200610043246
Authority: DE
Inventors: Heinrich Herbst; Katrin Gethke; David Montag; Detlef Bruszies; Johannes Pinnekamp
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2006-09-11
Filing date: 2006-09-11
Publication date: 2008-03-27

Abstract

Mit dem NuReBas-Verfahren werden die Nährstoffe Phosphor und Stickstoff aus kommunalen und industriellen Abwässern eliminiert bei gleichzeitiger Rückgewinnung der Nährstoffe als Rohstoffe für die Düngemittelindustrie oder für einen direkten Einsatz in der Landwirtschaft. Das NuReBas-Verfahren zeichnet sich durch eine flexible Anlagengröße von der Containeranlage bis zu großtechnischen stationären Anlagen aus. Schwerpunktmäßig ist der Einsatz zur Urin-/Gelbwasserbehandlung vorgesehen. Mit der vorgesehenen Technik können aber auch in der Zusammensetzung bzgl. der Parameter Phosphor und Stickstoff vergleichbare Medien wie z. B. Prozesswässer der Schlammbehandlung oder Industrieabwässer behandelt werden. Mit Hilfe dieses Verfahrens werden die in den zu behandelnden Medien enthaltenen Nährstoffe in den natürlichen Nährstoffkreislauf zurückgeführt, was als nachhaltig hinsichtlich des Ressourcenschutzes anzusehen ist.

Description

A: EINLEITUNG
Anwendungsgebiet
Nährstoffrückgewinnung aus flüssigen Medien
Stand der Technik
Die Firma HESE hat eine Anlage zur Nährstoffgewinnung aus Gülle entwickelt; die Firma Huber AG betreibt eine Anlage zur Urinbehandlung (Patent-Nr. DE 10 2004 033 310 A1 ).
Nachteile des Standes der Technik
Die derzeit eingesetzten Verfahren der Firma HESE Umwelt GmbH werden im Batch-Betrieb gefahren. Nachteilig sind hier der verfahrens- und elektrotechnische Aufwand sowie der Umstand, dass dieses Verfahren nicht auf andere Eingangsmedien umgestellt werden kann. Die Firma Huber AG betreibt eine Anlage zur Urinbehandlung mit einem Durchsatz von derzeit 200 L/d. Die Anlage ist ebenfalls verfahrenstechnisch aufwendig. Sie besteht aus einer Fällungs- und technischen Trocknungseinheit und einer Strippkolonne. Die Anlage kann nur für eine Urinbehandlung eingesetzt werden. Des Weiteren weist diese Anlage einen hohen technischen Aufwand bzgl. der Verfahrens- und Steuertechnik auf bei gleichzeitig geringem Anlagendurchsatz (Patent-Nr. DE 10 2004 033 310 A1 ). Da beide Anlagen „offen" betrieben werden, neigen sie zu relativ hohen Geruchsemissionen.
Aufgabe der Erfindung
Mit dem NuReBas-Verfahren werden die Nährstoffe Phosphor und Stickstoff aus kommunalen und industriellen Abwässern eliminiert bei gleichzeitiger Rückgewinnung der Nährstoffe als Rohstoffe für die Düngemittelindustrie oder für einen direkten Einsatz in der Landwirtschaft. Mit Hilfe dieses Verfahrens werden die in den zu behandelnden Medien enthaltenen Nährstoffe in den natürlichen Nährstoffkreislauf zurückgeführt, was als nachhaltig hinsichtlich des Ressourcenschutzes anzusehen ist.
Lösung der Aufgabe
Die Rückgewinnung von Phosphor und Stickstoff wird mit einer Anlage mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Das NuReBas-Verfahren zeichnet sich durch eine flexible Anlagengröße von der Containeranlage bis zu großtechnischen stationären Anlagen aus. Schwerpunktmäßig ist der Einsatz zur Urin-/Gelbwasserbehandlung vorgesehen. Mit der vorgesehenen Technik können aber auch in der Zusammensetzung bzgl. der Parameter Phosphor und Stickstoff vergleichbare Medien wie z. B. rein phosphatreiche oder phosphat- und ammoniumreiche Prozesswässer der Schlammbehandlung oder Industrieabwässer behandelt werden. Die zweistufige Anlage besteht aus zwei getrennten Verfahrensstufen: einem Beutelfilter und einem Rührstripper mit angeschlossenem sauren (Schwefelsäure) Wäscher.
Vorteile der Erfindung

• Das NuReBas-Verfahren ermöglicht eine Elimination von Stickstoff und Phosphor aus flüssigen phosphor- und stickstoffhaltigen Medien bei gleichzeitiger Nährstoffrückgewinnung.
• Das Verfahren zeichnet sich gegenüber anderen am Markt befindlichen Techniken durch einen geringen Aufwand hinsichtlich der Anlagen-, Steuerungs- und Messtechnik aus.
• Aufgrund der einfachen technischen Gesamtkonzeption ist diese Technologie für den Export geeignet, da sie verfahrens-, steuerungs- und messtechnisch nicht aufwendig ist und damit leicht auch von angelerntem anstelle von Fachpersonal bedient werden kann.
• Aufgrund der modular aufgebauten Gesamttechnik und dem Umstand, dass diese Module einzeln gemäß den Anforderungen skalierbar sind, kann jede Anlagengröße von der Containeranlage bis zur stationären Großanlage sowie zur mobilen Anlage errichtet werden.
• Eine Vielzahl der Anlagenkomponenten können auf dem Markt direkt eingekauft werden, d. h. eine kostenintensive Spezialproduktion von Teilanlagen und Komponenten entfällt, was einen Wettbewerbsvorteil darstellt.
• Durch die Kombination der Kristallisation und Festflüssigtrennung im Beutelfilter und einen hierdurch erzielten geringen Wassergehalt im Produkt muss im Gegensatz z. B. zur Anlage der Fa. Huber AG keine technisch energieintensive Produkttrocknung erfolgen, sondern es genügt eine Lufttrocknung.
• Durch die direkte Dosierung von Fällmittel in den Beutelfilter wird eine optimale Fällmittelausbeute erzielt, was zu geringen Betriebskosten führt.
• Die Anlage hat einen niedrigen Energiebedarf, da nur wenige Stoffströme gefördert werden müssen.
• Aufgrund der gekapselten Anlagenbauteile ist die Gesamtanlage weitgehend geruchsemissionsfrei.

B: BEISPIELBESCHREIBUNG DER PATENTANMELDUNG
Das entwickelte NuReBas-Verfahren stellt eine optimierte Verfahrenstechnik zur MAP- bzw. Struvitfällung von phosphor- und stickstoffhaltigen flüssigen Medien wie z. B. Abwasser dar. Mit diesem Verfahren kann sowohl eine Phosphorrückgewinnung durch MAP-Fällung ohne Ammoniak-Strippung (siehe Bild 1) als auch eine Phosphor- und Stickstoffrückgewinnung durch MAP-Fällung kombiniert mit einer Ammoniak-Strippung (siehe Bild 2) oder unter Zugabe von Phosphorsäure eine Stickstoffelimination durchgeführt werden (siehe Bild 3). Somit können unterschiedliche Anforderungen an die zu behandelnden Medien erfüllt werden. Die Anlagentechnik ist gekennzeichnet durch eine hohe verfahrenstechnische Variabilität bei gleichzeitig geringer Anzahl von Verfahrensstufen.
Beim NuReBas-Verfahren kommt ein Beutelfilter zum Einsatz, der sowohl als Kristallisationsraum als auch zur Feststoffabtrennung dient. Das phosphor- und stickstoffhaltige flüssige Medium wird aus dem Vorlagebehälter in das Filtergehäuse gepumpt, durchströmt den innen liegenden Filterbeutel von innen nach außen, reagiert dabei mit dem Fällmittel und wird wieder dem Vorlagebehälter zugeführt. Diese kontinuierliche Betriebsweise ermöglicht einen ständigen Kontakt des Mediums mit dem Fällmittel, was die Kristallisation äußerst begünstigt und so einen hohen Anlagendurchsatz gewährleistet. Das Fällprodukt bleibt im Inneren des Filterbeutels zurück. Somit erfolgt in einem Arbeitsschritt sowohl die MAP-Fällung d. h. die Kristallisation als auch die Abtrennung der Kristalle von der flüssigen Phase.
Durch die Kreislaufführung kommt es zu einer optimalen Ausnutzung (ca. 98 %) des Fällmittels. Die Dosierung des Fällmittels muss nicht über eine kontinuierliche Messung des PO₄-P-Gehalts im Medium gesteuert werden, sondern die erforderliche Fällmittelmenge kann einfach durch einen Schnelltest ermittelt werden. Das Fällmittel wird in den Beutelfilter eingefüllt und die Anlage in Betrieb gesetzt. Die Kreislaufführung erfolgt so lange, bis sich ein konstant niedriger Phosphorgehalt im behandelten Medium eingestellt hat. Im Schnitt werden pro 200 L zu behandelndes Medium 120 Minuten zur MAP-Fällung benötigt. Diese Verfahrensweise ermöglicht somit niedrige Kosten durch einen minimierten und optimierten Fällmitteleinsatz sowie einen minimalen und damit kostengünstigen Einsatz von einfacher Messtechnik.
Das Fällprodukt kann leicht entnommen werden und weist einen sehr geringen Wasseranteil auf. Nach einer Lufttrocknung des Produktes kann dieses einfach gelagert werden, bevor es direkt landwirtschaftlich verwertet oder aber der Phosphor verarbeitenden Industrie angedient wird. Das Material der Filterbeutel lässt eine einfache Reinigung mit Wasser und eine anschließende Wiederverwendung zu.
Ein weiterer Vorteil des NuReBas-Verfahren ist die Möglichkeit der Kombination mit weitergehenden Technologien wie einer Ammoniak-Strippung zur Stickstoffelimination und Gewinnung von Ammoniumsulfat bzw. der Zugabe von Phosphorsäure, um Phosphor und Stickstoff als MAP auszufällen (siehe auch Bild 1, Bild 2 und Bild 3).
Das NuReBas-Verfahren kann in jedem benötigten Maßstab gebaut werden. Des Weiteren besteht aufgrund der einfachen und messtechnisch minimierten Technik die Möglichkeit, das Verfahren als mobile Anlage zu errichten.

Claims

Technisches Verfahren NuReBas zur Rückgewinnung von Nährstoffen aus rein phosphatreichen oder phosphat- und ammoniumreichen flüssigen Stoffströmen, dadurch gekennzeichnet, dass der Behandlungsprozess in zwei getrennten Verfahrensstufen (einem Beutelfilter und einem Stripper mit angeschlossener Ammoniumrückgewinnung) abläuft.
Technische Anlage zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Elimination und Rückgewinnung des Phosphors über eine Magnesium-Ammonium-Phosphat-Kristallisation bzw. Fällung in einem Beutelfilter erfolgt.
Technische Anlage nach vorgenannten Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass die Elimination und Rückgewinnung des Phosphates in der ersten Stufe im Beutelfilter durchgeführt wird.
Technische Anlage zur Elimination und Rückgewinnung des Phosphors nach Ansprüchen 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Verfahrensschritt die Koagulation des Fällmittels mit den Phosphatverbindungen, der Kristallisationsvorgang und die Kristallabscheidung in einem gemeinsamen Behälter stattfindet.
Technisches Verfahren zur Elimination und Rückgewinnung des Phosphors nach Ansprüchen 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Pumpe aus der Vorlage den zu behandelnden Stoffstrom in den Beutelfilter fördert. Danach erfolgt eine Rückführung in die Vorlage (Rezirkulation). Im Beutelfilter ist Fällmittel enthalten wo die Verfahrensschritte gemäß Anspruch 4 ablaufen.
Technische Anlage nach Anspruch 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass das benötigte Fällmittel direkt in den Beutelfilter gegeben wird und nicht kontinuierlich zugegeben werden muss.
Technische Anlage nach Anspruch 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Rezirkulation aus dem Vorlagebehälter phosphat- und ammoniumhaltiges Abwasser durch den Beutelfilter geleitet wird.
Technische Anlage nach vorherigen Ansprüchen, gekennzeichnet dadurch, dass die Entnahme des Recyclingproduktes in einem Filterbeutel geschieht und nach Entleerung die Möglichkeit der Wiederverwendung des Beutels besteht.
Technische Anlage nach Anspruch 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass je nach Ausgangsstoffstrom Magensium-Phosphat (MP) oder Magensium-Ammonium-Phosphat (MAP) und Ammoniumsulfat als Endprodukte entstehen.
Technische Anlage nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Ammoniumelimination und Rückgewinnung aus der Kombination Stripper und Wäscher.
Technische Anlage nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein mechanischer Luft- oder Dampfstripper eingesetzt wird.
Technische Anlage nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein Luft- oder Dampfstripper ausgeführt als Rührstripper eingesetzt wird.
Technische Anlage nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Stripper ein saurer Wäscher mit Schwefelsäure zur Ammoniumsulfatgewinnung eingesetzt wird.
Technische Anlage nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Stripper eine Anlage zur Ammoniakwassergewinnung eingesetzt wird.
Technisches Verfahren nach vorherigen Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Verfahren umfassend folgende Stoffströme behandelt werden können: z. B. Urin, Prozesswasser der Schlammbehandlung, Industrieabwässer mit hohen Phosphor und Ammoniumkonzentrationen.