DE102012000061A1

DE102012000061A1 - Verfahren zur Gewinnung des Düngemittels Magnesiumammoniumphosphat (MAP) aus Urin und Anwendungsgebiete in wasserlosen und wassersparenden Urinalen

Info

Publication number: DE102012000061A1
Application number: DE102012000061A
Authority: DE
Inventors: Tobias Pickert; Marc Strohmann
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-01-03
Filing date: 2012-01-03
Publication date: 2013-07-04

Abstract

Das Patent betrifft ein Verfahren und Anwendungsgebiete zur Gewinnung von Magnesiumammoniumphosphat (MAP) aus Urin in wasserlosen und wassersparenden Urinalen. Das MAP wird dabei in zwei chemischen Reaktionen mit dem Enzym Urease und dem Fällungsmittel Magnesiumchlorid hergestellt. Anwendungen für die durch das Patent zu schützende Idee sind Fußballstadien, Dixitoiletten auf Festivals und Konzerten, sowie insgesamt alle Sammelstellen für menschlichen und tierischen Urin. Vor- und Nachteile der Idee werden angeführt.

Description

Problemstellung
Die Ressource Phosphat wird aktuell durch industriellen Rohphosphatabbau in Phosphatlagerstätten gewonnen. In Kläranlagen muss Phosphat auf Grund der Abwasserreinigung entfernt werden. Aktuell wird dazu das Phosphat aus dem Abwasser durch Zugabe von Eisensalzen ausgefällt. Das entstandene Eisenphosphat findet sich nach der Fällung im Klärschlamm wieder, welches auf Grund von umweltbelastenden Verunreinigungen nicht als Düngemittel verwendet werden darf [1, 2, 3, 4, 5,].
Aktueller Stand der Technik
Nach dem aktuellen Stand der Technik gibt es daher Pilotanlagen, die Phosphat aus Abwasser in Kläranlagen recyceln, wie z. B. eine Pilotanlage bei der Berliner Wasserwerke GmbH. Dort wird durch die gezielte Zugabe von Magnesiumchlorid zum Abwasser das Produkt Magnesiumammoniumphosphat ausgefällt. Das MAP wird bei der Berliner Wasserwerke GmbH als umweltfreundlicher Düngemittelbestandteil unter dem Namen „Berliner Pflanze” verkauft [7, 8].
Außerdem ist nach aktuellem Stand der Technik bekannt, dass Harnstoff mittels Zugabe des Enzyms Urease in Ammoniak und Kohlenstoffdioxid gespalten werden kann [16, 17].
Phosphat ist eine begrenzte Ressource, die mit einem Anteil von 85% Grundrohstoff für industrielle Düngemittelproduktion ist. Doch Phosphat soll nach Ansicht vieler internationaler Forscher in den nächsten 50 bis 150 Jahren erschöpft sein. Daher ist als Alternative zum Rohphosphatabbau ein Phosphatrecycling in der Zukunft unabdingbar [9, 10, 11, 12, 13, 18].
Zusätzlich ist das Phosphatrecycling aus Abwasser in Kläranlagen unter wirtschaftlichen und finanziellen Aspekten noch ausbaufähig, weil die Konzentration gelöster Phosphationen gering ist.
Außerdem ist ein nachteilig, dass das eliminierte Phosphat im Klärschlamm auf Grund von umweltschädlichen Verunreinigungen nicht direkt als Düngemittel benutzt werden kann [8, 10].
Neue Merkmale der technischen Idee
Die durch das Patent zu schützende Idee besitzt folgende neue Merkmale.
Das Magnesiumammoniumphosphat wird aus Urin in wasserlosen und wassersparenden Urinalen gewonnen. Hierbei kommen z. B. Fußballstadien und Toiletten in Raststätten, auf Großveranstaltungen wie Konzerten oder Festivals, Dixitoiletten, sowie Tierurinale in Landwirtschaftsbetrieben in Frage.
Am jeweiligen Ansatzort des Phosphatrecyclings wird der Urin zunächst von den festen Ausscheidungen mittels Filtration separat in einem Sammelbehälter erfasst. In dem Sammelbehälter erfolgt die Zugabe des Enzyms Urease, dessen Temperaturoptimum bei 45–50°C liegt. Durch die Urease reagiert der im Urin enthaltene Harnstoff zu Kohlenstoffdioxid und Ammoniak nach dem bekannten Prinzip der Harnstoffspaltung [16, 17]. Anschließend wird Magnesiumchlorid als Fällungsmittel hinzugefügt, wodurch das MAP als in Wasser schwerlöslicher, weißer Feststoff mit einer Reinheit von fast 100% ausfällt. Das Produkt MAP wird abfiltriert und steht als Düngemittel für die Düngemittelindustrie zur Verfügung.
Aufgabe der technischen Idee
Aufgabe der durch das Patent zu schützenden Idee ist die Bereitstellung eines wirtschaftlich günstigen Verfahrens zur Gewinnung des Düngemittels MAP aus Urin.
Vorteile der technischen Idee
Der größte Vorteil ist, dass Urin im Gegensatz zu den endlichen Rohphosphaten eine unerschöpfliche Ressource mit hoher Konzentration gelöster Nährstoffe darstellt [14, 15].
Ein weiterer Vorteil ist, dass das Verfahren zur Gewinnung von MAP technisch einfach zu bewerkstelligen ist und sowohl das Enzym Urease als auch das Magnesiumchlorid preiswerte und in großen Mengen verfügbare Zusatzstoffe darstellen [17, 20].
MAP kann zudem ohne Weiterverarbeitungsschritte als Düngemittel verwendet werden und stellt ein umweltfreundliches Düngemittel dar, weil die rechtlich zugelassenen Schadstoff- und Schwermetallwerte weit unterschritten werden [2, 6, 14, 15].
Außerdem werden die im Urin enthaltenen Hormone, Medikamentenrückstände und anderen Verunreinigungen nicht mit ausgefällt [14, 15, 19].
Zusätzlich sparen die Kläranlagen Energie und folglich Geld für einen Teil der Phosphatelimination, weil das Phosphat aus dem Urin, bevor er zur Kläranlage gelangt, nutzbringend ausgefällt wird und lediglich die Urinrückstände ohne Phosphat zur Kläranlage gelangen [19].
Ferner sind viele Ansatzorte gegeben, an denen das Phosphatrecycling stattfinden kann.
In Kläranlagen gibt es häufig das Problem, dass bei einer zu hohen Phosphatkonzentration im Abwasser MAP unkontrolliert als Feststoff ausfällt und auf diese Weise z. B. Rohre in Kläranlagen ungewollt verstopft werden. Dadurch, dass weniger Phosphat die Kläranlagen erreicht, wird dieses Problem gemildert [7, 8, 21].
Bei bestimmten Ansatzorten wie z. B. Fußballstadien liegt darüber hinaus der Vorteil vor, dass Fußball als populärster Sport in Deutschland die ideale Plattform bietet das globale Phosphatproblem, welches schwerwiegender als das Erdölproblem ist [18], in den öffentlichen Fokus zu bringen. Dadurch kann sich das Bewusstsein der Menschen zum Umweltschutz ändern, sodass sie zum Umweltschutz animiert werden und darüber nachdenken.
Literatur

[1] http://www.sswm.info/sites/default/files/reference_attachments/BAFU%8810%8Rueckgewinnung%8von%8Phosphor%8aus%8der%8AbwasserreinigungGERMAN.pdf
[2] http://www.jki.bund.de/fileadmin/dam_uploads/koordinierend/bs_naehrstofftage/phosphor_landwirtschaft/Poster_Kern.pdf
[3] http://www.umweltdaten.de/publikationen/fpdf-I/3471.pdf
[4] http://www.lanuv.nrw.de/wasser/abwasser/forschung/pdf/Abschlussbericht%8Teil%8C_Phosphor.pdf
[5] http://www.lanuv.nrw.de/wasser/abwasser/forschung/pdf/Abschlussbericht_phosphorrueckgewinnung.pdf
[6] http://www.bmu.de/files/pdfs/allgemein/application/pdf/vortrag_01.pdf
[7] http://www.bwb.de/content/language1/downloads/Flyer_Berliner_Pflanze_web.pdf
[8] http://www.bwb.de/content/language1/html/6946.php
[9] http://www.mittelstandswiki.de/811/03/nachhaltige-agrarwirtschaftdungerengpass-betroht-weltnahrungsmittelproduktion/
[10] http://www.wte-expo.com/UserFiles/File/wte/ThermoSystem%8GmbH_Dr_%8Steffen%8Ritterbusch_60511.pdf?PHPSESSID=8a010844cf38b2a18342397e6557c
[11] http://www.wissenschaft-online.de/artikel/1024445&_z=859070
[12] http://www.zeit.de/805/23/N-Phosphatkrise/seite-5
[13] http://dlz.agrarheute.com/phosphat
[14] http://www.umweltdaten.de/publikationen/fpdf-I/2156.pdf
[15] http://e-collection.library.ethz.ch/eserv/eth:1152/eth-1152-01.pdf
[16] http://www.urserver.de/hegy/CHP5_urpc_Harnstoffspaltung_durch_Urease.pdf
[17] http://www.isitech.com/fileadmin/pb/pdf-Dateien/Urease_Leitfaehigkeit.pdf
[18] http://www.pm-magazin.de/a/zeitbombe-phosphor
[19] http://www.nzz.ch/807/03/6/ws/articleEZYIZ.html
[20] http://www.lenntech.de/pse/elemente/mg.htm
[21] http://www.geberit.de/geberit/inet/de/wcmsde.nsf/files/usr-pdfFachbericht_Urinsteinbildung.pdf/$file/Fachbericht_Urinsteinbildung.pdf
Alle Internetquellen mit den angegebenen Links wurden am Montag, 2. Januar 2012, von 13:00 Uhr bis 13:30 Uhr das letzte Mal genutzt.

Claims

Verfahren zur Gewinnung des Düngemittels Magnesiumammoniumphosphat (MAP), dadurch gekennzeichnet, dass das MAP aus Urin in wasserlosen bzw. wassersparenden Urinalen durch Zugabe des Enzyms Urease und Magnesiumchlorid gewonnen wird.
Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 an allen Toiletten sowie an allen Sammelorten für menschlichen und tierischen Urin.