DE102019131391A1 - Process for sewage sludge treatment and sewage sludge plant - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft betrifft ein Verfahren zur Klärschlammaufbereitung sowie eine Klärschlammanlage.Es ist daher Aufgabe der Erfindung die Nachteile des Standes der Technik zu beseitigen und ein Klärschlammaufbereitungsverfahren bereitzustellen, welches auf eine Verwendung von Flockungsmitteln verzichtet, welches Schadstoffe, insbesondere Schwermetalle, pharmazeutische Verbindungen und Mikroplastik, aus Rohschlamm extrahiert, welches Transport- und Entsorgungskosten reduziert und vorhandene Güter, insbesondere eine kohlenstoffhaltige, nährstoff- und schadstoffarme Restfraktion, Phosphor, Methan usw. in wirtschaftlich relevante Güter effektiv transformiert und damit einen Wertschöpfungsprozess offenbart. Es ist zudem Aufgabe eine Klärschlammanlage bereitzustellen, welche nachrüstbar in bestehende Klärschlammanlagen ist,Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die in den Ansprüchen aufgeführten Merkmale.The invention relates to a method for sewage sludge treatment and a sewage sludge plant. It is therefore the object of the invention to eliminate the disadvantages of the prior art and to provide a sewage sludge treatment method which dispenses with the use of flocculants, which contain pollutants, in particular heavy metals, pharmaceutical compounds and microplastics, extracted from raw sludge, which reduces transport and disposal costs and effectively transforms existing goods, in particular a residual fraction containing carbon, low in nutrients and pollutants, phosphorus, methane, etc. into economically relevant goods and thus reveals a value creation process. It is also an object to provide a sewage sludge plant that can be retrofitted in existing sewage sludge plants. This problem is solved by the features listed in the claims.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Klärschlammaufbereitung sowie eine Klärschlammanlage.The invention relates to a method for sewage sludge treatment and a sewage sludge plant.
Eine Kläranlage, auch Abwasserbehandlungsanlage genannt, ist eine technische Anlage zur Reinigung von Abwasser. Zur Reinigung der Gewässer verunreinigenden Bestandteile der Abwässer werden mechanische (auch physikalische genannt), biologische und chemische Verfahren eingesetzt. Während des Abwasserreinigungsprozess entsteht überschüssiger Klärschlamm, welcher behandelt werden muss. Diese Behandlung erfolgt in zwei Schritten: Stabilisierung und Mengenreduzierung. Stabilisierung bedeutet dabei den weitgehenden Abbau der im Klärschlamm enthaltenden organischen Substanzen (Mineralisierung) und erfolgt auf kleinen Kläranlagen aerob direkt in der Belebung und auf großen Kläranlagen anaerob in Faultürmen. Damit beinhaltet die Stabilisierung bereits eine gewisse Reduzierung der Klärschlammmenge. Die Stabilisierung hat zum Ziel, dass im Anschluss biologische oder chemische Umsetzungsprozesse nur noch begrenzt oder sehr langsam ablaufen, damit eine Klärschlammverwertung erfolgen kann. Die eigentliche Mengenreduzierung wird jedoch durch eine Abtrennung von Wasser aus dem Klärschlamm erreicht. Übliche Verfahren sind hier die Schlammeindickung oder -entwässerung mit entsprechenden Maschinen und chemischen Hilfsmitteln, wie beispielsweise Flockungsmitteln. Der Einsatz von Flockungsmitteln zur Fest-/Flüssigtrennung erhöht die Effizient einer Abtrennung von der Flüssigkeit vom Schlamm.A sewage treatment plant, also known as a wastewater treatment plant, is a technical system for cleaning wastewater. Mechanical (also called physical), biological and chemical processes are used to purify the water-polluting components of the wastewater. Excess sewage sludge is produced during the wastewater treatment process and has to be treated. This treatment takes place in two steps: stabilization and volume reduction. Stabilization means the extensive breakdown of the organic substances contained in the sewage sludge (mineralization) and takes place aerobically directly in the activation process on small sewage treatment plants and anaerobically in digestion towers on large sewage treatment plants. The stabilization thus already includes a certain reduction in the amount of sewage sludge. The aim of stabilization is to ensure that subsequent biological or chemical conversion processes only take place to a limited extent or very slowly, so that sewage sludge can be recycled. The actual quantity reduction is achieved, however, by separating water from the sewage sludge. The usual methods here are sludge thickening or dewatering with appropriate machines and chemical aids, such as flocculants. The use of flocculants for solid / liquid separation increases the efficiency of the separation of the liquid from the sludge.
Durch Zugabe von Flockungsmitteln werden die im Klärschlamm sehr feinteiligen Partikel im Mikro- bis Nanometerbereich zu großvolumigen, rasch sedimentierenden Flocken vereinigt und damit die Effektivität mechanischer Fest-/Flüssig-Trennungen erheblich gesteigert. Als Flockungsmittel kommen anorganische Verbindungen wie Eisen- oder Aluminiumsalze zur Anwendung. Nachteilig sind hierbei jedoch die hohen Einsatzmengen an Flockungsmengen, die eine Eindickung des Schlamms verursachen. Die meisten Flockungsprozesse verwenden deshalb wasserlösliche, organische Polymere als Flockungsmittel.By adding flocculants, the very fine particles in the sewage sludge in the micrometer to nanometer range are combined into large-volume, rapidly sedimenting flakes and thus the effectiveness of mechanical solid / liquid separations is considerably increased. Inorganic compounds such as iron or aluminum salts are used as flocculants. The disadvantage here, however, are the large amounts of flocculation used, which cause the sludge to thicken. Most flocculation processes therefore use water-soluble, organic polymers as flocculants.
Als polymere Flockungsmittel kommen sowohl synthetische als auch natürliche Polymere zur Anwendung. Flockungsmittel auf Basis synthetischer Polymere haben den Vorteil, dass sie sehr spezifisch hinsichtlich chemischer Struktur und molekularer Parameter für den jeweiligen Anwendungsfall herstellbar sind. Das hat dazu geführt, dass eine größere Zahl von Flockungsmitteln kommerziell verfügbar ist, jedoch sehr teuer in ihrer Anschaffung sind.Both synthetic and natural polymers are used as polymeric flocculants. Flocculants based on synthetic polymers have the advantage that they can be produced very specifically with regard to chemical structure and molecular parameters for the respective application. This has resulted in a greater number of flocculants being commercially available but very expensive to purchase.
Der Einsatz von polymeren Flockungsmitteln in der Abwasserbehandlung wird seit längerem kontrovers diskutiert. Sie sind je nach Zusammensetzung in unterschiedliche Wassergefährdungsklassen eingestuft. Gerade im Hinblick auf die zunehmende Verseuchung der Erde mit Mikroplastik ist die Verwendung von synthetischen Polymeren in der Wasseraufbereitung, insbesondere in der Trinkwasseraufbereitung, als problematisch zu betrachten.The use of polymeric flocculants in wastewater treatment has been discussed controversially for a long time. Depending on their composition, they are classified in different water hazard classes. In view of the increasing contamination of the earth with microplastics, the use of synthetic polymers in water treatment, especially in drinking water treatment, is to be regarded as problematic.
Alternativ werden biologisch abbaubare Flockungsmittel auf Basis nachwachsender Rohstoffe verwendet. Bei ihrer Anwendung jedoch als Flockungsmittel kann eine Bildung weniger stabiler Flocken, wie sie für mechanische Entwässerungsprozesse erforderlich sind, auftreten.Alternatively, biodegradable flocculants based on renewable raw materials are used. When they are used as flocculants, however, the formation of less stable flocs, as required for mechanical dewatering processes, can occur.
Darstellung der ErfindungPresentation of the invention
Es ist daher Aufgabe der Erfindung die Nachteile des Standes der Technik zu beseitigen und ein Klärschlammaufbereitungsverfahren bereitzustellen, welches auf eine Verwendung von Flockungsmitteln verzichtet, welches Schadstoffe, insbesondere Schwermetalle, pharmazeutische Verbindungen und Mikroplastik, aus Rohschlamm extrahiert, welches Transport- und Entsorgungskosten reduziert und vorhandene Güter, insbesondere eine kohlenstoffhaltige, nährstoff- und schadstoffarme Restfraktion, Phosphor, Methan usw. in wirtschaftlich relevante Güter effektiv transformiert und damit einen Wertschöpfungsprozess ermöglicht.It is therefore the object of the invention to eliminate the disadvantages of the prior art and to provide a sewage sludge treatment process which dispenses with the use of flocculants, which extracts pollutants, in particular heavy metals, pharmaceutical compounds and microplastics, from raw sludge, which reduces transport and disposal costs and reduces existing ones Goods, in particular a residual fraction containing carbon, low in nutrients and pollutants, phosphorus, methane, etc., are effectively transformed into economically relevant goods and thus enable a value creation process.
Es ist zudem Aufgabe eine Klärschlammanlage bereitzustellen, welche auf eine Verwendung von Flockungsmitteln verzichtet, welche Schadstoffe, insbesondere Schwermetalle, pharmazeutische Verbindungen und Mikroplastik, aus Rohschlamm extrahiert, welche Transport- und Entsorgungskosten reduziert und vorhandene Güter, insbesondere eine kohlenstoffhaltige, nährstoff- und schadstoffarme Restfraktion, Phosphor, Methan usw. in wirtschaftlich relevante Güter effektiv transformiert und damit einen Wertschöpfungsprozess ermöglicht und welche nachrüstbar in bestehende Klärschlammanlagen istIt is also an object to provide a sewage sludge plant that dispenses with the use of flocculants, which extracts pollutants, in particular heavy metals, pharmaceutical compounds and microplastics, from raw sludge, which reduces transport and disposal costs, and existing goods, in particular a residual fraction containing carbon, low in nutrients and pollutants , Phosphorus, methane etc. are effectively transformed into economically relevant goods, thus enabling a value-added process and which can be retrofitted in existing sewage sludge plants
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die in den Ansprüchen aufgeführten Merkmale.This problem is solved by the features listed in the claims.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen wird ein Verfahren zur Aufbereitung von Klärschlamm zur Gewinnung von Phosphor, einem Bodenverbesser und schadstoff- und nährstoffarmen gereinigtem Wasser und anderen Produkten offenbart, wobei der Klärschlamm eine feste und eine flüssige Phase aufweist. Das Verfahren weist hierfür folgende Verfahrensschritte auf, wobei es denkbar ist, das Verfahren auch in einer anderen als der im Folgenden beschriebenen Reihenfolge durchzuführen:
- a. pH-Wert-Absenkung des Klärschlamms auf einen Wert von 1-3,5 mittels Zugabe von Phosphorsäure. Mittels der Zugabe von Phosphorsäure in den Klärschlamm erfolgt eine Ionisation der Atome und Moleküle in dem Klärschlamm, was zu einer Lösung der Schwermetalle und des Phosphors in die flüssige Phase führt.
- b. Ferner erfolgt eine Zerstörung der Zellstrukturen im Klärschlamm. Dies erfolgt mittels einer Ultraschalldesintegrationsbehandlung des Klärschlamms zur Aufspaltung fast aller pharmazeutischen Verbindungen und zur Übertragung der restlichen Schadstoffe in die flüssige Phase. Mittels der Cavitationsblasen, welche sich durch die Ultraschallbehandlung bilden und implodieren, erfolgt die Zerstörung der Zellstrukturen und der Schadstoffe, welche in den Zellstrukturen eingebunden sind. Die in der Zellstruktur gebundenen Phosphate werden ebenfalls freigesetzt, was zu einer höheren Effektivität bei der Phosphorrückgewinnung führt. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können bei der Ultraschalldesintegration verschiedene physikalische und chemische Wirkungsmechanismen zum Tragen kommen:
- i. Microjets: Flüssigkeitsstrahlen bis 100 m/s
- ii. Shockwaves: Druckwellen (bis 103 MPa) mit enormen Scherkräften
- iii. Hotspots: Kurzfristige Temperaturen bis 5000° C und oder Drücken bis zu 500 bar
- iv. Sonochemie: Radikalbildung von *OH und *H
- v. Hydrolysevorgänge
- c. Ferner erfolgt eine Fest-Flüssigtrennung mittels Zentrifugierens des Klärschlamms, sowie Nachfiltrieren des Klärschlamms mittels Anschwemmfiltern. Mittels des Zentrifugierens und des Filterns des Klärschlamms wird ein kohlenstoffhaltiger, nährstoff- und schadstoffarmer Feststoff und eine nähr- und schadstoffreiche Flüssigkeit gebildet. Dieser Schritt bewirkt eine gute Abtrennung der Feststoffe von der Flüssigkeit und macht eine Verwendung von Flockungsmitteln unnötig. Zur Verbesserung kann der Schritt der Fest-Flüssigtrennung beliebig oft wiederholt werden. Die entstandene kohlenstoffhaltige, nährstoff- und schadstoffarme Restfraktion kann zur Wertschöpfung einem nährstoffreichen Produkt in Form von Düngemitteln oder Pflanzenkohle hinzugefügt wird. Beispielsweise kann mittels des entstandenen Feststoffes in Verbindung mit Pflanzenkohle ein guter Bodenverbesserer hergestellt werden, welcher damit vergleichbar ist mit Terra preta. Terra preta ist die Bezeichnung für einen fruchtbaren, im Amazonasbecken anzutreffenden anthropogenen Boden. Der Boden besteht aus einer Mischung von Holz- und Pflanzenkohle, menschlichen Fäkalien, Dung und Kompost, durchsetzt mit Tonscherben und gelegentlich auch Knochen sowie Fischgräten. Pflanzenkohle kombiniert mit dem entstandenen Feststoff ist einsatzbar in der Landwirtschaft als Bodenverbesserer und Trägerstoff für Düngemittel sowie als Hilfsstoff für die Kompostierung und Nährstofffixierung von Gülle zugelassen. Fernern kann der entstandene Feststoff einer landwirtschaftlichen Verbringung unterzogen werden.
- d. Ferner erfolgt ein Entfrachten bzw. Entfernen der Schadstoffe aus der nähr- und schadstoffreichen Flüssigkeit mittels Hybridkieselgelfiltration, Fällung und/oder Ionisation. Bei den Schadstoffen handelt es sich hauptsächlich um Schwermetalle.
- e. Ferner erfolgt eine Phosphorrückgewinnung aus der nährstoffreichen und schadstoffarmen Flüssigkeit mittels eines chemischen Verfahrens. Dieser Schritt setzt eine Magnesium-Ammonium-Phosphat-Fällung (MAP-Fällung), welche einen Aufschluss einer phosphor- und stickstoffhaltigen Verbindung in Form von Struvit beinhaltet, voraus. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann zur Aufbereitung des Klärschlamms vor dem Verfahrensschritt a) eine Vorbehandlung des Klärschlamms erfolgen, wobei die Vorbehandlung eine biologische Vorreinigung sein kann.
- a. Lowering the pH of the sewage sludge to a value of 1-3.5 by adding phosphoric acid. By adding phosphoric acid to the sewage sludge, the atoms and molecules in the sewage sludge are ionized, which leads to a solution of the heavy metals and phosphorus in the liquid phase.
- b. Furthermore, the cell structures in the sewage sludge are destroyed. This is done by means of an ultrasonic disintegration treatment of the sewage sludge to break down almost all pharmaceutical compounds and to transfer the remaining pollutants into the liquid phase. By means of the cavitation bubbles, which form and implode as a result of the ultrasound treatment, the cell structures and the pollutants that are integrated in the cell structures are destroyed. The phosphates bound in the cell structure are also released, which leads to a higher efficiency in phosphorus recovery. According to various embodiments, various physical and chemical mechanisms of action can come into play during ultrasonic disintegration:
- i. Microjets: liquid jets up to 100 m / s
- ii. Shockwaves: Pressure waves (up to 103 MPa) with enormous shear forces
- iii. Hotspots: Short-term temperatures up to 5000 ° C and / or pressures up to 500 bar
- iv. Sonochemistry: radical formation of * OH and * H
- v. Hydrolysis processes
- c. Furthermore, there is a solid-liquid separation by centrifuging the sewage sludge, as well as post-filtering the sewage sludge by means of precoat filters. By centrifuging and filtering the sewage sludge, a carbon-containing, nutrient and pollutant-poor solid and a nutrient and pollutant-rich liquid are formed. This step provides good separation of the solids from the liquid and makes the use of flocculants unnecessary. To improve this, the solid-liquid separation step can be repeated as often as required. The resulting carbon-containing, nutrient- and pollutant-poor residual fraction can be added to a nutrient-rich product in the form of fertilizers or biochar to create value. For example, a good soil improver can be produced using the resulting solid in combination with biochar, which is comparable to terra preta. Terra preta is the name for a fertile anthropogenic soil found in the Amazon basin. The soil consists of a mixture of charcoal and biochar, human feces, manure and compost, interspersed with potsherds and occasionally bones and fish bones. Biochar combined with the resulting solid can be used in agriculture as a soil conditioner and carrier for fertilizers as well as approved as an additive for composting and nutrient fixation of manure. Furthermore, the resulting solid can be subjected to an agricultural shipment.
- d. Furthermore, the pollutants are released or removed from the nutrient and pollutant-rich liquid by means of hybrid silica gel filtration, precipitation and / or ionization. The pollutants are mainly heavy metals.
- e. Furthermore, phosphorus is recovered from the nutrient-rich and low-pollutant liquid by means of a chemical process. This step requires a magnesium-ammonium-phosphate precipitation (MAP precipitation), which includes a breakdown of a phosphorus and nitrogen-containing compound in the form of struvite. According to various embodiments, a pretreatment of the sewage sludge can take place for the preparation of the sewage sludge before method step a), wherein the pretreatment can be a biological pre-cleaning.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann zur Aufbereitung des Klärschlamms vor dem Verfahrensschritt a) eine Vorbehandlung des Klärschlamms erfolgen, wobei die Vorbehandlung eine biologische Vorreinigung sein kann.According to various embodiments, a pretreatment of the sewage sludge can take place for the treatment of the sewage sludge before method step a), wherein the pre-treatment can be a biological pre-cleaning.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen wird für die Phosphatrückgewinnung das folgende chemische Verfahren verwendet:
- PARFORCE-Verfahren (Phosphoric Acid Recovery From Organic Residues and Chemicals by Electrochemistry). Die PARFORCE-Technologie ist ein flexibles, umweltfreundliches chemisches Verfahren zur Gewinnung von universell einsetzbarer Phosphorsäure durch Verwertung von phosphathaltigen Abfällen. Das PARFORCE-Verfahren ist ein nasschemisches Verfahren, in dem im ersten Prozessschritt mittels Salz- oder Salpetersäure der zu verarbeitende phosphathaltige Primär- oder Sekundärrohstoff in einem Aufschlussreaktor chemisch aufgeschlossen wird. Die Aufschlusssuspension wird in einem zweiten Schritt filtriert und die Phosphorsäure in einem dritten Prozessschritt durch einen Membranprozess abgetrennt. Bei der Veredelung von Magnesiumammoniumphosphat (MAP)- auch Struvit genannt (Rückstand der Schlammbehandlung in Kläranlagen) - entsteht als Nebenprodukt Magnesiumchlorid, das als Magnesiumquelle für die Struvit-Kristallisation im Klärwerk wiederverwendet werden kann und somit den Stoffkreislauf im Klärwerk wieder zugeführt werden kann. Ferner kann mittels des PARFORCE-Verfahrens die im Verfahren eingesetzte Phosphorsäure zurückgewonnen werden.
- PARFORCE process (Phosphoric Acid Recovery From Organic Residues and Chemicals by Electrochemistry). The PARFORCE technology is a flexible, environmentally friendly chemical process for the production of universally applicable phosphoric acid by recycling phosphate-containing waste. The PARFORCE process is a wet chemical process in which, in the first process step, the primary or secondary raw material containing phosphate is chemically digested in a digestion reactor using hydrochloric or nitric acid. The digestion suspension is filtered in a second step and the phosphoric acid is separated off in a third process step using a membrane process. The refinement of magnesium ammonium phosphate (MAP) - also known as struvite (residue from sludge treatment in sewage treatment plants) - is a by-product Magnesium chloride, which can be reused as a magnesium source for struvite crystallization in the sewage treatment plant and can thus be fed back into the material cycle in the sewage treatment plant. Furthermore, the phosphoric acid used in the process can be recovered by means of the PARFORCE process.
Die Verwendung alternativer Verfahren zur Phosphatrückgewinnung ist denkbar.The use of alternative methods for phosphate recovery is conceivable.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens kann das MAP-Produkt als Düngemittel weiterverwendet werden.According to various embodiments of the method according to the invention, the MAP product can be used as a fertilizer.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann Phosphorsäure auch direkt aus der Klärschlammfraktion zurückgewonnen werden. Die Bildung von MAP-Kristallen (MAP-Produkt) wird jedoch bevorzugt. Vorteilhafterweise können auf diese Weise die gebildeten MAP-Produkte in den lokalen Klärschlammanlagen gesammelt und zu einer zentralen Phosphatrückgewinnunganlage transportiert werden, um dann daraus Phosphorsäure zurück zu gewinnen. Die Rückgewinnung aus den MAP-Produkten kann jedoch auch direkt in der lokalen Klärschlammanlage erfolgen. Ferner ist denkbar, dass die MAP-Produkte für die Herstellung von Düngemitteln weiterverwendet werden.According to various embodiments, phosphoric acid can also be recovered directly from the sewage sludge fraction. However, the formation of MAP crystals (MAP product) is preferred. In this way, the MAP products formed can advantageously be collected in the local sewage sludge plants and transported to a central phosphate recovery plant in order to then recover phosphoric acid therefrom. However, the recovery from the MAP products can also take place directly in the local sewage sludge plant. It is also conceivable that the MAP products will continue to be used for the production of fertilizers.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann bezüglich der Eigenenergiegewinnung auf verschiedene Energieerzeugungsverfahren zurückgegriffen werden. Beispielsweise eine Energieerzeugung mittels Photovoltaikanlagen und/oder mittels Methanverbrennung, wobei eine Methanproduktion durch eine zusätzliche Faulung erreicht wird. Die Faulung bietet den Vorteil, dass weitere pharmazeutische Verbindungen abgebaut werden können.According to various embodiments, various energy generation methods can be used with regard to the generation of self-generated energy. For example, energy generation by means of photovoltaic systems and / or by means of methane combustion, with methane production being achieved through additional digestion. The digestion has the advantage that further pharmaceutical compounds can be broken down.
Zur Lösung der Aufgabe wird auch eine Klärschlammanlage zur Aufbereitung von Klärschlamm zur Gewinnung von Phosphor, einem Bodenverbesserer und nährstoff- und schadstoffarmen gereinigtem Wasser und weiteren Produkten vorgeschlagen. Die Klärschlammanlage weist hierfür folgendes auf:
- • einen ersten Behälter zur Aufnahme des Klärschlamms und zur Senkung des pH-Wertes des Klärschlamms,
- • einen Ultraschalldesintegrationsreaktor zur Zerstörung der Zellstrukturen im Klärschlamm,
- • eine Zentrifuge und/oder einen Anschwemmfilter zur Fest-Flüssig-Trennung,
- • einen Fällungsreaktor, einen Ionenaustauscher und/oder einen Filterreaktor zur Schadstoffentfernung, wobei der Filterreaktor derart ausgestaltet ist, eine Hybridkieselgelfiltration durchzuführen,
- • einen MAP-Reaktor zur Phosphorrückgewinnung.
- • a first container to hold the sewage sludge and to lower the pH value of the sewage sludge,
- • an ultrasonic disintegration reactor to destroy the cell structures in the sewage sludge,
- • a centrifuge and / or a precoat filter for solid-liquid separation,
- • a precipitation reactor, an ion exchanger and / or a filter reactor for removing pollutants, the filter reactor being designed to perform a hybrid silica gel filtration,
- • a MAP reactor for phosphorus recovery.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen verwendet die vorgeschlagene Klärschlammanlage das Verfahren nach Anspruch 1.According to various embodiments, the proposed sewage sludge plant uses the method according to claim 1.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen ist der Ultraschalldesintegrator in Form eines Schlaufenreaktors ausgebildet.According to various embodiments, the ultrasonic disintegrator is designed in the form of a loop reactor.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann zur Aufbereitung des Klärschlamms ein weiterer Behälter zur Vorbehandlung des Klärschlamms vorgesehen sein, wobei die Vorbehandlung eine biologische Vorreinigung sein kann.According to various embodiments, a further container for pretreating the sewage sludge can be provided for processing the sewage sludge, wherein the pretreatment can be a biological pre-cleaning.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen wird für die Phosphatrückgewinnung das folgende chemische Verfahren verwendet:
- Parforce-Verfahren. Die Verwendung alternativer Verfahren zur Phosphatrückgewinnung sind denkbar.
- Parforce procedure. The use of alternative methods for phosphate recovery is conceivable.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann bezüglich der Eigenenergiegewinnung auf verschiedene Energieerzeugungsverfahren zurückgegriffen werden. Beispielsweise eine Energieerzeugung mittels Photovoltaikanlagen und/oder mittels Methanverbrennung, wobei eine Methanproduktion durch eine zusätzliche Faulung erreicht wird. Die Faulung bietet den Vorteil, dass weitere pharmazeutische Verbindungen abgebaut werden. Hierfür weist die erfindungsgemäße Klärschlammanlage entsprechende Energieerzeugungsanlagen auf. Ein zusätzlicher Behälter zur Aufnahme des Klärschlamms in welchem eine Faulung zur Methanproduktion durchgeführt wird, kann gemäß verschiedenen Ausführungsformen angeordnet sein.According to various embodiments, various energy generation methods can be used with regard to the generation of self-generated energy. For example, energy generation by means of photovoltaic systems and / or by means of methane combustion, with methane production being achieved through additional digestion. The digestion has the advantage that further pharmaceutical compounds are broken down. For this purpose, the sewage sludge system according to the invention has corresponding energy generation systems. An additional container for receiving the sewage sludge, in which digestion for methane production is carried out, can be arranged according to various embodiments.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen werden verwendete Filterhilfsmittel nach der Schadstoffentfrachtung im Verfahrensschritt d) regeneriert und/oder zurückgewonnen werden, so dass beispielsweise Hybridkieselgel, Ionenaustauscher und/oder Harze wieder zurückgewonnen und wieder dem Klärschlammreinigungsverfahren zurückgeführt werden kann.According to various embodiments, filter aids used are regenerated and / or recovered after the pollutant removal in process step d) so that, for example, hybrid silica gel, ion exchangers and / or resins can be recovered and returned to the sewage sludge cleaning process.
Zur Lösung der Aufgabe wird ebenfalls ein Nachrüstkonzept für bestehende Klärschlammaufbereitungsanlagen vorgeschlagen, wobei das Nachrüstkonzept einen Einbau folgender Komponenten umfasst:
- • eines ersten Behälters zur Aufnahme des Klärschlamms und zur Senkung des pH-Wertes des Klärschlamms,
- • eines Ultraschalldesintegrationsreaktor zur Zerstörung der Zellstrukturen im Klärschlamm,
- • einer Zentrifuge und/oder eines Anschwemmfilters zur Fest-Flüssig-Trennung,
- • eines Fällungsreaktors, eines Ionenaustauschers und/oder eines Filterreaktors zur Schadstoffentfernung, wobei der Filterreaktor derart ausgestaltet ist, eine Hybridkieselgelfiltration durchzuführen,
- • eines MAP-Reaktors zur Phosphorrückgewinnung.
- • a first container to hold the sewage sludge and to lower the pH value of the sewage sludge,
- • an ultrasonic disintegration reactor to destroy the cell structures in the sewage sludge,
- • a centrifuge and / or a precoat filter for solid-liquid separation,
- • a precipitation reactor, an ion exchanger and / or a filter reactor for removing pollutants, the filter reactor being designed to perform a hybrid silica gel filtration,
- • a MAP reactor for phosphorus recovery.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen ist der Ultraschalldesintegrator in Form eines Schlaufenreaktors ausgebildet.According to various embodiments, the ultrasonic disintegrator is designed in the form of a loop reactor.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann zur Aufbereitung des Klärschlamms der Einbau eines weiteren Behälters zur Vorbehandlung des Klärschlamms erfolgen, wobei die Vorbehandlung eine biologische Vorreinigung sein kann.According to various embodiments, a further container can be installed for the treatment of the sewage sludge for the treatment of the sewage sludge, wherein the pre-treatment can be a biological pre-cleaning.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen wird für die Phosphatrückgewinnung das folgende chemische Verfahren verwendet:
- Parforce-Verfahren. Die Verwendung alternativer Verfahren zur Phosphatrückgewinnung sind denkbar.
- Parforce procedure. The use of alternative methods for phosphate recovery is conceivable.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens kann das MAP-Produkt als Düngemittel weiterverwendet werden.According to various embodiments of the method according to the invention, the MAP product can be used as a fertilizer.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann bezüglich der Eigenenergiegewinnung auf verschiedene Energieerzeugungsverfahren zurückgegriffen werden, wobei ein Einbau erforderlicher Komponenten für die jeweilige Erzeugungsart notwendig ist. Beispielsweise erfordert die Verwendung einer Photovoltaikanlage den Einbau entsprechender Solarzellen und Transformatoren. Die Verwendung einer Methanverbrennung erfordert den Einbau einer entsprechenden Verbrennungsanlage, sowie eventuell eines zusätzlichen Behälters in welchem durch Faulung des Klärschlamms Methan erzeugt und aufgefangen werden kann.According to various embodiments, different energy generation methods can be used with regard to the generation of self-generated energy, with the installation of required components for the respective type of generation being necessary. For example, the use of a photovoltaic system requires the installation of appropriate solar cells and transformers. The use of methane incineration requires the installation of an appropriate incineration system and possibly an additional container in which methane can be generated and collected by digesting the sewage sludge.
Vorteilhaft an dem erfindungsgemäßen Verfahren, der erfindungsgemäßen Klärschlammanlage sowie der erfindungsgemäßen Nachrüstkonzept ist die Kosteneinsparung auf der Entsorgungsseite. Klärschlammfraktionen müssen nicht mühsam und teuer entwässert, transportiert und entsorgt (verbrannt) werden. Es erfolgt ein Wertschöpfungsgewinn indem vorhandene Güter in Güter mit höherem Geldwert transformiert werden. Klärschlammfraktionen können durch die Schadstoffbeseitigung rechtskonform wieder in die Landwirtschaft eingebracht werden. Es werden hierfür keine teuren und umweltverschmutzenden Polymere eingesetzt. Ferner erfolgt rechtsfonform eine Phosphorrückgewinnung. Die Forderungen der Klärschlammverordnung 2017, dass der Klärschlammerzeuger den in seiner Abwasserbehandlungsanlage anfallenden Klärschlamm möglichst hochwertig zu verwerten hat, sowie dass eine Rückgewinnung von Phosphor und eine Rückführung des gewonnenen Phosphors in den Wirtschaftskreislauf anzustreben ist, werden mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens vollumfänglich entsprochen. Es gibt eine Vielzahl von Ansätzen, die Phosphor aus Klärschlämmen zurückgewinnen. Der weitaus größte Teil dieser Ansätze zielt jedoch hauptsächlich auf die Erzeugung von Düngemittel. Diese müssen zum einen als solche zugelassen und vor allem vom Markt akzeptiert werden. Diese Problematik besteht bei der Rückgewinnung von Phosphorsäure nicht. Darüber hinaus ist Phosphorsäure ein hochwertiger Grundstoff, dessen Marktwert die Kosten der Gewinnung übersteigt.The advantage of the method according to the invention, the sewage sludge plant according to the invention and the retrofitting concept according to the invention is the cost savings on the disposal side. Sewage sludge fractions do not have to be laboriously and expensively dewatered, transported and disposed of (incinerated). There is a gain in added value by transforming existing goods into goods with a higher monetary value. By removing pollutants, sewage sludge fractions can be returned to agriculture in a legally compliant manner. No expensive and polluting polymers are used for this. Phosphorus is also recovered legally. The requirements of the Sewage Sludge Ordinance 2017 that the sewage sludge producer has to utilize the sewage sludge arising in his wastewater treatment plant as high quality as possible, as well as that a recovery of phosphorus and a return of the recovered phosphorus to the economic cycle are to be aimed for, are fully met by means of the method according to the invention. There are a variety of approaches to recover phosphorus from sewage sludge. The vast majority of these approaches, however, are mainly aimed at the production of fertilizer. On the one hand, these must be approved as such and, above all, accepted by the market. This problem does not exist with the recovery of phosphoric acid. In addition, phosphoric acid is a valuable raw material, the market value of which exceeds the cost of extraction.
In der erfindungsgemäßen Klärschlammaufbereitung werden vorab durch Ultraschalldesintegration, einer Fest-Flüssigkeitstrennung und einer Filtration Schwermetalle, sonstige Schadstoffe, resistente Keime und Pharmazeutische Rückstände (beispielsweise Antibiotikarückstände) vom Klärschlamm abgetrennt. Es erfolgt ferner eine gezielte Nährstoffrückgewinnung in Form von Stickstoff und Phosphorrecycling, so dass am Ende ein nährstoffarmes gereinigtes Wasser und ein schadstofffreier Feststoff entsteht, welcher durch eine Nährstoffaufbereitung zu einem Bodenverbesserer hergestellt werden kann.In the sewage sludge treatment according to the invention, heavy metals, other pollutants, resistant germs and pharmaceutical residues (for example antibiotic residues) are separated from the sewage sludge beforehand by ultrasonic disintegration, solid-liquid separation and filtration. There is also a targeted recovery of nutrients in the form of nitrogen and phosphorus recycling, so that in the end a nutrient-poor, purified water and a pollutant-free solid are created, which can be made into a soil improver through nutrient processing.
Durch den Einsatz eines ökotoxikologisch unbedenklichen Hybridkieselgels werden tischtennisballgroße Partikelverbünde (Agglomerate) hergestellt, welche auf der Oberfläche der Flüssigkeit schwimmen und von dort einfach entfernt werden können. Durch den Einsatz adaptiver Technologie gepaart mit einer passgenauen Materiallösung wird das verschmutze Wasser von unerwünschten organisch-chemischen Mikroschadstoffen gereinigt.By using an ecotoxicologically harmless hybrid silica gel, particle assemblies (agglomerates) the size of a table tennis ball are produced, which float on the surface of the liquid and can be easily removed from there. Through the use of adaptive technology paired with a tailor-made material solution, the polluted water is cleaned of unwanted organic-chemical micropollutants.
FigurenlisteFigure list
Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Hierzu zeigt
-
1 ein Ablaufdiagramm zum erfindungsgemäßen Verfahren
-
1 a flow chart for the method according to the invention
In der Beschreibung wird auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, in denen zur Veranschaulichung spezifische Ausführungsformen gezeigt sind, in denen die erfindungsgemäße Anordnung ausgeübt werden kann. In dieser Hinsicht wird eine Richtungsterminologie wie etwa „oben“, „unten“ usw. mit Bezug auf die Orientierung der beschriebenen Zeichnungen verwendet. Die Richtungsterminologie dient der Veranschaulichung und ist auf keinerlei Weise einschränkend.In the description, reference is made to the accompanying drawings, in which there is shown, by way of illustration, specific embodiments in which the inventive arrangement may be practiced. In this regard, will uses directional terminology such as "up,""down," etc. to refer to the orientation of the drawings being described. The directional terminology is used for purposes of illustration and is in no way limiting.
Es versteht sich, dass andere Ausführungsformen benutzt und strukturelle oder logische Änderungen vorgenommen werden können, ohne von dem Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Es versteht sich, dass die Merkmale der hierin beschriebenen verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen miteinander kombiniert werden können, sofern nicht spezifisch anders angegeben. Die folgende ausführliche Beschreibung ist deshalb nicht in einschränkendem Sinne aufzufassen, und der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung wird durch die angefügten Ansprüche definiert.It goes without saying that other embodiments can be used and structural or logical changes can be made without departing from the scope of protection of the present invention. It goes without saying that the features of the various exemplary embodiments described herein can be combined with one another, unless specifically stated otherwise. The following detailed description is therefore not to be taken in a limiting sense, and the scope of the present invention is defined by the appended claims.
In
- a. pH-Wert-Absenkung des Klärschlamms auf einen Wert von 1-3,5 mittels Zugabe von Phosphorsäure
- b. Ultraschalldesintegrationsbehandlung des Klärschlamms zur Übertragung der Nährstoffe und Schadstoffe in die flüssige Phase, sowie Aufbruch pharmazeutischer Verbindungen,
- c. Fest-Flüssigtrennung mittels Zentrifugierens des Klärschlamms, sowie Nachfiltrieren des Klärschlamms mittels Anschwemmfilter, wobei ein Feststoff gebildet wird, womit eine stoffliche Verwertung erfolgt. Ferner wird in der Fest-Flüssigtrennung eine nähr- und schadstoffreiche Flüssigkeit gebildet.
- d. Entfernen von Schadstoffen aus der nähr- und schadstoffreichen Flüssigkeit mittels Hybridkieselgelfiltration, einem lonentauscher und/oder einer Fällung, wobei eine nährstoffreiche Flüssigkeit gebildet wird.
- e. Phosphorrückgewinnung mittels chemischer Verfahren aus der nährstoffreichen- und schadstoffarmen Flüssigkeit mittels einer Magnesium-Ammonium-Phosphat-Fällung (MAP-Fällung), wobei ein MAP-Produkt, sowie nährstoffarmes gereinigtes Wasser gebildet wird.
- a. Lowering the pH of the sewage sludge to a value of 1-3.5 by adding phosphoric acid
- b. Ultrasonic disintegration treatment of the sewage sludge to transfer the nutrients and pollutants into the liquid phase, as well as breaking up pharmaceutical compounds,
- c. Solid-liquid separation by centrifuging the sewage sludge, as well as post-filtering the sewage sludge by means of a precoat filter, whereby a solid is formed, whereby a material recycling takes place. Furthermore, a liquid rich in nutrients and pollutants is formed in the solid-liquid separation.
- d. Removal of pollutants from the nutrient and pollutant-rich liquid by means of hybrid silica gel filtration, an ion exchanger and / or a precipitation, whereby a nutrient-rich liquid is formed.
- e. Phosphorus recovery using chemical processes from the nutrient-rich and low-pollutant liquid by means of magnesium-ammonium-phosphate precipitation (MAP precipitation), whereby a MAP product and nutrient-poor purified water are formed.
Gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen werden während der Ultraschalldesintegrationsbehandlung Partialdrücke bis 500 bar, sowie Partialtemperaturen von 5000° C verwendet.According to various exemplary embodiments, partial pressures of up to 500 bar and partial temperatures of 5000 ° C. are used during the ultrasonic disintegration treatment.
Es ist denkbar, dass vor dem Verfahrensschritt a) eine Vorbehandlung des Klärschlamms erfolgt, wobei die Vorbehandlung insbesondere eine biologische Vorreinigung sein kann. Weitere Behandlungstechniken, auch zwischen den Verfahrensschritten sind denkbar.It is conceivable that a pretreatment of the sewage sludge takes place before process step a), wherein the pretreatment can in particular be a biological pre-cleaning. Further treatment techniques, also between the process steps, are conceivable.
Gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen wird der im Verfahrensschritt c) gebildete Feststoff weiterverarbeitet, insbesondere zu einem Bodenverbesserer.According to various exemplary embodiments, the solid formed in method step c) is processed further, in particular into a soil improver.
Das chemische Verfahren zur Phosphorrückgewinnung ist bevorzugt ein PARFORCE-Verfahren. Die Verwendung anderer chemischer Verfahren zur Rückgewinnung von Phosphor und/oder Phosphorsäure sind denkbar. Das bei der Phosphorrückgewinnung entstandene MAP-Produkt wird bevorzugt als Düngemittel und/oder zur Weiterverarbeitung von Phosphorsäure weiterverwendet.The chemical process for phosphorus recovery is preferably a PARFORCE process. The use of other chemical processes for the recovery of phosphorus and / or phosphoric acid is conceivable. The MAP product resulting from phosphorus recovery is preferably used as a fertilizer and / or for further processing of phosphoric acid.
Gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen wird das Zentrifugieren im Verfahrensschritts c) zumindest einmal wiederholt wird. Ein mehrmaliges Wiederholen ist jedoch denkbar und kann das Endergebnis der Klärschlammfraktion positiv beeinflussen.According to various exemplary embodiments, the centrifugation in method step c) is repeated at least once. A multiple repetition is conceivable, however, and can have a positive effect on the end result of the sewage sludge fraction.
Gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen weist das Verfahren eine Eigenenergiegewinnung auf. Insbesondere bei dem Verfahren entstehendes Methan kann zur Eigenenergiegewinnung verwendet werden.According to various exemplary embodiments, the method has its own energy generation. In particular, the methane produced during the process can be used to generate its own energy.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen werden verwendete Filterhilfsmittel nach der Schadstoffentfrachtung im Verfahrensschritt d) regeneriert und/oder zurückgewonnen werden, so dass beispielsweise Hybridkieselgel, Ionenaustauscher und/oder Harze wieder zurückgewonnen und wieder dem Klärschlammreinigungsverfahren zurückgeführt werden können.According to various embodiments, filter aids used are regenerated and / or recovered after the pollutant removal in process step d) so that, for example, hybrid silica gel, ion exchangers and / or resins can be recovered and returned to the sewage sludge cleaning process.
Eine erfindungsgemäße Klärschlammanlage zur Aufbereitung von Klärschlamm zur Gewinnung von Phosphor, einem Bodenverbesserer und schadstoff- und nährstoffarmen gereinigtem Wasser (hier nicht dargestellt), weist gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen folgende Komponenten auf:
- • einen ersten Behälter zur Aufnahme des Klärschlamms und zur Senkung des pH-Wertes des Klärschlamms,
- • einen Ultraschalldesintegrationsreaktor zur Zerstörung der Zellstrukturen im Klärschlamm,
- • eine Zentrifuge zur Fest-Flüssig-Trennung,
- • einen Fällungsreaktor, einen lonentauscher und/oder einen Reaktor, welcher derart ausgestaltet ist eine Hybridkieselgelfiltration durchzuführen,
- • einen MAP-Reaktor zur Phosphorrückgewinnung.
- • a first container to hold the sewage sludge and to lower the pH value of the sewage sludge,
- • an ultrasonic disintegration reactor to destroy the cell structures in the sewage sludge,
- • a centrifuge for solid-liquid separation,
- • a precipitation reactor, an ion exchanger and / or a reactor which is designed in such a way to carry out a hybrid silica gel filtration,
- • a MAP reactor for phosphorus recovery.
Der Ultraschalldesintegrationsreaktor kann in Form eines Schlaufenreaktors ausgebildet sein, andere Ausführungsformen, welcher zur Durchführung der Ultraschalldesintegration geeignet sind, sind jedoch denkbar.The ultrasonic disintegration reactor can be designed in the form of a loop reactor, but other embodiments which are suitable for carrying out the ultrasonic disintegration are conceivable.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen ist zumindest ein weiterer Behälter vorhanden, welcher zur Vorbehandlung und/oder Zwischenbehandlung des Klärschlamms ausgeführt ist.According to various embodiments, there is at least one further container which is designed for pretreatment and / or intermediate treatment of the sewage sludge.
Die erfindungsgemäße Klärschlammanlage weist bevorzugt eine Eigenenergiegewinnungsanlage, welche gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen eine Photovoltaikanlage und/oder eine Gasverbrennungsanlage ist.The sewage sludge plant according to the invention preferably has an own energy generation plant which, according to various exemplary embodiments, is a photovoltaic plant and / or a gas combustion plant.
Die Klärschlammanlage kann einen Faulbehälter aufweisen, welcher derart ausgebildet ist, eine Faulung des Klärschlamms durchzuführen. Während einer Faulung kann Methan entstehen. Bevorzugt ist der Faulbehälter derart ausgebildet ist, darin entstehende Faulgase aufzufangen und diese der Gasverbrennungsanlage zuzuführen.The sewage sludge plant can have a digester which is designed to carry out digestion of the sewage sludge. Methane can be produced during digestion. The digester is preferably designed in such a way that the digester gases produced therein are collected and fed to the gas incineration plant.
Insbesondere ist die erfindungsgemäße Klärschlammanlage derart ausgestaltet, dass diese im Nachrüstverfahren für bestehende Klärschlammaufbereitungsanlagen eingebaut werden kann. Es ist denkbar, dass sich einzelne Komponenten, beispielsweise der MAP-Reaktor oder die Eigenenergiegewinnungsanlage, hierbei in einzelnen Containern angeordnet sind.In particular, the sewage sludge plant according to the invention is designed in such a way that it can be installed in the retrofitting process for existing sewage sludge treatment plants. It is conceivable that individual components, for example the MAP reactor or the internal energy generation system, are arranged in individual containers.
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Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE2147421A1 (en) * | 1970-09-25 | 1972-03-30 | Pennwalt Corp., Philadelphia, Pa. (V.StA.) | Process for the dewatering of aqueous primary sewage sludge |
DE3503199A1 (en) * | 1985-01-31 | 1986-08-07 | Hölter, Heinz, Dipl.-Ing., 4390 Gladbeck | Process for converting sewage sludges into soil improvers and/or fertilisers |
DE19517381C1 (en) * | 1995-05-11 | 1996-11-07 | Tesser Kurt Dipl Ing Fh | Commercial scale ultrasonic reactor for sludge treatment |
US7175683B2 (en) * | 2002-05-28 | 2007-02-13 | Chemical Biosolids, Inc. | Process for transforming sludge into NPK type granulated fertilizer |
DE202007013912U1 (en) * | 2007-10-05 | 2008-03-06 | ITA Institut für innovative Technologien GmbH | Filter device for processing zoo water |
DE102014116250A1 (en) * | 2014-11-07 | 2016-05-12 | Weber Entec GmbH & Co. KG | Method and device for treating a mixture |
DE102015105315A1 (en) * | 2015-04-08 | 2016-10-13 | EnBW Energie Baden-Württemberg AG | Phosphor recovery plant and method of operating a phosphorus recovery plant |
DE102015207061A1 (en) * | 2015-04-17 | 2016-10-20 | Universität Koblenz-Landau | Hybrid silicic acid material, in particular for fixing anthropogenic contaminants from an aquatic environment |
DE102016112300A1 (en) * | 2016-07-05 | 2018-01-11 | Werner Maier | Process for the treatment of phosphate-containing sewage sludge |
-
2019
- 2019-11-21 DE DE102019131391.0A patent/DE102019131391A1/en active Pending
Patent Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE2147421A1 (en) * | 1970-09-25 | 1972-03-30 | Pennwalt Corp., Philadelphia, Pa. (V.StA.) | Process for the dewatering of aqueous primary sewage sludge |
DE3503199A1 (en) * | 1985-01-31 | 1986-08-07 | Hölter, Heinz, Dipl.-Ing., 4390 Gladbeck | Process for converting sewage sludges into soil improvers and/or fertilisers |
DE19517381C1 (en) * | 1995-05-11 | 1996-11-07 | Tesser Kurt Dipl Ing Fh | Commercial scale ultrasonic reactor for sludge treatment |
US7175683B2 (en) * | 2002-05-28 | 2007-02-13 | Chemical Biosolids, Inc. | Process for transforming sludge into NPK type granulated fertilizer |
DE202007013912U1 (en) * | 2007-10-05 | 2008-03-06 | ITA Institut für innovative Technologien GmbH | Filter device for processing zoo water |
DE102014116250A1 (en) * | 2014-11-07 | 2016-05-12 | Weber Entec GmbH & Co. KG | Method and device for treating a mixture |
DE102015105315A1 (en) * | 2015-04-08 | 2016-10-13 | EnBW Energie Baden-Württemberg AG | Phosphor recovery plant and method of operating a phosphorus recovery plant |
DE102015207061A1 (en) * | 2015-04-17 | 2016-10-20 | Universität Koblenz-Landau | Hybrid silicic acid material, in particular for fixing anthropogenic contaminants from an aquatic environment |
DE102016112300A1 (en) * | 2016-07-05 | 2018-01-11 | Werner Maier | Process for the treatment of phosphate-containing sewage sludge |
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