DE202021001026U1 - Phosphathaltiges Düngemittel bestehend aus erhitztem Klärschlamm und zusätzlichen Alkali- und/oder Erdalkalien aus Reststoffen der Kaligewinnung - Google Patents
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Abstract
Phosphathaltiges Düngemittel, bestehend aus Klärschlamm industrieller oder kommunaler Kläranlagen, der
(a) thermisch auf Temperaturen zwischen 650 °C und 1000 °C erhitzt wurde, um eine Pyrolyse stattfinden zu lassen,
(b) dem zusätzlich Alkalien und/oder Erdalkalien zugeführt wurden, dadurch gekennzeichnet, dass die zugeführten Alkalien und/oder Erdalkalien Reststoff sind.
(a) thermisch auf Temperaturen zwischen 650 °C und 1000 °C erhitzt wurde, um eine Pyrolyse stattfinden zu lassen,
(b) dem zusätzlich Alkalien und/oder Erdalkalien zugeführt wurden, dadurch gekennzeichnet, dass die zugeführten Alkalien und/oder Erdalkalien Reststoff sind.
Description
- Technisches Gebiet:
- Die vorliegende Erfindung betrifft ein phosphathaltiges Düngemittel, das aus thermisch behandeltem Klärschlamm und einer Kalikomponente besteht.
- Zusammenfassung:
- Die Erfindung betrifft ein phosphathaltiges Düngemittel, dass aus einem thermisch behandelten Klärschlamm und einem Reststoff der Kalisalzgewinnung bzw. einem kalilaugehaltigen Reststoff der Kalisalzgewinnung besteht.
- Beschreibung:
- Stetiges Wachstum einer Gesellschaft und der zugehörigen Wirtschaft bedingt immer auch ein steigendes Aufkommen von Abfallprodukten. Alleine im Raum Deutschland fallen jährlich ca. 1,8 Mio. t Klärschlammtrockensubstanz aus kommunalen Kläranlagen an. Klärschlamm besteht zum größten Teil aus organischen Substanzen und kann als Vielstoffgemisch bezeichnet werden. In Deutschland ist die Ablagerung von Abfällen mit einem organischen Kohlenstoffanteil (bestimmt als TOC - Total Organic Carbon) auf Deponien der Klassen 0 und I von über 1 Masseprozent, der Klasse II von über 3 Masseprozent und der Klasse III von über 6 Masseprozent seit 2005 grundsätzlich unzulässig, so dass der Klärschlamm vor der Ablagerung auf einer Deponie mechanisch-biologisch oder thermisch vorbehandelt werden muss. Durch die Inhomogenität und die stark schwankenden Anteile seiner Bestandteile ist es schwer, eine einheitliche Standardzusammensetzung von Klärschlamm zu definieren. Klärschlamm enthält neben Pflanzennährstoffen wie Stickstoff und Phosphor, auch bedenkliche organische Substanzen (z. B. Arzneimittelrückstände), Schwermetalle, pathogene Organismen sowie diverse anthropogene mikro- und nanoskalige Bestandteile.
- Der Begriff „Reststoff“ wird in diesem Dokument in dem Sinne verstanden, dass Reststoffe alle beweglichen Sachen einschließen, die bei der Energieumwandlung, Herstellung, Behandlung oder Nutzung von Stoffen oder Erzeugnissen oder bei Dienstleistungen anfallen, ohne dass der Zweck der jeweiligen Handlung hierauf gerichtet ist. Ferner werden solche beweglichen Sachen verstanden, deren ursprüngliche Zweckbestimmung entfällt oder aufgegeben wird, ohne dass ein neuer Verwendungszweck unmittelbar an deren Stelle tritt.
- Nach der Verordnung zur Neuordnung der Klärschlammverwertung (AbfKlärV) muss ab 2032 die Ausbringung von Klärschlamm von Kläranlagen mit >50.000 Einwohnerwerten und ab 2029 für Kläranlagen >100.000 Einwohner auf landwirtschaftlichen Nutzflächen grundsätzlich beendet werden. In Deutschland stehen bereits eine Vielzahl verschiedener technischer Verfahren zur Phosphorrückgewinnung aus Klärschlamm, Schlammwasser und Klärschlammasche zur Verfügung. Die meisten befinden sich jedoch noch im Versuchsstadium. Allerdings übersteigen die Kosten der meisten phosphorhaltigen Recyclate den Marktpreis für mineralischen Phosphordünger um ein Vielfaches.
- Stand der Technik:
- Zum Stand der Technik zählen thermische Verfahren zur Klärschlammbehandlung, zu denen Klärschlammmonoverbrennungsanlagen gehören, die bei Temperaturen von 850°C und 950°C betrieben werden. Beim Überschreiten einer Temperatur von 950°C muss mit einer Versinterung der Asche gerechnet werden. Bei Temperaturen unter 850°C können Geruchsemissionen im Abgas auftreten. Nach der 17. BlmSchV [2] müssen auch unter ungünstigsten Bedingungen bei der Nachverbrennung eine Mindesttemperatur von 850°C und eine Verweilzeit des Schlammes von mindestens zwei Sekunden eingehalten werden, um einen vollständigen Ausbrand der Rauchgase zu erreichen.
- Ein weiteres thermisches Behandlungsverfahren ist die Monovergasung von Klärschlämmen. Dabei wird vollgetrockneter Klärschlamm zu Synthesegas umgesetzt, welches anschließend gereinigt und in einem Blockheizwerk verbrannt wird. Damit dient es der gekoppelten Erzeugung von Wärme und Strom.
- Ein Verfahren zur Eliminierung von Schadstoffen aus Klärschlamm und Verfahren zur Herstellung von Phosphaten und phosphathaltigen Verbindungen wird in
DE 10 2009 014 884 B4 beschrieben, wobei Klärschlamm in einer thermischen Reduktionsstufe eine Pyrolyse stattfindet und anschließend eine Nachverbrennung des entstandenen Klärschlammkokses unter oxidierenden Bedingungen stattfindet. - In
DE 20 2019 102 700 A1 wird ein Verfahren zur Rückgewinnung von Phosphor in Kläranlagen aus Schlamm beschrieben, wobei der Schlamm unter anaeroben Prozessbedingungen vorversäuert und anschließend der pH-Wert durch Zugabe zumindest einer alkalischen kalziumhaltigen Chemikalie auf einen pH-Wert < 7 angehoben wird. - Ein Verfahren zur chemischen Synthese von Huminstoffen aus Biomassen wird in
WO 2019 052 738 A1 beschrieben, wobei die Verfahrensschritte einer Maillard-Reaktion bei 150-250 °C, extrahieren von Verunreinigungen, Torrifizieren der Feststoffe bei 180-300 °C, Zuführung einer starken anorganischen Säure und Filtern des Gemisches. - Ein Verfahren zur Rückgewinnung von Phosphor in
DE 10 2012 015 726 A2 beschreibt, bei dem biologische Abfallmaterialien mit einem Schüttgut aus alkalischem Material oder einem mit alkalischem Material versetzten Schüttgut vermischt werden und anschließend in einen Ofen gegeben werden, in welchem unter reduktiven Gesamtbedingungen die kohlen- und wasserstoffhaltigen Verbindungen der Abfallmaterialien zu Synthesegas umgewandelt werden. - Nachteilig an diesen Lösungen ist, dass für An- oder Abreicherungsprozesse keine Reststoffe verwendet werden, oder solche Stoffe, die in einem Energiegewinnungs- oder Wertschöpfungsprozess prozessbedingt oder nicht im Sinne des Herstellungsprozesses übrigbleiben oder unerwünscht sind.
- Daher ist es Aufgabe der Erfindung, ein phosphathaltiges Düngemittel bereitzustellen, das aus einem thermischen behandelten Klärschlamm und mindestens einem alkalihaltigen Reststoff besteht.
- Erfindungsgemäß wird das phosphathaltige Düngemittel dadurch erzeugt, dass Klärschlamm bei Heißgastemperaturen zwischen 650°C und 1000 °C in einem Drehrohr getrocknet, pyrolisiert und verbrannt wird, wobei durch die Zugabe von Alkalimetall-Chlorid-haltigen Reststoffen die Schwermetalle als Schwermetallchloride aus dem Klärschlamm verdampfen und in die Gasphase überführt werden. Der Phosphor verbleibt hingegen im Klärschlamm und ist aufgrund der Pyrolysebedingungen im Drehrohr später für Pflanzen gut verfügbar. Die Abtrennung bzw. Reduktion von Schwermetallen erfolgt dabei direkt während der Verbrennung. Dadurch entsteht eine hohe Produktsicherheit unabhängig von den Eigenschaften der Input-Schlämme und erlaubt gleichzeitig Flexibilität in der Einstellung des technischen und betriebswirtschaftlichen Optimums der Prozessführung. Besonders hervorzuheben dabei ist, dass bei der genannten Weise der thermischen Klärschlammverwertung eine Phosphorrückgewinnung gemäß den aktuellen Vorgaben aus Artikel 5 § 3a der Verordnung zur Neuordnung der Klärschlammverwertung erreicht oder nahezu erreicht werden können.
- Die Zugabe von Alkalimetall-Chloriden kann dabei in Form von Laugen oder Salzen erfolgen. Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung dieser Zugabe besteht in der Nutzung von alkalireichen Abwässern und/oder alkalireichen Abfallstoffen. Also solche, die nicht extra für diesen Prozess erzeugt werden, sondern vielmehr in anderen Wertschöpfungsprozessen anfallen. So sind beispielsweise die bei der Kaliproduktion anfallenden Abwässer eine Mischung verschiedener Alkalimetall-Chloride (MgCl2, NaCI, KCI). Die so bereits als Lauge gelösten Alkalien eignen sich besonders gut für die Zugabe in den Hochtemperaturprozess. Die gute Förder- und Dosierbarkeit sowie einer geringen Schwankung der Kalilaugen-Konzentrationen sind gute Voraussetzungen für einen kontinuierlichen Herstellungsprozess.
- Darüber hinaus eignet sich für die Herstellung des erfindungsgemäßen phosphathaltigen Düngemittels auch die Nutzung der bei der Kalisalzgewinnung entstehenden Abfallstoffe. Sie entstehen beim Abbau von Kalisalzen und weisen einen geringen Salzgehalt oder zu hohe Verunreinigung auf.
- Nichtpatentliteratur:
-
- [1] Bundes-Immissionsschutzgesetz (BlmSchG)
- [2] 17. BlmSchV - Verordnung über die Verbrennung und die Mitverbrennung von Abfällen
- ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
- Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
- Zitierte Patentliteratur
-
- DE 102009014884 B4 [0008]
- DE 202019102700 A1 [0009]
- WO 2019052738 A1 [0010]
- DE 102012015726 A2 [0011]
Claims (5)
- Phosphathaltiges Düngemittel, bestehend aus Klärschlamm industrieller oder kommunaler Kläranlagen, der (a) thermisch auf Temperaturen zwischen 650 °C und 1000 °C erhitzt wurde, um eine Pyrolyse stattfinden zu lassen, (b) dem zusätzlich Alkalien und/oder Erdalkalien zugeführt wurden, dadurch gekennzeichnet, dass die zugeführten Alkalien und/oder Erdalkalien Reststoff sind.
- Phosphathaltiges Düngemittel nach
Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Alkalien Kalisalze sind. - Phosphathaltiges Düngemittel nach
Anspruch 2 , dadurch gekennzeichnet, dass die Kalisalze ein Rest- oder Abfallprodukt aus der Kalisalzgewinnung sind. - Phosphathaltiges Düngemittel nach
Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Alkalien Alkalilaugen sind. - Phosphathaltiges Düngemittel nach
Anspruch 4 , dadurch gekennzeichnet, dass die Kalilauge ein Rest- oder Abfallprodukt bei der Herstellung der Kaliprodukten ist.
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