Nährstoffrückgewinnung aus Abwässern

Obwohl die Rohstoffe für die Düngerproduktion immer knapper werden, gehen gleichzeitig große Nährstoffmengen über das Abwassersystem und unter weiterem Energieverbrauch verloren. Stand der Technik in den meisten kommunalen Kläranlagen ist die Entfernung von Stickstoffverbindungen wie Ammonium (NH4+) und Nitrat (NO3) mithilfe von Nitrifikations- und Denitrifikationsprozessen. Unter hohem Energieverbrauch werden diese Verbindungen in gasförmigen Stickstoff umgewandelt, der in die Luft entweicht.

Phosphat wird mittels chemischer Fällung durch Zugabe von Aluminium- oder Eisensalzen entfernt. Diese Phosphatsalze werden deponiert, da sie nicht pflanzenverfügbar sind bzw. Eisen und Aluminium in für die Pflanzen toxischen Konzentrationen freisetzen können. Schätzungen gehen davon aus, dass auf diese Weise weltweit ca. 4,3 Millionen Tonnen Phosphor pro Jahr verloren gehen.

Deswegen entwickelt das Fraunhofer IGB neue Technologien zur Rückgewinnung von Nährstoffen aus Abwässern.

Elektrochemische Phosphorrückgewinnung

ePhos®-Reaktoren.
© Fraunhofer IGB
Demobetrieb: ePhos®-Reaktoren der großtechnischen Anlage, Durchfluss bis 3 m³/h.

Phosphor wird in der Landwirtschaft als Düngemittel eingesetzt. Die Nachfrage ist enorm, da durch intensive Landwirtschaft die Bodenqualität zurückgeht. Da die natürlichen Vorkommen immer geringer werden, sind alternative Methoden zur Phosphorgewinnung gefragt. Eine Möglichkeit ist die Rückgewinnung aus Abwasser- und Reststoffströmen auf Basis elektrochemischer Verfahren, die sich für den Einsatz in Kläranlagen eignen.

AmmoRe: Eliminierung und Rückgewinnung von Stickstoff aus Abwasser

Aufbau der AmmoRe-Pilotanlage im Technikum am Fraunhofer IGB
© Fraunhofer IGB
Aufbau der AmmoRe-Pilotanlage im Technikum am Fraunhofer IGB

Stickstoff (N) ist einer der Nährstoffe, der in hoher Konzentration im Schlammwasser der Faulschlammentwässerung auf Kläranlagen enthalten ist. Konventionelle Kläranlagen setzen sehr viel Energie ein, um Stickstoff aus dem Abwasser zu entfernen – und ihn in einer für uns unbrauchbaren Form als molekularen Stickstoff (N2) in die Luft freizusetzen.

Am Fraunhofer IGB untersuchen wir den Prozess der chemischen Transmembranabsorption als neues Verfahren, um Ammoniak aus Abwässern nicht nur zu entfernen, sondern vielmehr für den Einsatz als Düngemittel zurückzugewinnen. 

Systemintegration

Das Fraunhofer IGB entwickelt für Kunden und Partner Verfahren zur Rückgewinnung von Nährstoffen aus Abwasser und Abfällen. Darüber hinaus unterstützen die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler auch bei der Umsetzung der Verfahren in die industrielle Praxis, etwa bei der Integration in bestehende Kläranlagen.

Fallstudien

Zu den Dienstleistungen des Fraunhofer IGB zählt auch die Durchführung von Fallstudien, auf deren Basis im Einzelfall der Bedarf an neuen Verfahren und deren Umsetzbarkeit vermittelt werden kann.

Referenzprojekte

 

Oktober 2021 – Oktober 2024

RoKKa – Die Kläranlage als Bioraffinerie?

Wir entwickeln ein Konzept für die Umgestaltung von Kläranlagen hin zu Abwasser-Bioraffinerien mit Nutzung von Rest- und Abfallstoffen. Wesentlicher Bestandteil sind Verfahren zur Rückgewinnung von Phosphor und Stickstoff aus Abwasser.

 

 

März 2018 – September 2026

Innovationspartnerschaft zur Abfallbehandlung

Erprobung von Technologien zur Co-Vergärung (organische Abfälle, Klärschlämme) und Nährstoffrückgewinnung im Großraum Paris. Ziel ist der Bau einer Großanlage.

 

Januar 2016 – Dezember 2018

FERTINNOWA – Technologien für eine nachhaltige Wassernutzung

Fallstudien für die kombinierte Düngung und Bewässerung im Pflanzenbau.