Forschungsprojekt erfolgreich beendet

Presseinformation / 15.2.2018

SuPaPhos – Rückgewinnung von Phosphat aus Abwasser und Prozesswasser mit Hilfe magnetisch abtrennbarer Ionentauscher im Großversuch – Forschungsprojekt erfolgreich beendet Im Abwasser gelöstes Phosphat aus der Kläranlage zu entfernen und für eine Wiederverwendung zurückzugewinnen, war Ziel des von der Baden-Württemberg Stiftung GmbH finanzierten Forschungsprojekts SuPaPhos. Dafür wurden Kompositpartikel entwickelt, mit denen das ge- löste Phosphat gebunden und durch magnetische Abtrennung aus der Flüssigkeit entfernt werden kann. Im Anschluss konnte das Phosphat wieder freigesetzt und eine Weiterverarbeitung zu Düngemittel durchgeführt werden.

Im Abwasser gelöstes Phosphat aus der Kläranlage zu entfernen und für eine Wiederverwendung zurückzugewinnen, war Ziel des von der Baden-Württemberg Stiftung GmbH finanzierten Forschungsprojekts SuPaPhos. Dafür wurden Kompositpartikel entwickelt, mit denen das gelöste Phosphat gebunden und durch magnetische Abtrennung aus der Flüssigkeit entfernt werden kann. Im Anschluss konnte das Phosphat wieder freigesetzt und eine Weiterverarbeitung zu Düngemittel durchgeführt werden.

Vor dem Hintergrund der immer häufigeren Überdüngung von landwirt- schaftlichen Nutzflächen sowie der zunehmenden Belastung von Oberflächengewässern mit vor allem in der Landwirtschaft eingesetzten Düngemitteln spielt die Entfernung und Wiedergewinnung der Nährstoffe eine sehr große Rolle. In kommunalem Abwasser findet sich Phosphor vor allem in Form von Phosphat, sowie Organophosphorverbindungen, die als Phosphor- quelle dienen können. Daher ist ein vielversprechender Rückgewinnungsort für Phosphor die Kläranlage. Gleichzeitig ist mit der Novelle der Klärschlammverordnung vom Jahr 2017 das Recycling von Phosphat an kommunalen Kläranlagen auch gesetzlich geregelt. Dementsprechend gilt es ein Ver- fahren zu etablieren, mit dem der Wertstoff Phosphor im Kreislauf gehalten wird.

Hier setzt das Forschungsprojekt SuPaPhos an. Die Forscher des Fraunhofer- Instituts für Silicatforschung ISC und ihrer Fraunhofer-Projektgruppe für Wertstoffkreisläufe und Ressourcenstrategie IWKS haben zusammen mit Projektpartnern der Universität Stuttgart (mit den Instituten ISWA und IAT) und des Karlsruher Instituts für Technologie KIT (mit den Instituten IFG und CMM) einen innovativen Entwicklungsbeitrag auf Basis von Nanopartikeln für das Phosphatrecycling aus kommunalem Abwasser geleistet und erfolg- reich im Technikumsmaßstab angewandt.

Einsatz von magnetischen Fängerpartikeln

Kernbestandteil des Projekts sind magnetische Kompositpartikel. Aufgebaut sind diese aus magnetischen Eisenoxid Kernbausteinen die von einer schüt- zenden Hülle aus Silica umgeben sind. Die Oberfläche ist mit einem auf Phosphat abgestimmten Adsorbermaterial versehen, sodass in Wasser gelös- tes Phosphat selektiv einfangen und gebunden werden kann. Nachdem in einem ersten Schritt das Phosphat an den Partikeln durch Adsorption gebun- den wurde, werden diese durch den Einsatz von magnetischen Separations- systemen aus der Flüssigkeit entfernt. In einem dritten Schritt wird das Phos- phat wieder von den Partikeln gelöst und in ein Düngemittel überführt, das wieder in der Landwirtschaft eingesetzt werden kann.

Die Phosphatadsorption ist damit reversibel, sodass die Partikel wieder für einen neuen Phosphataufnahmezyklus eingesetzt werden können und das entfernte Phosphat der Weiterverarbeitung zugeführt werden kann. Hierfür wurden von den Fraunhofer-Forschern die magnetischen Fängerpartikel und insbesondere das für Phosphat selektive Adsorbermaterial entwickelt.

Im Rahmen des Projektes wurde das entwickelte Verfahren im Technikums- maßstab in der Versuchskläranlage der Universität Stuttgart über mehrere Zyklen durchgeführt. Die Phosphatkonzentration im behandelten Abwasser wurde dafür auf einen Wert von 10 mg/L eingestellt. Dieser liegt im üblichen Konzentrationsbereich von Phosphat in kommunalem Abwasser. Die dabei erzielten Ergebnisse haben gezeigt, dass 99 % der Phosphatfracht aus dem Abwasser entfernt und ca. 86 % des Phosphats für eine Weiterverarbeitung bereitgestellt werden konnte. Mit der sehr guten Adsorptionsleistung eignet sich das Verfahren ebenfalls als nachgeschaltetes Sicherheitsmodul, um zu hohe Phosphatwerte im Kläranlagenablauf noch zu reduzieren.

Das Verfahren ist bereit um im Pilotmaßstab eingesetzt werden zu können. Im nächsten Schritt soll dies mithilfe von industriellen Partnern erfolgen.

Die Projektpartner

Das Fraunhofer-Institut für Silicatforschung ISC und Fraunhofer-Projektgruppe für Wertstoffkreisläufe und Ressourcenstrategie IWKS waren für die Entwicklung der magnetischen Partikel mitsamt dem phosphatbindenden Adsorbermaterial verantwortlich. Am Institut für Siedlungswasserwirtschaft, Wassergüte- und Abfallwirtschft (ISWA) der Universität Stuttgart wurden die Tests zur Adsorption und Desorption und zur Weiterverarbeitung des entfernten Phosphats durchgeführt. Am angegliederten Lehr- und Forschungsklärwerk (LFKW) wurden außerdem die Versuche im Technikums- maßstab realisiert. Das Institut für Funktionelle Grenzflächen (IFG) des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) verfügt über Erfahrung im Bereich der Magnetseparation und war für deren Auslegung zuständig. Am Kompetenzzentrum für Materialfeuchte (CMM) des KIT wurden ebenfalls Tests zur Weiterverarbeitung des entfernten Phosphats durchgeführt. Die Überprüfung der Wirtschaftlichkeit des entwickelten Verfahrens im Hinblick auf die aktuelle Marktsituation wurde vom Institut für Arbeitswissenschaft und Techno- logiemanagement (IAT) der Universität Stuttgart durchgeführt.

Das Forschungsvorhaben wurde von der Baden-Württemberg Stiftung GmbH finanziert und erstreckte sich insgesamt über einen Zeitraum von drei Jahren.

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Redaktion
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