Phosphor-Recycling aus Klärschlamm verbessern

Phosphor ist ein wichtiger Rohstoff, insbesondere als Dünger für die Landwirtschaft. Aber in Gewässern verschlechtert er die Wasserqualität.

Seit den 80er Jahren gehört darum die Phosphatfällung zu den Kernprozessen kommunaler Kläranlagen. Dabei wird Phosphor mit Salzen im Klärschlamm gebunden. Weil der Rohstoff aber auch zunehmend knapp wird, soll er dort zurückgewonnen werden. Das gelingt beispielsweise, wenn er in gebundener Form als Vivianit vorliegt. Forschende vom Leibniz-Institut für Gewässerökologie und Binnenfischerei (IGB) haben untersucht, welche Faktoren die Bildung von Vivianit fördern und damit die Menge an rückgewinnbaren Phosphor erhöhen.

Es gibt viele gute Gründe, Phosphor zu recyceln: Rohphosphate sind zunehmend verunreinigt und die Versorgung hängt von einigen wenigen Ländern ab. Deshalb steht er seit 2014 auf der Liste der „kritischen Rohstoffe“ der Europäischen Union. Und auch die deutsche Bundesregierung hat 2017 eine novellierte Klärschlammverordnung verabschiedet: Bis 2032 sollen demnach größere Anlagenbetreiber dafür sorgen, dass der im Klärschlamm enthaltene Phosphor zurückgewonnen wird.

Bei der Fällung im Klärschlamm kann Vivianit entstehen – eine Eisen-Phosphor-Verbindung, aus der sich Phosphor relativ gut wieder recyceln lässt. „Aber bisher war nicht klar, welche Bedingungen in den Kläranlagen die Vivianitbildung begünstigen. Das interessiert uns auch für die Restaurierung von Seen, wo die Fällung von Phosphor aus dem Wasser ebenfalls Anwendung findet, um die Nährstofflast zu reduzieren und so die Wasserqualität zu verbessern“, erläutert IGB-Forscher Michael Hupfer, der die Studie geleitet hat. Das Team analysierte die Eigenschaften und die Zusammensetzungen von Schlammproben aus 16 Kläranlagen sowie die Prozessparameter der Anlagen, um die Einflussfaktoren der Vivianitbildung zu ermitteln.

Hoher Eisengehalt begünstigt, hoher Schwefelgehalt verringert die Vivianitbildung:

Ein hoher Eisengehalt erwies sich als wichtigster Faktor, um die Vivianitbildung zu begünstigen. Ein hoher Schwefelgehalt wiederum verringerte die Vivianitbildung. „Es gibt schwefelhaltige und schwefelfreie Fällungsmittel. Wir konnten im Vergleich zeigen, dass die Verwendung von schwefelhaltigen Fällungsmitteln den Schwefelgehalt im Schlamm erhöhen und so der Vivianitbildung entgegenwirken kann. Die Wahl des Fällmittels kann also das Phosphor-Recycling wesentlich beeinflussen“, erläutert die IGB-Doktorandin Lena Heinrich, Erstautorin der Studie.

Die Anpassung der Bedingungen kann einiges bewirken: In den 16 Kläranlagen variierte der Anteil von Phosphor, das in Vivianit gebunden war, zwischen rund 10 bis zu 50 Prozent. Diese Spanne zeigt das große Potenzial, die Ausbeute von Vivianit zu erhöhen. „Für uns als Gewässerökologen sind die Erkenntnisse sehr wichtig, weil eisenhaltige Fällmittel auch für die Restaurierung von eutrophierten, also mit Nährstoffen belasteten Seen in Frage kommen. Die Effizienz einer Eisensalz-Zugabe ist viel größer, wenn es im Sediment zur Bildung von stabilem Vivianit kommt, was dann – vielleicht eines Tages – auch für die Rückgewinnung von Phosphor zur Verfügung steht“ ordnet Michael Hupfer die Ergebnisse ein.

Wissenschaftliche Ansprechpartner:

Lena Heinrich
Leibniz-Institut für Gewässerökologie und Binnenfischerei (IGB), nun an der Universität Potsdam. E-Mail: lena.heinrich@uni-potsdam.de

Michael Hupfer
Leibniz-Institut für Gewässerökologie und Binnenfischerei (IGB). E-Mail: michael.hupfer@igb-berlin.de

Originalpublikation:

Lena Heinrich, Peter Schmieder, Matthias Barjenbruch, Michael Hupfer: Formation of vivianite in digested sludge and its controlling factors in municipal wastewater treatment. Science of The Total Environment, Volume 854, 2023, 158663, ISSN 0048-9697. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2022.158663.

Weitere Informationen:

https://www.igb-berlin.de/news/phosphor-recycling-aus-klaerschlamm-verbessern