Das Element Phosphor ist für alle Lebewesen essentiell. Es ist insbesondere für den Energiestoffwechsel (ATP, ADP), das Speichern und Auslesen von Erbinformationen (DNA, RNA) sowie den Knochenbau unverzichtbar und kann weder synthetisiert noch substituiert werden. Für die Pflanzen- und Tierproduktion werden aus diesem Grund erhebliche Mengen an Phosphor benötigt. Wird dem Ackerboden durch das Pflanzenwachstum und die anschließende Ernte Phosphor entzogen, so muss dieser zum Erhalt der Ertragsfähigkeit den landwirtschaftlichen Flächen wieder zugeführt werden. Die weitverbreitete direkte Ausbringung von Klärschlamm wird zunehmend kritisch hinterfragt und ist in vielen EU Ländern deutlich rückläufig bzw. verboten. Neben der Hygieneproblematik sind hier insbesondere erhöhte Schwermetallgehalte sowie organische Schadstoffe als kritisch anzusehen. Die Zufuhr von Phosphor auf landwirtschaftliche Flächen geschieht zum Teil durch die Anwendung von Wirtschaftsdüngern aber auch durch die Zufuhr mineralischer Phosphordünger aus externen Quellen auf Rohphosphatbasis. Rohphosphate enthalten Schadstoffe wie As, Cd, Cr, Pb, Hg und U, die über den Dünger in die Nahrungskette gelangen können [1].Insbesondere Cd und U (bis zu 1.000 ppm) liegen in bedeutenden Konzentration vor [2]. Bei einer Weltjahresproduktion von 210 Millionen Tonnen und geschätzten Reserven von 67 Milliarden Tonnen ergibt sich zwar eine statische Reichweite von 320 Jahren [3]. Neu erschlossene Rohphosphatquellen sind allerdings in der Regel durch steigende Förderkosten sowie durch z.T. hohe Schadstoffgehalte gekennzeichnet. Die EU ist auf den Import von Rohphosphaten oder Phosphordüngemitteln angewiesen, da es nicht über relevante Vorkommen verfügt. Die erschlossenen Hauptvorkommen sind in China, Marokko/West Sahara, Südafrika und den USA lokalisiert. Es ergibt sich also zukünftig für die EU eine komplexe Situation auf dem Weltmarkt, da sie vollständig auf Importe angewiesen ist, und die wenigen Exportländer zum Teil einen erheblichen Eigenbedarf haben und teilweise politisch instabil sind. Aus den aufgeführten Gründen befassen sich schon seit einiger Zeit wissenschaftlich orientierte Institutionen und Unternehmen mit den Rückgewinnungspotentialen von Phosphor aus Abfallströmen. Eine Vielzahl von technischen Rückgewinnungsprozessen für Phosphor steht zur Verfügung. Trotzdem ist der Anteil von mineralischen Recyclingdüngern im Vergleich zum Phosphoreinsatz aus Mineraldüngern sehr gering. Durch das EU-Forschungsprojekt P-REX soll die Implementierung und Verbreitung technischer Phosphorrückgewinnungsverfahren vorangetrieben werden. Langfristiges Ziel ist die EU-weite Umsetzung von effektiver und nachhaltiger P-Rückgewinnung und Recycling aus dem Abwasserpfad unter Berücksichtigung regionaler Bedingungen und Bedarfe. Um dies zu erreichen werden verschiedene interdisziplinäre Ansätze verfolgt: (i) Einige vielversprechende und praxisnahe Technologien zur Phosphorrückgewinnung aus Klärschlamm und Klärschlammasche befinden sich zurzeit im Übergang von der Verfahrensentwicklung zur Verfahrensdemonstration oder sind bereits im Industriemaßstab im Betrieb. Die wissenschaftliche Begleitung technischer Prozesse im wirtschaftlich tragfähigen Großmaßstab soll anhand realer Daten und Erfahrungen offene Fragen im Bereich des Prozessdesigns, des Betriebs und der Leistungsfähigkeit der Prozesse klären. (ii) Die Produkte der verschiedenen Recyclingprozesse sollen systematisch untersucht und bewertet werden. Die wichtigsten Kriterien sind dabei die Pflanzenverfügbarkeit (Düngewirksamkeit) des Phosphors und ökotoxikologische Effekte (Unschädlichkeit). (iii) Marktbarrieren und Marktpotentiale für neue Recyclingtechnologien und Recyclingprodukte werden analysiert. (iv) Basierend auf den Erfahrungen und Ergebnissen sollen Strategien und Empfehlungen für eine umfassende und effiziente P-Rückgewinnung aus dem Abwasserpfad entwickelt werden. Dies schließt Ansätze für eine gezielte Marktentwicklung für unterschiedliche Regionen und Randbedingungen ein. Die Empfehlungen sollen auf EU Ebene in der Form eines Dossiers sowie eines Leitfadens vermittelt werden.

Das Element Phosphor ist für alle Lebewesen essentiell. Es ist insbesondere für den Energiestoffwechsel (ATP, ADP), das Speichern und Auslesen von Erbinformationen (DNA, RNA) sowie den Knochenbau unverzichtbar und kann weder synthetisiert noch substituiert werden. Für die Pflanzen- und Tierproduktion werden aus diesem Grund erhebliche Mengen an Phosphor benötigt. Wird dem Ackerboden durch das Pflanzenwachstum und die anschließende Ernte Phosphor entzogen, so muss dieser zum Erhalt der Ertragsfähigkeit den landwirtschaftlichen Flächen wieder zugeführt werden. Die weitverbreitete direkte Ausbringung von Klärschlamm wird zunehmend kritisch hinterfragt und ist in vielen EU Ländern deutlich rückläufig bzw. verboten. Neben der Hygieneproblematik sind hier insbesondere erhöhte Schwermetallgehalte sowie organische Schadstoffe als kritisch anzusehen. Die Zufuhr von Phosphor auf landwirtschaftliche Flächen geschieht zum Teil durch die Anwendung von Wirtschaftsdüngern aber auch durch die Zufuhr mineralischer Phosphordünger aus externen Quellen auf Rohphosphatbasis. Rohphosphate enthalten Schadstoffe wie As, Cd, Cr, Pb, Hg und U, die über den Dünger in die Nahrungskette gelangen können [1].Insbesondere Cd und U (bis zu 1.000 ppm) liegen in bedeutenden Konzentration vor [2]. Bei einer Weltjahresproduktion von 210 Millionen Tonnen und geschätzten Reserven von 67 Milliarden Tonnen ergibt sich zwar eine statische Reichweite von 320 Jahren [3]. Neu erschlossene Rohphosphatquellen sind allerdings in der Regel durch steigende Förderkosten sowie durch z.T. hohe Schadstoffgehalte gekennzeichnet. Die EU ist auf den Import von Rohphosphaten oder Phosphordüngemitteln angewiesen, da es nicht über relevante Vorkommen verfügt. Die erschlossenen Hauptvorkommen sind in China, Marokko/West Sahara, Südafrika und den USA lokalisiert. Es ergibt sich also zukünftig für die EU eine komplexe Situation auf dem Weltmarkt, da sie vollständig auf Importe angewiesen ist, und die wenigen Exportländer zum Teil einen erheblichen Eigenbedarf haben und teilweise politisch instabil sind. Aus den aufgeführten Gründen befassen sich schon seit einiger Zeit wissenschaftlich orientierte Institutionen und Unternehmen mit den Rückgewinnungspotentialen von Phosphor aus Abfallströmen. Eine Vielzahl von technischen Rückgewinnungsprozessen für Phosphor steht zur Verfügung. Trotzdem ist der Anteil von mineralischen Recyclingdüngern im Vergleich zum Phosphoreinsatz aus Mineraldüngern sehr gering. Durch das EU-Forschungsprojekt P-REX soll die Implementierung und Verbreitung technischer Phosphorrückgewinnungsverfahren vorangetrieben werden. Langfristiges Ziel ist die EU-weite Umsetzung von effektiver und nachhaltiger P-Rückgewinnung und Recycling aus dem Abwasserpfad unter Berücksichtigung regionaler Bedingungen und Bedarfe. Um dies zu erreichen werden verschiedene interdisziplinäre Ansätze verfolgt: (i) Einige vielversprechende und praxisnahe Technologien zur Phosphorrückgewinnung aus Klärschlamm und Klärschlammasche befinden sich zurzeit im Übergang von der Verfahrensentwicklung zur Verfahrensdemonstration oder sind bereits im Industriemaßstab im Betrieb. Die wissenschaftliche Begleitung technischer Prozesse im wirtschaftlich tragfähigen Großmaßstab soll anhand realer Daten und Erfahrungen offene Fragen im Bereich des Prozessdesigns, des Betriebs und der Leistungsfähigkeit der Prozesse klären. (ii) Die Produkte der verschiedenen Recyclingprozesse sollen systematisch untersucht und bewertet werden. Die wichtigsten Kriterien sind dabei die Pflanzenverfügbarkeit (Düngewirksamkeit) des Phosphors und ökotoxikologische Effekte (Unschädlichkeit). (iii) Marktbarrieren und Marktpotentiale für neue Recyclingtechnologien und Recyclingprodukte werden analysiert. (iv) Basierend auf den Erfahrungen und Ergebnissen sollen Strategien und Empfehlungen für eine umfassende und effiziente P-Rückgewinnung aus dem Abwasserpfad entwickelt werden. Dies schließt Ansätze für eine gezielte Marktentwicklung für unterschiedliche Regionen und Randbedingungen ein. Die Empfehlungen sollen auf EU Ebene in der Form eines Dossiers sowie eines Leitfadens vermittelt werden.

Durch das EU-Forschungsprojekt P-REX soll die Implementierung und Verbreitung technischer Phosphorrückgewinnungsverfahren vorangetrieben werden. Langfristiges Ziel ist die EU-weite Umsetzung von effektiver und nachhaltiger Phosphorrückgewinnung und Recycling aus dem Abwasserpfad, wobei regionale Bedingungen und Bedarfe berücksichtigt werden sollen. Bei den Phosphor-Rückgewinnungsverfahren wird der Phosphor in den meisten Fällen mittels chemischer beziehungsweise biologischer Eliminationstechniken zunächst in eine feste Phase, den Klärschlamm, überführt. Hierbei kommt es zu einer deutlichen Aufkonzentration des Phosphors. Dies ist für die Effizienz einer anschließenden Rückgewinnung entscheidend. Unterschieden werden können zunächst Verfahren, die den Phosphor aus dem Klärschlamm zurückgewinnen, und Verfahren, die den Phosphor aus der Asche im Anschluss an die Monoverbrennung zurückgewinnen. Bei der Rückgewinnung aus Klärschlamm kann zwischen den Verfahren mit direkter P-Fällung und den Verfahren mit chemischer Rücklösung und anschließender P-Fällung unterschieden werden. Bei der Rückgewinnung aus Klärschlammaschen kann zwischen nasschemischen Aufschluss-/Leachingverfahren und thermochemischen Verfahren unterschieden werden. In diesem Beitrag werden die verschiedenen Rückgewinnungsverfahren mit den wichtigsten Verfahrensansätzen und Prozessschritten vorgestellt und bewertet.

This study investigates a post-denitrification process without the addition of an external carbon source combined with an enhanced biological phosphorus removal (EBPR) in a membrane bioreactor (MBR). Three trial plants, with two different process configurations, were operated on two different sites, and a variety of accompanying batch tests were conducted. It was shown that even without dosing of an external carbon source, denitrification rates (DNR) much above endogenous rates could be obtained in post-denitrification systems. Furthermore, the anaerobic reactor located a head of the process had a positive impact on the DNR. Given these surprising results, the project team decided to identify the carbon source used by the microorganisms in the postdenitrification process. Batch tests could demonstrate that lysis products do not play a major role as a C-source for postdenitrification. The following hypothesis was proposed to explain the observations: the glycogen, internally stored by the substrate accumulating bacteria, if anaerobic conditions are followed by aerobic conditions could act as carbon source for denitrification in post-denitrification system. First exploratory batch tests, where the glycogen evolution was monitored, corroborate this

Eine MBR-Laboranlage (210L) wurde mit zwei verschiedenen Reaktor-konfigurationen zur vermehrten biologischen PElimination (Bio-P) mit kommunalem Abwasser betrieben. Die beiden Reaktorkonfigurationen zeichneten sich neben einer vorgeschalteten anaeroben Zone für den Bio-P Prozess durch eine vorgeschaltete Denitrifikation bzw. eine nachgeschaltete Denitrifikation aus. Beide Reaktor-konfigurationen wurden bei einem Schlammalter von 15 Tagen mit vorgesiebtem (1mm) Rohwasser parallel zu einer konventionellen Kläranlage betrieben. Für Phosphor wurden sehr niedrige und stabile Ablaufkonzentrationen von 0,05-0,15 mgP/L mit beiden Konfigurationen erreicht. Die Phosphorgehalte der Schlämme lagen bei 2,4-3% P/TS. Während mit der vorgeschalteten Denitrifikation erwartete Ergebnisse von 86-90% Stickstoffentfernung erzielt wurden, erreichte die nachgeschaltete Denitrifikation eine unerwartet hohe N-Elimination von bis zu 96% (ohne zusätzliche C-Quelle). Eine Betriebsphase mit Phosphoraufstockung des Zulaufes (~40 mgP/L) führte bei einer Elimination von 20-25 mgP/L zu P-Gehalten im Schlamm von 67%P/TS. Neben dem Bio-P-Mechanismus waren hier jedoch auch Fällungs- und Adsorptionsmechanismen für die P-Aufnahme relevant.

Enhanced biological phosphorous (Bio-P) removal process was adapted to membrane bioreactor(MBR). One bench-scale pilot plant (BSP, 200-250L) and two medium-scale pilot plants (2//MSP,1000-3000L each) were operated under several configurations, including pre-denitrification and post-denitrification without addition of carbon source, and two solid retention times (SRT) of 15 and 26d, inparallel to the full-scale Bio-P removal activated sludge plant of Berlin-Ruhleben (12-18d SRT). Thetrials showed that efficient Bio-P removal can be achieved with MBR systems, in both pre- and post-denitrification configurations. Bio-P dynamics could be clearly demonstrated through batch-tests, online measurements, profile analyses, P-spiking trials, and mass balances. High P-removalperformances were achieved even with high SRT of 26d (around 9mgP/L was removed withP/TS~2.6%). Under similar operation conditions of sludge age and mass organic load, the MBRsystem achieved slightly higher P-removal than the conventional technology. This was due to therejection of particles and colloids through the microfiltration membrane. When spiking with phosphate,high Bio-P removal of up to 35-40mg/L could be achieved without addition of external carbon source,and P/TS stabilised around 7.5%.