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PONDUS Verfahrenstechnik GmbH

Stickstoffrückgewinnung aus Schlämmen und Abwässern

Stickstoff ist neben Phosphor einer der wichtigsten Düngestoffe und in großen Mengen im Abwasser vorhanden. Meist wird der Stickstoff, der in verschiedenen Verbindungen vorliegt, auf Kläranlagen über eine Nitrifikation/Denitrifikation energieaufwendig in gasförmigen Stickstoff umgesetzt und entschwindet ungenutzt in die Atmosphäre. Weiterhin kann es bei hohen Stickstoffkonzentrationen, beispielsweise in einer anaeroben Behandlung organischer Stoffe, zu einer Ammoniakhemmung der biologischen Prozesse kommen.
Neben dem Abbau natürlicher Stickstoffvorkommen ist vor allem die Stickstoffdüngerproduktion auf Basis verschiedener Verfahren, z. B. dem Haber-Bosch-Verfahren für die Landwirtschaft von existentieller Bedeutung. Für die Produktion bis zur Nutzung von einem Kilogramm Stickstoffdünger werden fast 25 kWh an Energie benötigt.

Die Nutzung des Stickstoffs aus den organischen Verbindungen ist daher in mehrfacher Hinsicht sehr sinnvoll:
1.    Energieeinsparungen auf der Anlage
2.    Verhinderung von Ammoniakhemmungen in der anaeroben Behandlung
3.    Energieeinsparungen bei der Düngerproduktion

Für die Lösung dieser Aufgaben bieten wir unser patentrechtlich geschütztes PONDUS-N Verfahren an.

Das PONDUS-N Verfahren

Das PONDUS-N Verfahren basiert auf dem bewährten Verfahren zur Faulschlamm-Vakuumentgasung. Bei diesem Verfahren liegt der Schwerpunkt in der Abtrennung von noch vorhandenen Faulgasen im Faulschlamm.

Im Gegensatz dazu wird bei dem PONDUS-N Verfahren der im Schlamm oder Abwasser enthaltene Ammonium-Stickstoff als Ammoniak abgetrennt und in einen wertvollen Düngerrohstoff umgesetzt.

PONDUS-N Entgasungsbehälter zur Stickstoffelemination

Entgasungsreaktor mit Vakuumpumpen

Beschreibung des Verfahrens

Beispielhaft ist das PONDUS-N Verfahren im Folgenden bei der Stickstoffentfernung aus dem Zentratwasser der Entwässerung einer Kläranlage dargestellt und erläutert:

pondus-n-stickstoffelemination-fliessschema-verfahren

Das PONDUS-N Verfahren

Der Faulschlamm 1 wird in der Regel entwässert 2. Der dabei entstehende Dickschlamm 3 wird der weiteren Behandlung beispielsweise einer Trocknung oder der Entsorgung zugeführt. Das anfallende Zentrat 4 enthält nach der anaeroben Behandlung üblicherweise um die 1000 mg NH₄/l. Dieses Zentrat wird in dem Entgasungsbehälter 5 im Unterdruck entgast und dabei der Stickstoff gasförmig als Ammoniak abgetrennt. Der Unterdruck wird über die Vakuumpumpe 6 gehalten. Zur Verbesserung des Ammonium-Ammoniak-Gleichgewichts zugunsten des Ammoniaks

PONDUS-N Stickstoffelimination Ammonium NH4 Ammoniak NH3 Diagramm

Das Ammonium-Ammoniak-Gleichgewicht

kann vor dem Entgasungsbehälter 5 das Zentrat 4 noch erwärmt und/oder mit Natronlauge der pH-Wert angehoben werden.

Das von der Vakuumpumpe 6 aus dem Entgasungsbehälter 5 abgezogene ammoniakhaltige Gas 7 wird durch einen ersten Wäscher 8a gezogen. Der Wäscher wurde vorher mit einer Säure gefüllt. Eine Pumpe 9a pumpt die Säure aus dem Sumpf des Wäschers durch eine Düse zurück. Das ammoniakhaltige Gas wird in dem feinen Tröpchennebel vom Ammoniak befreit. Im Restgas eventuell verbleibendes Ammoniak wird in dem folgenden Wäscher 8b und letztlich auch noch 8c vollständig niedergeschlagen.

Ist die Säure im ersten Wäscher 8a gesättigt, d.h. soweit aufgebraucht, dass nun die Waschflüssigkeit nur noch aus Düngesalz besteht, gelangt das ammoniakhaltige Gas in den zweiten Wäscher 8b. Der erste Wäscher 8a wird aus der Reihe herausgenommen. Nun übernimmt der Wäscher 8b die erste Position und der Wäscher 8c die Nachwäsche.

Die Düngesalzsole wird aus dem ersten Wäscher abgelassen und in den Vorratstank 10 gefördert. Der Wäscher 8a wird nun mit neuer Säure aus Tank 11 aufgefüllt und reiht sich anschließend hinter den Wäscher 8c wieder in die Reihe ein. Durch diese Karussellschaltung ist gewährleitet, dass immer mindestens zwei Wäscher in Reihe geschaltet sind und somit das Ammoniak auch vollständig abgeschieden werden kann. Die eventuell im Zentrat enthaltenen geringen Mengen Inertgase 12 werden entweder in der Abluftbehandlung gereinigt oder in das Faulgassystem zurückgeleitet.

Das vom Stickstoff befreite Zentrat 13 wird aus dem Entgasungsbehälter 5 kontinuierlich wieder zurück in die Kläranlage gepumpt.

Einsatzorte des PONDUS-N Verfahrens

Der Entgasungsbehälter ist so konfiguriert, dass auch feststoffbelastete Substrate wie beispielsweise Faulschlämme durchgeleitet werden können.

Ein möglicher Einsatzort ist wie oben beschrieben im Zentrat der Entwässerung, um die Rückbelastung der Kläranlage zu reduzieren und damit die Nitrifikation/Denitrifikation zu entlasten.

Das Verfahren kann in dieser Weise beispielsweise aber auch für die Stickstoffabreicherung von Rezirkulat auf Biogasanlagen eingesetzt werden, um eine Stickstoffhemmung in der Fermentation zu unterbinden.

Weiterhin ist eine Positionierung direkt an der anaeroben Fermentation möglich, um dort die Ammoniakkonzentration niedrig zu halten.

Vorteile des PONDUS-N Verfahrens

Das Verfahren zeichnet sich durch eine Vielzahl auch gesamtökologisch gesehener Vorteile aus:

Bei einer Vakuumentgasung von Ammoniak kann das Ammoniak in sehr hohen Konzentrationen und Reinheit extrahiert werden.
Trägerstoffe wie Luft oder Dampf, die bei üblichen Strippverfahren eingesetzt werden, entfallen und müssen nicht aufwendig nachbehandelt werden.
Das Verfahren arbeitet kontinuierlich und vollautomatisch. Der Betreuungsaufwand ist gering.
Es können verschiedene Säuren eingesetzt werden und somit auch die wirtschaftlich interessantesten Düngesalze gewonnen werden.
Die Düngesalze können in hohen Konzentrationen abgezogen werden.
Unter Berücksichtigung der Einsparungen beispielsweise auf einer Kläranlage durch eine reduzierte Nitrifikation/Denitrifikation und der Einsparungen bei der Düngestoffproduktion werden trotz Aufwendungen für das Verfahren an Energie und Chemikalien etwa 15 kg CO₂-Äquivalente je abgeschiedenem kg Stickstoff durch das PONDUS-N Verfahren eingespart.

Technische Daten

Das Verfahren ist für Flüssigkeiten und gut pumpbare, fließfähige Schlämme und Flüssigkeiten geeignet. Aufgrund der erforderlichen Techniken für das verfahren ist eine Anwendung für Volumenströme oberhalb von 3 bis 5 m³/h gegeben.

Typische technische Daten

Volumenstrom                            > 3 m³/h
Entgasungsdruck                       < - 0,2 bar
Wäschertemperatur                   < 40 °C
Säure                                         Schwefelsäure
Düngerprodukt                            Ammoniumsulfat

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