P-correlations with other inorganic elements in ash fractions of sewage sludge co-combusted and co-gasified with biogenic residues

Abstract

Im Bericht über eine europäische Strategie für kritische Rohstoffe 2021/2011 werden Richtlinien für die Wiederverwertung von Phosphor festgelegt. Phosphor, als eine essenzielle Ressource kann nicht durch andere Elemente substituiert werden und ist unentbehrlich für pflanzliches Wachstum. Die Europäische Union ist in hohem Maße von diesem Stoff abhängig, weswegen sich Phosphor bereits 2014 in der zweiten Liste der kritischen Rohstoffe wiederfand. Als Alternative zur Gewinnung von Phosphorit wird die Rückgewinnung von Phosphor aus Abfällen und Rückständen untersucht und soll in der industriellen Anwendung forciert werden. Die thermische Behandlung von Klärschlamm bietet hier eine vielversprechende Technologie. In Co-Verbrennung und Co-Gaserzeugung des Klärschlammes mit biologischen Rückständen wie Sonnenblumenschalen und Weizenstroh soll die Bioverfügbarkeit der entstehenden Asche erhöht werden. Aufgrund der leichteren Löslichkeit von Kaliumphosphaten ist die Umwandlung von Ca-Phosphaten zu K-Phosphaten während der thermischen Behandlung anzustreben. Die Co-Verbrennung von Klärschlamm mit biologischen Rückständen mit hohem Kaliumanteil wie Sonnenblumenschalen und Weizenstroh zeigt sich als vielversprechend, da sowohl eine höhere Kaliumkonzentration in den Aschen als auch höhere K-P-Korrelationen detektiert werden können. Die Bodenasche ist hier die aussichtsreichste Fraktion um als Düngemittel wiederverwendet werden zu können. Unter reduzierender Atmosphäre in der Gaserzeugung konnte nicht genug Durchmischung der beiden Brennstoffe festgestellt werden. Das K/Ca-Verhältnis ist hier deutlich geringer als in oxidierender Atmosphäre. Kalium scheint hier eher Verbindungen mit Aluminium und Silizium als Feldspat einzugehen.

Because of regulations and suggestions by the European Parliament in the European strategy for critical raw materials 2021/2011 phosphorus recovery has gained importance in industrial applications. It was determined that there is no substitute material available to compensate the need of P. The European Union is to a high degree dependent on phosphorus which was already named in the second list of critical resources 2014. A better life cycle plan and recycling measurements are requested for the future. In order to counteract to the negative phosphorus balance in agriculture, technologies for P recovery and recycled P-material are investigated. Thermochemical treatment of sewage waste seems promising for receiving bio-available phosphorus with a low heavy metal content. The formation of different P-compounds depends on the operating conditions and the feed used. Co-combustion of sewage sludge with sunflower husk and wheat straw residues enhances the concentration of potassium and the P-K-correlations in general. K-phosphates seem promising regarding their bioavailability and usage as fertilizer. Especially in the bottom ash fraction positive K-P-correlations were detected for co-combustion. Under gasification conditions, in reducing atmosphere, the formation of feldspar seem to occur to a higher extent and the K/Ca ratio does not seem as promising as under combustion conditions. It is assumed that the blending of the fuel fractions and the conversion of Fe- and Ca-phosphates to K-phosphates progressed unsatisfactorily.