Meinel, Felix (2011)

Thema

Ökobilanz und wirtschaftlicher Vergleich verschiedener Phosphoreliminationsverfahren in Kläranlagen

Aufgabenstellung

In den vom BMBF geförderten Verbundvorhaben "ELaN" wird das Potential innovativer Verfahren der Nährstoffrückgewinnung aus dem Abwasserstrom untersucht. Phosphor ist ein wichtiger Düngerbestandteil und zählt zu den begrenzten Ressourcen. Phosphoreinträge aus kommunalem Abwasser haben ein erhebliches Eutrophierungspotential, das es durch Stoffstrommanagement zu minimieren gilt. Die Phosphorelimination ist ein wesentlicher Bestandteil der Verfahrenstechnik in Kläranlagen, um die Anforderungen für die Ableitung in ein Gewässer einzuhalten. Etabliertes Verfahren ist neben der chemischen Fällung die biologische P-Elimination. Als Vorteile des Bio-P-Verfahrens werden häufig geringere Betriebskosten genannt und die Möglichkeit der einfacheren P-Rückgewinnung. Die unterschiedlichen Randbedingungen der P-Elimination machen ökonomische, ökologische und verfahrenstechnische Vergleiche verschiedener Anlagen oftmals unmöglich. Einer Wirtschaftlichkeitsprognose sowie der Abschätzung von Umweltauswirkungen sind somit enge Grenzen gesetzt.

Der Diplomand hat die Aufgabe eine Ökobilanz für den Stoffstrom Phosphor aufzustellen und eine Wirtschaftlichkeitsuntersuchung verschiedener Fällungs- und Separationsverfahren in durchzuführen. In einem quantitativen Ansatz sind Aussagen herzuleiten, mit denen ökonomische und ökologische Gesichtspunkte beschrieben und bewertet werden können. Grundlage dafür ist eine statische Modellierung existierender Kläranlagen mit chemischer bzw. biologischer P-Entfernung. Auf Basis von Stoff- und Energieflussanalysen sind beispielhaft die typischen Ströme der unterschiedlichen Anlagenkonzeptionen aufzuzeigen. Mit einer Ökobilanz (LCA) sind die Auswirkungen auf die Umwelt darzustellen und zu bewerten. Die Ergebnisse sollen so aufbereitet werden, dass sie zur Entscheidungsfindung beitragen.

Autorenreferat

Zum Klärwerk Berlin-Münchehofe, in dem Phosphor mittels chemischer Fällung entfernt wird und zum Klärwerk Berlin-Waßmannsdorf, in dem eine Bio-P-Elimination eingesetzt wird, wurden eine vergleichende Ökobilanz und ein Wirtschaftlichkeitsvergleich durchgeführt. In die Untersuchung einbezogen wurde die Phosphorrückgewinnung mit dem MAP-Verfahren, die im Klärwerk Waßmannsdorf zur Anwendung kommt. Ziel der Arbeit ist es, anhand der Referenzsysteme das aus ökologischer und ökonomischer Sicht vorzuziehende Verfahren der Phosphorentfernung zu bestimmen.

Es wurde eine statische Modellierung der einzelnen Prozesse der betrachteten Klärwerke anhand einer großen Datengrundlage durchgeführt. In der Wirkungsabschätzung wurden für verschiedene Wirkungskategorien wie Treibhauspotential oder Eutrophierungspotential die negativen Auswirkungen der Klärwerke auf die Umwelt ermittelt. Außerdem wurden Investitions- und Betriebskosten der Klärwerke ermittelt und gegenübergestellt.

Es zeigt sich, dass das Bio-P-Verfahren in Kombination mit der MAP-Rückgewinnung geringere negative Umweltwirkungen verursacht als das Verfahren der chemischen P-Fällung mit der Herstellung konventionellen Mineraldüngers. Es ist für die Umwelt das verträglichere Verfahren. Die Investitionskosten des KW Waßmannsdorf sind höher als die des KW Münchehofe. Die Betriebskosten sind vergleichbar.

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