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.

Annually, about two million mega grams of dry solids (DS) of sewage sludge accumulate in wastewater treatment in Germany. According to the Statistical Federal Office (Destatis, 2013), 1,846,441 mega grams DS of sewage sludge were utilized in 2012. Besides incineration, the exploitation of sewage sludge in agriculture as fertilizer plays a significant role. In 2012, about 600,000 (544,065) mega grams of dry sewage sludge were applied on agriculturally or horticulturally used soils, which corresponds to 30.0 % of total amount (Bundesamt, 2011, AbfKlärV, 1992). Before disposing, the sewage sludge must be dewatered which is usually executed using synthetic flocculation aids like polyacrylamide (PAM) and its derivatives (Tuan et al., 2012). According to the fertilizer ordinance, as of 01/01/2017 20 % of all compounds as well as the end product of the used synthetic flocculation aids must be degraded two years after agricultural application (DüMV, 2012). Despite this regulation, an accumulation of polyacrylamide in the soil can be expected, since it is allowed to apply 5 mega grams DS of sewage sludge per hectare in 5 years (AbfKlärV, 1992). Seybold (1994) suggests that PAM is mostly resistant to microbial decomposition and mainly physically degraded. Not the PAM but its monomer (acrylamide) is known for its neurotoxicity (LoPachin and Gavin, 2012). Even if it does not permanently accumulate in soil, a potential toxicity exists. Therefore it is desirable to substitute the synthetic polyelectrolyte by a natural based and easily bio-degradable alternative flocculation aid. Several studies investigating the flocculation properties of cationic starch have been carried out (Rath and Singh, 1997, Khalil and Aly, 2001, Haack et al., 2002, Schwarz et al., 2006, Hebeish et al., 2010, Wang et al., 2013) but not in combination as nutrient incorporating fertilizer. The scarcity of phosphate rock sources has been an important issue in the last decades (Pinnekamp et al., 2007, Kabbe, 2013) as phosphate is a key nutrient for life on earth. As Kabbe (2013) states: “It is the key element in our genome, cellular membranes, skeleton and molecule adenosine triphosphate (ATP), the organism’s main energy storage.” Phosphorus is a non-substitutable nutrient in agriculture. An application of phosphorus fertilizer manufactured from non-renewable phosphate rock due to high crop yields is inevitable (Syers et al., 2011). Approximately 80 % of mined phosphorus are used for the fertilizer industry worldwide, in Germany even 85 % (Pinnekamp et al., 2007). Cordell et al. (2009) points out that the current global resources will be depleted in 50 to 100 years. For that reason, fostering of phosphorus recovery has become a current topic in the last years. So the European project P-REX – Sustainable Sewage Sludge Management fostering Phosphorus Recovery and Energy Efficiency was coined in September 2012. 16 European partners managed by project leader Dr Christian Kabbe from Berlin Centre of Competence for Water gGmbH work on 6 different working areas trying to close the phosphorus loop (shown in Fig. 1). Besides phosphorus recovery technologies from sludge processes or incineration ash out of sewage sludge, direct application on arable land is one branch of the phosphorus cycle. Within the working area 3 (WA3), the demonstration of applicability of green polymers for sludge dewatering step is one working package (P-REX, 2013). Within P-REX, this research attempts to combine phosphorus recovery and substitution of synthetic flocculation aids using natural based (green) polymers within sewage sludge treatment. The flocculation properties of a starch based cationic green polymer will be examined by measuring selected dewaterability indicators. Diverse sludge types from 3 different German wastewater treatment plants will be analysed after applying polyacrylamide/starch blends with defined ratios. As to phosphorus recovery, the phosphate contents of treated sludge water will be measured and a possible nutrient incorporation will be surveyed.

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.

Bei der Verwertung von Grünabfällen werden holzige Anteile teilweise separiert und als Brennstoff abgegeben. Die bei der thermischen Nutzung von diesen und anderen biogenen Brennstoffen anfallende Holzasche wird u.a. Betreibern von Kompostierungsanlagen zur Zumischung bei der Kompostierung angeboten. Da Holzaschen unterschiedliche Verwertungs- und Entsorgungswege gehen können, wird empfohlen, nur qualitätsgesicherte Holzasche anzunehmen.

To sustain good harvests, about 975,000 tons of mineral phosphorus need to be imported to Europe every year, while the potentials to recover and recycle this essential resource remain untapped or are just inefficiently used as in the case of sewage sludge. In the recent years various technical alternatives to the traditional but disputed application of sludge in agriculture have been developed to recover the nutrient. Especially user friendly solutions have already made their way to full-scale or at least pilot-scale application. National and international initiatives are dedicated to foster the implementation of new solutions, to bridge the gaps between the relevant sectors of science, policy and industry to finally increase the overall anthropogenic phosphorus efficiency according to the motto of the recent First European Sustainable Phosphorus Conference: use less, recycle more and cooperate smart. (www.phosphorusplatform.eu)