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Klärschlamm
Klärschlamm ist eine wichtige Phosphor-Quelle. Die Rückgewinnung von Phosphor aus dem Klärschlamm könnte deshalb einen wichtigen Beitrag zur Schliessung der Stoffkreisläufe liefern.
Inhaltsverzeichnis
Definition
Als Klärschlamm bezeichnet man den ausgefaulten oder auf andere Art stabilisierten Schlamm, welcher bei der Behandlung von Abwasser in Abwasserreinigungsanlagen (ARA) anfällt. Nach weiteren Behandlungsschritten kann man schliesslich zwischen entwässertem und getrocknetem Klärschlamm unterscheiden. Davon ausgenommen ist das Rechen-, Sieb- und Sandfrachtgut.
Klärschlamm enthält neben Nährstoffen wie Phosphor, Stickstoff und organischen Stoffen viele unerwünschte Substanzen wie Schwermetalle, organische Schadstoffe und Mikroverunreinigungen (beispielsweise Medikamentenrückstände, Hormone) und Krankheitserreger.
Für Klärschlamm gilt aus Risikogründen seit dem 1. Oktober 2006 ein bundesweites Verwendungsverbot in der landwirtschaftlichen Nutzung. Statt der direkten Verwertung in der Landwirtschaft muss er fachgerecht entsorgt werden.
Das Umweltschutzgesetz (USG) und die Verordnung über die Vermeidung und die Entsorgung von Abfällen (VVEA) stellen Klärschlamm betreffend Entsorgung den Siedlungsabfällen gleich. Das heisst: Die Entsorgungspflicht für Klärschlamm ist ein Staatsmonopol und liegt, wie bei den Siedlungsabfällen auch, beim Gemeinwesen (Kanton und Gemeinden).
In den kommunalen Abwasserreinigungsanlagen (ARA) der Schweiz fallen jährlich etwa vier Millionen Tonnen flüssiger Klärschlamm mit einem Trockensubstanzgehalt (TS) von rund 200'000 Tonnen an.
Zuständigkeit
Nach der kantonalen Verordnung über den Gewässerschutz ist die Abwasserbehandlung wie die Abfallbeseitigung Aufgabe der Gemeinden. Damit sind die Gemeinden auch für die Entsorgung von Klärschlamm zuständig.
Der Kanton ist verantwortlich für die Planung und Zuweisung der Abfallströme: Er ist vom Bund beauftragt, einen Entsorgungsplan zu erstellen sowie Bedarf, Kapazität und Standorte für Anlagen aufzuzeigen und diese laufend zu aktualisieren. Zudem legt der Kanton Einzugsgebiete für die Abfälle aus der öffentlichen Abwasserreinigung fest und stellt den wirtschaftlichen Betrieb der Abfallbehandlungsanlagen sicher.
Klärschlammmengen im Kanton Zürich
Nachfolgend dargestellt sind die jährlichen Klärschlammmengen an den einzelnen ARA-Standorten im Kanton Zürich (angegeben in Tonnen entwässerter Klärschlamm pro Jahr). Die Werte sind gerundet und beziehen sich auf das Jahr 2009. Heutige Werte bewegen sich in einer ähnlichen Grössenordnung.
Entsorgungsplan
Der Zürcher Regierungsrat hatte bereits 2003 festgelegt, welche Grundsätze für die Klärschlammentsorgung im Kanton Zürich unter den neuen Rahmenbedingungen gelten. Dabei stand die Entsorgungssicherheit im Fokus. Der Klärschlammentsorgungsplan schuf die Grundlage dafür, dass Klärschlamm aus der Abwasserreinigung (jährlich rund 100'000 Tonnen entwässerter Klärschlamm) fachgerecht entsorgt werden kann. Zudem wurden die Einzugsgebiete für die Klärschlammentsorgung festgelegt.
Im Jahr 2007 hat der Zürcher Regierungsrat aufgrund von absehbaren Engpässen bei den Entsorgungskapazitäten ab 2015 den Auftrag erteilt, für den Klärschlamm ein langfristiges, ökologisch und ökonomisch ausgerichtetes Entsorgungskonzept zu erarbeiten. Das Konzept sollte zukünftige Entsorgungswege planen und dabei auf Phosphor-Rückgewinnung und Energienutzung setzen. Im Sinne einer nachhaltigen Ressourcenwirtschaft war die Planung zukünftiger Entsorgungswege – insbesondere beim Bau von neuen Klärschlammverwertungsanlagen – so auszurichten, dass die (spätere) Rückgewinnung des Wertstoffes Phosphor möglich ist. Die im Klärschlamm enthaltene erneuerbare Energie sollte unabhängig vom Ort der Behandlung wirtschaftlich optimal genutzt werden.
Diese Vorgaben haben dazu beigetragen, dass im neuen kantonalen Klärschlammentsorgungsplan ein technisches Konzept beschlossen wurde, bei dem der gesamte Zürcher Klärschlamm dezentral auf den Abwasserreinigungsanlagen (ARA) entwässert und dann in einer zentralen Klärschlammverwertungsanlage (KSV) thermisch behandelt wird. Dieser ökologisch und ökonomisch optimierte Entsorgungsplan wurde mit dem Regierungsratsbeschluss Nr. 1035 vom 31. August 2011 festgesetzt.
Aufgrund einer umfassenden Standortevaluation mit fünf möglichen Standorten im Kanton wurde entschieden, die zentrale Klärschlammverwertungsanlage im Klärwerk Werdhölzli zu erstellen. Bei dieser Entscheidungsfindung wurden alle für die Klärschlammentsorgung verantwortlichen Personen im Kanton Zürich einbezogen. Nachdem die Stadtzürcher Bevölkerung dem Projekt 2012 mit einem überwältigenden Mehr von 93,9 Prozent zustimmte, erfolgte der Spatenstich. Die zentrale Verwertung von Klärschlamm im Werdhölzli ist für die anderen Klärwerke im Kanton mit Kosten für die Anlieferung verbunden. Diese werden mit einem Transportkostenausgleich abgefedert, für welchen die Stadt Zürich jährlich 250'000 Franken zur Verfügung stellt.
Phosphor-Rückgewinnung aus Klärschlammasche
Der Kanton Zürich hat mit dem sogenannten Phos4Life-Verfahren ein Projekt zur Rückgewinnung von Phosphor aus Klärschlammasche gefördert. Ziel des erfolgreich pilotierten Projekts war es, aus Klärschlammasche reine, marktfähige Phosphorsäure zu gewinnen. Momentan laufen Abklärungen zur Realisierung einer überregionalen Rückgewinnungsanlage am Standort Emmenspitz.
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Phosphor ist einer der wertvollsten Nährstoffe in Abfällen. Für Mensch und Natur ist er ein lebenswichtiger, nicht ersetzbarer Rohstoff. Die abbaubaren Vorkommen von Phosphor sind weltweit begrenzt. In der Schweiz bestehen keine natürlichen Vorkommen von Phosphor.
Heute ist die wichtigste Grösse im Phosphorumsatz unseres Landes die Rückführung der Hofdünger und der Ernterückstände in die Landwirtschaft. Zur Versorgung von Mensch und Natur werden aber seit Jahrzehnten grosse Mengen an Phosphor importiert.
Phosphorbilanzen für die Schweiz weisen aus, dass die im Klärschlamm gebundene Menge an Phosphor pro Jahr etwa gleich gross ist wie die mit Mineraldünger importierte Menge.
Gleichzeitig zeigen neuste Ergebnisse zur Phosphor-Rückgewinnung aus Klärschlamm, dass Phosphor effektiv und effizient aus der Klärschlammasche, dem Endprodukt der Abwasserreinigungsanlagen, im grossen Stil zurückgewonnen werden kann.
In Zukunft könnte Phosphor mit dem Phos4Life®-Verfahren zu über 95 Prozent zurückgewonnen und in Form von reiner Phosphorsäure als handelsübliches Produkt vermarktet werden. Auch 90 Prozent der weiteren Wertstoffe (Eisenchlorid für Fällmittelersatz in ARA, Metalle und Mineralik) könnten durch die Verwertung der Klärschlammasche dem Stoffkreislauf wieder zugeführt werden. Davon profitiert die Umwelt, zusätzlich kann das Deponievolumen entscheidend reduziert werden.
Das vom Kanton Zürich geförderte «Phos4Life-Verfahren» zur Rückgewinnung von Phosphor aus Klärschlammasche in Form von reiner, marktfähiger Phosphorsäure ist nach erfolgreicher Pilotierung nun so weit, dass die Planung einer Grossanlage zur Umwandlung von Asche aus Klärschlamm in reine Phosphorsäure gestartet werden kann.
Die mehrjährigen Entwicklungsarbeiten im Auftrag des Kanton Zürich, durchgeführt durch die Stiftung Zentrum für nachhaltige Abfall- und Ressourcenwirtschaft (ZAR) in Kooperation mit dem spanischen Industriepartner Técnicas Reunidas, konnten Ende 2018 erfolgreich abgeschlossen werden. Der Abschlussbericht vom 4. Februar 2019 erläutert das Verfahren und die wichtigsten Resultate, die im Zuge des Entwicklungsprojekts erarbeitet wurden.
Auf der Suche nach einem geeigneten Standort für eine überregionale Produktionsanlage ist man am Standort Emmenspitz im solothurnischen Zuchwil fündig geworden.
Die Phosphor-Rückgewinnungsanlage liesse sich sinnvoll in das Areal der Kehrichtverwertungsanlage KEBAG (Kehrichtbeseitigungs-AG) und der Abwasserreinigungsanlage ZASE (Zweckverband der Abwasserregion Solothurn-Emme) im Emmenspitz integrieren. Das Areal liegt in zentraler Lage im Herzen der Schweiz und verfügt neben der guten Strassenanbindung auch über einen Bahnanschluss. Zudem kann die KEBAG die für die Herstellung der Phosphorsäure nötige Energie in Form von Dampf und Strom liefern.
Mehrere interessierte Betreiber von Abwasserreinigungs- und Klärschlammverbrennungsanlagen, darunter auch die Betreiber der Verbrennungsanlage in Zürich, haben die Stiftung ZAR damit beauftragt, ein Vorprojekt für eine Rückgewinnungsanlage am Standort Emmenspitz zu erarbeiten.
Der Flyer zum Vorprojekt enthält wichtige Informationen zum schon angelaufenen Vorprojekt und zur Prüfung der Umsetzbarkeit von Phos4Life bei gleichzeitiger Nutzung von Synergien mit dem Projekt SwissZinc am Standort Emmenspitz.
Die industrielle Produktion von Phosphorsäure unmittelbar neben der projektierten neuen Kehrichtverwertungsanlage KEBAG Enova könnte nach heutiger Planung etwa 2026 beginnen.
- Download Flyer zum Vorprojekt Phos4Life in Emmenspitz, Solothurn PDF | 4 Seiten | Deutsch | 487 KB
- Download Vorprojekt Phos4Life: Faktenblatt Nr. 1 - Titan in Klärschlammasche PDF | 2 Seiten | Deutsch | 192 KB
- Download Vorprojekt Phos4Life: Faktenblatt Nr. 2 - Titan in Klärschlammasche PDF | 2 Seiten | Deutsch | 163 KB
Detaillierte Informationen zum laufenden Projekt finden Sie in den periodisch erscheinenden Projektblättern zur Rückgewinnung von Phosphor aus der Klärschlammasche. Die Baudirektion informiert regelmässig über den aktuellen Planungsstand der Klärschlammentsorgung im Kanton Zürich ab 2015 in Form von Klärschlamm-Agenden.
- Download Projektblatt Nr. 1: Ohne Phosphor kein Leben PDF | 4 Seiten | Deutsch | 1 MB
- Download Projektblatt Nr. 2: Da drin steckt viel Leben PDF | 4 Seiten | Deutsch | 1 MB
- Download Projektblatt Nr. 3: Technische Machbarkeit gesichert. Optimierung gestartet PDF | 4 Seiten | Deutsch | 1 MB
- Download Projektblatt Nr. 4: Produktion von Phosphorsäure aus Klärschlamm rückt in greifbare Nähe PDF | 4 Seiten | Deutsch | 1 MB
- Download Projektblatt Nr. 5: Phosphor-Mining - Die Zielvorgaben lassen sich erfüllen PDF | 4 Seiten | Deutsch | 2 MB
- Download Projektblatt Nr. 6: Die Umsetzung des Phosphor-Minings bedingt Kooperation PDF | 4 Seiten | Deutsch | 946 KB
Die ETH Zürich hat eine umfassende Ökobilanz zum Phos4Life-Verfahren verfasst. In der Studie wird die Produktion von Phosphorsäure aus Klärschlammasche mittels des Phos4Life-Verfahrens mit der Primärproduktion von Phosphorsäure aus Rohphosphat ökologisch verglichen. Die Studie enthält eine englische Zusammenfassung (includes english summary).
Die seit 2016 geltende Verordnung über die Vermeidung und die Entsorgung von Abfällen (VVEA) schreibt vor, dass Phosphor aus Abwasser bis spätestens 2026 zurückgewonnen werden muss. Dazu bieten sich verschiedene Technologien an, von denen bis heute allerdings noch keine realisiert ist.
Damit die Schweiz effiziente Verfahren für die Rückgewinnung von Phosphor erhält, wurde im Herbst 2017 auf Initiative des Kantons Zürich eine Plattform für den Dialog interessierter Kreise geschaffen. Dazu gehören die Betreiber von Abwasserreinigungsanlagen (ARA) und Klärschlammverbrennungsanlagen, welche gemeinsam mehr als 60 Prozent des Schweizer Klärschlammanfalls repräsentieren, aber auch betroffene Verbände. Die Plattform will Grundlagen für die anstehenden Verfahrensentscheide liefern und hat dazu eine «Verfahrenstechnische Marktanalyse für die Phosphor-Rückgewinnung aus dem Abwasserpfad» durchgeführt.
Weiterführende Informationen
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