Kristallisation von Magnesium-Ammonium-Phosphat-Hydraten während der Aufbereitung von Fermentationsrückständen

Im Hinblick auf eine nachhaltige stoffliche und energetische Nutzung vorhandener Biomasse-ressourcen spielt die Biogastechnologie eine zentrale Rolle. Biogas bzw. Biomethan ist vielseitig zur Strom-, Wärme- und Kraftstofferzeugung sowie in der chemischen Industrie einsetzbar. Um eine effiziente Nutzung der eingesetzten Biomassen zu gewährleisten, ist die Anwendung ganzheitlicher Verfahrenskonzepte zwingend erforderlich. Diese umfassen u. a. die Aufbereitung der Gärreste zu transport- und lagerfähigen Düngeprodukten. Entsprechende Aufbereitungsverfahren sind zwar grundsätzlich verfügbar, führen allerdings in ihrer großtechnischen Umsetzung oftmals zu Problemen. So führt beispielsweise eine unkontrollierte Kristallisation der in den Gärresten enthaltenen Ionen Ammonium (NH4), Magnesium (Mg) und Phosphat (PO4) zur Bildung unlöslicher MAP-Ablagerungen. Verengte Rohrleitungsabschnitte oder beschädigte Apparaturen sind die Folge und es kommt zu erheblichen Beeinträchtigungen im Betriebsablauf derartiger Anlagen. Um diese zu umgehen, bietet entweder die Verhinderung der MAP-Kristallisation durch Anpassung der Prozessparameter oder die kontrollierte Fällung und anschließender Abtrennung der MAP-Kristalle eine potentielle Lösung. Unabhängig von der Herangehensweise ist jedoch ein umfassendes Verständnis der MAP-Kristallisation unter den Bedingungen eines Aufbereitungsprozesses erforderlich.

Um dieses Systemverständnis zu generieren, werden in der Untersuchung zunächst die chemischen und thermodynamischen Grundlagen der Fällungskristallisation erarbeitet sowie der aktuelle Stand des Wissens in Bezug auf die MAP-Kristallisation untersucht. Der Temperatureinfluss wird dabei detaillierter betrachtet, da dieser nicht nur die Ausbeute sondern auch die Zusammensetzung der entstehenden Feststoffphase bzw. die MAP-Hydratform bestimmt. Durch die kombinierte Betrachtung thermodynamischer und chemischer Zusammenhänge sowie durch die Analyse zahlreicher experimenteller Daten wird ein umfassendes Systemverständnis der MAP-Bildung erzielt. Alle Haupt- und Wechselwirkungseffekte der Einflussgrößen werden durch mathematische Modellgleichungen abgebildet, sodass eine Vorhersage der MAP-Bildung ermöglicht wird und daraus entsprechende Empfehlungen zur Verhinderung von MAP-Ablagerungen abgeleitet werden können.