Agronomische Effizienz und Schwermetallkontamination von Phosphor (P)-Recyclingprodukten aus mehrjährig deponierten Klärschlammaschen

Abstract

In einem modifizierten Neubauer-Gefäßversuch mit Roggen wurde die agronomische Effizienz von Recyclingprodukten untersucht, die aus einer für ca. 10 Jahre deponierten Klärschlammasche aus Monoverbrennung hergestellt wurden. Folgende Produkte wurden getestet: die deponierte Klärschlamm-Rohasche aus chemischer Fällung (SSA 1), ein Säureauszug ohne (SSA 2) und mit anschließender Ca-P-Fällung (SSA 3), und ein Produkt, welches nach dem Säureaufschluss einer Kationenaustauschprozedur unterworfen wurde (SSA 4). Zum Vergleich wurde eine thermochemisch behandelte Klärschlammasche (SSA-TC) mit untersucht, die den gegenwärtigen Stand der Technik repräsentiert. Als Referenz wurde ein kommer­zieller wasserlöslicher P-Mineraldünger (Superphosphat, SSP) eingesetzt. Die NAC-Löslichkeit von SSA 2–4 wurde durch den Säureaufschluss auf ein Niveau von 87–92% des Gesamt-P angehoben, im Vergleich zu 36,5% in der Rohasche (SSA 1) und 63% in SSA-TC. SSA 4 war das einzige Testprodukt mit einer hohen Wasserlöslichkeit (77% des Gesamt-P). Die auf den Trockenmasseertrag bezogene relative agronomische Effizienz (RAE-DMY) zeigte keine großen Unterschiede zwischen den Varianten, bei der optimalen P-Stufe (20 mg) variierte sie zwischen 84% des DMY-SSP für die Rohasche SSA 1 und 91% für SSA 2. Die Kalkulation der RAE bezogen auf die P-Aufnahme (RAE-PU) zeigte eine deutlichere Variation: Bei der P-Stufe 20 rangierte die RAE-PU zwischen 53,5% für SSA 1 und 99% für SSA 4. Somit unterschied sich SSA 4, das einzige wasserlösliche Testprodukt, deutlich von den nicht wasserlöslichen Varianten. Allerdings verzeichnete SSA 4 in der höchsten P-Stufe (40 mg) einen deutlichen Einbruch sowohl beim DMY als auch bei der P-Aufnahme. Dies war eine Folge von Na-Toxizität, die durch die behandlungsbedingt stark erhöhte Na-Konzentration dieses Testproduktes verursacht wurde.

Mit der Säurebehandlung konnten die Schwermetallgehalte (As, Cd, Cr, Cu, Ni, Pb, Tl, Zn) der Rohasche signifikant reduziert werden, so dass die Grenzwerte der deutschen Düngemittelverordnung sicher eingehalten wurden. Die Urankonzentration war bereits im Ausgangs­material gering (2,9 mg/kg DM). Allerdings war auch die Ca-P-Fällung (SSA 3) nicht in der Lage, die hohen Fe- und Al-Konzentrationen des Ausgangsmaterials hinreichend zu reduzieren, um die (Re-)Formierung von unlöslichen Fe/Al-Phosphaten während des Experiments zu verhindern. Während durch einen Austausch der Kationen Al und Fe gegen Na (SSA 4) die Pflanzenverfügbarkeit und -aufnahme von P erhöht wurden, verursachte diese Behandlung andere, mit den ebenfalls erhöhten Na-Gehalten verbundene Schwierigkeiten.

Das Experiment führte zu der Schlussfolgerung, dass weitere Versuchsansätze erforderlich sind, um P in einer Form aus der Klärschlammasche zu gewinnen, welche zugleich pflanzenverfügbar ist und möglichst geringe wachstumsreduzierende Kontaminanten wie Natrium oder Schwermetalle enthält, damit aschebasierte Recyclingdünger in Zukunft attraktiver werden.