TY - JOUR A1 - Kratz, S. A1 - Vogel, Christian A1 - Adam, Christian T1 - Agronomic performance of P recycling fertilizers and methods to predict it: a review N2 - Phosphorus (P) is an essential element for all life forms, and P-availability thus an important driver of a functioning agriculture. However, phosphate rock resources for P-fertilizer production are only available in a few countries. Therefore, P-recovery from waste materials has become of increasing interest during the last decade and has been investigated worldwide. In order to characterize potential novel P-fertilizers made from recycled materials, a large array of P-compound characterizations, chemical extractions and growth experiments were performed. This review bundles the work carried out in that field over the last years. Overall, P-fertilizers from recycled materials show a broad range of P-compounds with very different chemical structure and solubility. Growth experiments performed to assess their fertilizing effects display high variations for most of the products. While these experiments have demonstrated that some fertilizers made of recycled materials may reach P effects in the same order of magnitude as water-soluble phosphate rock-based fertilizers, an important limitation in their interpretation is the fact that they often vary considerably in their experimental design. The existing data show clearly that standardization of growth experiments is urgently needed to achieve comparable results. Standard chemical extractants used to assess the chemical solubility of P-fertilizers were found to be of limited reliability for predicting plant P uptake. Therefore, alternative methods such as sequential fractionation, or the extraction of incubated soil/fertilizer mixtures with standard soil extractants or with P sink methods should be tested more intensively in the future to provide alternative options to predict the P-availability of fertilizers from recycled materials. KW - Recycling fertilizer KW - Phosphorus KW - Chemical extraction methods KW - Agronomic performance KW - Incubated soil/fertilizer mixtures KW - P sink method KW - Diffusive gradients in thin films (DGT) PY - 2019 U6 - https://doi.org/10.1007/s10705-019-10010-7 SN - 1385-1314 SN - 1573-0867 VL - 115 IS - 1 SP - 1 EP - 39 PB - Springer AN - OPUS4-48713 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Maresca, A. A1 - Krüger, O. A1 - Herzel, Hannes A1 - Adam, Christian A1 - Kalbe, Ute A1 - Astrup, T. F. T1 - Influence of wood ash pre-treatment on leaching behaviour, liming and fertilising potential N2 - In Denmark, increasing amounts of woody biomass are being used for the production of renewable energy, resulting in more wood ashes being generated. While these materials have been mainly landfilled, wood ashes may also be utilised for fertilizing and liming purposes on top of soils. Pre-treatments involving hardening or granulation may be carried out prior to soil application. In this study, two Danish wood ash samples were hardened and/or granulated. Lab-hardening induced rapid changes in the shape of the acid neutralisation capacity curve of the ashes. Up-flow column tests, assuming local equilibrium conditions, were employed to investigate the leaching from pre-treated ashes. Granules and loose ashes demonstrated similar leaching behaviours, indicating that similar geochemical processes were governing their leaching. In comparison with untreated fresh ashes, the hardened ashes demonstrated reduced leaching of Ca, Ba, Pb and Zn with concentration levels generally below or close to the analytical limits of quantification; to the contrary, the leaching of As, P, Sb, Si, V and Mg was enhanced in the hardened ashes. The release of alkalinity was reduced by hardening. In general, all granules were barely breakable by finger-pinching and they could withstand one month of continuous leaching, preserving their overall shape. The solubility of phosphorous in neutral ammonium citrate indicated that about 30–51% of the total P content in the ash samples was released, suggesting that the ashes could be potentially valuable as P-fertiliser if applied onto soil. KW - Wood ash KW - Phoshpor availability KW - Leaching KW - Forest soils PY - 2019 U6 - https://doi.org/10.1016/j.wasman.2018.11.003 SN - 0956-053X VL - 83 SP - 113 EP - 122 PB - Elsevier AN - OPUS4-46583 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Auer, G. A1 - Spanka, M. A1 - Hamann, Christopher A1 - Adam, Christian T1 - Thermal zinc extraction from steel mill dust N2 - Treatment and reusing of hazardous wastes have become significant issues of modern societies. Blast furnace sludge (BFS) and electric arc furnace dust (EAFD) are such typical wastes, because they usually contain high amounts of undesirable elements such as zinc (Zn) and lead (Pb). These elements can cause operational problems in reusing of BFS and EAFD. In this study, the Ferro Duo GmbH and the Federal Institute for Materials Research and Testing have investigated a novel approach for eliminating and/or recovering Zn and Pb from both wastes. Applied was a selective chlorination and volatilization of Zn and Pb as chlorides at temperatures between 500 °C and 1100 °C. Both product obtained, Zn and Pb in the form of ZnCl2 and PbCl2 and the purified solid mineral compound are attractive materials for further use. Hydrochloric acid and iron(II) chloride were used as chlorination agents. Exceptionally high Zn and Pb removal efficiencies of >99.5 % could be achieved with both chlorination agents, whereby iron(II) chloride exhibited better performance. KW - Blast furnace sludge KW - Chlorination KW - Electric arc furnace dust KW - Lead KW - Zinc KW - Thermochemical treatment PY - 2019 SN - 1613-2394 VL - 72 IS - 1 SP - 27 EP - 31 PB - GDMB Verlag GmbH CY - Clausthal-Zellerfeld AN - OPUS4-47288 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Vogel, Christian A1 - Sekine, R. A1 - Steckenmesser, D. A1 - Lombi, E. A1 - Herzel, Hannes A1 - Zuin, L. A1 - Wang, D. A1 - Felix, R. A1 - Adam, Christian T1 - Combining diffusive gradients in thin films (DGT) and spectroscopic techniques for the determination of phosphorus species in soils N2 - A wide range of methods are used to estimate the plant-availability of soil phosphorus (P). Published research has shown that the diffusive gradients in thin films (DGT) technique has a superior correlation to plant-available P in soils compared to standard chemical extraction tests. In order to identify the plantavailable soil P species, we combined DGT with infrared and P K- and L2,3-edge X-ray adsorption near edge structure (XANES) spectroscopy. This was achieved by spectroscopically investigating the dried binding layer of DGT devices after soil deployment. All three spectroscopic methods were able to distinguish between different kinds of phosphates (poly-, trimeta-, pyro- and orthophosphate) on the DGT binding layer. However, infrared spectroscopy was most sensitive to distinguish between different types of adsorbed inorganic and organic phosphates. Furthermore, intermediates of the time-resolved hydrolysis of trimetaphosphate in soil could be analyzed. KW - Phosphorus plant-availability KW - X-ray adsorption near-edge structure (XANES) spectroscopy KW - Infrared spectroscopy KW - Diffusive gradients in thin films (DGT) PY - 2019 U6 - https://doi.org/10.1016/j.aca.2019.01.037 SN - 0003-2670 VL - 1057 SP - 80 EP - 87 PB - Elsevier AN - OPUS4-47471 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Kratz, S. A1 - Adam, Christian A1 - Vogel, Christian T1 - Düngewirkung von P-Rezyklaten N2 - Die agronomische Effizienz von Düngemitteln wird üblicherweise in Vegetationsversuchen geprüft. Diese erlauben die es, unterschiedliche Kulturpflanzen und deren Strategien der Nährstoffmobilisierung und -aneignung zu betrachten und verschiedene Substrattypen und deren Eigenschaften im Hinblick auf Nährstofffixierung und -freisetzung zu berücksichtigen. Solche Versuche, selbst wenn sie nicht im Feld, sondern nur im Gefäß durchgeführt werden, sind jedoch sowohl zeit- als auch kostenintensiv. In erster Näherung wird die Pflanzenverfügbarkeit insbesondere von Phosphor (P)-Düngemitteln daher in der Regel mit Hilfe standardisierter chemischer Extraktionsmethoden abgeschätzt, deren Durchführung in der deutschen ebenso wie in der europäischen Düngemittelverordnung normiert ist. Diese Methoden werden auch bei der staatlichen Düngemittelverkehrskontrolle genutzt, um zu überprüfen, ob die düngemittelrechtlichen Vorgaben eingehalten werden. Wie jüngere Arbeiten gezeigt haben, ist es jedoch schwierig, herkömmliche Standardextraktionsmethoden auf neue Dünger aus Recyclingmaterialien wie Klärschlamm zu übertragen. Korrelationen zwischen P-Aufnahme im Vegetationsversuch und chemischer Löslichkeit im Standardextrakt sind oft nur mäßig bis schwach oder überhaupt nicht signifikant. Die vorliegende Literaturübersicht gibt einen Überblick zum aktuellen Stand des Wissens über die chemische Löslichkeit von klärschlammbasierten P-Recyclingdüngern, deren Effizienz im Vegetationsversuch und statistische Relationen zwischen beiden Parametern. Anschließend werden alternative Methoden zur Abschätzung der P-Verfügbarkeit von Recyclingdüngern vorgestellt, die derzeit Gegenstand der wissenschaftlichen Diskussion sind. KW - Abwasser KW - Agronomische Effizienz KW - Chemische Löslichkeit KW - Düngemittel KW - Extraktion KW - Klärschlamm KW - Pflanzenverfügbarkeit KW - Pflanzenwurzel KW - Phosphat KW - Phosphor KW - P-Recyclingdünger KW - Relative agronomische Effizienz (RAE) KW - Struvit KW - Vegetationsversuche PY - 2019 VL - 32 IS - 1 SP - 14 EP - 21 PB - Rhombos-Verlag CY - Berlin AN - OPUS4-47941 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Adam, Christian T1 - Breites Leistungsspektrum - Für die Phosphorrückgewinnung aus Abwasser und Klärschlamm stehen aus technischer und ökonomischer Sicht verschiedene Verfahren zur Verfügung N2 - Die P-Rückgewinnung aus Teilströmen mit erhöhten P-Gehalten kann direkt in den Kläranlagenbetrieb integriert werden und führt dort in vielen Fällen zu betrieblichen und ökonomischen Vorteilen. Sie ist in der Regel auf Bio-P-Kläranlagen beschränkt, da hier die anaerobe P-Rücklösung initiiert und genutzt werden kann. Durch die reine P-Rücklösung durch Schaffung anaerober Bedingungen ist allerdings das Potential der Rückgewinnung auf 5 bis 15 Prozent der Zulauffracht limitiert. Die meisten Kläranlagen in Deutschland werden mit einer chemischen Phosphor-Fällung betrieben. Diese Anlagen können aus dem Klärschlamm Phosphat in ausreichend hoher Konzentration nur zurückgewinnen, indem zusätzlich anorganische Säuren wie Schwefelsäure zugeführt werden oder ein Aufschluss mit flüssigem Kohlendioxid stattfindet. Es wird angenommen, dass sich mit diesen Verfahren mehr als 50 Prozent der Zulauffracht einer Kläranlage zurückgewinnen lassen. Der Aufschluss von Klärschlamm mit Schwefelsäure geht aber mit vergleichsweise hohen Umweltwirkungen sowie mit höheren Kosten im Vergleich zu anderen Phosphor-Rückgewinnungsverfahren einher. Ein sehr hohes Potential der Rückgewinnung von Phosphor (P) ist bei allen Verfahren gegeben, die als Rohstoff die Asche aus der Monoverbrennung verwerten. Der Aufschluss mit anorganischen Säuren ermöglicht die sichere Phosphor-Rückgewinnung von mehr als 80% Prozent des Kläranlagenzulaufs. Die Verfahren sind zum Teil großtechnisch umgesetzt oder es befinden sich großtechnische Anlagen im Bau. Auch thermochemische Verfahren wurden entwickelt und deren Einsatzbereitschaft im großtechnischen Maßstab erfolgreich demonstriert. In dem nachfolgenden Beitrag werden unterschiedliche praxiserprobte Verfahren zur Phosphor-Rückgewinnung unter technischen und wirtschaftlichen Aspekten vorgestellt. KW - Abwasserreinigung KW - Bio-P-Kläranlage KW - Elimination KW - Fällmittel KW - Kläranlage KW - Klärschlamm KW - Klärschlammasche KW - Klärschlammverordnung KW - Monoverbrennung KW - Permeat KW - Phosphat KW - Phosphor KW - Phosphorrückgewinnung KW - Retentat KW - Struvit KW - Zentrat PY - 2019 VL - 32 IS - 1 SP - 4 EP - 13 PB - Rhombos-Verlag CY - Berlin AN - OPUS4-47942 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER -