Abwasserreinigung: Was wird aus dem Klärschlamm?
In den öffentlichen und industriellen Kläranlagen fielen in Deutschland 1995 mehr als 110 Millionen Kubikmeter Klärschlamm an. Für den Bereich der Europäischen Union wird bis zum Jahr 2005 mit einer Zunahme des Klärschlammanfalls um 50 bis 60 Prozent gerechnet. Diese Zahlen machen deutlich, dass der Klärschlamm in den nächsten Jahren besonderer Aufmerksamkeit bedarf. Es geht nicht nur um eine sinnvolle Verwertungstechnologie, sondern auch um eine nachhaltige Wirtschaftsweise. Auch hier gilt der Grundsatz, dass Vermeiden sinnvoller als Verwerten ist und Verwerten wiederum Vorrang vor schadlosem Beseitigen hat. Wirtschaftlich interessant werden Verfahren zur Klärschlammverwertung, wenn der Wert der im Klärschlamm enthaltenen Stoffe deutlich größer ist als die Kosten, die bei der Gewinnung dieser Stoffe aus dem Schlamm entstehen.
Klärschlämme aus der Industrie und aus kommunalen Kläranlagen unterscheiden sich in ihrer Zusammensetzung: Industrieller Klärschlamm enthält oft Schadstoffe in hohen Konzentrationen und kann nicht oder nur selten weiterverwendet werden, er wird daher zurzeit überwiegend deponiert oder verbrannt. Anders beim Klärschlamm, der in kommunalen Anlagen anfällt: Er ist gering oder mäßig belastet und kann bei Rekultivierungsmaßnahmen oder in der Landwirtschaft »stofflich verwertet« werden; deutlich geringere Mengen werden verbrannt oder auf Deponien gelagert.Allerdings hat der Gesetzgeber die Anforderungen an das Deponiegut erhöht, sodass sich der Anteil des deponierten Schlamms verringern wird. So fordert die 1993 erlassene Technische Anleitung Siedlungsabfall (TA-Si) ab dem Jahr 2005 beispielsweise einen Anteil von weniger als fünf Prozent organischer Bestandteile im Rückstand. Diese Vorgabe kann nach heutigem Kenntnisstand nur über eine vorgeschaltete Verbrennung erreicht werden.
In kommunalen Kläranlagen fällt in der biologischen Reinigungsstufe sehr nasser Klärschlamm an; zudem sind die Mikroorganismen noch aktiv, sodass sich die Zusammensetzung des Schlamms noch verändern kann. Deshalb muss man den Klärschlamm behandeln, bevor er das Klärwerk verlässt. Der durch Sedimentation »eingedickte« Schlamm wird dabei zunächst stabilisiert und anschließend entwässert.
Schlammfaulung
Im Klärwerk kommt es oft zu Faulungsprozessen, bei denen Biogas (Faulgas) freigesetzt wird. Beim anaeroben Stoffwechselprozess werden die im Abwasserschlamm enthaltenen organischen Stoffe im Faulturm zu Methan und Kohlendioxid umgesetzt; in sehr viel geringeren Mengen entstehen auch Wasserstoff, Schwefelwasserstoff und Ammoniak. Überließe man den Schlamm sich selbst, so liefe der Faulungsprozess unkontrolliert ab. Dabei würden die organischen Schlammbestandteile aerob und anaerob abgebaut, der Schlamm würde sich verändern und unangenehme Gerüche freisetzen. Mit einem kontrollierten Faulungsprozess können Geruchsprobleme während und nach der Behandlung jedoch vermieden werden. Dies wird in vielen kommunalen Kläranlagen in Faultürmen durchgeführt, die oft das äußere Erscheinungsbild solcher Anlagen prägen. Das in seiner Zusammensetzung dem Erdgas nicht unähnliche Biogas wird im Klärwerk als Energiequelle weiter genutzt.
Die Faulung kann in drei Temperaturbereichen durchgeführt werden: bei 10 bis 20 Grad Celsius, zwischen 35 und 38 Grad Celsius oder im Bereich von 50 bis 60 Grad Celsius. In Deutschland ist die anaerobe Stabilisierung kommunaler Abwasserschlämme im mittleren Temperaturbereich Stand der Technik. Bei einer Temperatur von etwa 37 Grad Celsius verbleibt der Schlamm drei bis vier Wochen im Behälter. Diese Behälter haben meist, wie bei den Faultürmen der Kläranlage Halle/Saale-Nord, die charakteristische Form eines »halben Eies«.
Für niedrig belastete Abwässer kann die Faulung übrigens entfallen, da die organischen Stoffe schon weitgehend abgebaut und die anfallenden Schlämme damit inaktiv sind.
Der ausgefaulte, praktisch geruchlose und an Krankheitserregern arme Schlamm kann in einem nachfolgenden Prozess leicht entwässert werden und ist danach ohne Geruchsprobleme lagerfähig. Dieser Vorgang wird auch als Klärschlammstabilisation bezeichnet, da sich der Schlamm nach dem kontrollierten Faulungsprozess nicht mehr von selbst weiter verändert. An die Entwässerung schließen sich meist noch weitere Schritte an: Teiltrocknung und Verbrennung, Volltrocknung, Vergärung, Kompostierung, Deponierung oder stoffliche Verwertung.
Entwässerung und Trocknung
Die Beschaffenheit des Klärschlamms wird durch die Klärschlammverordnung festgelegt. Danach wird als Standardqualität für Klärschlamm ein Trockengranulat mit einem Trockenmasseanteil von 95 Prozent angestrebt. Der durch Sedimentation aus den Verfahren zur Abwasserreinigung im Eindicker anfallende Schlamm weist jedoch aus technischen und physikalischen Gründen einen durchschnittlichen Trockensubstanzanteil von nicht mehr als fünf Prozent auf. Daher steht eine weitere Stufe zur Trennung von festen und flüssigen Bestandteilen am Beginn eines jeden Aufbereitungsverfahrens.
Entscheidend für die Auswahl der Verfahren ist dabei die vorzugebende Restfeuchte in Abhängigkeit von der vorgesehenen weiteren Verwendung und dem dazu erforderlichen Transport. Stand der Technik sind kontinuierlich arbeitende Dekantierzentrifugen sowie Auspressapparate (Bandfilterpresse, Kammerfilterpresse), mit denen der Wasseranteil auf rund 75 Prozent gesenkt werden kann. Gegebenenfalls lässt sich durch vorgeschaltete Flockungsverfahren (Beimischung von Zuschlagstoffen) der Wasseranteil nochmals um zehn Prozent senken.
Unter der Vielzahl von Trocknungsverfahren zur weiteren Reduzierung des Feuchteanteils haben Wirbelschicht- und Dünnschichttrockner die größte Bedeutung. Um zu verhindern, dass schädliche Zersetzungsprodukte freigesetzt werden, wird dabei der Klärschlamm bei relativ niedrigen Temperaturen getrocknet (circa 85 Grad Celsius). Die Sauerstoffkonzentration im Gasraum ist kleiner als acht Prozent, Geruchsfreisetzungen oder unerwünschte chemische Reaktionen können vermieden werden. Zugleich sinkt auch die Zahl der im Schlamm enthaltenen Krankheitskeime deutlich ab — ein wichtiger Aspekt, denn die meisten im Abwasser vorhandenen Erreger überleben die biologische Abwasserbehandlung.
Stoffliche Verwertung
Die Inhaltsstoffe der Biomasse aus biologischen Abwasserbehandlungsanlagen sind im Wesentlichen Lipide (Fette), Kohlenhydrate, Nukleinsäuren beziehungsweise Proteine (Eiweiße). Grundsätzlich bietet sich die Möglichkeit an, diese Biomasse als Rohstoff zu nutzen. Das setzt eine chemische Behandlung voraus, zum Beispiel durch Hydrolyse, Oxidation oder Vergasung. Außerdem müssen hierbei — im Unterschied zu allen anderen Verfahren — die organischen Reaktionsprodukte separat gewonnen und verwertet werden. Ob sich dieses noch recht neue Konzept praktisch umsetzen lässt, ist derzeit noch nicht endgültig geklärt. Wie bei anderen Verfahren auch hängt die Wirtschaftlichkeit entscheidend von den äußeren Rahmenbedingungen (etwa vom Entsorgungspreis des Klärschlamms) sowie von regionalen Gegebenheiten ab.
Schlammverbrennung
Wie schon erwähnt, kann vorgetrockneter Klärschlamm auch verbrannt werden. Ziel dieses Verfahrens ist eine vollständige Umwandlung der Schlamminhaltsstoffe in anorganische Substanzen bei gleichzeitiger Nutzung des Energiepotenzials, also des Brennwerts. Die freigesetzte Energie kann dabei auch zur Vortrocknung genutzt werden. Als Reaktionsprodukte entstehen bei der Verbrennung vor allem Wasser und Kohlendioxid; auch bilden sich in geringen Mengen Metallsalze (aus den in der Biomasse in geringen Mengen vorhandenen Metallverbindungen). Stäube, lösliche Schlackenbestandteile und nicht umgesetzte Zwischenprodukte müssen anschließend aus den Rauchgasen und Schlacken entfernt werden. Die Rückstände lassen sich ohne Probleme deponieren.
Klärschlamm kann man auch in normalen, mit festen Brennstoffen betriebenen Feuerungen verwerten, falls die Restfeuchte das zulässt (sie muss unter 20 Prozent liegen). Schwerpunkt der industriellen Nutzung des Klärschlamms ist heute schon die Mitverbrennung in Kraftwerken. Man rechnet damit, dass im Jahr 2000 mehr als die Hälfte des eingesetzten Verbrennungsguts Klärschlamm sein wird. Daraus resultiert eine Vielzahl von Anforderungen und Problemen für den praktischen Betrieb. Anders ist dies bei speziellen Klärschlammverbrennungsanlagen. Solche Anlagen gestatten eine optimale Prozessführung und bergen — vorausgesetzt, sie entsprechen dem heutigen Stand der Technik — viel geringere ökologische Risiken. Um eine Klärschlammverbrennungsanlage ohne zusätzliche Stützfeuerung wirtschaftlich betreiben zu können, müssen pro Jahr mindestens 7,2 Kilotonnen Trockenmasse verbrannt werden.
Dr. Klaus-Peter Meinicke
Weiterführende Erläuterungen finden Sie auch unter:
Boden: Unsere Lebensgrundlage in Gefahr
Grundlegende Informationen finden Sie unter:
biologische Abwasserreinigung: Mikroben reinigen Abwasser
Abwasserreinigung in kommunalen Kläranlagen
Literatur:
Bank, Matthias: Basiswissen Umwelttechnik. Wasser, Luft, Abfall, Lärm, Umweltrecht. Würzburg 31995.
Förstner, Ulrich: Umweltschutztechnik. Eine Einführung. Berlin u. a. 51995.
Heintz, Andreas und Reinhardt, Guido A.: Chemie und Umwelt. Ein Studienbuch für Chemiker, Physiker, Biologen und Geologen. Braunschweig u. a. 41996.
Zahlen zur Abwasser- und Abfallwirtschaft, herausgegeben von der Abwassertechnischen Vereinigung. Bearbeitet von Esch, Bernd. Hennef 1996.