EU-LIFE-Projekt Sludge Redox Biogas aus Klärschlamm

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1 DEPONIE, RECYCLING, TECHNIK ABFALL- VERBRENNUNG ABWASSER- REINIGUNG EU-LIFE-Projekt Sludge Redox Biogas aus Klärschlamm Bericht für die Öffentlichkeit Ein Unternehmen von Bayer und LANXESS

2 Abschlussbericht eines Demonstrationsprojektes, das von EU-LIFE finanziell unterstützt wurde In diesem Bericht werden die Ergebnisse eines CURRENTA-Projektes zur Mengenreduktion von industriellem Klärschlamm in einer Pilotanlage vorgestellt. Mit einer kombinierten Methode können jährlich Tonnen entwässerter Industrieklärschlämme, die aus der biologischen Reinigung von Chemieabwässern entstehen, zur Biogaserzeugung im CHEMPARK Leverkusen genutzt werden. Dies ist das Ergebnis dieses Projektes, das von der Europäischen Union im Rahmen des LIFE-Programms gefördert wurde. Klärschlamm ist ein Dauerthema In Deutschland fallen jährlich circa zwei Millionen Tonnen Klärschlamm (Trockensubstanz) an. Etwa ein Drittel dieser Menge wird derzeit auf landwirtschaftlich Energieeinsparung zu entwickeln. Das Projekt Sludge Redox, das hier vorgestellt wird, ist das bislang letzte Glied einer langen Kette von Forschungsprojekten, die von Bayer AG, Bayer Industry Services und CURRENTA seit über 20 Jahren durchgeführt wurden. Bereits in den 80er Jahren wurde im Werk Leverkusen das Porteous-Verfahren für Klärschlämme mit hohem organischen Anteil zur Verbesserung der Entwässerbarkeit als thermisches Verfahren betrieben. Dabei wurde der Schlamm auf 170 C erhitzt. In den 90er Jahren wurde im Werk Dormagen ein Verfahren zur alkalischen Hydrolyse von Klärschlamm ausgearbeitet. Die Schlammfaulung, die Gemeinschaftsklärwerk im Entsorgungszentrum Bürrig genutzten Flächen ausgebracht. Industrieklärschlämme, die oft noch Reststoffe wie z.b. Schwermetalle enthalten, werden verbrannt. Die Verbrennung von Klärschlamm in Monoverbrennungsanlagen ist teuer. Die Suche nach kostengünstigeren und umweltschonen-deren Verfahren zur Klärschlammentsorgung ist aufgrund der großen Menge an Industrieklärschlamm eine wichtige Aufgabe. Die Europäische Union unterstützt daher Forschungsaktivitäten, die das Ziel haben, neue Verfahren zur Klärschlammverringerung und Kammerfilterpressen zur Schlammentwässerung im Entsorgungszentrum Bürrig 2 Bericht für die Öffentlichkeit

3 in kommunalen Kläranlagen ein gängiges Schlammbehandlungsverfahren ist, wurde auch getestet. Leider konnte mit diesem Verfahren der industrielle Klärschlamm nicht effizient in Biogas überführt werden. Industrieklärschlamm ist ein ganz besonderer Stoff Die Herausforderungen, denen sich die Forscher in den Abwasserbehandlungsanlagen der Chemischen Industrie stellen mussten, waren grundsätzlich andere, als im kommunalen Bereich. Die Abwässer eines Chemieparks sind mit hohen Konzentrationen unterschiedlichster Chemikalien beladen. Vielfach müssen einzelne Betriebsabwässer vorbehandelt werden, damit diese überhaupt biologisch abbaubar sind. Für anaerobe Bakterien, die unter Luftabschluss Biogas Kombinierte Behandlungsverfahren für Industrieklärschlamm Dennoch, trotz aller Verbesserungen, können auch die heutigen Industrieklärschlämme nicht ohne weiteres vergoren werden. Die Chemiker, Biologen, Ingenieure und Techniker der CURRENTA Abwasserreinigung in Leverkusen haben aber gezeigt, wie es gehen kann: Der Clou des Verfahrens ist die geschickte Kombination bereits bekannter Behandlungsschritte. Im ersten Schritt werden mit viel Wasser die wasserlöslichen Stoffe entfernt. Dabei wird auch Sulfat ausgewaschen, das später von den Bakterien zu dem übel riechenden und bakterientoxischen Schwefelwasserstoff umgewandelt würde. Der Waschschritt ist notwendig, um spätere Störungen bei der Vergärung zu vermeiden. Dr. Günter Müller erläutert Teilnehmern des LIFE-Fachsympsoiums die Laboranlage zur Schlammreduktion aus organischen Stoffen erzeugen, können viele Chemikalien schädigend wirken. Es war daher über Jahrzehnte hinweg nicht möglich, aus Chemieabwässern Biogas zu erzeugen. Seit dem Ende der neunziger Jahre haben sich die Abwasserbelastungen in vielen Chemieparks aufgrund neuer, effizienterer Herstellverfahren, deutlich verändert. Bakterienstämme, die noch einige Jahre zuvor den Belastungen nicht standgehalten haben, können in den heutigen Abwässern überleben. Anschließend werden die Schlammflocken (die den Überschussschlamm bilden) mit Natronlauge bei Temperaturen von über 90 C zerstört. Die organischen Bestandteile, insbesondere Proteine, Fette und Kohlenhydrate werden gespalten und größtenteils in wasserlösliche Stoffe umgewandelt. Durch diesen Behandlungsschritt wird der Schlamm sehr effizient aufgeschlossen. Für eine anaerobe Behandlung ist zunächst eine Neutralisation der eingesetzten Lauge erforderlich. Bericht für die Öffentlichkeit 3

4 In Bioreaktoren werden die aufgeschlossenen Schlämme unter Luftabschluss bei 35 C durch spezielle Mikroorganismen zunächst versäuert. Hierbei entstehen erst längerkettige, dann kurzkettige Carbonsäuren, die im letzten Schritt in Biogas überführt werden, einem Gemisch aus Methan (60%) und CO2 (40 %). Dieses kann man zum Heizen, zur Stromerzeugung oder zum Betanken von Erdgasfahrzeugen nutzen. Anlagenteil zur alkalischen Hydrolyse Anlage zur anaeroben Behandlung (Biogas) 4 Bericht für die Öffentlichkeit

5 Klärschlamm unbehandelt Klärschlamm nach Hydrolyse Schlamm aus Anaerob-Reaktor Die hier abgebildeten mikroskopischen Aufnahmen von Klärschlämmen zeigen, dass sich die Schlammflocken nach der Hydrolyse mit Natronlauge weitestgehend aufgelöst haben. Die anschließende Vergärung überführt den verbliebenen Rest teilweise in Gas. Zurück bleiben nur Fragmente der ehemals zahlreichen Schlammflocken..Dieser Restschlamm wird entwässert und verbrannt. Die sulfathaltigen Waschlösungen und die Abwässer aus der anaeroben Behandlung werden in der Kläranlage gereinigt. Bericht für die Öffentlichkeit 5

6 Energieerzeugung aus Klärschlamm Klärschlamm wird im Gemeinschaftsklärwerk Leverkusen eingedickt, mit Kalk und Eisensalzen konditioniert und anschließend in Membranfilter- pressen entwässert. Nach dieser Behandlung weist der Schlamm (Filterkuchen) immer noch einen Wasser- gehalt von ca. 60 % auf. Aufgrund des Wassergehalts und des hohen anorganischen Anteils besitzt dieser Schlamm nur einen Heizwert von kj/kg. Deshalb ist es erforderlich, dass noch heizwertreiche Stoffe zugegeben werden, damit der Klärschlamm verbrannt werden kann. Mit dem hier erarbeiteten Verfahren ist es möglich aus dem Klärschlamm Biogas zu erzeugen. Dieses weist einen Heizwert von ca kj/nm 3 auf. Pro Tag könnten aus dem Klärschlamm Nm 3 Biogas erzeugt werden. Somit kann mit diesem Verfahren mehr als die Hälfte der im Klärschlamm vorhandenen Energie in Form von Biogas gewonnen werden. Gleichzeitig kann die Abfallmenge um circa. 70 % reduziert werden. Nach diesem Verfahrensschritt fällt nur noch etwa. ein Drittel des Schlamms an. Dieser weist einen deutlich verringerten organischen Anteil und dadurch einen geringeren Heizwert auf. Karl-Heinz Stürznickel erläutert einen Teil der Demostrationsanlage zur Klärschlammverringerung Fachsymposium zum LIFE-Projekt Die Untersuchungsergebnisse dieses LIFE-Projektes wurden am auf einem Fachsymposium im Entsorgungszentrum Leverkusen-Bürrig mit Fachleuten aus dem Abwasserbereich diskutiert. Neben Betreibern von industriellen und kommunalen Kläranlagen haben auch Wissenschaftler aus Hochschulen und Forschungseinrichtungen teilgenommen. Präsentation von Herrn Hartmut Mayer (Emschergenossenschaft, Essen) während des LIFE Symposiums. 6 Bericht für die Öffentlichkeit

7 Wirtschaftlichkeit des Kombinationsverfahrens So erfolgreich die Pilotversuche auch waren, wird es noch weiterer Anstrengungen bedürfen, das neue Verfahren auch wirtschaftlich interessant zu gestalten. Aufgrund der großen Mengen an Natronlauge, die für die Auflösung der Schlammflocken benötigt werden, ist das gesamte Verfahren mit 120 bis 140 Euro pro Tonne Klärschlamm deutlich teurer als die konventionelle Klärschlammverbrennung mit Euro pro Tonne Klärschlamm. Selbst wenn Einsparungen durch die Verwendung von Biogas zur Stromerzeugung mit einberechnet werden, kann die Wirtschaftlichkeitsgrenze bislang nicht erreicht werden. In weiteren Schritten soll die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens in einer größeren Pilotanlage weiter verbessert werden. Hierzu sehen wir folgende Möglichkeiten: - Einsatz kostengünstiger Abfalllaugen - Senkung des Energiebedarfs des Verfahrens - Steigerung der Biogasausbeute Zukunft der Klärschlammfaulung Die Zukunft gehört der Nutzung der im Klärschlamm vorhandenen Energie. Die Faulung von Klärschlämmen zur Erzeugung regenerativer Energie ist ein wichtiger Schritt, um die Energie-Effizienz der Kläranlagen zu steigern und die Kohlendioxid-Emissionen, zu verringern. Dr. Fritz Bremer (links) führte Teilnehmer des Fachsymposiums in die Messwarte und das Technikum des Gemeinschaftsklärwerkes im Entsorgungszentrum. Weitere Informationen zu diesem Projekt erhalten Sie von: Dr. Guenter Mueller, Currenta, Geb. 4242, Leverkusen, Tel.: , guenter.mueller@currenta.de Bericht für die Öffentlichkeit 7