Klärschlammentsorgung im Lichte neuer Anforderungen

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1 Klärschlammentsorgung im Lichte neuer Anforderungen Dr. Born Dr. Ermel GmbH Ingenieure Florian Herbert 34. DWA-Erfahrungsaustausch RP Darmstadt 21. April 2016, Abwasserverband Obere Aar, Taunusstein

2 Inhalt (1) Hintergrund Status Quo der Klärschlammentsorgung Neue Randbedingungen Motivation zur Planung einer Entwässerung (2) Überblick der Entwässerungsverfahren Von Zentrifugen bis Schlauchfilterpressen (3) Planung einer Entwässerung Entwässerungsversuche am Beispiel Taunusstein-Bleidenstadt (4) Biologisch abbaubare Polymere (5) Fazit Klärschlammentsorgung im Lichte neuer Anforderungen

3 Status Quo der Schlammentsorgung und neue Randbedingungen HINTERGRUND Klärschlammentsorgung im Lichte neuer Anforderungen

4 Status Quo der Klärschlammentsorgung 1,8 Mio. Tonnen Trockenmasse pro Jahr Deutschlandweit hauptsächlich thermische Entsorgung (~ 58 %) Aber: regionale Unterschiede Entsorgungswege in Deutschland (2013) Beispiel: Beispiel: Niedersachsen Hessen Landwirtschaft 28% Landwirtschaft 35% 66% Landschaftsbau 11% Landschaftsbau 8% 12% sonst. stoffliche Verwertung 3% sonst. stoffliche Verwertung 2% 13% therm. Behandlung therm. Behandlung 58% 13% 51% Anteile in Deutschland Anteile in Niedersachsen Hessen Daten aus: DWA Positionspapier zur Klärschlammentsorgung (2015) Klärschlammentsorgung im Lichte neuer Anforderungen

5 Status Quo für kleine Kläranlagen Unterschiede nach Größenklassen der Kläranlagen Landwirtschaftliche Verwertung hauptsächlich bei kleinen Kläranlagen ABER: 70 % der KA in Deutschland! Die Mehrheit aller Kläranlagen lassen ihren Schlamm durch Dritte entwässern bzw. besitzen keine Entwässerung (rd. 57 % der KA) Nassschlammaufbringung auf landwirtschaftliche Flächen in der Umgebung (rd. 5 % des KS) Steigender Konkurrenzdruck durch Gärreste aus Biogasanlagen Gülle aus der Massentierhaltung Angaben aus: DWA-M 366 (2003) und DWA- Stellungnahme zur DüMV vom Klärschlammentsorgung im Lichte neuer Anforderungen

6 Status Quo für kleine Kläranlagen Nassschlamm in der Landwirtschaft Folgen des Konkurrenzdrucks Abnahme des KS in unmittelbarer Umgebung schwieriger Längere Transportwege Zunehmend unwirtschaftlich Lagerung des Nassschlamms schwierig Entwässerung des Klärschlamms Thermische Landwirtschaft mit Entsorgungsweg 1 Entsorgungsweg 2 Behandlung größerer Distanz Klärschlammentsorgung im Lichte neuer Anforderungen

7 Neue Randbedingungen für die Entsorgung Hygieneaspekte Medikamentenreste aus der kommunalen Abwasserbehandlungsanlage oder der Massentierhaltung können zu resistenten Bakterienstämmen führen Umweltaspekte z.b. durch Überdüngung, Schwermetalle, persistente organische Verbindungen und andere Schadstoffe (z. B. Mikroplastik) Novelle der AbfKlärV Beendigung der Klärschlammaufbringung zu Düngemittelzwecken und Phosphorrückgewinnung aus dem Klärschlamm Klärschlammentsorgung im Lichte neuer Anforderungen

8 Neue Randbedingungen für die Entsorgung Referentenentwurf zur Neuordnung der AbfKlärV Pflicht zur Phosphorrückgewinnung aus Klärschlamm für KA > EW, wenn P-Gehalt > 20 g P / kg TS Reduzierung P-Gehalt aus Klärschlamm auf < 20 g P / kg TS oder um min. 50 % Exkurs: Derzeitige Fällungsverfahren aus Klärschlamm separieren max % des Phosphors Alternative: Thermische Verwertung und Reduzierung des P-Gehaltes in der Asche um min. 80 % Ausnahmen: KA < EW oder P-Gehalt < 20 g P / kg TS Bis 2019 sollen Betreiber ihre Planungen zur Umsetzung der Phosphorrückgewinnung darlegen Übergangsfrist bis Klärschlammentsorgung im Lichte neuer Anforderungen

9 Motivation zur Planung einer Entwässerung Fall 1: Nassschlammaufbringung in der Landwirtschaft Konkurrenzdruck = höherer Aufwand, sinkende Nachfrage In Abhängigkeit der Anlagengröße und des P-Gehaltes Verbot durch Novellierung der AbfKlärV Planung / Bau einer Entwässerung rechtlich notwendig & ökonomisch sinnvoll Fall 2: Veraltete Klärschlammentwässerung vorhanden Anlagentechnik > 15 Jahre Hoher Wartungsaufwand Mangelnde Betriebs- und Entsorgungssicherheit Hoher Stromverbrauch Investition in neuere, effizientere Technologien sinnvoll Klärschlammentsorgung im Lichte neuer Anforderungen

10 Von Zentrifugen bis Schlauchfilterpressen ÜBERBLICK DER ENTWÄSSERUNGSVERFAHREN Klärschlammentsorgung im Lichte neuer Anforderungen

11 Überblick der Entwässerungsverfahren Konditionierung des Schlamms Einsatz von polymerem Flockungsmittel (pfm) Erzeugung von großen stabilen Schlammflocken Höhere Effizienz der Fest-Flüssig-Trennung Mechanische Entwässerung Dekanter / Zentrifugen Schneckenpresse Kammerfilterpresse Siebbandpresse Schlauchfilterpresse Klärschlammentsorgung im Lichte neuer Anforderungen

12 Dekanter / Zentrifugen Kontinuierliche Fest-Flüssig-Trennung Nutzung der Zentrifugalkraft In der Praxis: Semi-kontinuierlicher Betrieb (= tägliches An- und Abfahren) Hohe mechanische Beanspruchung > U/min Hoher Wartungsaufwand Feststoffgehalt > 25 % TS möglich Hoher Stromverbrauch Klärschlammentsorgung im Lichte neuer Anforderungen

13 Schneckenpressen Kontinuierliche Fest-Flüssig-Trennung Feststofftransport entgegen der Schwerkraftrichtung Pressdruck durch Durchsatz Schneckendrehzahl Gegendruck durch Konus 24 h-betrieb möglich Geringe Drehzahlen (< 5 U/min) = geringer Wartungsaufwand Feststoffgehalt < 25 %TS Geringer Stromverbrauch Klärschlammentsorgung im Lichte neuer Anforderungen

14 Kammerfilterpresse Batch Betrieb (keine kontinuierliche Trennung möglich) Filtrat entweicht über Filtertücher Über mechanischen Druck relativ hohe Entwässerung möglich Feststoffgehalt > 30 %TS Konditionierung i.d.r. mit Eisen & Kalk Seltener: Einsatz von synth. Polymeren Hoher Stromverbrauch Klärschlammentsorgung im Lichte neuer Anforderungen

15 Siebbandpresse Kontinuierliche Fest-Flüssig-Trennung Filtrat entweicht über Filtertücher 1. Stufe: Schwerkraft oder Unterdruck 2. Stufe: Druck durch Umlenkrollen Relativ geringer Wartungsaufwand Geringer Personalbedarf 24 h-betrieb möglich Feststoffgehalt < 25 %TS Kompakte Bauweise Geringer Stromverbrauch Klärschlammentsorgung im Lichte neuer Anforderungen

16 Schlauchfilterpresse Batch Betrieb Filtrat über flexible Drainageschläuche Dauer eines Pressvorgangs: min Feststoffgehalt > 30 %TS möglich Geringer Personalbedarf 1) Füllung 2) Pressen & Rotation Hoher Verschleiß der Drainageschläuche Höherer Bedarf an Polymeren Hoher Stromverbrauch 3) Unterdruck & Rotation 4) Filterkuchen Wdh. 1-3 Klärschlammentsorgung im Lichte neuer Anforderungen

17 Vergleich der Verfahren Auszug: Kennwerte der Verfahren nach DWA-M 366 Zentrifugen Siebbandpresse Kammer- & Schlauchfilterpr. Schneckenpresse Betrieb - kontinuierlich kontinuierlich batch kontinuierlich Faulschlamm % TS Spez. pfm-verbrauch kg/t TS / Spez. Stromverbrauch kwh/t TS Berücksichtigung der örtlichen Randbedingungen! Schlammeigenschaften (TS input, ots input, Durchsatz etc.) Entsorgungsweg Betreuungsaufwand Durchführung von Entwässerungsversuchen vor Ort! Klärschlammentsorgung im Lichte neuer Anforderungen

18 Entwässerungsversuche KA Taunusstein -Bleidenstadt PLANUNG EINER ENTWÄSSERUNG Klärschlammentsorgung im Lichte neuer Anforderungen

19 KA Taunusstein Bleidenstadt ( EW) Randbedingungen der Entwässerung in 2011: Kammerfilterpresse Anlagenalter > 20 Jahre rd. 64 m³/d Faulschlamm Konditionierung mit Fe-Salzen und Kalk Zukünftiger Einsatz von organischen Polymeren Zukünftiger Entsorgungsweg: Thermische Verwertung Anforderungen an die neue Entwässerungstechnik: Geringer Personalbedarf Wartung durch das Betriebspersonal Geringer Stromverbrauch Hohe Wirtschaftlichkeit Platzverhältnisse im Gebäude Klärschlammentsorgung im Lichte neuer Anforderungen

20 Entwässerungsversuche vor Ort Vergleich verschiedener Aggregate mit standortspezifischem Klärschlamm 1. Phase Anbietervergleich und Vorauswahl der Entwässerungstechnik 2. Phase Optimierung der Aggregate durch die Hersteller (Schlammdurchsatz, Polymereinsatz, etc.) 3. Phase Leistungsfahrt durch AN und das Betriebspersonal Optional Unabhängige Laborversuche des Klärschlamms Klärschlammentsorgung im Lichte neuer Anforderungen

21 Entwässerungsversuche vor Ort Großtechnische Versuche in Taunusstein-Bleidenstadt 2 Siebbandpressen 1 Schlauchfilterpresse Entwässerungsergebnisse Anbieter C: höchster Feststoffgehalt, aber höchster pfm-verbrauch Anbieter A Anbieter B Anbieter C Siebbandpresse Siebbandpresse Schlauchfilterpresse Ø pfm-verbrauch [g WS /kg TR ] 10,3 7,7 13,0 Ø TR in [%] 2,7 2,4 2,3 Ø TR out [%] 27,0 26,1 33,0 Welche Variante ist nun zu bevorzugen? Wirtschaftlichkeit Klärschlammentsorgung im Lichte neuer Anforderungen

22 Wirtschaftlichkeitsbetrachtung Wirtschaftlichkeitsbetrachtung mit vorgegebenen Randbedingungen Jährlicher Schlammanfall Kosten für pfm und für Schlammentsorgung Investitionskosten (lineare Abschreibung und Zinssatz 3%) Wartungskosten Anbieter A Anbieter B Anbieter C Siebbandpresse Siebbandpresse Schlauchfilterpresse Kapitalkosten [ /a] Betriebskosten [ /a] Entsorgungskosten [ /a] Jahreskosten [ /a] Jahreskosten sind vergleichbar (+/- 1%) Was nun? Klärschlammentsorgung im Lichte neuer Anforderungen

23 Nutzwertanalyse Zusätzliche Berücksichtigung von nicht monetären Kriterien Anbieter A Anbieter B Anbieter C Siebbandpresse Siebbandpresse Schlauchfilterpresse Platzbedarf Betriebsweise Personalbedarf Bedienerfreundlichkeit Jahreskosten Entscheidung für Siebbandpresse aufgrund der geringen Kapital- und Betriebskosten (geringer Polymer- und Energieverbrauch) und der einfachen Wartung des Aggregates Klärschlammentsorgung im Lichte neuer Anforderungen

24 Nutzwertanalyse Weiteres Beispiel für eine Nutzwertanalyse Klärschlammentsorgung im Lichte neuer Anforderungen

25 KA Taunusstein Bleidenstadt ( EW) Realisierung der Siebbandpresse in 2014/2015 Klärschlammentsorgung im Lichte neuer Anforderungen

26 Alternative zu synthetisch hergestellten Polymeren BIOLOGISCH ABBAUBARE POLYMERE Klärschlammentsorgung im Lichte neuer Anforderungen

27 Synthetische Polymere und DüMV Einsatz synthetischer Polymere Auf Basis von Polyacrylamide (PAA) Deutliche Verbesserung der Entwässerungseigenschaften Auf rd. 95 % der Kläranlagen werden synthetische Polymere eingesetzt mögliche toxische Wirkung auf die aquatische Fauna Düngemittelverordnung (DüMV, Stand: ) Verbot von schwer abbaubaren, synthetischen Polymeren bei der landwirtschaftlichen Verwertung von Klärschlamm Synthetische Polymere müssen einen Abbau von min. 20 % in 2 Jahren aufweisen Übergangsfrist bis Klärschlammentsorgung im Lichte neuer Anforderungen

28 Abbaubarkeit synthetischer Polymere Qualitätsgemeinschaft für nachhaltige Düngung und Ressourcenschutz (QDR): Synthetische Polymere sind verordnungskonform Studie des Fraunhofer Instituts für Molekularbiologie und Angewandte Ökologie (IME) im Auftrag des Verbandes der Polymerhersteller (PPG) 3-jährige Lysimeterversuche bestätigen Abbau der synthetischen Polymere Kein Eindringen der Polymere in tiefere Bodenschichten bzw. wasserführende Schichten, keine Aufnahme durch Pflanzen ABER: Wissenschaftliche Bestätigung der Ergebnisse bleibt abzuwarten!!! Option 1: thermische Behandlung Option 2: Verwendung von Kalk oder biologisch abbaubaren Polymeren chitin- oder stärkebasierte Polymere Angaben aus: ( ) und EUWID Klärschlammentsorgung im Lichte neuer Anforderungen

29 Biologisch abbaubare Polymere Polymere auf Stärkebasis weisen bisher schlechtere Entwässerungseigenschaften auf führen zu einem höheren Wirksubstanzverbrauch reduzieren die Durchsatzleistung der Aggregate um bis zu 50 % führen zu längeren Laufzeiten und höherem Stromverbrauch Untersuchungsergebnisse einer Kläranlage mit EW in Niedersachsen kg TS/d Winkelpresse Entsorgungskosten: 30 /m³ Kosten pfm: 5,2 /kg Polymer 5,6 /kg Stärke TR out [%] Spez. pfm-dosis [g WS /kg TR ] Stromkosten [ /a] Polymer 24, Stärke 21, Entsorgungskosten [ /a] Kosten für pfm [ /a] Jahreskosten [ /a] Klärschlammentsorgung im Lichte neuer Anforderungen

30 FAZIT Klärschlammentsorgung im Lichte neuer Anforderungen

31 Fazit Entwässerungsversuche auf der Kläranlage vor Aufnahme der Planung sind empfehlenswert Viele technische Möglichkeiten zur Entwässerung vorhanden Berücksichtigung der spezifischen Schlammeigenschaften Betriebspersonal kann Erfahrungen sammeln Grundlage für eine fundierte Wirtschaftlichkeitsbetrachtung Die Entwicklung bzgl. der Abbaubarkeit von synthetischen Polymeren bleibt abzuwarten Beim Einsatz von stärkebasierten Polymeren bei der Entwässerung ist mit einer geringeren Effizienz der Aggregate und steigenden Entsorgungskosten zu rechnen Klärschlammentsorgung im Lichte neuer Anforderungen

32 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit. Klärschlammentsorgung im Lichte neuer Anforderungen Dr. Born Dr. Ermel GmbH - Ingenieure - M. Sc. Dipl.-Ing. Florian Herbert Lyoner Stern Hahnstr. 70, Frankfurt Telefon: 069 / fh@born-ermel.de Copyright Oktober 2016 Dr. Born Dr. Ermel GmbH Alle Rechte vorbehalten. Die Unterlagen sowie der Inhalt der Präsentation dürfen nur nach vorheriger Zustimmung vervielfältigt, verarbeitet oder verbreitet werden. Diese Präsentation dient lediglich zu Informationszwecken. Es können keinerlei (vertragliche oder nicht-vertragliche) Verpflichtungen oder Haftungsansprüche der Dr. Born Dr. Ermel GmbH daraus abgeleitet werden. Soweit Informationen aus öffentlich zugänglichen Quellen entnommen worden sind, übernimmt die Dr. Born Dr. Ermel GmbH keinerlei Haftung für aus ihrem Gebrauch entstehende Schäden oder für aus ihrem Gebrauch resultierende Urheberrechtsverletzungen oder der Verletzung Rechte Dritter.