Schlammbehandlung, -verwertung und -beseitigung

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1 WasserWirtschafts-Kurse L/4 Schlammbehandlung, -verwertung und -beseitigung Oktober Seiten, 146 Abbildungen, 65 Tabellen, broschiert, DIN A5 * 52,00 * Fördernde DWA-Mitglieder erhalten 20 % Rabatt. Vom 13. bis 15. Oktober 2005 fand der ATV-DVWK-Wasserwirtschaftskurs Schlammbehandlung, -verwertung und beseitigung unter der Leitung und Vorbereitung von Prof. Dr.-Ing. F. Wolfgang Günthert von der Universität der Bundeswehr München statt. Es wurden 16 Beiträge vorgestellt und diskutiert. Aktuelle Regelung zur Schlammentsorgung Zur Einführung gab Dr. Claus-Gerhard Bergs vom Umweltministerium für Umwelt, Gesundheit und Reaktorsicherheit einen Überblick über die aktuellen Regelungen zur Schlammentsorgung. Landwirtschaftliche Klärschlammverwertung wird seit Beginn der BSE-Problematik im Jahre 2001 kontrovers diskutiert. Im Jahr 2001 wurden 58 % des Klärschlammes landwirtschaftlich verwertet, 23 % thermisch behandelt und 19 % deponiert. Während Arzneimittelreste im Klärschlamm bei der landwirtschaftlichen Klärschlammverwertung keine akute Gefährdung darstellen, besteht das höchste Problem in der Bodenanreicherung durch Schwermetalle. Herr Dr. Bergs stellte ein Grenzwertkonzept des BMU und BMVEL vom Jahr 2002 für Düngemittel vor, bei dem auch die Art des Bodens berücksichtigt wird. Für Sandböden ergeben sich hierbei strengere Grenzwerte als für Tonböden. Des Weiteren ist eine Senkung der Grenzwerte für Dioxine, PCB, und AOX im Klärschlamm geplant. Als Alternative für die landwirtschaftliche Klärschlammverwertung nannte er die Mitverbrennung. Bewertungs- und Entscheidungskriterien bei der Klärschlammentsorgung Anschließend referierte Dr. Thomas Grünebaum vom Ruhrverband über Bewertungsund Entscheidungskriterien bei der Klärschlammentsorgung. Eine stoffliche Verwertung des Klärschlammes empfahl er wenn: - Die geforderten Grenzwerte im Klärschlamm und Boden sicher eingehalten bzw. deutlich unterschritten werden. - Eine langfristige vertragliche Bindung mit Entsorgungsgarantie (z. B. bei Rekultivierung) gegeben ist.

2 - ausreichende Zwischenspeichermöglichkeit für stabilisierten oder entwässerten Schlamm vorbanden sind. Dagegen empfahl er eine Verbrennung bei: - Überschreitung der Klärschlammgrenzwerte der AbfKlärV. - Möglichkeit der Auslastung eigener Verbrennungskapazitäten bzw. langfristigen Angeboten von externen Verbrennungsanlagen. - Fehlen der Möglichkeit einer gesicherten Entsorgung über stoffliche Verwertung. Spezifischer Klärschlammanfall und Bemessungsansätze für Schlammbehandlungsanlagen Herr Dr.-Ing K.-Georg Schmelz von der Emschergenossenschaft/Lippeverband gab in seinem Vortrag Spezifischer Klärschlammanfall und Bemessungsansätze für Schlammbehandlungsanlagen einen sehr guten Überblick über die Grundbegriffe der Schlammbehandlung. Ferner stellte er die Schlammlisten nach Glasenapp und Imhoff zur Ermittlung des Schlammanfalls vor und verglich die Werte mit den Werten aus dem ATV-DVWK A131. Die ermittelte Schlammmenge nach Glasenapp lag mit 73,6 gts/(e d) etwas unter dem Wert von Imhoff bzw. dem ATV-DVWK A 131 mit 90 gts/(e d). Abschliessend erläuterte er noch Grundlagen der Faulraumbemessung. Aaerobe und anerobe Klärschlammstabilisierung Seinen Vortrag über aerobe und anaerobe Schlammbehandlung leitete Prof. Dr.- Ing. Norbert Dichtl von der TU Braunschweig mit einem Zitat von Imhoff ein, wonach Klärschlamm nur 1 % der behandelten Abwassermenge ausmacht, aber 30 % der Kosten und 90 % der Kopfschmerzen verursacht. Als primäre Zielsetzung der Klärschlammstabilisierung nannte er die Umsetzung organischer Schlamminhaltsstoffe zur Vermeidung von negativen Umwelteinflüssen. Sekundäre Effekte sind die Verringerung der Schlammmenge, die Verbesserung der Entwässerbarkeit, die Verminderung von Krankheitserregern, sowie die Gewinnung von Klärgas. Der Kostenvergleich zwischen aerober und anaerober Schlammbehandlung lieferte das Ergebnis, dass bei der anaeroben Schlammfaulung bedingt durch große Behältervolumina hohe Investitionskosten im Bereich zwischen 400 bis 800 je m³ Reaktorvolumen anfallen, wogegen bei der aeroben Schlammfaulung die laufenden Kosten hoch sind. Betriebsprobleme bei der Schlammbehandlung - Praxisbeispiele zur Verminderung In seinem Vortrag Betriebsprobleme bei der Schlammbehandlung Praxisbeispiele zur Verminderung erläuterte Herr Dr.-Ing. Ralf Denkert vom Ingenieurbüro Dr.-Ing. Ralf Denkert die Problematik von Blähschlamm, Schwimmschlamm und Schaum an zahlreichen Beispielen.

3 Fadenbakterien sind immer im Abwasser vorhanden, nur wenn sie Selektionsvorteile erhalten vermehren sie sich überdurchschnittlich. Als Einflussfaktoren auf die massenhafte Entwicklung von Microthrix Parvicella, einem der bekanntesten Fadenbakterien, nannte er reduzierte Stickstoffverbindungen, Sauerstoffgehalt im Belebungsbecken und die Abwassertemperatur. Als Maßnahmen zur Bekämpfung nannte er u.a.: - Erhöhung der Schlammbelastung - Installation eines aeroben Selektors - Einsatz von Fällmitteln auf Aluminium-Basis - Mechanische Desintegration des Schlammes Verfahren zur Intensivierung der Schlammbehandlung Im letzten Vortrag des ersten Tages befasste sich Prof. Dr.-Ing. Uwe Neis von der TU Hamburg-Harburg mit Verfahren zur Intensivierung der Schlammbehandlung. Er wies darauf hin, dass nur 50 % des organischen Anteils des Schlammes mikrobiologisch verwertet werden, wobei der Geschwindigkeitsbestimmende Schritt des anaeroben Abbaus die Hydrolyse sei. Als geeignetes Verwahren zur Überwindung dieser Limitation schlug er u. a. die Desintegration vor. Bei der Klärschlammdesintegration werden Zellinhaltsstoffe und Enzyme freigesetzt, wodurch die Schlammmengen reduziert werden und die Biogasproduktion erhöht werden kann. Zusätzlich kann noch Blähschlamm und Schaum bekämpft werden. Klärschlammdesintegration kann mechanisch, chemisch, biochemisch oder thermisch erfolgen. Als spezielles Verfahren stellte Herr Prof. Neis die Ultraschalldesintegration vor, die durch Kavitation die Flocke auflöst und die Zellen aufschließt, was zu einer Verdopplung der Abbaugeschwindigkeit führen kann. Der ideale Anwendungsbereich für Ultraschalldesintegration sind überlastete Faultürme. Biologische Prozesswasserbehandlung ohne Kohlenstoffquellen im Vergleich mit chemisch/physikalischen Verfahren Herr Dr.-Ing. Bernhard Böhm von der Münchner Stadtentwässerung befasste sich mit dem komplexen Thema der Biologischen Prozesswasserbehandlung ohne Kohlenstoffquellen im Vergleich zu chemisch/physikalischen Verfahren. Prozesswässer sind sehr hoch mit Stickstoff belastet. Der CSB in Prozesswässern ist vorwiegend nicht abbaubar. Als interessante Verfahren zur Prozesswasserbehandlung stellte er die Prozesse Nitritation und Denitritation vor, bei denen im Gegensatz zur Nitrifikation und Denitrifikation der Schritt der Nitratbildung entfällt. Bei der Nitritation wird Ammonium in Nitrit umgewandelt, bei der Denitritation das Nitrit zu N 2. Für die Denitritation ist allerdings eine externe C-Quelle erforderlich. Ferner stellte er verschiedene Verfahrenskombinationen vor, wie z. B das SHARON Verfahren gekoppelt mit dem A- nammox Prozess, vor, mit der sich die externe C-Quelle vermeiden lässt, was zu Kosteneinsparungen führt. Nachteilig ist allerdings, dass diese Prozesse lange Einfahrzeiten haben und sehr sensitiv sind.

4 Faulgasreinigung und Faulgasnutzung Im Folgenden ging Herr Dr.-Ing. Karl-Georg Schmelz von der Emschergenossenschaft/Lippeverband auf die Faulgasreinigung und Faulgasnutzung ein. Eingangs stellte er verschiedene Ansätze zur Faulgasmessung vor. Der Faulgasmessung werde oft falsch durchgeführt. Faulgas kann zur Stromerzeugung mithilfe von Gas- Diesel-Motoren, oder im Blockheizkraftwerk genutzt werden. Gasturbinen oder Mikroturbinen konnten sich bisher wegen des geringeren Wirkungsgrads auf Kläranlagen nicht durchsetzten. Es kann aber auch zu Stadtgas aufbereitet oder für Brennstoffzellen verwendet werden. Die Faulgasnutzung in Brennstoffzellen ist viel versprechend, aber im Moment noch unwirtschaftlich. Schädliche Stoffe im Faulgas sind z.b. organische Spurenstoffe, Schwefelwasserstoff, bzw. Siloxane. Diese müssen mittels einer Gasreinigung vor der Nutzung entfernt werden. Eindickung, Entwässerung und Trocknung von Klärschlamm Herr Prof. Dipl.-Ing. Armin K. Melsa vom Niersverband gab einen sehr umfassenden Überblick über Eindickung, Entwässerung und Trocknung von Klärschlamm. Für die Klärschlammeindickung erläuterte das Prinzip von Standeindickern und Durchlaufeindickern und empfahl zur Anwendung Durchlaufeindicker mit Räumern. Besonders wichtig bei Durchlaufeindickern ist eine große Tiefe. Sehr detailliert ging er auf die verschiedenen Klärschlammtrocknungsanlagen ein. Bei der Auslegung von Entwässerungs- und Schlammbehandlungsanlagen empfahl er generell aufgrund der großen Unterschiede in den Schlammeigenschaften, selbst Versuche durchzuführen, da eine Übertragung von anderen Anlagen eine nicht ausreichende Zuverlässigkeit bietet. Leistungsfähigkeit und Kennwerte von Entwässerungsaggregaten In ihrem Vortrag über Leistungsfähigkeit und Kennwerte von Entwässerungsaggregaten ging Frau Dr.-Ing. Julia Kopp von der Kläranlagen Beratung Kopp zunächst auch auf die maschinelle Schlammentwässerung ein. Im Folgenden stellte sie Entwässerungskennwerte vor, wobei folgende Kennwerte als relevant eingestuft wurden. - Konditionierungsmittelbedarf des Schlammes. - TR und GV als Bezugs- und Vergleichsgröße. - ph-wert, die elektrische Leitfähigkeit und der Chloridgehalt. - Überschussschlammanteil. - Verteilung der Wasseranteile in einer Schlammsuspension. Kosten der Klärschlammbehandlung und -entsorgung Den wirtschaftlichen Aspekt der Klärschlammbehandlung beleuchtete Herr Dr.-Ing. Martin Wagner von der TU Darmstadt in seinem Vortrag Kosten der Klärschlammbehandlung und -entsorgung. Je größer die Kläranlage, desto größer der Anteil der Kosten für die Klärschlammentsorgung. Bei einer Kläranlage der Größenklasse 5 macht die Reststoffentsorgung rund 40 % der Betriebskosten aus. Als Möglichkeiten für Kostenreduktion führte er an:

5 - Klärschlammdesintegration. - Co-Vergärung von Klärschlamm und Bioabfall. - Wertstoffrückgewinnung, z. B. Phosphor. Ökologische Relevanz organischer Schadstoffe Einen sehr abwechslungsreichen Vortrag hielt Herr Prof. Dr. mult. Dr. h.c. Müfit Bahadir von der TU Braunschweig über die ökologische Relevanz organischer Schadstoffe. Er erklärte das Prinzip der ökologischen Risikoanalyse für Chemikalien. Hierfür wird der PEC/PNEC (Predicted environmental concentration/predictet no effect concentration) Wert, d. h. das Verhältnis Umweltkonzentration/Wirkschwelle, verwendet. Nur wenn dieser > 1 ist, ist eine Risikobewertung der Chemikalie erforderlich. Detailliert ging er auf das Chemikaliengesetz (ChemG) vom 20. Juni 2002 und die darin geforderte Grundprüfung von Stoffen ein, u. a. auf akute Toxizität. Das Problem ist, dass Arzneimittelrückstände in kommunalen Kläranlagen nicht abgebaut, sondern lediglich adsorbiert werden. Thermische Klärschlammverwertung und -beseitigung Prof. Dr.-Ing. Norbert Dichtl von der TU Braunschweig stellte in seinem Vortrag Thermische Klärschlammverwertung und Beseitigung verschiedene Möglichkeiten der Klärschlammverbrennung gegenüber. Einige Beispiele hierfür sind die Klärschlammmonoverbrennung, aber auch die Mitverbrennung in Kohlekraftwerken oder Müllverbrennungsanlagen. Für die Zukunft prognostizierte er eine Zunahme der Bedeutung thermischer Klärschlammverwertung aufgrund der Gesetzgebung. Die Klärschlammmonoverbrennung erhält wegen der Möglichkeit, in einer nachgeschalteten Stufe Nährstoffe wie z. B. Phosphor rückzugewinnen, eine besondere Bedeutung. Wertstoffrückgewinnung aus Klärschlämmen Speziell auf diese Wertstoffrückgewinnung aus Klärschlämmen ging Prof. Dr.-Ing. Peter Cornel von der TU Darmstadt ein. Die Tatsache, dass Phosphor eine endliche Ressource und durch kein anderes Element ersetzbar ist, macht eine Phosphorrückgewinnung auf Kläranlagen unumgänglich. Schlammbehandlungsverfahren sollten in der Lage sein Schadstoffe von Wertstoffen zu trennen. 95 % des der Kläranlage zugeführten Phosphors befinden sich im Klärschlamm. Das Rückgewinnungspotential beträgt 90 %. Momentan sind die Rückgewinnungsverfahren noch mit einem hohen Energie- und Chemikalieneinsatz verbunden und die Kosten übersteigen den Importpreis um das 1 bis 1,5-fache. Als Ausblick für weitere Untersuchung führte er die Gewinnung von Phosphorverbindungen mit wenigen Verunreinigungen an. Diese sollten entweder direkt als Düngemittel einsetzbar oder als Rohstoff in der Düngemittelindustrie verwertbar sein. Mitbehandlung von organischen Reststoffen in Faulanlagen, Co-Fermentation In seinem Vortrag Mitbehandlung von organischen Reststoffanlagen in Faulanlagen, Co-Fermentation ging Prof. Dr.-Ing. K.-H. Rosenwinkel von der Universität Hannover

6 auf die Co-Vergärung in Faulbehältern als Variante der industriellen Reststoffentsorgung ein. Als Anforderung an die Co-Substrate stellte er, dass sie vergärbar, zerkleinerbar, pumpbar, sowie schad- und störstofffrei sind. Als Beispiel für ein Co-Substrat führte er Küchenabfall an. Freie Kapazitäten in Faulbehältern sind flächendeckend vorhanden. Es ist jedoch zu berücksichtigen, dass die Primäraufgaben der Kläranlage sowie Klärschlammqualität und -verwertung nicht beeinträchtigt werden dürfen. Entsorgungskonzepte kleiner und mittlerer Kommunen Den diesjährigen WasserWirtschaftsKurs schloss Prof. Dr. techn. Harald Kainz von der TU Graz mit dem Thema Entsorgungskonzepte kleiner und mittlerer Kommunen. Kleine und mittlere Kläranlagen stellen eine besondere Herausforderung dar wegen höherer spezifischer Kosten, Betriebsführung, sowie der Entsorgung der Reststoffe. Als Lösungskonzept ging Herr Prof. Kainz auf die Klärschlammvererdung mit Schilf sowie die solare Klärschlammtrocknung ein. Beide Verfahren sind allerdings relativ flächenintensiv. Autorin Dipl.-Ing. Christina Schwarz Universität der Bundeswehr München Institut für Wasserwesen Werner-Heisenberg-Weg Neubiberg