Aktueller Stand der Klärschlammbehandlung in Deutschland DWA Bereich Pfalz und BWK Bezirksgruppe Pfalz Zukunft der Klärschlammbehandlung, 1.10.

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1 Aktueller Stand der Klärschlammbehandlung in Deutschland DWA Bereich Pfalz und BWK Bezirksgruppe Pfalz Zukunft der Klärschlammbehandlung,

2 Behandlung Entsorgung Verwertung Beseitigung

3 Aktueller Stand der Klärschlammbehandlung DWA Bereich Pfalz und BWK Bezirksgruppe Pfalz Zukunft der Klärschlammbehandlung,

4 WASSER ABWASSER SCHLAMM / ENERGIE ca. 120 Mitarbeiter In- und Ausland seit 75 Jahren alle Fachdisziplinen alle Ingenieurleistungen vom Konzept zum Bauwerk über km Kanalnetz über 200 Kläranlagen über Projekte

5 5 1. Einführung 2. Schlammmengen 3. Aktuelle rechtliche Rahmenbedingungen 4. Verfahren zur Schlammbehandlung und -entsorgung 5. Zusammenfassung und Ausblick

7 7 Einführung Früher: Klärschlamm als Problem Am meisten Schwierigkeiten bereitet uns der Klärschlamm. Er macht als Rohschlamm zwar nur 1 % der behandelten Abwassermenge aus, verursacht aber rund 30 % der Abwasserbehandlungskosten und 90 % der Kopfschmerzen. (Prof. Dr.-Ing. E. h. Imhoff, 1993) Möglichst schnelle und schadlose Beseitigung Heute zunehmend: Klärschlamm als Ressource Organische Stoffe Energie Phosphor (Edel-)Metalle Sewage sludge could contain millions of dollars worth of gold

9 9 Schlammmengen Erhebungen des Statistischen Bundesamtes (DESTATIS): jährliche Erhebung Aktuellste Daten von 2013 (veröffentlicht 12/2014) Klärschlammmenge BRD 2013: 1,8 Mio. Mg TR Entsorgungswege 2013: 27,4% Landwirtschaft Landschaftsbau Sonstige stoffl. Verwertung Sonstige direkte Entsorgung Thermische Entsorgung 57,7% 11,4% 0,2% 3,4%

10 10 Entwicklung der Klärschlammentsorgung in Deutschland

11 11 Klärschlammentsorgung 2013 nach Bundesländern

12 12 Klärschlammentsorgung 2013 Karte von DESTATIS (unveröffentlicht): Weitere statistische Angaben: Gemeinschaftsveröffentlichung von DWA und DESTATIS Abwasser und Klärschlamm in Deutschland - Statistische Betrachtungen Korrespondenz Abwasser 12/2014, 01/2015

14 14 Aktuelle rechtliche Rahmenbedingungen Düngemittelverordnung (DüMV) vom , zuletzt geändert Kernpunkte: Seit 1. Januar 2015 gelten für landwirtschaftlich verwertete Klärschlämme auch die Grenzwerte der DüMV Synthetische Polymere (FHM) dürfen ab nur noch verwendet werden, wenn abbaubar ( soweit sämtliche Bestandteile und das Endprodukt sich mindestens um 20 % in zwei Jahren abbauen ) Grenzwerte in mg/kg TM AbfKlärV 1992 DüMV ab 2015 Blei Cadmium 10 1,5 Chrom Chrom(VI) - 2,0 Kupfer Nickel Quecksilber 8 1,0 Zink Arsen - 40 Thallium - 1,0 PFT - 0,1 Dioxine + dl-pcb - 30 ng

15 15 Aktuelle rechtliche Rahmenbedingungen Verordnung zur Neuordnung der Klärschlammverwertung Referentenentwurf des BMUB vom Für Betreiber von Kläranlagen > EW (GK 4+5): Verbot der bodenbezogenen Klärschlammverwertung ab 1. Januar 2025 Pflicht zur Phosphorrückgewinnung aus Klärschlamm (bei P-Gehalt > 2 %) ab 1. Januar 2025 (Untersuchungs- und Berichtspflichten ab 2019) Alternativ Phosphorrückgewinnung aus Klärschlammverbrennungsasche möglich, vorher Langzeitlagerung der Asche zulässig Für Kläranlagen bis EW (GK 1-3): Zusätzliche Grenzwerte für Schadstoffe (PCB, AOX, Benz(a)pyren)

17 17 Hauptwege der Klärschlammbehandlung und -entsorgung aus DWA KEK-1.4: Verfahren und Trends in der Thermischen Klärschlammbehandlung

18 18 Stabilisierung Ziele: Klassisch: Minimierung von Umweltbelastungen, Reduzierung der Schlammmenge, Verbesserung der Entwässerbarkeit Heute auch: Energiegewinn, Minimierung von CO 2 -Emissionen, Kosteneinsparung Häufigste Verfahren in Deutschland: Simultan aerob (im Belebungsbecken) Anaerob-mesophil (im Faulbehälter) Früher: < EW.. > EW Heute: im Einzelfall < EW!

19 19 Umstieg von simultan-aerober Stabilisierung auf Faulung Vorteile: Wirklich stabilisierter Schlamm (homogen, lagerfähig) Bessere Entwässerbarkeit geringere Transport-/Entsorgungskosten Energiegewinn (Faulgas) UND Energieeinsparung (Belüftung) Einsparung von Belebungsbeckenvolumen Erforderliche Maßnahmen: Bau einer Vorklärung bzw. Umnutzung vorhandener Becken(teile) ggf. Bau einer maschinellen Überschussschlammeindickung Bau von Faulbehälter(n) N-Rückbelastung beachten (ggf. Schlammwasserspeicherung und gezielte Zugabe) Bau von Anlagen zur Faulgasspeicherung und -verwertung; ggf. Anpassung Heizungsanlage Personalbedarf/Qualifikation und Sicherheitsanforderungen beachten

20 20 Optimierungsansätze Konstruktiv: Behälterform und bauweise Behältermaterial: Beton, Stahl (Korrosion?) Durchmischungssystem: Außenliegende Pumpen, Schraubenschaufler, Rührwerke, Gaseinpressung Betrieblich/konstruktiv: Zweistufige Faulung: höhere Effizienz und Betriebssicherheit, aber auch teurer; z.b. zweistufige Kompaktfaulungsanlage Linz-Unkel ( EW) Co-Vergärung Organisatorisch: (DWA-Themen, 2015) Interkommunale Kooperation / (Semi-)Zentralisierung der Schlammbehandlung, z.b. Kläranlage Selters ( EW)

21 21 Faulgasnutzung Kraft-Wärme-Kopplung (BHKW): Gas-Otto-Motor Zündstrahlmotor Mikrogasturbine Strom Wärme Nutzung der Wärme: Kraft-Wärme-Kälte-Kopplung ( Kälte aus Wärme ): BHKW + Absorptions- oder Adsorptionskälteanlage z.b. ZKW Darmstadt seit 2012 Umwandlung in mechan. Arbeit: ORC-Anlage Klärschlammtrocknung z.b. abwärmegestützte Solartrocknung (HSE Darmstadt) (Umweltministerium BaWü)

22 22 Verfahren zur Klärschlammtrocknung Direkte Trocknung (Konvektionstrocknung) Indirekte Trocknung (Kontakttrocknung) Solare Trocknung (DWA-M 379, 2004) (DWA-M 379, 2004) (IST GmbH, 2013) Bandtrockner Trommeltrockner Wirbelschichttrockner Schneckentrockner Scheibentrockner Dünnschichttrockner + Geringe Energiekosten + Einfache Technik - Flächenbedarf - lange Trocknungszeiten

23 23 Thermische Verfahren für Klärschlamm Klassisch: Klärschlamm-Monoverbrennung in großen Wirbelschichtanlagen (Stadtentwässerung Frankfurt) (Münchener Stadtentwässerung) Trends heute: Anwendung auch anderer thermischer Prozesse: Vergasung, Pyrolyse Einsatz anderer Feuerungen: Rostfeuerung, Schacht-Schmelzvergaser (Kupolofen) Widerstand gegen zentrale Monoverbrennungsanlagen Downscaling etablierter Verfahren für kleine Anschlussgrößen P-Rückgewinnung Bürgerproteste in Mannheim (Allgemeine Zeitung)

24 24 P-Rückgewinnung Möglichkeiten zur P-Rückgewinnung: aus Abwasser (Kläranlagenablauf) aus Prozesswasser (Schlammwasser) aus Faulschlamm aus Klärschlammasche Volumenstrom P-Rückgewinnungspotential unwirtschaftlich 30 % der P-Zulauffracht 50 % der P-Zulauffracht 70 % der P-Zulauffracht Verfahren zur P-Rückgewinnung : Chemische Fällung, Kristallisation, Adsorption Nasschemischer Aufschluss Thermochemischer Aufschluss Metallurgischer Aufschluss Thermische Verfahren: - thermische Nachbehandlung der Klärschlammasche - verfahrensintegriert bei der thermischen Klärschlammbehandlung

25 25 Thermische Verfahren für Klärschlamm Verbrennung (O 2 überstöchiometrisch) Produkte: CO 2, Asche Neuere Verfahren: Kalogeo Pyrofluid Sludge2Energy Reject to Power EcoDry Emter. Vergasung (O 2 unterstöchiometrisch) Produkte: Gas, Kohle SynGas, Fa. Sülzle-Kopf (Balingen, Mannheim) MEPHREC-Verfahren (Nürnberg in Planung) KlärschlammReformer Fa. ThermoSystem (Grünstadt, EW) Hydrothermale Carbonisierung (HTC) (K lautern, Karlsruhe) Pyrolyse (O 2 -Ausschluss) Produkte: Gas, Koks Pyreg-Verfahren (Linz-Unkel, EW) Pyrobustor (Kombination Pyrolyse + Verbrennung) (Fa. PRO-ENTEC east)

27 27 Zusammenfassung und Ausblick Neue Klärschlammverordnung: Ausstieg aus landwirtschaftlicher Verwertung und Pflicht zur P-Rückgewinnung für Anlagen > EW ab 2025 Neue thermische Verfahren mit P-Rückgewinnung sind im Kommen, auch für kleinere Anschlussgrößen, aber noch nicht Stand der Technik (Solare) Trocknung vor thermischen Verfahren ist meist sinnvoll; Gesamtkonzept Strom / Wärme Gemeinsame Klärschlamm-Entsorgungskonzepte mit benachbarten Gemeinden/Abwasserverbänden in Betracht ziehen Machbarkeitsstudie im Einzelfall sinnvoll Fördermöglichkeiten einbeziehen

28 28 Verbrennungsverfahren, z.t. gerade für geringere Durchsatzleistungen: Kalogeo-Verfahren: Trocknung + Wirbelschichtverbrennung (Fa. Tecon) Kompaktwirbelschichtverbrennung ohne Trocknung (Fa. Raschka) Pyrofluid-Verfahren: Wirbelschichtverbrennung ohne Trocknung (Fa. Krüger) EcoDry-Verfahren: Trocknung + Verbrennung im Zyklon-Ofen (Fa. Andritz) Reject to Power: Trocknung + Verbrennung mittels Rostfeuerung (Fa. J. Christof Group) Trocknung (Schneckentrockner) + Verbrennung mittels Rostfeuerung (Fa. Emter) Sludge2Energy: Trocknung (Bandtrockner) + Verbrennung (Rostfeuerung) (Fa. HUBER SE) Biocon: Trocknung (Bandtrockner) + Verbrennung (Rostfeuerung)

29 29 Vergasungsverfahren, z.t. gerade für geringere Durchsatzleistungen: Wirbelschichtvergasung (Fa. Sülzle-Kopf) MEPHREC-Verfahren: Brikettierung + Schmelzvergasung im Kupolofen, mit P-Rückgewinnung Solartrocknung + Vergasung im KlärschlammReformer (Firma ThermoSystem) KA Grünstadt Hydrothermale Carbonisierung (HTC): Umwandlung des entwässerten Schlamms unter Druck und Temperatur zu karbonisiertem Schlamm, Synthesegas und P-reichem Filtrat Terra Nova ZKA Kaiserslautern, AVA-CO2 ZKA Karlsruhe

30 30 SynGas-Verfahren (Fa. Sülzle-Kopf) Klärschlammverwertungsanlage Mannheim (Fa. Sülzle-Kopf)

31 31 PYREG -Verfahren

32 32 Hydrothermale Carbonisierung (HTC)

33 33 MEPHREC -Verfahren aus DWA KEK-1.4: Verfahren und Trends in der Thermischen Klärschlammbehandlung

34 34 Therm. Klärschlammentsorgung 2013 nach Bundesländern