Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGB
Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGB

Schlamm-Management auf Kläranlagen

Herausforderungen und Leistungsangebot

Unser Leistungsangebot im Bereich Schlamm-Management auf Kläranlagen berücksichtigt verschiedene Aspekte. Wir sind sowohl im kommunalen wie im industriellen Bereich aktiv und bieten wissenschaftliche Beratung und innovative Lösungen für neue und alte Herausforderungen:

  • Untersuchungen zur Klärschlammvergärung für die Ermittlung von Auslegungsparametern
  • Technische Umsetzung bis in den Pilotmaßstab
  • Vermeidung von Bläh- und Schwimmschlamm
  • Prozessumstellung von aerober zu anaerober Schlammstabilisierung
  • Auslegung von Faulungen für einen effizienten Betrieb von Faulungen

Das Fraunhofer IGB entwickelt seit über 40 Jahren aerobe und anaerobe biotechnologische Verfahren für die Aufbereitung von Abfall und Wasser – von den mikrobiologischen Grundlagen über den Technikumsmaßstab bis hin zur großtechnischen Anlage. 

Integrierter Ansatz: Energiegewinnung und Nährstoffrückgewinnung

Ein Schwerpunkt dabei ist das Stoffrecycling. Damit sind wir der Ansprechpartner für Kommunen und Industrieunternehmen, die die Abfallentsorgung und Abwasserreinigung mit der Nutzung organischer Reststoffe verbinden wollen. Für die Nährstoffrückgewinnung der bei der Hochlastvergärung anfallenden flüssigen und festen Rückstände haben wir ebenfalls verschiedene Technologien entwickelt.

Wir beraten Sie gern, wie Sie Ihre Reststoffe optimal und ganzheitlich verwerten können! Hierzu arbeiten wir am IGB mit anderen Fachabteilungen zusammen.

Skalierung vom Technikums- bis zum Industriemaßstab

In unseren Technika untersuchen wir die Vergärbarkeit verschiedener biogener Reststoffe im Labor- und Technikumsmaßstab und entwickeln Konzepte für die großtechnische Umsetzung. Basic- und Detail-Engineering auf Basis von Fraunhofer-Patenten werden durch unsere industriellen Partner aus dem Anlagenbau bewerkstelligt.

Systematische Analyse – Grundlage für die Optimierung von Kläranlagen

Kläranlagen sind in der Regel standardisierte Unikate, die nach historisch gewachsenen Regeln der Technik ausgelegt wurden. Der Schlammbehandlung wird manchmal nicht genügend Aufmerksamkeit gewidmet. Das Fraunhofer IGB bietet eine systematische Bewertung von Kläranlagen mittels spezifischer Auswertung von Betriebstagebüchern, Auslegungsunterlagen und installierter Technik an. Dadurch werden Betriebsabläufe durchleuchtet, auf deren Grundlage Maßnahmen zur Optimierung der Kläranlage getroffen werden können.

Energieeffiziente Kläranlagen: Hochlastfaulung für Klärschlamm

Kläranlage in Tauberbischofsheim mit zweistufiger Hochlastfaulung und Mikrofiltration.
Kläranlage in Tauberbischofsheim mit zweistufiger Hochlastfaulung und Mikrofiltration.

Schlammfaulung – Alternative zur Schlammstabilisierung

Kläranlagen entfernen organische Inhaltsstoffe aus dem Abwasser. Verfault der dabei anfallende Schlamm, entsteht als Produkt Biogas. Allerdings verfügen nur gut ein Zehntel der über 10 000 Kläranlagen in Deutschland über einen Faulturm. Auch viele größere Kläranlagen, deren Faultürme mittlerweile veraltet sind, könnten mit moderner Technologie mehr Biogas produzieren und so Kosten- und Energieeffizienz verbessern.

 

Hochlastverfahren zur Schlammfaulung

Für die Vergärung von Klärschlamm zu Biogas hat das Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGB ein besonders effizientes Hochlastverfahren entwickelt. 1994 wurde es erstmals auf der Kläranlage Leonberg in Betrieb genommen. Inzwischen wird dieses Verfahren von vielen weiteren kommunalen Kläranlagen erfolgreich betrieben. Die Bilanz zeigt: Die Hochlastfaulung setzt den Schlamm sehr viel schneller und kostengünstiger zu Biogas um als herkömmliche Faultürme.

Wesentliche Vorteile der Hochlastfaulung sind:

  • Kürzere Verweilzeiten bei kleinerem Faulraum
  • Höherer Abbaugrad und höhere Biogasausbeute
  • Keine Schaumprobleme
  • Bessere Entwässerbarkeit des ausgefaulten Schlamms
  • Geringere Betriebs- und Entsorgungskosten

Intelligente Nutzung von Klärschlamm zur Gewinnung von Biogas

Die am Fraunhofer IGB entwickelte Hochlastfaulung macht die Klärschlammfaulung zu einem Verfahren, das durch die effiziente Umsetzung der Klärschlamminhaltsstoffe zu Biogas wesentlich zur Wirtschaftlichkeit und Energieeffizienz von Kläranlagen beitragen kann. Es ist deshalb auch ein geeignetes Verfahren für Kläranlagen mit 10 000 EW, die bisher den Schlamm mit hohem Strombedarf aerob stabilisieren.

Nutzung von Biomethan als Kraftstoff

Betankung
© Fraunhofer IGB / Frank Kleinbach
Mit Membranen aufgereinigtes Biogas dient als Kraftstoff für Fahrzeuge mit Erdgasantrieb.

Aufgrund seiner hohen Nettoenergieausbeute ist Biogas der wichtigste Bioenergieträger. In Verbindung mit der Kraft-Wärme-Kopplung gilt die Biogasgewinnung als Technik mit sehr hohem CO2-Vermeidungspotenzial.

Dass sich Biomethan auch im Mobilitätssektor – als Kraftstoff für entsprechend aufgerüstete Fahrzeuge eingesetzt werden kann, hat das Fraunhofer IGB im Projekt EtaMax gezeigt. In diesem Projekt wurde leicht vergärbare, lignocellulosearme nasse Biomasse – insbesondere kostengünstig anfallende Bioabfälle und Algenrestbiomasse, die keine Konkurrenz zur Produktion von Nahrungsmitteln darstellen – mit einem kombinierten, modularen Verfahren unter maximaler Energiegewinnung vollständig zu Biogas umgesetzt und gleichzeitig alle Stoffkreisläufe geschlossen.  

Auch in Brasilien wurde Biogas erfolgreich zur Biomethan aufbereitet und dient heute als Kraftstoff für eine betriebseigene Fahrzeugflotte. Hier wurde in einem von der Internationalen Klimaschutzinitiative (IKI) des Bundesumweltministeriums geförderten Projekt eine Anlage gebaut, um das Faulgas (Biogas) der Kläranlage im brasilianischen Franca zu Erdgasqualität aufzubereiten.  

Die Kläranlage als Bioraffinerie

Struvit
© Fraunhofer IGB
Aus Abwasser zurückgewonnenes Struvit kann als langsam N und P freisetzender Dünger eingesetzt werden.

Die Kreislaufwirtschaft gilt als Schlüsselstrategie, um Ressourcen zu erhalten und die Klimaziele zu erreichen. Auch die Inhaltsstoffe im Abwasser einer Kläranlage lassen sich stofflich nutzen – wenn man es entsprechend aufbereitet. Dabei stehen die Nährstoffrückgewinnung und die Nutzung von CO2 zur Herstellung von Folgeprodukten im Vordergrund. Hergestellte Produkte können in wertschöpfenden Prozessen als Ausgangsmaterialien eingesetzt werden, um eine lokale und nachhaltige Kreislaufwirtschaft realisieren zu können.

Unser Verfahren zur Hochlastfaulung legt die Grundlage für die Nutzbarmachung der Rest- und Abfallstoffe, da es den auf einer Kläranlage anfallenden Schlamm nicht nur zu Biogas als regenerativer Kohlenstoff- und Energiequelle umsetzt, sondern zudem mit dem Entwässerung des Faulschlamms ein nährstoffreiches »Schlammwasser« und mit dem Konzentrat kohlenstoffreiche Gärreste als weiter nutzbare Stoffströme liefert.

Das Schlammwasser ist reich an wertvollen Pflanzennährstoffen, allen voran Phosphor und Stickstoff. Das IGB hat verschiedene Konzepte erarbeitet, um die Nährstoffe aus diesem bei der Entwässerung des Schlamms anfallenden Wasser zurückzugewinnen und als Dünger aufzuarbeiten. Alternativ kann das Schlammwasser als Wachstumsmedium zur Kultivierung von photosynthetisch, mit CO2 wachsenden Mikroalgen genutzt werden, die z. B. pflanzenstimulierende Polysaccharide synthetisieren.

Dieser Ansatz wird seit 2021 in dem von der EU und vom Land Baden-Württemberg geförderten Projekt »RoKKa – Rohstoffquelle Klärschlamm und Klimaschutz auf Kläranlagen« verfolgt. 

Referenzprojekte

Hochlastfaulung

Weitere

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