Schlamm-Management auf Kläranlagen

Kläranlagen im kommunalen oder Industriebereich 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.

• mehr Info zur systematischen Analyse von Kläranlagen im Bereich »Wassermanagement und Abwasserreinigung«
  

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. Vor allem kleinere Betreiber scheuen die Kosten, die durch den Neubau eines Faulturms entstehen. Stattdessen reichern sie den Klärschlamm im ohnehin vorhandenen Belebungsbecken mit Sauerstoff an und stabilisieren ihn. Die Belebungsbecken benötigen allerdings sehr viel Strom und machen die Kläranlagen zum größten kommunalen Stromverbraucher. Gleichzeitig geht ein enormes Potenzial an Energie verloren, da bei der aeroben Schlammstabilisierung kein Biogas entsteht. 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 vier 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
• kleinerer Faulraum
• höherer Abbaugrad
• höhere Biogasausbeute
• keine Schaumprobleme
• bessere Entwässerbarkeit des ausgefaulten Schlamms
• geringere Betriebs- und Entsorgungskosten.

Eingeschränkte Entsorgungsmöglichkeiten für Schlamm

Die Entsorgungswege für Klärschlamm aus der kommunalen Abwasserreinigung werden zunehmend weiter eingeschränkt. Für die Verwertung im Landschaftsbau wird es zukünftig keinen Bedarf mehr geben, die Verwertung in der Landwirtschaft ist umstritten, die Technische Anleitung Siedlungsabfall (TASi) hat die Deponierung für viele Schlämme ausgeschlossen. Die Verbrennung des Klärschlamms wird weiter an Bedeutung gewinnen, Preise für die Entsorgung werden steigen. Die aerobe Schlammstabilisierung ist teuer, oft unzureichend und für Kläranlagen > 10 000 EW keine adäquate Alternative.

Intelligente Nutzung von Klärschlamm als Energieträger

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.

Durch die Hochlastfaulung wird der Klärschlamm mit Nettoenergiegewinn stabilisiert, kann optimal entwässert und mit kleinstmöglichem Kostenaufwand thermisch entsorgt werden. Dabei entsteht der regenerative Energieträger Biogas als Produkt. Mit dem gewonnenen Biogas kann der Energiebedarf der Kläranlage gedeckt und so weitere Kosten eingespart werden. Die Hochlastfaulung stellt deshalb auch betriebswirtschaftlich eine intelligente Alternative dar und verbessert die Energieeffizienz kommunaler Kläranlagen deutlich.

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.