Bei der Abwasserreinigung in kommunalen Kläranlagen entstehen beträchtliche Mengen an Klärschlamm. Zur Entsorgung wird der Klärschlamm zumeist vergoren, wobei organische Inhaltsstoffe zu Biogas umgesetzt werden. Nach der Vergärung muss der ausgefaulte Restschlamm entwässert werden, damit er weiter entsorgt werden kann. Hierbei fällt ein Schlammwasser mit sehr hohen Ammoniumkonzentra tionen (1 bis 2 Gramm pro Liter) an. Um diese hohe Stickstofffracht im Schlammwasser zu reduzieren, wird es üblicherweise in die Abwasserreinigung geleitet. Hier wird Ammonium zunächst zu Nitrat nitrifiziert und dann Nitrat zu molekularem Stickstoff denitrifiziert. Im Zulauf der Abwasserreinigung liegen die Ammoniumkonzentrationen allerdings nur im Milligrammbereich. Damit die Nitrifikations- und Denitrifikationsbecken der Kläranlagen nicht überlastet werden, wird das Schlammwasser in nur geringen Volumenströmen zudosiert. Gefragt ist eine Lösung, bei der das Rückführen von Stickstoff über das Schlammwasser entfällt.

Das Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGB in Stuttgart hat hierzu eine Anlage zum Klärschlammabbau mit integrierter Mikrofiltration entwickelt, bei der nahezu ammoniakfreies Schlammwasser und Ammoniumdünger gewonnen werden und zudem der Abbaugrad des Klärschlamms erhöht wird. Eine Pilotanlage wird am 7. Juli 2004 um 11.30 Uhr im Klärwerk Süd des Abwasserzweckverbands Heidelberg offiziell in Betrieb genommen. Hier wird die Anlage als Teil eines zweistufigen Vergärungsverfahrens eingesetzt. Die erste Stufe ist eine ebenfalls vom Fraunhofer IGB optimierte Hochlastfaulung mit erhöhter Konzentration an organischer Trockensubstanz und verbesserten Abbauleistungen. Der anfallende Klärschlamm der Kläranlage wird hier seit der Inbetriebnahme 2001 effizient zu Biogas umgesetzt.

Die Pilotanlage zur Klärschlammvergärung mit integrierter Mikrofiltration besteht aus einem Bioreaktor mit einem Volumen von 3,5 Kubikmetern. Vergorener Klärschlamm aus der Hochlastfaulung mit einem – aufgrund des hohen Abbaugrads in der Hochlastfaulung – nur noch niedrigen Organikanteil wird hier weiter vergoren: Ein Rotationsscheibenfilter entfernt während des Vergärungsprozesses Schlammwasser aus dem Reaktor. Der hierdurch aufkonzentrierte Schlamm wird in den Reaktor zurückgeleitet, wo er den Organikanteil erhöht und so den Abbaugrad steigert. Die Menge an zu entsorgendem Restschlamm wird reduziert, Entsorgungskosten gespart. Der am IGB entwickelte Rotationsscheibenfilter besteht aus einem Stapel keramischer, wartungsarmer Membranscheiben und benötigt nur wenig Energie. So ist er auch in der kommunalen Abwasserreinigung und im Klärschlamm wirtschaftlich einsetzbar.

Das filtrierte Schlammwasser – frei von Feststoffen und Mikroorganismen – wird in eine Ammoniak-Strippkolonne geleitet, in der Ammonium durch einen Luftstrom aus dem Schlammwasser entfernt wird. In einem sauren Wäscher wird Ammoniumsalz (Dünger) aus der Abluft gewonnen. Das ammoniumarme Schlammwasser wird in den Kläranlagenzulauf geleitet, wo es keine nennenswerte Belastung mehr darstellt.

»Für viele Kläranlagen ist von besonderem Vorteil, dass die Nitrifikation und Denitrifikation der Stickstofffracht aus dem Schlammwasser entfällt« betont Professor Walter Trösch vom Fraunhofer IGB. »So kann sogar der kostenintensive Ausbau von Reinigungsbecken zur Stickstoffentfernung vermieden werden.« Wie Versuche im Technikumsmaßstab zeigen, kann das neue Vergärungsverfahren mit Mikrofiltration auch eine herkömmliche einstufige Schlammfaulung ersetzen.

Die vom Fraunhofer IGB entwickelte Hochlastfaulung wurde 2001 vor die herkömmliche Schlammfaulung in Heidelberg eingebaut. Sie arbeitet mit hoher Raumbelastung (10 Kilogramm organische Trockensubstanz pro Kubikmeter und Tag) bei gleichzeitig niedriger Verweilzeit (5 anstatt 20-30 Tage). Die Organik wird um 45-50 Prozent abgebaut (gegenüber 35-40 Prozent bei der herkömmlichen Faulung), so dass bereits hier weniger ausgefaulter Restschlamm anfällt. Zudem ist die Ausbeute an Biogas erhöht, das Gewinn bringend in die Energieversorgung der Stadt Heidelberg fließt.