En:Sekt - Energetische Sektorkopplung zwischen Wasser- und Energiewirt­schaft durch heizwertorien­tierte Abwasserbehand­lung

Förderkennzeichen	35540/01-23
Finanzierung	Deutsche Bundesstiftung Umwelt
Bearbeitungszeitraum	01.09.2022 - 28.02.2024
Projektleitung	Dr.-Ing. Thomas Schalk
Projektbearbeitung	M.Sc. Julius Böckmann
Assoziierte Partner	ASG Spremberg GmbH ZWT Wasser- und Abwassertechnik GmbH

Zusammenfassung

Der Ausstieg aus der stofflichen Verwertung von Klärschlamm in Landwirtschaft und Landschaftsbau führt zunehmend zur thermischen Entsorgung von Klärschlämmen. Gegenwärtig werden dabei vor allem Verbrennungsverfahren eingesetzt. Die Verfahrenstechnik auf Kläranlagen ist auf die Erzeugung stabilisierter Klärschlämme abgestimmt. Dabei werden zwar Probleme bei der Schlammlagerung und -verwertung vermieden, allerdings steigt dadurch der Ascheanteil im Schlamm. Für die thermische Verwertung ist dies kontraproduktiv, da die Schlämme auf einen höheren Feststoffgehalt getrocknet werden müssen.

Gegenstand des Projektes ist die Untersuchung einer alternativen Verfahrensweise zur Verminderung von Heizwertverlusten bei der Abwasser- und Schlammbehandlung durch Intensivierung der Vorklärung durch den Einsatz kohlenstoffhaltiger Adsorbentien wie gemahlener Pflanzenkohle, gemahlenem Pyrolysekoks oder Braunkohlenstaub in Kombination mit einem Flockungshilfsmittel. Durch die erhöhte CSB-Abscheidung in der Vorklärung sinken der Luftbedarf und damit der Elektroenergiebedarf in der biologischen Stufe sowie der Überschussschlammanfall. Im Gegensatz zu bisher erprobten Konzepten soll der Primärschlamm nicht zur Biogaserzeugung genutzt, sondern direkt thermisch mit gekoppelter Stromerzeugung verwertet werden. Voraussetzung dafür ist ein Paradigmenwechsel hin zur sektorübergreifenden Energieerzeugung (thermische Verwertungsanlage) und Energienutzung (Kläranlage).

Das Projekt dient dazu, ergebnisoffen im labortechnischen Maßstab zu prüfen, ob der Einsatz von kohlenstoffhaltigen Adsorbentien zielführend und welches der untersuchten Adsorbentien am wirkungsvollsten ist. Von Interesse sind dabei die erreichbaren Wirkungsgrade für die Elimination von AFS, CSB (gelöst und partikulär), Stickstoff und Phosphor, da diese Parameter entscheidend für die folgende Verfahrenskette sind. Zur Beurteilung der Lagerungsfähigkeit des erzeugten Primärschlamm-Kohle-Gemischs werden Gärtests durchgeführt. Die erzielten Ergebnisse werden zur Bewertung des Verfahrens und von Möglichkeiten zu dessen Anwendung und Weiterentwicklung genutzt. Dabei spielen insbesondere Auswirkungen auf den Elektroenergie- und Wärmebedarf von Kläranlagen eine Rolle, die Frage nach der Lagerungsfähigkeit des Primärschlamm-Kohle-Gemischs, nach Möglichkeiten zur Stabilisierung des Überschussschlamms, aber auch, ob die Lösung ökologisch vertretbar umsetzbar ist.

Sollte sich ein positives Ergebnis abzeichnen, kommen als potentielle Anwendungsfälle zunächst Kläranlagen mit aerober Schlammstabilisierung in Betracht, da Eingriffe in die vorhandene Anlagenstruktur zur Implementierung eines Vorklärbeckens zur verstärkten CSB-Elimination wesentlich geringer sind als Eingriffe auf Kläranlagen mit anaerober Schlammstabilisierung. Darüber hinaus wird durch die anaerobe Stabilisierung bereits ein Teil des Energiepotentials durch Biogaserzeugung genutzt, während es auf aeroben Stabilisierungsanlagen gegenwärtig unter Energieaufwand vernichtet wird.