Intensivierung der Klärschlammbehandlung zur energetischen und stofflichen Nutzung in China unter Einsatz thermaler Verfahren

Integrierte Klärschlammbehandlung

Die Volksrepublik China verfügt derzeit nicht über genügend Kapazitäten zur adäquaten Behandlung und Verwertung von bei der Abwasserbehandlung anfallendem Klärschlamm. Diese werden größtenteils ohne energetische und stoffliche Verwertung deponiert.

In diesem Zusammenhang verfolgt IntenKS das Ziel der Entwicklung nachhaltiger Lösungsansätze zur Entwässerung und energetischen Nutzung des unbehandelten Rohschlamms aus Abwasserbehandlungsanlagen. Hierfür entwickelt bzw. adaptiert das Projekt technologische Möglichkeiten zur intensivierten Klärschlammbehandlung mittels thermischer Verfahren unter Berücksichtigung der lokalen Randbedingungen. Diese Verfahren der Klärschlammbehandlung haben unmittelbare Auswirkungen auf die anschließenden Verfahrensstufen der Prozesswasserbehandlung und Reststoffentsorgung.

Vor dem Hintergrund der teils ungenügenden Reinigungsleistung der in China bestehenden großtechnischen Anlagen zur Nährstoffelimination (insb. Stickstoff) sowie der starken Belastung des Prozesswassers aus der thermischen Vorbehandlung, muss die Intensivierung der Schlammbehandlung deshalb integriert mit einer separaten, optimierten Prozesswasseraufbereitung gesehen werden. Auch dieser Aspekt wird im Vorhaben aufgegriffen und wissenschaftlich untersucht.

Übergeordnet verfolgt IntenKS das Ziel der Entwicklung und Qualifizierung eines integrierten Konzepts zum Management anfallender Reststoffe wie Prozesswasser und entwässertem Faulschlamm unter chinesischen Bedingungen.

Thermische Verfahren als Lösungsansätze

Das Projekt untersucht zwei Ansätze zur Klärschlammverwertung: Der erste Ansatz verfolgt die thermische Vorbehandlung der unbehandelten Klärschlämme bei 120 - 160°C und eine anschließende Vergärung zur Produktion von Biogas. Diese Vorbehandlung resultiert in einer gesteigerten Biogasproduktion sowie in einer Verbesserung der Entwässerbarkeit des zu entsorgenden Klärschlamms. Der zweite Ansatz sieht den thermischen Aufschluss der unbehandelten Klärschlämme bei 190 - 250°C ohne weitere Behandlung vor. Diese hohen Temperaturen führen zu Inkohlungsprozessen des Klärschlamms und ermöglichen eine direkte Verbrennung der entstehenden Kohle (sogenannter Hydro- oder Biokohle) oder gegebenenfalls eine Verwertung als Bodenverbesserer.

Besonderer Forschungsbedarf besteht hinsichtlich der Entfernung biologisch schwer abbaubarer Reaktionsnebenprodukte im Prozesswasser, die durch die hohen Behandlungstemperaturen des Klärschlamms entstehen. In diesem Zusammenhang ist auch die Entfernung von Nährstoffen im Prozesswasser (insb. Stickstoff) unter Berücksichtigung einer möglichen Hemmung der Bakterien durch ebendiese Reaktionsnebenprodukte zu untersuchen. In IntenKS werden zwei unterschiedliche biologische Verfahren mit anschließender Nachbehandlung getestet. Darüber hinaus erfolgen Messungen der Eintragseffizienz von Sauerstoff, der für die biologische Umsetzung der organischen Verbindungen benötigt wird, in das Prozesswasser. Ziel hierbei ist der Nachweis einer verbesserten Sauerstoffversorgung der Mikroorganismen. Damit verbunden ist ein geringerer Energiebedarf in einer separaten Prozesswasserbehandlung.

Basierend auf Versuchen im Labormaßstab werden Pilotanlagen zur Klärschlammbehandlung geplant, gebaut und in China betrieben. Dies findet in enger Zusammenarbeit zwischen Industriepartnern und Universitäten statt. Eine begleitende sozioökonomische Bewertung, die sowohl Akzeptabilität als auch Konfliktpotenziale neuartiger Technologien der Klärschlammbehandlung in China identifiziert, ergänzt den ganzheitlichen Ansatz.

Von der Forschung in die Praxis

Mit den erzielten Ergebnissen werden die verschiedenen Prozessketten zur thermischen Klärschlamm-behandlung mit anschließender Entwässerung und Reststoffwertung bilanziert sowie mittels sozio-ökonomischer Betrachtung bewertet. Damit soll aufzeigt werden, inwieweit die untersuchten thermischen Verfahren vorteilhaft für die großtechnische Anwendung in China sind, welche Handlungsempfehlungen daraus abzuleiten sind und wie ein solches Konzept etabliert werden kann. Diese Resultate werden für verschiedene Adressaten aus Politik, Verwaltung, Wirtschaft und Gesellschaft aufbereitet und Lösungsansätze zur Bewältigung einer ressourceneffizienten und nachhaltigen Klärschlammbehandlung ausgearbeitet. Damit strebt IntenKS einen direkten Transfer der wissenschaftlichen Ergebnisse in eine breite Anwendung an.