DE19641002C1 - Verfahren zur energetischen Nutzung von Klärschlamm aus Kläranlagen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur energetischen Nutzung von Klärschlamm aus Kläranlagen.

Klärschlamm wird in der Bundesrepublik Deutschland und anderen Ländern zunehmend zum Problem, da immer mehr Klärschlamm an­ fällt. Wie ein Artikel in der Süddeutschen Zeitung vom 04. März 1994, Seite 30, zeigt, fallen nach Angaben des Deutschen Bauernverbandes in der Bundesrepublik Deutschland jährlich etwa 50 Millionen m³ Klärschlamm aus kommunalen Kläranlagen an. Davon werden 25% in der Landwirtschaft genutzt, 60% depo­ niert und der Rest verbrannt. Der Deutsche Städte- und Ge­ meindeverbund befürchtet, daß die Menge an Klärschlamm bis zum Jahr 2000 durch verbesserte Klärung und das Ausfällen von Phosphatverbindungen in den alten Bundesländern um 25% und in den neuen Bundesländern um 300% zunehmen wird und sagt einen Entsorgungsnotstand voraus.

Die landwirtschaftliche Klärschlammverwertung, also die Rück­ führung des Klärschlammes in die Kreislaufwirtschaft, ist jedoch nach wie vor umstritten. Führte zu Beginn der 80er Jahre die Belastung des Klärschlammes mit Schwermetallen zu Problemen bei der Verwertung in der Landwirtschaft, so sind es derzeit vor allem die nachgewiesenen Gehalte an persistenten organischen Schadstoffen, wie z. B. Dioxinen, Furanen, PCB, aber auch die große Anzahl von Krankheits- und Seuchenerre­ gern, welche eine Klärschlammausbringung auf landwirtschaftli­ che Flächen zumindest in den Verbraucherkreisen als bedenklich erscheinen läßt.

Aber auch die Entsorgung von Klärschlamm auf Sonderdeponien bzw. die Verbrennung ist mit den bekannten Verfahren derzeit nicht unproblematisch. Diese beiden Entsorgungsmöglichkeiten von Klärschlamm sind nämlich sehr kostenintensiv. Der Haupt­ grund liegt darin, daß der in kommunalen Kläranlagen anfallen­ de Klärschlamm regelmäßig einen sehr hohen Wassergehalt auf­ weist. Selbst die mittlerweile angewandten Verfahren, wie z. B. Durchfaulung und mechanische Abpressung in geeigneten Filter­ pressen, sind nur in der Lage, die anfallenden Preß-Schlämme auf einen Trockensubstanzgehalt ("TS-Gehalt") von etwa 20 bis 40% und einen organischen Anteil von etwa 65% herabzusetzen.

Weiter problematisch sind die ab dem Jahre 2005 geltenden gesetzlichen Bestimmungen in der Bundesrepublik Deutschland. Der Gesetzgeber hat nämlich in der "Dritten Allgemeinen Ver­ waltungsvorschrift zum Abfallgesetz - Technische Anleitung zur Verwertung, Behandlung und sonstige Entsorgung von Siedlungs­ abfällen (TA-Siedlungsabfall - TASA)" vom 14.5.1993 vorge­ schrieben, daß nach einer Übergangsfrist von 12 Jahren und damit spätestens im Jahre 2005 der organische Anteil der Trockensubstanz (Glühverlust) auf kleiner als 3% bis 5% abgesenkt werden muß, falls der Klärschlamm in einer Deponie gelagert werden soll. Auch das Umweltministerium des Landes Baden-Würt­ temberg hat mit Erlaß vom 11.11.1994 zur Umsetzung der TA Siedlungsabfall verfügt, daß spätestens ab dem 1.6.1999 Klär­ schlämme aus der mechanisch-biologischen Abwasserreinigung, soweit diese auf Deponien gelagert werden sollen, vor der Ablagerung auf 85% bis 90% TS zu trocknen sind.

Derzeit kostet die noch zulässige Deponierung von Klärschlamm etwa 2,5 mal soviel wie die Zuzahlung an den Landwirt, wenn er Klärschlamm auf seine Felder ausbringt. Dabei ist zu berück­ sichtigen, daß die Aufnahmefähigkeiten der bestehenden Depo­ nien nahezu erschöpft sind. Die Verbrennung des Klärschlamms in eigens hierfür vorgesehenen Müllverbrennungsanlagen ist derzeit etwa fünfmal teurer als das Ausbringen des Klärschlam­ mes auf landwirtschaftliche Flächen.

Auch die Klärschlammtrocknung mit anschließender zentraler Verbrennung, wie sie derzeit den mit dem Problem Klärschlam­ mentsorgung betroffenen Kommunen empfohlen wird, ist äußerst kostenintensiv und mit einem hohen Energieaufwand verbunden. Getrocknet wird hierbei der Klärschlamm nämlich unter Einsatz von wertvollen Erdgas und Heizöl, ohne Rücksicht darauf, daß diese Energiereserven viel sinnvoller einsetzbar sind und der bei der Verbrennung von Heizöl und Erdgas entstehende Kohlen­ dioxydausstoß zusätzlich die Umwelt belastet (Treibhausef­ fekt). Wird dem Klärschlamm vor der Verbrennung zusätzlich Hausmüll zugesetzt, ist eine aufwendige Filtertechnik notwen­ dig, um die bei der Verbrennung entstehenden belasteten Rück­ stände zu entsorgen.

Es besteht daher das dringende Bedürfnis, geeignete Verfahren zur Entsorgung des Klärschlammes anzugeben, die die vorgenann­ ten Nachteile nicht aufweisen.

Ein Verfahren zur energetischen Nutzung von Klärschlämmen wurde vom Anmelder bereits in DE 44 45 702 A1 vorgeschlagen. Das dort beschriebene Verfahren beruht auf folgenden nachein­ ander ablaufenden Verfahrensschritten:

• - Entwässern des Klärschlammes durch Beimengung von saugfähi­ gem Zellulosefaserstoffen in einer vorbestimmten Menge bis der Klärschlamm einen Trockengehalt von mindestens etwa 55% auf­ weist;
• - Beimengen eines weiteren Stoffes zur energetischen Aufwer­ tung des mit Zellulosefasern vermischten Klärschlammes, so daß das entstehende Mischprodukt einen Heizwert von minde­ stens 11 000 kJ pro kg Mischprodukt aufweist, und
• - Verbrennung des Mischproduktes bei einer Temperatur von mindestens etwa 800°C.

Es hat sich herausgestellt, daß dieses dem Verfahren zur Verbrennung vorgesehene Mischprodukt, bestehend aus Klär­ schlamm plus Zellulosefaserstoffe plus weiteren Stoff, ohne weiteres in bestehenden Heizungssystemen, wie diese zum Bei­ spiel in der Hackschnitzelverbrennung eingesetzt werden, ver­ brannt werden kann. Voraussetzung für das erforderliche Hei­ zungssystem ist lediglich eine Brenntemperatur von größer etwa 800°C. Vorzugsweise weisen solche Heizungssysteme Gebläse­ brenner auf. Als weiteren Stoff kann dem Mischprodukt aus Klärschlamm und Zellulosefasern Holzhackschnitzel zugeführt werden. Diese können vorzugsweise einen Trockengehalt von etwa 70% bis 80% aufweisen. Versuche haben gezeigt, daß ca. 30 kg Holzhackschnitzel mit einem Trockengehalt von 70% bis 80% pro 100 kg Mischprodukt Klärschlamm mit zugemischten Zellulosefa­ sern mit einem Trockengehalt von insgesamt etwa 55% zuzufüh­ ren ist, um einen Heizwert von über 11 000 kJ/kg zu erreichen.

Ein anderes Verfahren zur Aufbereitung von Klärschlamm ist aus DE 39 19 001 A1 bekannt. Dem Klärschlamm werden bei diesem Verfahren saugfähige Faserstoffe zugemischt und der Klär­ schlamm dadurch entwässert. Anschließend wird der entwässerte Klärschlamm in Elemente verpreßt und biogen getrocknet. Im Rahmen des dort beschriebenen Verfahrens ist es nicht zwin­ gend, den Preßvorgang durchzuführen. So kann die Feuchte Mischung aus Klärschlamm und Faserstoffen nach Entnahme aus einem Mischer unmittelbar einer biogenen Trocknung unterzogen und anschließend der Landwirtschaft zu geführt werden.

Ein weiteres, sehr einfaches Verfahren, den Klärschlamm für die Ausbringung auf landwirtschaftliche Flächen aufzubereiten, ist in dem Patent DE 44 09 649 C1 des Anmelders beschrieben. Der Klärschlamm wird durch Beimengung von saugfähigen Papierfasern zunächst auf einen Trockengehalt von etwa 25% bis 60% entwäs­ sert. Nachdem die Saugkraft der beigemengten Papierfasern erschöpft ist, wird in einem weiteren Verfahrensschritt CaO in einer Menge von etwa 100 bis 150 kg pro Tonne Mischprodukt beigemengt. Hierdurch wird ein streufähiges Produkt geschaf­ fen, das unmittelbar auf landwirtschaftliche Nutzflächen aus­ gebracht werden kann.

Aus DE 39 22 298 A1 ist darüber hinaus ein Verfahren bekannt, wie kommunale und/oder industrielle Klärschlämme einer Ver­ brennung zugeführt werden können. Hierbei wird versucht, einen möglichst wasserarmen Schlamm, d. h. einen solchen mit über 40% Trockengehalt zu erhalten. Durch Zusatz geeigneter organi­ scher und/oder anorganischer Flockungsmittel (insbesondere Aluminium- und Eisensalze) werden zunächst die stabilen wäßrigen Dispersionen im Klärschlamm unter Agglomeration der dispergierten Teilchen zu größeren und folglich mechanisch in Filterpressen besser abtrennbaren Feststoffen aufgespalten. Das Mischprodukt wird in geeigneten Filterpressen gepreßt und die dabei, z. B. als Filterkuchen, anfallenden Feststoffe dann der Verbrennung zugeführt.

In DE 39 22 298 A1 ist des weiteren ein Verfahren beschrieben, bei dem die im kommunalen und/oder industriellen Klärschlamm enthaltenen dispergierten Teilchen in Gegenwart von Faser­ stoffe-haltigen Klärschlämmen aus Zellstoff und/oder Papier­ fabriken und durch Zusatz synthetischer, organischer Flockungsmittel geflockt werden. Die geflockten Teilchen wer­ den unter Druck mit Filterpressen auf einen Trockengehalt größer 40% entwässert und der dabei entstehende Filterkuchen einer Verbrennung zugeführt.

Problematisch bei diesen bekannten Verbrennungsmethoden von Klärschlamm ist der verhältnismäßig hohe technische Aufwand, der einerseits die Zugabe von teuren Flockungsmitteln erfor­ dert und andererseits die Entwässerung des Klärschlammes mit mechanischen Mitteln unentbehrlich macht.

Der vorliegenden Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur energetischen Nutzung von Klärschlämmen anzugeben, das einfach durchzuführen ist, den Einsatz von aufwendigen Filterpressen entbehrlich macht und bereits heute die zukünftigen strengen gesetzlichen Bestimmungen erfüllt.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 erfüllt.

Das erfindungsgemäße Verfahren beruht demnach im wesentlichen auf folgenden, nacheinander ablaufenden Verfahrenschritten:

• - Verbrennung von Zellulosefaserstoffen in einer Verbrennungs­ anlage und Ausnutzung der hierdurch entstehenden Wärme zum Trocknen von Klärschlamm auf einen Trockensubstanzgehalt von mindestens annähernd 85%,
• - Erzeugung eines brennbaren Mischproduktes aus getrockneten Klärschlamm und Zellulosefaserstoffen im Verhältnis von mindestens annähernd 1 : 4,
• - Verbrennen des Mischproduktes in der genannten Verbrennungs­ anlage und Ausnutzung der hierdurch entstehenden Wärme zum Trocknen weiteren Klärschlammes.

In einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, als Zellulosefaserstoffe insbesondere Holzhack­ schnitzel einzusetzen. Holzhackschnitzel fallen bei der Holz­ wirtschaft als Abfallprodukt in hohem Maße an, so daß erfin­ dungsgemäß auch dieser "Abfallstoff" sinnvoll zur Energiege­ winnung herangezogen werden kann.

Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist darin zu sehen, daß der getrocknete Klärschlamm, der z. B. als Granulat vorliegen kann, sofort nach der Trocknung dem organi­ schen Faserstoffen zudosiert werden kann, derzeit bis zur zulässigen Grenze von 25%. Hierdurch wird der Einstieg in die gemeinsame thermische Nutzung von Abfallstoffen möglich. Die mögliche genaue Zudosierung macht das erfindungsgemäße Ver­ fahren sehr wirtschaftlich.

Obwohl es prinzipiell möglich ist, ungefilterten Klärschlamm direkt zu trocknen, sieht eine Weiterbildung der Erfindung vor, den vom Faulturm einer Kläranlage stammenden Klärschlamm zunächst mittels Filterpresse teilzuentwässern, so daß der teilentwässerte Klärschlamm bereits einen Trockengehalt von etwa 20% bis 40% aufweist. Dies hat den Vorteil, daß zur ther­ mischen Trocknung des Klärschlammes weniger Energie notwendig ist.

Als einzusetzende Zellulosefasern können z. B. auch Papier- und/oder Strohfasern eingesetzt werden. Allerdings wird der Verwendung von reinen Strohfasern der Vorzug gegeben, da die Papierverbrennung derzeit strengen gesetzlichen Vorschriften unterliegt. Die Stroh- bzw. Papierfasern werden dem Klär­ schlamm vorzugsweise trocken zugeführt, so daß dessen Saug­ wirkung optimal ist.

Gemäß der Erfindung können dem zu verbrennenden Mischprodukt vor der Verbrennung noch weitere organische Energieträger­ stoffe, insbesondere Getreideabfälle, Rapssaaten, Sonnen­ blumensaaten, Maissaaten, Strohfasern, Bioabfälle oder dgl. zugeführt werden. Es können auch vor der Verbrennung in der Landwirtschaft nachwachsende Rohstoffe, wie z. B. Ölsaaten oder Chinaschilf, zugeführt werden, um den Heizwert des zu verbrennenden Mischproduktes weiter zu erhöhen.

Eine andere Weiterbildung der Erfindung sieht vor, die bei der Verbrennung anfallende Flugasche in einer geeigneten Filter­ einrichtung zu sammeln und anschließend zu entsorgen.

Die bei dem erfindungsgemäßen Verfahren entstehende Grob- und Feinasche wird zweckmäßigerweise als Dünger- bzw. Streumate­ rial verwendet, das auf land- und/oder forstwirtschaftlichen Nutzflächen, auf denen nachwachsende Rohstoffe angebaut wer­ den, oder auf Grünanlagen ausgebracht wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird nachfolgend anhand eines konkreten Ausführungsbeispieles näher erläutert.

Es wird bereits ein durch Filterpressen teilentwässerter Klär­ schlamm einer Anlage zugeführt, durch welche dieser Klär­ schlamm auf einen Trockengehalt von mindestens 85% durch ther­ mische Trocknung getrocknet wird. Die Anlage weist hierfür eine Verbrennungsanlage zur Verbrennung von Holzhackschnitzel oder ähnliches Material auf. Die bei der Verbrennung entste­ hende Wärme wird mittels geeigneter Gebläseeinrichtungen über den Klärschlamm geführt, so daß dieser allmählich trocknet. Falls erforderlich kann in der Anlage vorgesehen werden, daß der Klärschlamm gewendet oder durchmischt wird, um den Trock­ nungsvorgang zu beschleunigen.

Die durch die Verbrennung entstehende Heißluft wird solange über den Klärschlamm geführt, bis dieser einen Trockengehalt von mindestens 85% aufweist. Zweckmäßigerweise wird der ge­ trocknete Klärschlamm in Form von Pellets, Kügelchen, Brickets oder ähnliches der weiteren Verwendung zur Verfügung gestellt.

Anschließend wird der Klärschlamm mit Zellulosefaserstoffen, z. B. Holzhackschnitzeln, vermischt, um einen ausreichend hohen Heizwert zu erreichen. Als günstig hat sich ein Mischungs­ verhältnis von getrockneten Klärschlamm zu Zellulosefaser­ stoffen von etwa 1 : 4 herausgestellt.

Dieses Mischprodukt wird der genannten Verbrennungsanlage rückgeführt, um dort verbrannt zu werden. Die bei dieser Ver­ brennung frei werdende Wärmeenergie wird erfindungsgemäß dazu eingesetzt, weiteren Klärschlamm zu trocknen, der dann wieder mit Zellulosefaserstoffen vermischt wird.

Hierdurch wird ein Kreislauf bereitgestellt, durch den ge­ trockneter Klärschlamm selbst dank seiner Verbrennung dazu herangezogen wird, Klärschlamm zu trocknen. Auf den Einsatz der immer knapper werden Fossilbrennstoffe Erdgas und Öl kann daher vorteilhafterweise verzichtet werden.

Es liegt auch im Rahmen der Erfindung, den bei der Verbrennung des Mischproduktes von getrocknetem Klärschlamm und Zellulose­ faserstoffen entstehenden Wasserdampf von rüber 1000 Celsius zur Erzeugung von Strom einzusetzen. Hierfür werden eine oder mehrere Dampfturbinen eingesetzt.

Claims (10)

1. Verfahren zur energetischen Nutzung von Klärschlamm aus Kläranlagen mit folgenden Schritten:

• - Verbrennung von Zellulosefaserstoffen in einer Verbrennungs­ anlage und Ausnutzung der hierdurch entstehenden Wärme zum Trocknen von Klärschlamm auf einen Trockensubstanzgehalt von mindestens annähernd 85%,
• - Erzeugung eines brennbaren Mischproduktes aus getrocknetem Klärschlamm und Zellulosefaserstoffen im Verhältnis von mindestens annähernd 1 : 4,
• - Verbrennen des Mischproduktes in der genannten Verbrennungs­ anlage und Ausnutzung der hierdurch entstehenden Wärme zum Trocknen weiteren, noch ungetrockneten Klärschlammes.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Zellulosestoffe Holzhackschnitzel verwendet werden.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Holzhackschnitzel einen Trockengehalt von etwa 70% bis 80% aufweisen.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der zur Verbrennung vorgesehene Klärschlamm einen Trockengehalt von mindestens 20% aufweist.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß dem Klärschlamm als Zellulosefasern Stroh- und/oder Papierfasern aus Altpapier zugeführt werden.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Zellulosematerial trocken zugeführt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß dem zu verbrennenden Mischprodukt vor der Ver­ brennung noch weitere organische Energieträgerstoffe zugeführt wer­ den.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß dem zu verbrennenden Mischprodukt vor der Ver­ brennung in der Landwirtschaft nachwachsende Rohstoffe zugeführt werden.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß in einer Filtereinrichtung die bei der Ver­ brennung entstehende Flugasche gesammelt wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Klärschlamm vor dem Trocknen in einer Filterpresse teilentwässert wird.