Schlamm-Management auf Kläranlagen

Herausforderungen und Leistungsangebot

Unser Leistungsangebot im Bereich Schlamm-Management auf Kläranlagen berücksichtigt verschiedene Aspekte. Wir sind sowohl im kommunalen wie im industriellen Bereich aktiv und bieten wissenschaftliche Beratung und innovative Lösungen für neue und alte Herausforderungen:

  • Untersuchungen zur Klärschlammvergärung für die Ermittlung von Auslegungsparametern
  • Technische Umsetzung bis in den Pilotmaßstab
  • Vermeidung von Bläh- und Schwimmschlamm
  • Prozessumstellung von aerober zu anaerober Schlammstabilisierung
  • Auslegung von Faulungen für einen effizienten Betrieb von Faulungen

Das Fraunhofer IGB entwickelt seit über 25 Jahren biotechnologische Verfahren für die Aufbereitung von Abfall und Wasser – von den mikrobiologischen Grundlagen über den Technikumsmaßstab bis hin zur großtechnischen Anlage. Basic- und Detail-Engineering auf Basis von Fraunhofer-Patenten werden durch unsere industriellen Partner aus dem Anlagenbau bewerkstelligt.

Systematische Analyse – Grundlage für die Optimierung von 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.

 

Energieeffiziente Kläranlagen: Hochlastfaulung für Klärschlamm

Kläranlage Schwerzen. Auch für kleinere Kläranlagen (10 000 EW) ist die Hochlastfaulung wirtschaftlich.

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.

Kläranlage in Tauberbischofsheim mit zweistufiger Hochlastfaulung und Mikrofiltration.

Kläranlage in Tauberbischofsheim mit zweistufiger Hochlastfaulung und Mikrofiltration.

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.

Referenzprojekte

ESiTI – Abwasserbehandlungsanlage der Zukunft: Energiespeicher in der Interaktion mit technischer Infrastruktur im Spannungsfeld von Energieerzeugung und -verbrauch

Laufzeit: Mai 2014 – April 2017

Biogas zählt – wie Wind- und Solarenergie – zu den dezentralen Quellen für Biostrom. Es entsteht unter anderem bei der Hochlastfaulung von Klärschlämmen in der Abwasseraufbereitung. Das Fraunhofer IGB untersucht, inwieweit eine Hochlastfaulung auf Kläranlagen effizient betrieben werden kann, ohne dass diese in ihrer eigentlichen Funktion beeinträchtigt werden.

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Fahrzeugflotte in Brasilien fährt mit Biomethan der Kläranlage

Laufzeit: Februar 2009 – Dezember 2017

Durch Wachstumsbeschleunigungsgesetze des brasilianischen Staates soll die Klärtechnik in Zukunft verstärkt ausgebaut werden. Zurzeit erfährt das Biogas, welches in brasilianischen Kläranlagen gebildet wird, normalerweise keine systematische Nutzung, sondern wird in offenen Fackeln verbrannt. Mit dem Bau einer Anlage zur Aufbereitung des Faulgases zu Biomethan hat sich das geändert: Die betriebseigene Fahrzeugflotte wird mit dem aufbereiteten Gas-Kraftstoff betrieben.

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HLF Leipheim – Wissenschaftliche Begleitung der technischen Realisierung der Hochlastfaulung der Kläranlage Leipheim

Laufzeit: Oktober 2015 – Juni 2019

Bei der HLF handelt es sich um einen vom Fraunhofer IGB entwickelten Prozess zur anaeroben Faulung und Schlammstabilisierung.

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Hochlastfaulung mit Mikrofiltration und MAP-Gewinnung

Beim Betrieb von Abwasserreinigungsanlagen fällt Klärschlamm an, der traditionell als Dünger in der Landwirtschaft genutzt wurde, da er viele Nährstoffe enthält. Die Ausbringung von Klärschlamm als Dünger ist mittlerweile aber nicht mehr möglich, da eine Anreicherung von Schadstoffen im Boden befürchtet wird. Oft bleibt nur, den Klärschlamm zu verbrennen, was sehr kostspielig ist. Es muss also Ziel sein, den Klärschlammanfall der Kläranlagen so gering wie möglich zu halten.

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Integration einer Hochlaststufe zur Schlammfaulung in der Kläranlage des AZV Heidelberg

In einem zweistufigen Hochleistungsverfahren kann Klärschlamm mit wesentlich höherem Wirkungsgrad zu Biogas umgesetzt werden. In der Kläranlage der Stadt Leonberg wird dieses vom Fraunhofer IGB entwickelte Verfahren (Schwarting-Uhde-Verfahren) mit einer Verweilzeit von 5,5 Tagen je Stufe, hohen Abbaugraden und hohen Biogasausbeuten betrieben.

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Potenzialanalyse zur Erzeugung von Biogas in Klärschlammvergärungsanlagen

Laufzeit: Juli 2014 – Juni 2017

Mit einer umfangreichen Studie untersuchte das Fraunhofer IGB das Potenzial der Hochlastfaulung von Klärschlamm zur Produktion von Biogas, das zur Erzeugung von Strom und Wärme genutzt werden kann. Dabei bewerteten die Fachleute des Instituts das Gesamtpotenzial aller Kläranlagen der Größenklasse 4 in Baden-Württemberg.

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Weiterentwickelte Hochlastfaulung in Bad Dürrenberg spart Kosten

Die Kläranlagen gehören mit durchschnittlich 20 Prozent Anteil am Stromverbrauch der Kommunen in der Regel zu den größten Stromverbrauchern [1]. Deshalb suchte im Sommer 2008 der Zweckverband Bad Dürrenberg zusammen mit dem Ingenieurbüro Stockleben nach Möglichkeiten, den Energieverbrauch auf der Abwasserbehandlungsanlage (ABA) Bad Dürrenberg (Ausbaugröße etwa 26 000 Einwohnerwerte) zu verringern.

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Wissenschaftliche Begleitung der technischen Realisierung der Hochlastfaulung auf der SKA Erbach

Laufzeit: Juni 2014 – März 2017

Das Fraunhofer IGB hat der Stadt Erbach bei der Einrichtung einer Hochlastfaulungsanlage in der städtischen Kläranlage geholfen. Die Experten des Instituts begleiteten das Projekt wissenschaftlich und unterstützen die Kommune bei der Ausschreibung und Bauphase sowie bei der Inbetriebnahme und beim Probebetrieb.

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