Einsatz eines Drehrohrofens zur dezentralen Klärschlammverbrennung am Beispiel einer Kläranlage < 50.000 EW

• Dipl.-Ing. (TU) Ralf Wittstock
• Dipl.-Ing. Jessica Thiess

Vor dem Hintergrund einer wachsenden Sensibilisierung für umweltpolitische Themen, wie Energiewende, Energieeffizienz, CO₂-Einsparung oder umweltgerechte Entsorgungsstrategien und Ressourcenschutz, ist die landwirtschaftliche Nutzung von Klärschlämmen in Deutschland in den Fokus geraten. Neben den Nährstoffen sind Schadstoffe, wie organische Verbindungen, Schwermetalle, resistente Bakterien und Mikroplastik im Klärschlamm zu finden. Geht man von einem Gesamtaufkommen in Deutschland an kommunalen Klärschlämmen in Höhe von 1,77 Mio. MgTR/a aus, gelangen davon derzeit ca. 18 % als Dünger in die Landwirtschaft und rd. 10 % in den Landschaftsbau. Der überwiegende Anteil wird demnach thermisch verwertet und hinterlässt durch den Transport einen entsprechenden CO₂-Fußabdruck. Vor dem Hintergrund der rechtlich geforderten Rückgewinnung von Nährstoffen, zu denen in erster Linie der Phosphor zählt, zeichnen sich am Entsorgungsmarkt immer mehr Wege ab, die in Richtung Mono-Verbrennung weisen. Damit einhergehend stellt sich insbesondere für Betreiber von Kläranlagen kleinerer Ausbaugrößen bis zu 50.000 EW die Frage der zukünftigen Entsorgungssicherheit. Oftmals können Ausschreibungen zur Klärschlammentsorgung nicht mehr entsprechend bedient werden, bspw. aufgrund schwindender Ausbringungsflächen, abnehmender Akzeptanz bei Landwirten/Verbrauchern oder wegen den bestehenden Kapazitäten der Entsorgungs-/Verwertungseinrichtungen. Aufgrund dessen weisen die Kosten für die Andienung/Verwertung der Klärschlämme eine steigende Tendenz auf. Hinzu kommt, dass die LKW-Transporte in der Bevölkerung mehr und mehr Skepsis auslösen.

Allerdings bietet sich der Klärschlamm aufgrund seiner Beschaffenheit und nach entsprechender Aufbereitung auch zur Nutzung als Energiequelle an. Der Klärschlamm kann somit einen Beitrag leisten, um die energetischen Ansprüche eines Klärwerksstandortes hinsichtlich thermischer und elektrischer Energie zu entlasten. Gleichzeitig bietet sich hierdurch die Möglichkeit, sich langfristig unabhängig gegenüber dem Marktgeschehen im Bereich der zentralen Mono-Verwertungsanlagen aufzustellen.

Während die letzten Anlagengenerationen der thermischen Mono-Klärschlammbehandlung das Verfahren der stationären Wirbelschicht mit Behandlungskapazitäten zwischen 10.000 bis 90.000 MgTR/a verfolgten, mit Ausnahme der Anlage auf Rügen (2.000 MgTR/a), mangelt es indes an thermischen Lösungsansätzen speziell für sehr geringe Durchsatzmengen, gleichwohl der Markt aktuell verschiedene Ansätze bietet.

Insbesondere mit den letzten Aspekten befasst sich dieser Beitrag. Anfangs werden einige relevante Rahmenbedingungen, wie bspw. rechtliche Vorschriften, Klärwerksstrukturen mit möglichen nutzbaren Synergien oder auch die Klärschlammerzeugung, thematisiert. Darüber hinaus wird eine alternative Technologie aufgeführt, welche speziell für die angesprochene Größenordnung einen nutzbaren Lösungsansatz zur thermischen Vorbehandlung des Klärschlammes mittels Drehrohrofen aufzeigt.

Against the background of a growing awareness of environmental policy issues such as energy transition, energy efficiency, CO₂ savings or environmentally sound disposal strategies and resource protection, the agricultural use of sewage sludge in Germany has come into focus. In addition to nutrients, pollutants such as organic compounds, heavy metals, resistant bacteria and microplastics can be found in sewage sludge. Assuming a total amount of municipal sewage sludge in Germany of approximately 1.80 million tons dm/a, about 18 % of this currently goes to agriculture as fertiliser or about 10 % to landscaping. The vast majority is therefore thermally exploited and leaves a corresponding carbon footprint through transport. Against the background of the legally required recovery of nutrients, which primarily include phosphorus, there are more and more ways in the disposal market that point towards mono-incineration. This raises the question of future disposal safety, especially for operators of wastewater treatment plants of smaller sizes up to 50,000 inhabitans. In many ways, tenders for sewage sludge disposal can no longer be adequately served, e.g. due to dwindling application areas, declining acceptance by farmers/consumers or due to the existing capacities of disposal/recycling facilities. As a result, the cost of supplying/ recycling sewage sludge is on the rise. In addition, truck transport is causing more and more scepticism among the population.

However, due to its nature and after appropriate treatment, the sewage sludge is also suitable for use as an energy source. The sewage sludge can thus make a contribution to relieve the energy requirements of a sewage treatment plant site with regard to thermal and electrical energy. At the same time, this offers the possibility of establishing oneanother independently of the market events of the central mono-recycling plants in the long term.

While the last generations of thermal mono-sewage sludge treatment followed the process of the stationary fluidized bed with treatment capacities between 10,000 and 90,000 tons dm/a, with the exception of the plant on Rügen (2,000 tons dm/a), there is a lack of thermal solution approaches especially for very low throughput quantities, although the market currently offers different approaches.

This paper deals in particular with the last aspects. Initially, some relevant framework conditions such as legal regulations, sewage treatment plant structures with possible usable synergies or sewage sludge production will be addressed. In addition, an alternative technology is listed, which shows a usable solution for the thermal pre-treatment of the sewage sludge by means of a rotary kiln, especially for the mentioned order of magnitude.