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Klärschlamm fällt bei der Abwasserreinigung an und ist eine Mischung aus Wasser und Feststoffen. Bei den Feststoffen handelt es sich um Schwebstoffe, die sich in der Kläranlage aus dem Wasser absetzen und zu Boden sinken (sedimentieren).
Inhaltsverzeichnis |
Man unterscheidet Rohschlamm und behandelten Klärschlamm. Rohschlamm fällt auf Kläranlagen als Primärschlamm in der mechanischen Reinigungsstufe oder als Überschussschlamm in der biologischen Stufe an. Überschussschlamm besteht überwiegend aus Mikroorganismen, wie etwa Protisten und Bakterien. Durch aerobe oder anaerobe Stabilisierung des Rohschlamms erhält man weniger geruchsintensiven Klärschlamm (behandelter Klärschlamm bzw. stabilisierten Klärschlamm). Die anaerobe Behandlung erfolgt in größeren Kläranlagen in Faultürmen (Faulschlamm). Klärschlamm ist im Ausgangszustand dünnflüssig und dunkel gefärbt. Durch Schwerkrafteindickung werden Feststoffgehalte von etwa zwei bis fünf Prozent erreicht (beispielsweise durch Zentrifugenanlagen). Jedoch gibt es noch mehr Möglichkeiten, wie beispielsweise Siebbandeindickung.
Der Klärschlamm ist reich an Nährstoffen, da die Bakterien in der biologischen Stufe die Abwasserinhaltsstoffe zum Aufbau der Biomasse verwenden. Von besonderer Bedeutung sind insbesondere für die Landwirtschaft Nitrat, Phosphat und andere Nährsalze.
Nachfolgend eine Tabelle[1] mit den normalen Gehalten an Nährstoffen der Klärschlämme, die zeitweise und auch von Anlage zu Anlage stark schwanken können.
| Nährstoff | in % TS | Minimal mg/l | Maximal mg/l | Mittel mg/l |
|---|---|---|---|---|
| Stickstoff (N) | 1,5–5 | 0,5 | 1230 | 192 |
| Phosphate (P2O5) | 1,5–5 | 1 | 1720 | 182 |
| Kalium (K2O) | 0,1–0,3 | 0,5 | 475 | 21 |
| Calcium (CaO) | 4–6 | 0,5 | 3635 | 369 |
| Magnesium (MgO) | 0,6–2 | 0,5 | 610 | 49 |
| organische Trockensubstanz | 40–50 |
Klärschlamm enthält auch Stoffe, die für Umwelt und Mensch problematisch sein können. Insbesondere sind es die Schwermetalle, die u. a. durch Rücklösungen aus Rohrleitungen vorkommen. Grenzwerte werden mit der Klärschlammverordnung festgelegt.
Siehe dazu Gesundheitsgefährdung durch Schwermetalle
Organische (Schad-)stoffe stellen ein nicht zu vernachlässigendes Problem dar. Im Klärschlamm kann eine Vielzahl an organischen Verbindungen mit verschiedenen Eigenschaften und Wirkungen, die durch anthropogene Prozesse in das Abwasser gelangen, vorhanden sein. Diese Stoffe können beispielsweise kanzerogen, mutagen, giftig etc. sein. Die Klärschlammverordnung besitzt Grenzwerte für die Summenparameter AOX, PCB und PCDD. Sind solche Stoffe im Abwasser vorhanden, tritt eine besondere Gefahr auf, da sie sich bereits in geringen Konzentrationen nach der landwirtschaftlichen Aufbringung anreichern und in die Nahrungskette gelangen können.
Nachfolgend eine Tabelle[2] mit Angaben zu diesen organischen Stoffgruppen und chem. Verbindungen und deren Konzentration, die im Klärschlamm der 1990er Jahre nachweisbar waren. Bedingt durch die zwischenzeitlich erlassenen gesetzlichen Verbote zur Verwendung einiger der angeführten Unkraut- und Schädlungsbekämpfungsmittel sind diverse der angegeben Verbindungen in den Schlämmen aktuell nicht mehr nachweisbar. Trotzdem sind auch aktuell noch toxische organische Verbindungen in den Schlämmen vorhanden.
| Stoffgruppe | chem. Verbindung | min.-max. in µg/l | übliche Konzentration in µg/l |
|---|---|---|---|
| Polycyclische aromatische Kohlenwasserstoffe | Fluoranthen | 0,10–43 | - |
| Polycyclische aromatische Kohlenwasserstoffe | Benzo(a)fluoranthen | 0,01–9 | - |
| Polycyclische aromatische Kohlenwasserstoffe | Benzo(a)pyren | 0,01–40 | - |
| Polycyclische aromatische Kohlenwasserstoffe | Benzo(ghi)perylen | nn–31 | - |
| Polycyclische aromatische Kohlenwasserstoffe | Indol(1,2,3-cd)pyren | 0,01–23 | - |
| Polycyclische aromatische Kohlenwasserstoffe | Pyren | 0,10–35 | - |
| chlorierte Kohlenwasserstoffe | Hexachlorbenzol (HCB) | nn–0,2 | < 1 |
| chlorierte Kohlenwasserstoffe | p,p′-Dichlordiphenyldichlorethen (p,p′-DDE) | nn–0,9 | < 0,2 |
| chlorierte Kohlenwasserstoffe | DDT | nn–0,2 | < 1 |
| chlorierte Kohlenwasserstoffe | β-HCH | nn–0,1 | - |
| chlorierte Kohlenwasserstoffe | γ-HCH (Lindan) | nn–0,8 | < 0,05 |
| chlorierte Kohlenwasserstoffe | Dieldrin | nn–0,4 | < 1 |
| Phthalate | DEHP | 70–100 | - |
| polychlorierte Biphenyle | PCB 101 = 2,2′,4,5,6′-Pentachlorbiphenyl | nn–0,9 | - |
| polychlorierte Biphenyle | PCB 138 = 2,2′,3,4,4′,5′-Hexachlorbiphenyl | nn–5 | - |
| polychlorierte Biphenyle | PCB 153 = 2,2′,4,4′,5,5′-Hexachlorbiphenyl | 0,01–4 | - |
| polychlorierte Biphenyle | PCB 180 = 2,2′,3,4,4′,5,5′-Heptachlorbiphenyl | 0,01–1,2 | - |
| polychlorierte Biphenyle | Clophen A60 | 0,2–19 | < 1 |
Siehe dazu Gesundheitsgefährung durch PCBs
Die Einleitung von Hormonen und Medikamentenrückständen beispielsweise aus Krankenhäusern, Pflegeheimen etc. stellt auch ein Problem dar, da sie sich im Boden anreichern und anschließend in die Nahrungskette gelangen können oder auch im behandelten Wasser verbleiben und so in den natürlichen Wasserkreislauf gelangen. Durch die Vielzahl der Stoffe gestaltet sich der Nachweis und der Abbau als schwierig.
Klärschlamm wird behandelt für den weiteren Entsorgungsweg, dabei können folgende Verfahrenstufen genutzt werden: Eindicken, Konditionieren, Hygienisieren, Entwässern und Trocknen. Welche Verfahren dabei angewendet werden und in welcher Reihenfolge dies erfolgt, kann unterschiedlich sein.
Häufig entwässern mechanische Entwässerungseinrichtungen (Zentrifugen, Kammerfilterpressen, Siebbandpressen, Schneckenpressen) den meist behandelten (stabilisierten) Klärschlamm vor der Nachbehandlung, Verwertung oder Entsorgung. Um Wasser auspressen zu können, ist es erforderlich, den Schlamm zu konditionieren. Das kann geschehen, indem dem Flüssigschlamm entweder polymere Flockungsmittel, Eisen oder Kalkmilch zugegeben werden. Eine Kalkzugabe beträgt etwa 20 bis 35 % CaO im Feststoffanteil und macht einen wesentlichen Teil des Nutzens bei der Verwertung als Dünger aus. Jedoch wird dabei die ursprüngliche Trockenmasse der Entsorgungsmenge künstlich erhöht, was zu entsprechenden Mehrkosten führt. Durch die mechanische Entwässerung steigt der Feststoffgehalt von zum Beispiel 3,0 % auf 28 % und ermöglicht die Reduzierung des Volumens bzw. der Masse des zu entsorgenden Klärschlamms auf ein Zehntel der ursprünglichen Menge des Nassschlamms. Der Anteil an organischen Stoffen (je nach Schlammbehandlung etwa 50 bis 60 % Trockenmasse), kann mit biologischer Entwässerung reduziert werden.
Unter der biologischen Entwässerung versteht man das Aufbringen von Klärschlamm auf Vererdungsbeete. In diesen vorwiegend mit Schilf bepflanzten Beeten kommt es zunächst zu einer schnellen Entwässerung des Klärschlamms auf etwa 10 % Feststoffgehalt. Das durch den Bodenfilter sickernde Wasser des Klärschlamms wird mit Drainagesystemen aufgefangen und zur Kläranlage zurückgeführt. In den Vererdungsbeeten der Klärschlammvererdungsanlage verbleiben die organischen und mineralischen Feststoffanteile. Durch biologische Umsetzungsprozesse über einen längeren Zeitraum werden die organischen Anteile abgebaut und mineralisiert, wodurch die Masse wesentlich verringert wird. Aus dem Reststoff Klärschlamm entsteht dadurch hochwertige Klärschlammerde, die nach Räumung und Nachlagerung Trockenmassegehalte bis zu 60 % erreicht. Durch den Abbau von 50 bis 60 % der im Klärschlamm enthaltenen organischen Stoffe (Massenreduktion) kann Klärschlammvererdung effektiv geringere Restmengen erreichen.
Durch die Trocknung wird das Gewicht und das Volumen des Schlamms weiter vermindert. Das im Schlamm gebundene Wasser wird mit Hilfe von Verdunstung bzw. Verdampfung reduziert. Vor allem beruhen die verschiedenen Trocknungsverfahren auf Kontakt-, Konvektions- oder Strahlungsvorgängen, um das gebundene Wasser zu lösen.[3]
Hierzu wird der in der Abwasserreinigung anfallende und vorentwässerte Klärschlamm mit Hilfe der natürlichen Kraft der Sonne getrocknet. Der Schlamm wird großflächig in eine Trocknungshalle gebracht. Diese Halle gleicht einem Gewächshaus und hat eine transparente Gebäudeeindeckung aus Folie, Polycarbonat oder auch Glas. Die Erwärmung der Trocknungsluft in der Halle erfolgt durch direkte und diffuse Sonnenstrahlung; dadurch wird sowohl die Luft als auch der lagernde Klärschlamm erwärmt. Diese Erwärmung erhöht den Dampfdruck im Klärschlamm gegenüber der darüberstehenden Luft und verdunstet (siehe Verdunstung) das Wasser aus dem Klärschlamm. Ein eingebautes Lüftungssystem in der Halle (realisiert z.B. durch Lüftungsklappen, Ventilatoren) sorgt für einen kontrollierten Luftaustausch. Dadurch wird die feuchte Luft aus der Trocknungshalle abgeführt bzw. ausgetauscht.
Der mögliche Trocknungsgrad des Schlammes ist ausschließlich von der Zeit abhängig. Er gibt an, wie viel Restfeuchte im Schlamm nach dem Trocknen vorhanden ist. Bei genügend langer Aufenthaltsdauer in der Halle erhält man einen Trocknungsgrad im Sommer von ca. 90 %. Im Winter verringert sich der spezifische Wasserentzug je m² Grundfläche; dadurch ist die Verdunstung etwas geringer als Sommer. Es ergibt sich im Winter ein niedrigerer Trocknungsgrad des Schlamms. Durch die Trocknung wird ein Granulat erzeugt, welches zum einen als nachwachsender Sekundärbrennstoff [4] mit einem Heizwert von 8–11 MJ/kg TS [5] (entspricht ca. 2-3 kWh/kg TS; Umrechnung: 1 MJ = 0,2778 kWh) in Kohlekraft- und Zementwerken eingesetzt wird zum anderen auch als Dünger (Siehe Abschnitt Entsorgung) verwendet werden kann. Die größte solare Klärschlammtrocknungsanlage mit 7200 m² Trocknungsfläche wird zurzeit in Nicaragua nach dem Wendewolf-Verfahren [6] [7] betrieben.
Die Verwertung von Klärschlamm aus kommunalen Kläranlagen als Dünger in der Landwirtschaft unterliegt in Deutschland der Klärschlammverordnung (AbfKlärV).
Die Verwendung als Dünger ist nur auf Ackerflächen zulässig – nicht auf Dauergrünland oder Obst- und Gemüseanbauflächen. Klärschlämme, die hinsichtlich der Schadstoffgehalte die Vorschriften der Klärschlammverordnung erfüllen und hinsichtlich der Nährstoffgehalte den Vorgaben der Düngemittelverordnung entsprechen, gelten in Deutschland als zugelassenes Düngemittel. Düngerechtlich exakt deklarierte Klärschlämme oberer Güte, welche pflanzenbauliche Vorteile von der direkten Nährstoffwirkung, der Humuszufuhr und dem Kalkeffekt besitzen, werden Klärdünger genannt. Nach Angaben der Deutschen Vereinigung für Wasserwirtschaft, Abwasser und Abfall e. V. (DWA) wurden 2003 in Deutschland 56 % der behandelten Klärschlämme aus kommunalen Kläranlagen als Dünger in der Landwirtschaft und im Landschaftsbau eingesetzt.[8] . Regional sind die Verwertungsraten sehr unterschiedlich, das Bundesland mit der höchsten Verwertungsrate ist Niedersachsen (2005 > 75 %).
Die zurzeit noch zulässigen Schadstoffgehalte für landwirtschaftlich ausgebrachten Klärschlamm sind seit einiger Zeit in Diskussion. Eine Novellierung der deutschen Klärschlammverordnung ist vorgesehen. Eine Verschärfung der Schadstoff-Grenzwerte und die Aufnahme zusätzlicher Kriterien ist zu erwarten.
In der Schweiz ist die Ausbringung von Klärschlamm seit dem 1. Oktober 2006 vollkommen verboten, auf Futter- und Gemüseflächen ist die Ausbringung bereits seit dem 1. Januar 2003 untersagt. Der getrocknete Klärschlamm wird in Kehricht- und Schlammverbrennungsanlagen sowie in Zementwerken thermisch verwertet. Wegen knapper Kapazitäten werden momentan auch geringe Mengen deponiert und exportiert, vorwiegend in Braunkohlekraftwerke in Deutschland.[9] Der Grund für das Verbot in der Schweiz ist einerseits der Quecksilbergehalt des Klärschlamms und andererseits der Gehalt an endokrin wirkenden Stoffen.
In Tirol und Salzburg ist die Ausbringung von Klärschlamm verboten, während sie im übrigen Österreich eingeschränkt möglich ist.[10]
Aufgrund des hohen Gehaltes an organischen Stoffen (etwa 50 %), die bei der Verwertung als Dünger die Humusbilanz des Ackers positiv beeinflusst, ist die Beseitigung des Klärschlamms durch Ablagerung auf Deponien in Deutschland seit dem 1. Juni 2005 nicht mehr möglich. Gemäß deutscher Abfallablagerungsverordnung (AbfAblV) dürfen seit diesem Datum nur noch Abfälle mit höchstens 5 % organischer Trockenmasse deponiert werden.
Nicht als Dünger verwertete Klärschlämme werden in thermischen Verfahren (Verbrennung oder Vergasung) eingesetzt. Ob eine Verbrennung von Klärschlamm als Verwertung eingestuft werden kann, hängt von der Art des Verfahrens ab. Für die Verbrennung ist der Heizwert wichtig. Ein ausreichend hoher Heizwert ist durch vorherige Trocknung zu erzielen, die allerdings einen hohen Energiebedarf hat. Folgende thermischen Verfahren dienen der Klärschlammentsorgung:
Bei der thermischen Behandlung gehen die im Klärschlamm enthaltenen Pflanzennährstoffe dem natürlichem Stoffkreislauf großteils verloren. Bei Monoverfahren, bei denen ausschließlich Klärschlamm eingesetzt wird, ist der Phosphoranteil in der Asche so hoch, so dass eine Rückgewinnung des Phosphors in absehbarer Zeit durch die Ressourcenknappheit wirtschaftlich werden könnte. Bei Verfahren der Mitverbrennung ist eine Phosphorrückgewinnung wegen der Vermischung mit Aschen der anderen Brennstoffe problematisch.
Ein weiterer Verwertungsweg für Klärschlamm kann mit der Klärschlammvererdung erreicht werden. Nach der Entwässerung in Schilfbeeten werden die Gehalte an organischer Trockenmasse im Klärschlamm durch mikrobiellen Abbau weitgehend verringert, womit auch Änderungen der Materialeigenschaften, des Porenvolumens und weitere Folgen verbunden sind. Dadurch entsteht hygienisierte und humusähnliche Klärschlammerde, die sich zur Herstellung technischer Böden für die Verwendung als Pflanzsubstrat im Garten- und Landschaftsbau und für Wasserhaushaltsschichten bei Deponierekultivierungen eignet, wobei Wertstoffe wieder in den Stoffkreislauf zurückgeführt, und nicht wie bei Verbrennung zerstört werden. Andererseits bleiben die Aspekte des Boden- und Grundwasserschutzes bei diesen Nutzungsarten weiterhin zu beachten. Klärschlammerde kann jedoch wie andere entwässerte Schlämme auch verbrannt werden.
Nach § 3 BioStoffV (Biostoffverordnung) fällt Klärschlamm in die minder schwere Risikogruppe 2 (von 4 Gruppen). Klärschlamm kann Mikroorganismen enthalten, die beim Menschen Infektionskrankheiten hervorrufen. Eine Verbreitung solcher Infektionskrankheiten in der Bevölkerung durch Klärschlamm ist aber unwahrscheinlich. Die Aufnahme von Klärschlamm zum Beispiel durch Verschlucken, über die vorgeschädigte Haut (z. B. offene Wunden, Ekzeme) oder durch Einatmen (Aerosole) ist zu vermeiden.
In Deutschland darf Klärschlamm seit 1992 nicht auf Dauergrünland sowie Obst- und Gemüseanbauflächen ausgebracht werden, um die direkte Aufnahme des evtl. an Pflanzen anhaftenden Klärschlamms zu verhindern (§ 4 AbfKlärV). In der Schweiz wurde Anfang 2003 allgemein eine Ausbringung von Klärschlamm auf Weiden und auf Gemüseanbauflächen verboten.
Wiktionary: Klärschlamm – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen
