DE4142085A1 - Verfahren zur nutzbarmachung wertgebender bestandteile von klaerschlaemmen - Google Patents

Verfahren zur nutzbarmachung wertgebender bestandteile von klaerschlaemmen

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Description

Die Entsorgung kommunaler Klärschlämme wird zunehmend zu einem abfallwirtschaftlichen Problem. Wurden in den achtziger Jahren noch mehr als 60% der Klärschlämme landwirtschaftlich verwertet, so ist dieser Anteil mittlerweile im Bundesdurchschnitt auf weniger als 30% zurückgegangen mit zunehmend sinkender Tendenz.
Ursächlich für die sinkende Akzeptanz in der Landwirtschaft ist die aktuelle Schadstoffdiskussion, die insbesondere den hohen Schwermetallgehalt sowie das Vorkommen policyclischer aromatischer Kohlenwasserstoffen (PAHs) sowie den Anteil von Dibenzo-Dioxien (TE-Einheiten des 2.3.7.8 TCDDs) problematisiert. Die Tatsache, daß der Landwirt infolge des hohen Stickstoff- und Phosphatanteils bei sachgemäßer Anwendung bis zu 50% seiner Düngerkosten einsparen könnte, spielt beim derzeitigen Trend keine Rolle.
Der zunehmend zum Abfall werdende Klärschlamm stellt kommunale Kläranlagenbetreiber sowie entsorgungspflichtige Gebietskörperschaften vor finanzielle technologische und abfallwirtschaftliche Probleme. Klärschlammverbrennungsanlagen, die einer sachgemäßen Klärschlammentsorgung dienen könnten, sind technisch sehr aufwendig, teuer im Betrieb und nur in geringer Anzahl vorhanden (derzeit weniger als fünf Anlagen in der Bundesrepublik Deutschland). Darüberhinaus sind Verbrennungsanlagen gegenüber der Öffentlichkeit kaum durchsetzbar u. a. deswegen, weil wertgebende Eigenschaften nicht genützt werden.
Die Ablagerung auf Deponien setzt nach neuesten technischen Anforderungen eine sehr weitgehende Entwässerung voraus, die den Einsatz teurer Kammerfilterpressen erforderlich macht, wenn nicht durch mineralische Zuschlagstoffe, die das Problem des abzulagernden Volumens vergrößern, entsprechende Flügelscherfestigkeiten sichergestellt werden. Unabhängig hiervon verschlechtern Klärschlämme die Standfestigkeit von Deponien und vergrößern die Gefahr von Setzungen der Oberfläche. Hierdurch werden Oberflächendichtungssysteme zusätzlich gefährdet. Wertgebende Inhaltsstoffe werden auch hier nicht genutzt.
Beide Verfahren der Deponierung und Verbrennung bedeuten eine Verschwendung von Wertstoffen, insbesondere von Stickstoff und Phosphor, mit deren Erzeugung bzw. Gewinnung Umweltbeeinträchtigungen durch hohen Energieeinsatz bzw. Begleitstoffe des bergmännischen Abbaus (vor allem Cadmium) einhergehen. Die organische Substanz (ca. 55 bis 65 Gew.-% TS) wird nutzlos verbrannt bzw. nutzlos anaerob abgebaut und belastet mit der einhergehenden CO₂- und CH₄-Produkten die Erdatmosphäre.
Um den genannten Nachteilen abzuhelfen, soll ein völlig anderer Weg gewählt werden, der dazu führt, wertgebende Inhaltsstoffe des Klärschlamms durch Reduzierung des Schadstoffanteils nutzbar zu machen und dabei den Schlamm über den Weg der Mineralisierung und Entwässerung in einen ablagerungsfähigen Zustand zu bringen, der zeitgemäßen Anforderungen an abzulagernde Abfälle entspricht (geringer organischer Gehalt, geringer Wassergehalt, hohe Scherfestigkeit, geringes Setzungspotential). Das Verfahren soll ökonomisch sein und darüberhinaus die Errichtung neuer Abfallbehandlungsstandorte durch Nutzung vorhandener Entsorgungseinrichtungen so weit als möglich überflüssig machen.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß teilentwässerte Klärschlämme auf gedichteten Flächen (vorzugsweise oberflächengedichtete Deponien) abgelagert und mit stark wasserzehrenden bzw. Grünmasse bildenden Vegetationsformen bepflanzt werden. Zur Verbesserung des inneren Reibungswinkels bzw. der Wirkung als Pflanzensubstrat können komplementäre Komponenten wie strukturbildende Holzhäcksel (z. B. Siebreste aus der Bioabfallkompositionierung) oder Erden vor der Ablagerung eingemischt werden. Das infolge der Niederschlagsereignisse sich bildende Sickerwasser ist stark angereichert mit Stickstoff und Phosphat, jedoch nur in sehr geringem Maß mit Schwermetallen, da diese infolge anaerober Prozesse in sulfidische, d. h. wasserunlösliche Formen umgewandelt wurden. Die nährstoffangereicherten Sickerwässer werden über ein Dränsystem oberhalb der Dichtungsschicht abgezogen, gesammelt und für die Düngung pflanzlicher Kulturen weiterverwendet. Die sich auf der Klärschlammschicht bildende Grünmasse fördert die Entwässerung des Wurzelbodens durch Vorgänge der Evapotranspiration und den Abbau der vorhandenen organischen Substanz durch Humifizierungs- bzw. Mineralisierungsvorgänge. Die sich bildende Grünmasse ist deutlich schadstoffärmer als das Substrat des klärschlammhaltigen Wurzelbodens und kann als Biorohstoff für die Weiterverwendung in Form der Kompostierung (Kompost- oder Substraterzeugung) oder der Verbrennung (Ersatz fossiler Brennstoffe) herangezogen werden.
Nach Vollzug der weitgehenden Mineralisierung und Entwässerung der Klärschlammschicht kann diese als Inertstoff gemäß Entwurf der TA-Siedlungsabfall (dieser schreibt max. 10% org. Substanz für abzulagernde Stoffe vor) abgelagert oder durch eine oder mehrere neue Klärschlammlagen überdeckt werden, die nach der gleichen Vorgehensweise behandelt werden. Die durch diesen schichtweisen Auftrag entstehenden Klärschlammdeponien können dann, wenn ein weitgehender Austrag der wertgebenden Inhaltsstoffe in der flüssigen Phase stattgefunden hat und eine weitgehende Mineralisation gegeben ist, an der Oberfläche gedichtet und wie jede andere Regeldeponie rekultiviert werden.
Durch Anwendung dieses Verfahrens werden die wesentlichen Kriterien zeitgemäßer Abfallwirtschaft erfüllt:
  • - Durch Mineralisation der Abfallstoffe vor der Ablagerung wird den neuesten Anforderungen der TA-Siedlungsabfall Rechnung getragen und das Langzeitverhalten der Deponie (Vermeidung von Setzungen) verbessert,
  • - durch weitgehende Entwässerung der Klärschlämme bei der Ablagerung wird der Deponierichtlinie der Länderarbeitsgemeinschaft Abfall (LAGA) Rechnung getragen (Mindestscherfestigkeit),
  • - durch Nutzung wertgebender Inhaltsstoffe in Form von Nitrat und Phosphat wird dem Verwertungsgebot Rechnung getragen,
  • - durch Trennung dieser wertgebenden Inhaltsstoffe von den Schwermetallen infolge Nutzung des Anaerobprozesses und Überführung der Wertstoffe in die wäßrige Phase wird dem Prinzip der Schadstoffaufkonzentration abzulagernder Reststoffe entsprochen und der flächigen Ausbreitung (Flächendeponie von Klärschlämmen in der Landwirtschaft) entgegengewirkt,
  • - durch Überführung der Wertstoffe in die flüssige Phase wird die dosierte Anwendung zu Düngezwecken sowie die Ausbringung z. B. in der Landwirtschaft erleichtert,
  • - durch Nutzung der organischen Substanz in Klärschlämmen zur Bildung schadstoffarmer Biomasse, die kompostiert oder energetisch weiterverwertet werden kann, wird der nutzlosen biologischen Veratmung bzw. Faulung entgegengewirkt, die ansonsten zur Klimabeeinträchtigung infolge der Methan- bzw. Kohlendioxidemission führen würde,
  • - durch Dichtung des Untergrundes wird einer Untergrundkontamination bzw. -eutrophierung entgegengewirkt,
  • - durch die Möglichkeit abgeschlossene Deponien zu nutzen entfällt die Notwendigkeit, eigens aufwendige Dichtungssysteme installieren und neue Anlagenstandorte suchen zu müssen. Hierdurch wird die Wirtschaftlickeit des Verfahrens bedeutend erhöht,
  • - durch die Möglichkeit Klärschlämme in geringerem Maß vorentwässern zu können entfallen erhebliche Kostenbelastungen für aufwendige Filterpressen, die ansonsten von kommunaler Seite bereitgestellt werden müßten.
in einer einfachen Ausführungsform zeigt Abb. 1, wie auf einer Abdichtung (1) eine Klärschlammschicht (2) aufgetragen wird, durch die eintreffende Niederschläge (3) teilweise hindurchdringen und gelöste Nährstoffe in Form von stickstoff- und phosphathaltigen Sickerwässern der Sickerwasseransammlung (4) zuführen, wobei ein Basisdränsystem (5) unterstützend wirken kann. Die Nutzung der organischen Substanz stellt die entstehende Biomasse (6) dar, die das Evapotranspirationspotential zur Klärschlammentwässerung und Mineralisierung fördert.
Durch wiederholtes Aufbringen und Behandeln der Schichten gemäß Abb. 2 wächst eine geschichtete Klärschlammdeponie (7) heran, die nach Vollfüllung oberflächig abgedeckt bzw. gedichtet wird (8) und über eigene Entwässerungssysteme (9) auftreffende Niederschläge abführt.
Durch sinngemäße Anwendung der gemäß Abb. 1 und 2 beschriebenen Prinzipien findet das Verfahren gemäß Abb. 3 vorzugsweise auf abgeschlossenen und oberflächengedichteten Deponien Anwendung, um die hierbei vorhandene Infrastruktur mit zu nutzen. Die aufgetragenen Klärschlammschichten können nach der Entwässerung und Mineralisierung entweder abgeräumt und eingelagert oder durch Aufeinanderschichtung und ggf. Endabdeckung zu einer Zweitdeponie auf der Ausgangsdeponie werden.

Claims (9)

1. Verfahren zur Nutzbarmachung wertgebender Bestandteile von Klärschlämmen, dadurch gekennzeichnet, daß entwässerte Klärschlämme auf flüssigkeitsdichten Unter­ lagen derart flächig aufgetragen und über Dränsysteme entwäs­ sert werden, daß gelöste Pflanzennährstoffe in Form von Sicker­ wässern gefaßt und verwertet werden, wobei die Nutzung der verbleibenden Pflanzennährstoffe und der organischen Substanz des Klärschlamms über stark wasserzehrende und grünmassebil­ dende Vegetationsformen erfolgt, welche über den Weg der Korn­ postierung oder der Verbrennung als Biomasse eine weitere Ver­ wendung finden.
2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an Stelle einer künstlichen Basisdichtung gedichtete Deponie­ oberflächen genutzt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die aufzutragenden Klärschlämme durch Einmischung von Struktur­ trägern, Füllstoffen oder Pflanzennährstoffen in ihrer mecha­ nischen Festigkeit und der Eignung als Pflanzensubstrat verbes­ sert werden.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß Klärschlammschichten mehrfach übereinander schichtenweise angeordnet werden, nachdem durch Teilentwässe­ rung bzw. Nutzung der jeweils vorhergehenden Schicht zur Bio­ masseerzeugung eine Teilverwertung der wertgebenden Klär­ schlammbestandteile sowie eine Verbesserung des Ablagerungs­ verhaltens stattgefunden hat.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß unterhalb einer oder mehrerer Schichten bzw. zwischen einzelnen Schichten Entwässerungsdräns angeordnet werden.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß durch ein- oder mehrfache Rückberieselung der Sickerwässer auf dem Schichtbewuchs die Pflanzennährstoffe gezielt der Biomassebildung zugeführt werden.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Sickerwässer oberflächig rückberieselt oder innerhalb der Schichten injiziert werden.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß Fremdwässer auf die Klärschlammschichten ge­ sprüht bzw. in diese injiziert werden, um die Nährstoffaus­ laugung zu intensivieren.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die aufgetragenen Klärschlammschichten ober­ flächig mit dünnen Lagen aus Kompost oder Erden bzw. Gesteins­ mehl zur Minderung der Geruchsausbreitung abgedeckt werden.
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