1    Das sludge2energy-Verfahren

1.1    Allgemeine Beschreibung

Im Wesentlichen stellt das sludge2energy-Verfahren die dezentrale Verknüpfung einer Klärschlammtrocknung mit nach-geschalteter Monoverbrennung und einer Stromerzeugung mittels Mikrogasturbine dar. Hauptkomponenten des Verfahrens sind ein Bandtrockner sowie eine Rostfeuerungsanlage für den getrockneten Schlamm.
Als Trocknungsanlage kommt ein HUBER Bandtrockner BT^plus mit rund 120°C Prozesstemperatur zum Einsatz.

Die großtechnisch eingesetzten Feuerungsverfahren zur Klärschlammverbrennung wie Etagenofen oder Wirbelschicht sind aus Kostengründen in dem angestrebten Maßstab nicht einsetzbar. HUBER SE hat daher  zusammen mit einem Anlagenbauer eine kleine Rostfeuerungsanlage  mit 1 MW thermischer Leistung entwickelt, die den Anforderungen der deutschen 17. BImSchV gerecht wird.

Als letzten konsequenten Schritt der Verwertung von Klärschlamm ist im Moment die Phosphorrückgewinnung aus der anfallenden Restasche in Planung.

1.2    Klärschlammtrocknung

1.2.1    Aspekte der Klärschlammtrocknung

Es gibt eine Reihe von Gründen, die für eine, auf die mechanische Entwässerung folgende, weitere Trocknung des Klärschlamms sprechen. Hauptargumente sind unter anderem:

• Verringerung der Klärschlammmenge
• Bessere Lager- und Transportfähigkeit
• Bessere Förder- und Dosierbarkeit
• Mikrobiologische Stabilisierung und hygienische Unbedenklichkeit
• Erhöhung des Heizwertes

Für eine spätere thermische Behandlung ist vor allem der letztgenannte Punkt von Bedeutung. Häufig reicht der durch die mechanische Entwässerung erzielte Trockensubstanzgehalt für eine autarke Verbrennung nicht aus oder es ist aus technischen Gründen eine weitere Trocknung vor der Verbrennung nötig.

1.2.2    HUBER Bandtrockner BT^plus

Im Klärschlammtrockner  BT^plus wird eine konvektive Klärschlammtrocknung im Mitteltemperaturbereich durchgeführt.
Durch die, durch den installierten 2-Bandtrockner durchgesetzte Prozessluft, wird der Klärschlamm getrocknet und die Luft wird mit Wasser beladen.
Der Schlamm wird in einer Schlammvorlage zwischengepuffert und über ein Förderorgan dem kontinuierlich arbeitenden Trockner zugeführt. Ein wesentlicher Aspekt der Funktionsweise des Bandtrockners ist dabei das Aufgabesystem des Klärschlammes auf das erste Band. Die bewährte Pelletiervorrichtung des HUBER-Bandtrockners verteilt den entwässerten Klärschlamm über die gesamte aktive Breite des oberen Bandes.
Durch den Pelletiervorgang wird eine gut durchströmbare Klärschlammschicht in Form von definierten Klärschlammsträngen auf das obere Band aufgebracht. Dieses transportiert den Klärschlamm in den mit Luft durchströmten Bereich. Die Prozessluft wird mittels Wärmetauscher erwärmt. Bei der Durchströmung der mit Klärschlamm belegten Bänder wird die Luft abgekühlt und mit Wasser aus dem Klärschlamm beladen.
Der Abluftstrom wird über einen weiteren Wärmetauscher geführt. Der Luft wird Wärme entzogen, die dem Zuluftstrom über den entsprechenden Wärmetauscher wieder zugeführt wird. Durch diese Wärmerückgewinnung wird der thermische Energiebedarf drastisch reduziert. Die bei der Abkühlung anfallenden Kondensate werden abgeleitet.
Die Abluft wird über einen Wäscher weiter abgekühlt und von Geruchsstoffen und anderen Komponenten befreit, bevor sie in einer weiteren Stufe biologisch gereinigt wird. Die Abluftbehandlung entspricht den Anforderungen der TA-Luft.

1.3    Klärschlammverbrennung

1.3.1    Rostfeuerung

Die thermische Verwertung des getrockneten Schlammes erfolgt in einem Ofen mit Rostfeuerung. Die Rostfeuerung bietet sowohl eine hohe Flexibilität hinsichtlich des Brennstoffspektrums als auch den Vorteil einer einfachen und betriebssicheren Funktion.
Zur Sicherstellung einer optimierten Verbrennung sind die Rostzonen mit getrennter Regelung und Luftzuführung ausgeführt. Die Rostentaschung erfolgt automatisch. Eine Rauchgasrezirkulation stellt die erste Stufe der Abgasbehandlung dar.

1.3.2    Abgasreinigung

Die Minderung von Stickoxiden erfolgt durch bewährte feuerungstechnische Maßnahmen. Aufgrund der Verbrennungstemperatur von mind. 850°C sind günstige Voraussetzungen für diese Art der Entstickung gegeben. Selbstverständlich wurden auch die übrigen feuerungstechnischen Anforderungen der 17. BImSchV z.B. hinsichtlich der Temperaturüberwachung beachtet.

Zur Entfernung saurer Schadgase, wie SO₂ und HCl aus dem Abgasstrom wird ein trocken-sorptives Verfahren eingesetzt. Zur Vorabscheidung des Flugstaubs ist dem zum Einsatz kommenden Puls-Reihenfilter ein Zyklonabscheider vorgeschaltet.

1.3.3    Mikrogasturbine

Das eingesetzte Turbec Mikrogasturbinensystem ist ein modulares System zur Erzeugung von Strom und Wärme mit hoher Effizienz. Es kann in allen Prozessen eingesetzt werden, bei denen heiße Abgase direkt zum Trocknen, Kühlen, usw. verwendet werden.

2    Energiebilanz

2.1    Beurteilung der Massenströme

Bei einer aktuellen Ausbaugröße der Kläranlage Straubing von etwa 200.000 EWG werden derzeit täglich ca. 35.000 m³ Abwasser behandelt. Nach einer anaeroben Schlammbehandlung und Entwässerung mittels Zentrifugen bedeutet dies einen Jahresanfall an, auf durchschnittlich 28-29 % TS entwässertem Schlamm, von knapp 9.000 Jahrestonnen.

Die Trocknungsanlage wurde mit folgenden Parametern ausgelegt:

Der Verbrennungsanlage liegen folgende Massenbilanzen bzw. technische Daten zu Grunde:

2.2    Energiebilanz des s2e-Prozesses

Ein wesentlicher Punkt bei der Erstellung einer Energiebilanz ist der thermische Energiegehalt des getrockneten Schlammes.

Mit den in 2.1 aufgeführten Werten ergibt sich bei einer TS-Konzentration von 65 % und einem angenommenen OTS -Anteil von 50% bei einem Heizwert des Schlammes von ca. 7.000 kJ/kg eine zur Verfügung stehende Energiemenge von 1.020 kWh. Unter Berücksichtigung eines entsprechenden Kesselwirkungsgrades lassen sich daraus ca. 800 kWh thermischer Energie gewinnen. Nach Abzug weiterer thermischer Verluste in der Mikrogasturbine bleiben effektiv ca. 700 kWh an thermischer Energie für den Trocknungsprozess übrig.

Bei einem thermischen Energiefaktor des Trockners von ca. 0,85 kWh/kg WVD ergibt sich für die Trocknung von 1.200 kg/h auf 65 % TS ein thermischer Energieverbrauch von 565 kWh. Verglichen mit den oben genannten 700 kWh steht demnach sogar ein Überschuss an thermischer Energie zur Verfügung.

Durch die Wahl einer hohen Prozesstemperatur im Trockner von ca. 120°C und einem Endtrocknungsgrad auf nur 65% TS lässt sich der elektrische Energiefaktor des Trockners auf etwa 0,06 kWh/kg WVD reduzieren.  Der Verbrauch an elektrischer Energie beträgt bei diesem angenommenen elektrischen Energiefaktor ca. 40 kWh, was einem elektrischen Jahresenergieverbrauch von 300 MWh/a entspricht.

Entsprechend stehen für den Betrieb der Klärschlammverbrennung ca. weitere 40 kWh zur Verfügung, was ausreicht, um den derzeit kalkulierten Stromverbrauch der Verbrennung zu decken.

3    Ausblick

Die tatsächliche Energiebilanz lässt sich sicherlich erst nach einigen Monaten Betrieb der Anlage aufstellen, aus heutiger Sicht kann mit der Kombination aus Bandtrockner, Verbrennung und Mikrogasturbine am Standort Straubing eine energieautarke Klärschlammverbrennung realisiert werden. Ein wesentlicher Ansatz zur Energieeinsparung ist dabei die energetische Optimierung des Bandtrockners sowie die bestmögliche Nutzung von Abwärme aus der Verbrennung.

Anschließend an die dezentrale Monoverbrennung von Klärschlamm auf der Kläranlage Straubing ist man gedanklich inzwischen noch einen Schritt weiter gegangen und beschäftigt sich derzeit auch mit möglichen Verfahren zur Phosphorrückgewinnung aus der Klärschlammasche. Die räumlichen Gegebenheiten sind auf der Kläranlage bereits vorhanden und eventuell wird am Standort Straubing die thermische Klärschlammentsorgung bereits in naher Zukunft um ein weiteres innovatives Verfahren ergänzt.