Innovatives Klärschlammverwertungskonzept am Standort Halle-Lochau

Die am 3. Oktober 2017 in Kraft getreten Abfallklärschlammverordnung führt zu einer Neuausrichtung der Klärschlammverwertung. Zudem schränkt die Neufassung des Düngegesetzes als auch der Düngemittelverordnung den landwirtschaftlichen Klärschlammeinsatz stark ein. Diese Einschränkung der bodenbezogenen Klärschlammausbringung führt zu einem Anstieg der thermischen Klärschlammverwertung. Nach vorliegenden Schätzungen wird die Menge des Klärschlamms zur Monoverbrennung bis zum Jahr 2032 auf über 1,2 Millionen Jahrestonnen ansteigen. Die aktuellen Verbrennungskapazitäten in Deutschland decken aber nur etwa die Hälfte dieser Mengen ab.  Die Verknappung der Verbrennungskapazitäten in Deutschland und der daraus resultierende Anstieg der Verbrennungskosten zwingt die Kläranlagenbetreiber zum Handeln.

Seit dem Inkrafttreten der Abfallklärschlammverordnung beschäftigen sich viele Kläranlagenbetreiber und Schlammentsorger verstärkt mit der Suche nach möglichen Alternativen zur bodenbezogenen Klärschlammverwertung und Verfahren zur Nährstoffrückgewinnung. Bis zum Jahr 2023 müssen Kläranlagenbetreiber einen Bericht darüber vorlegen, welche Maßnahmen sie hinsichtlich der Phosphorrückgewinnung beabsichtigen und wie sie die weitere Klärschlammentsorgung gestalten werden.

Vorschau der gesamten Anlage zur Klärschlammverwertung in Halle-Lochau (Rendering)

Ein vielversprechender Ansatz kann hier die Etablierung von kleinen, dezentralen Verbrennungsanlagen, wie am Standort Halle-Lochau in Sachsen-Anhalt, sein. In Halle-Lochau ist die Errichtung und der Betrieb einer Klärschlammmonoverbrennungsanlage mit Eigenenergieerzeugung über eine Dampfturbine und Generator geplant. Die Monoverbrennung des Klärschlamms basiert auf dem Verfahren der Firma sludge2energy GmbH (S2E) und findet in einem stationären Wirbelschichtofen statt. Die stationäre Wirbelschichttechnologie hat sich als bewährtes Verfahren zur thermischen Klärschlammverwertung etabliert. Sie stellt eine besonders effiziente und schadstoffarme Technologie für Verbrennungsanlagen dar. Die Planung und Montage der Anlage erfolgt durch die sludge2energy GmbH, ein Gemeinschaftsunternehmen der HUBER SE und der WTE Wassertechnik GmbH - einer Tochtergesellschaft der EVN AG.

Der Antrag auf Vorbescheid wurde für die Klärschlammbehandlung am Standort Halle-Lochau gemäß § 9 des Bundes-Immissionsschutzgesetz (BImSchG) erstellt. Der dem Antrag stattgegebene positive Vorbescheid liegt seit 2018 vor. Die Einreichung der Baugenehmigungsunterlagen erfolgte im Herbst 2018. Die Aufnahme des kontinuierlichen Dauerbetriebs der Anlage ist für Sommer 2020 geplant.

Auszug aus dem Vorbescheidantrag - Lageplan

Anlagenkonzept der Klärschlammmonoverbrennung Halle-Lochau

Die S2E-Monoklärschlammverbrennungsanlage wird in einem Industrie- und Gewerbegebiet in Sachsen-Anhalt gebaut. Der Flächenbedarf der Anlage beträgt einschließlich der erforderlichen Verkehrs- und Lagerflächen ca. 6.000 m².

Am Standort der Klärschlammverwertung wird sowohl entwässerter (25 % TS) als auch extern vollgetrockneter, kommunaler Klärschlamm (90 % TR) zukünftig thermisch behandelt. Die Anlage ist so konzipiert, dass sowohl 33.000 Tonnen entwässerter Klärschlamm als auch 2.750 Tonnen extern getrockneter Schlamm verwertet werden können.

Bei Klärschlammverbrennungsanlagen handelt es sich um Feuerungsanlagen zur Verbrennung von Abfällen entsprechend der Vorgaben der Verordnung über Verbrennung und Mitverbrennung von Abfällen (17. BImSchV). Somit bedürfen der Bau und der Betrieb von ortsfesten Anlagen zur Abfallentsorgung gemäß §4 Absatz 1 Satz 1 BImSchG grundsätzlich einem immissionsschutzrechtlichen Genehmigungsverfahren. Die Anlage ist genehmigungsbedürftig, wenn die Anlagenart im Anhang der 4. BImSchV aufgeführt ist und die dort festgelegte Leistungsschwelle / Anlagenkapazität erreicht wird. Die Kapazität der Anlage zur thermischen Klärschlammverwertung soll < 50 t/d Klärschlamm in der Trocknung und rund 2,9 t/h Klärschlamm in der Verbrennung betragen. Demzufolge handelt es sich bei dem Vorhaben zur Errichtung und Betrieb der Klärschlammverwertungsanlage am Standort Halle-Lochau gemäß der Einstufung nach 4. BImSchV um eine genehmigungsbedürftige Anlage nach BImSchG. Nach derzeitigem Planungsstand ist die Klärschlammmonoverbrennung nach der 4. BImSchV, Verordnung über genehmigungsbedürftige Anlagen, Anhang Nr. 8.1.1.4 einzustufen. Somit ist ein vereinfachtes Genehmigungsverfahren gemäß § 19 BImSchG ohne Öffentlichkeitsbeteiligung erforderlich.

Die Anlage zur thermischen Klärschlammverwertung ist so ausgelegt, dass die durch das vereinfachte Genehmigungsverfahren vorgegebenen Leistungsgrenzen maximiert werden.  Die thermische Klärschlammverwertung besteht im Wesentlichen aus:

Anlagenschema der Klärschlamm-Monoverbrennung in Halle-Lochau
  • Brennstoffannahme,
  • Trocknung,
  • Feuerung und Kessel,
  • Energieverwertung (Gegendruckturbine),
  • 2-stufiger Rauchgasreinigung,
  • Kamin mit Emissionsmessung und
  • Aschesilo.

Ein Teilstrom des entwässerten Klärschlamms wird zunächst im HUBERBandtrockner BT 20 vollgetrocknet. Der auf 90% Trockenrückstand getrocknete Teilstrom des Klärschlammes wird mit dem restlichen entwässerten Klärschlamm vor der Verbrennung auf ca. 45 % TR rückgemischt, damit eine autarke Verbrennung gewährleistet ist. Die Rückmischung ist der Wirbelschicht angepasst und außerdem abhängig von der Qualität des Klärschlammes. Die notwendige Wärmeversorgung des Trockners erfolgt aus der Abwärme der Verbrennung.

Die Monoverbrennungsanlage Halle-Lochau wird nicht auf einem Kläranlagenstandort realisiert und erfordert daher die Gestaltung eines nahezu abwasserfreien Betriebes der gesamten Anlage. Ein besonderes Augenmerk ist somit auf die sichere Entsorgung bzw. Verwertung der anfallenden Brüden aus der Klärschlammtrocknung zu legen. Die betrachtete Variante der quasi-abwasserfreien Klärschlammtrocknung in Form eines Zu-Abluft-Trockners hat sich als effizientes und wirtschaftliches Trocknungskonzept herausgestellt. Die Abluft aus dem Bandtrockner wird einer separaten, chemischen Abluftbehandlung zugeführt. Das Abwasser aus dem sauren Wäscher ist eine Ammoniumsulfatlösung (ASL), die als Düngemittel in der Landwirtschaft Verwendung findet. Die in der alkalischen Wäscherstufe anfallenden Rückstände können aufgrund ihrer geringen Menge dem Verbrennungsprozess zugeführt werden.

In Halle-Lochau wird der Klärschlamm in einem individuell geplanten, stationären Wirbelschichtofen der sludge2energy (S2E-Fluidizer) thermisch verwertet. Die Feuerung ist so konzipiert, dass der angelieferte Klärschlamm im Dauerbetrieb ohne Zusatzbrennstoffe thermisch verwertet werden kann. Über eine Gegendruckdampfturbine findet die energetische Nutzung des in der Kesselanlage erzeugten Dampfs statt. Der Abdampf der Turbine wird zum Großteil für die Trocknung des entwässerten Klärschlammes verwendet. Der elektrische Eigenenergiebedarf der thermischen Verwertungsanlage kann durch das optimierte Energiekonzept gedeckt werden. Es wird eine trockene Rauchgasreinigungsanlage ausgeführt. Somit fallen keine Abwassermengen aus der Rauchgasreinigung an, die einer separaten Behandlung zugeführt werden müssen. Die geforderten Emissionsgrenzwerte nach 17. BImSchV werden durch die Gestaltung der Rauchgasreinigung sicher eingehalten. Die Rauchgasreinigung wird derart konzipiert, dass die Klärschlammasche durch eine Vorabscheidung bereits nahezu vollständig vor Zugabe der Sorptionsmittel aus dem Rauchgas abgeschieden wird. Diese Asche kann somit zur späteren Phosphorrückgewinnung herangezogen werden.

Die höchsten Phosphorrückgewinnungsraten bei gleichzeitiger Vernichtung aller Schadstoffe erzielt die Klärschlammmonoverbrennung mit anschließendem P-Recycling aus den anfallenden Klärschlammaschen. Die Masse des zu entsorgenden Klärschlamms wird durch Trocknung und Verbrennung auf ca. 10 % reduziert. Die schadstoffarme Klärschlammasche aus der Wirbelschichtverbrennung am Standort Halle-Lochau (ca. 4.000 t/a) stellt einen bedeutenden Phosphorträger dar und ist somit ein wertvoller Ausgangsstoff für die zukünftige Phosphordüngemittelproduktion.

Die aktuellen gesetzlichen Rahmenbedingungen für die Klärschlammverwertung stellen die Kläranlagenbetreiber vor große Herausforderungen. Die Übertragung der vorgestellten Verbrennungsanlagengröße auf weitere Standorte in Deutschland kann zu einem zeitnahen Ausbau der dortigen Monoverbrennungskapazitäten führen und einen entscheidenden Beitrag zur Lösung des vorhandenen Klärschlammentsorgungsnotstands leisten. Dezentrale Monoverbrennungsanlagen können somit ein wesentlicher Baustein eines zukunftsweisenden Klärschlammverwertungskonzepts in Deutschland sein.

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