XJY wandelt Klärschlamm in Biofeststoffe um: Eine Reise durch die Abwasserbehandlung und darüber hinaus

Einführung der XJY-Schlammbehandlung

Vor 1950 leiteten die meisten Gemeinden in den Vereinigten Staaten ihr Abwasser oder Abwasser in Bäche und Flüsse ein, ohne oder nur mit geringer Behandlung. Als die städtische Bevölkerung zunahm, war die natürliche Fähigkeit von Bächen und Flüssen, das Abwasser zu verarbeiten, überfordert und führte in vielen Regionen zu einer Verschlechterung der Wasserqualität. Als Reaktion auf Bedenken hinsichtlich der Verschlechterung der Wasserqualität bauten in den 1950er und 1960er Jahren Tausende von Gemeinden in den Vereinigten Staaten Abwasseraufbereitungssysteme. Dies führte zu einer deutlich verbesserten Wasserqualität in Bächen und Flüssen, schuf jedoch ein weiteres Material, mit dem man umgehen musste: Klärschlamm. Ungefähr 99 % des Abwasserstroms, der in eine Kläranlage gelangt, wird als aufbereitetes Wasser abgeleitet. Der Rest ist eine verdünnte Feststoffsuspension, die durch den Behandlungsprozess aufgefangen wurde. Diese Feststoffe aus der Abwasserbehandlung werden üblicherweise als Klärschlamm bezeichnet.

„Klärschlamm“ oder „Biofeststoffe“ – was steckt in einem Namen?

Der Begriff „Biosolids“ wurde kürzlich von der Abwasseraufbereitungsindustrie eingeführt. Die Industrie definiert Biofeststoffe als Klärschlamm, der einer ausreichenden Behandlung zur Stabilisierung und Reduzierung von Krankheitserregern unterzogen wurde und der von ausreichend hoher Qualität ist, um auf Land ausgebracht zu werden. Der Begriff soll qualitativ hochwertigen, behandelten Klärschlamm von Rohklärschlamm und von Klärschlamm, der große Mengen an Umweltschadstoffen enthält, unterscheiden. Der Begriff „Biofeststoffe“ hilft auch dabei, Klärschlamm von Industrieschlamm zu unterscheiden, indem er betont, dass ersterer durch einen biologischen Prozess entsteht. Der Begriff wurde von einigen als Versuch kritisiert, die wahre Natur von Klärschlamm zu verschleiern und dadurch die landwirtschaftliche Nutzung dieses Materials für die breite Öffentlichkeit weniger anstößig zu machen. Obwohl „Biofeststoffe“ zweifellos nicht die gleichen negativen Bilder hervorrufen wie „Klärschlamm“ oder einfach „Schlamm“, ist es bei richtiger Verwendung für die oben beschriebene Unterscheidung ein legitimer und funktionaler Begriff. In diesem Dokument bezieht sich der Begriff „Klärschlamm“ allgemein auf Feststoffe aus der Abwasseraufbereitung und „Biofeststoffe“ bezieht sich speziell auf Materialien, die für die Landausbringung geeignet sind.

Bild 6Klärschlamm

Produktion von kommunalem XJY-Klärschlamm

Unter kommunalem Abwasser oder Abwasser versteht man Wasser, das in städtischen und vorstädtischen Haushalten oder Unternehmen zum Waschen, Baden und für die Toilettenspülung verwendet wird. Kommunales Abwasser kann auch Wasser aus industriellen Quellen umfassen. Um Chemikalien oder Schadstoffe aus industriellen Prozessen zu entfernen, müssen industrielle Teilnehmer an kommunalen Abwassersystemen ihr Abwasser vor der Einleitung in die Kanalisation vorbehandeln. Das Abwasser wird über das Abwassersystem zu einer zentralen Abwasseraufbereitungsanlage (manchmal auch Publicly Owned Treatment Works oder POTW genannt) geleitet. Im POTW durchläuft das Abwasser eine Reihe von Behandlungsschritten, die physikalische, biologische und chemische Prozesse nutzen, um Nährstoffe und Feststoffe zu entfernen, organische Materialien abzubauen und Krankheitserreger (krankheitsverursachende Organismen) im Wasser zu zerstören. Das regenerierte Wasser wird in Bäche und Flüsse eingeleitet oder über große Landflächen versprüht.

Bild 7 Kommunaler Klärschlamm

Die Vorbehandlung von Rohabwasser umfasst eine Siebung zur Entfernung großer Gegenstände wie Stöcke, Flaschen, Papier und Lappen sowie eine Sandentfernungsphase, in der sich anorganische Feststoffe (Sand, Splitt, Asche) schnell aus dem Wasser absetzen. Das in dieser Behandlungsstufe entfernte Rechengut und Splitt wird typischerweise auf einer Deponie abgelagert und gelangt nicht in den Klärschlamm.

Die Primärbehandlung umfasst Schwerkraftsedimentations- und Flotationsprozesse, die etwa die Hälfte des Feststoffmaterials entfernen, das in diese Stufe gelangt. Festes Material (sowohl organisches als auch anorganisches), das sich während dieser Behandlungsstufe absetzt, wird vom Boden abgesaugt und bildet den Primärschlamm. In den meisten POTWs wird das schwimmende Material (Öl, Fett, Holz und pflanzliche Stoffe), das bei der Primärbehandlung von der Wasseroberfläche abgeschöpft wird, separat entsorgt und gelangt nicht in den Primärschlamm.

Bei der Sekundärbehandlung handelt es sich um einen sorgfältig kontrollierten und beschleunigten biologischen Prozess, bei dem natürlich vorkommende Mikroorganismen eingesetzt werden, um suspendiertes und gelöstes organisches Material im Abwasser abzubauen (abzubauen oder zu verdauen). Dieses Material wird in Kohlendioxid umgewandelt, das an die Atmosphäre abgegeben wird, und in mikrobielle Zellmasse.

In Nachklärbecken setzt sich die mikrobielle Zellmasse am Boden ab und wird abtransportiert. Dieses überwiegend organische Material wird Sekundärschlamm genannt.

Einige Kläranlagen umfassen auch Tertiärbehandlungsschritte, die darauf abzielen, Pflanzennährstoffe (Stickstoff und Phosphor), Schwebstoffe oder den biologischen Sauerstoffbedarf im Abwasser weiter zu reduzieren. Durch chemische Fällung von Phosphor und Filtration entsteht ein Tertiärschlamm.

Abschließend wird das Wasser einer Desinfektionsbehandlung unterzogen, um pathogene Mikroorganismen abzutöten. Das aufgefrischte Wasser wird dann in einen Bach oder Fluss eingeleitet oder kann über große Landflächen versprüht werden.

XJY Behandlungsmethoden für kommunalen Klärschlamm

Normalerweise werden Primär-, Sekundär- und Tertiärschlämme kombiniert, und die resultierende Mischung, die 1 bis 4 % Feststoffe enthält, wird als „roher“ Klärschlamm bezeichnet. Aufgrund seines Gehalts an Krankheitserregern und seiner instabilen, zersetzbaren Natur stellt Rohklärschlamm eine potenzielle Gesundheits- und Umweltgefahr dar; Heutzutage werden jedoch mehrere Behandlungsverfahren eingesetzt, um Klärschlamm zu stabilisieren, seinen Krankheitserregergehalt zu verringern und seinen Feststoffgehalt zu erhöhen. Einige der am häufigsten verwendeten Verfahren zur Stabilisierung und Reduzierung des Krankheitserregergehalts im Klärschlamm sind in Tabelle 1 aufgeführt und kurz beschrieben.

Was ist im Klärschlamm??

Klärschlamm besteht sowohl aus anorganischen als auch aus organischen Materialien, hohen Konzentrationen einiger Pflanzennährstoffe, viel geringeren Konzentrationen zahlreicher Spurenelemente¹ und organischer Chemikalien sowie einigen Krankheitserregern. Die Zusammensetzung von Klärschlämmen variiert je nach Abwasserzusammensetzung und eingesetzten Aufbereitungsverfahren erheblich. Tabelle 2 gibt die mittleren und 95. Perzentilkonzentrationen von Pflanzennährstoffen und einigen der im Klärschlamm vorkommenden Spurenelemente an. Diese Daten stammen aus einer umfassenden Untersuchung der in den Jahren 1996 und 1997 in Pennsylvania erzeugten Klärschlämme.

Optionen zum Umgang mit Klärschlamm

Klärschlamm kann entweder als organische und nährstoffreiche Ressource betrachtet werden, die sinnvoll genutzt werden kann, oder als Abfallmaterial, das entsorgt werden muss. Vor 1991 wurden große Mengen Klärschlamm, darunter auch aus Pennsylvania, durch Mülldeponien im Meer entsorgt. Bedenken hinsichtlich einer übermäßigen Nährstoffbelastung des Meerwassers führten zum Verbot dieser Praxis. Gegenwärtig wurde fast der gesamte in Pennsylvania anfallende Klärschlamm behandelt und weist eine ausreichend hohe Qualität auf, um als Biofeststoffe eingestuft zu werden. Etwas weniger als die Hälfte dieses Materials wird durch Deponierung oder Verbrennung entsorgt, während die restlichen Biofeststoffe dem Boden durch Verwendung in der Landwirtschaft, Minensanierung, Landschaftsbau oder Gartenbau wieder zugeführt werden. Jede dieser Optionen bringt wirtschaftliche und ökologische Vorteile, Probleme und Risiken mit sich.

Deponieentsorgung

Aus Management- und Materialhandhabungssicht ist die Deponierung vielleicht die einfachste Lösung. Aus wirtschaftlicher Sicht schneidet die Deponierung derzeit im Vergleich zu anderen Optionen gut ab. Dies wird sich jedoch zweifellos ändern, da der Deponieraum immer knapper wird und die Deponiegebühren (Kosten für die Müllentsorgung) steigen. Aus ökologischer Sicht verhindert die Deponierung die Freisetzung von im Schlamm enthaltenen Schadstoffen oder Krankheitserregern, indem der Schlamm an einem einzigen Ort konzentriert wird. Wenn die Deponie ordnungsgemäß gebaut und gewartet wird, sind die Risiken für die Umwelt minimal.

Allerdings birgt die Deponierung von Klärschlamm Risiken. Organische Abfälle werden auf Mülldeponien anaerob zersetzt, wodurch Methangas entsteht, das in die Atmosphäre freigesetzt werden könnte. Methan ist ein Treibhausgas, das an der globalen Erwärmung beteiligt ist. Andere aus Deponien freigesetzte Gase können unangenehme Gerüche verursachen. Die großen Mengen an Nährstoffen, die Klärschlamm auf eine Deponie bringt, stellen eine Gefahr für die örtliche Umwelt dar. Sollte es zu einem Ausfall der Deponieauskleidung oder des Sickerwassersammelsystems kommen, könnten diese Nährstoffe das örtliche Grund- und Oberflächenwasser verunreinigen. Auch die Deponierung von Klärschlamm nimmt wertvollen Deponieraum in Anspruch und geht die potenziellen Vorteile der organischen Substanz und der Pflanzennährstoffe im Schlamm verloren.

Bild 8Deponieentsorgung

Verbrennungsentsorgung

Die Verbrennung von Klärschlamm reduziert das Volumen des zu entsorgenden Materials, zerstört Krankheitserreger vollständig, zersetzt die meisten organischen Chemikalien und gewinnt den im Klärschlamm enthaltenen geringen Wärmewert zurück. Die Restasche ist ein stabiles, relativ inertes, anorganisches Material, das nur 10 bis 20 % des Volumens des ursprünglichen Schlamms ausmacht. Die meisten Spurenmetalle im Klärschlamm konzentrieren sich in der Asche (eine Konzentrationssteigerung um das Fünf- bis Zehnfache). Dieses Material wird am häufigsten auf Deponien gelagert, könnte aber möglicherweise auch als Baumaterial verwendet werden.

Durch die Verbrennung werden auch Kohlendioxid (ein weiteres Treibhausgas) und möglicherweise andere flüchtige Schadstoffe (Cadmium, Quecksilber, Blei, Dioxine) in die Atmosphäre freigesetzt. Der Betrieb von Verbrennungsanlagen erfordert hochentwickelte Systeme zur Entfernung feiner Partikel (Flugasche) und flüchtiger Schadstoffe aus Schornsteingasen. Damit ist die Verbrennung eine der teureren Möglichkeiten der Klärschlammentsorgung. Wie bei der Deponierung gehen die potenziellen Vorteile organischer Stoffe und Pflanzennährstoffe im Klärschlamm verloren.

Bild 9 Verbrennungsentsorgung