Mittwoch, Oktober 28, 2020
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Schlamm mit Potenzial

Energie: Wie innovative Abwasserbehandlung energetische Gesamtbilanz verbessert

Mit dem Einsatz von Co-Substraten ist es möglich, eine Kläranlage energieautark zu betreiben: Das machte Univ.-Prof. Dr.-Ing. Karl-Heinz Rosenwinkel in seinem Vortrag beim 4. Kitzbüheler Wassersymposium im Oktober deutlich. Großes Potenzial steckt demnach in der Co-Fermentation von industriellen organischen Reststoffen in kommunalen Faulbehältern.
Anaerobe Prozesse lassen sich grundsätzlich in industriellen Abwässern wesentlich wirtschaftlicher einsetzen als in kommunalen, weil hier aus physikalischen Gründen die Umsatzraten höher sind. Das liegt zum einen daran, dass die höhere Konzentration organischer Substanzen in Industrieabwässern eine höhere Prozessgeschwindigkeit mit sich bringt; und zum anderen an der niedrigeren Temperatur kommunaler Abwässer, die sich auf die Aktivität ungünstig auswirkt. Zugleich ist die Löslichkeit von Treibhausgasen wie Methan und CO2 umso höher, je niedriger die Abwassertemperatur ist. Biogasverluste über den Ablauf sind angesichts des enormen Treibhauspotenzials von Methan (25-mal höher als bei CO2) nicht zu vernachlässigen und steigen relativ mit abnehmender Abwasserkonzentration und -temperatur. „Treibhausgas-Emissionen müssen berücksichtigt werden“, so Rosenwinkel.

Biogas noch zu wenig genutzt
Bedeutsam ist aber nicht nur das Klimawandelpotenzial von Klärschlamm, sondern auch dessen Energiepotenzial. Der Stromverbrauch einer kommunalen Kläranlage in Deutschland (für Österreich gelten ähnliche Werte) beträgt durchschnittlich 40 kWh pro Einwohner und Jahr. Das ist immerhin rund ein Fünftel der Elektrizität, die sämtliche öffentlichen Gebäude und Anlagen einer Kommune verbrauchen. Die Stromerzeugung auf Kläranlagen macht dagegen lediglich 11,5 kWh pro Einwohner und Jahr aus (Der Wärmebedarf bleibt hier ausgeklammert, er kann zu einem großen Teil von den Kläranlagen selbst gedeckt werden.).
Das Potenzial der Energiegewinnung bei anaerober Schlammstabilisierung ist aber deutlich höher: Würde das Biogas aller Kläranlagen über 10.000 EW zur Stromerzeugung genutzt, würde die Stromproduktion auf 21,2 kWh pro Einwohner und Jahr steigen. „Die Wirtschaftlichkeit ist allerdings im Einzelfall zu prüfen“, betont Rosenwinkel.

Von Biertrester bis Küchenabfall
Vollends schließen ließe sich die Lücke zwischen Produktion und Bedarf, würde das Potenzial der Co-Fermentation ausgeschöpft. Die Nutzung der wesentlichen Co-Substrate aus Brauereien, Keltereien, Brennereien, Milch- und Fleischverarbeitung sowie Zuckerherstellung würde ein Potenzial von bis zu 44,5 kWh pro Einwohner und Jahr eröffnen. Dieses ließe sich durch Fettabfälle und Biomüll noch weiter steigern. Nicht zu vernachlässigen wäre in diesem Zusammenhang der Einsatz von Küchenabfallzerkleinerern, die in Deutschland jedoch nicht zugelassen sind, u. a. wegen der Befürchtung, dies könne zu Ablagerungen und zusätzlichen Gewässerbelastungen bei Mischwasserüberläufen führen.

Energiebedarf nahezu halbierbar
Zur Verfahrensoptimierung bei anaerober Behandlung stellte Prof. Rosenwinkel die CSB-Elimination verschiedener kommunaler UASB-Reaktoren vor (weltweit 72), deren Ergebnisse er allerdings als „nicht so berauschend“ bezeichnete. Bei den aeroben Vollstromverfahren betonte er den Einfluss einer großen Vorklärung und einer separaten Schlammwasserbehandlung auf die Energiesparpotenziale. Durch Optimierungen lässt sich hier der Energiebedarf einer Anlage mit N-Elimination nahezu halbieren: „Der größte Energieverbraucher einer Kläranlage ist die Belüftung für die Belebungsstufe!“

Technische Lösungen fehlen noch
In der Vergleichsrechnung von aerober und anaerober Abwasserbehandlung zeigt sich: Bei Nutzung des gelösten Methans ergeben sich theoretisch im anaeroben Verfahren deutliche Einsparungen bei Energie und Emissionen, die umso stärker ausfallen, je höher die Temperatur ist. Allerdings fehlen insbesondere für gering konzentrierte Abwässer technische und wirtschaftliche Lösungen, so dass für deutsche und österreichische Abwasserverhältnisse derzeit eine anaerobe Kommunalabwasserbehandlung nicht zu empfehlen ist.

Als Beispiel für eine Schlammwasserbehandlung im Teilstrom präsentierte Prof. Rosenwinkel eine kommunale Kläranlage mit Co-Fermentation (Abwasser eines Schlachtbetriebs). Der Einsatz mehrerer innovativer Verfahren führt dort zu einer erheblichen Verbesserung der Gesamtenergiebilanz, die Anlage kann ihren gesamten Energiebedarf durch Eigenerzeugung decken.
Weitere Potenziale ortet Rosenwinkel im Einsatz von Tropfkörpern und in höheren Aufenthaltszeiten in der Vorklärung. Was die anaerobe Abwasserbehandlung betrifft, so schätzt er diese für Kommunalabwässer vor allem in warmen Klimaregionen als interessant ein, entsprechende Beispiele finden sich unter anderem in Brasilien und Indien.

INFOBOX:

Spezialist für Abfalltechnik
Prof. Dr.-Ing. Karl-Heinz Rosenwinkel ist Leiter des Instituts für Siedlungswasserwirtschaft und Abfalltechnik an der Leibniz Universität Hannover. Er ist Mitglied diverser Fachgremien, u. a. in der DWA, Vorsitzender des Hauptausschusses Industrieabwasser und anlagenbezogener Gewässerschutz der DWA und Mitautor bzw. Mitherausgeber mehrerer Lehr- und Handbücher rund um das Thema Abwassertechnik.

http://www.vta.cc/de/laubfrosch_archiv.html?newsid=102