Klärschlamm

Klärschlamm fällt bei der Abwasserreinigung an und ist eine Mischung aus Wasser und Feststoffen. Bei den Feststoffen handelt es sich um Schwebstoffe, die sich in der Kläranlage aus dem Wasser absetzen und zu Boden sinken (sedimentieren).

Weiteres empfehlenswertes Fachwissen

Richtiges Wägen mit Laborwaagen: Die Wägefibel

Wie kann man Pipetten schnell überprüfen?

Wie erhalten Sie Tag für Tag genaue Wägeresultate?

Arten

Man unterscheidet Rohschlamm und behandelten Klärschlamm. Rohschlamm fällt auf Kläranlagen als Primärschlamm in der mechanischen Reinigungsstufe oder als Überschussschlamm in der biologischen Stufe (Belebtschlammverfahren) an (bzw. als Mischung aus beiden Stufen). Überschussschlamm besteht überwiegend aus Mikroorganismen, wie etwa Protisten und Bakterien. Durch aerobe oder anaerobe Stabilisierung des Rohschlamms erhält man weniger geruchsintensiven Klärschlamm (behandelter Klärschlamm). Die anaerobe Behandlung erfolgt in größeren Kläranlagen in Faultürmen (Faulschlamm). Klärschlamm ist im Ausgangszustand dünnflüssig und dunkel gefärbt. Durch Schwerkrafteindickung werden Feststoffgehalte von etwa zwei bis fünf Prozent erreicht.

Entwässerung

Mechanische Entwässerung

Häufig entwässern mechanische Entwässerungseinrichtungen (Zentrifugen, Kammerfilterpressen, Siebbandpressen, Schneckenpressen) den meist behandelten (stabilisierten) Klärschlamm vor der Nachbehandlung, Verwertung oder Entsorgung. Um Wasser auspressen zu können, ist es erforderlich den Schlamm zu konditionieren, das kann geschehen, indem Flüssigschlamm entweder polymere Flockungsmittel, Eisen oder Kalkmilch zugegeben wird. Eine Kalkzugabe beträgt etwa 20 bis 35 % CaO im Feststoffanteil und macht einen wesentlichen Teil des Nutzens bei der Verwertung als Dünger aus. Jedoch wird dabei die ursprüngliche Trockenmasse der Entsorgungsmenge künstlich erhöht, was zu entsprechenden Mehrkosten führt. Durch die mechanische Entwässerung steigt der Feststoffgehalt von zum Beispiel 3,0 % auf 28 % und ermöglicht die Reduzierung des Volumens bzw. der Masse des zu entsorgenden Klärschlamms auf ein Zehntel der ursprünglichen Menge des Nassschlamms. Der Anteil an organischen Stoffen (je nach Schlammbehandlung etwa 50 bis 60 % Trockenmasse), kann mit biologischer Entwässerung reduziert werden.

Biologische Entwässerung

Unter der biologischen Entwässerung versteht man das Aufbringen von Klärschlamm auf Vererdungsbeete. In diesen vorwiegend mit Schilf bepflanzten Beeten kommt es zunächst zu einer schnellen Entwässerung des Klärschlamms auf etwa 10 % Feststoffgehalt. Das durch den Bodenfilter sickernde Wasser des Klärschlamms wird mit Drainagesystemen aufgefangen und zur Kläranlage zurückgeführt. In den Vererdungsbeeten der Klärschlammvererdungsanlage verbleiben die organischen und mineralischen Feststoffanteile. Durch biologische Umsetzungsprozesse über einen längeren Zeitraum werden die organischen Anteile abgebaut und mineralisiert, wodurch die Masse wesentlich verringert wird. Aus dem Reststoff Klärschlamm entsteht dadurch hochwertige Klärschlammerde, die nach Räumung und Nachlagerung Trockenmassegehalte bis zu 60 % erreicht. Durch den Abbau von 50 bis 60 % der im Klärschlamm enthaltenen organischen Stoffe (Massenreduktion) kann Klärschlammvererdung effektiv geringere Restmengen erreichen als andere Verfahren der Klärschlammbehandlung, zum Beispiel solare Trocknung.

Solare Entwässerung

  Die Sonne liefert in unseren Breiten 1.000 bis 1.100 kWh pro m² horizontaler Grundfläche. Rein rechnerisch entspricht dies einem Energieäquivalent von 100 – 110 l Heizöl pro m². Diese Strahlungsenergie bildet den Hauptteil der für die Wasserverdunstung notwendige Energie (0,682 kWh/kg). Solange die Luft noch Wassermoleküle aufnehmen kann, spricht man von einem Sättigungsdefizit. Dieses bewirkt beispielsweise, dass regennasse Strassen auch bei Dunkelheit abtrocknet, nur mit der Sonne geht es eben viel schneller. Das Ziel der solaren Trocknung ist es, möglichst viel der Strahlungsenergie und des Sättigungsdefizit in die Verdunstung von Schlammwasser umzusetzen. Das wird dadurch erreicht, dass erstens die Strahlung möglichst direkt auf die Schlammoberfläche auftritt und zweitens möglichst große Volumina von ungesättigter Luft über die Schlammoberfläche streichen. Die Strahlung wird an der dunklen Oberfläche absorbiert. Dadurch kommt es zum gewünschten Anstieg der Schlammtemperatur und einem Anstieg der Wasserdampfdruckdifferenz zwischen Schlamm und der Umgebungsluft. Die Wassermoleküle in der Luft müssen so schnell wie möglich aus der Trocknungshalle entfernt werden, damit dort im Inneren der partiale Gegendruck nicht zu hoch ansteigt. Das Wasser wird mit der Luft entweder unsichtbar oder als Nebel ins Freie getragen. Die pro Zeiteinheit ausgetragene Wassermenge ist saisonabhängig. Etwa 70% der Jahresmenge kann in der Zeit März bis November ausgetragen werden und 30%. Im restlichen Jahr. Die Grenze der natürlichen Trocknung liegt über 90 % TR und unterscheidet sich nicht von der industriellen Trocknung. Die natürliche Trocknung ermöglicht in unserem Klima eine jährliche Verdunstung um 800 kg Wasser pro m² Trocknerfläche. Ergänzend werden Verfahren zum Wenden und Vertikulieren des Klärschlamms wie z.B. der Wendewolf eingesetzt, um den Trocknungsprozess effizient zu unterstützen.

Verwertung und Entsorgung

Klärschlamm ist reich an Pflanzennährstoffen (insbesondere Stickstoff und Phosphor; je nach Entwässerungsverfahren auch Kalzium). Klärschlamm enthält als Schadstoffsenke aber auch eine Vielzahl sehr unterschiedlicher Stoffe mit sehr verschiedenen und teilweise unbekannten Auswirkungen auf die Natur und den Menschen. Die Schadstoffe lassen sich unterscheiden in:

Anorganische Schadstoffe

Darunter toxische Schwermetalle, deren Wirkungen auf den Menschen und die Natur aus verschiedenen Untersuchungen bekannt sind. Negative Folgen durch erhöhte Konzentrationen sollten vermieden werden.

Organische Schad- und Fremdstoffe

Der Wissensstand über die Wirkungen von organischen Verbindungen ist sehr unterschiedlich. Die Schwierigkeit bei der Bewertung von organischen Verbindungen ist, dass sie nach einem Eintrag in den Boden unterschiedlichen biologischen Metabolisierungs- und physikalisch-chemischen Abbauprozessen unterliegen. Die Risiken persistenter, das heißt nicht abbaubarer Schadstoffe, sind derzeit nur für einige Stoffgruppen bekannt. Die meisten Gruppen organischer Stoffe werden im Rahmen der Klärschlammverwertung nur in geringen Mengen in die Böden eingetragen, reichern sich aber über Jahre hinweg an. Die Stoffe können langfristig die Bodenfruchtbarkeit beeinträchtigen oder in die Nahrungskette gelangen und sich somit negativ auf die Gesundheit von Nutztieren und Menschen auswirken. Organische Stoffe, wie Dioxine, Furane oder polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe (PAK) wirken als Karzinogene (krebserregend) und sind bereits in extrem geringen Mengen wirksam. Einige Xenobiotika können bereits geringsten Mengen schädliche Effekte zeigen. Für eine Reihe von weiteren organischen Verbindungen, zum Beispiel von synthetischen Moschusverbindungen, Arzneimitteln und hormonell wirksamen Verbindungen sind Auswirkungen auf das Ökosystem Boden beziehungsweise für den Menschen kaum untersucht und als Risiko entsprechend nicht kalkulierbar. Aktuelle Untersuchungen haben gezeigt, dass sich auch perfluorierte Tenside im Klärschlamm anreichern können.

Die Verwertung von Klärschlamm aus kommunalen Kläranlagen als Dünger in der Landwirtschaft unterliegt daher in Deutschland der Klärschlammverordnung (AbfKlärV). Die Verwendung als Dünger ist nur auf Ackerflächen zulässig - nicht auf Dauergrünland oder Obst- und Gemüseanbauflächen. Klärschlämme, die hinsichtlich der Schadstoffgehalte die Vorschriften der Klärschlammverordnung erfüllen und hinsichtlich der Nährstoffgehalte den Vorgaben der Düngemittelverordnung entsprechen, gelten in Deutschland als zugelassenes Düngemittel. Düngerechtlich exakt deklarierte Klärschlämme oberer Güte, welche pflanzenbauliche Vorteile von der direkten Nährstoffwirkung, der Humuszufuhr und dem Kalkeffekt besitzen, werden Klärdünger genannt. Nach Angaben der Deutschen Vereinigung für Wasserwirtschaft, Abwasser und Abfall e. V. (DWA) wurden 2003 in Deutschland 56 % der behandelten Klärschlämme aus kommunalen Kläranlagen als Dünger in der Landwirtschaft und im Landschaftsbau eingesetzt.^[1] Wohin die Ausbringung von Klärschlamm auf landwirtschaftlichen Flächen, trotz Kontrollen, führen kann, kann man am Beispiel des Landkreises Goslar sehen. Dort erhöhte sich die Cadmiumkonzentration so stark, dass keine Nahrungsmittel mehr auf diesen Flächen produziert werden dürfen.^[2] Regional sind die Verwertungsraten sehr unterschiedlich, das Bundesland mit der höchsten Verwertungsrate ist Niedersachsen (2005 > 75 %). Aufgrund dieses preisgünstigen Entsorgungsweges über die Landwirtschaft werden allerdings die Verseuchung der Ackerflächen und somit auch die Belastung für darauf angebaute Produkte in Deutschland meist nicht beachtet. Die Vermarktung von belastetem Getreide gestaltet sich im Bundesgebiet aber schon jetzt äußerst schwierig, da diesbezüglich seitens der Mühlen und des Einzelhandels bereits Verordnungen existieren, die den Ankauf von Klärschlammgetreide untersagen. Auch die Verwendung als Futtermittel ist laut diesen Verordnungen verboten. Dies liegt vor allem an den endokrin wirkenden Stoffen, die sich im Klärschlamm befinden. Wie das belastete Klärschlammgetreide aber dennoch vermarktet wird, ist nur schwer nachzuvollziehen.

In der Schweiz ist die Ausbringung von Klärschlamm seit dem 1. Oktober 2006 vollkommen verboten, auf Futter- und Gemüseflächen ist die Ausbringung bereits seit dem 1. Januar 2003 untersagt. Der getrocknete Klärschlamm wird in Kehricht- und Schlammverbrennungsanlagen sowie in Zementwerken thermisch verwertet. Wegen knapper Kapazitäten werden momentan auch geringe Mengen deponiert und exportiert, vorwiegend in Braunkohlekraftwerke in Deutschland.^[3] Der Grund für das Verbot in der Schweiz ist einerseits der Quecksilbergehalt des Klärschlamms und andererseits der Gehalt an endokrin wirkenden Stoffen.

In Tirol und Salzburg ist die Ausbringung von Klärschlamm verboten, während sie im übrigen Österreich eingeschränkt möglich ist.^[4]

Aufgrund des hohen Gehaltes an organischen Stoff (etwa 50 %), die bei der Verwertung als Dünger die Humusbilanz des Ackers positiv beeinflusst, ist die Beseitigung des Klärschlamms durch Ablagerung auf Deponien in Deutschland seit dem 1. Juni 2005 nicht mehr möglich. Gemäß deutscher Abfall-Ablagerungsverordnung (AbfAblV) dürfen seit diesem Datum nur noch Abfälle mit höchstens 5 % organischer Trockenmasse deponiert werden.

Nicht durch Ausbringung verwertete Klärschlämme werden in thermischen Verfahren (Verbrennung oder Vergasung) eingesetzt. Ob eine Verbrennung von Klärschlamm als Verwertung eingestuft werden kann, hängt von der Art des Verfahrens ab. Bei der reinen Verbrennung ist der Heizwert entscheidend. Ein ausreichend hoher Heizwert ist durch eine vorherige Trocknung zu erzielen. Folgende thermischen Verfahren dienen der Klärschlammentsorgung:

• Mitverbrennung in mit Feststoffen befeuerten Kraftwerken (Kohlekraftwerk, Braunkohlekraftwerk)
• Nutzung von Klärschlamm im Zementwerk
• Mitverbrennung im Müllheizkraftwerk
• so genannte Monoverbrennung (ausschließlicher Einsatz Klärschlamm)
• Vergasung im Monoverfahren oder mit Biomasse (Erzeugung von Brenngas für ein BHKW)

Bei der thermischen Behandlung gehen die im Klärschlamm enthaltenen Pflanzennährstoffe dem natürlichem Stoffkreislauf großteils verloren. Bei Monoverfahren, bei denen ausschließlich Klärschlamm eingesetzt wird, ist der Phosphoranteil in der Asche so hoch, dass eine Rückgewinnung des Phosphors in absehbarer Zeit wirtschaftlich werden könnte. Wird der Klärschlamm jedoch mit anderen Brennstoffen vermischt, so ist eine Phosphorrückgewinnung aussichtslos. Dies ist besonders bedauerlich, da die Weltressourcen für Phosphate möglicherweise früher zu Ende gehen werden als Erdöl.

Die direkten Kosten der thermischen Klärschlammentsorgung sind naturgemäß höher als die der landwirtschaftlichen Ausbringung. Die mit der Ausbringung einher gehenden Risiken für Boden und Grundwasser, wie auch die Belastung für darauf angebaute Produkte sind erheblich und haben zu den oben erwähnten Beschränkungen für die Klärschlammdüngung geführt.

Die zurzeit noch zulässigen Schadstoffgehalte für landwirtschaftlich ausgebrachten Klärschlamm sind seit einiger Zeit in Diskussion. Eine Novellierung der deutschen Klärschlammverordnung ist für 2007 vorgesehen. Eine Verschärfung der Schadstoff-Grenzwerte und die Aufnahme zusätzlicher Kriterien ist zu erwarten.

Ein weiterer Verwertungsweg für Klärschlamm kann mit Klärschlammvererdung erreicht werden. Nach der schnellen Entwässerung in Schilfbeeten werden die Gehalte an organischer Trockenmasse im Klärschlamm durch mikrobiellen Abbau weitgehend verringert, womit auch Änderungen der Materialeigenschaften, des Porenvolumens und weitere Folgen verbunden sind. Dadurch entsteht hygienisierte und humusähnliche Klärschlammerde, die sich zur Herstellung technischer Böden für die Verwendung als Pflanzsubstrat im GaLa-Bau und für Wasserhaushaltsschichten bei Deponierekultivierungen eignet, wobei Wertstoffe wieder in den Stoffkreislauf zurückgeführt, und nicht wie bei Verbrennung zerstört werden. Andererseits bleiben die Aspekte des Boden- und Grundwasserschutzes bei diesen Nutzungsarten weiterhin zu beachten. Klärschlammerde kann jedoch wie andere entwässerte Schlämme auch verbrannt werden.

Gefahren für den Menschen

Risiko

Nach § 3 BioStoffV (Biostoffverordnung) fällt Klärschlamm in die minder schwere Risikogruppe 2 (von 4 Gruppen). Klärschlamm kann Mikroorganismen enthalten, die beim Menschen Infektionskrankheiten hervorrufen. Eine Verbreitung solcher Infektionskrankheiten in der Bevölkerung durch Klärschlamm ist aber unwahrscheinlich. Die Aufnahme von Klärschlamm zum Beispiel durch Verschlucken, über die vorgeschädigte Haut (z. B. offene Wunden, Ekzeme) oder durch Einatmen (Aerosole) ist zu vermeiden.

Schutzmaßnahmen bei der Handhabung

• Zum Schutz vor Verschlucken müssen hygienische Grundregeln beachtet werden, wie etwa Händewaschen vor dem Essen, Trinken und Rauchen und vor dem Gang zur Toilette.
• Falls direkter Hautkontakt nicht zu vermeiden ist, ist geeignete persönliche Schutzausrüstung zu tragen. Schutzhandschuhe müssen gegen Mikroorganismen undurchlässig sein und sind entsprechend mit dem Symbol „Undurchlässig für Mikroorganismen“ gekennzeichnet. Dieses Kennzeichen muss auf dem Schutzhandschuh aufgedruckt sein.
• Bei sehr verschmutzungsgefährdenden Arbeiten kann der Körper mit einem Einwegoverall, der spritzwasserundurchlässig ist, geschützt werden.
• Bei Arbeiten, bei denen Aerosole entstehen können und durch technische Vorkehrungen nicht zu vermeiden sind, sind zum Schutz vor Einatmen Atemschutzmasken der höchsten Filterstufe P3 zu tragen. Diese gibt es als Einmalmasken für Mund und Nase oder auch als Halbmaske mit Filterwechselmöglichkeit.

Quellen

1. ↑ Deutsche Vereinigung für Wasserwirtschaft, Abwasser und Abfall 2005
2. ↑ Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit
3. ↑ A. Laube, A. Vonplon: Klärschlammentsorgung in der Schweiz – Mengen- und Kapazitätserhebung.. Bundesamt für Umwelt, Wald und Landschaft, Bern 2004 (Umwelt-Materialien Nr. 181)
4. ↑ Ergänzung zum Tiroler Feldschutzgesetz

Literatur

• Witra-kiel: Ermittlung der Kosten, die mit einem Ausstieg/Teilausstieg aus der landwirtschaftlichen Klärschlammverwertung verbunden wären. 2005 (Studie im Auftrag des Ministeriums für Umwelt, Naturschutz und Landwirtschaft des Landes Schleswig-Holstein)
• Gudrun Both, Harald Friedrich, Horst Fehrenbach, Hürgen Giegrich, Florian Knappe: Neue Strategien der Klärschlammentsorgung in NRW. Ordnungsgemäße und schadlose Verwertung nach KrW-/AbfG und im Einklang mit dem Bodenschutz. In: KA-Wasserwirtschaft, Abwasser, Abfall. 48(10), 2001, S. 1430-1442
• Harro Bode: Klärschlammbehandlung und -entsorgung. Wie klar sind die Rahmenbedingungen für die Betreiber? In: KA-Wasserwirtschaft, Abwasser, Abfall. 48(12), 2001, S. 1758-1765
• Andrea Bertsche, Susanne Klages, Christian Schaum, Ute Schultheiß, Helmut Döhler, Peter Cornel: Statistische Auswertung von Nähr- und Schadstoffgehalten sowie bodenverbessernden Inhaltsstoffen in niedersächsischen Klärschlämmen. In: KKA-Wasserwirtschaft, Abwasser, Abfall. 52(5), 2005, ISSN 1616-430X, S. 586-594
• Reimar Leschber, Ulrich Loll: ATV-Handbuch. Band 4 Klärschlamm. 4. Auflage. Ernst & Sohn, Berlin 1996, ISBN 3-433-00909-0
• Wolfgang Bischof: Abwassertechnik. 10. neubearbeitet und erweiterte Auflage. Teubner, Stuttgart 1993, ISBN 3-519-05247-4

• deutsche Klärschlammverordnung
• deutsche Abfall-Ablagerungsverordnung
• Systembeschreibung Klärschlammvererdung
• Seite der TU-Darmstadt und des CEEP zur Phosphor Rückgewinnung
• Verfahren zur Rückgewinnung von Phosphor aus Klärschlamm