Klärschlamm

Klärschlamm in gepreßtem Zustand im VEB Synthesewerk Schwarzheide (1990)

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).

Arten

Man unterscheidet Rohschlamm und behandelten Klärschlamm. Rohschlamm fällt auf Kläranlagen als Primärschlamm in der mechanischen Reinigungsstufe oder als Überschussschlamm in der biologischen Stufe an. Überschussschlamm besteht überwiegend aus Mikroorganismen, wie etwa Protisten und Bakterien. Durch aerobe oder anaerobe Stabilisierung des Rohschlamms erhält man weniger geruchsintensiven Klärschlamm (behandelter Klärschlamm bzw. stabilisierten 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 (beispielsweise durch Zentrifugenanlagen). Jedoch gibt es noch mehr Möglichkeiten, wie beispielsweise Siebbandeindickung.

Der Klärschlamm ist reich an Nährstoffen, da die Bakterien in der biologischen Stufe die Abwasserinhaltsstoffe zum Aufbau der Biomasse verwenden. Von besonderer Bedeutung sind insbesondere für die Landwirtschaft Nitrat, Phosphat und andere Nährsalze.

Nachfolgend eine Tabelle^[1] mit den normalen Gehalten an Nährstoffen der Klärschlämme, die zeitweise und auch von Anlage zu Anlage stark schwanken können.

Nährstoff	in % TS	Minimal mg/l	Maximal mg/l	Mittel mg/l
Stickstoff (N)	1,5–5	0,5	1230	192
Phosphate (P2O5)	1,5–5	1	1720	182
Kalium (K2O)	0,1–0,3	0,5	475	21
Calcium (CaO)	4–6	0,5	3635	369
Magnesium (MgO)	0,6–2	0,5	610	49
organische Trockensubstanz	40–50

Klärschlamm enthält auch Stoffe, die für Umwelt und Mensch problematisch sein können. Insbesondere sind es die Schwermetalle, die u. a. durch Rücklösungen aus Rohrleitungen vorkommen. Grenzwerte werden mit der Klärschlammverordnung festgelegt.

Siehe dazu Gesundheitsgefährdung durch Schwermetalle

Organische (Schad-)stoffe sind ein nicht zu vernachlässigendes Problem. Im Klärschlamm kann eine Vielzahl an organischen Verbindungen mit verschiedenen Eigenschaften und Wirkungen, die durch anthropogene Prozesse in das Abwasser gelangen, vorhanden sein. Diese Stoffe können beispielsweise kanzerogen, mutagen, giftig etc. sein. Die Klärschlammverordnung besitzt Grenzwerte für die Summenparameter AOX, PCB und PCDD. Sind solche Stoffe im Abwasser vorhanden, tritt eine besondere Gefahr auf, da sie sich bereits in geringen Konzentrationen nach der landwirtschaftlichen Aufbringung anreichern ("Bioakkumulation") und in die Nahrungskette gelangen können.

Nachfolgend eine Tabelle^[2] mit Angaben zu diesen organischen Stoffgruppen und chem. Verbindungen und deren Konzentration, die im Klärschlamm der 1980er Jahre nachweisbar waren. Bedingt durch die zwischenzeitlich erlassenen gesetzlichen Verbote zur Verwendung einiger der angeführten Unkraut- und Schädlungsbekämpfungsmittel sind diverse der angegebenen Verbindungen in den Schlämmen aktuell nicht mehr nachweisbar. Toxische organische Verbindungen sind auch aktuell noch in den Schlämmen vorhanden.

Stoffgruppe	chem. Verbindung	min.-max. in µg/l	übliche Konzentration in µg/l
Polycyclische aromatische Kohlenwasserstoffe	Fluoranthen	0,10–43	-
Polycyclische aromatische Kohlenwasserstoffe	Benzo(a)fluoranthen	0,01–9	-
Polycyclische aromatische Kohlenwasserstoffe	Benzo(a)pyren	0,01–40	-
Polycyclische aromatische Kohlenwasserstoffe	Benzo(ghi)perylen	nn–31	-
Polycyclische aromatische Kohlenwasserstoffe	Indol(1,2,3-cd)pyren	0,01–23	-
Polycyclische aromatische Kohlenwasserstoffe	Pyren	0,10–35	-
chlorierte Kohlenwasserstoffe	Hexachlorbenzol (HCB)	nn–0,2	< 1
chlorierte Kohlenwasserstoffe	p,p′-Dichlordiphenyldichlorethen (p,p′-DDE)	nn–0,9	< 0,2
chlorierte Kohlenwasserstoffe	DDT	nn–0,2	< 1
chlorierte Kohlenwasserstoffe	β-HCH	nn–0,1	-
chlorierte Kohlenwasserstoffe	γ-HCH (Lindan)	nn–0,8	< 0,05
chlorierte Kohlenwasserstoffe	Dieldrin	nn–0,4	< 1
Phthalate	DEHP	70–100	-
polychlorierte Biphenyle	PCB 101 = 2,2′,4,5,6′-Pentachlorbiphenyl	nn–0,9	-
polychlorierte Biphenyle	PCB 138 = 2,2′,3,4,4′,5′-Hexachlorbiphenyl	nn–5	-
polychlorierte Biphenyle	PCB 153 = 2,2′,4,4′,5,5′-Hexachlorbiphenyl	0,01–4	-
polychlorierte Biphenyle	PCB 180 = 2,2′,3,4,4′,5,5′-Heptachlorbiphenyl	0,01–1,2	-
polychlorierte Biphenyle	Clophen A60	0,2–19	< 1

Siehe dazu Gesundheitsgefährung durch PCBs

Die Einleitung von Hormonen und Medikamentenrückständen beispielsweise aus Krankenhäusern, Pflegeheimen etc. stellt auch ein Problem dar, da sie sich im Boden anreichern und anschließend in die Nahrungskette gelangen können oder auch im behandelten Wasser verbleiben und so in den natürlichen Wasserkreislauf gelangen. Durch die Vielzahl der Stoffe sind Nachweis und Abbau schwierig.

Schlammbehandlung

Klärschlamm wird behandelt für den weiteren Entsorgungsweg, dabei können folgende Verfahrenstufen genutzt werden: Eindicken, Konditionieren, Hygienisieren, Entwässern und Trocknen. Welche Verfahren dabei angewendet werden und in welcher Reihenfolge dies erfolgt, kann unterschiedlich sein.

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 man dem Flüssigschlamm polymere Flockungsmittel, Eisen oder Kalkmilch zugibt. 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 erhöht, was zu 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.

Trocknung

Klärschlamm mit Trockenrissen

Durch die Trocknung wird das Gewicht und das Volumen des Schlamms weiter vermindert. Das im Schlamm gebundene Wasser wird mit Hilfe von Verdunstung bzw. Verdampfung reduziert. Vor allem beruhen die verschiedenen Trocknungsverfahren auf Kontakt-, Konvektions- oder Strahlungsvorgängen, um das gebundene Wasser zu lösen.^[3]

Solare Klärschlammtrocknung

Hierzu wird der in der Abwasserreinigung anfallende und vorentwässerte Klärschlamm mit Hilfe der Kraft der Sonne getrocknet. Der Schlamm wird großflächig in eine Trocknungshalle gebracht. Diese Halle gleicht einem Gewächshaus und hat eine transparente Gebäudeeindeckung aus Folie, Polycarbonat oder auch Glas. Die Erwärmung der Trocknungsluft in der Halle erfolgt durch direkte und diffuse Sonnenstrahlung; dadurch werden die Luft und der lagernde Klärschlamm erwärmt. Diese Erwärmung erhöht den Dampfdruck im Klärschlamm gegenüber der darüberstehenden Luft und verdunstet (siehe Verdunstung) das Wasser aus dem Klärschlamm. Ein eingebautes Lüftungssystem in der Halle (realisiert z.B. durch Lüftungsklappen, Ventilatoren) sorgt für einen kontrollierten Luftaustausch. Dadurch wird feuchte Luft aus der Trocknungshalle abgeführt bzw. ausgetauscht.

Der mögliche Trocknungsgrad des Schlammes ist ausschließlich von der Zeit abhängig. Er gibt an, wie viel Restfeuchte im Schlamm nach dem Trocknen vorhanden ist. Bei genügend langer Aufenthaltsdauer in der Halle erhält man im Sommer einen Trocknungsgrad von ca. 90 %. Im Winter verringert sich der spezifische Wasserentzug je m² Grundfläche; dadurch ist die Verdunstung (und damit auch der Trocknungsgrad des Schlamms) etwas geringer als im Sommer.

Mittels Trocknung wird ein Granulat erzeugt, welches als nachwachsender Sekundärbrennstoff ^[4] mit einem Heizwert von 8–11 MJ/kg TS^[5] (entspricht ca. 2-3 kWh/kg TS; Umrechnung: 1 MJ = 0,2778 kWh) in Kohlekraft- und Zementwerken eingesetzt wird oder als Dünger (Siehe Abschnitt Entsorgung) verwendet werden kann. Die größte solare Klärschlammtrocknungsanlage mit 7200 m² Trocknungsfläche wird zurzeit in Nicaragua nach dem Wendewolf-Verfahren^[6][7] betrieben.

Verwertung und Entsorgung

Landwirtschaftliche Verwertung

Die Verwertung von Klärschlamm aus kommunalen Kläranlagen als Dünger in der Landwirtschaft unterliegt 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.^[8] . Regional sind die Verwertungsraten sehr unterschiedlich, das Bundesland mit der höchsten Verwertungsrate ist Niedersachsen (2005 > 75 %).

Die zurzeit (20xx) noch zulässigen Schadstoffgehalte für landwirtschaftlich ausgebrachten Klärschlamm sind seit einiger Zeit in Diskussion. Eine Novellierung der deutschen Klärschlammverordnung ist vorgesehen. Eine Verschärfung der Schadstoff-Grenzwerte und die Aufnahme zusätzlicher Kriterien ist zu erwarten.

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 wurden auch geringe Mengen deponiert und exportiert, vorwiegend in Braunkohlekraftwerke in Deutschland.^[9] Gründe für das Verbot in der Schweiz sind der Quecksilbergehalt des Klärschlamms und der Gehalt an endokrin wirkenden Stoffen.

In den österreichischen Bundesländern Tirol und Salzburg ist die Ausbringung von Klärschlamm verboten, während sie im übrigen Österreich (Stand 20xx) eingeschränkt möglich ist.^[10]

Deponierung

Aufgrund des hohen Gehaltes an organischen Stoffen (etwa 50 %), was 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 Abfallablagerungsverordnung (AbfAblV) dürfen seit diesem Datum nur noch Abfälle mit höchstens 5 % organischer Trockenmasse deponiert werden.

Thermische Behandlung

Nicht als Dünger verwertete Klärschlämme werden in thermischen Verfahren (Verbrennung oder Vergasung) eingesetzt. Ob eine Verbrennung von Klärschlamm als Verwertung gilt, hängt von der Art des Verfahrens ab. Für die Verbrennung ist der Heizwert wichtig. Ein ausreichend hoher Heizwert ist durch vorherige Trocknung zu erzielen, die allerdings einen hohen Energiebedarf hat. Folgende thermischen Verfahren dienen der Klärschlammentsorgung:

• Mitverbrennung in mit Feststoffen befeuerten Kraftwerken (Kohlekraftwerk, Braunkohlekraftwerk)
• energetische und stoffliche 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)
• In der Schweiz wird eine Versuchsanlage zur Herstellung von Lefinoel betrieben.

Bei der thermischen Behandlung gehen die im Klärschlamm enthaltenen Pflanzennährstoffe dem natürlichen Stoffkreislauf großteils verloren. Bei Monoverfahren, bei denen ausschließlich Klärschlamm eingesetzt wird, ist der Phosphoranteil in der Asche so hoch, so dass eine Rückgewinnung des Phosphors in absehbarer Zeit durch die Ressourcenknappheit wirtschaftlich werden könnte. Bei Verfahren der Mitverbrennung ist eine Phosphorrückgewinnung wegen der Vermischung mit Aschen der anderen Brennstoffe problematisch.

Klärschlammvererdung

Ein weiterer Verwertungsweg für Klärschlamm kann mit der Klärschlammvererdung erreicht werden. Nach der 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 Garten- und Landschaftsbau und für Wasserhaushaltsschichten bei Deponierekultivierungen eignet, wobei Wertstoffe wieder in den Stoffkreislauf zurückgeführt, und nicht wie bei Verbrennung zerstört werden. Aspekte des Boden- und Grundwasserschutzes bleiben bei diesen Nutzungsarten zu beachten. Klärschlammerde kann wie andere entwässerte Schlämme auch verbrannt werden.

Gefahren für den Menschen

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.

In Deutschland darf Klärschlamm seit 1992 nicht auf Dauergrünland sowie Obst- und Gemüseanbauflächen ausgebracht werden, um die direkte Aufnahme des evtl. an Pflanzen anhaftenden Klärschlamms zu verhindern (§ 4 AbfKlärV). In der Schweiz wurde Anfang 2003 allgemein eine Ausbringung von Klärschlamm auf Weiden und auf Gemüseanbauflächen verboten.

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 Kontakt nicht zu vermeiden ist, ist geeignete persönliche Schutzausrüstung zu tragen. Schutzhandschuhe müssen gegen Mikroorganismen undurchlässig sein und sind gekennzeichnet (Symbol „Undurchlässig für Mikroorganismen“). Dieses Kennzeichen muss auf dem Schutzhandschuh aufgedruckt sein.
• Bei sehr verschmutzungsgefährdenden Arbeiten kann der Körper mit einem spritzwasserundurchlässigen Einweg-Overall geschützt werden.
• Bei Arbeiten, bei denen das eventuelle Entstehen von Aerosole durch technische Vorkehrungen nicht vermeidbar ist, sind zum Schutz vor Einatmen Atemschutzmasken der höchsten Filterstufe P3 zu tragen. Diese gibt es als Einmalmasken für Mund und Nase oder auch als partikelfiltrierende Halbmaske mit Filterwechselmöglichkeit.

Literatur

• 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. Nr. 48(10), 2001, S. 1430–1442. 
• Harro Bode: Klärschlammbehandlung und -entsorgung. Wie klar sind die Rahmenbedingungen für die Betreiber? In: KA-Wasserwirtschaft, Abwasser, Abfall. Nr. 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: KA-Wasserwirtschaft, Abwasser, Abfall. Nr. 52(5), 2005, ISSN 1616-430X, S. 586–594. 
• Reimar Leschber, Ulrich Loll: ATV-Handbuch. Klärschlamm. 4. Auflage. Band 4. Ernst & Sohn, Berlin 1996, ISBN 3-433-00909-0. 
• Wolfgang Bischof: Abwassertechnik. 10. neubearbeitete und erweiterte Auflage. Teubner, Stuttgart 1993, ISBN 3-519-05247-4. 
• Klaus Mudrack, Sabine Kunst: Biologie der Abwasserreinigung. 5. neubearbeitete und erweiterte Auflage. Spektrum, Heidelberg / Berlin 2003, ISBN 3-8274-1427-X. 

Weblinks

Wiktionary: Klärschlamm – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen

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

Einzelnachweise