Energiesparende Schlammtrocknung Klärschlammtrocknung am laufenden Band: Kondensationstrocknung spart Energie und Geld

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Für die ab 2029 vorgeschriebene Gewinnung von Phosphor aus dem Klärschlamm, muss dieser getrocknet werden. Doch die Trocknung verbraucht viel Energie – zu viel. Die Kondensationstrocknung hilft kommunalen Kläranlagenbetreibern Energie und Kosten zu sparen. Wie’s geht, zeigt das Pilotprojekt eines Abwasserverbandes in Österreich .

Immer mehr Länderregierungen geben klare Vorgaben zur Trocknung oder Verbrennung von Klärschlamm ab. Die thermische Verwertung soll die Ausbringung von Klärschlamm ablösen. So sieht in Österreich der Bundes-Abfallwirtschaftsplan 2017 unter anderem vor, dass bis 2030 bis zu 85 Prozent des Klärschlamms einer Phosphorrückgewinnung zuzuführen ist. Für die Herstellung von beispielsweise phosphorhaltigem Dünger aus Klärschlammaschen ist eine Verbrennung bzw. Trocknung Voraussetzung.

Mit diesem Gesamtplan soll zum einen vermieden werden, dass Mikroplastik und Schwermetall weiterhin in den Boden gelangen. Zum anderen kann der Phosphor als wertvoller Dünger verwendet werden. Ein österreichischer Abwasserverband hat sich diesem Thema frühzeitig gestellt und hat heute eine energiesparende Kondensationstrocknung samt ausgeklügelter Fördertechnik erfolgreich im Dauerbetrieb.

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Zunächst einmal wurde eine Varianten- und Wirtschaftlichkeitsuntersuchung durchgeführt. Das damit beauftragte Ingenieurbüro verglich hierbei unter anderem mehrere Trocknungsverfahren miteinander. Voraussetzung für die Trocknung ist grundsätzlich, dass der Schlamm mechanisch vorentwässert wird. Danach liegt der Wassergehalt bei 25 bis 30 Prozent. Ziel bei diesem Projekt war, den Schlamm einer Volltrocknung, d. h. auf > 90 Prozent Trockensubstanz zu unterziehen.

Energie und Kosten im Blick

Als Ergebnis der Recherche wurde eine Hochtemperaturtrocknung nicht weiter in Betracht gezogen. Auch von Systemen, bei denen Prozessluft nach außen abgeführt wird und deshalb eine Abluftbehandlung erforderlich wäre, wurde abgesehen. Das Entstehen von gefährlichen Staub-Luft-Gemischen war ebenso ein Ausschlusskriterium. Der Blick richtete sich hier somit bereits auf die energiesparende Kondensationstrocknung mit Wärmepumpe. Diese Technologie erzielte den besten Energiewert in diesem speziellen hohen TS-Segment – auch weil der Abwasserverband Eigenstrom produziert.

Beim Thema Kosten wurde bei der Untersuchung auch nochmals deutlich, dass eine Trocknung grundsätzlich wirtschaftlich notwendig und sinnvoll ist. Die Entsorgungskosten stiegen allein im Projektzeitraum um 20 Prozent an. Und die Betreiber rechnen mit weiteren Preissteigerungen in den nächsten Jahren. Im Vergleich der Investitionskosten schnitt die Kondensationstrocknung ebenso gut ab, da diese verhältnismäßig gering und damit auch für kleinere Kläranlagen interessant sind. Auch zukünftiger Aufwand für Wartung wurde als gering eingestuft. Durch die Trocknung würden sich auch die Transportkosten zum Entsorger aufgrund der geringeren Menge Schlamm deutlich verringern, was sich auch positiv auf die Senkung der CO₂-Emissionen auswirkt.

Dossier Prozesswärme

Sind Sie bereit für die Wärmewende?

Neben all diesen Aspekten kamen natürlich noch andere wichtige Faktoren wie Technik, Wirtschaftlichkeit, Emissionen und Logistik hinzu. Auch Brand- und Explosionsschutz waren wichtige Themen. Ebenso die Belange der Behörden, die teils wenig Erfahrung in diesem Bereich haben, spielten eine Rolle. Sie alle sollten gut aufeinander abgestimmt werden. Am Ende fiel die Entscheidung in Sachen Trocknung auf die Wärmepumpen-basierende Kondensationstrocknung, die bei niedrigem Energiebedarf hohe Leistungen erbringt und auch sonst noch einige Vorteile mit sich bringt.

Hohe Auslastung im Wintersportgebiet

Der Abwasserverband betreibt eine Kläranlage, die die Abwässer von mehreren Gemeinden mit insgesamt 25.000 Einwohnern reinigt. Die Ortschaften liegen in einem touristisch stark erschlossenen Gebiet, das in der kalten Jahreszeit eine hohe Auslastung an Wintersportgästen erfährt. In dieser Zeit steigt die Personenanzahl auf fast das Doppelte an – und somit auch das Abwasser. Diese Gegebenheit war für die Planung und Auslegung der Gesamtanlage von großer Bedeutung.

Nach der Bewilligung durch die Landesregierung beauftragte der Abwasserverband zunächst einmal einen erfahrenen Generalunternehmer mit der Gesamtplanung dieses Großprojektes. Dieser wiederum holte sich zwei Technologiepartner ins Boot, die für die Fördertechnik und Trocknungstechnik verantwortlich waren. Den Part der Trocknung übernahm Harter aus Stiefenhofen im Allgäu.

Gemeinsam realisierten sie eine energiesparende Klärschlamm-Bandtrocknung mit ausgeklügelter Fördertechnik. Dem Trocknungstechnikspezialist gelingt mit diesem Großprojekt nach über 30 Jahren Schlammtrocknung im industriellen Sektor nun auch endlich der Schritt in den kommunalen Bereich.

In der Praxis sieht die Lösung heute folgendermaßen aus. Der ausgefaulte Schlamm wird auf der Kläranlage zunächst mechanisch entwässert und nach Zwischenlagerung in einen Nasschlamm-Bunker portionsweise auf den gewünschten TS-Gehalt getrocknet und anschließend auf die Deponie oder in die Verbrennung gebracht.

Kontinuierlich und schnell trocknen

Das Trocknungssystem ist ein Bandtrockner mit zwei horizontal angeordneten Bändern und fünf Modulen. Die gesamte Anlage ist 11,3 m lang, 3,2 m hoch und 2,4 m breit. Der Schlamm gelangt über einen Trichter auf das obere Band und durchläuft alle Module. Am Ende wird das Band umgelenkt. Der Schlamm fällt auf das untere Band und durchläuft abermals die gesamte Länge des Trockners. Die Bandgeschwindigkeit ist einstellbar.

Insgesamt drei Sensoren überwachen die Schütthöhe auf beiden Bändern. Die fünf Module sind direkt miteinander verbunden und bilden so ein kompaktes System. Jedes Modul verfügt über ein eigenes Umluftsystem. Die eigens für Harter konzipierten Umluftventilatoren erzeugen eine Luftgeschwindigkeit von maximal 37.500 m³/h.

Schlammtrocknen ohne Staub

Statt Anlage von der Stange: Maßanzug für die Schlammtrocknung

Die in jedem Modul integrierte Wärmepumpeneinheit stellt die erforderliche Prozessluft bereit und ist auch für den Kondensationsprozess verantwortlich. Der Bandtrockner ist für eine anfallende Menge Schlamm von 2.200 Tonnen Schlamm pro Jahr ausgelegt. Da es sich um ein modulares System handelt, ist der Trockner jederzeit erweiterbar. Die Steuerung des gesamten Bandtrocknungssystems erfolgt durch ein HMI-Bedien-Panel am Schaltschrank der Anlage. Die Anschlussleistung der gesamten Anlage beträgt 120 kW.

Die Kondensationstrocknung mit Wärmepumpe ist ein hocheffizientes Niedertemperaturverfahren, das in Temperaturbereichen von 20 bis 90 °C energiesparend trocknet. Im Fall hier läuft die Trocknung bei 40 °C ab. Die Trocknungszeit ist steuerbar und beläuft sich standardmäßig auf zwei Stunden. Der TS-Gehalt des Schlammes liegt vor der Trocknung bei 18 bis 26 Prozent und am Ende bei ca. 90 Prozent. Die Wasserentzugsleistung liegt bei max. 7,5 Tonnen pro Tag. Sie entspricht somit den Vorgaben von sechs bis acht Tonnen pro Tag.

Die für die Trocknung benötigte Prozessluft ist extrem trocken und damit ungesättigt. Das bedeutet, dass sie – physikalisch bedingt – die Feuchte des Schlammes gut und schnell aufnimmt. Anschließend wird die Luft gekühlt, das Wasser kondensiert aus und wird dem Zulauf zur Kläranlage zugeführt. Die Trocknungsanlage ist ein energetisch und lufttechnisch geschlossenes System. Deshalb ist keine Abluftbehandlung erforderlich. Der geschlossene Kreislauf macht diese Art der Trocknung auch unabhängig von jahreszeitlichen oder klimatischen Schwankungen und bietet somit eine hohe Prozesssicherheit.

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