THERMISCHE VERWERTUNG VON KLÄRSCHLAMM
- EINLEITUNG:
Der in Kläranlagen anfallende Schlamm besteht im Wesentlichen aus festen Partikeln, die durch die Vorbehandlung und die Wasseraufbereitungsverfahren (Abbau und Abtrennung von Wasserschadstoffen) nicht zurückgehalten werden. Dieser Schlamm besteht aus nicht abgebauten organischen Stoffen, mineralischen Stoffen, Mikroorganismen und Wasser (ca. 99%).
In Frankreich beträgt die Menge an anfallendem Klärschlamm etwa 1,5 Millionen Tonnen Trockenmasse (TR). Wir unterscheiden:
- Primärschlamm, der aus der primären Abwasserbehandlung durch Absetzen stammt,
- Bioschlamm, überschüssige Biomasse aus der sekundären biologischen Behandlung. Er wird auch als Sekundärschlamm oder Belebtschlamm bezeichnet.
- Mischschlamm, eine Mischung aus Primärschlamm und biologischem Schlamm. Sie stammen aus der gesamten Anlage.
- Physikalisch-chemischer Schlamm, der aus dem Absetzen nach der Behandlung mit einem Reagenz stammt.
Alle diese Schlämme bestehen aus einer Mischung von organischen und mineralischen Stoffen aus häuslichem und industriellem Abwasser. Ihre Zusammensetzung hängt von der Art der Abwasserbehandlung ab. Alle Schlämme enthalten Stickstoff, Phosphor und organische Stoffe. Sie können unerwünschte Stoffe enthalten wie:
- Metallische Spurenelemente. Die sieben am häufigsten gefundenen Metalle sind: Cadmium (Cd), Chrom (Cr), Kupfer (Cu), Quecksilber (Hg), Nickel (Ni), Blei (Pb) und Zink (Zn). Einige dieser Elemente nehmen in geringen Konzentrationen einen wesentlichen Platz im Körper ein (Spurennährstoffe), werden aber ab einer bestimmten Konzentration in der Regel giftig.
- Organische Mikroverunreinigungen: Die am häufigsten in Betracht gezogenen Substanzen sind PAK (Polyzyklische Aromatische Kohlenwasserstoffe) und OCT (Organische Spurenstoffe). Zu den in Schlämmen vorkommenden OCT gehören PCB (Polychlorierte Biphenyle) (Summe der 7 PCBs), Fluoranthen, Benzo(b)fluoranthen und Benzo(a)pyren, die im Erlass vom 8. Januar 1998 aufgeführt sind, der eine Analyse vor der Ausbringung vorschreibt. Schlamm kann auch Pestizide, Phthalate, Nitrate, … enthalten.
- Pathogene Mikroorganismen: Viren, Bakterien, Protozoen, parasitäre Würmer und Pilze. Sie kommen in Fäkalien vor, die in Abwassersysteme eingeleitet werden, und sind im Rohschlamm zu finden.
- Stoffe zu therapeutischen Zwecken, einschließlich Hormone und insbesondere empfängnisverhütende Stoffe, Rückstände von Krebsbehandlungen …
Die Konzentration von kommunalem Schlamm kann je nach verwendetem Aufbereitungsverfahren variieren, ist aber in der Regel recht hoch. Schlamm kann zwischen 1% und 5% Trockensubstanz enthalten, was bedeutet, dass der Rest aus Wasser besteht.
- KLÄRSCHLAMMBEHANDLUNG:
Am Ausgang der Wasseraufbereitungsanlagen enthält der Schlamm etwa 95-99% Wasser. Dieses liegt normalerweise in zwei Formen vor:
- Freies Wasser: schwach absorbiert, kann durch mechanische Dehydrierung entfernt werden,
- Verbundenes Wasser: mit Bakterien oder anderen Partikeln angeheftet.
Die Klärschlammbehandlung besteht also zunächst darin, ihren Wassergehalt zu verringern und ihre Schadstoff- und Gärungsbelastung wirksam zu reduzieren. Es geht darum, den Schlamm auf eine endgültige Verwertung oder Entsorgung vorzubereiten. Es gibt mehrere Techniken, die sich gegenseitig ergänzen können: Eindickung, Entwässerung, Stabilisierung (oft in Verbindung mit einer Hygienisierung) und Trocknung.
Die Eindickung ist in der Regel die erste Stufe der Schlammbehandlung. Es ist ein einfaches Verfahren, das wenig Energie verbraucht. Es dient hauptsächlich dazu, das Volumen des Rohschlamms zu reduzieren und ist eine Vorstufe zu den nachfolgenden Behandlungen. Der erzielte Trockenheitsgrad kann bis zu 10% TS betragen.
Zur Eindickung von Schlamm werden verschiedene Methoden verwendet:
- Eindickung durch Schwerkraft : die Dekantierung oder Sedimentation,
- Eindickung durch Flotation,
- Eindickung durch Zentrifugieren,
- Eindickung durch Entwässerungssysteme (Gitter und Abtropftisch).
Die Entwässerung ist der zweite Schritt zur Reduzierung des Schlammvolumens auf eingedickten Schlamm, um einen höheren Trockenheitsgrad des Schlamms zu erreichen (im Durchschnitt zwischen 20 und 35 %, je nach Art des Schlamms), der die Lagerkapazität verbessert und die Transportkosten senkt. Es gibt verschiedene Techniken der mechanischen Entwässerung:
- Pressefilter
- Plattenfilter
- Plattenfilter Membranen
- Bandfilter
- Schneckenpresse
- Zentrifuge
Die Trocknung ist ein einheitlicher Vorgang bei der Schlammbehandlung, bei dem freies und gebundenes Wasser verdampft wird. Es sind verschiedene Trocknungstechniken denkbar:
- Trockenbett
- Solartrocknung
- Sandbett
- Trocknungslagune
- Makrophyten bepflanztes Bett
- Thermische Trocknung
Die Stabilisierung besteht darin, die biologische Abbauaktivität des Schlamms und insbesondere seine Gärung so weit wie möglich zu reduzieren. Sie reduziert die Geruchsbelästigung, die Methanemissionen, das Risiko der Auslaugung, die Bakterienpopulationen und den biologischen Sauerstoffbedarf (BSB5) stark.
Die Hygienisierung hingegen soll das Vorhandensein von Krankheitserregern im Schlamm reduzieren, um eine mögliche Kontamination im Falle einer Verwendung zur Aufwertung eines Ökosystems (z. B. Ausbringung oder Wiederbegrünung) zu verhindern. Diese beiden Schritte können auf biologische, chemische oder physikalische Weise gewährleistet werden.
Bei der Abwasserbehandlung wird daher eine beträchtliche Menge an Klärschlamm produziert, die von Jahr zu Jahr zunimmt, was unter anderem auf das Bevölkerungswachstum, den übermäßigen Konsum und immer komplexere Produkte zurückzuführen ist. Die Schlammentsorgung stellt ein echtes Problem bei der Verwaltung von Kläranlagen dar. Zahlreiche Lösungen existieren für die Verwendung dieses Schlamms. Wir präsentieren hier die thermische Klärschlammverbrennung, die von FMI Process vermarktet wird. Diese Lösung hat den Vorteil, dass sie die Übertragung von Schadstoffen in die Umwelt verhindert.
3 – KLÄRSCHLAMMENTSORGUNGSLÖSUNGEN: VERBRENNUNG IM WIRBELSCHICHTOFEN
FMI Process bietet mit einer Palette von Wirbelschichtöfen eine Lösung für die Behandlung an. Das Verfahren der thermischen Oxidation und einer trockenen Gasbehandlung sind wirksame Mittel zur Beseitigung von Krankheitserregern (Bakterien, Viren, Parasiten, Schimmelpilzen, …) und zahlreichen Schadstoffen (Schwermetalle, persistente organische Schadstoffe (POP), PCB, PAK, PFAS, Mikroplastik), die im Schlamm enthalten sind. Diese Verfahren ermöglichen eine Reduzierung von 90% und sie gleichzeitig inert zu machen.
UNSERE LÖSUNGEN SIND TEIL DER ENERGIEEINSPARUNG
Früher galten sie als Fabriken mit hohem Energieverbrauch. Unsere Lösungen entwickeln sich weiter, um ihre CO2-Bilanz zu senken und ihre energetischen Auswirkungen zu verringern.
So ermöglichen es unsere Lösungen allein oder in Verbindung mit Technologien wie der Methanisierung, die bei der Verbrennung von Schlamm freigesetzte Energie zurückzugewinnen und sie um/für:
- Die Digerier Apparaten mit Energie aus der Verbrennung von Digestaten zu heizen
- Das Biogas aus diesem Schlamm zur eigenen Verbrennung zu verwenden
- Eines Teils des Schlamms trocknen, um eine Selbstverbrennung im Ofen zu erreichen und den Einsatz von Erd-/Biogas erheblich zu reduzieren
- Einspeisung in Fern- oder Nahwärmenetze
- Stromerzeugung
Unsere Lösungen eignen sich hervorragend für Methanisierungsprojekte, bei denen die Komplementarität der beiden Technologien die energetischen und wirtschaftlichen Gewinne katalysiert.
Die unvermeidbare Energiemenge, die bei unseren Prozessen ins Spiel kommt, wird zurückgewonnen und kann verwertet werden.
Als Beispiele:
- Die Anlage in der Stadt St. Etienne ist mit einem Wärmenetz ausgestattet, das Wärmetauscher mit einer Gesamtleistung von 2000 kW versorgt und den eigenen Heizbedarf der Kläranlage deckt. Im Vergleich zu Gas vermeidet diese Verwertung bis zu 500 Tonnen* CO2-Ausstoß pro Jahr.
- Die Anlage der Stadt St Chamond, die mit einem 400 kW starken Wärmetauscher ausgestattet ist, speist ein Wärmenetz für den Heizbedarf einer Schule, des akademischen Inspektorats und von Wohnungen. Im Vergleich zu Gas vermeidet diese Investition den Ausstoß von mehr als 100 Tonnen* CO2 pro Jahr.
- Die Anlage der Agglomerationsgemeinschaft von Aurillac besitzt ein Wärmenetz, das den Bedarf des städtischen Schwimmbads deckt.
- Der Abwasserverband der Region Thonon – Evian nutzt ein Wärmenetz, das durch unseren Prozess gespeist wird, dieser sorgt für die Beheizung der Räumlichkeiten seiner Kläranlage.
4 – VERWERTUNG VON NEBENPRODUKTEN:
Die Nebenprodukte der Schlammverbrennung stellen ein wertvolles und mineralreiches Potenzial dar. Ihre ordnungsgemäße Bewirtschaftung ist entscheidend, um die Umweltauswirkungen zu minimieren und gleichzeitig ihr Verwertungspotenzial auszuschöpfen.
Ihre Zusammensetzung hängt von mehreren Faktoren ab, u. a. von der Zusammensetzung des Schlamms, den Verbrennungsbedingungen und der eingesetzten Technologie. Die Hauptbestandteile von Asche sind mineralische Stoffe wie Siliziumdioxid, Aluminiumoxid, Phosphor und Kalk.
Diese Nebenprodukte der Schlammverbrennung können auch als Baumaterial im Tiefbau verwendet werden, indem sie mit geeigneten Bindemitteln vermischt und dann zu Baumaterialien wie Ziegelsteinen, Betonblöcken und Asphalt verarbeitet werden. Sie werden auch in Zementwerken verwendet, um herkömmliche Produkte zu ersetzen, die bei der Herstellung von Beton verwendet werden.
Aufgrund ihres Mineralgehalts kann Asche für die Landwirtschaft genutzt werden, um Phosphor zurückzugewinnen, der in den kommenden Jahrzehnten weltweit knapp werden wird, oder direkt als Dünger (Phosphatdünger und Kalziumzusatz) ausgebracht werden, wie in einigen Ländern (Kanada, Deutschland, … ).
