UltraSep

Innovatives Verfahren zur stofflichen und energetischen Verwertung von Klärschlamm

Projektdaten
AntragstellerAQUATTRO GmbH
PartnerFraunhofer UMSICHT, Wupperverbandsgesellschaft für integrale Wasserwirtschaft WiW
Beginn des Projektes09/2018
Abschluss des Projektes08/2021
FördermittelgeberBundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF)
Fördersumme530.000 Euro (Fördervolumen des Verbundprojektes)
Ziel des Projektes

Klärschlamm enthält viele wichtige Wertstoffe, die bislang nicht optimal verwertet werden. Ein neuartiges Behandlungsverfahren mittels Ultraschall soll es ermöglichen, den Klärschlamm soweit aufzuschließen, dass die darin befindlichen wertvollen Inhaltsstoffe besser voneinander getrennt und zugänglich gemacht werden. Diese zurückgewinnbaren Wertstoffe lassen sich dann im Sinne einer nachhaltigen, umweltschonenden und wirtschaftlichen Kreislaufführung wiederverwerten. Die Partner des Verbundprojekts testen und optimieren das Verfahren unter Realbedingungen auf einer Kläranlage des Wupperverbands.

Separation des Klärschlamms in Faser-, Gel- und Flüssigkeitsfraktion
Separation des Klärschlamms in Faser-, Gel- und Flüssigkeitsfraktion
Arbeitsprogramm

Die Problematik der Klärschlammverwertung

Klärschlamm ist ein Vielstoffgemisch, das sich hauptsächlich aus Wasser, organischen Substanzen, Stickstoff- und Phosphorverbindungen zusammensetzt. Alleine in Deutschland belief sich das Aufkommen in industriellen und kommunalen Kläranlagen im Jahr 2015 auf gut 1,8 Mio. t. Bislang werden die Klärschlämme vor allem landwirtschaftlich verwertet oder verbrannt. Die 2017 geänderte Klärschlammverordnung richtet die Klärschlammverwertung neu aus und verlangt, dass aus den Schlämmen mittelfristig Phosphor zurückgewonnen werden muss.

Das Verbundprojekt setzt an dieser Herausforderung an und hat zum Ziel, die im Klärschlamm enthaltenen Wertstoffe, insbesondere Phosphor, durch das Behandlungsverfahren so zugänglich zu machen, dass sie im Anschluss in weiteren Schritten zurückgewonnen und wiederverwertet werden können. Am Ende der Verfahrenskette ergeben sich eine cellulosereiche Faserfraktion, eine nährstoffreiche Gelphase sowie eine leichtvergärbare Flüssigkeitsphase. Das Abfallprodukt Klärschlamm wird somit zu einem Ausgangsstoff, aus dem sich viele verwertbare Stoffströme ergeben.

Das Behandlungsverfahren mittels Ultraschall

Im Mittelpunkt des Verfahrens steht eine neuartige und patentierte sogenannte Ultraschall-Kavitations-Einheit. Ein spezieller Ultraschallgeber bewirkt, dass durch den ständigen Druckwechsel im Klärschlamm unzählige, winzige Blasen entstehen – ein Effekt, der auch als Kavitation bezeichnet wird.

Die Mikrobläschen wachsen binnen Sekundenbruchteilen auf ein Vielfaches ihrer ursprünglichen Größe an und implodieren daraufhin. Dies ruft verschiedene physikalische und chemische Effekte hervor, die die Strukturen des Klärschlamms auseinanderreißen.
Sowohl der extrem hohe Leistungseintrag der neuen Ultraschalltechnik als auch die einzustellenden Prozessparameter wie Temperatur und pH-Wert spielen dabei eine entscheidende Rolle.

Durch den effektiven Aufschluss des Klärschlamms lassen sich in Folgeschritten die voneinander getrennten Stoffströme weiter aufbereiten. Die Faserfraktion lässt sich energetisch wie auch stofflich weiterverwerten, während die nährstoffreiche Gelphase als Zusatzstoff beispielsweise für Düngemittel eingesetzt werden kann. Die abgetrennte Flüssigkeitsphase mit ihrem hohen Anteil an gelöster Organik kann zum einen im Vergleich zu unbehandeltem Rohschlamm deutlich einfacher zur Gewinnung von Biogas gefault werden. Zum anderen lassen sich die enthaltenen Phosphor- und Stickstoffverbindungen beispielsweise durch Magnesiumammoniumphosphat-Fällung (MAP) abscheiden und somit recyceln.

Optimierung unter Realbedingungen

Das neue Verfahren wird im Rahmen einer Pilotanlage auf einer kommunalen Kläranlage des Wupperverbands getestet und verbessert. Dabei gilt es, die Prozessparameter in ihren Wechselwirkungen zu untersuchen, um daraus Optimierungsmöglichkeiten abzuleiten und das Behandlungsverfahren schrittweise in den Dauerbetrieb zu überführen. Gleichzeitig werden ebenfalls Verwertungskonzepte für die entstehenden Stoffströme erarbeitet.

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