Klärschlamm energetisch nutzen

Bericht des Magistrats vom 14.01.2013, B 28

Betreff: Klärschlamm energetisch nutzen Vorgang: Beschl. d. Stv.-V. vom 06.09.2012, § 2030 - NR 340/12 SPD - Die bei der Abwasserreinigung in den beiden Frankfurter Kläranlagen anfallenden Klärschlämme werden seit 1981 in der Schlammentwässerungs- und -verbrennungsanlage (SEVA) behandelt. Bei der Planung dieser Anlage hat man sich auf Basis von umfangreichen Studien, der damaligen Rahmenbedingungen und rechtlichen Vorgaben dafür entschieden, auf eine Klärschlammfaulung zu verzichten und den anfallenden Klärschlamm (Rohschlamm) unmittelbar zu entwässern und zu verbrennen. Die SEVA wurde im Laufe der letzten Jahrzehnte den veränderten gesetzlichen und technischen Anforderungen angepasst. Die Klärschlämme werden damit auch heute ordnungsgemäß verwertet. In dieser Klärschlammbehandlung wird die gesamte im Klärschlamm enthaltene Energie mit einer Kraft-Wärme-Kopplung unter den bestehenden Rahmenbedingungen bereits seit vielen Jahren bestmöglich genutzt. Für die Weiterentwicklung und die Zukunft der Klärschlammbehandlung wurde in den letzten Jahren Konzepte in mehreren Schritten entwickelt. Begonnen wurde mit einer Grundsatzstudie, um den Markt, dessen Entwicklung und die Gesetzeslage zu sondieren, um dann im Anschluss daran in einer Machbarkeitsstudie die Anwendungsmöglichkeiten auf Frankfurter Verhältnisse aufzuzeigen.

1. Grundsatzstudie In 2009 wurden erste Grundlagen für die zukünftige Konzeption der Klärschlammbehandlung für die Frankfurter Abwasserreinigungsanlagen erarbeitet. Da andere Großstädte ebenfalls langfristige Planungen mit einem Zeithorizont von 10 - 15 Jahren für ihre Klärschlammbehandlung betreiben, wurde von der SEF ein Gemeinschaftsprojekt mit 6 anderen Großstädten für eine Studie mit dem Thema "Stand der Technik bei der Klärschlammbehandlung" initiiert. Mit dieser Grundsatzstudie wurden die zu beachtenden rechtlichen, technischen, ökonomischen und ökologischen Randbedingungen zusammengefasst und anschließend verschiedene Möglichkeiten der Klärschlammbehandlung herausgearbeitet und vergleichend bewertet. Diese Studie erfolgte zunächst standortunabhängig, um für alle Beteiligten eine gemeinsame Basis für weitere individuelle Arbeiten zu haben. Die Studie wurde im Dezember 2009 fertig gestellt. Die Studie hatte zum Ergebnis, dass es unter Berücksichtigung der verfahrenstechnischen, ökonomischen und ökologischen Aspekte am günstigsten ist, wenn Klärschlammfaulung sowie Klärschlammtrocknung mit anschließender Monoverbrennung an einem gemeinsamen Standort realisiert werden. In diesem nun mehrstufigen Klärschlammbehandlungskonzept kann das Energiepotential des Klärschlamms mit einer hohen verfahrenstechnischen Verfügbarkeit und Betriebssicherheit und unter Nutzung der aktuell zur Verfügung stehenden Technologien optimiert genutzt werden. Dieses Gesamtkonzept ist zukunftsfähig und so flexibel, dass es auch an sich ändernde Rahmenbedingungen angepasst werden kann.
2. Machbarkeitsstudie für Frankfurt am Main Im nächsten Schritt war zu prüfen, wie diese allgemeinen Ergebnisse auf die örtlichen Verhältnisse in Frankfurt übertragen werden können. Dabei waren insbesondere die Integration unterschiedlicher Varianten in die Abwasserbehandlung der ARA Sindlingen am Standort der bisherigen SEVA und die dort vorhandenen verfügbaren Flächen für Baumaßnahmen zu untersuchen. Außerdem sollten Kosten ermittelt und ein Zeitplan erstellt werden. Anfang 2010 wurde hierzu eine Machbarkeitsstudie in Auftrag gegeben, die 2010 fertig gestellt wurde. Im Ergebnis ist auch für die hiesigen Gegebenheiten eine Kombination aus Klärschlammfaulung mit anschließender Klärschlammtrocknung und Monoverbrennung am günstigsten. Im Einzelnen sind folgende Anlagenteile vorgesehen: Eindickung der Klärschlämme, Faulung einschl. Faulgasnutzung mittels Blockheizkraftwerk, Entwässerung einschl. Prozesswasserbehandlung, Trocknung und Monoklärschlammverbrennung mit Energieerzeugung mittels Dampfturbine. Diese Konzeption bietet eine hohe Entsorgungssicherheit, energetische Vorteile durch die Kombination Faulgasnutzung und Dampfturbine sowie die gegenseitige Ergänzung der einzelnen Verfahrensstufen. Sie ist unter Umweltgesichtspunkten die insgesamt wirtschaftlichste Lösung. Die Variante bietet darüber hinaus eine hohe Flexibilität zur Anpassung an zukünftige veränderte Rahmenbedingungen. So ist z.B. die Möglichkeit der Rückgewinnung von Phosphor aus der Asche gegeben. Die Verfahrenskombination lässt sich am Standort der ARA Sindlingen realisieren und in die vorhandene Abwasserreinigungsanlage Sindlingen integrieren.
3. Weitere Vorgehensweise In einem ersten Schritt soll der Bereich der Klärschlammfaulung geplant und gebaut werden. Zeitversetzt während dieser Planung soll dann die Planung für den Neubau der Klärschlammverbrennung in einem zweiten Schritt folgen. Nach Fertigstellung der Klärschlammfaulung kann damit der Klärschlamm noch für eine Übergangszeit in der bestehenden SEVA verbrannt werden. Der ausgefaulte Klärschlamm ist weitgehend geruchsneutral und uneingeschränkt transportfähig. Daher bestehen für diesen Reststoff auf den Entsorgungsmärkten alternative Verwertungswege auch gegebenenfalls über andere Verbrennungsanlagen. Mit diesem stufenweisen Vorgehen entsteht ein Zeitpuffer für den genehmigungs- und verfahrenstechnisch besonders aufwändigen Neubau einer Verbrennungsanlage, so dass der Neubau von Klärschlammfaulung, Klärschlammtrocknung und -verbrennung schrittweise erfolgen kann. Bei zügiger Abwicklung wird mit einem Zeitbedarf von ca. zehn bis fünfzehn Jahren für Planungen, Genehmigungsverfahren, Bau und Inbetriebnahmen gerechnet. Die Investitions- und Folgekosten werden im Rahmen des Gebührenhaushalts der SEF gedeckt. Derzeit ist das Vergabeverfahren nach VOF mit einem öffentlichen Teilnahmewettbewerb für die Planung der Ingenieurleistungen für die Klärschlammfaulung in Bearbeitung. Die Betriebskommission der SEF ist seit 2010 bei den jeweiligen Schritten der neuen Konzeption beteiligt.
4. Fazit Seit 1981 werden die in den beiden Frankfurter Kläranlagen anfallenden Klärschlämme in der Schlammentwässerungs- und -verbrennungsanlage (SEVA) behandelt. Dabei wird in einer einstufigen Klärschlammbehandlung die gesamte im Klärschlamm enthaltene Energie mit einer Kraft-Wärme-Kopplung bestmöglich genutzt. In ihrem Grundbestand ist die SEVA jedoch inzwischen rund 30 Jahre alt, so dass sie mittelfristig ersetzt werden muss. In den aufeinander aufbauenden Studien unter Berücksichtigung der verfahrenstechnischen, ökonomischen und ökologischen Aspekte konnte ermittelt werden, dass in einer mehrstufigen Klärschlammbehandlung das Energiepotential des Klärschlamms optimiert genutzt werden kann. Eine Verfahrenskombination von - Klärschlammfaulung und - Klärschlammtrocknung mit anschließender Monoverbrennung an dem Standort ARA Sindlingen gewährleistet eine hohe verfahrenstechnische Verfügbarkeit und Betriebssicherheit sowie eine hohe Energie- und Kosteneffizienz. Die zur Verfügung stehenden Technologien nach dem Stand der Technik werden dabei bestmöglich genutzt, d.h. das Faulgas wird direkt in Energie umgewandelt und die bisherige Stromgewinnung durch eine Turbine wird optimiert, so dass die organischen Bestandteile des Schlammes optimal genutzt werden. Die Reststoffe können wiederverwertet werden. Die Geruchsverminderung ist ein positives Ergebnis der Faulung. Eine Einspeisung des gereinigten Faulgases in ein Erdgasnetz ist nicht vorgesehen, da die gewonnene Energie im Prozess vor Ort selbst verbraucht wird. Abschließend ist festzuhalten, dass mit der neuen Konzeption die Klärschlammbehandlung als wesentlicher Teil der geordneten Abwasserbehandlung für die Stadt Frankfurt und die angeschlossenen Nachbarstädte und -verbände auch zukünftig nach dem Stand der Technik gesichert wird. Eine bestmögliche Energieausnutzung sowie eine hohe Kosteneffizienz werden dabei mit berücksichtigt.