ATV-DVWK- R E G E L W E R K

Merkblatt ATV-DVWK-M 379

Klärschlammtrocknung

Februar 2004 ISBN 3-924063-36-2

Herausgeber/Vertrieb: ATV-DVWK Deutsche Vereinigung für Wasserwirtschaft, Abwasser und Abfall e. V. Theodor-Heuss-Allee 17 D-53773 Hennef Tel. 0 22 42 / 8 72-120 Fax: 0 22 42 / 8 72-100 E-Mail: vertrieb@atv.de Internet: www.atv-dvwk.de

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2 Februar 2004

Die Deutsche Vereinigung für Wasserwirtschaft, Abwasser und Abfall e. V., ATV-DVWK, ist in Deutschland Sprecher für alle übergreifenden Wasserfragen und setzt sich intensiv für die Entwicklung einer sicheren und nachhaltigen Wasserwirtschaft ein. Als politisch und wirtschaftlich unabhängige Organisation arbeitet sie fachlich auf den Gebieten Wasserwirtschaft, Abwasser, Abfall und Bodenschutz.

In Europa ist die ATV-DVWK die mitgliederstärkste Vereinigung auf diesem Gebiet und nimmt durch ihre fachliche Kompetenz bezüglich Normung, beruflicher Bildung und Information der Öffentlichkeit eine be-sondere Stellung ein. Die rund 16.000 Mitglieder repräsentieren die Fachleute und Führungskräfte aus Kommunen, Hochschulen, Ingenieurbüros, Behörden und Unternehmen.

Der Schwerpunkt ihrer Tätigkeiten liegt auf der Erarbeitung und Aktualisierung eines einheitlichen techni-schen Regelwerkes sowie der Mitarbeit bei der Aufstellung fachspezifischer Normen auf nationaler und in-ternationaler Ebene. Hierzu gehören nicht nur die technisch-wissenschaftlichen Themen, sondern auch die wirtschaftlichen und rechtlichen Belange des Umwelt- und Gewässerschutzes.

Impressum

Herausgeber/Vertrieb: Satz und Druck:

ATV-DVWK Deutsche Vereinigung für DCM, Meckenheim Wasserwirtschaft, Abwasser und Abfall e. V. Theodor-Heuss-Allee 17 53773 Hennef Tel.: 0 22 42 / 8 72-120 ISBN: Fax: 0 22 42 / 8 72-100 3-924063-36-2 E-Mail: vertrieb@atv.de Internet: www.atv-dvwk.de Gedruckt auf 100 % Recyclingpapier

© ATV-DVWK Deutsche Vereinigung für Wasserwirtschaft, Abwasser und Abfall e. V., Hennef 2004

Alle Rechte, insbesondere die der Übersetzung in andere Sprachen, vorbehalten. Kein Teil dieses Merkblattes darf ohne schrift-liche Genehmigung des Verlages in irgendeiner Form – durch Fotokopie, Mikrofilm oder irgendein anderes Verfahren – reproduziert oder in eine von Maschinen, insbesondere von Datenverarbeitungsmaschinen, verwendbare Sprache übertragen werden.

Die wissenschaftliche Richtigkeit der Texte, Abbildungen und Tabellen unterliegt nicht der Verantwortung des Herausgebers.

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Vorwort

Trocknungsanlagen werden im industriellen Bereich seit vielen Jahrzehnten mit unterschiedlichen Verfah-renstechniken betrieben. Seit den 70er Jahren sind auf kommunalen Kläranlagen vereinzelt Trocknungsan-lagen zu finden. Ihre Zahl hat in den 80er Jahren deutlich zugenommen, wobei gleichzeitig das Gesamtsys-tem der Trocknung verfahrenstechnisch umfassender wurde und insbesondere auch sicherheitstechnische Aspekte zunehmend berücksichtigt wurden.

Auf kommunalen Kläranlagen sind Klärschlammtrocknungsanlagen als Verfahrensbaustein der Schlammbe-handlung häufig Verbrennungsanlagen vorgeschaltet. Klärschlammtrocknungsanlagen sind auch als eigenstän-diges Trocknungssystem vor einer externen Verbrennungsanlage (z. B. Kraftwerk, Müllverbrennungsanlage) einsetzbar. Mit dem Verfahren der Klärschlammtrocknung wird die Vielfalt der Entsorgungsmöglichkeiten erweitert und auch die Wirtschaftlichkeit langer Transportwege zu geeigneten Entsorgungsanlagen wird kalkulierbarer. Letztendlich verspricht das Verfahren der Klärschlammtrocknung eine Steigerung der Ent-sorgungssicherheit.

Bereits in den Ausgaben 10/97 und 09/99 wurde in der KA - Korrespondenz Abwasser ein Arbeitsbericht zur Trocknung kommunaler Klärschlämme in zwei Teilen veröffentlicht. Teil 1 befasste sich mit den theore-tischen Grundlagen der Klärschlammtrocknung sowie den sich in Deutschland im Einsatz befindlichen Trocknungsverfahren. Teil 2 behandelte die Auswertung der Daten einer Befragung von rd. 30 Betreibern von Trocknungsanlagen. Dabei wurden neben den theoretischen Bemessungsdaten und den praktischen Betriebsergebnissen auch Erkenntnisse über Schwachstellen der Anlagen angesprochen.

Verfasser

Dieses Merkblatt ist von der ATV-DVWK-Arbeitsgruppe AK-3.1 „Klärschlamm-Trocknungsanlagen“ im ATV-DVWK-Fachausschuss AK-3 „Energetische Verwertung und thermische Behandlung von Klärschlamm“ be-arbeitet worden.

Der ATV-DVWK-Arbeitsgruppe AK-3.1 „Klärschlamm-Trocknungsanlagen“ gehören folgende Mitglieder an:

Dipl.-Ing. Gerhard Bäckler, Viersen Dipl.-Ing. Harald Hanßen, Hamburg Dr.-Ing. Mark Husmann, Essen Prof. Dipl.-Ing. Armin Melsa, Viersen (Sprecher) Dipl.-Ing. Michael Wessel, Essen Prof. Dr.-Ing. Hartmut Witte, Sankt Augustin

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4 Februar 2004

Inhalt

Vorwort................................................................................................................................................................ 3

Verfasser............................................................................................................................................................. 3

Verzeichnis der Abbildungen .......................................................................................................................... 5

Verzeichnis der Tabellen .................................................................................................................................. 5

Benutzerhinweis ................................................................................................................................................ 6

1 Anwendungsbereich......................................................................................................................... 6

2 Begriffe ............................................................................................................................................... 6

3 Grundlagen der Klärschlammtrocknung....................................................................................... 7 3.1 Wasserbindung ........................................................................................................................ 7 3.2 Teil-/Volltrocknung ................................................................................................................... 9 3.3 Rückführverhältnis bei der Volltrocknung mit Rückmischung .................................................. 9 3.4 Wärme- und Stoffübertragung.................................................................................................. 10 3.4.1 Konvektionstrocknung.............................................................................................................. 10 3.4.2 Kontakttrocknung ..................................................................................................................... 11 3.4.3 Strahlungstrocknung ................................................................................................................ 11 3.4.4 Wärmeträger ............................................................................................................................ 12 3.5 Trocknungsverlauf ................................................................................................................... 12 3.6 Sicherheitstechnische Aspekte ................................................................................................ 14 3.6.1 Vorbeugender Explosions- und Brandschutz........................................................................... 16 3.6.2 Konstruktiver Brand- und Explosionsschutz............................................................................. 16

4 Trocknungsverfahren ....................................................................................................................... 17 4.1 Kontakttrockner........................................................................................................................ 17 4.1.1 Scheibentrockner ..................................................................................................................... 17 4.1.2 Dünnschichttrockner ................................................................................................................ 18 4.1.3 Kombination Dünnschicht- und Scheibentrockner ................................................................... 19 4.1.4 Rohrbündel-Drehrohrtrockner .................................................................................................. 19 4.2 Konvektionstrockner................................................................................................................. 20 4.2.1 Trommeltrockner ...................................................................................................................... 20 4.2.2 Wirbelschichttrockner............................................................................................................... 21 4.2.3 CENTRIDRY-Verfahren ........................................................................................................... 22 4.2.4 Bandtrockner............................................................................................................................ 23 4.2.5 Kaltlufttrockner ......................................................................................................................... 24 4.3 Strahlungstrockner ................................................................................................................... 24 4.3.1 Solar-/Ventilationstrockner ....................................................................................................... 24 4.4 Gegenüberstellung der Trocknungsverfahren.......................................................................... 25

5 Energieeinsatz und Wärmerückgewinnung .................................................................................. 25 5.1 Bedarf an thermischer Energie ................................................................................................ 26 5.2 Bedarf an elektrischer Energie................................................................................................. 26 5.3 Möglichkeiten der Energierückgewinnung ............................................................................... 26

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6 Rückbelastung der Kläranlage ........................................................................................................ 28 6.1 Rückbelastung der Kläranlage durch die Brüdenkondensate .................................................. 28 6.2 Rückbelastung durch die Abluft aus der Brüdenbehandlung ................................................... 29

7 Entsorgungswege und Erfordernisse der Produktqualität ......................................................... 29

8 Genehmigungsanforderungen........................................................................................................ 32

Literaturhinweise ............................................................................................................................................... 33

Verzeichnis der Abbildungen

Abbildung 1: Wasserbindung an eine Schlammflocke.......................................................................... 7 Abbildung 2: Sorptionsisothermen für Klärschlamm............................................................................. 8 Abbildung 3: Bindungsenthalpie von Wasser an Klärschlamm in Abhängigkeit von der

Gleichgewichtsbeladung.................................................................................................. 9 Abbildung 4: Rückführverhältnis n bei der Volltrocknung von Klärschlamm mit Rückmischung........... 10 Abbildung 5: Arbeitsbereiche zur Klärschlammtrocknung eingesetzter Trocknertypen ........................ 11 Abbildung 6: Wärme- und Stoffübertragung bei der Klärschlammtrocknung........................................ 11 Abbildung 7: Trocknungsverlauf – Konvektionstrocknung .................................................................... 13 Abbildung 8: Trocknungsverlauf bei der Klärschlammtrocknung.......................................................... 13 Abbildung 9: Trocknungsverlauf – Kontakttrocknung ........................................................................... 14 Abbildung 10: Selbstentzündungstemperatur zylindrischer Klärschlammstaubschüttungen .................. 15 Abbildung 11: Prinzipielles Verfahrensfließbild einer Scheibentrocknungsanlage zur Volltrocknung..... 17 Abbildung 12: Prinzipielles Verfahrensfließbild einer Dünnschichttrocknungsanlage............................. 18 Abbildung 13: Prinzipielles Verfahrensfließbild einer Trommeltrocknungsanlage ................................. 20 Abbildung 14: Prinzipielles Verfahrensfließbild einer Wirbelschichttrocknungsanlage ........................... 21 Abbildung 15: Prinzipielles Verfahrensfließbild einer CENTRIDRY- Trocknungsanlage ........................ 22 Abbildung 16: Prinzipielles Verfahrensfließbild einer Bandtrocknungsanlage ....................................... 23 Abbildung 17: Vereinfachtes Schema einer Brüdenkondensation mit Wärmerückgewinnung ............... 27 Abbildung 18: Entsorgungswege für getrockneten Schlamm ................................................................. 30 Abbildung 19: Entsorgungswege für getrockneten Schlamm – Anlagenhäufigkeit ................................ 30

Verzeichnis der Tabellen

Tabelle 1: Wärmemedien bei der Klärschlammtrocknung ................................................................ 12 Tabelle 2: Beispielhafte sicherheitstechnische Kennzahlen von getrocknetem Klärschlamm.......... 16 Tabelle 3: Gegenüberstellung der spezifischen Vor- und Nachteile der einzelnen

Trocknungsverfahren....................................................................................................... 25 Tabelle 4: Wesentliche Genehmigungsanforderungen für Wärmeerzeuger..................................... 33

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6 Februar 2004

Benutzerhinweis

Dieses Merkblatt ist das Ergebnis ehrenamtlicher, technisch-wissenschaftlicher/wirtschaftlicher Gemein-schaftsarbeit, das nach den hierfür geltenden Grundsätzen (Satzung, Geschäftsordnung der ATV-DVWK und dem ATV-DVWK-A 400) zustande gekommen ist. Für dieses besteht nach der Rechtsprechung eine tatsächliche Vermutung, dass es inhaltlich und fachlich richtig ist.

Jedermann steht die Anwendung des Merkblattes frei. Eine Pflicht zur Anwendung kann sich aber aus Rechts- oder Verwaltungsvorschriften, Vertrag oder sonstigem Rechtsgrund ergeben.

Dieses Merkblatt ist eine wichtige, jedoch nicht die einzige Erkenntnisquelle für fachgerechte Lösungen. Durch seine Anwendung entzieht sich niemand der Verantwortung für eigenes Handeln oder für die rich-tige Anwendung im konkreten Fall; dies gilt insbesondere für den sachgerechten Umgang mit den im Merkblatt aufgezeigten Spielräumen.

1 Anwendungsbereich

Dieses Merkblatt soll dem Planer und Betreiber von Klärschlammbehandlungsanlagen den Zugang zur Klärschlammtrocknung erleichtern, indem er in die verfahrenstechnischen Belange eingeführt wird. Es werden die Möglichkeiten und Probleme einzelner Trocknungssysteme aufbereitet, so dass die Entscheidung für oder gegen den Einsatz einer Trocknungsanlage sachgerecht fundiert und die eventuelle Wahl eines Trocknungssystems auf gu-ter Grundlage ermöglicht werden.

2 Begriffe

Der Planer, Gutachter, die genehmigende Behörde, der Anlagenbauer und letztendlich auch der Betrei-ber einer Trocknungsanlage muss neben den ma-schinen- und verfahrenstechnischen Grundlagen auch die rechtlichen Rahmenbedingungen berück-sichtigen. Darüber hinaus benötigt er Informatio-nen zu den Inhaltsstoffen, die die Struktur und das spezielle Verhalten des zu trocknenden Gutes be-züglich des Wasserbindungsvermögens und den Trocknungsvorgang selbst beschreiben. Zum bes-seren Verständnis werden daher in diesem und im folgenden Abschnitt einige Begriffe und Zusam-menhänge kurz dargestellt. Für weitergehende In-formationen wird auf die entsprechende Fachlitera-tur verwiesen.

Klärschlammtrocknungsanlage Technische Einrichtungen zum weitergehenden Wasserentzug aus in der Regel zuvor maschinell entwässertem Klärschlamm.

Volltrocknung Das Fertigprodukt/Endprodukt – mit staub- bis granulatförmigem Charakter – aus dem Trocknungs-verfahren hat einen Trockenrückstand (TR) ≥ 85%.

Teiltrocknung Das Endprodukt aus dem Trocknungsverfahren hat einen Trockenrückstand < 85 %.

Leimphase Veränderung der rheologischen Eigenschaften des Klärschlamms bei der Trocknung im Bereich von ca. 40 - 50 % TR. Es entsteht ein „klebriger Schlamm“ mit kritischen Fördereigenschaften. Nach Über-schreiten der Leimphase liegt häufig eine krüme-lig/klumpige Struktur vor.

Konvektionstrocknung Der zu trocknende Klärschlamm kommt unmittel-bar mit dem Wärmeträger in Berührung.

Kontakttrocknung Die Wärmeübertragung aus dem Wärmeträger er-folgt über eine Kontaktfläche.

Strahlungstrocknung Die Wärme wird ohne Wärmeträger mittels elekt-romagnetischer bzw. Infrarot-Strahlen im Klär-schlamm erzeugt.

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Wärmeträger Medien zur Wärmeübertragung wie Dampf, Druck-wasser und Thermoöl (Übersicht siehe Tabelle 1).

Brüden Bei der Trocknung entstehendes Gasgemisch aus Wasserdampf, Luft und ggf. aus dem Schlamm ausgetriebenen Gasen.

Direkttrocknung Brüden und Wärmeträger werden beim Trock-nungsvorgang vermischt und gemeinsam aus dem Trockner abgeführt.

Indirekttrocknung Der Brüdenstrom wird ohne Kontakt mit dem Wär-meträger aus dem Trockner abgeleitet.

Brüdenkondensation Kondensation von bei der Trocknung verdampftem Schlammwasser.

Nicht kondensierbare Brüden Anteil der Brüden aus Falschluft, Trägerluft etc., der unter normalen Betriebsverhältnissen nicht kondensierbar ist.

Aspiration Be- und Entlüftung von Anlagenteilen zur Vermei-dung von Staubablagerungen, Kondensation, Ge-

ruchsaustritt; Betrieb der Anlagenteile im Unter-druck.

Trägerluft Gezielt in den Trockner eingebrachte Luftmenge zur Brüdenableitung.

Leckluft, Falschluft Durch Undichtigkeiten bei im Unterdruck betriebe-nen Anlagenteilen eintretende Luft.

3 Grundlagen der Klär-schlammtrocknung

3.1 Wasserbindung

Für die Klärschlammtrocknung wie für alle anderen verfahrenstechnischen Grundoperationen, die sich mit dem Wasserentzug befassen, ist die Kenntnis der Bindungsmechanismen von Wasser an den Feststoff relevant.

Abbildung 1 zeigt das Bild einer Klärschlamm-flocke. Die Darstellung verdeutlicht, dass Klär-schlamm bei geringen Wassergehalten aufgrund der Kapillaren ein poriges Gut mit großer innerer und äußerer Oberfläche ist.

Freies Wasser

a Freies Wasser zwischen den Schlammflocken

Zwischenraumwasser

b Adhäsionswasser c Adsorptionswasser

(mono – bis polymolekulare Schichten) d kapillares Zwischenraumwasser e kapillares Steigwasser f Mikrokapillarwasser

Innenwasser

g Zellflüssigkeit h Innenkapillarwasser

Abbildung 1: Wasserbindung an eine Schlammflocke nach [11]

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Abbildung 2: Sorptionsisothermen für Klärschlamm

Diese Struktur führt zu einem ausgeprägten hygro-skopischen Verhalten, das sich mittels sog. Sorptions-isothermen graphisch darstellen bzw. beschreiben lässt (Abbildung 2).

Diese Sorptionsisothermen geben den Gleichge-wichtszustand zwischen der Gutfeuchte und dem Dampfdruck in der Umgebung des Gutes bei kon-stanter Temperatur an. Die Gutfeuchte wird als Wasserbeladung (Quotient aus Wassermenge im Gut und Trockenrückstand) angegeben, um im Ge-gensatz zur in der Abwassertechnik üblichen An-gabe von Wassergehalten für unterschiedliche Wassermengen bei wechselnden relativen Luft-feuchten eine konstante Bezugsgröße zu erhalten.

Die relative Luftfeuchte ist definiert als Wasser-dampfpartialdruck in der Luft bei einer bestimmten Temperatur bezogen auf den Sättigungsgrad bei dieser Temperatur. Sie gibt somit die Relation zwi-schen der Wassermenge wieder, die dampfförmig in der Luft vorhanden ist und der maximal von der Luft bei einer bestimmten Temperatur aufnehmba-ren Wassermenge.

Bei geringen relativen Luftfeuchten stellt sich eine nur geringe Wasserbeladung, hervorgerufen durch adsorptive Bindung von Wasser in monomolekula-

rer Schicht, auf der Gutoberfläche ein. Wachsende Luftfeuchte führt zur Ausbildung einer polymoleku-laren Belegung bis schließlich nach vollständiger Belegung der Oberfläche bei einer weiteren Stei-gerung der Luftfeuchte durch sog. Kapillarkonden-sation ein deutlicher Anstieg der Wasserbeladung im porösen mit Kapillaren durchsetzten Gut auftritt.

Bei einem nichtporösen, kapillarlosen Feststoff würde sich nach der Adsorption von Wasser an der Oberfläche in mono- bis polymolekularen Schichten auch bei steigender Luftfeuchte keine höhere Wasserbeladung mehr einstellen, d. h. die Sorptionsisotherme würde sich asymptotisch ei-nem Endwert nähern (gestrichelte Kurve in Abbil-dung 2).

Die Intensität der Wasserbindung an den Feststoff ist in erheblichem Maße abhängig von der Art der Wasserbindung.

Abbildung 3 zeigt die Bindungsenthalpie von Wasser an Klärschlamm in Abhängigkeit von der Gleich-gewichtsbeladung. Neben der Energiezufuhr zur Wasserverdampfung erfordert die Bindungsenthalpie bei der Trocknung eine zusätzliche Energiezufuhr für die Lösung des sorptiv gebundenen Wassers von dem zu trocknenden Gut.

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3 2 4 5 6 7 8 9 %0

200

400

600

800

1000

Wasserbeladung [kg H2O/kg TS]

Abbildung 3: Bindungsenthalpie von Wasser an Klärschlamm in Abhängigkeit von der Gleichgewichtsbeladung

Signifikant ist, dass bei geringen Wasserbeladun-gen, d. h. geringen Restfeuchten im Gut – hier liegt dann überwiegend Adsorption vor – eine spezifisch höhere Trocknungsenergie notwendig ist, die rund 15 % bis 20 % der Verdampfungswärme beträgt.

Mit zunehmender Wasserbeladung und steigen-dem Anteil der Kapillarkondensation an der Was-serbindung wird der Einfluss der Bindungsenthalpie vernachlässigbar.

Hinweise über die Verfahren zur Wasserabtren-nung sowie den spezifischen Energieaufwand ge-ben das Merkblatt ATV-DVWK-M 366 „Maschinelle Schlammentwässerung“ [03] und KOPP [11].“

3.2 Teil-/Volltrocknung

Klärschlammtrocknungsanlagen dienen dem wei-tergehenden Wasserentzug aus einem in der Re-gel zuvor mechanisch entwässerten Klärschlamm. Dabei unterscheidet man die Voll- von der Teil-trocknung.

Allgemein anerkannte Definitionen zu den beiden Begriffen liegen nicht vor. Im Rahmen des Merk-blattes wird es für zweckmäßig gehalten, immer von einer produktbezogenen Unterscheidung aus-zugehen.

Bei einer Volltrocknung hat das Fertigprodukt staub- bis granulatförmigen Charakter. In aller Re-gel sollte das Trocknungsverfahren aus Brand- und Explosionsschutzgründen sowie einer besse-ren Handhabbarkeit bei nachfolgenden Verwer-tungs-/Entsorgungsschritten geeignet sein, ein granulatförmiges Produkt zu erzeugen. Ein eher staubförmiges Produkt kann bei einer unmittelbar anschließenden Verbrennung akzeptiert werden. Im Allgemeinen wird diese Vorgabe bei einem Tro-ckenrückstand oberhalb von 85 % erzielt. Eine Teiltrocknung liegt dann vor, wenn mit einem Trocknungsverfahren ein Trockenrückstand unter-halb dieses Wertes erreicht wird.

Bei der Lagerung muss folgendes beachtet wer-den: Hochgetrockneter Klärschlamm ist aufgrund des hygroskopischen Verhaltens weitgehend unter geringen relativen Luftfeuchten bzw. unter redu-ziertem Luftaustausch/Luftzutritt zu lagern, damit nicht durch Adsorption von Wasser aus der Luft der bei der Trocknung erzielte geringe Wasserge-halt wieder ansteigt.

3.3 Rückführverhältnis bei der Volltrocknung mit Rückmischung

Nach der maschinellen Entwässerung auf rd. 20 % bis 35 % TR hat der Klärschlamm eine Konsistenz, die einen unmittelbaren Einsatz, z. B. in einem Scheiben- oder Trommeltrockner und mit Ein-schränkung auch in einem Wirbelschichttrockner, bei der Volltrocknung praktisch nicht ermöglicht. Zudem durchläuft der Klärschlamm bei weiterem Wasserentzug die „Leimphase“. Hier ergeben sich bei vielen Trocknern beträchtliche Förderprobleme mit dem dann pastösen, klebrigen Klärschlamm.

Um dennoch mit den vorgestellten Aggregaten Klärschlamm auf geringere Restfeuchten zu trock-nen, ohne die Leimphase durchfahren zu müssen, wird in der Regel vor Eintritt in den Trockner durch Rückmischung von bereits vollgetrocknetem Gut zu dem entwässerten Schlamm in speziellen Misch-einrichtungen ein Feststoffgehalt oberhalb der Leim-phase eingestellt.

Wählt man den Quotienten aus der Trockensub-stanz des rückgeführten vollgetrockneten Gutes und der Trockensubstanz des entwässerten Schlamms als Rückführverhältnis, dann ergibt sich aufgrund der Randbedingungen, wie in Abbil-

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dung 4 dargestellt, ein Rückführverhältnis von 4 bis 7, d. h. die fünf- bis achtfache Menge des ei-gentlichen Feststoffdurchsatzes.

Trockengut mit 95 % TR

15 25 353020

Naßgut-Trockenrückstand in % TR

n = 2

n = 3

n = 4

n = 5

n = 6n = 7

Mis

chgu

t-Tro

cken

rück

stan

d in

% T

R

50

60

70

75

65

55

Abbildung 4: Rückführverhältnis n bei der Volltrocknung von Klärschlamm mit Rückmischung

Beispiel:

– Nassgut nach Entwässerung ~ 25 % TR – Im Mischgut für Trocknerbetrieb erforderlich

~ 60 % TR – es ergibt sich ein Rückführverhältnis von n ~ 4

Bezeichnet man als Rückführverhältnis dagegen den Quotienten aus zurückgeführten Menge (mit 95 % TR) zur Klärschlammmenge (Input), ergibt sich für das Beispiel in Abbildung 4 über die Men-genbetrachtung ein Rückführverhältnis von 1.

Für weitere Betrachtungen wird die erstgenannte Definition, d. h. der Quotient aus der Trockensub-stanz des rückgeführten, vollgetrockneten Gutes und der Trockensubstanz des entwässerten Schlamms, zugrunde gelegt.

TSkgTSkgin

NassgutTrockengut

nrhältnisRückführve trückgeführ=

Die auf den ersten Blick nachteilig erscheinende Rückführung bietet jedoch auch erhebliche Vorteile:

– Durch Rückmischung unterschiedlicher Trocken-gutmengen können Schwankungen des Entwäs-serungsergebnisses aufgefangen werden.

– Bei Rückmischung in speziellen Mischaggre-gaten lässt sich im Idealfall ein Granulat mit ho-her Abriebfestigkeit, großer äußerer Oberfläche und engem Kornspektrum erzeugen, um somit gute Voraussetzungen auf der Gutseite für die Trocknungsvorgänge selbst, als auch für die Qualität des Trockengutes zu schaffen.

– Der bei der Volltrocknung unvermeidbar entste-hende Staub, der in der Regel sicherheitstech-nisch bedenklich ist, kann durch Rückmischung optimal wieder ins Gut eingebunden werden.

Abbildung 5 (siehe Seite 11) zeigt die Arbeitsbe-reiche der zumeist für die Klärschlammtrocknung eingesetzten Trocknertypen [12].

3.4 Wärme- und Stoffübertragung

Die Klärschlammtrocknungsverfahren können nach der Art der Wärmeübertragung unterschieden wer-den in (siehe auch Abbildung 6, Seite 11):

– Konvektionstrocknung, – Kontakttrocknung, – Strahlungstrocknung.

3.4.1 Konvektionstrocknung

Bei der Konvektionstrocknung um- bzw. über-strömt ein Trocknungsgas (Rauchgas, heiße Luft, Brüdenteilstrom, etc.) das zu trocknende Gut, da-bei wird Wärme aus dem Trocknungsgas an das Gut übertragen. Wasser wird aus dem Gut ver-dampft und von dem Trocknungsgas aufgenom-men und abgeführt. Das zu trocknende Gut steht in direktem Kontakt zum Wärmeträger.

Nassgut-Trockenrückstand in % TR

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Abbildung 5: Arbeitsbereiche zur Klärschlammtrocknung eingesetzter Trocknertypen [12]

Abbildung 6: Wärme- und Stoffübertragung bei der Klärschlammtrocknung

3.4.2 Kontakttrocknung

Bei der Kontakttrocknung wird das auf einer durch einen Wärmeträger (Thermoöl, Dampf etc.) beheiz-ten Fläche (Wärmetauscherfläche) ruhende, zu trocknende Gut erwärmt, ohne in direkten Kontakt mit dem Wärmeträger zu treten (Indirekttrock-nung). Das verdampfte Wasser wird gemeinsam mit durch Undichtigkeiten in das System eintreten-der Leckluft bzw. durch eine gezielt zugeführte kleine Trägerluftmenge abgeführt.

Der prozessbedingte Nachteil der großen – einer Kondensation bzw. weiteren Behandlung zuzufüh-renden – Brüdenmenge bei der direkten Konvekti-onstrocknung kann dadurch kompensiert werden, dass das Trocknungsgas im Kreislauf gefahren wird (Brüdenrezirkulation) und nur ein Teilstrom, der etwa der Brüdenmenge bei der Kontakttrock-nung entspricht, abgezogen wird.

3.4.3 Strahlungstrocknung

Bei der Strahlungstrocknung erfolgt die Wärme-übertragung ohne Wärmeträger mit Hilfe von elekt-romagnetischen Strahlen bzw. Infrarotstrahlen [14].

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12 Februar 2004

3.4.4 Wärmeträger

Ein wesentliches Kriterium bei der Auswahl des Trocknungssystems ist auch der Wärmeträger, der zur Klärschlammtrocknung notwendig ist. Tabelle 1 zeigt hier eine Übersicht.

Hauptunterscheidungskriterium ist dabei die Druck-stufe – davon abhängig die Temperatur -, mit der das Trocknungsaggregat zu betreiben ist. Dampf, Druckwasser und Thermoöl sind aus physikali-schen Gründen nur unter Druck einzusetzen. Für Thermoöl sind dabei nicht die hohen Druckstufen notwendig, wie dies bei Dampf bzw. Druckwasser erforderlich ist. Als Primärenergie findet im Allge-meinen Heizöl, Erdgas oder Faulgas Verwendung.

Tabelle 1: Wärmemedien bei der Klärschlammtrocknung

Einsatz Druck bar

Temperatur °C

Rauchgas Trommeltrockner ~ 1 ≤ 850 BHKW Wirbelschichttrockner ~ 1 ≤ 350

Luft Trommeltrockner Bandtrockner ~ 1 ≤ 450

≤ 160 Dünnschichttrockner

Scheibentrockner } 5 - 11 } 150 - 180

Dampf Wirbelschichttrockner ≤ 20 ≤ 200 Dünnschichttrockner

Scheibentrockner } 5 - 11 } 150 - 180

Druckwasser Wirbelschichttrockner ≤ 20 ≤ 200 Dünnschichttrockner

Scheibentrockner } 3 - 4 } ≤ 200

Thermoöl Wirbelschichttrockner ≤ 20 ≤ 250

Strahlung Strahlungstrockner Infrarottrockner ~ 1 < 50

3.5 Trocknungsverlauf

Da bisher im kommunalen Bereich fast ausschließ-lich Trocknungsanlagen nach den Prinzipien der Konvektions- bzw. Kontakttrocknung realisiert wor-den sind, nimmt die Beschreibung dieser Art der Wärmeübertragung im Weiteren einen größeren Raum ein.

Der Trocknungsverlauf ist modellhaft für die Kon-vektionstrocknung in Abbildung 7 dargestellt.

An der durch die Wärmezufuhr erhitzten Oberfläche des umströmten feuchten Gutes verdampft Was-ser, d. h. der Verdampfungsspiegel befindet sich an der Gutoberfläche. Aus dem Gutinnern findet durch kapillare Feuchteleitung ein Wassertransport zur Gutoberfläche statt. In diesem sog. I. Trock-nungsabschnitt bleibt die Trocknungsgeschwindig-keit (siehe auch Abbildung 8) konstant.

Reicht die kapillare Feuchteleitung bei sinkendem Wassergehalt im Gut nicht mehr aus, um die ver-dampfte Wassermenge an die Gutoberfläche nachzuliefern, so tritt am Knickpunkt KN I der Trocknungsverlaufskurve ein Abfall der Trock-nungsgeschwindigkeit ein. Im nachfolgenden zwei-ten Trocknungsabschnitt wandert der Verdamp-fungsspiegel von der Gutoberfläche ins Innere.

Der Trocknungsverlauf wird durch folgende Pro-zesse bestimmt:

– die Wärmeleitung von der Oberfläche durch be-reits getrocknetes Gut,

– den weiter ins Gutinnere wandernden Verdamp-fungsspiegel sowie

– die Diffusion des verdampften Wassers vom Verdampfungsspiegel durch trockenes Gut an die Oberfläche.

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Die Trocknungsgeschwindigkeit geht dabei mit dem ins Gutinnere wandernden Verdampfungs-spiegel zurück und strebt bei nicht hygroskopi-schen Gütern einer Endtrocknungsgeschwindigkeit zu (gestrichelter Kurvenverlauf in Abbildung 8).

Bei hygroskopischen Gütern, wie vollgetrocknetem Klärschlamm, ergibt sich im Trocknungsverlauf ein zweiter Knickpunkt KN II wenn im Gut die maxima-

le hygroskopische Wasserbeladung ereicht wird. In dem anschließenden III. Trocknungsabschnitt nimmt die Trocknungsgeschwindigkeit bis zum Erreichen der Gleichgewichtsfeuchte XGL, entsprechend dem Zustand des den Wasserdampf aufnehmenden Trocknungsgases, weiter bis auf Null ab. Der III. Abschnitt wird entscheidend vom Sorptionsver-halten beeinflusst.

feuchtes Gut

I. Trockungsabschnitt II. Trockungsabschnitt

Dampf

WärmezufuhrWärmezufuhr,(Leitung durch trockeneSchicht ins Gutinnere)

Dampfdiffusionvom Verdampf-ungsspiegeldurch trockenesGut an die Oberfläche

trockenes Gut

Verdampfungsspiegel wandert insGutinnere da Kapillartransportbei sinkender Gutfeuchte nicht mehrausreicht, um Wasser nachzuliefern

Verdampfungsspiegelan der Gutoberfläche

Wassersport durchKapillare an Gut-oberfläche

Abbildung 7: Trocknungsverlauf – Konvektionstrocknung

Abbildung 8: Trocknungsverlauf (theoretisch) bei der Klärschlammtrocknung

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Für die Kontakttrocknung ergeben sich bei der theoretischen Betrachtung des Trocknungsverlaufs gegenüber der Konvektionstrocknung zunächst ungünstigere Verhältnisse.

Der Verdampfungsspiegel liegt zu Beginn des Trocknungsvorgangs an der die Wärmetauscher-fläche berührenden Gutoberfläche (siehe Abbil-dung 9). Das hat zur Folge, dass das verdampfte Wasser durch das feuchte Gut zur freien Gutober-fläche diffundieren muss. Neben einer Erhöhung des Transportwiderstands führt das auch zu einer Rückkondensation bereits verdampften Wassers an dem im Gegenstrom – durch Kapillartransport – zum Verdampfungsspiegel fließenden Wasser.

Diese – bei rein theoretischer Betrachtungsweise – ungünstigeren Verhältnisse sind in der Praxis nicht relevant, zumal bei der Kontakttrocknung von Klär-schlamm das Gut nicht in einer ruhenden Schicht, sondern bei intensiver Durchmischung getrocknet wird, um fortlaufend neue Produktoberflächen mit den Wärmetauscherflächen in Berührung zu bringen.

Hierbei kommt es, da immer andere Produktteile mit den Wärmetauscherflächen in Berührung ge-bracht werden sowie ständig neue freie Oberflä-chen im Gut für die Dampffreisetzung entstehen, zu mit der Konvektionstrocknung vergleichbaren Ergebnissen. Aus dem zuvor Dargestellten lassen sich unter maschinen- bzw. verfahrenstechnischen Kriterien folgende Schlüsse ziehen:

– Bei der Klärschlammtrocknung auf geringe Restfeuchten (Größenordnung von 90 - 95 % TR) ist die Bindungsenthalpie des Schlammwassers bei der Wärmebilanzierung bzw. der Dimensio-

nierung des Trockners zu berücksichtigen, ferner reduziert sich die Trocknungsgeschwindigkeit (II. und III. Trocknungsabschnitt). Daraus resul-tierend ist bei der Auslegung von Trocknern von einer deutlichen Reduzierung der Wasserver-dampfungsleistung bei steigendem Endfeststoff-gehalt auszugehen. Längere Aufenthaltszeiten und damit größere Trockner sind die Folge.

Unter Beachtung der physikalischen Vorgänge wie Dampfdiffusion, Wärmeleitung durch bereits tro-ckenes Material etc. ist speziell bei der Trocknung auf geringe Restfeuchten (II. und III. Trocknungs-abschnitt) darauf zu achten, dass für einen guten Wärme- und Stoffaustausch der Klärschlamm ein lockeres Gefüge mit großer Oberfläche, d. h. Gra-nulatstruktur besitzt. Unter dem Aspekt eines ein-heitlichen Trocknungsergebnisses sollten die ein-zelnen Partikel näherungsweise gleiche Größe aufweisen. Speziell bei Kontakttrocknern ist auf ausreichende Umwälzung des Gutes zu achten.

3.6 Sicherheitstechnische Aspekte

Vollgetrockneter Klärschlamm mit seinen relativ hohen organischen Bestandteilen stellt einen nä-herungsweise mit Braun- bzw. Steinkohle vergleich-baren Brennstoff und damit verbunden, ähnlichem Gefahrenpotential dar.

Zur sicheren Handhabung dieses brennbaren Stoffs, vor allem der bei der Trocknung je nach Verfahren in mehr oder weniger großem Umfang entstehenden Stäube, ist eine umfassende Kenntnis der gefährlichen Eigenschaften nötig. Die sicher-

Wärmezufuhr Wärmezufuhr

feuchtes Guttrockenes Gut

Wandung

Dampfdiffusion durch feuchtes Gut

Wassertransport durch Kapillarezum Verdampfungsspeigel

Verdampfungs-spiegel

Verdampfungsspiegel wandertvon Wärmeaustausch ins Gut-innere, da Kapillartransport beisinkender Gutfeuchte nicht aus-reicht, um Wasser nachzuliefern

Wärmezufuhr,Leitung durchtrockene Schicht

II. TrocknungsabschnittI. Trocknungsabschnitt

Abbildung 9: Trocknungsverlauf – Kontakttrocknung

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heitstechnischen Kenngrößen, die diese Eigen-schaften beschreiben, werden in speziell festge-legten Prüfverfahren bestimmt, wobei in der Regel zwischen dem abgelagerten, ruhenden Material bzw. Staub und dem aufgewirbelten Staub unter-schieden wird [04].

Für die Charakterisierung von ruhendem Gut sind – ohne Anspruch auf Vollständigkeit – folgende Grö-ßen maßgebend:

– das Brennverhalten nach Zündung mit einer Fremdzündquelle (z. B. Funken). Der Reakti-onsablauf wird durch eine Bewertungszahl BZ 1 bis BZ 6 beschrieben.

– die Deflagration. Sie beschreibt die mögliche fortschreitende Zersetzung eines Stoffes auch unter Abwesenheit von Luftsauerstoff verbun-den mit einem entsprechenden Temperaturan-stieg und möglicher Gasfreisetzung nach einer Fremdzündung.

– die GlimmtemperaOtur. Sie ist die niedrigste, konstantgehaltene Oberflächentemperatur (z. B. Wärmetauscherfläche), bei der abgelagertes Ma-terial zum Glimmen, Glühen oder Brennen kommt.

Abbildung 10: Selbstentzündungstemperatur zylindrischer Klärschlamm-staubschüttungen

– die Selbstentzündungstemperatur. Hierunter ver-steht man die Umgebungs- bzw. Lagertemperatur, bei der die Selbstentzündung eines brennbaren Stoffs nach vorausgegangener Selbsterwär-mung stattfindet. Die Selbstentzündung wird ferner beeinflusst von der Art der Lagerung, Struktur/ Kornverteilung des Gutes und der La-gerzeit. Abbildung 10 [04] stellt den Zusam-menhang zwischen Selbstentzündungstempera-

tur und Lagermenge für eine zylindrische Klärschlammstaubschüttung dar. Bei einer Um-gebungs-/Lagertemperatur von rd. 80 °C ist dem-nach bei einer Lagermenge von nur ca. 1 m3 bei ausreichender Lagerzeit mit einer Selbstent-zündung zu rechnen!

Das Gefährdungspotenzial eines aufgewirbelten, in Luft schwebenden brennbaren Staubes wird cha-rakterisiert durch:

– den maximalen Explosionsdruck und den ma-ximalen zeitlichen Druckanstieg bei einer Staub-explosion mit beliebiger Staubkonzentration in einem geschlossenen Behälter. Diese beiden Größen beschreiben die Explosionsheftigkeit (Kst-Wert). Wesentliche Einflussparameter sind Kornverteilung und mittlere Korngröße des brennbaren Staubes.

– die untere Explosionsgrenze, die angibt, unter-halb welcher Staubkonzentration eine selbstän-dige Explosionsfortpflanzung im Staub/Luftge-misch nicht mehr möglich ist.

– die Mindestzündenergie, d. h. der niedrigste Wert der kapazitiv gespeicherten elektrischen Energie, bei der eine Entladung über eine Fun-kenstrecke das zündwilligste Staub/Luftgemisch zündet.

– die Zündungstemperatur, die die niedrigste Tem-peratur angibt, bei der aufgewirbelter Staub an einer heißen Fläche gerade noch entzündet wird.

Tabelle 2 (Seite 16) fasst die an einem – in einer Technikumsanlage getrockneten – Faulschlamm bestimmten sicherheitstechnischen Kennzahlen zusammen.

Es wird empfohlen, bei jeder Planung einer Voll-trocknungsanlage die spezifischen Sicherheits-technischen Kennzahlen zu ermitteln und zu be-rücksichtigen.

Zur Gewährleistung eines gesicherten Betriebes sind in Abhängigkeit vom entsprechenden Gefah-renpotenzial Schutzmaßnahmen gegen das Ent-stehen bzw. die Auswirkungen von Bränden und Staubexplosionen vorzusehen.

Dabei sind sowohl vorbeugende als auch konstruk-tive Maßnahmen allein sowie in Kombination zu nennen.

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Tabelle 2: Beispielhafte sicherheitstechnische Kennzahlen von getrocknetem Klärschlamm, BZ = Bewertungszahl, ST = Staubexplosionsklasse

Probe Endproduktaufgemahlen

abgesiebt≤ 1 mm

abgesiebt> 1 mm

aufgewirbelter Staub

abgelagerter Staub

Medianwert [µm] 60 115 2300

Brennbarkeit BZ BZ 3 BZ 3 BZ 3

Glimmtemperatur tG [°C] 260 260 260

Staubexplosionsfähigkeit ST 1 ST 1

max. Explosionsüberdruck Pmax [bar] 6,5 5,9 3,1 6,5

DruckanstiegsgeschwindigkeitKST [bar • m • s-1] 79,0 41,0 6,0 79,0

untere Explosionsgrenze Exu [g • m -1] 250 750 - 250

Zündtemperatur TZ [°C] 450 450

3.6.1 Vorbeugender Explosions- und Brandschutz

Es sollte Folgendes vermieden werden:

– explosionsfähige Staub-/Luftgemische z. B. durch Inertisierung,

– wirksame Zündquellen, – Entstehung von Glutnestern, – hohe Guttemperaturen, – zu lange Lagerzeiten/große Lagervolumina sowie – Staubentstehung.

Gleichzeitig sind je nach Trocknungssystem Maß-nahmen zur frühzeitigen Erkennung von Glutnes-tern bzw. Bränden notwendig wie z. B. Tempera-turmessung sowie Kohlenmonoxid- und Staub-konzentrationsmessungen.

3.6.2 Konstruktiver Brand- und Explosionsschutz

– Brandunterdrückung, Vorhaltung von Löschein-richtungen.

– Explosionsfeste Bauweise für den maximalen Explosionsdruck.

– Explosionsfeste Bauweise für den reduzierten maximalen Explosionsdruck in Verbindung mit Explosionsdruckentlastung.

– Explosionsfeste Bauweise für den reduzierten maximalen Explosionsdruck in Verbindung mit Explosionsunterdrückung.

– Eexplosionstechnische Entkoppelung bzw. Exp-losionsabbruch.

Auch der Zwischenstapelung von Nass- bzw. ent-wässertem sowie teilgetrocknetem Schlamm in Si-los ist unter dem Aspekt einer möglichen Methan-ausgasung besonderes Augenmerk zu widmen.

Aufgrund der Restgasentwicklung ist aus sicher-heitstechnischen Gründen in jedem Fall auf eine ausreichende Aspiration und Methanüberwachung zu achten. Ob eine Inertisierung, insbesondere bei der Zwischenlagerung, erforderlich ist, ist vom Ein-zelfall abhängig. Nähere Details siehe [06].

Weitergehende Hinweise zur Sicherheitstechnik bei Realisierung und Betrieb von Klärschlamm-trocknungsanlagen sind der DIN 19569-10 [13] und dem VDMA – Einheitsblatt 24437 [14] zu ent-nehmen.

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4 Trocknungsverfahren Bei der nachfolgenden Beschreibung wird auf grundsätzlich notwendige periphere Anlagenteile wie z. B. Klärschlammzwischenpufferung, -zufüh-rung, nicht eingegangen. Zur notwendigen Brü-denbehandlung sind Aussagen in dem gesonder-ten Abschnitt 6.1 „Rückbelastung der Kläranlage durch die Brüdenkondensate“ zusammengefasst.

Verfahrenstechnisch, physikalisch lassen sich so-wohl Roh- als auch stabilisierte Schlämme in allen nachfolgenden Trocknungsanlagen behandeln. Der Einsatz von Rohschlamm verbietet sich allerdings aus emissionstechnischer Sicht bei Anlagen, deren Brüden ohne Kondensation/Behandlung direkt der Außenluft zugeführt werden. Darüber hinaus ist die Trocknung von Rohschlamm – insbesondere seine Teiltrocknung – in der Regel nur dann sinnvoll, wenn dieses Trockengut direkt einer im örtlichen Verbund bestehenden Verbrennungsanlage zuge-leitet wird.

Für den Fall hoher Faseranteile hat sich der Ein-satz von Feststoffabscheidern (z. B. Strainpress) großtechnisch bewährt. Auf die Überwachung des Rücklaufverhältnisses bei entsprechenden Voll-trocknungsanlagen und somit des eingestellten Trockensubstanzgehaltes ist besonderes Augen-merk zu legen.

4.1 Kontakttrockner

4.1.1 Scheibentrockner

Scheibentrocknungsanlagen (Abbildung 11) sind – abhängig von ihrer Bauform – in der Lage, Klär-schlamm sowohl teil- als auch vollzutrocknen. Eine Volltrocknung wird dabei durch ein dem Trockner vorgeschaltetes Mischaggregat ermöglicht. Als Sonderbauformen kommen auch Anlagen zur Voll-trocknung zum Einsatz, bei denen die Rückmi-schung im Eintragsbereich des Trockners erfolgt.

Das Trocknungsaggregat besteht aus einem Stator und einem innenliegenden Rotor. Der Rotor setzt sich aus einer Hohlwelle mit aufgeschweißten, hohlen Scheiben zusammen. Diese werden vom Heizmedium, entweder von Sattdampf bis ca. 10 bar oder Thermoöl, durchströmt und geben die Wärme an den entwässerten Klärschlamm ab. Als Verfah-rensvariante kann noch zusätzlich der Stator beheizt werden. Da sich in Scheibentrocknern permanent große Klärschlammmengen mit unterschiedlichen Trocknungsgraden befinden, ist ein schnelles Ab-fahren der Anlage nicht möglich, zumal die beheiz-ten Scheiben noch über ein großes Wärmepoten-zial verfügen. Hierdurch besteht vor allem bei einer plötzlichen Außerbetriebnahme und einem nach-folgenden längeren Stillstand die Gefahr, dass es zu Anbackungen von Klärschlamm an den Schei-ben kommen kann. Für An- und Abfahrvorgänge sind daher mehrere Stunden einzukalkulieren, so dass Scheibentrocknungsanlagen am günstigsten kontinuierlich betrieben werden sollten.

Abbildung 11: Prinzipielles Verfahrensfließbild einer Scheibentrocknungsanlage zur Volltrocknung

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Durch den geringen Abstand der Scheiben ist es möglich, eine große Heizflächendichte – bezogen auf das Trocknervolumen – zu erzeugen. Dies be-wirkt, dass Scheibentrockner sehr kompakt gebaut werden können. Es ergeben sich spezifische Ver-dampferleistungen bei

– Volltrocknungsanlagen von ca. 7 bis 10 kg H2O/(m2·h) und

– Teiltrocknungsanlagen von größer als 11 kg H2O/(m2·h).

Aufgrund der langsamen Drehung des Rotors (Umfangsgeschwindigkeit ca. 1 m/s) wird der Klär-schlamm gut durchmischt und ständig eine neue Grenzfläche für die Trocknung erzeugt. Bei der Auslegung des Antriebs ist besonders den Anfor-derungen des Anfahrzustandes zu genügen.

Zusätzlich sind auf den Rotorscheiben Transport-paddel angebracht, durch die der Klärschlamm axial im Trockner gefördert wird. Die freiwerden-den Brüden werden über den im oberen Bereich des Stators angebrachten Brüdendom aus dem Trockner ausgetragen. Der Querschnitt beeinflusst dabei maßgebend die Austragsgeschwindigkeit, die für den Austrag von Staub bemessen sein muss.

Die Scheiben des Trockners unterliegen hohen Verschleiß- und Korrosionsbeanspruchungen, de-nen – durch geeignete Materialwahl bzw. entspre-chende Verschleißreserven – Rechnung getragen

werden muss. Besonders beanspruchte Bereiche können zusätzlich aufgepanzert werden. Der Rotor weist ein nicht unerhebliches Gewicht auf, so dass

Wechselbiegespannungen mit berücksichtigt wer-den müssen.

Bei der Volltrocknung wird der Trocknungsgrad des Produktes in der Regel über die eingetragene Schlammmenge, welche sich proportional zum Füllstand des Schlamms im Trockner verhält, und das Verhältnis an rückgemischtem Trockengut eingestellt. Zur Kontrolle des Füllstands werden entweder Druckmessdosen oder Gammastrahler eingesetzt. Erfahrene Anlagenbetreiber nutzen zu-sätzlich die Stromaufnahme des Antriebsmotors des Rotors als Indiz für eine nicht ausreichende Rückmischung. Bei Annäherung an die Leimphase steigt aufgrund des erhöhten Widerstandes die Stromaufnahme steil an [25, 24].

4.1.2 Dünnschichttrockner

Dünnschichttrockner (Abbildung 12) bestehen aus einem horizontalen Stator mit doppelwandigem Zy-linder und einem innenliegenden Rotor. Über den Doppelmantel des Zylinders wird dem Trockner die Wärmeenergie in Form von Sattdampf oder Ther-moöl zugeführt. Wird der Trockner mit Thermoöl beheizt, wird in den Doppelzylinder zur Vergleich-mäßigung des Energieeintrages eine Leitspirale eingesetzt.

Abbildung 12: Prinzipielles Verfahrensfließbild einer Dünnschichttrocknungsanlage

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Der innenliegende Rotor mit seinen aufgeschweiß-ten Verteil- und Transportelementen hat die Auf-gabe, den entwässerten Klärschlamm in einer 5 mm bis 15 mm dicken Schicht auf den inneren Umfang des Stators aufzubauen und abzustreifen. Auf diese Weise wird eine ständige Kontaktgrenz-flächenerneuerung gewährleistet.

Die Ausbildung des Rotors sorgt für einen spiral-förmigen Transport des Trockengutes entlang der Heizflächen bis hin zur Austragsseite. Durch die freischwingenden Flügelklappen des Rotors wird eine kontinuierliche Durchmischung und Zerschla-gung der in der Leimphase sich eventuell bildenden Agglomerate erreicht. Der Rotor kann durch Ver-änderung an den Paddeln (Rotorausbau) an unter-schiedliche Schlämme angepasst werden. Aufgrund der ständigen Oberflächenerneuerung und geringen Schlammmengen im Trockner sowie kontinuierlichen Durchmischung und der damit verbundenen selbst-reinigenden Wirkung kann die kritische Leimphase problemlos durchfahren werden, ohne dass der Klärschlamm an den Heizflächen verklebt.

Der Rotor kann mit sehr unterschiedlichen Um-fangsgeschwindigkeiten von 7 U/min bis 75 U/min gefahren werden, wobei sich bei hohen Drehzah-len die ohnehin schon starke mechanische Bean-spruchung der Statorinnenseite sowie der Paddel weiter erhöht.

Der entwässerte Klärschlamm wird von oben in den Trockner eingetragen. Der Schlamm wird durch den Trockner gefördert und als Produkt an der Trocknerunterseite abgezogen. Dieses wird dann über Förderschnecken z. B. in Container ver-laden.

Grundsätzlich ist mit einem Dünnschichttrockner sowohl eine Teil- als auch eine Volltrocknung mög-lich. Bei einem Betrieb mit höheren Trocknungs-graden weit oberhalb der Leimphase erfolgt die Verdampfung nicht mehr in einer dünnen Schicht, sondern in einer Art Schüttguttrocknung, bei der sich die Kontaktflächen deutlich verkleinern. Hier-aus resultiert ein geringerer Wärmeübergang, so dass größere Heizflächen erforderlich werden. Bei Trocknungsgraden von bis zu ca. 65 % TR ist mit einer spezifischen Verdampfungs-Leistung von 25 bis 35 kg (H2O)/(m2·h) zu rechnen. Bei höheren Trocknungsgraden sind die notwendigen Verdamp-fungsleistungen als wirtschaftlich kritisch zu be-trachten. Das An- und Abfahren kann problemlos

jeweils in ca. 1 Stunde ausgeführt werden, da sich nur relativ geringe Klärschlammmengen im Trock-ner befinden.

Maßgeblich für den Trocknungsgrad bei Dünn-schichttrocknern ist der Trockenrückstand des zu-geführten Schlammes und die eingetragene Schlammmenge. Die Umdrehungszahl der Paddel beeinflusst die Produktstruktur und wird in der Re-gel während des Betriebes nicht geändert. Da Dünnschichttrockner vorrangig zur Teiltrocknung eingesetzt werden, können leichte Schwankungen des zu erzielenden Trockenrückstandes akzeptiert werden, so dass nach einmaliger Einstellung der Betriebsparameter eine weitere Steuerung nicht unbedingt erforderlich ist [25, 24, 07].

4.1.3 Kombination Dünnschicht- und Scheibentrockner

Kombinationen von Dünnschicht- und Scheiben-trocknern werden ausschließlich zur Volltrocknung eingesetzt. Hierbei wird zunächst der Vorteil des problemlosen Durchfahrens der Leimphase bei Dünnschichttrocknern genutzt. Der Trocknungs-prozess wird dann bei einem Trockenrückstand von ca. 55 % bis 60 % unterbrochen, da ab hier Dünnschichttrockner unwirtschaftlich arbeiten. Der ausgetragene, teilgetrocknete Schlamm wird direkt einem Scheibentrockner zur Volltrocknung zuge-führt. Der Nachteil der Ausführung von zwei Trock-nungsaggregaten wird durch die eingesparte Rückmischung kompensiert, da so der Scheiben-trockner bei gleicher Durchsatzleistung deutlich kleiner dimensioniert werden kann. Die Peripherie entspricht dabei den Einzelverfahren.

4.1.4 Rohrbündel-Drehrohrtrockner

Bei Rohrbündel-Drehrohrtrocknern wird ein im In-neren des Trockners befindliches starres Rohr-bündel mittels Sattdampf aufgeheizt. Der Klär-schlamm wird durch den rotierenden Mantel ständig durchmischt und auf die Rohrbündel auf-geworfen. Als Produkt fällt dabei nach einer Sie-bung und Feinstaubabtrennung ein staubarmes Granulat mit einem Trockenrückstand von ca. 90 % bis 95 % an. Rohrbündel-Drehrohrtrockner können abhängig von den gewünschten Anfor-derungen mit Wasserverdampfungsleistungen von

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100 kg (H2O)/h bis zu 8 000 kg (H2O)/h bemessen werden. Wie bei allen Kontakttrocknern fallen auch hier nur geringe Brüdenmengen an, die z. B. über eine Quenche kondensiert werden. Ein geregeltes An- und Abfahren der Anlage dauert jeweils ca. 1 Stunde. Aufgrund der Anlagentechnik ist in der Regel eine Rückmischung vorzusehen.

4.2 Konvektionstrockner

4.2.1 Trommeltrockner

Trommeltrocknungsanlagen (Abbildung 13) wer-den ausschließlich zur Volltrocknung eingesetzt. Da ein Durchfahren der Leimphase im Trockner nicht möglich ist, muss diesem ein Mischaggregat vorgeschaltet werden.

Die Trocknung findet in einer ständig rotierenden ein- bis dreizügigen Trommel statt. Der Transport durch die Trommel geschieht je nach Typ mit dem Heißgasstrom, durch Leitbleche in Verbindung mit dem Füllgrad der Trommel oder durch eine geneigte Trommelstellung.

Über einen Feststoffabscheider (Schlauchfilter oder Zyklon) wird das Prozessgas vom getrockneten Klärschlamm getrennt, der dann einer Siebanlage zugeführt wird. Das Grobkorn wird in einer Mühle zerkleinert und mit dem abgesiebten Feingut dem Mischer zugeführt. Das Trockengut wird direkt aus der Siebung abgezogen und fällt in einem Korn-spektrum entsprechend der Siebauswahl an.

Der Wärmeeintrag in den Trockner kann auf zwei Arten geschehen: entweder wird ein Heißgasstrom mittels Wärmetauscher auf ca. 400 °C bis 450 °C erhitzt und dann im Kreislauf geführt oder das Brennerabgas wird direkt in den Trockner einge-tragen (direkte Trocknung). Die bei dem Prozess anfallende Aspirationsluft wird in den Brenner ein-gespeist.

Die Steuerung des Prozesses erfolgt vorrangig über das Temperaturprofil des Schlamms. Bei konstantem Schlammeintrag wird die Austrittstemperatur des Luft-Brüdengemisches gemessen, wobei auftre-tende Veränderungen sich proportional zum Tro-ckenrückstand im Trockneraustrag verhalten. Als Stellgröße wird die über den Brenner eingetragene Wärmeleistung herangezogen. Das vorgeschaltete Mischaggregat ist maßgeblich für die sich einstel-lende Granulatstruktur verantwortlich. [05]

Ab einem TR-Gehalt von ca. 88 % an aufwärts ist die Trockengutausgangstemperatur außer von den Eigenschaften des Klärschlamms auch abhängig vom TR-Gehalt des Trockengutes und kann daher zur Regelung verwendet werden. Wegen der rela-tiv langen Durchlaufzeit des Schlamms durch den Trockner ist die Regelung sehr träge, was leicht zu Schwingungen führen kann.

Vorteil dieser Art der Regelung ist, dass ein Mess-wert als Führungsgröße verwendet wird, der, wenn auch nicht linear, direkt von der eigentlich zu re-gelnden Größe, nämlich dem TR-Gehalt des Tro-ckengranulats abhängt.

Abbildung 13: Prinzipielles Verfahrensfließbild einer Trommeltrocknungsanlage (indirekte Trocknung)

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4.2.2 Wirbelschichttrockner

Wirbelschichttrockner (Abbildung 14) sind eine Kombination aus Kontakt- und Konvektionstrock-ner. Der Wirbelschichttrockner ist der einzige Ap-parat, bei dem der Trockner – abgesehen vom ex-ternen Gebläse – keinerlei bewegte Teile aufweist. Das Prinzip der Wirbelschichttrocknung basiert auf dem Einblasen von Wirbelluft/-gas, bis sich eine stationäre Wirbelschicht ausgebildet hat. Die Parti-kel werden dabei in Schwebe gehalten und inten-siv durchmischt. Bei der Ausbildung einer stationä-ren Wirbelschicht verändert sich das physikalische Verhalten des Systems. Charakteristisch sind

– der weitgehend konstante Temperaturverlauf über den Querschnitt,

– das fluidähnliche Verhalten der Partikel in der Wirbelschicht,

– der konstante Druckverlust bei variierenden Strömungsgeschwindigkeiten (bei Vernachläs-sigung des Düsenbodendruckverlustes), und

– der verbesserte Wärme- und Stofftransport durch kombinierte Kontakttrocknung (an den in der Wirbelschicht befindlichen Dampfrohren) und Konvektionstrocknung durch die aufgewärmte Wirbelluft/-gas.

Wirbelschichttrocknungsanlagen werden zur Voll-trocknung eingesetzt. Das über einen Düsenboden im unteren Trocknerbereich eingetragene Gas dient vorrangig zur Erzeugung der Wirbelschicht

und zum Abtransport des freiwerdenden Brüdens. Ein Austrag von bereits getrocknetem Klär-schlamm mit dem Gasstrom wird durch eine wir-belschichtfreie Zone (Freeboard) im oberen Be-reich des Trockners verhindert, wo der mitgerissene Klärschlamm aufgrund der Gravitation wieder ins Fließbett zurückfällt. Feinere Staubpartikel werden in einem nachgeschalteten Zyklon abgeschieden und dem Nassschlamm mittels eines Mischers zu-geführt. Verbackungen innerhalb des Trockners sind nicht möglich, da der von oben eingebrachte Nassschlamm direkt ins Fließbett fällt und dort sehr schnell eine stabile Oberfläche bildet. Das Kreislaufgas wird einem Kondensator zugeführt und über ein Gebläse wieder in den Trockner eingebracht. Aufgrund dieser Konzeption fallen nur geringe Abgasmengen an, die dann im weiteren, z. B. über einen Biofilter geführt werden können.

Der Wärmeeintrag in den Trockner erfolgt über Rohrschlangen im Fließbett. Diese wirken ähnlich wie Tauchsieder und werden entweder mit Satt-dampf oder Thermoöl beschickt. Durch die kurze Kontaktzeit des Klärschlamms mit den Heizstäben können diese auf höherem Temperaturniveau be-trieben werden. Anbackungen und übermäßiger Verschleiß an den Heizschlangen sind nicht zu er-warten, da die Wirbelschicht bei mäßigen Partikel-geschwindigkeiten für eine permanente Selbstrei-nigung sorgt.

Der entwässerte Schlamm wird durch die Wirbel-schicht strukturiert und mit einem Korndurchmes-

Abbildung 14: Prinzipielles Verfahrensfließbild einer Wirbelschichttrocknungsanlage

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ser von ca. 1 mm bis 5 mm als Produkt seitlich aus dem Trockner ausgetragen. Da das Produkt staub-frei anfällt, kann es direkt ohne eine weitere Sie-bung in ein Silo gefördert werden.

Wirbelschichttrockner lassen sich gut über die Temperatur im Fließbett steuern. Auch ist ein ge-steuertes An- und Abfahren schnell und einfach möglich. Hierzu wird zunächst die Beheizung, dann die Nassschlammzugabe abgestellt. Im Falle einer Notabschaltung treten durch das niedrige Temperaturniveau keine kritischen Betriebszu-stände auf. Der Trockner kann später ohne weitere Maßnahmen direkt wieder angefahren werden.

Wirbelschichttrockner werden bei einem vorgege-benen Wärmeeintrag über die eingetragene Schlammenge so geregelt, dass sich eine Tempe-ratur von 85 °C in der Wirbelschicht einstellt. Hier-aus ergibt sich im Produkt ein Trockenrückstand von 95 % [25, 24, 08].

4.2.3 CENTRIDRY-Verfahren

Beim CENTRIDRY-Verfahren (Abbildung 15) wer-den Entwässerung und Trocknung in einem Ag-gregat durchgeführt. Der eingetragene Dünn-schlamm kann direkt auf einen Trockenrückstand von 50 % bis 95 % gebracht werden. Auf diese Weise ist keine Vorentwässerung des Schlamms erforderlich. Da das Verfahren jedoch empfindlich auf Schwankungen des Trockenrückstandes im

Eintrag reagiert, muss der Dünnschlamm zur Ver-gleichmäßigung über ein Homogenisierungsbe-cken dem Trockner zugeführt werden. Die Trock-nung des Klärschlamms erfolgt aufgrund der unten beschriebenen Konzeption direkt über die Leim-phase hinaus. Anlagen, die nach dem CENTRIDRY-Verfahren arbeiten, können demzu-folge sehr kompakt gebaut werden.

Der vergleichmäßigte Dünnschlamm wird durch ei-ne im Inneren des Trockners installierte Zentrifuge zunächst entwässert. Das dabei anfallende Zentrat wird direkt aus dem Prozess ausgeschleust und gemeinsam mit dem Brüdenkondensat der Kläran-lage zugeführt. Der entwässerte Klärschlamm wird am Feststoffabwurf durch ein Prallblech in feinkör-niges Gut überführt und dem Heißgasstrom aus-gesetzt. Das Heißgas wird entgegen der axialen Förderrichtung der Zentrifuge eingesaugt und ver-lässt gemeinsam mit dem getrockneten Klär-schlamm im Eintragsbereich des Dünnschlamms den Trockner. Die Trocknung erfolgt innerhalb we-niger Sekunden. Die erforderliche Wärmemenge wird über Brenngase dem Kreislauf zugeführt. Durch den Kreislaufbetrieb des Trocknungsgases mit entsprechendem Feuchtegrad aus der Was-serverdampfung und den zugeführten Brenngasen wird eine Inertisierung erreicht.

Der ausgetragene Brüden wird über einen Zyklon mit Zellradschleuse geführt, in dem der getrocknete Klärschlamm vom Gasstrom getrennt wird. Das an-fallende Produkt weist ein relativ weites Kornspekt-rum auf. Der Brüden wird im Weiteren von einem

Abbildung 15: Prinzipielles Verfahrensfließbild einer CENTRIDRY- Trocknungsanlage (direkte Trocknung)

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Gebläse angesaugt und der Brüdenbehandlung zugeführt. Das Abgas aus der Brüdenbehandlung kann in die Brennkammer abgegeben werden.

Zur Steuerung werden Druck, Temperatur, Durch-fluss, Füllstand und Drehzahl der Zentrifuge he-rangezogen. Da sich zu keinem Zeitpunkt große Schlammmengen im System befinden, ist ein schnelles An- und Abfahren der Anlage problemlos möglich.

Für einen stabilen Betrieb der Trocknung ist ein mög-lichst konstanter Trockenrückstand im Trocknerein-trag wünschenswert. Bei auftretenden Schwankungen kann z. B. über eine TS-Sonde die Eintragsmenge geregelt werden. Da die Kontaktzeiten zwischen dem Heißgasvolumenstrom und dem zu trocknen-den Klärschlamm sehr kurz sind, hat eine Erhö-hung der Heißgasmenge kaum einen Einfluss auf die Trocknerleistung, jedoch kann über eine Verän-derung des Temperaturniveaus Einfluss auf den Trocknungsgrad genommen werden.

4.2.4 Bandtrockner

Bandtrockner (Abbildung 16) sind in der Lage, entwässerten Klärschlamm direkt durch die Leim-phase auf einen Trockenrückstand von größer als 90 % zu trocknen. Unbedingt notwendig ist hierzu die Vorschaltung einer Pelletierung, da bereits hier letztendlich die Kornstruktur eingestellt wird. Dazu wird der Klärschlamm durch eine Lochmatrize ge-presst und dann direkt auf das Trocknerband aus-

geworfen. Es ist erforderlich, dass der Klärschlamm eine ausreichende Standfestigkeit aufweist, damit er auf dem Band eine möglichst gleichmäßige Hauf-werksstruktur ausbildet. Zur Trocknung wird der Klärschlamm auf einem gelochtem, aus VA-Stahl bestehendem Förderband durch die Trockner-kammern transportiert und dabei von unten mit Heißgas beaufschlagt. Da der Klärschlamm in den Trocknerkammern keiner mechanischen Bean-spruchung unterliegt, besteht zum einen nicht die Gefahr des Anbackens, zum anderen kann über die Pelletierung ein gewünschtes Kornspektrum ein-gestellt werden.

Das Heißgas wird über mehrere Gebläse von un-ten in die einzelnen Kammern eingebracht und gemeinsam mit dem Brüden im oberen Bereich des Trockners wieder abgezogen. Das Trock-nungsgas wird im Kreislauf geführt, während ein Teilstrom aus dem Prozess ausgeschleust und behandelt wird. Da das Heißgas höhere Tempera-turen aufweist, erfolgt die Trocknung auf einem entsprechenden Temperaturniveau von ca. 120 °C bis 130 °C. Lokale Überhitzungen werden durch die gleichmäßige Haufwerksschüttung mit definier-ter Höhe vermieden. Das Endprodukt fällt, abhän-gig von der eingestellten Pelletierung, in länglicher Form mit einem Durchmesser von ca. 3 mm bis 5 mm an.

Bei Bandtrocknern stehen drei Eingriffsmöglichkei-ten zur Steuerung der Trocknung zur Verfügung. Dies sind die eingetragene Schlammmenge, die Fördergeschwindigkeit des Bandes und die zuge-

Abbildung 16: Prinzipielles Verfahrensfließbild einer Bandtrocknungsanlage (indirekte Trocknung)

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führte Wärmeenergie. Aus der Schlammmenge und der Fördergeschwindigkeit ergibt sich die Schichthöhe auf dem Band. Die einzelnen Gebläse je Kammer regeln die zugeführte Heißgasmenge, so dass sich ein definiertes Temperaturniveau in jeder Kammer einstellt [25, 05, 08].

4.2.5 Kaltlufttrockner

Für die Trocknung im Kaltlufttrockner ist eine Vor-entwässerung notwendig. Ferner muss das ent-wässerte Gut zerkleinert werden.

Das zu trocknende Gut wird kontinuierlich auf ein Siebband aufgegeben, so dass sich eine 3 cm bis 5 cm hohe, lockere Schüttung einstellt. Diese ver-bleibt ca. 1 bis 1,5 Stunden im Trockner und wird kontinuierlich mit großen Luftmengen aus der Um-gebung beaufschlagt. Abhängig von der jeweiligen Bauform ist es möglich, einen Klärschlammvolu-menstrom von 2 – 8 m3/h auf einen Trockenrück-stand von 70 % bis 90 % zu trocknen. Da das Prinzip des Kaltlufttrockners ausschließlich auf dem natürlichen Trocknungspotential der Umge-bungsluft basiert, sind große Luftmengen erforder-lich, um das beschriebene Ergebnis zu erreichen. Darüber hinaus ergeben sich bei einer Lufttempe-ratur kleiner als 10 °C und einer relativen Feuchtig-keit größer als 80 % sehr ungünstige Verhältnisse, so dass eine Vorerwärmung der Umgebungsluft notwendig wird. Brüden entstehen bei diesem Ver-fahren systembedingt nur in sehr verdünnter Form. Das Erfordernis von Abluftfiltern ist zu überprüfen.

4.3 Strahlungstrockner

4.3.1 Solar-/Ventilationstrockner

Die Solartrocknung lässt sich den in Abschnitt 2 zur Untergliederung benutzten verfahrenstechni-schen Standardbegriffen nicht eindeutig zuordnen, da bei ihr Mechanismen der Strahlungstrocknung und der Konvektionstrocknung genutzt werden.

Diese Art der Trocknung dient dem Wasserentzug unter Ausnutzung der meteorologischen Bedin-gungen. Der Verbrauch an Primärenergie ist auf ein Minimum reduziert.

Eine zum Untergrund abgedichtete Fläche wird zum Beispiel durch eine Gewächshauskonstruktion mittels hochtransparenter Folien bzw. Glas abge-deckt. In dem dadurch gebildeten Raum läuft der Trocknungsprozess ab. Durch die Sonneneinstrah-lung wird je nach Witterung die Raumtemperatur aufgeheizt und damit die Wasseraufnahme der vorhandenen Luft erhöht. Über in der Regel nach oben führende Abluftschächte wird diese Luft nach außen abgegeben. Die Regelung kann mittels Öff-nen und Schließen von Luken erfolgen. Der Luft-austausch kann durch den Einsatz von Ventilato-ren verbessert werden.

Die Trocknungszeit ist im Wesentlichen abhängig von der Lufttemperatur in der Trocknungsanlage, der Wassersättigung der Außenluft sowie der Luft-austauschrate innerhalb der Anlage [09, 10].

Um den Klärschlamm zur Förderung des Trock-nungsprozesses innerhalb der Anlage umzuset-zen, kommen mechanische Umsetzeinrichtungen zum Einsatz.

Je nach Betriebsweise und den örtlichen klimati-schen Verhältnissen sind 500-950 l/m² Trocknerflä-che jährlich in Deutschland erzielbar. Die Ver-dampfungsleistung schwankt in Abhängigkeit von der Jahreszeit erheblich. Im Sommer werden ca. 70 % der Jahresverdunstung erreicht. Daher muss im Winter ein Teil des Schlamms gespeichert werden.

Der elektrische Energiebedarf der verfahrenstech-nischen Einrichtungen beträgt etwa 30 kWh/t.

Solar-/Ventilationstrockner können Trockenrück-stände von mehr als 85 % erzielen. Brüden ent-stehen bei diesem Verfahren systembedingt nur in sehr verdünnter Form. Abluftfilter haben sich bis-lang noch nicht als notwendig erwiesen. Dennoch wird angeraten, deren Erfordernis zu überprüfen.

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Tabelle 3: Gegenüberstellung der spezifischen Vor- und Nachteile der einzelnen Trocknungsverfahren

Trocknertyp Vorteile Nachteile

Bandtrockner

Problemloses Durchfahren der Leimphase Geringer Verschleiß im Trockner Produktqualität gut einstellbar

Gefahr der lokalen Überhitzung ⇒ hohe Brandgefahr Klärschlammentwässerung auf Pelletierung anpassen

Centridrytrockner

Schnelles An- und Abfahren möglich Problemloses Durchfahren der Leimphase Gut geeignet für mittelgroße Kläranlage mit ausreichend Schlammanfall

Trockner reagiert empfindlich auf Schwan-kungen des TR-Gehaltes im Zulauf Relativ hoher Staubanteil im Produkt

Dünnschichttrockner

Robustes Verfahren Unempfindlich auf schwankende TR-Gehalte im Eintrag Problemloses Durchfahren der Leimphase

Volltrocknung energetisch ungünstig ⇒ große Baueinheit

Dünnschicht-/ Scheibentrockner

Keine Rückmischung erforderlich ⇒ erhöhter Durchsatz Nutzung der trocknerspezifischen Vorteile in den einzelnen Trocknungsphasen

Zwei eigenständige Trocknungsaggregate erforderlich Unter Umständen hoher Staub- und Faseran-teil im Produkt

Scheibentrockner

Guter Wärmeübergang Kompakte Bauweise Gut geeignet für große Durchsatzmengen

Diskontinuierlicher Betrieb ungünstig Rückmischung in Abhängigkeit vom Trock-nungsziel erforderlich u. U. hoher Staub- und Faseranteil im Produkt

Trommeltrockner

Robustes Verfahren Gut geeignet für große Durchsatzmengen Gut einstellbare Produktqualität

Diskontinuierlicher Betrieb ungünstig Niedriger Wärmeübergangskoeffizient Rückmischung erforderlich

Wirbelschichttrockner

Keine bewegten Teile im Trockner ⇒ kaum Verschleiß Problemloses Durchfahren der Leimphase Gleichmäßige Produktstruktur

Hoher Druckverlust Ausführung bisher nur für kleinere Durchsätze

Solartrockner/ Ventilationstrockner

Spezifisch geringe Energiekosten Einfache Technik

Flächenbedarf Leistung witterungsabhängig Lange Trocknungszeiten

4.4 Gegenüberstellung der Trocknungsverfahren

Jedes der beschriebenen Trocknungsverfahren weist spezifische Vorzüge aber auch Nachteile auf. Diese sind in Tabelle 3 dargestellt. Hierbei wird kein Anspruch auf Vollständigkeit erhoben, jedoch kann bei Vorgabe eines gewünschten Trocknungs-

zieles mit Hilfe der Tabelle der Kreis der in Frage kommenden Verfahren schnell eingeengt werden. Die letztendliche Entscheidung für das eine oder andere Verfahren kann dem jeweiligen Planer je-doch nicht abgenommen werden, zumal hier auch die Frage der Investitions- und Betriebskosten mit berücksichtigt werden muss.

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26 Februar 2004

5 Energieeinsatz und Wärmerückgewinnung

Grundsätzlich sind als Wärmemedium für die Klär-schlammtrocknung Rauchgas, Luft, Dampf, Heiß-wasser, Thermoöl oder Strahlungswärme ein-setzbar. Die Wärme kann hierbei entweder über eine der Trocknung zugeordnete Wärmeerzeu-gungsanlage, z. B. in einer Dampfkesselanlage oder als Abwärme, z. B. aus einem benachbarten Blockheizwerk bereitgestellt werden. Als Primär-energie wird hierbei Faulgas, Erdgas oder Heizöl genutzt. Wird auf einer Kläranlage der Schlamm ausgefault, so steht als Brennstoff auch für eine Volltrocknungsanlage Faulgas für die Wärmeer-zeugung zur Verfügung. Wird die Abwärme der Schlammtrocknung für die Faulraumbeheizung eingesetzt, so steht als Brennstoff ausreichend Klärgas zur Verfügung.

Sollte der Trocknung eine Schlammverbrennung nachgeschaltet sein, kann der Dampf des Nieder-drucksystems der Abhitzekesselanlage oder aus der Anzapfung einer Dampfturbine entnommen werden. Eine Wirtschaftlichkeitsbetrachtung muss hier im Einzelfall die Konzeptionsentscheidung un-termauern.

Es ist von besonderer Wichtigkeit, vor der Ent-scheidung über ein Trocknungssystem den späteren Verwertungs- bzw. Entsorgungsweg des Trocken-gutes und die hierfür notwendigen Trocknungsgrade festzulegen. Soll der Klärschlamm teilgetrocknet werden, um in einer nachgeschalteten Monoklär-schlammverbrennungsanlage thermisch behandelt zu werden, sollte die Trocknung nur so weit erfol-gen, dass eine autarke Verbrennung möglich ist. Bei ausgefaultem Klärschlamm ist dies bei einem TR-Gehalt von 40 – 45 %, bei Rohschlämmen bei ca. 35 % TR der Fall.

5.1 Bedarf an thermischer Energie

Der theoretische Energiebedarf für die Verdamp-fung von einer Tonne Wasser beträgt bei Normal-druck 627 kWh. Hinzu kommt für die Aufheizung des Wassers von 20 °C auf 100 °C eine Wärme-menge von 93 kWh und für die Feststofferwärmung 14 kWh. Direkte Verluste über die Oberfläche des Trockners bzw. über den Wirkungsgrad des Wär-

meerzeugers betragen etwas mehr als 100 kWh, wovon die Energieumwandlung etwa 80 Prozent annimmt. Nur die Oberflächen- und Energieum-wandlungsverluste können durch optimierte Pla-nungen und Ausführungen verändert werden. Da sie allerdings weniger als 10 Prozent des Energieein-trages ausmachen, bleiben praktisch kaum Energie-einsparmöglichkeiten bei der Klärschlammtrock-nung selbst. Grundsätzlich sollte zur Optimierung des Gesamtprozesses die dem Trockner vorge-schaltete Entwässerungsmaschine – Zentrifuge, Bandfilterpresse oder Kammerfilterpresse – eine möglichst hohe Feststoffabscheidung aufweisen. Aus wirtschaftlichen und technischen Gründen sind hier allerdings Grenzen gesetzt.

5.2 Bedarf an elektrischer Energie

Bei der Klärschlammtrocknung wird der Strom vor-rangig für den Antrieb der Trocknungsaggregate benötigt. Darüber hinaus gibt es eine Vielzahl von Nebenanlagen, z. B. für den Klärschlammtransport, die Brüdenbehandlung oder die Kesselanlagen. Die Verbrauchszahlen für das Gesamtsystem schwanken in Abhängigkeit vom Verfahren zwi-schen 70 und 110 kWh pro Tonne Wasserver-dampfung. Grundsätzlich steigt mit höherem Klär-schlammtrockengehalt der Bedarf an elektrischer und thermischer Energie.

5.3 Möglichkeiten der Energierück-gewinnung

Bei der Trocknung fallen mit steigendem TR-Gehalt zunehmende Mengen an Brüden an. Bei Kontakt-trocknungsverfahren handelt es sich um annähernd wasserdampfgesättigte, 100 °C heiße Brüden, wenn der Anteil der Leckluft gering gehalten wird. Bei di-rekten Trocknungsverfahren sind die Brüden über-hitzt, während der Wassergehalt deutlich niedriger ist. Der Brüden muss grundsätzlich kondensiert werden, da er aufgrund der organischen Inhalts-stoffe geruchsintensiv ist.

In den Brüden ist ein Grossteil der eingesetzten Wasserverdampfungsenergie enthalten. Sie lässt sich durch verschiedene Verfahren relativ einfach nutzen.

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Durch Auskondensation kann die Brüdenwärme für die Faulraum- und Gebäudeheizung genutzt wer-den. Weil die Brüdentemperaturen in aller Regel höher als die Vorlauftemperaturen der Heizwas-serkreisläufe sind, ist die Wärmeauskopplung und die Integration der Abwärmenutzungsanlage an den vorhandenen Bestand meist apparativ einfach und leicht beherrschbar.

Ebenso einfach kann ein Teil der Brüdenwärme dadurch verwertet werden, dass der zu entwäs-sernde Dünnschlamm vorgewärmt wird. In der Pra-xis hat sich eine Vorwärmung auf bis zu 60 °C be-währt, wobei eine Verbesserung der Entwässer-barkeit des Dünnschlamms erreicht werden kann. Der Energieaufwand zur Aufheizung des Schlam-mes im Trockner kann durch die Aufwärmung hal-biert werden. Die erhöhten Temperaturen im Schlammwasser (Zentrat/Filtrat) reduzieren den technischen Aufwand und den Energiebedarf einer nachgeschalteten Entstickungsanlage (Intensivbio-logie/Strippung).

Die in Abbildung 17 dargestellte Wärmerückgewin-nungsanlage wird im Weiteren erläutert.

Die dem Trockner abgezogenen Brüden sollten vor Eintritt in die Kondensationsstufen erst entstaubt werden. Dies trifft vorrangig bei Volltrocknungsan-lagen zu, ist jedoch auch bei Teiltrocknungsanla-gen empfehlenswert, wenn z. B. die Wärmeaus-

kopplung über Plattenwärmetauscher erfolgt. Da die Brüden immer Staub, Fette und andere Schmutzstoffe enthalten, werden die Brüden in der Regel in Einspritzkondensatoren mit Umlaufwas-sersystem niedergeschlagen. In dem mit Pumpen zwangsgeführten Wasserkreislauf befindet sich dann zur Wärmeauskopplung des Heizwasser-kreislaufes z. B. der Faulungsanlage entweder ein Rohr- oder Plattenwärmetauscher. Die Brüden-kondensate werden abgezogen und müssen in der Kläranlage behandelt werden. In einer zweiten Stufe wird die überschüssige Wärme in einem so ge-nannten Mischkondensator über Kaskaden zur Er-wärmung des Rohschlamms oder des Faulschlamms eingesetzt. Wird der Mischkondensator zur Faul-schlammerwärmung vor der Entwässerungsstufe eingesetzt, so geht der größte Teil der eingebrach-ten Wärme mit dem Schlammwasser verloren. Deshalb sollte dem Mischkondensator nur die ü-berschüssige Brüdenwärme zugeführt werden, wenn prozesstechnisch die höhere Schlammwas-sertemperatur in einer nachgeschalteten Behand-lungsanlage nicht systembedingt gebraucht wird. Da in den Sommermonaten der Wärmebedarf einer Faulungsanlage deutlich sinkt, ist als dritte Konden-sationsstufe ein Regelkondensator meist unerläss-lich. Als Kühlmedium kann Brauchwasser einge-setzt werden. Auch der Einsatz eines luftgekühlten Wärmetauschers ist grundsätzlich möglich.

Kondensatpumpe

Einspritz-kondensator

Wärmetauscher

Brüdengebläse

Misch-kondensator

RohschlammFaulschlamm

HeizwasserkreislaufFaulung / Gebäude

Kondensat zum KlärwerkTrocknerbrüden

Nicht kondensierbare Restbrüden zurDesodorierung

Erwärmter Rohschlamm zur Faulung/Erwärmter Faulschlamm zur Entwässerung

Abbildung 17: Vereinfachtes Schema einer Brüdenkondensation mit Wärmerückgewinnung

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28 Februar 2004

Wärme sollte auf einem ausreichend hohen Tem-peraturniveau zurückgewonnen werden, so dass eine Vorlauftemperatur bei Faulraum- und Gebäu-deheizungen von bis zu 90 °C erreicht wird.

Der größte Teil der eingesetzten Primärenergie wird bei der Schlammtrocknung zur Wasserverdamp-fung eingesetzt, der in die Brüden überführt wird und als Kondensationswärme zurückgewonnen wer-den kann. Hierbei ist das Massenverhältnis zwischen Wasserdampfgehalt der Brüden und der Leckluft von großer Bedeutung. Bei Konvektionstrocknungs-verfahren bestehen die Brüden etwa zu zwei Dritteln aus Inertgas (Luft), während bei Kontakttrocknern nur etwa 5 bis 10 Prozent der Brüden aus Leckluft bestehen. Der Partialdruck des Wasserdampfes in den Trocknerbrüden ist dementsprechend bei Kon-vektionstrocknern nur etwa halb so hoch wie bei Kontakttrocknern. Dies führt dazu, dass die Satt-dampftemperaturen bei Konvektionstrocknern nur etwa 80 °C erreichen und damit die notwendigen Vorlauftemperaturen für die Heizwassererwärmung bei vielen Altanlagen nur mit zusätzlichen techni-schen Einrichtungen erreicht werden können.

Die rückgewinnbare Wärme errechnet sich wie folgt:

[%]100x

TrocknernachBrüdenEnthalpie

rKondensatonachBrüdenEnthalpie

1Wärme

bareRückgewinn

= –

Bei Konvektionstrocknern können unter den vor-genannten Randbedingungen nur 25 Prozent, bei Kontakttrocknern aber 75 Prozent der eingebrach-ten Trocknungswärme ohne großen technischen Aufwand bei bestehenden Heizungsanlagen zu-rückgewonnen werden.

Eine weitere Möglichkeit der Brüdenwärmenutzung besteht darin, die Verbrennungsluft der Kesselan-lage indirekt über Wärmetauscher vorzuwärmen. Diese Variante wird häufig bei Konvektionstrock-nungsverfahren angewandt. Die direkte Zugabe der Brüden zur Verbrennungsluft ist aufgrund der Brüdeninhaltsstoffe nicht ratsam (s. Abschnitt 6.2).

Brüden sind grundsätzlich korrosiv; alle produktbe-rührenden Teile wie Rohre und Wärmetauscher sind aus korrosionsbeständigen Stählen herzustel-len.

Bläst man die Brüden in den Zulaufstrom der Klär-anlage, kann man zur Unterstützung der Nitrifikation/ Denitrifikation die Abwassertemperaturen in den Belebungsbecken geringfügig anheben. Diese ap-parativ einfache Wärmenutzung der Brüden ist a-ber nur in Grenzfällen wirtschaftlich.

6 Rückbelastung der Kläranlage

6.1 Rückbelastung der Kläranlage durch die Brüdenkondensate

Die Belastung des Brüdenkondensates ist von der Vorbehandlung des Schlamms (z. B. anaerobe oder aerobe Stabilisierung/Stabilisierungsgrad), der Schlamm- bzw. Korntemperatur während des Trocknungsvorganges und dem Systemdruck ab-hängig. Die Konzentration von Ammonium im Kondensat steigt mit der zunehmenden Erwär-mung des Schlamms während der Trocknung an.

Bei der Kontakttrocknung liegt die Ammoniumkon-zentration deutlich über der der Konvektionstrock-nung. Die maximalen Ammoniumbelastungen der Brüdenkondensate betragen bei der Kontakttrock-nung etwa 2.500 mg/l und bei der Konvektions-trocknung etwa 500 mg/l, wobei der Schwan-kungsbereich auch bei stationärem Trockner-betrieb beträchtlich ist. Die Minimalwerte liegen bei 25 bis 50 Prozent der Maximalwerte.

Die Brüdenbelastung mit BSB5 und CSB ist nur in-direkt vom Trocknertyp abhängig und wird fast ausschließlich vom Staubgehalt der Brüden be-stimmt. Wirbelschichttrockner ohne nachgeschalte-te Entstaubung weisen sehr hohe Belastungen des Brüdenkondensats von bis zu 7.000 mg CSB/l auf. Bei staubbildenden Systemen sollte auf eine Staubabtrennung nicht verzichtet werden.

Da die Kondensatmenge selbst bei Volltrocknung des Schlamms nur ca. 10 Prozent der Zentrat-/Filtrat-menge aus der Schlammentwässerung ausmacht, ist die Bedeutung der Rückbelastung einer Kläran-lage aus den Brüdenkondensaten als gering ein-zustufen und als Kriterium für eine Systement-scheidung von untergeordneter Rolle. Dies trifft

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allerdings nicht für zentrale Trocknungsanlagen zu, in denen der Schlamm mehrerer Kläranlagen ge-trocknet wird, die Brüdenkondensate aber nur der Standortkläranlage zufließen.

6.2 Rückbelastung durch die Abluft aus der Brüdenbehandlung

In der Regel werden die Brüden in einem Sprüh-kondensator niedergeschlagen (siehe Abschnitt 5.3; Abbildung 17). Dieser kann mit dem Kläranlagen-ablauf, Brauchwasser oder abgekühlten Brüden-kondensat selbst betrieben werden. Das anfallen-de Brüdenkondensat wird, abhängig von der Betriebsweise des Sprühkondensators, entweder gemeinsam mit dem Kühlmedium oder als Kon-zentrat dem Zulauf der Kläranlage zugeführt. Die nicht kondensierbaren Brüdenanteile, die mit der Luft aus dem Kondensator ausgeschleust werden, müssen aus Geruchsgründen separat behandelt werden.

Als verfahrenstechnische Lösung kommen hierfür Bio-/Kompostfilter, Biowäscher, Absorptions-/ Ad-sorptionsanlagen oder eine Verbrennung in Frage. Die Verbrennung der nichtkondensierbaren Brüden kann entweder in dem Heizkessel des Trockners oder extern, wie z. B. in einem benachbarten Blockheizkraftwerk, einer Monoklärschlammverbren-nungsanlage oder einem Kohlekraftwerk erfolgen.

Bei Konvektionstrocknern liegen aufgrund des er-heblich größeren Brüdenluftvolumens (Fremdluft, die beim Betrieb im Unterdruck zwangsweise in den Kreislauf gelangt und mit einem Anteil Brüden als nicht kondensierbarer Volumenstrom in die Verbrennung geleitet wird) und damit auch einer höheren Belastung des Brenners der Kesselanlage sowohl die Stickoxid- als auch die Kohlenmonoxid-konzentrationen deutlich höher als bei den Kon-takttrocknern.

Bei den Konvektionstrocknern treten Konzentrationen von 50 - 69 mg/m3 Kohlenmonoxid und 125 - 260 mg/m3 Stickoxiden auf. Dem gegenüber stehen bei Kontakttrocknern Konzentrationen von unter 5 mg/m3 Kohlenmonoxid und ca. 100 mg/m3 Stick-oxiden.

Die Wahl des Brenners und des Verbrennungsluft-systems bedarf bei der Wahl eines Konvektions-trocknungssystems besonderes Augenmerk.

7 Entsorgungswege und Erfordernisse der Produktqualität

Grundsätzlich kann getrockneter Klärschlamm al-len Entsorgungswegen zugeführt werden, in denen auch mechanisch entwässerter Klärschlamm zum Einsatz kommt. Es sind dies

– Deponie (ohne thermische Behandlung)

– Verbrennung (energetische Verwertung/thermi-sche Behandlung für Deponie)

– Landschaftsbau/Rekultivierung (stoffliche Verwer-tung/Kompostierung)

– Landwirtschaftliche Verwertung

– Pyrolyse/Vergasung (energetische Verwertung/ stoffliche Deponie).

Der derzeitige Stand (2001/2002) der möglichen Entsorgungswege kann den Abbildungen 18 und 19 entnommen werden. Es zeigt sich eine Domi-nanz der thermischen Verwertungs-/Entsorgungs-wege, wobei sich hinter dem Stichwort „Pyrolyse“ zwei Trocknungsanlagen verbergen, deren Klär-schlämme zur gleichen Pyrolyse-Anlage abgege-ben werden.

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30 Februar 2004

Abbildung 18: Entsorgungswege für getrockneten Schlamm, berücksichtigte Menge 180.693 t TS/a

(Basis: 31 Anlagen in 2001/2002)

Abbildung 19: Entsorgungswege für getrockneten Schlamm – Anlagenhäufigkeit (Basis: 31 Anlagen in 2001/2002)

Diese Analyse der Entsorgungswege belegt, dass durch die Trocknung die derzeit möglichen Entsor-gungswege des Klärschlamms aufrecht erhalten werden, ggf. auch verbessert werden können. Bei der Planung einer Trocknungsanlage muss jedoch auf zukünftige Entwicklungen Rücksicht genom-men werden. In diesem Bereich können folgende Änderungen von maßgeblichem Einfluss sein:

– die rechtlichen Rahmenbedingungen aus der Sicht des Umweltschutzes,

– die Rahmenbedingungen aus der Sicht des Ar-beitsschutzes.

Die Rahmenbedingungen des Umweltschutzes sind für die einzelnen Entsorgungswege unter-schiedlich anzusehen. Hierauf wird im Folgenden noch näher eingegangen. Darüber hinaus wird auf den Abschnitt 8 „Genehmigungsanforderungen“ dieses Merkblattes verwiesen.

Aus Sicht des Arbeitsschutzes gibt es ebenfalls einschränkende Rahmenbedingungen. Dies war bereits im Abschnitt 3.6 Gegenstand von Erörte-rungen. Sicherheitstechnische Aspekte sind aber nicht nur im Verfahrensablauf der Klärschlamm-trocknung, sondern auch bei den anschließenden Schritten des Transportes, der Lagerung und der Verwertung zu sehen. Allgemeingültige Hinweise hierfür gibt es derzeit nicht. Die unter Abschnitt 3.6 erwähnten Sicherheitsbedingungen sind sinnge-mäß bis hin zur Verwertung anzuwenden.

Sicherheitstechnische Vorsichtsmaßnahmen resul-tieren aus den besonderen Eigenschaften des ge-trockneten Klärschlamms und insbesondere aus den damit verbundenen Staubanteilen. Grundsatz der Trocknung muss es im Hinblick auf die Verwer-tungswege aus sicherheitstechnischen, aber auch aus betriebstechnischen Gründen der Entsorgungs-wege sein, zunächst den Staubanteil so gering wie

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möglich zu halten. Angaben zu Korngrößen der ver-schiedenen Verfahren können [02] entnommen werden.

Im Einzelnen ist zu den derzeit praktizierten Ver-wertungs-/Entsorgungswegen Folgendes anzu-merken:

Die Ablagerung von getrocknetem Klärschlamm mit organischem Feststoffgehalten > 5 % wird heu-te noch auf einigen Deponien durchgeführt, jedoch in naher Zukunft nicht mehr möglich sein. Hier gilt insbesondere die Abfallablagerungsverordnung [23].

Bei der landwirtschaftlichen Verwertung ist aus der Sicht der Phosphatverfügbarkeit zunächst eine ge-ringe Korngröße anzustreben. Allerdings hat dies den Nachteil, dass beim Ausstreuen Staub ver-weht wird. In diesen Fällen ist eine Korngröße von 2 – 6 mm zu fordern. Ferner ist auf eine weitge-hende Gleichkörnigkeit Wert zu legen, damit ein optimales Streubild mit einer gleichmäßigen Vertei-lung auftritt. Korngrößen über 6 mm sollten ver-mieden werden. Für die Lagerung und den Trans-port sind außerdem ein hohes Schüttgewicht, gute Rieselfähigkeit, Abriebfestigkeit und einheitliche Dichte von Bedeutung.

Als häufigster Weg der Verwertung/Entsorgung von Trockengut ist die Verbrennung genannt. Da-bei darf nicht übersehen werden, dass die Verbrennung ein Behandlungsschritt ist, wobei die Bestandteile des Trockengutes, abgesehen vom Energieanteil, stofflich verwertet bzw. deponiert werden müssen. Als thermischer Entsorgungsweg kann die Co-Verbrennung von Trockengut in Stein-kohlekraftwerken genannt werden. Diese wird in der Regel mit getrocknetem Klärschlamm ausge-führt, wobei kalkkonditionierter Klärschlamm un-gern abgenommen wird, da er den Heizwert min-dert. Bei einer Verbrennung von Klärschlamm in Braunkohlekraftwerken steigert die Trocknung den Heizwert, ist aber aus verbrennungstechnischen Gründen nicht erforderlich, da Braunkohle als Aus-gangsmaterial ebenfalls einen relativ hohen Was-sergehalt besitzt. Die Verbrennungsanlage ist daher auf höhere Wassergehalte eingestellt.

Die Anforderungen bei der Verbrennung im Kraft-werk werden durch die Art der Feuerung bestimmt. Je nach System kann eine Eindüsung von gemah-lenem Klärschlamm gefordert werden. Dies bedeu-

tet die Forderung nach einem möglichst staubigen Produkt. Zur Verbrennung auf Rosten kann eine Brikettierung erforderlich sein, wobei das Brikettieren durch einfaches Pressen zu jeder Form und Größe beim Klärschlamm leicht möglich ist. Auch die Verbrennung von nur granuliertem Material kann im Einzelfall vorgegeben sein, z. B. bei der ge-meinschaftlichen Verbrennung mit Abfällen.

Die Verwendung von getrocknetem Klärschlamm in der Ziegelindustrie ist möglich, hat sich jedoch wegen fehlender Akzeptanz am Markt noch nicht durchsetzen können. Auch eine Verwertung in der Zementindustrie ist zu nennen, die Klärschlamm in der Klinkerproduktion verwenden können, wobei hier kalkkonditionierte Klärschlämme bevorzugt werden. Eine thermische Nutzung des Energiean-teils ist Wertbestandteil.

Die Vergasung/Pyrolyse von getrocknetem Klär-schlamm ist derzeit auf einen Betreiber von Ab-wasseranlagen bzw. auf eine Vergasungsanlage beschränkt. Ob dieser Weg Zukunftschancen hat, wird von wirtschaftlichen Faktoren abhängen.

Zusammenfassend kann festgehalten werden, dass sich die Palette der Klärschlammabnehmer erwei-tern lässt, wenn man getrocknete Klärschlämme anbietet. In jedem Fall lässt sich aber der Aktions-radius bei der Vermarktung der Klärschlämme er-heblich ausdehnen, was wiederum ein zusätzliches Element an Verwertungs- und Entsorgungssicher-heit darstellt.

Wird eine Klärschlammtrocknung erwogen, sind im Vorfeld die damit verbundenen Kosten im Ver-gleich zu anderen, ggf. regionalen Entsorgungsal-ternativen zu untersuchen und dann unter Kosten-gesichtspunkten optimale Lösungen zu entwickeln, die gleichzeitig ein hohes Maß an Sicherheit bei der künftigen Klärschlammentsorgung bzw. -ver-wertung bieten. Die Akzeptanz des Produktes dürfte insbesondere dann gesteigert werden, wenn Ver-fahren der hochthermischen Trocknung die hygie-nische Bedenklichkeit des Stoffes „Klärschlamm“ reduzieren. Im übrigen gilt, dass die Frage der Qualitätsanforderungen getrockneten Klärschlamms bei jedem Entsorgungsweg erneut zu stellen und im Hinblick auf die endgültige Entsorgung umwelt-technisch, arbeitsschutztechnisch und ökonomisch zu optimieren ist.

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32 Februar 2004

8 Genehmigungs-anforderungen

Nach der Begriffsbestimmung des § 3 Kreislauf-wirtschafts- und Abfallgesetz (KrW-/AbfG) [15] ist auch Abwasser bzw. Klärschlamm Abfall. Gemäß § 2 Abs. 2 KrW-/AbfG gelten diese abfallrechtli-chen Vorschriften jedoch nicht für Stoffe, sobald sie in Gewässer oder Abwasseranlagen eingeleitet oder eingebracht werden, hier sind die Bestim-mungen des Wasserhaushaltsgesetzes (WHG) [16] und der Landeswassergesetze anzuwenden.

Nach bekannter Rechtsauffassung ist nach § 18 a WHG die Entwässerung von Klärschlamm in Zu-sammenhang mit der Abwasserbeseitigung zu se-hen. Nach Wasserrecht ist dementsprechend eine Abwasserbehandlungsanlage auch eine Einrich-tung, die dazu dient, den anfallenden Schlamm für eine ordnungsgemäße Entsorgung aufzubereiten. Das Wasserrecht ist demzufolge anzuwenden, wenn die Entwässerung von Klärschlamm im räumlichen und funktionalen Zusammenhang mit einer Abwasserbehandlungsanlage steht. Das trifft auch zu, wenn neben dem Schlamm der betref-fenden Anlage auch Schlämme aus anderen Ab-wasseranlagen behandelt werden.

Als Entwässerung des Schlamms sind neben dem rein mechanischen Wasserentzug auch alle sons-tigen Entwässerungsvorgänge definiert, die ganz oder überwiegend den Zweck haben, den Schlamm in eine Form zu versetzen, die seine weitere Ver-wertung/Entsorgung möglich macht. Der Bau und Betrieb einer Klärschlammtrocknungsanlage im räumlichen oder funktionalen Zusammenhang mit einer Abwasserbehandlungsanlage ist demnach nach WHG zu genehmigen, unabhängig davon, ob es sich hier um eine Anlage zur Teil- oder Voll-trocknung handelt. Eine Klärschlammtrocknungs-anlage ist auch nicht als Abfallbehandlungsanlage nach Abfall- bzw. Immissionsrecht zu behandeln – wie verschiedentlich diskutiert –, nur weil z. B. die nicht kondensierbaren Brüden als Brennerluft bei der Wärmeerzeugung eingesetzt, d. h. verbrannt werden. Der Hauptzweck der Anlage ist und bleibt die Trocknung, das heißt der weitergehende Was-serentzug.

Sind die Vorgänge der Entwässerung jedoch in ei-ne Anlage integriert, in der der Klärschlamm an-

schließend weiter behandelt z. B. verbrannt wird, so ist auf den Hauptzweck dieser Anlage abzustel-len. Hier handelt es sich dann in der Regel um ei-ne Anlage, die einer Zulassung nach § 4 Bundes-immissionsschutzgesetz (BImSchG) bedarf [17].

Abhängig von der grundsätzlichen Frage der Zu-ordnung zu Wasser- oder Abfallrecht ist zu prüfen, ob im Rahmen des Genehmigungsverfahrens wei-tere Anforderungen zu erfüllen sind. So hat ggf. nach den §§ 3 ff des Gesetzes über die Umweltver-träglichkeitsprüfung (UVPG) und Anlage 1, Nr. 13.1, in Verbindung mit dem Landesrecht vom Antragstel-ler eine Umweltverträglichkeitsuntersuchung bzw. von der Genehmigungsbehörde eine Umweltver-träglichkeitsprüfung als unselbständiger Bestand-teil des Genehmigungsverfahrens zu erfolgen.

Immissionsschutzrechtliche Vorschriften sind zu beachten, wenn eine Anlage zur Wärmeerzeugung im Zusammenhang mit der Trocknungsanlage er-richtet und betrieben werden muss. In Tabelle 4 sind die Genehmigungsanforderungen zusam-mengefasst. Darüber hinaus können sich geneh-migungsrelevante Tatbestände aus den Ziffern 8.10 und 8.13 der 4. BImSchV ergeben [19].

Neben den immissionsrechtlichen Regelungen sind weitere Aspekte zu berücksichtigen. So sind die landesrechtlichen Verordnungen über Anlagen zum Umgang mit wassergefährdenden Stoffen (VAwS) zu beachten. Darüber hinaus sind, speziell wenn die Trocknungsanlage nicht im räumlichen Zusammenhang mit einer Kläranlage steht und so-mit besondere Maßnahmen zur Behandlung bzw. Ableitung von Abwässern wie Brüdenkondensaten zu treffen sind, die landesrechtlichen Verordnun-gen, die die Einleitung von Stoffen und Abwasser in die Kanalisation (Indirekteinleiterverordnungen) bzw. die Abwasserverordnung über Anforderungen an das Einleiten von Abwasser in Gewässer zu be-rücksichtigen [22]. Im letzteren Fall bedarf zudem die Abwassereinleitung in ein Gewässer einer be-hördlichen Erlaubnis nach § 7 WHG. Bei der Ab-wassereinleitung sind die Anforderungen gemäß § 7a WHG einzuhalten.

Besonderes Augenmerk ist baurechtlichen und brandschutztechnischen Belangen zu widmen. Mögliche Auflagen und Vorgaben sind frühzeitig mit der örtlichen Baubehörde bzw. Feuerwehr ab-zustimmen. In der Regel werden hier spezielle

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Forderungen nach konstruktivem Brandschutz, Brandmeldeanlagen, Löschwasserspeichern etc. erhoben.

Weiterhin sind Vorgaben, resultierend aus Verwal-tungsvorschriften wie z. B. TA Luft, TA Lärm etc. sowie die Unfallverhütungsvorschriften der zustän-digen Berufsgenossenschaften und Fachbehörden für Arbeitsschutz zu berücksichtigen.

Tabelle 4: Wesentliche Genehmigungsanforderungen für Wärmeerzeuger

Energieträger Feuerungswärmeleistung

Heizöl EL < 20 MW 20 < 50 MW > 50 MW

Genehmigung gem. § 4 BlmSchG in Verbindung mit 4. BlmSchV ------

vereinfachtes Verfahren ohne Öffentlichkeitsbeteiligung (§ 19 BlmSchG)

Verfahren mit Öffentlichkeits-beteiligung (§ 10 BlmSchG)

Anforderungen gem. Verwaltungs-vorschrift/Verordnung

1. BlmSchV TA Luft a)

Ziffer 5.4.1.2.2

a)

13. BlmSchV

Erdgas, Klärgas b)

< 20 MW < 10 MW

20 < 50 MW 10 < 50 MW

> 50 MW > 50 MW

Genehmigung gem. § 4 BlmSchG in Verbindung mit 4. BlmSchV

------ vereinfachtes Verfahren ohne Öffentlichkeitsbeteiligung (§ 19 BlmSchG)

Verfahren mit Öffentlichkeits-beteiligung (§ 10 BlmSchG)

Anforderungen gem. Verwaltungs-vorschrift/Verordnung

1. BlmSchV TA Luft a)

Ziffer 5.4.1.2.3 13. BlmSchV

a) Für Feuerungsanlagen, die mit Abgasen / Flammen Güter direkt trocknen gilt TA Luft Ziffer 5.4.1.2.5 b) Klärgas mit einem Volumeninhalt an Schwefelverbindungen bis 1

Literaturhinweise [01] ATV: Trocknung kommunaler Klärschlämme

in Deutschland, Teil 1 „Grundlagen der Trock-nung und Darstellung der wesentlichen Ver-fahren“. Arbeitsbericht der ATV-Arbeitsgruppe 3.3.1 „Klärschlamm-Trocknungsanlagen“. In: Korrespondenz Abwasser, 10/1997, S. 1869

[02] ATV: Trocknung kommunaler Klärschlämme in Deutschland, Teil 2 „Erfahrung mit beste-henden Anlagen“, Arbeitsbericht der ATV-Arbeitsgruppe 3.3.1 „Klärschlamm-Trocknungs-anlagen“. In: Korrespondenz Abwasser, 9/1999, S. 1445

[03] Merkblatt ATV-DVWK-M 366 „Maschinelle Schlammentwässerung, Hennef: GFA: Okto-ber 2000

[04] Bartknecht, W.: Stand der Erkenntnisse auf dem Gebiet der Staubexplosion. VDI Bildungs-werk, Seminar „Sichere Handhabung brenn-barer Stäube“, 1990

[05] Born, R.: Thermische Klärschlammbehandlung – Trocknung und Verbrennung. Hochschulreihe Darmstadt: Institut WAR, Band 66, 1992

[06] Drescher, D.; Kapp, H.: Restgasentwicklung von Klärschlämmen. In: Korrespondenz Abwasser, 41/1994, S. 1282

[07] Franke, M.; Günther, H.-D.: Klärschlamm-trocknung für 20000 EGW – ein voller Erfolg. In: Korrespondenz Abwasser, 9/1993, S. 1492

[08] Hruschka, H.: Klärschlammtrocknung – eine kritische Standortbestimmung anhand prakti-scher Ergebnisse. Hochschulreihe München: Lehrstuhl für Wassergüte und Abfallwirtschaft, Band 110, 1991

[09] Kassner, W.: Solare Klärschlammtrocknung. Wiener Mitteilungen, Band 177a, 2002

[10] Kassner, W.: Solare Klärschlammtrocknung – Spezifische Einsatzbereiche und Betriebswei-sen. 3. ATV-DVWK Klärschlammtage, 2003

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34 Februar 2004

[11] Kopp, J.: Wasseranteile in Klärschlammsu-pensionen. Dissertation am Institut für Sied-lungswasserwirtschaft Technische Universität Braunschweig, 2001

[12] Melsa, A.; Wessel, M.: Zusammenspiel von Klärschlammentwässerung und -trocknung vor einer Verbrennung. 25. Essener Tagung 1992, GWA Band 135, Aachen 1993

[13] DIN 19569-10: Kläranlagen – Baugrundsätze für Bauwerke und technische Ausrüstungen – Teil 10: Besondere Baugrundsätze für Anla-gen zur Trocknung von Klärschlamm, Juni 2001

[14] VDMA 24437: Anlagen zur thermischen Klär-schlammtrocknung, 1994-08, Beuth Verlag GmbH, Berlin

[15] KrW-/AbfG: Gesetz zur Förderung der Kreis-laufwirtschaft und Sicherung der umweltver-träglichen Beseitigung von Abfällen (Kreis-laufwirtschafts- und Abfallgesetz – KrW-/AbfG) vom 27. September 1994, BGBl. I, S. 2705, zuletzt geändert durch Gesetz vom 25.08.1998, BGBl. I, S. 2455

[16] WHG: Gesetz zur Ordnung des Wasserhaus-halts (Wasserhaushaltsgesetz – WHG) i.d.F. der Bekanntmachung vom 19. August 2002, BGBl. I, S.3245

[17] BImSchG: Gesetz zum Schutz vor schädli-chen Umwelteinwirkungen durch Luftverun-reinigungen, Geräusche, Erschütterungen und ähnliche Vorgänge (Bundesimmissions-schutzgesetz BImSchG) i.d.F. der Bekannt-machung vom 26.09.2002, BGBl. I, S. 3830

[18] UVPG: Gesetz über die Umweltverträglich-keitsprüfung (UVPG) vom 05.09.2001; BGBI I, S. 2350, zuletzt geändert am 18.06.2002, BGBl. I, S. 1914

[19] 4. BImSchV: Vierte Verordnung zur Durch-führung des Bundes-Immissionsschutzgesetzes (Verordnung über genehmigungsbedürftige Anlagen – 4. BImSchV) vom 14.03.1997, BGBl. I S. 504, zuletzt geändert am 14.08.2003, BGBl. I, S. 1614

[20] VAwS: Verordnung über Anlagen zum Um-gang mit wassergefährdeten Stoffen und über Fachbetriebe (VAwS) vom 12. August 1993, GV. NW S. 676, geändert am 20. August 1999 (GV. NRW 1999 S. 558

[21] TA-Luft: Erste Allgemeine Verwaltungsvor-schrift zum Bundes-Immissionsschutzgesetz (Technische Anleitung zur Reinhaltung der Luft – TA Luft) vom 24. Juli 2002 (GMBI. 2002, S. 511)

[22] AbwV: Verordnung über Anforderungen an das Einleiten von Abwasser in Gewässer (Abwas-serverordnung – AbwV) vom 15. Oktober 2002, BGBl. I S. 4047, ber. 2002, S. 4550

[23] AbfAblV: Verordnung über die umweltverträg-liche Ablagerung von Siedlungsabfällen (Ab-fallablagerungsverordnung – AbfAblV) vom 20. Februar 2001, geändert durch Art. 2 Verord-nung vom 24.07.2002, BGBl. I, S. 2807

[24] Otte-Witte, R.: Verfahren zur Schlammtrock-nung – Verfahrensgegenüberstellung, 7. Bo-chumer Workshop. Schriftenreihe Siedlungs-wasserwirtschaft Bochum, Band 17, 1989

[25] Sixt, H.: Betriebliche und sicherheitstechnische Gesichtspunkte unterschiedlicher Trocknungs-verfahren, 12. Bochumer Workshop. Schriften-reihe Siedlungwasserwirtschaft Bochum, Band 28, 1994

[26] Arbeitsblatt ATV-DVWK-A 400 „Grundsätze für die Erarbeitung des ATV-DVWK-Regel-werkes“, Hennef: GFA, Juli 2000