mini|Klärschlamm in gepresstem Zustand im VEB Synthesewerk Schwarzheide (1990) Klärschlamm ist eine Mischung aus organischen und anorganischen Fest- und Flüssigstoffen, die bei der Abwasserreinigung durch Sedimentation gewonnen wird. Bei den Feststoffen handelt es sich um Schwebstoffe, die sich in der Kläranlage aus dem Wasser absetzen und zu Boden sinken (sedimentieren). In dem Flüssigstoffanteil liegen neben Wasser eine Vielzahl von chemischen Verbindungen in gelöstem Zustand vor.
Arten Man unterscheidet Rohschlamm, Belebtschlamm und behandelten Klärschlamm. Rohschlamm fällt auf Kläranlagen als Primärschlamm in der mechanischen Reinigungsstufe aufgrund der festen Bestandteile im Abwasser, und Belebtschlamm als Überschussschlamm in der biologischen Stufe an. Der Überschussschlamm besteht überwiegend aus Mikroorganismen, wie etwa Protisten und Bakterien. Durch aerobe oder anaerobe Behandlung des Schlamms erhält man weniger geruchsintensiven Klärschlamm (behandelter Klärschlamm bzw. stabilisierter Klärschlamm). Die anaerobe Behandlung erfolgt in vielen Kläranlagen in Faultürmen (Faulschlamm) unter Bildung von Klärgas (Methangehalt um 60 %). Der Klärschlamm ist im Ausgangszustand dünnflüssig und dunkel gefärbt. Durch Schwerkrafteindickung werden Feststoffgehalte von etwa zwei bis fünf Prozent erreicht.
Durch den Einsatz von Flockungshilfsmitteln wird der Schlamm so aufbereitet, dass er beispielsweise durch Zentrifugen, Schneckenpressen oder Siebbandanlagen auf einen Feststoffgehalt (TS-Gehalt) von bis zu 35 % entwässert werden kann. Mithilfe von Kammerfilterpressen oder Klärschlammvererdungsanlagen sind auch höhere Entwässerungsgrade erreichbar, wobei in letzteren noch zusätzlich ein biologischer Abbau der organischen Substanz stattfindet.
Zusammensetzung Roh- und Nährstoffe Der Klärschlamm ist reich an Nährstoffen, da Mikroorganismen die Abwasserinhaltsstoffe in der biologischen Stufe zum Aufbau der Biomasse verwenden und so die im Abwasser enthaltenen Nährsalze aufkonzentrieren. Von besonderer Bedeutung sind insbesondere für die Landwirtschaft Nitrat, Phosphat und andere Pflanzennährstoffe.
Nachfolgend eine TabelleGünter Fer: Klärschlamm: Gift oder Dünger. In: gwf Wasser·Abwasser. Jg. 130 1989, Nr. 11, S. 599. mit den normalen Gehalten an Nährstoffen der Klärschlämme, die zeitweise und auch von Anlage zu Anlage stark schwanken können.
{| class="wikitable sortable" style="text-align:center" |- class="hintergrundfarbe5"
!Nährstoff !! in % TS !! Minimal mg/l !! Maximal mg/l !! Mittel mg/l |- | Stickstoff (N) | 1,5–5 | 0,5 | 1230 | 192 |- | Phosphate (P2O5) | 1,5–5 | 1 | 1720 | 182 |- | Kalium (K2O) | 0,1–0,3 | 0,5 | 475 | 21 |- | Calcium (CaO) | 4–6 | 0,5 | 3635 | 369 |- | Magnesium (MgO) | 0,6–2 | 0,5 | 610 | 49 |- | Glühverlust (organ. Bestandteile) | 40–80
In städtischem Klärschlamm ist Gold in Spuren enthalten, die von der Nutzung, der Verarbeitung und dem Verschleiß von Goldlegierungen (Abrieb von Zahnfüllungen, Schmuckkettenglieder, Verlust und so weiter) stammen. Eine Untersuchung verschiedener Proben aus Arizona ergab neben verschiedenen anderen Edelmetallen einen Gehalt von durchschnittlich 0,3 Gramm Gold pro Tonne Klärschlamm. Aus dem Schlamm der Kläranlage in der Stadt Suwa in Japan, in deren Einzugsgebiet eine große Zahl von Unternehmen ansässig ist, die sich auf Präzisionsmaschinenhersteller spezialisiert haben und das Metall verarbeiten, konnte aus der Klärschlammasche nach deren Verbrennung 1890 Gramm Gold pro Tonne Asche gewonnen werden.Reuters – Sewage yields more gold than top mines, 30. Januar 2009, abgerufen am 26. Januar 2025
Schadstoffe Im Klärschlamm kann eine Vielzahl an organischen Verbindungen mit verschiedenen Eigenschaften und Wirkungen vorhanden sein. Diese Stoffe können beispielsweise kanzerogen, mutagen, giftig etc. sein. Ein spezielles Problem sind Schwermetallverbindungen. Ein Beispiel ist Chrom, welches in elementarer Form ungiftig, als Chrom(III) essenziell und als Chrom(VI) giftig und karzinogen ist. Die deutsche Klärschlammverordnung und die Düngemittelverordnung enthalten Grenzwerte, um die Gefahren für Mensch und Umwelt zu minimieren. Auch wenn solche Stoffe nur in geringen Konzentrationen im Abwasser vorhanden sind, besteht das Risiko, dass sie sich nach der landwirtschaftlichen Aufbringung anreichern („Bioakkumulation“) und in die Nahrungskette gelangen. Das gilt außer für Schwermetalle auch für die Summenparameter AOX, PCB und PCDD.
Aus Krankenhausabwässern und aus häuslichem Abwasser werden eine Vielzahl von Spurenstoffen in das Abwasser eingetragen, die teilweise auch im Klärschlamm nachweisbar sind. Reinigungsverfahren für Abwasser können Spurenstoffe nicht vollständig eliminieren. In einem EU-geförderten Projekt wurden Klärschlämme aus der Abwasserreinigung mit unterschiedlichen Reinigungsverfahren untersucht und Konzentrationen unterschiedlicher Medikamentengruppen nachgewiesen.Abschlussbericht des Interreg IV B-Projektes noPILLS (PDF), Mai 2015. Die Verwendung von Klärschlamm in der landwirtschaftlichen Düngung kann somit einen Eintragspfad für Spurenstoffe in Boden und Wasser darstellen.
Nachfolgend eine TabelleGünter Fer: Klärschlamm: Gift oder Dünger. In: gwf Wasser·Abwasser. Jg. 130 1989, Nr. 11, S. 600. mit Angaben zu diesen organischen Stoffgruppen und chemischen Verbindungen und deren Konzentration, die im Klärschlamm der 1980er Jahre nachweisbar waren. Bedingt durch die zwischenzeitlich erlassenen gesetzlichen Verbote zur Verwendung einiger der angeführten Unkraut- und Schädlingsbekämpfungsmittel sind mehrere der angegebenen Verbindungen in den Schlämmen aktuell nicht mehr nachweisbar. Toxische organische Verbindungen sind auch aktuell noch in den Schlämmen vorhanden.
{| class="wikitable sortable" style="text-align:center" |- class="hintergrundfarbe5" !width="35%"|Stoffgruppe !! width="35%"|chem. Verbindung !! width="15%"|min.-max. in µg/l !! width="15%"|übliche Konzentration in µg/l |- | Polycyclische aromatische Kohlenwasserstoffe | Fluoranthen | 0,10–43 | – |- | Polycyclische aromatische Kohlenwasserstoffe | Benzo[a]fluoranthen | 0,01–9 | – |- | Polycyclische aromatische Kohlenwasserstoffe | Benzo[a]pyren | 0,01–40 | – |- | Polycyclische aromatische Kohlenwasserstoffe | Benzo[ghi]perylen | nn–31 | – |- | Polycyclische aromatische Kohlenwasserstoffe | Indeno[1,2,3-cd]pyren | 0,01–23 | – |- | Polycyclische aromatische Kohlenwasserstoffe | Pyren | 0,10–35 | – |- | chlorierte Kohlenwasserstoffe | Hexachlorbenzol (HCB) | nn–0,2 | < 1 |- | chlorierte Kohlenwasserstoffe | p,p′-Dichlordiphenyldichlorethen (p,p′-DDE) | nn–0,9 | < 0,2 |- | chlorierte Kohlenwasserstoffe | DDT | nn–0,2 | < 1 |- | chlorierte Kohlenwasserstoffe | β-HCH | nn–0,1 | – |- | chlorierte Kohlenwasserstoffe | γ-HCH (Lindan) | nn–0,8 | < 0,05 |- | chlorierte Kohlenwasserstoffe | Dieldrin | nn–0,4 | < 1 |- | Phthalate | DEHP | 70–100 | – |- | polychlorierte Biphenyle | PCB 101 = 2,2′,4,5,6′-Pentachlorbiphenyl | nn–0,9 | – |- | polychlorierte Biphenyle | PCB 138 = 2,2′,3,4,4′,5′-Hexachlorbiphenyl | nn–5 | – |- | polychlorierte Biphenyle | PCB 153 = 2,2′,4,4′,5,5′-Hexachlorbiphenyl | 0,01–4 | – |- | polychlorierte Biphenyle | PCB 180 = 2,2′,3,4,4′,5,5′-Heptachlorbiphenyl | 0,01–1,2 | – |- | polychlorierte Biphenyle | Clophen A60 | 0,2–19 | < 1
Schlammbehandlung Klärschlamm wird für den weiteren Verwertungsweg behandelt. Dabei können folgende Verfahrensstufen genutzt werden: Eindicken, Konditionieren, Hygienisieren, Entwässern und Trocknen. Welche Verfahren dabei angewandt werden und in welcher Reihenfolge dies erfolgt, hängt von verschiedenen Randbedingungen ab (Größe der Kläranlage, Stabilisierungsart des Klärschlamms, lokale Situation, Platzverhältnisse etc.).
Anaerobe Schlammstabilisierung Nach der novellierten der kommunalen Abwasserrichtlinie (EU) 2024/3019 (KARL) soll der Sektor der kommunalen Abwasserbehandlung bis 2045 energieneutral sein.EUR-LEX – Richtlinie des Europäischen Parlaments und des Rates über die Behandlung von Kommunalem Abwasser (Neufassung), abgerufen am 3. Januar 2025EUR-LEX – Richtlinie (EU) 2024/3019 des Europäischen Parlaments und des Rates vom 27. November 2024 über die Behandlung von kommunalem Abwasser (Neufassung) (Text von Bedeutung für den EWR), abgerufen am 3. Januar 2025 Nun beinhalten die Kläranlagen in der EU 87.500 GWh pro Jahr an chemischer Energie, die sich zu einem großen Teil im Klärschlamm befindet. Je nach angewandtem Verfahrensschritt in der Klärtechnik, kann diese Energie im Klärschlamm verstärkt nutzbar gemacht werden. Ein wichtiger Bestandteil ist die Ausfaulung im Methanreaktor (Anaerobe Schlammstabilisierung). Zum einen wird dabei die zu behandelnde Masse verringert, zum anderen wird dabei Biogas gewonnen, das in BHKWs verstromt werden kann.Symposium Energieinnovation 2016 – POWERSTEP – Die Kläranlage als Kraftwerk, abgerufen am 2. Mai 2025
Entwässerung Mechanische Entwässerung Häufig entwässern mechanische Entwässerungseinrichtungen (Hydraulische Pressen, Zentrifugen, Kammerfilterpressen, Siebbandpressen, Schneckenpressen) den in der Regel (aerob oder anaerob) stabilisierten Klärschlamm vor der Nachbehandlung, Verwertung oder Entsorgung. Um eine weitgehende Abtrennung des im Klärschlamm enthaltenden Wassers zu erreichen, ist es in der Regel erforderlich, den Schlamm zu konditionieren. Das kann geschehen, indem man dem Flüssigschlamm polymere Flockungshilfsmittel (seltener Eisen oder Kalkmilch) zugibt. Eine Kalkzugabe beträgt etwa 20 % bis 35 % CaO im Feststoffanteil und macht einen wesentlichen Teil des Nutzens bei der Verwertung als Dünger aus. Jedoch wird dabei die ursprüngliche Trockenmasse der Entsorgungsmenge erhöht, was zu Mehrkosten führen kann. Durch die mechanische Entwässerung steigt der Feststoffgehalt je nach angewandter Technologie bis auf über 30 % und ermöglicht somit die Reduzierung des Volumens bzw. der Masse des zu entsorgenden Klärschlamms auf ein Zehntel der ursprünglichen Menge des Nassschlamms. Neben den hydrostatisch arbeitenden Filtern gibt es zudem noch den Vakuumbandfilter. Hierbei erfolgt die Entwässerung durch die Schwerkraft mit zusätzlicher Vakuumunterstützung. Je nach Anwendung werden bei Vakuumbandfiltern entweder Filtervliese oder Endlos-Filterbänder eingesetzt, sodass ein hoher Durchsatz erzielt werden kann.
Biologische Entwässerung
Unter der biologischen Entwässerung versteht man das Aufbringen von Klärschlamm auf Vererdungsbeete. In diesen vorwiegend mit Schilf bepflanzten Beeten kommt es zunächst zu einer schnellen Entwässerung des Klärschlamms auf etwa 10 % Feststoffgehalt. Das durch den Bodenfilter sickernde Wasser des Klärschlamms wird mit Drainagesystemen aufgefangen und zur Kläranlage zurückgeführt. In den Vererdungsbeeten der Klärschlammvererdungsanlage verbleiben die organischen und mineralischen Feststoffanteile. Durch biologische Umsetzungsprozesse über einen längeren Zeitraum werden die organischen Anteile abgebaut und mineralisiert, wodurch die Masse wesentlich verringert wird. Aus dem Reststoff Klärschlamm entsteht dadurch hochwertige Klärschlammerde, die nach Räumung und Nachlagerung Trockenmassegehalte von bis zu 60 % erreicht. Durch den Abbau von 50 % bis 60 % der im Klärschlamm enthaltenen organischen Stoffe (Massenreduktion) kann Klärschlammvererdung effektiv geringere Restmengen erreichen.
Trocknung mini|Klärschlamm mit Trockenrissen
Durch die Trocknung wird das Gewicht und das Volumen des Schlamms weiter vermindert. Das im Schlamm gebundene Wasser wird mit Hilfe von Verdunstung bzw. Verdampfung reduziert. Vor allem beruhen die verschiedenen Trocknungsverfahren auf Kontakt-, Konvektions- oder Strahlungsvorgängen, um das gebundene Wasser zu lösen.