Schlammbehandlung - FG Siedlungswasserwirtschaft - TU Berlin

Schlammbehandlung 

Matthias Barjenbruch 

TU Berlin, FG Siedlungswasserwirtschaft, Sekr. TIB 1B 16 

Gustav-Meyer-Allee 25, D - 13355 Berlin 

Tel.: +49 / (0) 30 / 314 72246; Fax: +49 / (0) 30 / 314 72248 

e-mail: matthias.barjenbruch@tu-berlin.de 

Atmosphäre 

Landwirtschaft/Landbau Verbrennung Deponie 

Produkte 

Nahrung 

Kanalisation 

Nicht angeschlossene Abwasserquellen 

Schlammbehandlung 

RÜB Sieb SF VK BB NK F 

Fäkalschlamm 

Rückbelastung 

Gewässer 

1

Begriffsdefinitionen 

Auswahl 

� Klärschlamm: 

Aus dem Abwasser abtrennbare, wasserhaltige Stoffe, ohne Rechengut und 

Sandfanggut 

� Rohschlamm (Frischschlamm): unbehandelter Schlamm 

� Primärschlamm: 

Schlamm aus dem zufließenden Abwasser, der sich durch physikalische 

Verfahren (Sedimentation) in der Vorklärung abtrennen läßt. 

� Vorklärschlamm: 

wie Primärschlamm, ggf. inkl. Überschußschlamm aus der biologischen Stufe 

� Überschussschlamm: 

Der im biologischen Verfahrten gebildete Zuwachs an Biomasse, der entfernt 

wird. 

� Sekundärschlamm: 

Aus dem 2.ten Reinigungsteil (biologische Abwasserreinigung) entfernter 

Schlamm, z.B. Überschussschlamm, Tropfkörperschlamm 

� Tertiärschlamm: 

Schlamm aus dem ”3. Reinigungsteil”, z.B. Nachfällung, Flockungsfiltration 

� Faulschlamm 

Durch Ausfaulung stabilisierter Schlamm 

Nutzen und Gefahren des Klärschlamms 

Kann wertvoll sein: 

Nährstoffe, Stickstoff, Phosphor, organischer Dünger 

� Kann schädlich sein: 

Hygiene 

Schwermetalle 

nicht abbaubare organische Stoffe (z.B. AOX) 

Arzneimittel 

endokrine Substanzen 

„BSE-Erreger“ � PFT 

� Psychologie 

2

Kritischer 

Inhaltsstoff 

Abbaubar 

organische 

Substanz 

Großer 

Wassergehalt 

Pathogene 

Keime, Viren 

Wurmeier 

Schadstoffe, 

gefährliche 

Stoffe 

Schwermetalle 

Kritische Komponenten im Klärschlamm 

Störende 

Beeinflussung 

durch 

Emissionen/Immi 

-ssionen durch 

Bildung von 

Geruchsstoffen 

Lagerung 

Transport 

Einschränkung 

bei der 

Landwirtschaft 

Gefahr 

Akkumulation im 

Boden und in der 

Nahrungskette 

Ort der 

Problemlösung 

auf dem Klärwerk 

Faulbehälter/ 

Belebungsbecken 



nur im Vorfeld des 

Klärwerks 

Technisches Verfahren 

Stabilisierung 

�Aerob 

�Anaerob 

�Thermisch 

Eindickung/Entwässerung 

�Schwerkraft 

�Maschinell 

�Thermisch 

Hygienisierung 

�Thermisch 

�pH-Wert-Verschiebung 

Indirekteinleiterkontrolle 

�Behandlung 

�Vermeidung beim Einleiter 

Grundaufgaben der Schlammbehandlung 

� Stabilisieren 

�Verringerung der geruchsbildenden Inhaltsstoffe 

�Verringerung der organischen Inhaltsstoffe 

�bei verbesserter Entwässerbarkeit 

�Verminderung der Krankheitserreger 

� Hygienisieren (Pasteurisieren) noch Ausnahmefall 

�bei hohen seuchenhygienischen Ansprüche 

�Vermeiden der Verbreitung von Krankheitserregern (z.B, Wurmeier, Pathogene) 

� Schlammwasserabtrennung 

�Herabsetzung des Wassergehalts 

�Verringerung des Schlamm- und Transportvolumens (Kosten) 

� Stapelung 

�Entkopplung von Anfall des Schlammes und zeitlicher Nutzung 

� Klärschlammentsorgung und Nutzung 

�Landwirtschaftlich Schlammverwertung, Landbau, Rekultivierung 

�Schlammdeponierung, 

�Thermisch Schlammverwertung (Verbrennung) 

3

Verbrennung 

10% 

Klärschlammmenge -und entsorgungswege 

Stand 1991 

�2,7 mio. t KS/a 

�37,8kg/E 

Sonstige 

Entsorgung 

16% 

Deponie 

44% 

Summe stoffliche Verwertung: 

ca. 66% 

Verbrennung 

20% 

Deponie 

11% 

Landwirt. 

Verwertung 

30% 

Kompostierung 

10% 

Sonstige 

Entsorgung 

3% 

Landbaul. 

Verwertung 

12% 

Schlammanfall laut „Schlammliste“ 

Rohschlämme 

Verfahren/Betriebsbedingungen Schlammart 

Stand 1996/98 

� 2,5 mio. t KS/a 

� 33,7kg/E 

Landwirt. 

Verwertung 

44% 

Schlammanfall und – 

beschaffenheit 

TR- TR- oTR/TR Volumen 

Gehalt Facht 

[% 

TR] 

[g/(E�d)] [-] [l/(E�d)] 

Vorklärung: Primär- 

1a) 

- tA,VK = 0,5 h Schlamm 2 .. 8 

1) 

30 0,67 1,0 

- tA,VK = 1,0 h 1b) PS 2 .. 8 35 1) 0,67 1,2 

1c) 

- tA,VK = 2,0 h 2 .. 8 

1) 

40 0,67 1,4 

Belebungsverfahrne (T = 15 °C) Überschuss- 

- C-Elimination (BSB5+ggf. Denitrifikation 

Schlamm 

• tTS = 5d, tA,VK = 0,5 h ÜSB 0,7 

1) 2) 

46,3 0,75 6,7 

• tTS = 5d, tA,VK = 2,0 h 0,7 35,8 1) 2) 0,75 5,1 

• tTS = 10d, tA,VK = 0,5 h 0,7 

1) 2) 

42,0 0,725 6,0 

• tTS = 10d, tA,VK = 2,0 h 0,7 

1) 2) 

32,4 0,725 4,6 

• tTS = 15d, tA,VK = 0,5 h 0,7 

1) 2) 

39,3 0,70 5,6 

• tTS = 15d, tA,VK = 2,0 h 0,7 

1) 2) 

30,2 0,70 4,3 

• tTS = 25d 

(Stabilisierungsanlage o. VK) 

0,7 56,2 1) 2) 0,65 8,0 

- Nitrifikation Praktisch keine ÜS-Mehrproduktion 

feststellbar 

- Denitrifikation infolge externer C- 

Quellen 

ÜSDEN,ECQ 

• Methanol (ß = 1,35) 1,0 0,57 5) > 0,95 

6) 

0,57 

• Ethanol (ß = 1,35) 1,0 8,8 5) > 0,95 

6) 

• Essigsäure (ß = 1,35) 1,0 5,9 5) > 0,95 

6) 

- Biol. P-Elimination ÜSBIO-P 2,88 7) < 0,05 

7) 

Biofilmverfahren 

- Tropfkörper (C- 

Elimination/Nitrifikation) 

- Tauchkörper ÜSBF 

- Fließbettreaktoren 

0,88 

0,59 

Schlammanfall und –beschaffenheit 

bei Biofilmverfahren ergibt sich unter 

Berücksichtigung der jeweiligen 

Betriebsparameter analog zum 

Belebungsverfahren 

4

Rückbelastung 

Nach Gujer, verändert 

Bilanz zum Schlammanfall 

Abwasserreinigung 

Bilanzraum 

Ansatz 1 = 650 · 0,50/365/4 · 1000 = 222 g/(E ·d) 

Ansatz 2 = 650 · 0,25/365/4 · 1000 = 111 g/(E ·d) 

Wassergehalt! 

Ansatz 2 = 0,2 · 650 · 0,25/365/4 · 1000 = 22 g/(E ·d) 

Zum Vergleich: 

t R = 2,0 h: 40 g/(E ·d) 

t R = 0,5 h: 30 g/(E ·d) 

Schlammanfall: primär, sekundär, tertiär 

Eindicken 

Hygienisieren 

Stabilisieren 

Eindicken, Stapeln 

Entwässern 

(Trocknen) 

Verbrennen 

örtlich getrennt 

Nutzung der Energie 

Energie 

Biogas 

Landwirtschaft 

Deponie 

Atmosphäre 

5

Schlammbeschaffenheit 

Ziele der Schlammstabilisierung 

� Verringerung der organischen Trockenmasse 

und der damit verbundenen Gesamtschlammenge 

� Verringerung von geruchsbildenden Inhaltsstoffen 

� Verbesserung der Entwässerbarkeit des Schlammes 

� Verminderung von Krankheitserregern 

� Gewinnung von Energie (Biogas) bei der anaeroben 

Schlammfaulung 

6

chemisch 

Verfahren der Schlammstabilisierung 

physikalisch 

Sauererstoffzugabe 

Verbrennung 

o. Selbsterhitzung 

Belebung 

aerob 

biologisch 

Selbsterhitzung 

Kompostierung 

- weitere Verfahrenskombinationen möglich (Duale Stabilisierung) 

Stabilisierungskennwerte 

Auswahl 

Kennwert aerob anaerob 

GV [%] x x verbreitet, 

ungenau 

Bemerkung bedingt 

stabilisiert 

anaerob 

beheizt 

Faulung 

Vollstabilisiert 

45..55 < 45 

Schlammalter [d] x > 25 

BSB5/CSB xx x aufwendig 0,15 – 0,18 < 0,15 

Atmungsaktivität 

[kg O2/ kg oTS·d] 

xx < 0,1 

Reduktasenaktivität 

TTC-Test 

[mg Formazan/g oTS] 

xx

Möglichkeiten der aeroben 

Schlammstabilisierung 

� simultane aerobe Stabilisierung im Belebungsverfahren 

(Schlammstabilisierungsanlage), 

� aerobes Schlammalter t TS : 24 - 25 d 

� getrennte aerobe Stabilisierung bei Außentemperaturen 

(unüblich) 

� getrennte Stabilisierung bei erhöhten Temperaturen 

(aerob-thermophile Stabilisierung; im flüssigen Milieu) 

� getrennte zweistufige aerob-thermophile Stabilisierung 

(im flüssigen Milieu) 

� getrennte Stabilisierung durch Schlammkompostierung. 

erf. t R,Stab . [d] 

Erforderliche Belüftungszeit in Abhängigkeit 

von der Prozesstemperatur (Bau, 1986) 

T [°C] 

8

Simultane aerobe Schlammstabilisation im BB 

Rechen Sandfang 

erf. t TS = 24 - 25 d 

Belebung mit 

gemeinsamer 

Stabilisation 

SF B + S 

NE 

Nacheindicker/ Stapelbehälter 

Vorteile der simultanen aeroben 

Schlammstabilisation 

Nachklärung 

� geringe Investitionen 

� geringer erforderlicher Betriebsaufwand 

� hohe Betriebsicherheit (da große Pufferkapazität des niedrig 

belasteten Schlamms) 

� meist problemlose Nitrifikation und Denitrifikation, da 

geringe Schlammbelastung 

� keine Primärschlammentnahme notwendig 

� Eignung nur bis 20.000 E nach A131 

NK 

9

Getrennte aerobe Stabilisation 

Rechen Sandfang Vorklärung Belebung 

SF 

VK BB 

VE 

SB 

Voreindicker aerober 

Stabilisationsbebälter 

Nachklärung 

NE 

Vorteile der getrennten aeroben 


NK 

Nacheindicker 

� relativ geringer baulicher Aufwand 

� einfacher und robuster Prozess 

� geringe Empfindlichkeit der Mikroorganismen 

gegenüber Betriebsstörungen 

� geringe Verschmutzung des abzutrennenden 

Schlammwassers 

� weitgehende Abtötung von Krankheitserregern 

� Bei eingedicktem Schlamm Selbsterhitzung auf T = ca. 

50 - 60 °C (aerob thermophile Schlammstabilisation) 

infolge biogener Erwärmung 

10

Fa. Fuchs, Mayen 

Aerobe thermophile 


Aerob thermophile Schlammstabilisierung (ATS) 

11

Zweistufige aerob thermophile 


Einsatzbereiche einzelner Verfahren 

Simultan aerob 

Aerobthermophil 

Kompostierung 

im Bioreaktor 

Faulung als duale Stabilisierung 

Faulung 

12

Biologische Grundlagen der Schlammfaulung 

Komplexer Abbauweg 

Biologische Grundlagen der Schlammfaulung 

� Temperaturbereich: 

� psychrophil: 10 – 20 °C 

� mesophil: 30 – 38 °C 

� thermophil: 50 – 75 °C 

� pH-Wert 

> 7 

� Nährstoffverhältnisse 

C : N = 10 : 1 bis 16 : 1 

N : P : S = 7 : 1 : 1 

� Spurenelemente: 

Nickel, Kobalt, Molybdän, Eisen, Selen Wolfram 

Für acetogene Bakterien: 

Zink, Kupfer, Mangan 

13

Hemmfaktoren bei der Schlammfaulung 

Hemmende bzw. toxische 

Konzentrationen verschiedener 

Metalle in der flüssigen Phase: 

Hemmung der CH 4 -Entwicklung 

in Abhängigkeit des Gehalts 

undissoziierter H 2 S 

Einfluss der Temperatur auf die Faulzeit 

14

Anforderungen an einen Faulbehälter 

� Gleichmäßige und schonende Durchmischung 

� (Vermeidung von Totzonen wg. Ablagerungsgefahr! 

� Nutzung des gesamten Reaktionsraumes 

� Faulbehälter sind zu beheizen. 

� wegen Betrieb bei T = 33-37°C. 

� kleines Verhältnis von Oberfläche zu Volumen (z.B. Eiform) 

und ausreichende Wärmedämmung 

� Möglichst gleichmäßige Rohschlammzufuhr mit 

gleichzeitiger Beimischung von Faulschlamm 

� Gute Zerstörungs- und Beseitigungsmöglichkeit von 

Schwimmschlammdecken 

� Faulgaserfassung, und -verwertung 

> 3.500 m³ Inhalt 

Bauformen von Faulbehältern 

< 2.000 m³ Inhalt 

15

Bauablauf von Faulbehältern 2 

Bau eines Faulbehälters 

16

Möglichkeiten der Faulbehälter-Durchmischung 

Faulgaseinpressung 

Umpumpen des Schlamms innenliegende 

durch außen liegende Pumpen Faulraummischer 

Beispiel eines Mischers 

17

KA Nienburg 

Faulbehälterformen 

KA Hamburg 

Faulbehälter als Architektur 

18

Beispiel Faulbehälter KW München II 

Ausrüstung Faulbehältern 

Bspl. Umwälzung mit externen Pumpen 

19

Spezifische Gasproduktion 

[m³/kg oTR Zu ] in Abhängigkeit der Faulzeit 

Spezifische Gasproduktion 

je nach Betriebsweise der Kläranlage 

20

Gasausbeuten und Anteile an Methan 

Stoffgruppe Gasausbeute 

(l/kg oTRabg) 

Methananteil 

(%) 

Kohlenhydrate 790 50 

Fette 1250 68 

Eiweiße 700 71 

Vergleich Rohschlamm und stabilisierter 

Schlamm 

Rohschlamm 

66,3% 95 % 

Wasser 

53 g TR/ E·d 

Aerob: CO2 Anaerob: Biogas 

Schlammwasser 

57% 

oTR Abbau 

Organischer 

Anteil (GV) 

Aerob od. 

anaerob stab. Schlamm 

97 45% % 

Wasser 

23 g TR/ E·d 

38% TR 

5 33,7% 

Mineralischer 

55% 

% TR Verring. 

3 % TR 

Anteil (GR) 

27 g TR/ E·d 

27 g TR/ E·d 

80 g TR/ E·d 50 g TR/ E·d 

21

Faulzeiten in bestehenden 

Faulbehälteranlagen (nach Schmelz 2002) 

Quelle Anlagen mit 

Faulbehältern 

Mittlere 

Faulzeit 

Bandbreite der 

Faulzeiten 

Loll (1981) 206 39 d 10 – 80 d 

Kapp (1984) 57 28 d 9 - >50 d 

Schmelz (1998) 81 36 d 12 – 101 d 

Schierholt (1999) 96 29 d 12 – 60 d 

Wendler et al. (2000) 72 29 d 10 – 60 d 

� zu großzügig bemessenen hydraulischen Verweilzeiten 

� besseren Ergebnissen der Rohschlammeindickung als bei einer 

vorsichtigen Bemessung angenommen wurden 

� eine (noch) nicht voll erreichte Auslastung der Kläranlage 

� in der Planung angenommenen Spitzenschlammmengen, die in der 

Praxis nicht eingetreten sind 

� eine im Laufe der Zeit verringerte Raumbelastung (kg oTR/(m³⋅d)) 

Stoffdaten und Biogasausbeuten von Co- 

Substraten 

Biogene Abfälle 

TR 

[%] 

GV 

[%] 

Methanausbeute 

[l/kg oTR] 

Biertreber 20-22 87-90 350-700 

Altbrot 90 96-98 700-750 

Molke 4-5 80-92 500-600 

Bioabfall (Haustonne) 40-75 30-70 180-600 

Speiseabfälle (Großküche) 9-37 75-98 500-600 

Flotatschlamm 5-24 93-98 600-800 

Fettabscheidermaterial 2-70 75-98 1000 

[nach Wittmaier 2003] 

22

Faulgasqualität 

Hauptkomponenten: CH4 und CO2 ; weiterhin CO N2 , O2 ; H2S � Eigenschaften von Faulgasen: 

Eigenschaften Faulgas Hauptbestandteile Gemisch 65% CH4 

CH4 CO2 H2S 

Vol.-Anteil [%] 55-75 24-44 0,1-0,7 100 

Heizwert Hu,n kW/m 3 10 - 6,3 6,5 

Heizwert Ho,n kW/m 3 11,1 - - 7,2 

Zünd.-/Exp.Grenze 

Vol.% in Luft 

5-15 - 4-45 6-12 

Vergleichswerte zur Energie aus Faulgas 

1 Nm³ Methan hat den gleichen Heizwert wie: 

� 1,1 Liter Benzin 

� 1,1 Liter leichtes Heizöl 

� 1,1 Kilogramm Steinkohle 

23

Faulgasaufbereitung 

Feststoff- und Flüssigkeitsabscheider: 

� Schlamm und Schaumpartikel stören den Betrieb von Faulgasanlagen 

� Schaumfallen (Zyklone) 

� Verdüsung von Betriebswasser im Zyklon 

� Grobfilter als Kiestöpfe 

Schwefelwasserstoffentfernung: 

� humantoxisch und tödlich ab 0,4 Vol.% 

� Versäuerung von Schmierölen und Korrosion 

� Bindung von H 2 S im Schlamm an Eisen (”natürlich” oder durch Zugabe von 3wertigen 

Eisensalzen) 

� Bindung von H 2 S im Faulgas an Eisen 

� Bindung von H 2 S im Faulgas an Aktivkohle 

� biologische H 2 S-Entfernung aus dem Faulgas 

Entfernung von Spurenstoffen (z.B. CHKW,FCKW): 

� Vorkommen sehr selten 

� Einsatz von Aktivkohleadsorbern 

Faulgasspeicherung: ca. 5 - 15 l/E 

� Druckspeicher mit gewichtsbelasteten Membranen (50 mbar) 

� Druckspeicher mit Membranen (50 mbar) 

� Druckspeicher bis (10 bar) 

Gasspeicher mit teleskopgeführten 

Ballastgewichten 

24

Gasspeicher 

Gasfackeln für den Notfall 

25

Nutzung des Faulgases 

Blockheizkraftwerke (BHKW) 1 

Grundlastbetrieb 

� Auslegung auf die mittlere minimale Faulgasproduktion 

� Zwischenspeicherung (Entfeuchtung u. Qualitätsausgleich) 

� Einspeisung ins KA-Stromnetz 

�bei Defizit Zukauf von EVU 

�bei Überschuss Abgabe an EVU 

� Abfallende Wärme (Vorlauf 90/70°C; Rücklauf 75/60°C) wird in den 

Heizverteiler eingespeist 

Stromvorrang- und Spitzenbetrieb 

� vorteilhaft bei spez. tariflichen und örtl. Voraussetzungen 

� Faulgasspeicherung über einen Tag 

� Heizanlage auf Wärmespitzen auslegen 

� höherer Reparaturaufwand des Gasmotors Last- und 

Temperaturwechsel 

Blockheizkraftwerke (BHKW) 2 

Wärmevorrang- und Spitzenbetrieb 

� i.d.R. selten eingesetzt auf KA’s (evtl. bei thermischer 

Klärschlammentseuchung) 

Notstrombetrieb: 

� ständige Bereitschaft eines Gasmotors (Redundanz) 

� ständig entsprechende Menge an Faulgas bereithalten 

Redundanz und Zweitgasversorgung 

� Verfügbarkeit moderner Technologie ca. 8000 h/a d.h. 90%) 

� Zweitgasversorgung 

� EVU (u.a. Vertrag) 

26

Blockheizkraftwerk (BHKW) 

Neue Wege der Gasverwertung 

Wasserstoff als Energieträger (+ Sonne Wasser,Wind) 

27

Hygieneanforderungen 

Abfklär; Düngemittelverordnung 

� Bisher: 

� Verbot der Aufbringung auf Weideland und für Pflanzen zum 

direkten Verzehr (Obst und Gemüse) 

� Eingehalten (lt. Düngemittelverordnung), nur wenn in 50 g 

Probenmaterial keine Salmonellen gefunden werden 

oder: 

� Bei sofortiger Einbringung in den Boden 

� Bei Futternutzung auf einen zeitlichen Abstand von sechs 

Wochen bis zur nächsten Schnitt- oder Weidenutzung 

� Einen Mindestabstand von Sportanlagen, Kinderspielplätzen 

und Parkanlagen sowie dem Rand der geschlossenen 

Wohnbebauung von 100 m 

� Bei Gütesicherung bis hin zur Einarbeitung des Klärschlamms in 

die Ackerscholle 

Biologische 

Verfahren 

Chemische 

und 

thermische 

Verfahren 

Zukünftige Bedeutung und F + E-Bedarf bei 

Verfahren der Entseuchung/Hygienisierung 

Verfahren - Verfahrenstechnik zukünftige 

Bedeutung 

Aerob-thermophile 

Stabilisierung (flüssiges Milieu) 

Aerob-thermophile 

Stabilisierung (in der 

entwässerten Phase) – 

Kompostierung 

Bedarf an F + E 

+ + 

+ + 

Duale Stabilisierung ++ ++ 

Nachkalkung von entwässertem 

Schlamm mit 

Wärmeentwicklung 

Thermische Direktentseuchung 

bzw. – hygienisierung 

+ + 

++ + 

[Loll 2007] 

28

Thermische Hygienisierung 

Aerob thermophile 

Hygienisierung 

Pasteurisierung 

(Quelle: GUJER,2000 modifiziert) 

Konventionelle Schlammbehandlung 

mit Faulschlammhygienisierung (Kalk) 

Hygienisierungsgebot würde eine 

Verdopplung der Kosten bedeuten! 

(Rohschlammerhitzung oder Nachkalkung) 

29

Einflussgrößen auf die erreichbaren 

Entwässerungsergebnisse 

� Ziele der Klärschlammentwässerung 

�weitgehende Abtrennung des Schlammwassers 

�möglichst hoher erreichbarer Feststoffgehalt 

�möglichst geringe Menge an Konditionierungsmitteln 

� Der erreichbare Feststoffgehalt ist abhängig von der 

Verteilung der Wasserarten im Schlamm 

� Die Zugabe von z.B. kationischen Polymeren 

beschleunigt die Wasserabgabe 

�Thermogravimetrische Laboruntersuchungen zum 

erreichbaren Feststoffgehalt 

Verteilung der Wasserarten in der 

Klärschlammsuspension 

A: Freies Wasser 

� keine Bindung an 

Schlammpartikel 

B: Zwischenraumwasser 

� Bindung durch 

Kapillarkräfte 

C: Oberflächenwasser 

� Bindung durch 

Adhäsionskräfte 

D: Zellinnenwasser 

� in der Zelle gebunden 

30

Art und Bindung des Schlammwassers 

Art und Bindung des Schlammwassers Mengenanteil in % 

ausgefaulter 

Schlamm mit 95% 

WG 

Zwischen- und Hohlraumwasser etwa 70% 

Haft- oder Adhäsionswasser 

(Benetzungswasser) 

Kapillarwasser, Porenwinkelwasser etc. 

etwa 22% 

Innenwasser, u.a. Zellflüssigkeit etwa 8% 

Summe 100% 

Entwässerungsschritt 

Eindickung 

Entwässerung 

(meist mit 

Konditionierung) 

Trocknung 

Wirkungsweise und Energiebedarf der 

Entwässerungsschritte 

Abtrennung 

von 

Zwischenraumwasser 

Haft- und 

Kapillarwasser 

Innen- und 

Adsorptionswasser 

erreichbarer 

TR-Gehalt 

2 – 10 % 

bis 50 % 

bis 99 % 

Energiebedarf 

in kWh je m³ abgetrenntes 

Schlammwasser 

0,001 bis 0,01 

1 bis 10 

ca. 1.000 

31

Gewichts- und Volumenverringerung durch 

Eindickung und Entwässerung 

V0 ·TS0 = Ve ·TSe m FS 

m FS 

V e =V 0 ·TS o /TS e 

Trocknungsverlauf eines Faulschlammes 

Logarithmische Abzisse 

32

Wasserverteilung von kommunalen Klärschlämmen 

Verfahren der Schlamm-Entwässerung bzw. 

Schlammentfeuchtung 

Eindickung 

mechanisch 

Flotation 

Schwerkraft 

Entwässerung 

mechanisch 

maschinell 

natürlich 

Trocknung 

thermisch 

maschinell 

natürlich 

33

Zulauf 

Schlammeindicker 

Durchlaufeindicker 

Schwimmschlammabzug 

Krälwerk 

Eindicker / Krählwerk 

Schlammwasserabzug 

Schlammabzug 

34

Standeindicker 

Statischer Eindicker 

Standeindicker 

Statische Eindicker 

Durchlaufeindicker 

Stufenablässe im Standeindicker 

Messung 

Schlammspiegel 

35

Dimensionierung Eindicker 

Basiert der Feststoffoberflächenbelastung: 

B 

A 

Q⋅ 

TSS 

= 

A 

E 

B A = Feststoffoberflächenbelastung in kg TSS/(m 2· d) 

Q = Zuflussmenge des Schlammes in m 3 /d 

TSS zu = Feststoffkonzentration im Zufluss in kg TSS/m 3 

A E = Oberfläche (Projektion) des Eindickers in m 2 

zu 

Typische Werte: BA = 50 - 70 kg TS/(m2 · d) 

Abmessungen 

� Höhe der Sedimentationszone = 1,0 m 

�Höhe der Schlammräumzone = 0,3 m 

�Höhe der Schlammschicht = 1,5 - 2,5 m 

(abhängig von Schlammart und Aufenthaltszeit) 

Für häusliche Mischschlämme haben sich Schlammschichthöhen von 

1,5 bis 2,5 m 

Seihtisch bzw. 

Seihband 

Fa. Huber, Berching 

Maschinelle Eindickung 

36

KA Wildeshausen 

Maschinelle Eindickung (Seihtisch) 

Maschinelle Eindickung (Filtertrommel) 

KA 

Pattensen 

37

Flotation 

Natürliche Entwässerungsverfahren 

� Schlammbeete, Schlammtrockenbeete 

� Schlammplätze/Schlammpolder 

� Schlammteiche 

� Klärschlammvererdung 

38

Schlammtrockenbeete 

Natürliche Entwässerung 

ev. Abdeckung 

Steinplatten 

Drainage 

Zufluss 

Schlammtrockenbeete 

Faulschlamm flüssig 

z.B. 20 cm 

Sandbett 30 cm 

für Drainage 

typische Ausführung für kleine 

Anlagen mit Handräumung 

39

Schlammtrockenbeet mit maschineller 

Räumung 

Schlammtrockenbeete (Korba, Tunesien) 

40

Schlammpolder 

Klärschlammvererdung 

41

Klärschlammvererdung 

� Mit Schilf oder Graseinsaat 

� sequentielle Verschlammung und Vererdung 

–Abstand 6-10 Monate 

–ca. 40 cm Schichtdicke 

–nach best. Entwässerungsgrad - Weidelgraseinsaat 

–nach Absinken auf 10 cm neue Lage 

–nach 3 Lagen Abtrag 

� Beschickung: 30- 40 kg TS/m² 

� nach einem Zyklus - 40% TR 

� Laufzeit ca. 6 Jahre plus ein 

Ruhejahr 

� Zusätzliche aerobe Stabilisierung 

� Phänomen: keine Zunahme der 

Schadkonzentration? 

Solare Klärschlammtrocknung 

� anaerob stabilisierter Schlamm 

� in Treibhäusern 

� Dampfdruckunterschiede Schlamm/ Luft 

� Bestreben der Luft zur Wassersättigung 

� im Sommer TR 90% / im Winter 45% TR 

� Erreichung gleicher TR- Gehalte unwirtschaftlich 

42

Maschinelle Schlammentwässerung 

Kammerfilterpresse 

Bandfilterpresse 


Träger 

Austrag des Filterkuchens 

nach dem Öffnen der Presse 

Dekanterzentrifuge 

Schlammpresse 

Filterkammern 

Presskolben 

Hydraulischer 

Zylinder: 

Druckkraft 

43


Detail 

Dichtung 

Schlamm 

Filtertuch mit 

Drainage-Membran 

als Unterlage 

Filtrat 


Ansicht 

Filterplatte 

Druckkraft 

Filterkammer 

gefüllt mit Schlamm 

44

Dekanterzentrifuge 

Getriebe 

Antrieb: 

Trommel 

Schnecke 

Schnecke Trommel Wehr 

Schlammzulauf 

Feststoffaustrag Zentratablauf 

Trockenzone 

Flüssigzone 

Maschinelle Schlammentwässerung 

mit Peripherie 

Dekanterzentrifuge Dosiermittelstation für Flockungshilfsmittels 

45


Schlamm und Flockungsmittel Zulauf 

Austrag von 

Filterkuchen 

Pressrollen 


Ablauf von 

Filtrat 

Filtertuch 

Entwässerungswalze 

Reinigung des 

Filtertuches 

46

TS Gehalte [%] 

40 

35 

30 

25 

20 

15 

10 

5 

0 

Grenzen der Eindickfähigkeit und 

Entwässerbarkeit 

Leistungsvergleich - 

Schlammentwässerung 

Mittelwert aller Anlagen 

34 

30 

30,5 

Literatur ATV 

24 

Literatur-ATV S.261 

22 

Literatur ATV 

Brandenburg 

24,1 

3,1 2,8 

Rostock 

Eberswalde 

2,0 2,3 

Berlin-Falkenberg 

23,5 25 25 26,5 25 

Frankfurt/Oder 

Greifswald 

3,7 

Grevesmühlen 

4,5 

Neubrandenburg 

TS-Gehalt vor Entwässerung 

TS-Gehalt nach Entwässerung 

2,5 

Neuruppin 

6 

20 

Neustrelitz 

26 24,5 

2,5 2,3 

Parchim 

Potsdam 

4 

20 

Schwerin-Süd 

24 

27,5 

2,3 2,85 

Stralsund 

Swinemünde 

Stavenhagen 

Wismar 

47

Schlammkonditionierung 

� Verfahren zur Verbesserung von Schlammeigenschaften 

z.B. der Entwässerbarkeit 

Klärschlammdesintegration 

� Zerkleinerung des Klärschlammes durch äußere Kräfte 

� Flockenstruktur auflösen 

� Bakterien zerkleinern -> Inhaltsstoffe abbaubar ( Proteine..) 

� mechanisch: Druck-, Rotationsenergie 

� thermisch: Wärmezufuhr ( -entzug) 

� enzymatisch: Enzymzugabe zur Katalyse des Abbaus 

� Ziele und Anwendungsbereiche der Desintegration 

� Optimierung der Faulung 

– beschleunigter und verstärkter Abbau org. Substanz 

– Erhöhung des Abbaugrades und der Gasausbeute (Wirtschaftlichkeit) 

� Wasserstoffdonator für die Denitrifikation 

� Beeinflussung Entwässerungsverhalten 

� Zerstörung fädiger Organismenstrukturen 

– (Schwimmschlamm- / Blähschlamm und Schaumbekämpfung) 

48

Zellaufschlussmethoden 

Mechanische Verfahren Nichtmechanische Verfahren 

physikalisch physikalische chemische biologische 

Hochdruckhomogenisator* Elektroporation* 

(HLPT-Technik) 

Hydrolyse durch 

Laugen/Säuren 

* 

Rührwerkskugelmühle * Autoklav * Oxidation 

(u.a. Ozon)* 

Enzymatische 

Lyse* 

Antibiotica 

Ultraschall* Dekompression Detergentien Infektion mit 

Phagen 

Prallstrahlverfahren* Gefrieren und 

Auftauen 

Strahlmühlen Trocknung 

Scherspalthomogenisator Osmotischer 

Schock 

Schwingmühlen 

French-,Hughes-,X-Press 

* Forschung am großtechnischer Einsatz 

Mikroskopisches Bild 

Kontrolle 

HDH 600 bar 

60 KJ/l 

Konzentrierte 

Lösungsmittel 

Autoklav 121°C 

445 KJ/l 

Elektroporation 

280 KJ/l 

49

Schaumentwicklung im Reaktor 

Kontrolle HDH 600 bar 

Elektroporation 

Hohe 

Schaumbildung 

Verminderte 

Schaumbildung 

Autoklav121°C 

Kein Schaum 

Anaerober Abbau 

Vergleich von Desintegrationsverfahren 

Kontrolle Absolut: 

oTR- Abbaugrad: ca. 45 % ( 38 - 51% ) 

Gasausbeute: ca. 350 l/kg oTR ( 320 - 410 l/kg oTR ) 

Verbesserung [%] 

20 

15 

10 

5 

0 

Korrosion der 

Elektroden 

Gasausbeute 

oTR-Abbaugrad 

121°C HDH 600 EP I EP II Ultraschall 

445 kJ/l 60 kJ/l 150 kJ/l 280 kJ/l 110 kJ/l 

50

Vorlauf 

heiss 

Rücklauf 

kühler 

Bandtrockner System Stela 

Schlammtrockner 

Mantelrohr 

beheizt 

Trockenschlamm 

KA Salzkotten 

Scheibenelement 

beheizt 

Gegenhaken 

fest 

Knet- und 

Mischbarren 

bewegt 

51

Schlammtrocknung 

Schematische Darstellung einer 

Schlammtrocknungsanlage 

52

Klärschlammenge 

Deutschland 

Klärschlammmenge in Deutschland (in t Trockensubstanz) 

2004 2005 2006 

Klarschlammaufkommen insgesamt 2.106.756 2.105.915 2.059.351 

Verwertung in der Landwirtschaft 672.483 645.460 613.476 

Anteil in Prozent 32 31 30 

* 

Klärschlammenge Europa im Vergleich 

Stand 2003: Fachtagung 

Klärschlamm, Bonn, 6./7.12.06 

Emscher-Lippe 

53

Klärschlammentsorgungswege 

Deutschland 

Entsorgungswege 

Könnemann 2008 

� Verwertung in der Landwirtschaft und im Landschaftsbau 

�Nassschlamm oder Kompost 

�Entwässerter oder getrockneter Schlamm 

�Kompostierter oder vererdeter Schlamm 

�Herstellung von Klärschlamm-Kalkdüngemittel 

� Ablagerung 

�Nicht mehr erlaubt 

� Ent- und Vergasung als Mono oder Co-Verfahren 

�Entgasung oder Konvertierung 

�Vergasung 

� Klärschlamm-Monoverbrennung 

�Etagenofen, Wirbelschicht, Etagenwirbler, Zyklonofen 

� Klärschlamm-Mitverbrennung 

�Hausmüll oder zur Verstromung (Stein- oder Braunkohle) 

�Verbrennung im Zementwerk, bei Stahlerzeugung, im Asphaltmischwerk 

54

Entsorgungswege und zugehörige Gesetze 

Landwirtschfl. 

KS Verwertung 

Kosten der Klärschlammentsorgung in 

Deutschland 

55

Pro 

Landwirtschaftliche Verwertung (Pro und Kontra) 

Voraussetzung: 

� Beachtung der landwirtschaftlichen Bedarfs 

� Gute fachliche Praxis (zulässig innerhalb von 3a � 5t TS/ha) 

� Rückführung von Nährstoffen (N, P, 

K, Mg Spurenelemente) 

� Verbesserung von Bodeneigenschaften 

(Erosion Wasserhaltefähigkeit, 

etc.) 

� Schonung natürlicher Ressourcen 

(P-Vorräte; Energie) 

� Wirtschaftliche Vorteile beim 

Entsorger und Landwirt 

� Vorsorgemaßnahmen 

(Beratung; Klärschlammfond;) 

Kontra 

� Geschlossene Kreisläufe 

�Schadstoffanreicherung 

� Nur begrenzte Verfügbarkeit der 

Nährstoffe 

� Besonderes toxikologisches 

Gefährdungspotential (endokrine 

Stoffe, Arzneimittel, Prionen, PFT etc.) 

� Aufbringung bisher noch unbekannter 

Schadstoffe 

� Undifferenzierte landwirtschaftliche 

Nutzung kann zur Gefährdung führen 

Neue Klärschlammverordnung 2008 

Grenzwerte Schwermetalle mg/kgTS 

EWG 86/278 750 - 

1200 

Pb Cd Cr Ni Hg Cu Zn 

20 - 

40 

- 300 - 

400 

16 – 

25 

1000 - 

1.750 

2.500 – 

4.000 

AbfKlärV (1992) 900 10 900 200 8 800 2500 

Vorschlag BMU 2002 28 0,4 24 20 0,20 16 60 

Vorschlag BMU 12/07 100 2 80 60 1,4 (600) (1500) 

Reduktion zu 1992 89 % 80 % 91 % 70 % 83 % 25 % 40 % 

IST-KS-Schlamm (2006) 37,2 0,96 36,7 24,9 0,59 300,4 713,5 

Grenzwerte Polen (2002) 500 10 500 100 5 800 2.500 

Da Kupfer und Zink essentielle Spurennährstoffe sind, 

müssen diese gesondert bewertet werden. 

Nur bei erheblicher Bodenanreicherung toxisch auf Mikroorganismen 

56

Mittlere, gewogene Schwermetallgehalte von landwirtschaftlich 

verwertetem KS (Angaben in mg/kg TS); Umwelt 11/2007 

Schwermetallgehalte im Klärschlamm (in mg/kg TS) 

Parameter/Jahr 1977 1982 1986 - 1990 1998 2006 Reduzierung 

1977 - 2006 

auf (%)* 

Blei 220 190 113 63 37 17 

Cadmium 21 4,1 2,5 1,4 1,0 4 

Chrom 630 80 62 49 37 6 

Kupfer 378 370 322 289 300 79 

Nickel 131 48 34 27 25 19 

Quecksilber 4,8 2,3 2,3 1,0 0,6 13 

Zink 2.140 1.480 1.045 835 714 33 

Schwermetallgehalte (mg/kg TS) von mineralischen und organischen 

Düngern und Grenzwerte nach AbfKlärV (zit. In Tritt 1994) 

Elemente KAS Triple- 

Phosphat 

Thomaskali 

Rinder- 

gülle 

Rinder- 

mist 

Schweine- 

gülle 

Kompost Klär- 

schlamm 

Blei 38 2 3 10,9 17 11 86 37 900 

Cadmium 

Abf- 

KlärV 

0,4 28 4,6 0,46 0,1 0,82 1,0 1,0 10 (5)¹ ) 

Chrom 4 256 537 5,4 22 9,0 35 37 900 

Kupfer 7 24 28 45 27 294 56 300 800 

Nickel 3 34 24 3,8 16 11 21 25 200 

Quecks. - - - 0,05 0,1 0,04 0,2 0,6 8 

Zink 64 471 182 222 190 896 240 714 2500 

(2000)¹ ) 

1) für leichte Böden mit Tongehalt < 5 % oder pH-Wert 5-6 

57

Pro 

Neue Klärschlammverordnung im Jahr 2007 

Grenzwerte organische Schadstoffe mg/kgTS 

PCB Dioxine/Fumane AOX B(a)P DEHP 

Tonalid 

Galaxolid 

MBT 

DBT 

AbfKlärV (1992) 0,2 100 [ng] 500 - - - - 

Vorschlag BMU 0,1 30 [ng] 400 1 100 ? 

15 ? 

10 ? 

0,6 ? 

Reduktion 50 % 70 % 20 % - - - - 

� Persistente Stoffe sollten aus dem Kreislauf ferngehalten werden 

� PCB, PCDD/F, AOX: ≅ Hintergrundbelastung 

� Bei regelmäßiger Einhaltung weniger Untersuchungen 

� Benzo[a]pyren: nach ca. 1 Jahr 2/3 der Belastung abgebaut 

� DEHP: wird zukünftig substituiert, Vorsorgewert 

� Organozinnverbindungen: zum Teil Verbot; Grenzwert nicht zweckmäßig 

� Polyzyklische Moschusverbindungen: z.B. Galaxolid erfüllt weder die Kriterien 

der Persistents noch der Bioakkumulation 

� PFT 100 μg/kgTS in Diskussion 

Thermische Verwertung (Pro und Kontra) 

Voraussetzung: 

� Aufbau entsprechender Kapazitäten 

� Dauerhafte Zerstörung der 

Schadstoffe und 

Krankheitserreger 

� Thermische Nutzung und 

verringerter CO2-Austrag � Verminderung der 

Schadstoffkonzentration in der 

Luft durch techn. Maßnahmen 

� Reststoffe in weitestgehender 

Form immobilisiert 

� Ökonomisch kalkulierbar 

Kontra 

� „unkontrollierte“ Verteilung der 

Schadstoffe über den Luftpfad 

� Menschliche Nahrungskette 

� Scheinverwertung von 

Verbrennungsrückständen z.B. als 

Baustoff 

� Höheres Treibhauspotential 

� Gesundheitsgefährdung durch 

Abgase insb. Hg 

� Irreversible Vernichtung von 

Nährstoffen 

58

Bezugswert O 2 

Staub 

CO 

Org. C 

NO x 

SO 2 

HCl 

HF 

Anorg. Stoffe 

Kl. 1 (Cd, Hg, 

Tl) 

Cd, Tl 

Hg 

PCDD/PCDF 

Emissionsgrenzwerte für Trocknung, Pyrolyse und 

Verbrennung nach TA Luft bzw. 17. BImSchV (1) 

Parameter ⇒ 

Richtlinie ⇒ 

[%] 

[mg/m³] 

[mg/m³] 

[mg/m³] 

[mg/m³] 

[mg/m³] 

[mg/m³] 

[mg/m³] 

[mg/m³] 

Trocknung 

TA Luft (’86) 

17 

150 

--- 

150 

500 

500 

30 

5 

0,2 

Pyrolyse 


3 

30 

100 

20 

--- 

100 

50 

2 

0,2 

Verbrennung 

17. BImSchV (’90) 

11 

10 

50 

10 

200 

Emissionsgrenzwerte für Trocknung, Pyrolyse und 

Verbrennung nach TA Luft bzw. 17. BImSchV (2) 

Bezugswert O2 Anorg. Stoffe Kl. 2 

(As, Co, Ni, Se, Te) 

Anorg. Stoffe Kl. 3 

(F, CN, Sb, Cr, Cu, 

Mg, Pb, Sn, V, u.a.) 

Sb, As, Pb, Cr, Co, 

Cu, Mn, Ni, V, Sn 

Parameter ⇒ 

Richtlinie ⇒ 

[%] 

[mg/m³] 

[mg/m³] 

[mg/m³] 

[mg/m³] 

[mg/m³] 

[ng 

TE/m³] 

Trocknung 


17 

1 

5 

--- 

--- 

--- 

Pyrolyse 

TA Luft 

(’86) 

3 

1 

5 

--- 

--- 

50 

10 

1 

--- 

Verbrennung 

17. BImSchV 

(’90) 

11 

--- 

--- 

0,05 

0,05 

0,5 

0,1 

59

Betrachtungen zum Phosphor 

� Pflanzenverfügbarkeit 

�nach Untersuchungen der LUFEN 100%ige Verfügbarkeit (zum Teil 

längerfristig) 

�Fe, Al, Ca gebundenes Phosphor nicht direkt verfügbar 

�Biologisch gebundenes P (aus Bio-P) ist gut verfügbar 

� Vorkommen der natürlichen P-Vorräte 

�nach WHO ca. 80 Jahre; Cd-armes Rohphosphat nur noch ca. 30-50 

Jahre 

�bei 2,7 mio tTS/a mit ca. 2%P könnten 30% der P-Dünger eingespart 

werden. 

Ziel: 

� Schließung von Kreisläufen 

� Rückgewinnung von P aus Klärschlamm und Abwasser 

Heizwert von Klärschlamm 

60

Schlammverbrennung: Wirbelschichtofen 

Schlammzufuhr getrocknet 

Drehetagenofen 

Verbrennungsraum 

800 - 900°C 

Abgas und 

Asche 850°C 

Düsenboden 

61

Schlammverbrennungsanlage 

Weitere Wege der 

Klärschlammverwertung 

� Methanol aus Klärschlamm 

�brikettiert, 90% TR 

�Vergasung im Festbett Zusammen mit Abfall 

– Wärmebedarf durch ablaufende Reaktion gedeckt 

– 800 - 1300 °C , Reaktion O2 , H2 und C zu Gasen 

�stoffliche Verwertung zur Methanolsynthese 

– Nebenprodukte : inerte Asche, Gips, Strom 

� Baustoffe und Glas aus Klärschlammasche 

� ......... 

62

Auswahl von Sonderverfahren bei der 

stofflichen Verwertung von Klärschlamm 

Verfahren 

Chemical Hydrolysis 

A.F. Gaudy (1970) 

Barber-Colman 

Wetox Prozess 

VerTech- 

ProzessMannesmann 

Chemolyse 

DOW - Deutschland Inc. 

Hydrolyse 

Still-Otto-Verfahren 

Desintegration von 

Rohschlamm 

Schwel-Brenn-Verfahren 

Siemens 

Thermo-Select Verfahren 

Conversions-Verfahren 

Noell 

120 °C; pH 1 

130 °C / 4 bar 

pH 1 

220 - 270 °C 

Bedingungen 

230 °C / 40 bar 

0,3% Schwefelsäure 

275 °C / 100 bar 

Apperative Gestaltung 

wie z.B. Kugelmühlen, 

Homogenisatoren 

Konversion 

Schmelzkammer 

hoher Druck, 

hohe Temperatur 

unterstöchiometrische 

Verbrennung 

Bemerkungen 

Rückführung in die 

Belebung 

Totaloxidation zu CO 2 

Nassoxidationsverfahren 

Nassoxidationsverfahren 

Auflösung von Feststoffen 

Gewinnung von 

Wertstoffen (z.B.) 

Nährlösungen 

mechanischer Aufschluss 

Pyrolyse/Verbrennung 

Hochdruckvergasung 

Pyrolyseverfahren 

(Quelle: Dichtl, 2000) 

Technik zur Klärschlammaufbringung 

Verteilung von 

entwässertem Schlamm 

Ausbringung von 

Nassschlamm 

63

Schlammbehandlung - FG Siedlungswasserwirtschaft - TU Berlin

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