Mechanische Schlammtrocknung: Vergleich der verfügbaren Technologien

• 1. Schlammbildung in Kläranlagen
• 2. Mechanische Schlammtrocknung
• 3 Technologien zur mechanischen Schlammtrocknung
• 3.1. Zentrifugieren
• 3.2. Bandfilter
• 3.3 Filterpressen
• 3.4. Schraubenpressen
• 4. Schlussfolgerung

1. Schlammbildung in Kläranlagen

Abwässer, sowohl aus industriellen Quellen als auch aus kommunalen Einleitungen, weisen in der Regel einen hohen Gehalt an suspendierten Feststoffen auf, die von den Einleitungen mitgeführt werden. Diese entstehen entweder durch chemische Reaktionen (Fällungsprodukte) oder im Rahmen der biologischen Behandlung (Überschussschlamm) durch die Zersetzung der vorhandenen organischen Substanz (BSB).     

Vorbehandlung

Zu den Vorbehandlungsverfahren für Abwasser gehören einfache Siebe und Siebvorrichtungen für größere Feststoffe. Diese grundlegenden Verfahren ermöglichen:

• Beseitigung von Verstopfungen in Rohrleitungen oder Pumpengruppen und, in bestimmten Fällen, Rückgewinnung von Rohstoffen oder Produktresten aus Spülvorgängen und Leckagen.
• Reduzierung der biologisch abbaubaren Stoffe, die durch ihre Aussortierung zu Beginn des Prozesses eine Vereinfachung sowie eine Verringerung des Platzbedarfs und der Betriebskosten in den nachfolgenden Stufen der Kläranlage ermöglichen.

Primärschlamm

Kleine Schwebstoffe, darunter auch solche in kolloidaler Form, die die Vorbehandlungssysteme passieren, müssen abgeschieden werden, um die nachfolgenden Reinigungsstufen zu optimieren.

Die gängigsten Verfahren in dieser Phase sind:

• Physikalisch-chemische Behandlung mit geeigneten Reagenzien (Neutralisation, Koagulation/Flockung)
• Trenntechniken durch Klärung, darunter insbesondere die Dekantierung und die Flotation mit gelöster Luft, wobei letztere die effizienteste ist, da sie das Volumen des abgeschiedenen Schlamms deutlich reduziert und eine weitaus größere Menge an Feststoffen, Ölen und Fetten abscheidet als bei einer einfachen Sedimentation.

Primärschlämme sind in der Regel dickflüssiger und lassen sich leichter trocknen als Sekundärschlämme.

Sekundärschlämme

Sekundärschlamm entsteht in den Phasen der Zersetzung organischer Stoffe durch aerobe oder anaerobe biologische Verfahren. Die in einem biologischen Reaktor eingesetzten Bakterien durchlaufen ihren Lebenszyklus in einem Medium (Mischflüssigkeit), das innerhalb der biologischen Reaktoren unter für ihr Überleben geeigneten Bedingungen (Konzentration,_{Sauerstoffgehalt}, Temperatur) gehalten wird. Das Ergebnis sind gereinigtes Wasser und Bakterienmassen, aus denen ein Teil, nämlich der Überschussschlamm, abgeschleust wird. Dieser wird durch Klärung (DAF-Systeme) zur Entsorgung extrahiert.

Behandlung des abgeschiedenen Schlamms

Je nach Verwendungszweck des Schlamms wird dieser eingedickt, um die weitere Handhabung und den Transport zu erleichtern.

Wenn der Schlamm kommerziell verwertbare Schwebstoffe enthält, empfiehlt sich seine Entwässerung auf einen hohen Trockensubstanzgehalt durch thermische Verfahren, mit denen sehr hohe Trocknungsgrade (≥ 90 %) erreicht werden können. Dasselbe Verfahren eignet sich auch für stark verschmutzte Schlämme, deren Volumen vor der Verbringung auf spezielle Deponien, wo die Entsorgungskosten erheblich höher sind, auf ein Minimum reduziert werden muss.

Der Großteil des Klärschlamms wird auf herkömmlichen Deponien abgelagert, wo der Schlamm nach Kriterien wie Zusammensetzung, Stabilität und Trockenmassegehalt (≥30 %) sortiert wird. In diesen Fällen ist die mechanische Schlammtrocknung die effizienteste Option.

2. Mechanische Schlammtrocknung

Die mechanische Entwässerung ist ein physikalischer Prozess, bei dem durch den Einsatz mechanischer Mittel das freie Wasser und ein Teil des gebundenen Wassers aus dem Schlamm abgetrennt werden.

Die am häufigsten verwendeten Anlagen in der Abwasserbehandlung sind:

• Zentrifugalabscheider
• Bandfilter
• Filterpressen
• Schraubpressen

Es handelt sich um robuste und einfach zu bedienende Geräte mit moderatem Energieverbrauch.

Mit diesen Systemen lassen sich Trockensubstanzgehalte zwischen 18 % und 40 % erreichen, je nach Art des Schlamms, seiner chemischen Aufbereitung und der eingesetzten Technologie.

Der zu behandelnde Schlamm muss einen Trockensubstanzgehalt von mindestens 3 % bis 5 % aufweisen, damit er durch mechanische Trocknung aufbereitet werden kann. Die Flotation mit aufgelöster Luft (DAF) erreicht diese Werte in der Regel, wodurch auf vorherige Konzentrationsverfahren wie Schlammeindicker verzichtet werden kann.

Chemische Aufbereitung

Um die Effizienz der mechanischen Trocknung zu maximieren, wird der Schlamm zuvor mit Koagulierungs- und Flockungsmitteln aufbereitet. Diese Behandlung erleichtert die Freisetzung des Porenwassers und steigert die Leistung der Anlage, wobei zudem der mechanische Verschleiß und der Energieverbrauch reduziert werden.

Die richtige Auswahl dieser Reagenzien und ihre Dosierung ist ein entscheidender Faktor sowohl für die Qualität des Trockenschlamms als auch für die Betriebskosten (OPEX).

Die wichtigsten verwendeten Reagenzien sind die folgenden:

• Flockungsmittel ( die gängigsten). Es werden organische Polymere verwendet, die kationisch, anionisch oder nichtionisch sein können.
• Flockungsmittel ( _FeCl₃,_Al₂(_SO₄)_₃, PAC und_FeSO₄) neutralisieren die Polarität und verbessern die Wirksamkeit der Flockungsmittel.
• Kalk (CaO oder Ca(OH)_₂). Er erhöht die Konzentration und Filtrierbarkeit des Schlamms und stabilisiert ihn, hat jedoch den Nachteil, dass er die Schlammbildung verstärkt und eine abrasive Wirkung hat.
• Spezialmaterialien. Wie Zellulose, Kieselgur, Perlit. Diese Materialien sind speziell für die chemische Industrie bestimmt.                      

Technisch-wirtschaftliche Vorteile

Aus technischer Sicht bietet die mechanische Schlammtrocknung zahlreiche Vorteile, wie beispielsweise die Reduzierung des Volumens auf ein Maß, das für die Deponierung oder die Wiederverwendung in der Kompostierung zulässig ist. Die Kosten für Transport, Handhabung und Energie sind in der Regel moderat.

Typische Anwendungsbereiche

Die maschinelle Trocknung eignet sich für:

• Kommunale Kläranlagen: Behandlung von biologischem, physikalisch-chemischem oder gemischtem Klärschlamm.
• Industrieabwässer:                                                                                         
  • Chemische und pharmazeutische Industrie.
  • Lebensmittelindustrie (Schlachthöfe, Molkereien, Konservenfabriken) und Getränkeindustrie.
  • Bergbau.
  • Keramikindustrie
  • Papierindustrie.
  • Anlagen, in denen Schlamm für die energetische Verwertung, die Kompostierung oder die Deponierung aufbereitet wird.
  • Andere Betriebe wie Gerbereien, industrielle Wäschereien, Marmorsägewerke usw.

TYPISCHE SCHLAMMSTRÖMUNG IN EINER KLÄRANLAGE

Die mechanische Schlammtrocknung ist ein effizientes, nachhaltiges und wirtschaftlich wettbewerbsfähiges Verfahren. Durch eine ordnungsgemäße Umsetzung lassen sich die Umweltvorschriften einhalten und die Gesamtrentabilität der Anlage deutlich verbessern.

3. Technologien zur mechanischen Schlammtrocknung

Die mechanische Schlammtrocknung umfasst eine Reihe von Technologien zur Fest-Flüssig-Trennung, deren Ziel es ist, den Wassergehalt im Schlamm durch den Einsatz mechanischer Verfahren zu reduzieren. Die Wahl des am besten geeigneten Verfahrens hängt von der Beschaffenheit des Schlamms, den zu behandelnden Durchflussmengen, dem erforderlichen Trocknungsgrad sowie den Investitions- und Betriebskosten ab.

3.1 Zentrifugieren

Die Zentrifugation ist ein Verfahren, bei dem die feste und die flüssige Phase durch Zentrifugalkraft voneinander getrennt werden , die von einer mit hoher Drehzahl (4.000 – 6.000 U/min) rotierenden Trommel erzeugt wird. Es handelt sich um einen kontinuierlichen Prozess, bei dem der zuvor mit Polymer konditionierte Schlamm in den Zentrifugaldekanter eingeleitet wird, wobei sich der Feststoff aufgrund der unterschiedlichen Dichten im zentralen Bereich absetzt.

Typische Anwendungsbereiche

• Städtische Kläranlagen im Dauerbetrieb.
• Anlagen mit Schwankungen bei Durchfluss und Belastung.                       
• Werke mit hohem Automatisierungsgrad.

Vorteile

• Kompaktes Design
• Hohe Betriebsverfügbarkeit
• Einfache Integration in bestehende Anlagen

Nachteile

• Geringer Trockensubstanzgehalt im Schlamm (20–28 % Trockensubstanz)
• Mechanischer Verschleiß
• Lärmbelästigung (≥80 dB(A))
• Hoher Energieverbrauch (20–40 kWh/t Trockenmasse)

3.2. Bandfilter

Kontinuierliches Verfahren, bei dem der Schlamm zwischen Filterbändern gepresst wird, die durch eine zentrale pneumatische Kompressoreinheit gespannt werden. Diese Filterbänder bewegen sich vorwärts und pressen den Schlamm zwischen Walzen zusammen, die ihn weiterbefördern, während sie ihn durch Entwässerung trocknen.

Die Vorbehandlung des Schlamms erfolgt mit speziellen Flockungsmitteln, insbesondere Polyelektrolyten.

Typische Anwendungsbereiche

• Hohe Durchflussmengen in städtischen Kläranlagen
• Stabilisierte biologische Schlämme
• Geringe Anforderungen an die Konzentration des entwässerten Schlamms

Vorteile

• Robuste und bewährte Technologie
• Energieverbrauch (5–10 kWh/t Trockenmasse) und moderate Wartungskosten
• Übernehmbare Investitionskosten (CAPEX)

Nachteile

• Geringer Trockensubstanzgehalt im Schlamm (18–25 % Trockensubstanz)
• Hoher Wasserverbrauch beim Waschen von Textilien
• Trübe Filter
• Üble Gerüche
• Reagiert empfindlich auf vorübergehende Ungleichgewichte bei der Schlammbehandlung
• Großer belegter Bereich

3.3 Filterpressen

Die Entwässerung erfolgt durch Hochdruckfiltration in geschlossenen Kammern, die aus Platten mit Filtergewebe bestehen. Der Prozess wird diskontinuierlich durchgeführt und erreicht einen hohen Trocknungsgrad. Der am häufigsten verwendete Filterpressentyp ist die Platten- und Rahmen- bzw. Membranfilterpresse.                                                 

Die Vorbehandlung des Schlamms erfolgt durch die kontrollierte Zugabe von Koagulierungs- und Flockungsmitteln sowie häufig von Kalk, da dessen Festigkeit und Beständigkeit genutzt wird, um die Konzentration und Konsistenz der entwässerten Presskuchen zu erhöhen.

Typische Anwendungsbereiche

• Industrieschlämme
• Schlämme, die sich nur schwer entwässern lassen
• Es wird eine maximale Volumenreduzierung des Schlamms angestrebt

Vorteile

• Hoher Endtrockensubstanzgehalt (35–40 % Trockensubstanz)
• Geringer Platzbedarf
• Hervorragende Filterleistung
• Geringer Energieverbrauch (3–8 kWh/t Trockenmasse)

Nachteile

• Diskontinuierlicher Betrieb
• Es erfordert Überwachung und Wartung, lässt sich jedoch automatisieren
• Hohe Investitionskosten (CAPEX)
• Die Stoffe müssen gewaschen werden
• Gefahr durch hohen Luftdruck

3.4. Schraubenpressen

Ein kontinuierlicher Prozess, bei dem der Schlamm durch eine in einer Filtertrommel angeordnete Schnecke schrittweise komprimiert wird. Der Druck steigt allmählich an, wodurch eine kontinuierliche und kontrollierte Trennung ermöglicht wird. Zur Aufbereitung des Schlamms werden üblicherweise Flockungsmittel eingesetzt.

Typische Anwendungsbereiche

• Biologische und gemischte Schlammarten.
• Kleine und mittlere Schlammaufbereitungsanlagen.
• Spezifische industrielle Anwendungen
• Vorfilterung

Vorteile

• Einfache und zuverlässige Bedienung.
• Geringer Stromverbrauch (3–6 kWh/t Trockenmasse)
• Einfache Wartung
• Geringe Lärmbelastung
• Geringe Installationskosten
• Geringer Platzbedarf

Nachteile

• Geringer Trockensubstanzgehalt im Schlamm (18–25 % TS)
• Verschleiß von Ringen und Schraube
• Dauerbetrieb (Wasserverbrauch)
• Probleme mit Fetten und Ballaststoffen

  VERGLEICH DER TECHNIKEN ZUR MECHANISCHEN SCHLAMMTROCKNUNG

Technologie	% MS	Investitionsausgaben	OPEX	Hauptdifferential
Zentrifuge	20–28	Mittel/Hoch	Mittel/Hoch	Kontinuierlicher Betrieb, Flexibilität und Automatisierung
Bandpassfilter	18–25	Mittel	Mittel	Dauerbetrieb, hohe Durchflussmengen
Filterpresse	30–40	Hoch	Niedrig/Mittel	Intermittierender Betrieb, maximale Trockenheit
Schraubpresse	18–25	Mittel/Niedrig	Bass	Dauerbetrieb, geringer Stromverbrauch und einfache Handhabung

3. Fazit

Bei der Abwasserreinigung fallen Schlämme an, die für die Handhabung und Entsorgung in feste und stabile Abfälle umgewandelt werden müssen. Die Behörden regeln deren Lagerung je nach Zusammensetzung und Trocknungsgrad.

Kläranlagen sind in der Regel mit Schlammtrocknungsanlagen ausgestattet, um diese Anforderungen zu erfüllen. Einige Industriebetriebe verzichten auf den Bau solcher Anlagen und entscheiden sich stattdessen dafür, ihre flüssigen Abfälle an externe Entsorgungsunternehmen weiterzugeben. Dies verursacht zwar keine Kosten für die Installation oder Wartung, führt jedoch zu höheren Kosten pro Tonne behandeltem Schlamm.

Mechanische Schlammtrocknungsverfahren bieten Lösungen, die sich an jedes Betriebsszenario anpassen lassen, von kommunalen Kläranlagen bis hin zu komplexen industriellen Anwendungen. Durch die richtige Wahl der Technologie lässt sich das Gleichgewicht zwischen Investitionskosten, Betriebskosten, Erreichter Trocknungsgrad und Endverwendung des Schlamms optimieren, was einen entscheidenden Schritt für eine effiziente und nachhaltige Schlammbehandlung darstellt.

Literaturverzeichnis und Quellenangaben.

Abwasserbehandlung und -reinigung (Metcalf – Eddy). Verlag Labor

Seitlich verschiebbare Filterpressen zur Schlammentwässerung

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