Nachhaltige Wasserwirtschaft
Forschungsergebnisse
Vererdungsbeete
werden in Dänemark für die Schlammbehandlung seit 1988 eingesetzt.
In den mit Schilf bepflanzten Beeten wird das Schlammvolumen langsam reduziert,
teilweise durch Wasserentzug (Versickerung, Evapotranspiration) und teilweise
durch Mineralisierung der organischen Bestandteile im Schlamm.
Klärschlammbehandlung in Pflanzenbeeten
Der Schlamm wird aus einer Abwasserreinigungsanlage auf die Filteroberfläche
der Beete beziehungsweise auf die vorhandene Schlammschicht gepumpt. Während
die Feststoffe an der Oberfläche zurückbleiben, sickert das Wasser
durch den schon abgelagerten Schlamm und die darunter liegende Filterschicht.
Der Wassergehalt wird durch Evapotranspiration (Verdunstung von einer bewachsenen
Oberfläche) weiter reduziert. Das Schlammvolumen nimmt durch Abbau der
organischen Bestandteile zusätzlich ab.
Für die Reduktion des Schlammvolumens werden keinerlei Chemikalien und
nur sehr wenig Energie für das Pumpen von Schlamm und Filterwasser benötigt.
Die Erfahrungen aus über 100 Anlagen zeigen, dass dieses System in der
Lage ist, ganz unterschiedliche Schlammarten mit Trockensubstanzgehalten von
0,5 bis 5% zu behandeln.
Systeme in Dänemark
Seit der Einführung der Schlammbehandlung mit Vererdungsanlagen hat sich
die Technik in ganz Dänemark verbreitet (Abbildung
2). Das Interesse an dem System ist nach wie vor groß und für
2004 werden 105 neue Anlagen erwartet.
1998 wurden die beiden größten Anlagen "Skive" und "Kolding"
(Abbildung 2) mit einer Kapazität von 2000 respektive 2168 t Trockenmasse
pro Jahr in Betrieb genommen. Die Vererdungsanlage von Kolding wurde gemeinsam
mit der Kläranlage errichtet, die für 125.000 EGW ausgelegt ist. Es
werden Überschussschlamm aus der Belebtschlammstufe mit biologischer Phosphorelimination
(65%) und Schlamm aus der Schlammfaulung (35%) behandelt. Das System besteht
aus 13 bepflanzten Beeten und Betriebs- und Steuereinrichtungen mit einer Gesamtfläche
von ca. 6,2 ha.
Laut dänischer Umweltbehörde entstehen in kommunalen Kläranlagen
pro Jahr etwa 155.000 t Schlammtrockenmasse aus häuslichem Abwasser. Im
Jahr 2003 wurden davon ungefähr 30.000 t oder 19% der Gesamtschlammmenge
in Klärschlammvererdungsanlagen behandelt. Der Großteil des anfallenden
Volumens kann landwirtschaftlich verwertet werden
Abbildung 1: Abwasserreinigungsanlage und Klärschammvererdungsanlage Kolding (September 2000)
Abbildung 2: Jährlich errichtete Systeme der Schlammbehandlung mit Vererdungsanlagen in Dänemark
Bemessung
Vererdungsanlagen werden im Mittel über 10 Jahre betrieben, wobei ein Trockenmassegehalt im Schlamm von 30 bis 40% erreicht wird. Nach der Inbetriebnahme wird das System in aufeinanderfolgenden 10-Jahresperioden betrieben, welche die Entleerung mit einschließen. Die Entleerung beginnt in Jahr acht in einem Beet und ist in Jahr 12 jeder Periode abgeschlossen.
Die Bemessung der Vererdungsbeete basiert auf Schlammproduktion und -qualität und den klimatischen Bedingungen. Die folgenden betrieblichen Erfordernisse wurden dafür erarbeitet:
Systembeschreibung und Auslegung
Der Schlamm der Kläranlage wird schubweise aus den Absetzbecken, Schlammeindickern
oder Faultürmen in die Vererdungsbeete gepumpt. Druckleitungen werden von
einem zentralen Schieber- und Pumpenhaus zu den einzelnen Beeten gelegt und
münden dort in einen Verteiler.
Jedes Beet bildet eine Einheit und besteht aus einer Folie, einem Filter, dem
Verteilersystem und dem kombinierten Dränage- und Belüftungssystem.
Das Schilf wird zur Effizienzsteigerung des Systems benötigt. Es trägt
zur Schlammentwässerung durch erhöhte Evapotranspiration und durch
mechanische Beeinflussung von Schlamm und Filter bei.
Die im Wind bewegten Schilfhalme und das dichte Wurzelsystem sichern die Durchlässigkeit
von Schlamm und Filter und führen dem System über das Aerenchym des
Schilfs Sauerstoff zu. Spross, Rhizome und Wurzeln erhalten durch ihr Wachstum
die Durchlässigkeit des Substrats und verhindern ein Kolmatieren der Schlammschicht.
Durch das spätere Absterben der Wurzeln entsteht ein dichtes Netz von feinen
Poren, das die Entwässerbarkeit des Schlammes positiv beeinflusst. Letztlich
trägt das Schilf durch die verbesserte Entwässerung auch zur Mineralisierung
des organischen Materials bei, da der Schlamm dadurch besser durchlüftet
ist, was wiederum das Wachstum von Mikroorganismen an den Wurzeln und im Schlamm
anregt.
Die Drainage hat zwei Funktionen. Erstens sammelt sie das durchgesickerte und
dabei gefilterte Wasser und leitet es zurück zur Kläranlage. Zweitens
wird über die Drainage der Filter und der Restschlamm belüftet. Die
Drainage wird überdimensioniert, um für ausreichend Zuluft zu sorgen.
Luft wird über das Schilf, die Drainageschicht und die Oberfläche
der Schlammschicht in den Filter und den Schlamm eingebracht.
Betrieb und Steuerung
Die Vererdungsbeete werden über die Steuerung der Kläranlage vollautomatisch
betrieben. Das Steuer- und Regelungssystem, inklusive Software, besteht aus
zwei Modulen, einem Steuer- und einem Datenerfassungsmodul. Das Steuermodul
enthält Graphiken, die den Systemzustand darstellen. Das Abpumpen des Überschussschlamms
aus der Kläranlage in die Vererdungsbeete wird automatisch gestartet.
Das Regelungssystem garantiert eine optimale Schlammbehandlung. Das Datenerfassungsmodul
zeichnet auf, welche Schlammmengen auf die einzelnen Beete aufgebracht werden.
Schlammdurchfluss und Trockenmasse werden dazu registriert. Die Beschickungsrate
(Volumen, Trockenmasse, Trockenmasse/(m².Jahr)) wird laufend berechnet.
Diese Daten sind wichtig für die Überwachung des Umsetzungs- und Entwässerungsprozesses
und bildet die Grundlage für die laufenden Beschickungspläne. Es werden
laufend Vorhersagen für die Beschickung der einzelnen Beete aufgrund ihres
Entwässerungsverhaltens gemacht.
Klärschlammvererdungsanlage Rudkøbing
Die Anlage wurde 1992 errichtet und hat acht Beete (Abbildung 3) mit einer Gesamtkapazität von 240 t Trockenmasse pro Jahr. Jedes Beet hat eine Filterfläche von ungefähr 500 m².
Abbildung 3: Klärschlammvererdungsanlage Rudkøbing (1998)
Seit der Inbetriebnahme 1994 wird die Anlage mit jährlich ca. 233 t Schlammtrockenmasse
beschickt, was einer Beschickungsrate von 59 kg Trockenmasse/(m².a) entspricht.
Ursprünglich war geplant, die beiden ersten Beete im Jahr 2000 zu entleeren.
Die Betriebsphase konnte aber bis August 2002 verlängert werden. Das entnommene
Material konnte mit einem Miststreuer auf landwirtschaftlichen Flächen
ausgebracht und eingeackert werden.
Die zweite Beschickungsphase der Beete begann in Oktober 2002. Die beiden Beete
werden schrittweise wieder in Betrieb genommen. Sobald das Schilf nachgewachsen
ist, haben die Beete ihre volle Abbauleistung wieder erreicht. Das Schilf ist
von selbst in ausreichender Dichte aufgegangen (Abbildung 5), ein Nachsetzen
scheint nicht nötig zu sein.
Schlussfolgerung
In Dänemark werden Klärschlammvererdungsanlagen für eine Betriebsdauer
von im Mittel 10 Jahren ausgelegt. Die Anlagen haben eine Lebensdauer von mindestens
30 Jahren. Es ist darauf zu achten, dass für die Klärschlammvererdungsanlage
in Abhängigkeit von der Schlammmenge und -art die nötige Fläche
und Beetanzahl sowie die richtige Betriebsweise gewählt wird. Bei der Dimensionierung
müssen das Klima und die unterschiedlichen Prozessphasen (Inbetriebnahme
und Normalbetrieb) berücksichtigt werden.
Für eine optimale Schlammreduktion über die 10 Jahre müssen einzelne
Beete zwischen Beschickungs- und Ruhephasen wechseln können.
Nach 10 Jahren Behandlung sind gefährliche organische Komponenten und pathogene
Mikroorganismen so weit abgebaut bzw. reduziert, dass das Endprodukt, bei geeigneten
Maßnahmen gegen Schwermetalleinträge ins Abwasser schon beim Verursacher,
bestens für die landwirtschaftliche Verwertung geeignet ist.
*) Der Biologe M. Sc. Steen Nielsen ist Prozessmanager für Abwasser und Schlammbehandlung bei Hedeselskabet, Umwelt und Energie A/S, smn@hedeselskabet.dk [^]