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Die kommunalen Abwasserbetriebe in der Region Trier haben im Jahr 2015 die Ausarbeitung eines zukunftsfähigen Konzeptes zur Behandlung und Verwertung der in der Region anfallenden Klärschlämme beschlossen. Der Hintergrund für diese Entscheidung liegt in den anhaltenden Diskussionen um die Novellierung der Klärschlammverordnung und des Düngemittelrechts sowie einer sinkenden gesellschaftlichen Akzeptanz für die Ausbringung von Klärschlamm auf landwirtschaftlichen Flächen.
Mit der Erarbeitung des Konzepts wurde die Arbeitsgemeinschaft aus
Ingenieurbüro H. Berg & Partner GmbH, Aachen und
Wupperverbandsgesellschaft für integrale Wasserwirtschaft mbH, Wuppertal
Dabei sollten folgende Kriterien erfüllt werden:
Alternative Lösungen zur landwirtschaftlichen Nutzung
Berücksichtigung einer regionalen Zusammenarbeit
Das Untersuchungsgebiet liegt im Westen des Bundeslandes Rheinland-Pfalz (RLP). Mit einer Gesamtfläche von rund 4.900 km² hat die Region einen flächenmäßigen Anteil in Höhe von 25 % bezogen auf das Bundesland RLP. Das Gebiet umfasst die vier Landkreise Vulkaneifel, Eifelkreis Bitburg-Prüm, Bernkastel-Wittlich und Trier-Saarburg sowie die kreisfreie Stadt Trier. Die Landkreise untergliedern sich in 26 Verbandsgemeinden (VG).
Zur Erhebung der Grundlagendaten wurde in Abstimmung mit den kommunalen Abwasserbetrieben, dem Ministerium für Umwelt, Energie, Ernährung und Forsten des Landes Rheinland-Pfalz, dem Ministerium für Wirtschaft, Klimaschutz, Energie und Landesplanung des Landes Rheinland-Pfalz sowie der DWA ein Fragebogen entwickelt und an alle Abwasserbetriebe im Untersuchungsgebiet verschickt. Auf dieser Basis erfolgte die Auswertung aller Kennwerte für den Untersuchungszeitraum 2012 bis 2014.
In der Region Trier werden insgesamt 233 kommunale Kläranlagen mit einer summierten Ausbaugröße von 1,05 Mio. EW betrieben. Insgesamt sind 208 der 233 Kläranlagen in die Größenklasse 1 bis 3 einzuordnen. Diese verfügen in Summe über eine Reinigungskapazität in Höhe von 316.793 EW. Damit decken 89 % der Kläranlagen nur 30 % der Gesamtkapazität in der Region ab. Entsprechend verfügen die 25 Kläranlagen der GK4 und GK5 über eine Gesamtkapazität von 729.000 EW und decken damit knapp 70 % der Einwohnerwerte ab.
Der Klärschlamm wird in der Region Trier überwiegend landwirtschaftlich verwertet (91% des Schlammanfalls). In einigen Teilregionen finden sich zudem Vererdungsanlagen (8%). Eine thermische Entsorgung ist nur in einzelnen Fällen aufgrund von Überschreitungen der Schadstoffgrenzwerte (insbesondere bei den Schwermetallen Cadmium und Quecksilber) erforderlich (1%).
In der Studie zur zukünftigen Klärschlammentsorgung in der Region Trier wurden verschiedene Szenarien einer thermischen Entsorgung als Alternative zu der heute überwiegenden landwirtschaftlichen Klärschlammnutzung untersucht. Ausgehend von den üblichen Behandlungsschritten des Klärschlamms (Stabilisierung-Entwässerung-Trocknung-thermische Verwertung) basiert das Klärschlammkonzept auf einem dreistufigen Aufbau (s. Abb. 4).
Während die Stabilisierung der Schlämme auf allen Kläranlagen erfolgen kann (Ebene 1), ist für die nachfolgenden Schritte aus wirtschaftlichen Gründen eine Konzentration erforderlich. Es wurden daher in Ebene 2 zunächst Schlammbehandlungszentren (SBC) an größeren Kläranlagenstandorten untersucht, in denen eine Entwässerung des Schlamms aus allen Kläranlagen im Umkreis, ggf. auch in Verbindung mit einer zentralen Schlammfaulung, vorgenommen werden kann.
Durch die Entwässerung des Schlamms in den Schlammbehandlungszentren wird der weiter zu transportierende Klärschlammanfall deutlich reduziert, so dass größere Entfernungen zum nächsten Behandlungsschritt möglich sind (Ebene 3). Dieser umfasst die thermische Verwertung des Schlamms einschließlich einer vorgeschalteten Trocknung in einem oder mehreren Schlammverwertungszentren (SVC).
In der Studie wurden vier Ansätze – zentral, semizentral, dezentral und extern – zur Bildung der Verwertungscenter mit einer jeweils unterschiedlichen Anzahl an Anlagenstandorten verfolgt. Daraus ergaben sich insgesamt 8 Varianten.
Im Rahmen der Wirtschaftlichkeitsbetrachtung wurden Investitionskosten sowie Transport- und Betriebskosten ermittelt und in Form von Jahreskosten miteinander verglichen. Die Kostenschätzungen wurden zunächst für die SBC erstellt und dann in Abhängigkeit der Varianten der SVC in deren Berechnungen einbezogen. Die wirtschaftliche Bewertung der Varianten erfolgte auf Basis der Jahreskostenbetrachtungen der SVC (s. Abb. 5). Aus wirtschaftlicher Sicht ist eine Mitverbrennung in der Monoverbrennungsanlage in Mainz (externe Variante) auszuschließen. Vorteile weisen dagegen die Varianten auf, die eine semizentrale oder zentrale thermische Verwertung an ein oder zwei Standorten vorsehen.
Der Vergleich der ebenfalls untersuchten Szenarien 1 (nur thermische Verwertung für Kläranlagen > 10.000 EW, für übrige weiterhin landwirtschaftliche Verwertung) und 2 (thermische Verwertung für alle Kläranlagen) zeigt, dass die spezifischen Entsorgungskosten nur unwesentlich voneinander abweichen. Die Vorteile der zentralisierten Verwertung, die sich bei größerer Schlammenge durch bessere Auslastung ergeben, werden in Szenario 1 durch die anteilig geringfügig günstigere landwirtschaftliche Verwertung der restlichen Schlämme ausgeglichen.
Die mittelfristige Umsetzung des Szenario 2 (100 %-ige thermische Verwertung) ist daher zu bevorzugen. Die gemittelten spezifischen Entsorgungskosten der bisher dominierenden landwirtschaftlichen Entsorgung liegen mit rund 480 €/t TR nur unwesentlich unter den Entsorgungskosten des Szenarios 2 mit rund 490 €/t TR.
In den genannten Kostenbetrachtungen sind keine Kostenanteile für ein weitergehendes Phosphat-Recycling enthalten, da die in der Diskussion befindlichen Verfahren derzeit noch nicht großtechnisch ausgereift sind und somit einer realistische Bewertung nicht zugänglich sind.
Bewertung der untersuchten Varianten
Die entwickelten Lösungsansätze wurden für die abschließende Handlungsempfehlung anhand von insgesamt 6 Kriterien bewertet. Neben den Jahreskosten als Ergebnis der Wirtschaftlichkeitsberechnung umfassen diese die Entsorgungssicherheit, die Möglichkeit einer Stromeigenerzeugung, das Potential für ein P-Recycling, die CO2-Bilanz sowie eine Bewertung der sozialen Nachhaltigkeit. Letztere wurde über die Faktoren Wertschöpfung in der Region, Auswirkung auf den Arbeitsmarkt, Sozialverträglichkeit und die gesellschaftliche Akzeptanz einbezogen (s. Abb. 6).
Die genannten nicht-monetären Kriterien können nicht skalenmäßig eingestuft werden und unterliegen einer Subjektivität in der Beurteilung. Insofern wurde bei der durchgeführten Bewertung auf eine nur dreistufige Unterteilung in positiv, durchschnittlich und negativ zurückgegriffen. Auf eine prozentuale Wichtung der einzelnen Kriterien wurde ebenfalls verzichtet. In der Gesamtbewertung ergeben sich Vorteile für die zentrale und die semizentrale Lösung, wobei die Standortfrage im Rahmen der Studie nicht abschließend geklärt werden konnte.
Mit Blick auf die weitere Realisierbarkeit des Klärschlammkonzepts lassen sich die Ergebnisse wie folgt zusammenfassen:
Aufgrund des geringfügigen Unterschieds in den Jahreskosten und der höheren Planungssicherheit ist mittelfristig das Szenario 2, d.h. die thermische Entsorgung aller Klärschlämme, der bisherigen landwirtschaftlichen Verwertung (Szenario 0) vorzuziehen. Eine gesicherte thermische Verwertung der Klärschlämme in der Region ist wirtschaftlich möglich.
Eine externe Verbrennung ist wegen der Transportentfernung nicht zu empfehlen.
Alternative Verfahren (Vergasung/Pyrolyse) sind wirtschaftlicher als eine Wirbelschichtverbrennung.
Eine zentrale oder semizentrale thermische Verwertung an verkehrsgünstig und hinsichtlich Emissionen verträglichen Standorten ist zu favorisieren.