Klärschlamm in unbehandelter Form nennt man auch Rohschlamm. Er ist eine dünnflüssige Mischung aus biologisch aktiven Organismen und vielen unterschiedlichen chemisch-physikalischen Stoffen, die nach der Abwasserreinigung zurückbleiben. Darin enthalten sind sowohl wertvolle Mineralstoffe wie Stickstoff und Phosphor als auch Schwermetall-Verbindungen wie Chrom oder Quecksilber in niedrigen Konzentrationen, Arzneimittelreste und Krankheitserreger. Es ist eine wichtige, aber auch komplexe Aufgabe der Klärschlammbehandlung, die verschiedenen Inhaltsstoffe voneinander zu trennen, die giftigen sicher zu entsorgen und gleichzeitig die wichtigen Rohstoffe zurückzugewinnen, so dass man sie wiederverwenden kann.

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Klärschlamm fällt in den verschiedenen Reinigungsstufen der Abwasserreinigungsanlagen an. Es gibt eine mechanische, eine biologische und eine chemische Stufe. Im ersten Teil der mechanischen Stufe, der Vorreinigung, entfernen zunächst Rechen – die man sich wie überdimensionale Kämme vorstellen kann – grobe Verunreinigungen wie Toilettenartikel, Äste, Blätter und ähnliches. Danach werden Sand und Fette abgeschieden. Alles, was nach dieser Vorreinigung noch aus dem Abwasser entfernt wird, bildet zusammen den Klärschlamm.

Schematische Darstellung der verschiedenen Reinigungsstufen - Doppelklick auf das Bild für Vollbildansicht

Im zweiten Abschnitt der mechanischen Stufe, der Vorklärung, lässt man das Wasser langsamer fließen als in der Vorreinigung. Dadurch sammeln sich Sand und andere Feststoffe auf dem Boden des Beckens oder setzen sich auf der Oberfläche ab, die in dem Becken der Vorreinigung von der dort stärkeren Strömung noch mitgerissen wurden. Diese Feststoffe werden in eine Sammelrinne geschoben beziehungsweise abgesaugt und zur Schlammbehandlung weitergleitet. Nach der mechanischen Stufe befinden sich noch viele gelöste organische Stoffe wie zum Beispiel Eiweißverbindungen im Abwasser, die für bestimmte Bakterien und Kleinstlebewesen eine perfekte Nahrungsquelle darstellen. Diese Bakterien und Kleinstlebewesen wandeln die meisten der organischen Stoffe in der biologischen Stufe in Kohlendioxid, Wasser und Biomasse um. Man spricht hier auch von Belebtschlamm, der in der biologischen Stufe durch Wachstum und Vermehrung der Bakterien und Kleinstlebewesen entsteht.

Ein weiterer Teil des Klärschlamms kommt aus der chemischen Stufe. Im Abwasser sind viele Phosphate gelöst. Sie stammen zu großen Teilen aus Fäkalien und Waschmitteln. In der chemischen Reinigungsstufe gibt man bestimmte Aluminium- oder Eisenverbindungen zum Abwasser. Sie reagieren mit den Phosphaten zu stabilen Verbindungen, die sich in Form von Flocken absetzen.

Zusammen ergeben die Schlammabscheidungen aus der Vorklärung, der biologischen und der chemischen Stufe den bräunlich gefärbten Klärschlamm.

In Frankfurt fallen im Jahr 1,4 Millionen Kubikmeter Klärschlamm an. Damit könnte man zum Beispiel den Frankfurter Messeturm dreimal von oben bis unten mit Schlamm füllen und hätte sogar noch etwas übrig.

Der Klärschlamm wird zukünftig in der Entwässerungsanlage auf 0,1 Millionen Kubikmeter eingedickt, also auf weniger als 10 Prozent der ursprünglichen Menge. Nach der anschließenden Verbrennung bleiben 8.000 Tonnen Asche im Jahr zurück.

Derzeit wird der Schlamm aus den beiden Frankfurter Abwasserreinigungsanlagen (ARA) in der Schlammentwässerungs- und Verbrennungsanlage (SEVA) in Sindlingen entwässert und verbrannt.

Schlammentwässerungs- und Verbrennungsanlage in Sindlingen - Doppelklick auf das Bild für Vollbildansicht

Der beim Verbrennungsprozess entstehende Heißdampf treibt einen Dampfgenerator an, der etwa 45 Prozent des Energiebedarfs der Abwasserreinigungsanlage in Sindlingen und der SEVA erzeugt. Mit der überschüssigen Prozesswärme werden Betriebs-, Lager- und Technikgebäude der ARA Sindlingen beheizt.

Die Rauchgase der Verbrennung werden mit einer Entstaubungsanlage und Rauchgaswäsche gereinigt, um den restlichen Staub und Schwermetalle daraus zu entfernen.

Die bisherige Schlammentwässerungs- und Verbrennungsanlage (SEVA) wurde Anfang der 80er-Jahre in Betrieb genommen, also vor fast 40 Jahren. Seitdem wurde sie regelmäßig gewartet und wo notwendig technisch verbessert, so dass sie auch heute alle vorgeschriebenen Grenzwerte einhält. Die Anforderungen wachsen aber weiter und eine Umrüstung nach dem Stand der Technik und mit verbesserter Betriebssicherheit ist im vorhandenen Gebäude nicht möglich.

Da eine Erneuerung der Anlage im laufenden Betrieb sehr aufwendig und dadurch unwirtschaftlich wäre, kommt nur ein Neubau in Frage.

Mit einer neuen Faulung und einer neuen Faulschlammverbrennung wird zukünftig die Energie, die in dem Schlamm steckt, noch effizienter und damit umwelt- und klimaschonender genutzt, als das heute in der SEVA möglich ist.

Prinzipiell kommen für Städte in der Größe Frankfurts zwei Arten der Klärschlammentsorgung in Frage: Der Schlamm wird wie bisher entwässert und dann verbrannt oder man lässt den Schlamm erst „ausfaulen“ und verbrennt ihn dann. Beim Ausfaulen wird der Schlamm unter Luftabschluss von Bakterien weiter zersetzt. 2009 hat Frankfurt am Main zusammen mit sechs weiteren großen Städten (Augsburg, Stuttgart, Karlsruhe, Mannheim, München und Zürich) eine Grundsatzstudie zum Thema Klärschlammentsorgung in Auftrag gegeben. Es folgte 2010 eine Machbarkeitsstudie unter spezieller Berücksichtigung der Randbedingungen für die Stadtentwässerung Frankfurt am Main. Diese Studie wurde 2019 fortgeschrieben und zusätzlich wurde 2020 eine Ökobilanz erstellt. Alle Studien ergaben, dass es unter Berücksichtigung verschiedenster Aspekten für Frankfurt technisch, wirtschaftlich und ökologisch am sinnvollsten ist, den Schlamm vor einer Verbrennung erst Ausfaulen zu lassen.

In der neuen Anlage wird der Klärschlamm, wie in der bisherigen, zunächst entwässert. Danach wird er in Faultürme geleitet, wo er unter Sauerstoffabschluss rund drei Wochen verbleibt. In den Faultürmen setzen Bakterien einen Großteil der im Schlamm enthaltenen großen organischen Moleküle wie Eiweiße und Fette in kleinere, wasserlösliche Moleküle um. Andere Bakterien verarbeiten diese kleineren Moleküle weiter zu Kohlendioxid, Wasser und Methan. Mittels der im Methan enthalten Energie werden in Zukunft im ebenfalls neu zu errichtenden Blockheizkraftwerk Strom, hochwertiger heißer Dampf und nutzbare Wärme erzeugt. Letztere kann für Heizzwecke genutzt aber auch für Kühlzwecke umgewandelt werden.

In Kombination mit der neuen Faulschlammverbrennung wird bei der Stadtentwässerung Frankfurt am Main die im Klärschlamm enthaltene Energie zukünftig also noch besser genutzt:

Mit dem Blockheizkraftwerk wird genügend Wärme erzeugt, um die Betriebsgebäude zu heizen und den Faulungsprozess zu unterstützen. Die Wärme kann außerdem verwendet werden, um die Verbrennung in Gang zu halten. Es ist dann nicht mehr nötig, zusätzlich Heizöl zu verbrennen. Außerdem wird das Blockheizkraftwerk rund 35 Millionen Kilowattstunden Strom pro Jahr produzieren. Das entspricht dem Bedarf von etwa 10.000 Vier-Personen-Haushalten.

Kombinationsverfahren Klärschlammfaulung und Monoverbrennung - Doppelklick auf das Bild für Vollbildansicht

Und, wichtig für die Anwohner*innen: Die Faulung des Schlamms findet in abgeschlossenen Behältern statt. Nach rund drei Wochen im Faulturm fault der Schlamm danach nicht mehr weiter und verbreitet auch keine unangenehmen Gerüche.

Vor der abschließenden Verbrennung wird der Schlamm noch weiter getrocknet, damit die Verbrennung ohne Zugabe von Faulgas oder Heizöl energetisch eigenständig funktioniert . Auch für diese Trocknung und Verbrennung ist eine neue Anlage geplant. Das Genehmigungsverfahren steht allerdings noch aus.

Die neue Faulungs- und Verbrennungsanlage wird zwar deutlich mehr Strom verbrauchen als die jetzige. Sie wird aber selbst fast dreimal so viel Strom produzieren wie bisher. Erwartet wird ein Überschuss von weit über 16 Millionen Kilowattstunden im Jahr. Das entspricht dem Strombedarf von über 4.500 Vier-Personen-Haushalten. Das Umweltbundesamt kalkulierte für das Jahr 2017 mit durchschnittlich 485 Gramm Kohlendioxid, die bei der Erzeugung einer Kilowattstunde Strom entstehen. Danach werden die neuen Anlagen der Klärschlammbehandlung jährlich fast 8.000 Tonnen Kohlendioxid durch die Stromerzeugung einsparen.

Außerdem muss kein zusätzliches Heizöl, sondern nur noch eine weitaus geringere, regenerativ erzeugte Menge Methan verbrannt werden. Auch das reduziert die Kohlendioxidemissionen der Anlage deutlich.

Die neue Anlage entsteht in Frankfurt-Sindlingen. Sie wird auf dem gleichen Gelände gebaut, auf dem auch die bisherige Schlammentwässerungs- und Verbrennungsanlage und die Abwasserreinigungsanlage Sindlingen stehen, so dass kein neues Gelände erschlossen werden muss.

Flächenzuordnung - Doppelklick auf das Bild für Vollbildansicht

Der Bau der Anlage ist für die Jahre 2022 bis 2026 geplant. Die Inbetriebnahme soll 2026 erfolgen.

Der zusätzliche Verkehr während der Baumaßnahme wird die umliegenden Wohngebiete nicht belasten. Die Zufahrt zur Baustelle erfolgt über die Straßen B 40a, Höchster-Farben-Straße, Im Hoffenheimer Grund, Auf der Roos, Krifteler Straße und die Kläranlagenzufahrt Roter Weg. Das Baufeld liegt im nördlichen Bereich der Abwasserreinigungsanlage Sindlingen, so dass die Bautätigkeiten weitgehend unbeeinflusst vom Betrieb der bestehenden Anlagen erfolgen können.

Die reinen Baukosten ohne Nebenkosten betragen für die Schlammfaulungsanlage rund 124 Millionen Euro, für den immissionsschutzrechtlichen Anteil der Anlage liegen sie bei rund 31 Millionen Euro. Dazu kommen weitere Kosten wie beispielsweise für die Planung. Die Stadtentwässerung Frankfurt am Main kalkuliert mit Gesamtkosten für das Bauvorhaben von 213 Millionen Euro.