Das Projekt „Energetische Sektorkopplung zwischen Wasser- und Energiewirtschaft durch heizwertorientierte Abwasserbehandlung“ wurde am Institut für Siedlungs- und Industriewasserwirtschaft der Technischen Universität Dresden vom 1. September 2022 bis zum 31. Juli 2024 durchgeführt. Es wurde von der Deutschen Bundesstiftung Umwelt mit einem Zuschuss von 124 360 € gefördert und war Teil des DRESDEN-concept Netzwerks. Das Projektteam wurde geleitet von Dr. Ing. Thomas Schalk, mit M.Sc. Julius Böckmann und Dr. Ing. Markus Ahnert als Co-Forscher. Die Studie zielte darauf ab, den Heizwertverlust von Primärschlamm durch eine intensivere Vorbehandlung mit kohlenstoffbasierten Adsorbentien wie Pflanzenkohle oder Pyrolysekoks in Kombination mit einem Flockungsmittel zu verringern, wodurch die Entwässerung verbessert und eine direkte thermische Verwertung des Schlamms ermöglicht wird.
Die experimentellen Arbeiten wurden in einer Reihe von Labor- und Pilotversuchen durchgeführt. In Adsorptionsversuchen mit Abwasser (Serien V1, V2) wurde die Entfernung von gelösten kohlenstoffhaltigen Schwebstoffen (CSB) untersucht. Die Ergebnisse zeigten, dass Aktivkohle (Kohle P) gelöste CSB durch Adsorption beseitigte, aber keine Wirkung auf partikuläre CSB hatte. Wenn ein Flockungsmittel hinzugefügt wurde, konkurrierte es mit den gelösten CSB um Adsorptionsplätze und verringerte die spezifische CSB-Adsorption der Kohle. Die spezifische Eliminierung von gelöstem CSB wurde mit 5 mg CSB pro mg Flockungsmittel und 5 mg CSB pro Gramm Gesamtrückstand quantifiziert, wenn sowohl Flockungsmittel als auch Kohlenstoff vorhanden waren. Eisen(III)-chlorid erwies sich unter den getesteten Bedingungen als besser als Polyaluminiumchlorid und führte zu einem geringeren Schlammvolumen, niedrigeren spezifischen Kosten und besseren Entwässerungseigenschaften. Bei einer Kontaktzeit von fünf Minuten mit Aktivkohle wurde eine 80%ige Eliminierung von gelöstem CSB erreicht. Die Adsorption von Ammoniumstickstoff und Phosphat durch Aktivkohle lag unter der Nachweisgrenze, was auf eine vernachlässigbare Entfernung dieser Nährstoffe hindeutet.
Absetzversuche (Serien V6-V8) und eine Langzeitserie V8 bewerteten die Schlammeigenschaften. Flockungsmittel erhöhten sowohl das Schlammvolumen als auch den Feststoffgehalt, während die Zugabe von Aktivkohle den Feststoffanteil erhöhte. Sowohl Aktivkohle als auch Eisen(III)-chlorid verbesserten die Entwässerung, was sich in einem geringeren spezifischen Gewicht und einer höheren Ausbeute an trockenen Feststoffen zeigte. Der Heizwert der organischen Substanz stieg mit der Zugabe von Flockungsmitteln an, und die Erhöhung durch Aktivkohle war ausschließlich auf die Kohle selbst zurückzuführen. Geruchstests (Serie V11) zeigten, dass Aktivkohle und überschüssiger Kohlenstoff aus dem vierten Recyclinggassystem (RGS) die Geruchsemissionen im getrockneten Schlamm minderten. Schlammproben mit mehr als 20 % Kohlenstoffgehalt waren oft geruchlos oder produzierten sogar einen positiv bewerteten Geruch.
Die Studie umfasste auch anaerobe Batch-Tests (Serie V9), um die potenzielle Biogasproduktion zu bewerten, obwohl der Schwerpunkt des Projekts auf der direkten thermischen Nutzung und nicht auf der Biogaserzeugung lag. Geruchs- und Siebtests (Serien V10, V12) bestätigten die praktische Anwendbarkeit des vorgeschlagenen Vorbehandlungssystems.
Zusammenfassend hat das Projekt gezeigt, dass die Integration von kohlenstoffbasierten Adsorbentien mit Flockungsmitteln den Heizwertverlust von Primärschlamm erheblich reduzieren, die Entwässerung verbessern und die Geruchsemissionen verringern kann, wodurch die direkte thermische Verwertung von Schlamm erleichtert wird. Die Ergebnisse liefern die technische Grundlage für ein sektorübergreifendes Energieerzeugungsmodell, das die Abwasserbehandlung mit der thermischen Energieerzeugung koppelt. Dies entspricht den Zielen der Deutschen Bundesstiftung Umwelt und des DRESDEN-concept Netzwerks.