Zielgerichtete Aufbereitung und nutzbringende Verwertung von vererdetem Klärschlamm im Garten- und Landschaftsbau
- Art: Diplomarbeit
- Autor: Tobias Holl
- Abgabedatum: März 2006
- Umfang: 128 Seiten
- Dateigröße: 18,4 MB
- Note: 1,3
- Institution / Hochschule: Fachhochschule Weihenstephan Deutschland
- ISBN (eBook): 978-3-8324-9834-4
-
ISBN (Paperback) :
978-3-8324-9834-4 P - ISBN (CD) :978-3-8324-9834-4 CD
- Sprache: Deutsch
- Prämierung: Die Diplomarbeit wurde 2006 mit dem Ehrenpreis des Garten-, Landschafts- und Sportplatzbau Verbands Bayern e.V. ausgezeichnet.
- Arbeit zitieren: Holl, Tobias März 2006: Zielgerichtete Aufbereitung und nutzbringende Verwertung von vererdetem Klärschlamm im Garten- und Landschaftsbau, Hamburg: Diplomica Verlag
- Schlagworte: Aufbereitung, Kompost, Bio, Erde, Boden
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Diplomarbeit von Tobias Holl
Einleitung:
Die Problematik der Klärschlammentsorgung („Klärschlammproblematik“) ist alt, aber immer noch hochaktuell: Nachdem früher die Probleme der Abwasserreinigung in Deutschland im Vordergrund standen, werden heute vornehmlich die Probleme der Klärschlammbehandlung und –Entsorgung diskutiert. Dies liegt zum einen daran, dass die abwasserseitigen Aufgabenstellungen, mit Ausnahme der ländlichen Regionen, in Deutschland weitgehend gelöst sind und zum anderen ist es in der Tatsache begründet, dass neue rechtliche Regelungen die Entsorgung (Verwertung oder Beseitigung) drastisch einschränken.
Beim heutigen Stand der Gesetzgebung ist die Deponierung von Klärschlamm, die einmal die Hauptentsorgungsschiene darstellte, faktisch nicht mehr möglich und die landwirtschaftliche Verwertung, die ein wichtiger Entsorgungsweg sein sollte, stark erschwert.
Wo immer es möglich und sinnvoll ist, möchte der Gesetzgeber, dass natürliche Kreisläufe geschlossen werden (Kreislaufwirtschaftsgedanken, Kreislaufwirtschaftsgesetz). Die aktuelle restriktive Gesetzgebung beim Klärschlamm ist mit diesem Grundsatzgedanken manchmal nicht in Einklang zu bringen.
Der Kreislaufwirtschaftsgedanke in Verbindung mit einer vorsorgeorientierten und verbrauchergerechten stofflichen Verwertung von sehr schadstoffarmen bzw. möglichst unbelasteten Klärschlämmen aus dem ländlichen Raum ist die Grundidee dieser Diplomarbeit.
Stabilisierter Klärschlamm (KS) kann zu Klärschlammerde (KSE) und in einem weiteren Rotteprozess zu Klärschlammkompost (KSK) „veredelt“ werden. Beide Produkte können als wertvolle organische Dünger zur Humus-, Nährstoff- und Kalkversorgung in der Landwirtschaft und im Landschaftsbau einschließlich der Ingenieur-Ökologie und bei Rekultivierungsmaßnahmen Verwendung finden. Die im KS enthaltenen Wertstoffe werden so in den Kreislauf der Natur zurückgeführt.
Problemstellung:
Die vorliegende Arbeit zeigt die Möglichkeit einer zielgerichteten Aufbereitung sehr schadstoffarmer Klärschlämme kommunaler Kläranlagen aus dem ländlichen Raum, speziell aus der Kläranlage Rottenburg an der Laaber (ARA ROL).
Die Aufbereitung des Klärschlamms erfolgt dabei in zwei „Veredelungsprozesse“, durch Vererdung und anschließende Kompostierung. Die Klärschlammvererdungsanlage (KSVE ROL) befindet sich in unmittelbarer Nähe zur Kläranlage und das in zwei Schilfbeeten erhaltene Produkt (KSE), wird anschließend – nach Zugabe von Strukturmaterial – durch Kompostierung in Mieten zu Klärschlammkompost (KSK) weiterveredelt.
Beide Aufbereitungsprozesse sollen letztlich einer nutzbringenden stofflichen Verwertung des Endprodukts im Garten- und Landschaftsbau (oder in der Landwirtschaft) innerhalb der gesetzlichen Rahmenbedingungen dienen.
Gang der Untersuchung:
Nach der Definition einiger für die Arbeit wichtiger Begriffe (Kap. 1.2) werden grundlegende Informationen über Entstehung, Quantitäten, Qualitäten, Behandlung und Entsorgung von Klärschlamm (KS) vermittelt (Kap. 2). Wegen aktueller Rechtssprechung wird die Kompostierung nicht mehr als Behandlungsart sondern als Verwertungsweg eingestuft.
Im Folgenden wird das Betreibermodell der Klärschlammvererdungsanlage, ihre technischen Kennzahlen, Prozessabläufe und die Eigenschaften der erzeugten Klärschlammerde vorgestellt (Kap. 3).
Die Ergebnisse der Feldversuche zur nachfolgenden Klärschlammkompostierung, sowie die Eigenschaften des entstandenen Klärschlammkompostes sind Inhalt eines weiteren Kapitels (Kap. 4).
Mit den Rahmenbedingungen für die Verwendung von Klärschlammerde und Klärschlammkompost setzt sich ergänzend das Folgekapitel 5 auseinander. Dabei wird zunächst auf den rechtlichen Rahmen und danach auch auf die Rolle freiwilliger Gütesicherung eingegangen (Kap. 5.1 und 5.2).
Die Verwertungsmöglichkeiten von Klärschlammkomposten im Garten- und Landschaftsbau werden anschließend aufgezeigt (Kap. 6).
Nach einer Zusammenfassung fließen auch eigene Gedanken im Rahmen einer kritischen Würdigung ein (Kap.7).
Inhaltsverzeichnis:
| Abbildungsverzeichnis | VI | |
| Tabellenverzeichnis | VII | |
| Abkürzungsverzeichnis | VIII | |
| 1. | Einführung | 1 |
| 1.1 | Gliederung der Arbeit | 1 |
| 1.2 | Definitionen wichtiger Begriffe | 2 |
| 2. | Klärschlamm | 4 |
| 2.1 | Entstehung | 4 |
| 2.2 | Quantitäten | 6 |
| 2.2.1 | Klärschlammaufkommen in Deutschland | 6 |
| 2.2.2 | Klärschlammaufkommen in der EU | 6 |
| 2.2.3 | Tendenzen und Entwicklung | 7 |
| 2.3 | Qualitäten | 7 |
| 2.3.1 | Nährstoffe/Nährsalze | 8 |
| 2.3.2 | Schadstoffe | 9 |
| 2.3.2.1 | Schwermetalle | 10 |
| 2.3.2.2 | Organische Schadstoffe | 12 |
| 2.3.3 | Tendenzen und Entwicklung | 13 |
| 2.4 | Behandlung | 14 |
| 2.4.1 | Stabilisierung | 14 |
| 2.4.1.1 | Grundlagen und Ziele | 14 |
| 2.4.1.2 | Aerobe Schlammstabilisierung | 15 |
| 2.4.1.3 | Anaerobe Stabilisierung | 16 |
| 2.4.1.4 | Chemisch-physikalische Stabilisierungsverfahren | 16 |
| 2.4.2 | Schlammwasserabtrennung | 17 |
| 2.4.2.1 | Konditionierung | 17 |
| 2.4.2.2 | Eindickung | 17 |
| 2.4.2.3 | Entwässerung | 17 |
| 2.4.2.4 | Trocknung | 18 |
| 2.4.3 | Vererdung | 20 |
| 2.4.4 | Thermische Behandlung | 21 |
| 2.4.4.1 | Verbrennung | 21 |
| 2.4.4.2 | Pyrolyse | 21 |
| 2.4.5 | Entseuchung/Hygienisierung | 21 |
| 2.4.6 | Sonstige Behandlungsarten | 22 |
| 2.4.6.1 | Seaborne-Verfahren | 23 |
| 2.4.6.2 | Choren-Verfahren | 24 |
| 2.5 | Entsorgung | 25 |
| 2.5.1 | Stoffliche Verwertung | 27 |
| 2.5.1.1 | Landwirtschaftliche Verwertung | 27 |
| 2.5.1.2 | Landschaftsbauliche Verwertung | 29 |
| 2.5.1.3 | Kompostierung | 30 |
| 2.5.1.4 | Prozesserde(r) /Bodenbildung | 35 |
| 2.5.2 | Thermische Verwertung | 43 |
| 2.5.3 | Beseitigung | 44 |
| 2.5.3.1 | Deponierung | 44 |
| 3. | Vererdung am Beispiel Klärschlammvererdungsanlage in Rottenburg an der Laaber | 45 |
| 3.1 | Betreibermodell | 45 |
| 3.2 | Kennzahlen | 46 |
| 3.3 | Aufbau der Klärschlammvererdungsanlage | 47 |
| 3.4 | Verfahrensbeschreibung | 49 |
| 3.4.1 | Wiederinbetriebnahme nach Teilräumung für ein Forschungsprojekt | 52 |
| 4. | Kompostierung der Klärschlammerde aus Rottenburg an der Laaber | 54 |
| 4.1 | Beschreibung des Forschungsprojekts | 54 |
| 4.1.1 | Beteiligte | 55 |
| 4.2 | Dokumentation der Aufbereitungsversuche | 56 |
| 4.2.1 | Ablauf der Versuchskompostierung | 56 |
| 4.2.1.1 | Planung | 56 |
| 4.2.1.2 | Mahd des Schilfs und Exkurs „Schmetterlingsmücke“ | 56 |
| 4.2.1.3 | Ausbau und Abtransport der Klärschlammerde | 57 |
| 4.2.1.4 | Auf- und Umsetzen der Mieten | 58 |
| 4.2.1.5 | Erster Siebversuch | 59 |
| 4.2.1.6 | Temperaturentwicklung | 60 |
| 4.2.2 | Beurteilung der Komposteigenschaften | 63 |
| 4.2.2.1 | Rottegrad | 63 |
| 4.2.2.2 | Materialstruktur/Konsistenz | 64 |
| 4.2.2.3 | Analysenergebnisse nach VDLUFA | 65 |
| 4.2.2.4 | Trockenmasseanteil, Volumenreduktion | 65 |
| 4.2.2.5 | Pflanzenverträglichkeit/“Keimpflanzentest“ | 67 |
| 4.2.2.6 | Hygiene/Unkrautbesatz | 72 |
| 4.2.2.7 | Geruchsentwicklung | 74 |
| 4.2.3 | Kostenaufstellung für die Aufbereitungsversuche | 74 |
| 5. | Rahmenbedingungen - für die Verwertung von KS zu KSK und für die Verwendung von KSK im Garten- und Landschaftsbau | 76 |
| 5.1 | Rechtliche Rahmenbedingungen | 77 |
| 5.1.1 | Abfallrechtliche Vorschriften | 78 |
| 5.1.1.1 | Kreislaufwirtschafts- und Abfallgesetz (KrW-/AbfG) | 78 |
| 5.1.1.2 | Klärschlammverordnung (AbfKlärV) | 79 |
| 5.1.2 | Immissionsschutzrechtliche Vorschriften | 80 |
| 5.1.2.1 | Bundesimmissionsschutzverordnung (BImSchV) | 80 |
| 5.1.3 | Bodenschutzrechtliche Vorschriften | 80 |
| 5.1.3.1 | Bundesbodenschutzgesetz (BBodSchG) | 80 |
| 5.1.3.2 | Bundesbodenschutzverordnung (BBodSchV) | 81 |
| 5.1.4 | Düngemittelrechtliche Vorschriften | 84 |
| 5.1.4.1 | Düngemittelgesetz (DüngMG) | 84 |
| 5.1.4.2 | Düngemittelverordnung (DüMV) | 84 |
| 5.1.4.3 | Düngeverordnung (DüngeV) | 86 |
| 5.2 | Freiwillige Gütesicherung | 86 |
| 5.2.1 | RAL-GZ 258 (AS-Humus) | 87 |
| 5.2.1.1 | Zweck und Entstehung | 87 |
| 5.2.1.2 | Veredlungsprodukte aus Abwasserschlamm | 89 |
| 5.2.1.3 | Ablauf der Gütesicherung | 91 |
| 6. | Einsatz und Verwendung von Klärschlammkomposten im Garten- und Landschaftsbau | 92 |
| 6.1 | Produkte und Eigenschaften | 92 |
| 6.1.1 | Produkte | 93 |
| 6.1.1.1 | Kompostprodukte mit RAL-Gütezeichen | 93 |
| 6.1.2 | Eigenschaften | 94 |
| 6.1.2.1 | Körnung | 94 |
| 6.1.2.2 | Nährstoffgehalte und weitere Inhaltsstoffe | 94 |
| 6.1.2.3 | Wirkung | 95 |
| 6.2 | Ausschreibung | 96 |
| 6.3 | Anwendungsgrundsätze | 97 |
| 6.3.1 | Gute fachliche Praxis | 97 |
| 6.3.2 | Anwendungszeitraum | 98 |
| 6.3.3 | Aufwandmengen | 98 |
| 6.3.4 | Pflanzennährstoffe in Kompost | 98 |
| 6.3.5 | Einarbeitungstiefe | 98 |
| 6.3.6 | Erst-Bewässerung | 99 |
| 6.3.7 | Rechtsbestimmungen | 99 |
| 6.4 | Einsatzbereiche und Anwendungsempfehlungen | 99 |
| 6.4.1 | Rekultivierung/Bodenverbesserung | 101 |
| 6.4.1.1 | Rekultivierung | 101 |
| 6.4.1.2 | Bodenverbesserung nach Bodenentsiegelung | 102 |
| 6.4.2 | Oberbodenersatz | 102 |
| 6.4.3 | Neuanlagen | 102 |
| 6.4.3.1 | Bodenverbesserung | 102 |
| 6.4.3.2 | Verfüllung von Pflanzlöchern im gewachsenen Boden | 103 |
| 6.4.4 | Herstellen von Vegetationstragschichten | 104 |
| 6.4.5 | Unterhaltungspflege von Grün- und Pflanzflächen | 104 |
| 6.4.6 | Herstellung von Substraten | 104 |
| 6.4.6.1 | Substrate für Pflanzgefäße | 104 |
| 6.4.6.2 | Substrate für Lärmschutzwände | 105 |
| 6.4.6.3 | Substrate für Rasengittersteine und Rasenwaben | 105 |
| 6.4.6.4 | Baumsubstrate | 105 |
| 6.4.6.5 | Substrate für die Dachbegrünung | 106 |
| 6.4.7 | Mulchen | 106 |
| 6.4.8 | Sicherungsbauweisen | 107 |
| 6.5 | Standortbezogene Anwendung | 107 |
| 6.5.1 | Humusbedarf von Böden | 107 |
| 6.5.2 | Nährstoffversorgung von Böden | 108 |
| 6.5.3 | Nährstoffbedarf von Vegetationsflächen | 108 |
| 6.5.4 | Vorsorgewerte von Böden | 109 |
| 7. | Zusammenfassung | 110 |
| Quellenverzeichnis | 113 |
(MIHOPULOS 2006) Ein positiver Effekt bei diesen Bodenbildungsprozessen und Stofftransformationen ist, dass (unter anderem auch) Schwermetalle, die in löslicher Form vorliegen, „in austauschbare Form bzw. in unlösliche, nicht verfügbare stabilere (interkristalline) Formen überführt“ werden. „Die Abnahme der löslichen Fraktion erfolgt also nicht etwa durch Auswaschung oder Verdünnung, sondern durch besagte Umstellung der Bindungsformen, so wie sie in natürlichen Böden vorkommen“ (MIHOPULOS UND PETZI 2005a, S. 10). Die Abnahme der löslichen Fraktion bei den Umsetzungsprozessen ist am Beispiel Zink dargestellt (Abb. 11) (MIHOPULOS UND PETZI 2005a, S. 12). „RO1“, „RO2“ und „RO3“ steht für drei verschiedene Mietenbezeichnungen. Die x-Achse stellt eine Zeitachse dar. Die angegebenen Kontrollpunkte beziehen sich auf das in Abbildung 14 dargestellte Kontrollsystem. [...]
„Die Bildung von Huminstoffen und die Ausbildung organomineralischer Komplexe (Tonhumuskomplex), welche mit der Neubildung von reaktionsaktiven Oberflächen gekoppelt ist, schafft auch die Voraussetzung für die Bildung der Bodenaggregate, die wieder verantwortlich für die Strukturbildung (Gefügebildung) sind. Letztere ist quantifizierbar durch das Gesamtporenvolumen und die Porengrößenverteilung und damit verantwortlich für den Luft und Wasserhaushalt des zukünftigen Bodenprofils. Neben diesen physikochemischen und biologischen Voraussetzungen ist auch die rein chemische Zusammensetzung der verschiedenen Phasen, also der Ionengehalt im Wasser und an den Adsorptionsflächen, sowie der Gesamtelektrolytgehalt (Salzgehalt) zu beachten bzw. richtig einzustellen, da von ihm die Mineralstoffversorgung aller beteiligten Biosysteme und die Qualität des Sickerwassers abhängig ist. Die Ionenverteilung im Boden präsentiert sich als Konzentration im Kapillarwasser (Fraktion I) und als austauschbarer Vorrat (Fraktion II). Beide Fraktionen stehen miteinander in ständigem dynamischen Gleichgewicht die Ionenverhältnisse zueinander sind dabei von besonderer Bedeutung“ (HAIDER UND HUSZ 2003, S. 4f). Die „4 Fraktionen“ sind in Abbildung 10 dargestellt (MIHOPULOS UND PETZI 2005a, S. 10). [...]
ausgewählter Abfallstoffe zu einem vordefinierten, neuen Produkt mit hoher ökologischer und langfristig ökonomischer Nützlichkeit entspricht den Grundsätzen einer zeitgemäßen Kreislaufwirtschaft“ (HAIDER UND HUSZ 2003, S. 1) „Bei der Vererdung wird Klärschlamm als Rohstoffkomponente gemeinsam mit anderer Stoffen zu Erde im bodenkundlichen Sinn umgewandelt“ (HAIDER UND HUSZ 2003, S. 3). Bodenkundliche Grundlagen Boden entsteht in der Natur aus „Zersetzungsprodukten aus dem geologischen (Geogenität) und dem biologischen (Biogenität) Bereich unter den jeweiligen standörtlichen klimatischen Randbedingungen“. Diese Vorgänge werden bei der Herstellung von Prozesserde® nachempfunden. Die wichtigsten Vorgänge der Bodenbildung durch Verwitterung, Tonbildung, Organstoffabbau und Humusbildung sind in einem Fließdiagramm dargestellt (Abb. 9) (MIHOPULOS UND PETZI 2005a, [...]
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http://www.diplom.de/ean/9783832498344
Arbeit zitieren:
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