Pilotprojekte
Energetische Klärschlammverwertung. Auf dem Weg zur energieautarken Kläranlage
Gründe für das Pilotprojekt
Durch steigende Klärschlammentsorgungskosten, die einen wesentlichen Anteil der Betriebskosten der Kläranlage darstellen, wurde als Maßnahme zur Kostenreduzierung eine energetische Klärschlammverwertungsanlage gebaut. Diese stellt eine konsequente Fortführung des Konzeptes der "Solaren Schlammtrocknung" für die Kläranlage dar. Da eine vergleichbare Anlage in dieser relativ geringen Größe noch nicht realisiert wurde, war diese Maßnahme im Rahmen des Modellprojektes "Weitergehende Energie- und Stoffverwertung auf der Kläranlage" vom Ministerium für Umwelt und Verkehr Baden-Württemberg gefördert.
Projektbeschreibung
Mit dem Ziel einer nachhaltigen Klärschlammverwertung in Verbindung mit dem Vorhaben, eine energieautarke Kläranlage zu betreiben, errichtete der Zweckverband bereits im Jahre 2002 eine Pilotanlage zur Klärschlammvergasung. Nachdem sich weitere Gemeinden und Städte über öffentlich-rechtliche Vereinbarungen zur gemeinsamen Klärschlammverwertung entschlossen haben, wurde die Kapazität der bisherigen Pilotanlage verdoppelt und um eine thermische Trocknung erweitert. Mit der Monodeponierung der Schlacke wird zugleich eine spätere Phosphorrückgewinnung durch externe Unternehmen ermöglicht.
Verfahrensbeschreibung
Die Energetische Klärschlammverwertungsanlage (EKVA) ist eine Anlage zur Trocknung und Mineralisierung von stabilisierten Klärschlämmen. Der entwässerte Schlamm des Verbandes und der Partnergemeinden wird mit der Wärmeenergie der Vergasungsanlage in einem Bandtrockner bei Temperaturstufen von 120° C/~ 70° C getrocknet, um dann bei ~ 800° C in einer Wirbelschicht vergast zu werden. Das entstandene Produktgas wird aufbereitet und ist für eine motorische Verwertung geeignet und erzeugt mittels Blockheizkraftwerk Strom und Wärme. Die bei der Trocknung entstehende Abluft wird mittels Wäscher vorgereinigt, abgekühlt und anschließend in einem Biofilter behandelt. Mit der monodeponierten Schlacke steht zu einem späteren Zeitpunkt eine "heimische" Phosphorquelle zur Verfügung. Die EKVA stellt mit den Strom- und Wärmequellen einen weiteren Beitrag auf dem Weg zur energetischen Autarkie der Kläranlage dar und leistet durch ein vermindertes Transportaufkommen einen Beitrag zum Klimaschutz.
KlärschlammverwertungsanlageVerfahrensschema
Zur Klärschlammproblematik
Bei der Reinigung kommunaler und industrieller Abwässer in mechanisch-biologischen Kläranlagen fallen neben den gereinigten Abwässern als Restprodukt große Mengen Klärschlamm an. In Baden-Württemberg sind derzeit ca. 242.000 to/a Klärschlammtrockensubstanz (TS) aus der kommunalen Abwasserreinigung zu entsorgen, von denen ca. 10 % landwirtschaftlich und landbaulich verwertet, ca. 90 % verbrannt werden (Stand: 2010). Durch immer striktere Auflagen der Abwasserrichtlinien ist zukünftig von einer weiteren Intensivierung der Klärprozesse auszugehen, so dass mittel- und langfristig die anfallenden Klärschlammmengen weiter zunehmen werden.
Aufgrund der Anforderungen der Technischen Anleitung Siedlungsabfall (TASi), die eine weitgehende Mineralisierung des Klärschlamms fordert und der modifizierten Richtlinien des Düngemittelgesetzes für Klärschlämme (Einordnung des Klärschlamms als Sekundärrohstoffdünger) ist seit dem Jahre 2005 eine direkte Ablagerung von unbehandelten Klärschlämmen auf Deponien und die landwirtschaftliche Klärschlammverwertung nicht mehr oder nur noch in einem sehr eingeschränktem Maße zulässig. Hinzu kommt bei der landwirtschaftlichen Verwertung eine zunehmende mangelnde Akzeptanz in der Öffentlichkeit.
Die anfallenden Klärschlämme müssen daher stofflich und/oder thermisch behandelt werden. Um zukünftig eine Entsorgungssicherheit für Klärschlämme gewährleisten zu können, ist die Verwertung von Klärschlamm in einer Wirbelschichtvergasungsanlage aktuell geworden, da die Wirbelschichtvergasung eine motorische Strom- und Wärmeerzeugung Blockheizkraftwerk (BHKW)(s.11."Gasbehälter") erlaubt.
Damit kann die im Klärschlamm enthaltene Energie am Anfallort verwertet und teure, umweltschädliche Klärschlammtransporte (Fremdentsorgung) vermieden werden.
Unter Berücksichtigung der vorgenannten Ausgangssituation und der zukünftigen Tendenzen bei der Klärschlammentsorgung ist für den Zweckverband Abwasserreinigung Balingen, aber auch für Kläranlagenbetreiber im Allgemeinen, die dezentrale stoffliche Verwertung des Klärschlamms durch gleichzeitige Energieausnutzung zur Minimierung des Eigenenergieverbrauchs von besonderem Interesse.
Anlagenkonzeption
Beim Prozess der energetischen Klärschlammverwertung durch Wirbelschichtvergasung wird der Brennstoff (Klärschlamm) unterstöchiometrisch "verbrannt" und so ein Gas erzeugt, welches selbst brennbar ist. Mit diesem Gas (Synthesegas) wird nach entsprechender Reinigung und Aufbereitung ein Gasmotor (BHKW, Kraft- und Wärmekopplung) betrieben.
Die hier vorgestellte Anlage stellt mit einer maximal einsetzbaren Klärschlammenge von 300 kg/h eine komplette Neuentwicklung dar.
Wesentliche Prämisse des innovativen Anlagenkonzeptes ist die Erzeugung eines motorentauglichen sogenannten Synthesegases.
Eine technische Schlüsselstellung nimmt dabei der Wirbelschichtvergaser ein, der durch entsprechende Auslegung ein ausreichend hohes Temperaturniveau (880°C) und hohe Verweilzeiten ermöglicht. Dabei wird eine möglichst vollständige thermische Spaltung der Teere bewerkstelligt.
Klärschlammzustände: Filterkuchen, solar getrocknet, Schlacke aus Verwertung| Bezeichnung | Wert | Einheit |
|---|---|---|
| Schlammmengen | ||
| Klärschlammanlieferung (entwässert) | 5.700 | Mg/a mit TS 28 % |
| Klärschlamm (getrocknet) | 1.885 | Mg/a mit TS 85 % |
| Klärschlamm (solar getrocknet) | 420 | Mg/a mit TS 80 % |
| Klärschlamm getrocknet gesamt | 2.305 | Mg/a |
| Schlackengranulat/Asche | ~ 960 | Mg/a |
| Heizwert Schlamm (ausgefault) | 7.800 | kJ/kg TS |
| Bandtrockner und stationäre Wirbelschichtvergasung | ||
| Durchsatzleistung | ≤ 350 | kg/h |
| BHKW-Gesamtleistung | 185 | kW |
| 6-Zylinder-Magermischmotor | 115 70 | kWth kWel |
Die Anlage wird, wie im Verfahrensfließbild gezeigt, über ein Gebläse mit Frischluft versorgt. Die Frischluft wird über einen Rekuperator-Wärmeaustauscher gegen das Synthesegas auf eine Temperatur von 350°C vorgewärmt.
Die Höhe der Feststoffschüttung wird über eine Differenzdruckmessung erfasst und geregelt. Das aus dem Vergaser kommende Synthesegas wird im Wärmeaustauscher vorgekühlt.
Das Synthesegas wird in der Gasquenche durch die Eindüsung von Wasser und die Wärmeabgabe an den zugeführten, getrockneten Klärschlamm abgekühlt. Durch die Wahl des Temperaturniveaus wird die Kondensation von Wasser aus dem Synthesegas sicher vermieden. Organische Bestandteile, z. B. Teere, sollen am Klärschlamm abgeschieden und in den unteren Bereich des Vergasers zurückgefördert werden. Es ist bekannt, dass Teerverbindungen bei höheren Temperaturen und in Anwesenheit von Kohlenstoff gespalten werden können. Synthesegas und Klärschlamm durchströmen den Apparat im Gleichstrom von oben nach unten, wo das Gas ausgeschleust und zum Staubfilter weitergeleitet wird. Hinter den Staubfiltern, die aus Gründen der Verfügbarkeit redundant ausgeführt werden, wird das Synthesegas partiell abgekühlt und kondensiert. Durch die so erfolgte Teiltrocknung wird die Gasqualität gesteigert. Das auskondensierte Wasser wird mittels eines Aktivkohlefilters gereinigt und der Rohgasquenche wieder zugeführt. Zum Ausgleich des Wasserhaushalts kann Frischwasser zugeführt bzw. Überschusswasser ausgeschleust werden (nicht im Fließbild dargestellt).
Ein Teil des Synthesegases wird in das bereits in der Pilotanlage aus dem Jahre 2000 installierte Blockheizkraftwerk geführt, welches als Kraft-Wärmekopplungsanlage Strom (ca. 70 kW) und Wärme erzeugt. Der größere Teilstrom des Synthesegases wird in einem Gasbrenner zur Beheizung der Trocknungsanlage verwertet.
Pressebericht
zur Sitzung des Zweckverbandes Abwasserreinigung Balingen
Am 20. April fand die Verbandsversammlung des Zweckverbandes Abwasserreinigung Balingen unter der Leitung des Verbandsvorsitzenden und Balinger OB Dirk Abel statt.
Verwertung von Press- und Trockenschlamm
Jahresauftrag für Abfuhr vergeben
Aufgrund großer Schlammmengen muss gepresster und getrockneter Schlamm abgefahren werden. Der Auftrag für die Abfuhr war ausgeschrieben. Der Zuschlag ging an die günstigste Bieterin, die Fa. MSE GmbH aus Karlsbad-Ittersbach. Gegenüber den Vorjahren sind die Kosten für Schlammabfuhr um 13% gesunken. Die stoffliche Verwertung des Schlamms für Rekultivierung / Kompostierung ist aufgrund gesetzlicher Vorgaben nicht mehr möglich.
Dirk Abel als Verbandsvorsitzender bestätigt
Der Balinger Oberbürgermeister Dirk Abel wurde für weitere fünf Jahre zum Verbandsvorsitzenden gewählt. Die Verbandsversammlung bestätigte ihn einstimmig im Amt. Dirk Abel dankte für das Vertrauen und freut sich, diese Aufgabe weiterhin wahrnehmen zu dürfen. Balingen als größte Verbandsgemeinde stellt üblicherweise den Oberbürgermeister als Vorsitzenden des Verbandes.
Aktuelles aus dem Betriebs- und Gewässerschutzbericht 2025 der Kläranlage
Gute Reinigungsleistung der Kläranlage - Gewässerschutzvorgaben eingehalten
Das Jahr 2025 war geprägt durch eine trockene Sommerperiode. Insgesamt war 2025 ein eher trockenes Jahr - im Vergleich zum Vorjahr, das aufgrund langandauernder Regenwetterperioden als nasses Jahr galt. In 2025 wurden 8.937.910 m³ Abwasser auf der Kläranlage Balingen behandelt – im Vergleich zum Vorjahr eine Reduzierung um 21,1 % der zu behandelnden Jahresabwassermenge und 29,2 % weniger Regenspende. In der Verbandskläranlage Balingen wird das Abwasser der Mitgliedsgemeinden Balingen, Geislingen, Dotternhausen, Dormettingen und Albstadt-Laufen behandelt.
Die geringere Regenwassermenge wirkt sich auch auf den Fremdwasseranfall aus – dieser ist ebenfalls gesunken. Bei den amtlichen Probeentnahmen wurden die Grenzwerte sämtlicher untersuchter Abwasserparameter im Ablauf der Kläranlage eingehalten. Die Reinigungsleistung der Kläranlage Balingen sei nach wie vor gut, betonte Daniel Mignat vom Ingenieurbüro sweco. Lediglich die Stickstoffelimination war aufgrund der anhaltenden Sanierungsmaßnahmen der biologischen Stufe sowie dem SBR-Reaktor und dem Bau der 4. Reinigungsstufe beeinträchtigt. Im Jahr 2025 sind durch die Baumaßnahmen zeitweise Überlastungen aufgetreten, die aber durch die Fahrweise der Kläranlage sehr gut abgepuffert werden konnten.
Energiebedarf der Kläranlage
Die Kläranlage Balingen hat im Jahr 2025 rund 1.77 MWh an elektrischer Energie verbraucht und damit etwa 25 % weniger als im Vorjahr. Etwa 560.000 kWh wurden von den Stadtwerken bezogen. Das ist deutlich weniger als noch im Vorjahr – der Grund: die Steuerung der Belüftungsanlage der biologischen Stufe wurde fertiggestellt. Insgesamt wurden 2025 mit dem BHKW 791.000 kWh Strom erzeugt. Durch Erneuerung der Regelungstechnik der biologischen Stufe ist der Stromverbrauch der Kläranlage deutlich zurückgegangen. So konnten in 2025 rund 350.000 kWh Strom durch die neue Verfahrenstechnik eingespart werden. Die Errichtung weiterer PV-Anlagen wird ebenfalls zur anvisierten Energieneutralität beitragen.
Große Bau- und Sanierungsmaßnahmen prägten das Betriebsjahr 2025 - Bau der neuen Gebläsestation mit elektrotechnischer Ausrüstung, Sanierung des Regenüberlaufbeckens der Kläranlage und die Sanierung des Verbandssammlers. Durch die Baumaßnahmen auf der Kläranlage und in deren Einzugsgebiet wurde der Betrieb im Jahr 2025 erheblich beeinflusst. Dadurch waren ein deutlich höherer Arbeitseinsatz sowie erhöhte Aufmerksamkeit des Betriebspersonals erforderlich. Das Team der Kläranlage habe die Situation unter schwierigen Bedingungen hervorragend gemeistert, lobten sowohl das betreuende Ingenieurbüro als auch die Gewässerschutzbeauftragte. Der Verbandvorsitzende Abel dankte im Namen aller für diesen Einsatz. Mit Zuversicht werde man gemeinsam die großen Aufgaben der kommenden Jahre angehen. Der Umwelt- und Gewässerschutz liege beim Zweckverband in guten Händen, insbesondere auch aufgrund der Kompetenz und des Engagements des Kläranlagen-Personals.
Die Baumaßnahmen bei laufendem Betrieb sind für die Kläranlage eine große Herausforderung. Zudem sind die neuen Grenzwerte aus der wasserrechtlichen Genehmigung zu beachten und einzuhalten. Es bleibt abzuwarten, wie sich die neuen EU-Vorgaben auf die Arbeit in der Kläranlage auswirken.
Haushalt des Zweckverbandes für 2026 ist beschlossen
Der Haushalt 2026 für den Zweckverband Abwasserreinigung Balingen wurde von der Verbandsversammlung einstimmig beschlossen. Der Wirtschaftsplan geht im Erfolgsplan mit Erträgen und Aufwendungen von 5,775 Mio. € aus. Im Liquiditätsplan mit Investitionsprogramm sind alle voraussichtlichen Einnahmen und zu leistenden Ausgaben aus Investitions- und Finanzierungstätigkeit enthalten. Die Kreditermächtigung liegt bei 3,13 Mio. €.
Sowohl für die Betriebskosten als auch für die Investitionskosten entrichten die Mitglieder eine Umlage an den Verband. Die Höhe der Umlage richtet sich nach der prozentualen Höhe der von den einzelnen Mitgliedern eingeleiteten Abwassermenge. Die Stadt Balingen trägt mit rund 78 % den größten Anteil.
Die Verbandsumlagen bleiben in etwa auf dem Niveau des Vorjahres. In 2026 liegt die Betriebskostenumlage bei 2,965 Mio. €. Seit mehreren Jahren gibt es auch eine Umlage für die Zinsen der Fremdfinanzierung – in 2026 sind es 360.000 €. Die Abschreibungsumlage liegt bei 1.195.000 €.
Die Anforderungen an die Reinigungsstandards der Kläranlage werden höher, dies wirkt sich auch auf die Unterhaltungs-, Bewirtschaftungs- und Personalkosten aus. Einen großen Ausgabeblock stellen im laufenden Jahr wiederum die Betriebs- und Bewirtschaftungskosten (1,308 Mio. €) dar sowie Kosten für Unterhaltungsmaßnahmen am Klärwerk (598.000 €). Die Personalkosten schlagen mit rund 1 Mio. € zu Buche.
Den Strombezugskosten kommt im Klärbetrieb eine Schlüsselrolle zu. Sie können mit der betrieblichen Steuerung der Anlage (Verstromung Eigengasproduktion, Betrieb und Verrechnung thermische Klärschlammverwertung, Rückeinspeisung) stark variieren. Hinzu kommen in neuerer Zeit noch die Auswirkungen der Energiewende und der weltpolitischen Verwerfungen. Mit dem Abschluss neuer Lieferverträge konnten die Kostenspitzen der Jahre 2022 und 2023 wieder eingefangen werden. Außerdem machen sich die stetigen Bemühungen zur Einsparung von Energie bemerkbar. Der Ansatz liegt bei 200.000 € (Vorjahr 220.000 €).
Investieren wird der Verband in diesem Jahr weiterhin schwerpunktmäßig in die Modernisierung der Anlagen – Maßnahmen bei der Betriebstechnik und der Reinigungsleistung der Kläranlage, Sanierung der Regenbecken sowie Erweiterung um eine vierte Reinigungsstufe. Zudem wird eine neue Heizzentrale gebaut, deren Planung in der Sitzung vorgestellt wurde – voraussichtliche Kosten von 2,38 Mio. €.
Der Schuldenstand des Verbandes liegt nach den Plandaten 2026 bei 10,77 Mio. €. Er erhöht sich nochmals deutlich gegenüber den Vorjahren. Dieses Maß der Verschuldung sei angesichts der laufenden und anstehenden großen Projekte unumgänglich, aber vertretbar, betonte Verbandrechner Eberle.
Vergabe von Aufträgen – Ermächtigung des Verbandsvorsitzenden
Für die Vergabe folgender Aufträge wurde der Verbandsvorsitzende ermächtigt:
- Bauabschnitt 1 der PV-Anlage – Tiefbau und Mittelspannungsanlage
- Elektrotechnik Regenüberlaufbecken Kläranlage
- Solare Trocknung Rohbau
- Sanierung biologische Stufe - Stahlbauarbeiten
Zudem wurden von der Verbandsversammlung Ingenieursleistungen (Nachtrag) für die Sanierung der biologischen Stufe – SBR-Reaktor vergeben.
Die nächste Sitzung der Verbandsversammlung findet am 13. Juli statt. Interessierte Bürgerinnen und Bürger sind wie immer recht herzlich dazu eingeladen. Die einzelnen Tagesordnungspunkte können rechtzeitig vor der Sitzung dem Kreisamtsblatt entnommen werden. Ebenso nachzulesen sind sie im Internet auf der Homepage des Zweckverbandes www.klaeranlage-balingen.de
Gemeinsame Klärschlammverwertung mit Gemeinden des Zollernalbkreises
Gemeinsame Klärschlammverwertung
Klärschlämme der Kläranlagen des Zweckverbandes Abwasserreinigung Balingen, Hechingen, Bisingen, Geislingen, Rosenfeld und Oberes Schlichemtal werden zwischenzeitlich auf der Kläranlage Balingen verwertet. Eine entsprechende öffentlich-rechtliche Vereinbarung zur gemeinsamen Klärschlammverwertung haben die Kommunen abgeschlossen. Die Bauphase wurde mit dem offiziellen Spatenastich am 10.Juni 2009 eingeleitet.
Für dieses gemeinsame Projekt mussten vor allem die Kapazität der Schlammtrocknung und der Klärschlammvergasung auf der Balinger Kläranlage erweitert werden. Die Anlagen wurden nach rund zweijähriger Bauphase Ende September 2011 offiziell in Betrieb genommen.
Klärschlammtrocknung
Die Investitionskosten lagen bei rund drei Millionen Euro. Das Land Baden-Württemberg fördert dieses Projekt mit 773.000,- €.
Aus der eigenen Schlammerzeugung des Zweckverbandes und den Schlämmen der Partnergemeinden durchlaufen bis zu 5600 Tonnen Pressschlamm pro Jahr die Wärmetrocknung. Übrig bleiben nach der Trocknung noch 2200 Tonnen getrockneter Schlamm. Dieser kommt in die Schlamm-Vergasungsanlage und dient so direkt der Wärmeerzeugung.
Ein Großteil der für die Klärschlammtrocknung notwendigen Wärme kann somit aus der Vergasung des Klärschlammes selbst gewonnen werden. Die noch fehlende Energie zur Klärschlammtrocknung soll mittelfristig durch die Erhöhung der Faulgasproduktion gewonnen werden, so dass auf den Bezug von Fremdenergie ganz verzichtet werden kann.
Klärschlammverwertung
Ein weiterer, innovativer Aspekt liegt in der Möglichkeit der Rückgewinnung des im Klärschlamm enthaltenen Phosphors, welches das Verfahren möglich macht.
Spatenstich
Maschinelle Klärschlammtrocknung
Energetische Klärschlammverwertung