Klärschlamm ist ein heterogenes Vielstoffgemisch, das sich hauptsächlich aus Wasser, organischen Substanzen, Stickstoff- und Phosphorverbindungen sowie aus anderen Rückständen wie z. B. Schwermetallverbindungen oder Arzneimittelrückständen zusammensetzt. Alleine in Deutschland belief sich das Aufkommen in industriellen und kommunalen Kläranlagen im Jahr 2015 auf gut 1,8 Mio. t. Aufgrund neuer gesetzlicher Regularien (Novellierung der Klärschlammverordnung) ist ein Umdenken in der bisherigen Klärschlammverwertung notwendig. Fraunhofer UMSICHT arbeitet dazu mit Projektpartnern an der Weiterentwicklung und Umsetzung eines innovativen Verfahrens zur Behandlung und anschließenden Fraktionierung von Klärschlammbestandteilen, insbesondere zur Phosphorrückgewinnung.

Ultraschallbehandlung von Klärschlamm

Kernstück der neuen Prozesskette ist eine Ultraschall-Kavitations-Anlage. Ein spezieller Ultraschallgeber bringt einen sehr hohen Leistungseintrag in das zu behandelnde Medium ein. Dadurch werden innerhalb des durchströmten Mediums akustische Kavitationsblasen erzeugt. Implodieren diese, werden verschiedene physikalische und chemische Effekte hervorgerufen. Die große Schwingungsamplitude, die durch die neue Ultraschalltechnik erreicht werden kann, ist dabei ein entscheidender Einflussparameter. „Es kommt zum Zellaufschluss und einer verbesserten Trenneigenschaft, sodass der Klärschlamm besser mechanisch in verschiedene Wertstofffraktionen separiert werden kann“, erklärt Lukas Rüller aus der Abteilung Verfahrenstechnik bei Fraunhofer UMSICHT. Es entsteht eine cellulosereiche Faserfraktion, eine nährstoffreiche Gelfraktion und eine leicht vergärbare Flüssigkeitsphase, die jeweils für weitere Nutzungskonzepte (Ammonium- und Phosphorrückgewinnung, Vergärung etc.) verwendet werden können.
Im Rahmen des Vorhabens „UltraSep“ möchte Fraunhofer UMSICHT die physikalischen und chemischen Wirkmechanismen der Technologie untersuchen. Zusammen mit der BSonic GmbH und dem Chemischen Laboratorium Dr. Fülling GmbH & Co. KG wird eine Versuchsanlage konzipiert, die in der Folge als portable Containerversion zu errichten ist. Nach ersten Probeversuchen soll die Versuchsanlage in ein Klärwerk integriert und im Praxisbetrieb optimiert werden.