Current practice and future challenges of sewage sludge management considering small wastewater treatment plants at the example of Upper Austria

Für die aktuellen Auswertungen wurde vom zuständigen Amt der Oberösterreichischen Landesregierung ein Datensatz bereitgestellt (Amt der OÖ. Landesregierung, 2020a), der Stammdaten (wie Lage, Ausbaugröße, Bewilligungszeitpunkt und Reinigungsart) zu den Kläranlagen mit einer Ausbaugröße von mindestens 50 EW₆₀ umfasst. Darüber hinaus stand den Autoren ein weiterer Datensatz zur Verfügung, welcher die entsprechenden Informationen zu den oberösterreichischen Anlagen mit einer Ausbaugröße von 1–500 EW₆₀ beinhaltet (Amt der OÖ. Landesregierung, 2019).

Die für diese Arbeit relevanten Daten der beiden Datenquellen (wie Lage, Ausbaugröße, Bewilligungszeitpunkt und Reinigungsart) werden zu einem Datensatz zusammengeführt, der damit alle Abwasserreinigungsanlagen Oberösterreichs ab einer Ausbaugröße von 1 EW₆₀ beinhaltet. Diese werden anschließend nach ihrer Ausbaugröße und der (primär) eingesetzten Reinigungstechnologie in folgende Größenklassen und Bautypen eingeteilt.

Einteilung der Abwasserreinigungsanlagen nach Ausbaugröße:

Einteilung nach primär angewendeter Reinigungstechnologie (Bautyp):

Belebung im Durchlaufbetrieb mit aerober Schlammstabilisierung

Die bei den Kläranlagen der Größenklassen II–VI jährlich anfallenden Klärschlammmengen werden vom Land Oberösterreich erhoben und verwaltet. Der entsprechende Datensatz für das Jahr 2019 wurde für die Autoren dieses Beitrages für die Bearbeitung zur Verfügung gestellt (Amt der OÖ. Landesregierung, 2020b). Jedoch sind darin gewisse Datenlücken vorhanden, vor allem in Bezug auf die Kläranlagen geringerer Ausbaugrößen. Konkret fehlen in der aktuellen Auflistung bei den Größenklassen VI und V die Daten von jeweils einer Anlage (in Summe 15 bzw. 17 Anlagen), bei der Größenklasse IV von drei (in Summe 86 Anlagen), bei der Größenklasse III von vier (in Summe 38 Anlagen) und bei der Größenklasse II von 106 Anlagen (in Summe 112 Anlagen). Bei der Größenklasse I fehlen Informationen zum aktuellen Klärschlammanfall vollständig (in Summe 2514 Anlagen, vgl. Tab. 1).

Um diese Datenlücken zu schließen bzw. die fehlenden Klärschlammmengen abzuschätzen, wird in dieser Arbeit wie folgt vorgegangen: Zunächst wird mit den vorhandenen Daten basierend auf der Ausbaugröße der Kläranlagen ein mittlerer spezifischer Klärschlammanfall je EW₆₀ und Jahr in kg [kg/(EW₆₀*a)] für die einzelnen Reinigungstechnologien (Bautypen) je definierter Größenklasse errechnet. Dieser spezifische Klärschlammanfall wird anschließend mit den bekannten Ausbaugrößen der Anlagen mit nicht dokumentiertem (fehlendem) Klärschlammanfall (entsprechend ihrer Größenklasse und Reinigungstechnologie) multipliziert, wodurch auch für diese eine jährlich anfallende Klärschlammmenge abgeleitet/abgeschätzt werden kann. Zudem muss festgehalten werden, dass für keine Anlage der Größenklasse I (bis maximal 50 EW₆₀) ein jährlicher Klärschlammanfall bekannt ist, weswegen es innerhalb dieser Größenklasse auch nicht möglich ist, den Klärschlamm entsprechend abzuleiten. Um aber auch hier zumindest gewisse Größenordnungen in Bezug auf die unterschiedlichen Bautypen abbilden zu können, wird vereinfacht der spezifische Klärschlammanfall der nächstgrößeren Größenklasse II (51–500 EW₆₀) für die Abschätzung herangezogen.

Darüber hinaus zeigt sich bei den Klärschlammanfallsmengen bei Pflanzenkläranlagen und Kläranlagen mit ausschließlich mechanischer Reinigung eine weitere umfassende Datenlücke. In Anlehnung an Imhoff et al. (2007) kann die Primärschlammmenge in Belebungsanlagen aber mit rund 70 % der Belebtschlammmenge abgeschätzt werden. Somit wird für die Ableitung des spezifischen Klärschlammanfalls der Pflanzenkläranlagen und mechanischen Abwasserreinigungsanlagen der mittlere spezifische Klärschlammanfall der Belebungsanlagen in der gleichen Größenklasse mit dem Faktor 0,7 multipliziert.

Abschließend ist festzuhalten, dass die hier gewählte Bezugnahme auf die Ausbaugröße der Kläranlagen der Tatsache geschuldet ist, dass zumindest für die kleineren Anlagen keine Belastungsdaten dokumentiert sind. Ein Bezug auf Letztere wäre aus quantitativer Sicht jedenfalls aussagekräftiger. Da die Intention dieses Artikels aber nicht die genaue Ermittlung des Klärschlammanfalls, sondern vielmehr die Abbildung von (ungefähren) Größendimensionen vor allem in Bezug auf die „kleineren“ Kläranlagen und der dabei eingesetzten Bautypen geschuldet ist, wird diese Unschärfe von den Autoren bewusst in Kauf genommen.

In dem vorherig beschriebenen Datensatz, welcher Informationen über den bei den einzelnen Kläranlagen anfallenden Klärschlamm beinhaltet, sind auch Angaben zur Verwertung dieser Klärschlammmengen enthalten (Amt der OÖ. Landesregierung, 2020b). Es wird hierbei zwischen folgenden Klärschlammverwertungspfaden unterschieden:

Landwirtschaftliche Verwertung

Welche Verwertungspfade mit der Kategorie „Sonstiges“ zusammengefasst werden, kann aus dem vorhandenen Datensatz allerdings nicht abgleitet werden. Um diese Information zu konkretisieren, werden die betroffenen Kläranlagen telefonisch kontaktiert und dabei gebeten, den aktuellen Verwertungspfad zu nennen (erste Befragungsrunde). Im Zuge dieser Befragung soll zudem auch gleich ermittelt werden, aus welchen Beweggründen (Motivation) sich die Betreiber für die jeweiligen Verwertungspfade entschieden haben. Die Datensammlungen erfolgen dabei einheitlich anhand eines vordefinierten Interviewleitfadens, in dem neben den beiden erwähnten Fragen auch allgemeine Daten erfasst werden (Kläranlage, Kontaktperson, Gesprächsdatum).

Darüber hinaus wird eine weitere telefonische Interviewbefragung durchgeführt, die aber nur die Betreiber von Kläranlagen, deren Klärschlamm bereits heute in eine Verbrennung geführt wird, berücksichtigt (zweite Befragungsrunde). Dabei soll primär in Erfahrung gebracht werden, warum man sich schon frühzeitig für diesen Verwertungspfad entschieden hat (da dieser doch erst im Zuge der aktuellen Diskussionen vermehrt in den Fokus gerückt ist), welche Verbrennungsanlage hier konkret betroffen ist und welche Art der Verbrennung (Mono- oder Mitverbrennung) dabei praktiziert wird. Auch hier erfolgt die Datensammlung wieder einheitlich anhand eines vordefinierten Interviewleitfadens, in dem neben den drei erwähnten Fragen auch die zuvor genannten allgemeinen Daten erfasst werden.

Mit den verfügbaren Daten wurde ein Gesamtinventar aller kommunalen Kläranlagen in Oberösterreich erstellt. Wie in Tabelle 1 ersichtlich, sind hier aktuell 2782 Anlagen in Betrieb. Der bei dieser Gesamtanlagenanzahl am häufigsten vertretene Bautyp ist die SBR-Anlage mit einem Anteil von rund 33 %. Darauf folgen Belebungsanlagen (im Durchlaufbetrieb) mit aerober Schlammstabilisierung (etwa 29 %), am dritthäufigsten kommen Pflanzenkläranlagen (knapp 20 %) zum Einsatz. Dabei machen die Anlagen mit einer maximalen Ausbaugröße von 500 EW₆₀ anzahlmäßig knapp 95 % der Kläranlagen Oberösterreichs aus.

Aus Tabelle 2 wird aber klar ersichtlich, dass die in hoher Zahl eingesetzten SBR- und Pflanzenkläranlagen nur einen sehr geringen Anteil der Gesamtausbaugröße aller Kläranlagen (EW₆₀) ausmachen. Im Gegensatz dazu stehen die Belebungsanlagen mit anaerober Schlammstabilisierung (Faulung), von welchen aktuell zwar nur 25 in Oberösterreich in Betrieb sind, die jedoch in Summe über zwei Drittel der kommunalen Abwässer reinigen. Tabelle 2 zeigt zudem, dass in Summe 69 % der oberösterreichischen Gesamtausbaugröße auf die nur 15 Anlagen mit einer Ausbaugröße von mindestens 50.000 EW₆₀ entfallen.

In Abbildung 1 sind die aufsummierte Anzahl und Ausbaugröße je Größenklasse einander gegenübergestellt. Damit wird verdeutlicht, dass zwar über 90 % (2514 Stück) der oberösterreichischen Kläranlagen eine Ausbaugröße von bis zu maximal 50 EW₆₀ haben, diese aber nicht einmal 1 % (rund 30.000 EW₆₀) der gesamten Ausbaugröße ausmachen. Im Kontrast dazu steht, dass 1 % der Anlagen mit einer Ausbaugröße von mindestens 50.000 EW₆₀ rund 70 % (rund 2,4 Mio. EW₆₀) der Gesamtreinigungsleistung in Oberösterreich ausmachen.

Abbildung 1

Mit den vorhandenen Datensätzen und den beschriebenen Methoden kann für alle oberösterreichischen Kläranlagen eine jährliche Klärschlammanfallsmenge in Tonnen Trockensubstanz dargestellt werden. Diese Ergebnisse werden in den Tabellen 3, 4 und 5 zusammengefasst dargestellt. Es soll an dieser Stelle nochmals wiederholt werden (vgl. Kapitel 2.2.), dass sich die angeführten Klärschlammmengen primär aus dokumentierten Daten der Kläranlagen ableiten. Datenlücken wurden unter Bezugnahme auf die Ausbaugröße der Kläranlagen geschlossen, da Belastungsdaten vor allem bei den „kleineren“ Größenkategorien (derzeit) nicht verfügbar sind. Die präsentierten Ergebnisse zielen primär darauf ab, Größenordnungen des Klärschlammanfalls in Bezug auf „kleinere“ Anlagen und die eingesetzten Bautypen darzustellen. Weiterführende Informationen in Bezug auf die österreichischen Kläranlagen mit einer Ausbaugröße von zumindest 2000 EW können Amann (2021) entnommen werden.

In Oberösterreich fallen pro Jahr rund 38.000 Tonnen Trockensubstanz Klärschlamm an. Konsequenterweise entfällt hier (analog zur Ausbaugröße) der Großteil der Klärschlammmenge, konkret knapp 70 % des oberösterreichischen Gesamtanfalls, auf die Belebungsanlagen mit anaerober Schlammstabilisierung (Tabelle 3).

Um die anfallenden Klärschlammmengen je Bautyp besser vergleichen zu können, wurde ein spezifischer Klärschlammanfall je EW₆₀ [kg TS/(EW₆₀*a)] für alle Kläranlagen errechnet und über die Bautypen gemittelt. Um die Interpretation des spezifischen Klärschlammanfalls und den Vergleich von einzelnen Reinigungstechnologien zu unterstützen, wird darüber hinaus die Standardabweichung der gemittelten Werte angeführt. Es kann festgehalten werden, dass unter Berücksichtigung der Standardabweichung die Unterschiede der spezifischen Klärschlammmengen von Belebungsanlagen mit aerober Schlammstabilisierung, SBR-Anlagen und Belebungsanlagen mit anaerober Schlammstabilisierung hier nicht als signifikant angesehen werden (Tabelle 4).

Im Gegensatz zu den Erkenntnissen von Amann et al. (2021) liefert die anaerobe Stabilisierung (zumindest für die Größenklasse VI) tendenziell einen (leicht) größeren spezifischen Klärschlammanfall als das aerobe Pendant. Eine mögliche Begründung hierfür kann in der gewählten Methode zur Schließung von bestehenden Datenlücken beim dokumentierten Klärschlammanfall (basierend auf Mittelwerten in Bezug auf die einzelnen Größenklassen eines Bautyps und nicht nur in Hinblick auf die jeweiligen Gesamtausbaugrößen, vgl. Kap. 2.2) und damit verbundenen anlagenspezifischen Über- oder Unterschätzungen liegen. Wobei in diesem Zusammenhang auch festgehalten werden soll, dass gerade bei den Anlagen dieser Größenordnungen die vorhandenen Datengrundlagen sehr vollständig waren und hier somit kaum rechnerische „Lückenschlüsse“ notwendig waren.

Wegen der umfassenden Datenlücke bezüglich des Klärschlammanfalls in Pflanzenkläranlagen und Anlagen mit rein mechanischer Abwasserreinigung konnte der Klärschlammanfall bei diesen, wie in Kapitel 2.2. (Ermittlung des anlagenbezogenen Klärschlammanfalls) beschrieben, nur rein rechnerisch ergänzt werden.

Die gesamte angefallene Klärschlammmenge je Größenklasse und Bautyp ist in Tabelle 5 zusammengefasst. Über 97 % des Klärschlammes in Oberösterreich fallen bei Kläranlagen einer Ausbaugröße von mindestens 2000 EW₆₀ an. Dem gegenüber stehen die anzahlmäßig deutlich zahlreicheren Anlagen mit einer maximalen Ausbaugröße von 1999 EW₆₀, die zwar rund 95 % der Kläranlagen ausmachen, in denen aber nur etwa 3 % des kommunalen Klärschlamms anfallen.

Im Kontext des vom Bundesabfallwirtschaftsplan definierten Ziels, bis zum Jahr 2030 65 bis 85 % des Klärschlammes einer Phosphorrückgewinnung zuzuführen (BMNT, 2017), zeigt sich aus den Auswertungen, dass hierfür eigentlich zumindest alle Kläranlagen ab einer Ausbaugröße von 20.000 EW₆₀ zu berücksichtigen wären. Somit erscheint die explizit an Kläranlagen einer Ausbaugröße von mindestens 50.000 EW₆₀ gerichtete Aufforderung der Entwicklung von Konzepten der phosphororientierten Klärschlammverwertung (Monoverbrennung) zumindest für Oberösterreich zu kurz zu greifen, da damit nur rund 58 % der anfallenden Klärschlammtrockensubstanz erfasst würden. Um den oberen Prozentbereich des genannten Zuführungszieles für die Phosphorrückgewinnung erreichen zu können, müsste gegebenenfalls sogar auf den Klärschlamm der Kläranlagen aus den Größenklassen IV, V und VI (ab 2.000 EW₆₀) zurückgegriffen werden.

Tabelle 6 zeigt die Ergebnisse der Untersuchungen zu den Klärschlammverwertungspfaden in Oberösterreich. In dieser sind die Ergebnisse der ersten Befragungsrunde zur Ermittlung der konkreten Verwertungspfade, welche zuvor in der Kategorie „Sonstiges“ zusammengefasst waren, bereits berücksichtigt.

In diesem Zusammenhang soll an dieser Stelle noch festgehalten werden, dass bei 32 der in Summe 33 Kläranlagen, die im Jahr 2019 ihren Klärschlamm dem Verwertungspfad „Sonstiges“ zugeführt haben, eine Befragung durchgeführt werden konnte. Dabei konnten fünf verschiedene Verwertungsmethoden konkretisiert werden: Beinahe die Hälfte der betroffenen Anlagen (14 Befragte) verwerten ihren Klärschlamm schlussendlich auf (i) landwirtschaft-lichen Flächen. Aufgrund äußerer Rahmenbedingungen (z. B. Winter) konnte der anfallende Klärschlamm im Bezugsjahr jedoch nicht (vollständig) ausgebracht werden und wurde deswegen auf der Kläranlage zwischengelagert. Zwei Befragte gaben an, ihren Klärschlamm einer (ii) thermischen Verwertung zugeführt zu haben. Warum hier eine Zuordnung zur Kategorie „Sonstiges“ erfolgte, obwohl die Verbrennung ohnehin als konkreter Verwertungspfad angesehen wird (vgl. Kap. 2.3), konnte nicht nachvollzogen werden. Bei den restlichen ermittelten Methoden handelt es sich um die (iii) Verfuhr zu einer benachbarten Kläranlage (3 Befragte), die (iv) Verwertung in einer Vererdungsanlage (4 Befragte) oder die (v) Abholung (Behandlung und Verwertung) durch ein externes Entsorgungsunternehmen (9 Befragte).

Aus der Gesamtübersicht in Tabelle 6 ist ersichtlich, dass in Oberösterreich bis heute die landwirtschaftliche Verwertung mit über 60 % der mengenmäßig häufigste gewählte Verwertungspfad ist (bezogen auf Tonnen Trockensubstanz). Damit verdeutlicht sich die Brisanz bzw. der Handlungsbedarf in Zusammenhang mit dem sich abzeichnenden Auslaufen der landwirtschaftlichen Verwertung.

Abbildung 2 zeigt, dass dieser Verwertungspfad insbesondere bei Kläranlagen einer Ausbaugröße von unter 50.000 EW₆₀ gewählt wird, hier betrifft diese Art der Verwertung knapp 85 % der anfallenden Klärschlammmenge. Zudem muss aber auch festgehalten werden, dass in Oberösterreich bereits über ein Drittel des gesamten Klärschlammanfalls einer thermischen Verwertung zugeführt wird. Allerdings stehen hier keine Monoverbrennungsanlagen zur Verfügung, vielmehr erfolgt die Verwertung in den Mitverbrennungsanlagen Wels, Linz und Lenzing. Neben der landwirtschaftlichen und thermischen Verwertung sind in Oberösterreich noch vier andere Verwertungspfade relevant (Kompostierung, Vererdung, Übergabe an Nachbarkläranlage, Übergabe an externen Entsorger), in welche im Verhältnis aber nur verschwindend geringe Klärschlammmengen abgeführt werden.

Abbildung 2

Da, wie zuvor schon festgehalten, in den verfügbaren Datensätzen keine Informationen zum Klärschlammanfall in der Größenklasse I enthalten sind, besteht auch in Bezug auf die hier praktizierte Klärschlammverwertung (derzeit) eine Wissenslücke (Befragungen wurden aufgrund der hohen Anzahl an Anlagen hier nicht durchgeführt).

Bei der ersten Befragungsrunde zur Konkretisierung der Verwertungskategorie „Sonstiges“ wurde, wie zuvor schon festgehalten, auch die Motivation für die Wahl des Verwertungspfades erfragt. Es war dabei möglich, mehrere Begründungen zu nennen. Die Ergebnisse werden in Tabelle 7 dargestellt.

Erwartungsgemäß wurden die Kosten am häufigsten als Grund für die Wahl des Verwertungspfades genannt. Insbesondere Anlagen, die Klärschlamm einer landwirtschaftlichen Verwertung zuführen, haben sich aus Kostengründen dazu entschieden. Die Betreiber vieler Anlagen empfinden diese Art der Klärschlammverwertung zudem häufig als die „ökologischste“ Variante, da sie regional sei und dadurch Nährstoffe dem Boden zurückgegeben würden. Bei den Anlagen, welche ihren Klärschlamm nicht einer landwirtschaftlichen Verwertung zuführen, wurde als häufigste Ursache für deren Wahl des Verwertungspfades genannt, dass die Ausbringung des Klärschlamms auf landwirtschaftlichen Flächen nicht (mehr) möglich sei. Generelle Aufbringungsverbote, aber auch entsprechende Einschränkungen durch landwirtschaftliche Gütesiegel führen zu fehlenden landwirtschaftlichen Abnehmern und verhindern (zunehmend) entsprechende Verwertungen. In Anbetracht der Tatsache, dass eben auch die aktuelle Fassung des Bundesabfallwirtschaftsplanes der landwirtschaftlichen Verwertung kritisch gegenübersteht, wird ein entsprechender (politischer) Handlungsbedarf ersichtlich, in künftigen Entwicklungen nicht nur auf die „großen“ Kläranlagen zu fokussieren, sondern auch in Bezug auf die Entwicklung von tragfähigen Zukunftslösungen für die „kleineren“ Anlagenbetreiber aktiv zu werden.

In der zweiten Befragungsrunde wurden Interviews mit neun Abwasserreinigungsanlagen durchgeführt, die bereits heute ihren Klärschlamm einer thermischen Verwertung zuführen. Im Zuge dieser wurde unter anderem ermittelt, aus welchen Beweggründen sich die Betreiber der Kläranlagen für diesen Verwertungspfad entschieden haben (Tabelle 8). Auch hier war die Nennung mehrerer Motive möglich. Der ökonomische Aspekt war dabei ebenfalls am häufigsten ausschlaggebend für die Wahl. Hervorzuheben ist, dass sich die Betreiber der vier kleinsten befragten Anlagen wegen Kostengründen für die thermische Verwertung entschieden haben. Wie bei der zuvor beschriebenen Befragung zeigt sich zudem auch hier, dass sich viele Betreiber nur deshalb für einen anderen Verwertungspfad als die landwirtschaftliche Aufbringung entschieden haben, weil eine solche nicht (mehr) möglich gewesen ist. Dies unterstreicht die bereits zuvor getätigte Aussage zur nach wie vor großen praktischen und „emotionalen“ Bedeutung der landwirtschaftlichen Klärschlammverwertung in diesem Bundesland.