How the Amended Sewage Sludge Ordinance (AbfKlärV) Affects the Recirculation of Plant Nutrients

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How the Amended Sewage Sludge Ordinance (AbfKlärV) Affects the Recirculation of Plant Nutrients

Theresa Sichler, Christian Adam, David Montag, Jan-Hendrik Ehm, Matthias Barjenbruch and Johannes Pinnekamp

Because of the longstanding oversupply of nutrients in Germany, waste and fertilization legislation has been amended in 2017. As the new laws do still not meet the European nitrate ordinance, fertilization laws must be tightened again. In consequence, there is a rising competition for land between sewage sludge and organic fertilizers.

Furthermore, the new sewage sludge ordinance (AbfKlärV) contains stricter thresholds and a ban on agricultural sewage sludge utilization for waste water treatment plants (WWTP) > 50,000 PE from 2029. WWTPs which do not use their sludge for agriculture have to recover phosphorus from then on. However, sludges with less than 2 % P content are not affected by that obligation.

Every federal state of Germany must report amounts and quality of agricultural utilized sewage sludge yearly. An evaluation of raw data from 10 federal states shows that nearly 40 % of both WWTPs and sewage sludge volume fall below the recovery limit of 2 %.

On the other hand, this means less than 30 % of the P potential. In addition, there is no information whether the sludges fall reliably below the limit as required by the ordinance. This project aims to investigate this reliability by regarding the variations in the P content of sewage sludge. For this reason, samples will be taken monthly at 10 representative WWTPs over a year.

Whereas phosphorus will still mostly be subject of recovery other nutrients are not affected by this. As a result, large amounts of N, K, Mg and Ca will be increasingly removed from the cycle. In 2017, WWTPs > 50,000 PE accounted for 30 – 60 % of the nutrient potentials. These potentials will probably get lost to a large extent due to the fertilization ban. Many small WWTPs are also currently changing their utilization strategy from agriculture to incineration to ensure a safe disposal in future. Therefore, we can expect that even larger amounts of nutrients apart from phosphorus will be discharged from the circular economy.

In comparison to the domestic sales volume of mineral fertilizers these other nutrients do only account for a very small fraction. A recovery could nevertheless replace parts of the mineral fertilizers, thus reducing environmental impacts. Energy consumption for technical nitrogen fixation is high and nutrient cycles are strongly anthropogenic influenced with diverse consequences such as eutrophication, acidification and endan- gered groundwater resources.

Sewage sludge contains several micronutrients next to the macronutrients P, N, K, Mg, Ca and S. Because of lacking information on the actual German need for micronutrients contents and freights cannot evaluated. Moreover, former sewage sludge fertilization was probably not needs-based. It is therefore not possible to estimate a true loss in micronutrients due to the amended sewage sludge ordinance.

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Auswirkungen der novellierten AbfKlärV auf die Kreislaufführung von Pflanzennährstoffen

Theresa Sichler, Christian Adam, David Montag, Jan-Hendrik Ehm, Matthias Barjenbruch und Johannes Pinnekamp

1. Gesetzliche Änderungen ...364

1.1. Rückgang der landwirtschaftlichen Verwertung in den Bundesländern ...364

2. Auswirkungen auf den Nährstoffkreislauf ...365

2.1. Makronährelemente...365

2.2. Mikronährelemente ...370

3. Fazit und Ausblick ...371

4. Literatur ...372

Die landwirtschaftliche Klärschlammverwertung ist in der Bundesrepublik Deutschland seit Jahren rückläufig, hatte im Jahr 2017 jedoch noch einen Anteil von rund 18 % [20].

Diese Art der Verwertung wird kontrovers diskutiert, da der Klärschlamm im Rahmen der Abwasserreinigung eine Schadstoffsenke darstellt. In vergangenen Jahrzehnten wurden insbesondere die hohen Gehalte an Schwermetallen im Klärschlamm als kritisch für eine landwirtschaftliche Verwertung eingestuft. Diese Belastung konnte allerdings durch Absenkung der Einträge von Schmermetallen in das Abwasser signifikant ge- senkt werden. Neben Schwermetallen kamen jedoch auch organische Schadstoffe wie Pharmazeutika, Kosmetika und Haushaltschemikalien in den Fokus der Diskussion über den Einsatz von Klärschlamm auf Agrarflächen. Heute geraten zunehmend weitere Inhaltsstoffe in den Fokus, deren Auswirkungen noch nicht abschließend geklärt sind, weshalb eine einheitliche Bewertung über Grenzwerte nicht darstellbar ist. Beispiele für diese neuen Stoffgruppen sind Mikroplastik, Nanopartikel, Antibiotikaresistenzen und persistente organische Spurenstoffe.

Neben den angesprochenen Risiken gibt es in Deutschland Regionen mit einem stark erhöhten Nährstoffüberschuss. In der Kritik steht vor allem eine nicht ordnungsgemäße Düngung mit Stickstoff, welche mit Nitratauswaschungen in das Grundwasser einher- geht. Um diese Grundwasserbelastung zu verhindern wurde u.a. das Düngerecht erneut verschärft, was die Flächenkonkurrenz zwischen Klärschlamm und Wirtschaftsdünger weiter vergrößern wird. Auf Druck der EU-Kommission stehen zudem weitere Anpas- sungen im Düngerecht bevor, da die beschlossenen Änderungen aus Kommissionssicht nicht ausreichen, um die Nitratrichtlinie einzuhalten.

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Vor dem Hintergrund der angeführten Probleme wurde im Koalitionsvertrag der 18. Legislaturperiode (2013) festgeschrieben, ... die Klärschlammausbringung zu Dün- gezwecken [zu] beenden und Phosphor und andere Nährstoffe zurück[zu]gewinnen... [5].

Die novellierte AbfKlärV beinhaltet allerdings kein grundsätzliches Aufbringungs- verbot und eine Rückgewinnungspflicht besteht lediglich für den Nährstoff Phosphor.

Es ist davon auszugehen, dass sich die neuen Regelungen im Düngerecht und der Klärschlammverordnung massiv auf die landwirtschaftliche Verwertung von Klärschlamm und damit auf die Kreislaufwirtschaft verschiedener Nährstoffe auswir- ken werden. Zur Ermittlung dieser Auswirkungen wird seit Oktober 2018 im Auftrag des Umweltbundesamtes das REFOPLAN-Projekt extraWERT (FKZ 3718 26 330 0) von der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) in Kooperation mit dem Institut für Siedlungswasserwirtschaft (ISA) der RWTH Aachen durchgeführt.

In diesem Beitrag werden erste Ergebnisse dieses Projekts vorgestellt.

1. Gesetzliche Änderungen

Neben der novellierten AbfKlärV ist die landwirtschaftliche Klärschlammverwertung von Einschränkungen durch das Düngerecht (DüV, DüngG) betroffen. Die wichtigsten Änderungen sollen hier kurz angesprochen werden.

Ein prinzipielles Verbot der landwirtschaftlichen Verwertung des Klärschlamms gilt nach AbfKlärV ab 2029 für alle Kläranlagen > 100.000 EW und ab 2032 für Anlagen

> 50.000 EW. Von der grundsätzlichen Pflicht zur Phosphorrückgewinnung ab 2029 sind nur Anlagen ausgenommen, deren Schlämme landwirtschaftlich verwertet werden (betrifft Kläranlagen < 50.000 EW) oder einen Phosphorgehalt von 2 % (bezogen auf die Trockenmasse) verlässlich unterschreiten. [2]

Durch das verschärfte Düngerecht gelten neben der strengeren Begrenzung der Nähr- stoffüberschüsse ausgeweitete Sperrzeiten in den Wintermonaten und Ausbringungs- verbote für zusätzliche Flächen (z.B. Wasserschutzzone III) und Kulturen.

1.1. Rückgang der landwirtschaftlichen Verwertung in den Bundesländern

In den einzelnen Bundesländern hat die landwirtschaftliche Klärschlammverwertung traditionell einen unterschiedlichen Stellenwert. Auch der Rückgang im Jahr 2017 fiel regional sehr unterschiedlich aus (Bild 1). Deutschlandweit ging von 2016 auf 2017 die landwirtschaftliche Verwertung um etwa ein Viertel zurück, was einen abrupten Rück- gang gegenüber der langjährigen (2006 bis 2016) mittleren Abnahme von jährlich etwa 3 % darstellt. Bezogen auf die Menge war der Rückgang in NRW mit über 25.000 t TM am größten, was einem Einbruch von über 40 % entspricht. [20]

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ecycling Bild 1: Rückgang der landwirtschaftlichen Verwertung von 2016 zu 2017 in den Bundesländern [20]

2. Auswirkungen auf den Nährstoffkreislauf

Klärschlamm ist nicht nur eine Schadstoffsenke, er enthält auch wichtige Nährstoffe. In der Landwirtschaft kommt er in der Regel als Phosphordünger zum Einsatz. Phosphor zählt neben Stickstoff, Kalium, Calcium, Magnesium und Schwefel zu den Makronäh- relementen. Da nur wenige Daten zum Schwefelgehalt vorlagen und aus verschiedenen Gründen (atmosphärische S-Deposition, S in Stickstoffdüngern) aktuell kaum Mängel auftreten, werden in diesem Beitrag nur Ergebnisse zu den Makronährelementen P, N, K, Mg und Ca vorgestellt [4].

Weitere wichtige Stoffe im Pflanzenanbau sind die Mikronährelemente Eisen, Mangan, Zink, Kupfer und Molybdän. Zu den für das Pflanzenwachstum nützlichen Elementen zählen Silicium, Aluminium, Natrium und Kobalt. [4]

2.1. Makronährelemente

Die Klärschlammverordnung sieht zukünftig eine Phosphorrückgewinnung für die meisten Kläranlagen vor. Andere Nährstoffe sind von dieser Pflicht jedoch nicht betroffen. Nach dem Einbruch in der landwirtschaftlichen Verwertung wurden im Jahr 2017 noch 310.000 t TM an kommunalem Klärschlamm ausgebracht [20].

- 23 %

- 3 % - 30 %

- 89 %

- 27 % - 20 %

- 9 % - 44 %

- 23 % - 58 %

- 4 % - 29 %

- 35 % - 7 %

0 10.000 20.000 30.000 40.000 50.000 60.000 70.000 80.000 90.000 BW

BY BE BB BR HH HE MV NI NW RP SL SH ST SH TH

t TM 2016 2017

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Über die Rohdaten der jährlich zu erstellenden Klärschlammberichte konnten etwa 179.000 t TM (etwa 60 %) dieser Mengen hinsichtlich ihrer Nährstoffzusammensetzung und der zugehörigen Größenklasse ausgewertet werden.

Diese Daten berücksichtigen zum größten Teil keine Im- und Exporte, weshalb die erfasste Menge niedriger ausfällt als die Summe der tatsächlich in den jeweiligen Ländern aufgebrachten Mengen. Es standen Daten aus zehn Bundesländern für das Jahr 2017 zur Verfügung. Alle nachfolgenden Betrachtungen beziehen sich auf diese ausgewerteten Klärschlammmengen.

Bild 2: Menge landwirtschaftlich verwerteten Klärschlamms und Aufteilung auf Größenklassen von Kläranlagen 2017; Daten aus Klärschlammberichten [3, 9, 11, 14, 15, 16, 17, 18, 20, 21]

Bild 3: Nährstoffmengen (Zahlen in t) und -anteile in landwirtschaftlich verwertetem Klärschlamm mit Bezug auf die Größenklassen der Kläranlagen 2017; Daten aus Klärschlammberichten [3, 9, 11, 14, 15, 16, 17, 18, 21]

GK 1 GK 2 GK 3 GK 4a GK 4b GK 5 nicht erfasste

Menge 131.126 t TM

1 % GK 1 4 % GK 2 5 % GK 3 19 % GK 4a

8 % GK 4b

21 % GK 5 Menge aus

Klärschlamm- berichten 178.700 t TM

GK 1 GK 2 GK 3 GK 4a GK 4b GK 5

N-Potenzial P-Potenzial K-Potenzial Mg-Potenzial Ca-Potenzial

56 22 6 19 81

613 252 27 81 439

803

367

40

91

919 2.836

1.482

128

375

6.093 795

574

43

145

2.753

2.105 1.533 53 311 10.097

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Anteil an ausgewählten Makronährstoffen,

%

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Diese Klärschlammmengen aus über 1.300 Einzelanlagen stammten zum größten Teil aus Kläranlagen der Größenklasse 4a und 5 (Bild 2), obwohl nur 39 Kläranlagen der GK 5 ihre Klärschlämme zur landwirtschaftlichen Verwertung abgeben. Kleine Kläranlagen (GK 1–3) erzeugten 10 % der landwirtschaftlich verwerteten Mengen.

Mit 475 Einzelanlagen waren Kläranlagen der Größenklasse 2 am häufigsten in der landwirtschaftlichen Verwertung.

Bei einer Betrachtung der Nährstoffpotenziale nach Ausbaugröße fällt auf, dass mit dem künftigen Ausbringungsverbot für Kläranlagen > 50.000 EW (also GK 4b und 5) je nach Nährstoff Anteile von 30 bis 60 % durch eine Ausschleusung aus dem Nährstoffkreislauf verloren gehen (Bild 3). Dies gilt insbesondere für die Nährstoffe Stickstoff, Kalium, Magnesium und Calcium, da diese keiner Rückgewinnungspflicht unterliegen. Der Phosphor hingegen unterliegt in den meisten Fällen einer Rückgewinnungspflicht nach AbfKlärV. Zwar unterschreiten über 50 % der aus diesen Größenklassen stammenden Klärschlämme die Grenze des P-Gehalts von 20 g P/kg TM, allerdings entspricht dies mit etwa 67 t P nur zwei Prozent des P-Potenzials insgesamt und drei Prozent des Potenzials in den großen > 50.000 EW-Kläranlagen.

Tabelle 1: Einordnung der Nährstoffmengen in landwirtschaftlich ausgebrachtem Klärschlamm [3, 9, 11, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21]

* Potenzial aus Klärschlämmen der GK 4b und 5, deren P-Gehalt unter 20 g/kg liegt

Um die Größenordnung der ermittelten Potenziale einzuschätzen, kann ein Vergleich mit dem Inlandsabsatz mineralischer Düngemittel erfolgen (Tabelle 1). Bei dieser Be- trachtung muss berücksichtigt werden, dass nur 60 % des landwirtschaftlich verwerteten Klärschlamms über die Klärschlammberichte ausgewertet werden konnten und die in Tabelle 1 aufgeführte Hochrechnung auf 100 % nur eine grobe Abschätzung ist. Für diese Einschätzung wurde die Gesamtmenge aufgebrachten Klärschlamms mit den aus den Klärschlammberichten gebildeten mittleren Nährstoffgehalten (Tabelle 2) verrechnet.

Aus den Zahlen wird dennoch deutlich, dass Klärschlamm ein Phosphordünger ist.

Die Rückgewinnung anderer Makronährstoffe würde den Bedarf nur zu einem sehr viel geringeren Anteil decken.

Es ist wahrscheinlich, dass ein Großteil dieser in Klärschlämmen der Größenklasse 4b und 5 enthaltenen Nährstoffpotenziale N, K, Mg und Ca zukünftig nicht mehr

N P K Mg Ca

Inlandsabsatz Mineraldünger

Wirtschaftsjahr 2017/2018 t 1.496.649 90.918 162.560 k. A. 2.098.186 Nährstoffpotenziale

(aus Klärschlammberichten) t 7.207 4.230 296 1.021 20.382

Gesamtnährstoffpotenzial in landwirtschaftlich genutztem

Klärschlamm (Hochrechnung) t 15.600 8.100 700 2.000 15.400

Gesamtpotenzial Anteil an

Inlandsabsatz % 1 9 0,4 0,7

verloren gehendes Potenzial

(aus Klärschlammberichten) t 2.900 67* 96 456 12.850

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verwertet wird. Zwar gibt es Rückgewinnungsverfahren, die auch andere Nährstoffe nutzbar machen, bei vielen Prozessen steht jedoch der Phosphor im Vordergrund.

Verfahren der forcierten P-Rücklösung mit anschließender Fällung von Struvit (Ammoniummagnesiumphosphat) oder Calciumphosphaten sind auf Kläranlagen mit vermehrter biologischer Phosphatelimination beschränkt und können nur selten eine sichere Absenkung des P-Gehalts auf unter 20 g P/kg TM gewährleisten.

Für Kläranlagen > 50.000 EW gilt nach AbfKlärV und der entsprechenden Vollzugs- hilfe künftig nur eine Ausnahme von der P-Rückgewinnungspflicht, ... sofern ein Klärschlamm verlässlich einen Phosphorgehalt von weniger als 20 Gramm je Kilogramm TM enthält... [10]. Das Kriterium der Verlässlichkeit ist bislang nicht näher definiert.

Eine Summenkurve der ausgewerteten Klärschlammberichtsdaten zeigt, dass über 40 % der Kläranlagen und der Klärschlammmengen knapp bis deutlich unterhalb dieser Grenze liegen, was einem Anteil von etwa 30 % des P-Potenzials entspricht (Bild 4).

Die Rohdaten zu den Klärschlammberichten enthalten nur einzelne bis maximal fünf Analysenwerte pro Anlage und Jahr, weshalb in den meisten Fällen keine verlässliche Unterschreitung konstatiert werden kann. Einige Werte sind zudem offensichtlich fehlerhaft, da im Zuge der konventionellen Abwasserreinigung allein aus der Belebung ein P-Gehalt von rund 25 g/kg oTS und damit rund 12 g/kg TM resultieren müsste [1].

Um die tatsächliche Häufigkeit einer Unterschreitung der P-Rückgewinnungsgrenze abzuschätzen, müssen klare Vorgaben geschaffen werden, ab wann eine solche Unterschreitung als verlässlich zu betrachten ist.

Bild 4: P-Summenkurve aus Klärschlammberichten; bezogen auf die Gesamtanzahl an Anlagen, die Gesamtmengen an ausgebrachtem Klärschlamm und auf das gesamte Phosphor- potenzial; n=1.321 [3, 9, 11, 14, 15, 16, 17, 18, 21]

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

kumulierter Anteil am Gesamt-P,

%

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

P-Gehalt, g/kg TM

P-Rückgewinnungs- grenze

Anzahl Kläranlagen Klärschlamm-

Mengen Nährstoff-

Potenzial

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Neben Einschränkungen der AbfKlärV hat sich das Düngerecht verschärft. Viele Kläranlagen sehen in der landwirtschaftlichen Verwertung keine ausreichende Entsor- gungssicherheit mehr gewährleistet. Langfristig werden deshalb auch kleinere Kläran- lagen aus diesem Verwertungsweg aussteigen – beispielhaft kann das an der Situation in Nordrhein-Westfalen veranschaulicht werden (Bild 5). In NRW war der Rückgang vom Jahr 2016 zu 2017 mit über 25.000 t TM absolut am größten.

Bild 5: Rückgang der landwirtschaftlich verwerteten Mengen und Kläranlagen (n) in NRW von 2016 zu 2017 [14]

Insgesamt haben nur 17 von 116 Anlagen 2017 vollständig auf den Weg der landwirtschaftlichen Verwertung verzichtet, die Mengen mussten jedoch teilweise drastisch reduziert werden (Bild 5). Ein Vergleich nach Ausbaugröße zeigt, dass der prozentuale Rückgang in den kleinen Kläranlagen größer war als in den großen. Das Beispiel NRW ist nicht unbedingt repräsentativ für andere Bundesländer. Vor diesem Hintergrund ist jedoch wahrscheinlich, dass neben den vom Ausbringungsverbot betroffenen Anteilen (30 bis 60 %) der Nährstoffpotenziale auch in anderen Bundesländern weitere Nährstoffmengen verloren gehen werden.

Tabelle 2: Mittlerer Nährstoffgehalt im Klärschlamm nach Größenklasse (aus Klärschlammberich- ten) [3, 9, 11, 14, 15, 16, 17, 18, 21]

* Alle Werte < 12 g/kg TM wurden von der Mittelwertbildung für den P-Gehalt ausgeschlossen. In runden Klammern findet sich die somit reduzierte Anlagenzahl, die für die Berechnung des P-Gehalts herangezogen wurde.

Anzahl n* P-Gehalt* N-Gehalt K-Gehalt Mg-Gehalt Ca-Gehalt g/kg TM

GK 1 139 (58) 22,5 34,5 2,4 7,5 29,2

GK 2 475 (403) 23,3 52,8 2,3 6,6 32,3

GK 3 226 (211) 26,6 56,6 2,6 6,6 45,1

GK 4a 369 (350) 28,6 52,9 2,4 6,4 73,8

GK 4b 51 (47) 30,7 37,8 1,6 6,1 86,6

GK 5 39 (38) 28,3 39,5 1,1 5,4 112,0

gesamt 1.321 (1.107) 26,0 50,4 6,5 2,4 49,6

n = 12 n = 16

n = 54 n = 6

n = 1

n = 13 n = 17

n = 66 n = 8

0 5.000 10.000 15.000 20.000 25.000

GK 1 GK 2 GK 3 GK 4a GK 4b GK 5

Klärschlamm zur landwirtschaftlichen Verwertung, t TM 2016 2017

n = 11 n = 10

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Die Potenziale setzen sich aus Mengen und Gehalten zusammen. Eine Auswertung der mittleren Nährstoffgehalte nach Größenklasse zeigt, dass der P-Gehalt in Schlämmen kleinerer Anlagen im Vergleich zu den großen Anlagen – entsprechend den geringeren Anforderungen an die P-Elimination – geringer ist (Tabelle 2). Insbesondere bei den kleineren Kläranlagen mussten allerdings viele Werte von der Berechnung wegen un- erklärlich geringer P-Gehalte ausgeschlossen werden. Die K- und Mg-Gehalte sinken hingegen im Schlamm tendenziell mit der Anlagengröße.

Der N-Gehalt ist in den mittleren Kläranlagen (GK 2-4a) am höchsten. In großen Kläranlagen könnte die Belebung wegen konstanterer Zulaufmengen effizienter ausfal- len und die niedrigeren Reststickstoffgehalte begründen. Eine Besonderheit bildet der Ca-Gehalt, der hier augenscheinlich mit der Anlagengröße steigt. Allerdings unterscheiden sich diese Gehalte sehr stark nach Behandlung der Schlämme.

Bild 6: Ca-Summenkurve aus Klärschlammberichten; bezogen auf die Gesamtanzahl an Anlagen, die Gesamtmengen an ausgebrachtem Klärschlamm und auf das gesamte Calciumpo- tenzial; n=1.321 [3, 9, 11, 14, 15, 16, 17, 18, 21]

Kalk-konditionierte Klärschlämme beeinflussen den Mittelwert deshalb stark, weshalb zum Vergleich eine Ca-Summenkurve herangezogen werden soll (Bild 6). Hier wird deutlich, dass rund 80 % der betrachteten Kläranlagen Schlämme mit 5 % Kalkanteil und weniger abgeben. Mengen- und Potenzialkurve weichen jedoch von der eigent- lichen Summenkurve ab. Das heißt, dass viele Anlagen mit hohen Ca-Gehalten im Klärschlamm gleichzeitig große Mengen in der Landwirtschaft verwertet haben. Somit erklärt sich das gegenüber dem Phosphor stark erhöhte Gesamt-Calciumpotenzial der 2017 landwirtschaftlich ausgebrachten Klärschlämme (Bild 3).

2.2. Mikronährelemente

Wenn die landwirtschaftliche Verwertung von Klärschlamm diskutiert wird, stehen vor allem die Makronährelemente N, P, K, Mg und Ca im Vordergrund. Doch Klärschlamm enthält auch Mikronährstoffe, deren ausreichende Versorgung für das Pflanzenwachs- tum ebenfalls wichtig ist (Tabelle 3).

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

kumulierter Anteil am Gesamt-Ca,

%

0 25 50 75 100 125 150 175 200 225 250 275 300 325 350 Ca-Gehalt, g/kg TM

Anzahl Kläranlagen Klärschlamm-Mengen Nährstoff-Potenzial

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Eine Betrachtung der Potenziale und Verluste ist hier weniger trivial, wofür die Gründe vielfältig sind. So existieren etwa keine Übersichten zur tatsächlichen Düngung von Mikro- nährstoffen deutschlandweit. Eine Düngung muss nicht jährlich erfolgen, sondern nur bei Bedarf. Insbesondere kritischer Eisen- und Chlormangel sind beispielsweise sehr selten in der mitteleuropäischen Landwirtschaft [4]. Unter Umständen ist eine Auf- bringung auf dem Boden nicht zielführend, sondern die Aufbringung der Dünger auf den Pflanzenblättern nötig [4]. Tatsächliche Verluste können deshalb nicht bilanziert werden, da zuvor durch die Klärschlammdüngung keine bedarfsgerechte Aufbringung erfolgt ist. Zum Teil ist sicherlich auch von regionalen Überversorgungen mit einigen Mikronährstoffen durch die Klärschlammausbringung auszugehen. In diesem Kontext wird beispielsweise die Aufbringung von Eisen, Zink und Kupfer mit dem Klärschlamm eher als kritisch diskutiert.

Vor dem Hintergrund der Betrachtung einer Kreislaufwirtschaft kann dennoch bewer- tungsneutral gezeigt werden, dass allein der Rückgang in der landwirtschaftlichen Verwertung von Klärschlamm vom Jahr 2016 zu 2017 auch mit Kreislaufverlusten an Mikronährstoffen einherging (Tabelle 2).

Tabelle 3: Mittlere Gehalte an Mikronährstoffen in Klärschlamm und aus dem Rückgang in der Landwirtschaft (2016 auf 2017) verlorenes Potenzial [4, 6, 7, 8, 12, 13]

* mehrere Datengrundlagen, wegen mangelnder Rohdaten keine Bildung eines einheitlichen Mittelwerts möglich

Wegen der mangelnden Datengrundlage zur tatsächlichen Verwendung von Mikronähr- stoffen in der Landwirtschaft und der komplexen Bewertung des Nutzens von Mikro- nährstoffen bei der landwirtschaftlichen Klärschlammverwertung, kann eine qualitative und quantitative Beurteilung hinsichtlich der Mikronährelemente kaum erfolgen.

3. Fazit und Ausblick

Durch den Rückgang der Klärschlammaufbringung gehen schon heute bedeutende Nährstoffpotenziale verloren. Diese Entwicklung wird sich in Zukunft wegen des ver- änderten Dünge- und Abfallrechts weiter verschärfen. Aktuell ist Deutschland regional eher mit einer Überversorgung an Nährstoffen konfrontiert. Vor dem Hintergrund einer nachhaltigen Ressourcenpolitik sollte jedoch kritisch beleuchtet werden, welche Nährstoffe in welchen Mengen als Folge der neuen gesetzlichen Regelungen einer stofflichen Verwertung und damit einer Kreislaufführung entzogen werden. Mineral- dünger zeichnen sich durch niedrige Preise und etablierte Ausbringungstechniken aus.

Nährelement tierischer Wirtschaftsdünger Klärschlamm verlorenes Potenzial

g/kg TM t/a

Fe 1,7 – 4,4 37 4.200

Mn 0,2 – 0,4 0,6 70

Zn 0,1 – 0,6 0,9 –1,0* 100 – 120

Cu 0,04 – 0,2 0,3 – 0,4* 30 – 50

Mo 0,001 – 0,004 0,01 1

B 0,02 – 0,04 0,03 – 0,04* 3 – 5

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Doch die Haber-Bosch-Synthese ist beispielsweise mit großem Energieaufwand ver- bunden und die konventionelle Produktion von Phosphatdüngern geht mit erheblichen Umweltbelastungen einher (Phosphorgipshalden etc.). Die Stickstoff- und Phosphor- kreisläufe wurden bereits weit über die globalen Belastungsgrenzen anthropogen beeinflusst.

Im Koalitionsvertrag von 2013 wurde das Verbot der landwirtschaftlichen Verwertung von Klärschlamm zum Schutz der landwirtschaftlichen Flächen vor Schadstoffeinträgen und eine Rückgewinnung von Phosphor und anderen Nährstoffen vereinbart. Zwar wurde die Klärschlammausbringung zu Düngezwecken nicht vollständig abgeschafft, aber aus oben genannten Gründen nehmen viele Kläranlagen über alle Größenklassen hinweg bereits Abstand von dieser Verwertungsform. Es wäre deshalb zu begrüßen, wenn dem Koalitionsvertrag Folge geleistet und zumindest Anreize für eine Rückge- winnung von weiteren Nährstoffen neben Phosphor geschaffen würden.

Inwiefern eine Kläranlage den Grenzwert für die Rückgewinnung von 20 g P/kg TM verlässlich unterschreitet, bleibt weiterhin unklar. Innerhalb des extraWERT-For- schungsvorhabens sollen deshalb 10 repräsentative Kläranlagen > 50.000 EW mit einem Gehalt von etwa 20 g P/kg TM in monatlichen Abständen über ein Jahr beprobt werden, um die Schwankungen im P-Gehalt näher zu untersuchen. Die ausgewählten Anlagen unterscheiden sich hinsichtlich ihrer Abwasserzusammensetzung, Auslastung und P-Elimination. Ziel dieser Untersuchung ist, eine praktikable Hilfe zu den Voll- zugshinweisen zu liefern, von der betroffene Kläranlagen profitieren könnten.

Der Phosphorbedarf kann in Europa nicht durch eigene primäre Ressourcen gedeckt werden, weshalb sich eine möglichst umfangreiche Wiederverwertung auch in Anbe- tracht wirtschaftlicher und politischer Unabhängigkeit empfiehlt. Andere Nährstoffe sind in Klärschlamm zwar nur in geringeren Anteilen enthalten und könnten nur einen Bruchteil des Mineraldüngereinsatzes substituieren. Das sollte jedoch nicht dazu führen, eine Rückgewinnung dieser Inhaltsstoffe langfristig auszuschließen. Maßnahmen der Rückgewinnung von Nährstoffen im Sinne einer Kreislaufwirtschaft sollten allerdings stets gewissenhaft mit ökobilanziellen Betrachtungen begleitet werden, um negative Umwelteffekte durch die Anwendung von Recyclingverfahren zu vermeiden.

4. Literatur

[1] ATV-DVWK: Phosphorrückgewinnung. Arbeitsbericht der ATV-DVWK-Arbeitsgruppe AK- 1.1 Phosphorrückgewinnung. In: KA - Abwasser, Abfall (6). 2003, S. 805–814

[2] AbfKlärV: Verordnung zur Neuordnung der Klärschlammverwertung vom 27. September 2017.

BGBl. I, S. 3465-3512

[3] Bifa Umweltinstitut Bayern: Rohdaten zum Klärschlammbericht anonymisiert 2016-2018. 2018, nicht veröffentlicht

[4] Blume, H.P., Brümmer, G.W., Horn, R., Kandeler, E., Kögel-Knabner, I., Kretzschmar, R., Stahr, K., Wilke, B.M.: Scheffer/Schachtschabel Lehrbuch der Bodenkunde. 16. Auflage. Heidelberg:

Spektrum Akademischer Verlag, 2010, S. 430-440

[5] Bundesregierung: Deutschlands Zukunft gestalten. Koalitionsvertrag zwischen CDU, CSU und SPD. 18. Legislaturperiode. Rheinbach: Union Betriebs-GmbH, 2013, S. 84

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ecycling [6] DWA: Rohdaten zur Bestandsaufnahme im Klärschlammnetzwerk Nord. 2014, nicht veröffent-

licht

[7] DWA: Rohdaten zur Bestandsaufnahme im Klärschlammnetzwerk Nord-Ost. 2014, nicht ver- öffentlicht

[8] DWA: Rohdaten zur Bestandsaufnahme im Klärschlammnetzwerk Rheinland-Pfalz. 2014, nicht veröffentlicht

[9] Entsorgungsverband Saar: Rohdaten zum Klärschlammbericht anonymisiert 2016-2019. 2019, nicht veröffentlicht

[10] LAGA ATA-Ad-hoc-Ausschuss: Vollzugshinweise zur Umsetzung der Klärschlammverord- nung. Stand: 30.01.2019, 16:00 Uhr. Frage 39, S. 35

[11] Landwirtschaftskammer Niedersachsen: Kläranlagen mit landwirtschaftlicher Klärschlamm- verwertung 2017 (Rohdaten zum Klärschlammbericht). 2017, nicht veröffentlicht

[12] Landwirtschaftskammer Niedersachsen: Mittelwerte und Perzentile in Klärschlämmen aus 2015 bis 2017. 2017, nicht veröffentlicht

[13] Landwirtschaftskammer NRW: Auswahl von Spurenelementdüngern. 2015. https://www.landwirtschaftskammer.de/landwirtschaft/ackerbau/duengung/spurenelemente/spurenelementdu- enger-pdf.pdf. Zugriff: 27.08.2019

[14] LANUV NRW: Kläranlagen mit landwirtschaftlicher Klärschlammverwertung: Aufkommen und Entsorgungswege des Klärschlamms 2016–2017 (Rohdaten zum Klärschlammbericht).

2017, nicht veröffentlicht

[15] LfULG Sachsen: Klärschlämme mit Verwertung auf landwirtschaftlich genutzten Flächen in Sachsen. Nährstoffgehalte für ausgewählte, repräsentative Kläranlagen nach Größenklassen (Rohdaten zum Klärschlammbericht). 2017, nicht veröffentlicht

[16] MELUND Schleswig-Holstein: Landwirtschaftlich aufgebrachte Mengen aggregiert (Rohdaten zum Klärschlammbericht). 2018, nicht veröffentlicht

[17] MLUL Brandenburg: Rohdaten aus dem Klärschlammbericht 2017. 2017, nicht veröffentlicht [18] Regierungspräsidium Kassel: Fachanwendung zum Vollzug der Klärschlammverordnung PO-

LARIS (Rohdaten zum Klärschlammbericht). Dezernat Landwirtschaft. 2017, nicht veröffent- licht

[19] Statistisches Bundesamt: Düngemittelstatistik 04/2019–06/2020. Qualitätsbericht. Wiesbaden, 2019

[20] Statistisches Bundesamt: Wasserwirtschaft – Klärschlammentsorgung aus der öffentlichen Ab- wasserbehandlung 2017. https://www.destatis.de/DE/Themen/Gesellschaft-Umwelt/Umwelt/

Wasserwirtschaft/Tabellen/liste-klaerschlammverwertungsart.html. Zugriff: 03.04.2019 [21] TLUBN Thüringen: Ausgewählte Kläranlagen Klärschlammmengen (Rohdaten zum Klär-

schlammbericht). 2017, nicht veröffentlicht

Hinweis Die vorliegende Arbeit entstand im Rahmen eines Forschungsvorhabens in Zusam- menarbeit mit dem Institut für Siedlungswasserwirtschaft (ISA) der RWTH Aachen. Es wird durch das Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und nukleare Sicherheit (BMU) finanziert und durch das Umweltbundesamt (UBA) begleitet. Das Vorhaben läuft noch bis zum 30. September 2020.

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ecycling

Ansprechpartner

Theresa Sichler, M.Sc.

Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) Wissenschaftliche Mitarbeiterin

Thermochemische Reststoffbehandlung und Wertstoffrückgewinnung

Richard-Willstätter-Straße 11 12489 Berlin, Deutschland +49 30 8104-5640

theresa.sichler@bam.de

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Bibliografische Information der Deutschen Nationalbibliothek Die Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie; detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über http://dnb.dnb.de abrufbar

Olaf Holm, Elisabeth Thomé-Kozmiensky, Peter Quicker, Stefan Kopp-Assenmacher (Hrsg.):

Verwertung von Klärschlamm 2

ISBN 978-3-944310-49-7 Thomé-Kozmiensky Verlag GmbH

Verlag: Thomé-Kozmiensky Verlag GmbH • Neuruppin 2019 Redaktion und Lektorat: Dr.-Ing. Olaf Holm

Erfassung und Layout: Elisabeth Thomé-Kozmiensky, M.Sc., Janin Burbott-Seidel, Roland Richter

Druck: Beltz Grafische Betriebe GmbH, Bad Langensalza

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