Neue Klärschlammfaulung

Was im Betrieb eines Faulturms passiert, ist weitgehend unsichtbar, aber unverzichtbar: Im Faulturm wird der Klärschlamm unter kontrollierten Bedingungen mineralisiert und dadurch in einen geruchsarmen Zustand versetzt. Die dabei entstehenden Klärgase werden zur Energieproduktion genutzt. Der Faulturm macht also aus dem Energieverbraucher Kläranlage einen nachhaltigen Energieproduzenten.

Mehr Hintergründe zu den verschiedenen Becken, Bauten und deren Funktionen der Kläranlage finden Sie in unserem Kläranlagen-Lehrpfad (1,9 MB).

Sanierung und Abriss alter Faulturm

Nachdem der neue Faulturm auf dem Gelände der Kläranlage mittlerweile in Betrieb genommen werden konnte, steht nun der Abriss des alten Faulturms bevor. Der Stahlbehälter ist mit einer asbesthaltigen Innenbeschichtung versehen. Diese muss zunächst von Fachleuten entfernt werden, bevor der sichtbare Rückbau starten kann. An Stelle des alten Faulturms wird ein zweiter, neuer Faulturm errichtet. Mit zwei Faultürmen kann die Klärgas- und damit Energieproduktion nochmals gesteigert werden. 

Arbeiten im Untergrund und am Stahlskelett

Der graue, hohe Betonrohbau des ersten neuen Faulturms der Konstanzer Kläranlage ist auf dem Betriebsgelände der Entsorgungsbetriebe Stadt Konstanz (EBK) bereits seit einigen Monaten weithin sichtbar. Die seit dem Abschluss des Rohbaus vorangeschrittenen Arbeiten sind jedoch weitgehend unsichtbar im Untergrund und in der Energiezentrale geschehen: Rohrleitungen wurden verlegt, Wärmespeicher wurden erneuert, ein notwendiger Gasschacht eingebaut und die Grundlagen der Steuerungselektronik installiert.
Seit Mitte Mai sind die Arbeiten wieder sichtbarer zu verfolgen: Das dem Faulturm angeschlossene Technikgebäude wird errichtet. Der Stahlskelettbau setzt sich aus eigens gefertigten Stahlträgern zusammen und wird zukünftig die zum Betrieb des Faulturms notwendigen Pumpen, Aggregate und Wärmetauscher beherbergen. 
Was im Betrieb eines Faulturms passiert, ist ebenso unsichtbar, aber unverzichtbar: Im Innern des Faulturms wird der Klärschlamm unter kontrollierten Bedingungen mineralisiert und dadurch in einen geruchsarmen Zustand versetzt. Die dabei entstehenden Klärgase werden zur Energieproduktion genutzt. Der Faulturm macht also aus dem Energieverbraucher Kläranlage einen nachhaltigen Energieproduzenten. 
Der Baubeginn der neuen Klärschlammfaulung wurde im Oktober2020 symbolisch gefeiert, seitdem ist viel geschehen, allerdings noch nicht ganz so viel wie geplant: Lieferschwierigkeiten haben neben weiteren Problemen im Bauablauf zu einer Verzögerung von rund 6 Monaten geführt. Sobald der Bau des ersten Faulturms abgeschlossen ist, er von den EBK abgenommen wurde und einen intensiven Probebetrieb erfolgreich absolviert hat, wird der alte Faulturm, Baujahr 1974, rückgebaut und an seiner Stelle der zweite neue Faulturm errichtet. 

Da der Rohbau des Faulturms schon länger abgeschlossen ist, sind die Baufortschritte von außen nicht mehr auf den ersten Blick sichtbar. Dennoch schreiten die Arbeiten kontinuierlich voran:
In der Energiezentrale wurden im November 2021 zwei Wärmespeicher eingesetzt. Mit dem Einbau der Elektronik und Umbau der Schaltsysteme in der Energiezentrale werden die notwendigen Voraussetzungen geschaffen, um den Faulturm in das Prozessleitsystem der Kläranlage zu integrieren. Ein weiterer Meilenstein wurde mit dem Einbau des Gasschachtes Anfang Februar 2022 zwischen Energiezentrale und Klärgasspeicher erreicht.

Im Zuge der Erneuerung der Klärschlammfaulung sollten mit der Installation einer bauwerksintegrierten PV-Anlage neue Wege beschritten werden. Auf die öffentliche Ausschreibung ging kein, auf die darauffolgende beschränkte Ausschreibung nur ein Angebot ein, dessen Kostenberechnung Faktor 2 über der Planung lag. Damit ist die bauwerksintegrierte PV-Anlage nicht wirtschaftlich zu realisieren. Im Rahmen der Erneuerung der Klärschlammfaulung wird eine PV-Anlage auf dem Flachdach der Energiezentrale installiert. 

Spannende Abschlussarbeiten, anschließend Innenausbau

Im Oktober 2020 wurden die ersten Gründungspfähle für die neue Klärschlammfaulung gesetzt. Knapp ein Jahr nach Baubeginn steht der Rohbau des ersten von zwei neuen Faultürmen kurz vor der Fertigstellung. Ende September 2021 werden die letzten Wandabschnitte und die Decke des Gebäudes betoniert. 
Während die Wände des Faulturms immer weiter in die Höhe gezogen wurden, hat sich auch im Innern und unterirdisch Einiges getan: Der trichterförmige Abschluss des Faulbehälters im Gebäude wurde betoniert und die Versorgungsschächte zu den anderen Becken und Stationen der Kläranlage verlegt. 

Damit der Druck eines mit Klärschlamm gefüllten Faulturms von seinen Wänden optimal aufgenommen werden kann, wurde der Faulturm als Spannbetonbauwerk errichtet. Im Beton befinden sich dicke Stahlgurte, die zum Abschluss des Hochbaus unter Spannung gesetzt werden, um dessen Stabilität zu erhöhen. Dieses Verfahren ist vor allem aus dem Brückenbau bekannt, aber auch bei Spezialbauten wie der Klärschlammfaulung sinnvoll. Das Anspannen der Gurte übernehmen Maschinen mit großer Zugkraft, bevor die dafür offengelassenen Zugänge in der Wand geschlossen werden und die Fassadenarbeiten beginnen können. 

Zum Abschluss des Rohbaus wird erstmals die Dichtheit des Faulbehälters überprüft, mit unter anderem ganz pragmatischen Mitteln: Der Faulturm wird mit Wasser gefüllt und über einige Tage beobachtet. Werden dabei keine undichten Stellen erkannt, kann der Rohbau abgenommen und der Beton auch im Innern entsprechend versiegelt werden. Diese nicht alltägliche „Wasserprobe“ erfordert neben einer aufmerksamen Beobachtungsgabe, genaue Messinstrumente und 3.800 m3 Wasser. 
Sobald die Spanngurte erfolgreich angezogen sind und die Dichtheit des Gebäudes unter Beweis gestellt wurde, beginnt der nächste Bauabschnitt – der Innenausbau. Dabei liegt der Fokus vor allem auf dem Ausbau der Maschinen- und Elektrotechnik, die zur Umwandlung des Klärgases, das während der Mineralisierung des Klärschlamms im Faulturm entsteht, zu Energie in Form von Strom und Wärme notwendig ist.

Meilenstein erreicht: Bodenplatte betoniert

Der eiförmige Faulturm ist das von außen sichtbarste, weil höchste Gebäude auf dem Gelände der Kläranlage. Er wird bis 2023 durch zwei Neubauten ersetzt. Um den Betrieb der Kläranlage während der Bauarbeiten aufrecht zu erhalten, wird zunächst der erste Faulturm errichtet und in Betrieb genommen, bevor anstelle des noch in Betrieb befindlichen Faulturms der zweite gebaut wird. Die Bauarbeiten haben im Oktober 2020 begonnen und schreiten seitdem kontinuierlich voran.

Die Gründungspfähle für den ersten Faulturm wurden bis Ende letzten Jahres gesetzt, nun sind auch die weiteren Arbeiten im Untergrund erfolgreich abgeschlossen. Dazu zählen vor allem die Versorgungsschächte und Verbindungskanäle. Am 20. April 2021 wurde ein weiterer Meilenstein auf der Baustelle erreicht: Die Betonierung der Bodenplatte des ersten neuen Faulturms. Seit diesem Tag wird in die Höhe gebaut: Der Trichter im Innern des Faulturms nimmt Form an, während zeitgleich die tragenden Stützen und senkrechten Wände abschnittweise betoniert werden. Parallel wird das angeschlossene Technikgebäude als Stahlskelettbau errichtet. Da es sich bei dem Faulturm um einen Spezialbau handelt, werden die benötigten Schalungen von Fachfirmen speziell angefertigt und geliefert. Trotz dieser komplexen Verfahren und Herausforderungen befinden sich die Arbeiten derzeit sowohl im Kostenrahmen als auch im Zeitplan.

Die Arbeiten an den Versorgungsschächten sind erfolgreich abgeschlossen. Mit der Betonierung der Bodenplatte wird nun mit dem eigentlichen Hochbau des neuen Faulturms begonnen. Mit einer geplanten Höhe von 25 m wird er sich schon lange vor seiner Inbetriebnahme im Sommer 2022 von weithin sichtbar in die Silhouette der Kläranlage einfügen. Doch bis es soweit ist, dauert es noch. Sichtbar von außerhalb des Geländes ist derzeit vor allem der Baukran, der bereits seit einigen Wochen in die Arbeiten auf der Baustelle eingebunden ist.

Eindrücke von der Baustelle

Alle Bilder: LGM, April 2021

Bau- und Verfahrenstechnische Herausforderungen

Auf dem Gelände der Kläranlage werden bis 2023 zwei neue Faultürme errichtet. Dabei handelt es sich um die größte Ausbaustufe der Kläranlage seit über 20 Jahren. Die Faultürme übernehmen auf der Kläranlage den wichtigen Part der nachhaltigen Energiegewinnung: Dort lagert und fault der Klärschlamm, der im Reinigungsprozess aus dem Abwasser gewonnen wird. Die im Fäulnisprozess entstehenden Gase werden im eigenen Blockheizkraftwerk direkt in Strom umgewandelt oder als Fernwärme genutzt. Um den Betrieb der Kläranlage während der Bauzeit gewährleisten zu können, wird zunächst ein neuer Faulturm errichtet und in Betrieb genommen, bevor mit dem Rückbau des alten und anschließenden Neubau des zweiten Faulturms begonnen wird.

Für ein stabiles Fundament des ersten neuen Faulturms wurden vergangenen Herbst bereits 31 Gründungspfähle gesetzt, die bis zu 40 m tief in den Boden reichen. Nun startet die zweite Bauphase mit neuen Herausforderungen. Zunächst stehen dabei die Zugangsschächte im Fokus. Neben den normalen Anschlüssen an das Strom- und Leitungsnetz werden durch diese Schächte auch die spezifischen Rohre gelegt, die den Faulturm an den Betrieb der Kläranlage anschließen: Rohre, um den Klärschlamm von den verschiedenen Becken zum Faulturm zu transportieren, und Rohre für das im Turm produzierte Gas, das zum Blockheizkraftwerk geleitet wird.

Oberflächlich ist nicht viel zu sehen, aber unter der Erde hat sich einiges getan: Die Gründung ist abgeschlossen. Das heißt, 31 Bohrpfähle wurden gesetzt und sorgen für ein stabiles Fundament.
Das große Bohrpfahlgerät ist auf die nächste Baustelle weitergezogen und wird erst zur Gründung des Faulturms 2, im Jahr 2022, wieder zurück erwartet.

Bevor es mit dem Hochbau weiter geht, müssen die Pfahlköpfe noch auf eine genormte Höhe abgeschlagen werden.
Dafür wird die Kiesdecke, die für die Bauarbeiten aufgeschüttet wurde, zunächst abgetragen. Die dann sichtbaren Betonköpfe werden auf eine genormte Höhe gestutzt.
Auf diesem Fundament wird ab Februar 2021 der Hochbau des westlichen der neuen Faultürme gesetzt.

 

Auf dem Gelände der Entsorgungsbetriebe Stadt Konstanz (EBK) sind diese Woche die Arbeiten für die neue Klärschlammfaulung gestartet. Das markiert den Beginn der größten Ausbaustufe der Kläranlage seit mehr als 20 Jahren. Aufgrund der aktuellen Umstände wurde vom offiziellen Festakt und symbolischen Spatenstich abgesehen.

Das Bohrpfahlgerät

Bürgermeister Karl Langensteiner-Schönborn ließ es sich nicht nehmen, die Baustelle zu besichtigen. Dabei begleiteten ihn Ulrike Hertig, Leiterin der EBK, und Mirco Ebeling, als Abteilungsleiter für den Betrieb der Kläranlage verantwortlich. Auf der Baustelle steht in diesen Tagen das beeindruckende, knapp 40 m hohe Bohrpfahlgerät im Mittelpunkt. Diese Baumaschine ist wortwörtlich für die Basis des Bauwerks zuständig. Sie bohrt und setzt die 31 Gründungspfähle für den ersten der zwei neuen Faultürme.

Zweiter Turm seit 1970er Jahren geplant

Seit dem Bau des alten Faulturms in den 1970er Jahren war ein zweiter Faulturm fester Bestandteil der Planung. Die entsprechende Tür wurde bereits 1974 in die Wand des Treppenturms der Energiezentrale eingesetzt. Bis heute führt diese Tür jedoch ins Leere. Im Rahmen der Erweiterung der Kläranlage in den 1990er Jahren wurde der zweite Faulturm als weitere Ausbaustufe vom Regierungspräsidium Freiburg genehmigt. Dass er zunächst nicht benötigt wurde, lag am Wegfall von industriellen Schmutzwassermengen insbesondere durch die Betriebsschließungen von Herosé und Great Lakes entlang des Seerheins.

Zwei neue Faultürme: Effizienz gesteigert, Redundanz gesichert

Nun ist aber nicht nur die Konstanzer Bevölkerung, sondern auch die Menge an Klärschlamm über die letzten Jahrzehnte kontinuierlich gewachsen und die Sanierung des alten Faulturms aufgrund seines Alters mittlerweile unumgänglich. Der Gemeinderat hat daher im Jahr 2017 dem Bau zwei neuer Faultürme zugestimmt. Damit wird nicht nur die Effizienz der Klärschlammfaulung wesentlich gesteigert, sondern auch die so wichtige Redundanz im Verfahren sichergestellt. Redundanz bedeutet Betriebssicherheit, denn sollte ein Faulturm ausfallen, könnte der andere seine Funktion ohne Zeitverlust übernehmen. Ein unumgängliches Prinzip bei systemrelevanter Technik wie der Abwasserreinigung.

Pioniertechnik: Bauwerksintegrierte Photovoltaikanlagen

Neben den neuesten Erkenntnissen der Verfahrenstechnik, die im Inneren der Klärschlammfaulung umgesetzt werden, setzen die Bauwerke auch äußerlich neue Standards. Die Fassaden werden mit bauwerksintegrierten Photovoltaikanlagen ausgestattet. Mit der Entscheidung, die Oberfläche der Gebäude zur Energiegewinnung zu nutzen, werden die EBK erneut ihrer Vorreiter-Rolle im Thema Klimaschutz und Nachhaltigkeit gerecht.

Das Photovoltaik-Projekt ist erst das zweite seiner Art in ganz Deutschland und wird vom Umweltministerium Baden-Württemberg gefördert und begleitet. Die mittels der Photovoltaikanlage sowie aus dem Klärschlamm gewonnene Energie wird nach Inbetriebnahme der neuen Faultürme im Jahr 2023 bis zu 70 % des Strombedarfs der Kläranlage und bis zu 90 % des Gesamtwärmebedarfs des Betriebsgeländes decken. Wie viel Energie das ist? Genug Strom für den jährlichen Bedarf von insgesamt 910 vierköpfigen Familien und genug Wärme, um rund 370 Einfamilienhäuser zu heizen. Ein großer Beitrag der EBK auf dem Weg zur klimaneutralen Stadt.

3,5 Jahre Bauzeit: Inbetriebnahme 2023

Die Bauzeit des Projekts beträgt etwa 3,5 Jahre und ist von vielen Herausforderungen begleitet. Vor allem muss der Betrieb der Kläranlage und damit auch der Betrieb eines Faulturms zu jeder Zeit sichergestellt sein. Im Jahr 2023 soll schließlich auch der zweite Turm fertig gebaut und erfolgreich in Betrieb genommen sein. Dann ist das Bohrpfahlgerät, das im Moment alle Blicke auf sich zieht, längst vergessen und auf den jetzt gesetzten Gründungspfählen ein beeindruckendes, nachhaltiges Bauwerk errichtet.

Die Entsorgungsbetriebe (EBK) haben bereits seit 22 Jahren ein zertifiziertes Umweltmanagementsystem. Ziel ist es u.a., umweltfreundliche und ressourcensparende Technologien einzusetzen, um die vom Betrieb freigesetzten CO2-Emissionen grundsätzlich gering zu halten.

Weniger Verbrauch dank Photovoltaik
Vor allem die Kläranlage benötigt viel Strom. Daher setzen die EBK insbesondere auf die Eigenstromprodukton und die Steigerung der Energieeffizienz der Anlagen. Der größte Teil des selbst erzeugten Stroms wird mit Klärgas über Blockheizkraftwerke erzeugt, in 2019 waren dies rund 3,1 Mio. kWh. Aber auch die Photovoltaik trägt dazu bei, den Eigendeckungsgrad des Stromverbrauchs zu erhöhen: In 2019 sind so rund 260.000 kWh Strom produziert worden. Und es gibt bereits Pläne zum weiteren Ausbau der Photovoltaik am EBK-Standort. Hervorzuheben ist hier die geplante bauwerksintegrierte Photovoltaik in den Fassaden der neuen Faultürme.

Neue Flächen sinnvoll nutzen
Im Rahmen der Sanierung der Schlammfaulung der Kläranlage ist der Neubau von zwei Faultürmen vorgesehen. Mit diesen entstehen neue potenzielle Nutzflächen für Photovoltaikmodule, die in die Fassade integriert werden sollen. Das Besondere daran: Bislang gibt es bundesweit erst eine Kläranlage, bei der ein Faulturm mit bauwerksintegrierter Photovoltaik ausgerüstet wurde.

Unterstützung durch Experten
Das zukunftsweisende Projekt wurde in ein Förderprogramm eines Forschungs- und Entwicklungsprojektes des Umweltministeriums Baden-Württemberg aufgenommen, mit dem „Handlungsempfehlungen für bauwerksintegrierte Photovoltaikanlagen“ erarbeitet werden sollen. Die EBK profitieren dabei vom Fachwissen der beteiligten Experten.

Geplante Bauabschnitte
Die Installation der Photovoltaik an den Faultürmen ist an den Bauablauf des Gesamtprojektes „Sanierung der Klärschlammfaulung“ gekoppelt. Im ersten Bauabschnitt sollen in 2021 die Module am Faulbehälter 2 sowie auf dem Flachdach der Energiezentrale errichtet werden. In 2023 kann das Projekt dann mit dem Neubau des Faulbehälters 1 abgeschlossen werden.

Vorreiter beim Klimaschutz
Mit einer geschätzten Produktion von jährlich rund 135.000 kWh Strom ist der Jahresertrag der neuen Photovoltaikanlage beachtlich. Zum Vergleich: Eine 4-köpfige Familie verbraucht ca. 4.000 kWh pro Jahr. So hat dieses innovative Projekt gleich dreifachen Nutzen:
Die Deckung des Stromeigenbedarfs der Kläranlage wird weiter erhöht und unterstützt so die Stadt Konstanz auf ihrem Weg zur Klimaneutralität.
Gemäß Kosten-/Nutzenanalyse amortisiert sich die Anlage bereits nach rund 17,5 Jahren und entlastet so mittelfristig den Abwassergebührenzahler.
Die im Rahmen des Förderprojektes entwickelten Handlungsempfehlungen unterstützen Bauherren und Architekten bei zukünftigen Projekten.

Hier geht's zum Amtsblatt-Artikel vom 08. Juli 2020.