Der Trockensubstanzgehalt (TS) ist ein zentraler Parameter in der Wasser- und Abwassertechnik und bezeichnet den Anteil der festen Stoffe in einem Medium, bezogen auf das Gesamtgewicht. Er wird in Prozent (%) oder in Gramm pro Kilogramm (g) angegeben und beschreibt die Masse der zurückbleibenden Feststoffe, nachdem das Wasser durch Verdampfung vollständig entfernt wurde.

Der Trockensubstanzgehalt liefert wichtige Informationen über die Konsistenz von Schlämmen, Suspensionen oder Konzentraten und ist eine Grundlage für die Bewertung, Planung und Optimierung von Prozessen in der Wasser- und Abwasserbehandlung.

Technische Hintergründe

Der Trockensubstanzgehalt umfasst die gesamte Masse an Feststoffen, die aus anorganischen und organischen Bestandteilen bestehen können:

  1. Organische Bestandteile:

    • Abbaubare Stoffe wie Biomasse, Fette, Proteine und Kohlenhydrate.
    • Charakteristisch für Klärschlamm, organische Abfälle oder industrielle Rückstände.

  2. Anorganische Bestandteile:

    • Minerale, Metalle, Salze und anorganische Fällungsprodukte.
    • Häufig in der chemischen Abwasserbehandlung oder bei der Behandlung von Rückständen aus der Trinkwasseraufbereitung (z. B. Kalkschlamm).

Der Trockensubstanzgehalt wird durch die Verdampfung des gesamten freien und gebundenen Wassers bei einer definierten Temperatur (meist 105 °C) im Labor ermittelt.

Bestimmung des Trockensubstanzgehalts

Gravimetrisches Verfahren

Das standardisierte Verfahren nach DIN EN 12880 erfolgt in mehreren Schritten:

  1. Eine definierte Probe des zu untersuchenden Mediums wird gewogen.
  2. Die Probe wird in einem Trockenschrank bei 105 °C getrocknet, bis keine Masseänderung mehr auftritt.
  3. Die getrocknete Probe wird erneut gewogen.
  4. Es wird der Quotient aus der feuchten und der getrockneten Probe gebildet.
Thermogravimetrie
  • Automatisierte Verfahren nutzen thermogravimetrische Analysegeräte, die die Masseänderung bei der Trocknung kontinuierlich messen.
Inline-Messsysteme
  • Moderne Sensoren messen den TS-Gehalt in Echtzeit, z. B. durch Mikrowellen- oder NIR-Technologie (Nahinfrarot), insbesondere in industriellen Prozessen.

Bedeutung des Trockensubstanzgehalts in der Praxis

Prozesssteuerung in der Abwasserbehandlung
  • Der TS-Gehalt von Klärschlamm ist ein wichtiger Indikator für die Effizienz von Prozessen wie:
    • Schlammstabilisierung: Ein höherer TS-Gehalt zeigt an, dass weniger Wasser im Schlamm verbleibt, was die Stabilisierung und Lagerung erleichtert.
    • Schlammentwässerung: Die Leistung von Zentrifugen, Bandpressen oder Kammerfilterpressen wird anhand des TS-Gehalts bewertet.
Kammerfilterpresse mit Anschwemmfiltration mittels Kieselgur

Foto: Unsere Kammerfilterpresse ALMA CFP zur Entwässerung von Schlämmen aus Abwasserbehandlungsanlagen

Bewertung von Rohstoffen und Rückständen
  • Der TS-Gehalt dient zur Klassifizierung von Schlämmen und Rückständen, insbesondere bei der Verwertung oder Entsorgung:
    • Biogasproduktion:
      • Der TS-Gehalt ist entscheidend für die Dosierung von Substraten und die Ermittlung des Gasertrags.
    • Verbrennung:
      • Ein hoher TS-Gehalt reduziert den Energieaufwand für die Trocknung vor der thermischen Verwertung.
Dimensionierung von Anlagen
  • Die Auslegung von Pumpen, Behältern und Rohrleitungen hängt stark vom TS-Gehalt ab:
    • Niedriger TS-Gehalt (< 5 %): Schlammeigenschaften ähneln Flüssigkeiten; Transport mittels Kreiselpumpen.
    • Mittlerer TS-Gehalt (5–15 %): Pumpeigenschaften verändern sich; spezielle Exzenterschneckenpumpen erforderlich.
    • Hoher TS-Gehalt (> 15 %): Feststoffhandling wird erforderlich; Fördersysteme wie Schneckenförderer oder Bandförderanlagen.
Umweltrechtliche Anforderungen
  • Der TS-Gehalt ist ein relevanter Parameter bei der Einhaltung gesetzlicher Vorgaben:
    • Klärschlammverordnung:
      • Definition von Grenzwerten für die Trockensubstanz in Klärschlämmen, die für die landwirtschaftliche Verwertung geeignet sind.
    • Entsorgung von Rückständen:
      • Mindestanforderungen an den TS-Gehalt vor der Deponierung oder Verwertung.

Verfahren zur Erhöhung des Trockensubstanzgehalts

1. Entwässerungsverfahren
  • Ziel: Reduktion des Wassergehalts und Erhöhung des TS-Gehalts.
  • Mechanische Verfahren:
    • Zentrifugen: Hohe Entwässerungsleistung, TS-Gehalt von 20–30 % erreichbar.
    • Kammerfilterpressen: Maximale Entwässerung mit TS-Werten bis zu 40 %.
    • Bandpressen: Geeignet für große Volumenströme, TS-Werte zwischen 15 und 25 %.
  • Thermische Verfahren:
    • Direkte Trocknung (z. B. Trommeltrockner) zur Erreichung von TS-Werten > 90 %.
2. Verdichtungstechnologien
  • Schneckenpressen: Mechanische Reduktion des Wassergehalts durch Verdichtung.
  • Hydrozyklone: Trennung von Feststoffen und Flüssigkeiten durch Zentrifugalkraft.
3. Schlammkonditionierung
  • Flockungshilfsmittel:
  • Kalkstabilisierung:
    • Zugabe von Branntkalk (CaO) oder Kalkhydrat (Ca(OH)2) zur Bindung von Wasser und Stabilisierung des Schlamms.
Dekanter zur Schlammbehandlung auf einer kommunalen Kläranlage

Foto: Dekanterzentrifuge zur Entwässerung von Schlämmen aus unserer anaeroben Biogasanlage ALMA BHU GMR

Vorteile der Kontrolle des Trockensubstanzgehalts

  1. Effizienzsteigerung:

    • Optimierte Prozesse in der Schlammbehandlung und Wasseraufbereitung.
    • Reduzierter Energieaufwand in thermischen Verwertungsverfahren.

  2. Kostenreduktion:

    • Minimierung der Transport- und Entsorgungskosten durch geringeres Wassergewicht.

  3. Umweltvorteile:

    • Reduktion des Volumens und der Masse von Rückständen, die entsorgt oder weiterverwertet werden müssen.

Fazit

Der Trockensubstanzgehalt ist ein essenzieller Parameter in der industriellen Wasser- und Abwassertechnik. Er dient nicht nur als Indikator für die Beschaffenheit von Schlämmen und Rückständen, sondern ist auch Grundlage für die Prozessoptimierung und Ressourceneffizienz. Eine gezielte Kontrolle und Anpassung des TS-Gehalts ermöglicht die effiziente Gestaltung von Entwässerungs-, Transport- und Verwertungsverfahren, was sowohl wirtschaftliche als auch ökologische Vorteile bietet. Durch den Einsatz moderner Technologien und chemischer Additive können Anlagenbetreiber den TS-Gehalt effektiv steuern und ihre Prozesse nachhaltig optimieren.

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