Menschliche Ausscheidungen waren bereits in der Antike ein geschätzter phosphor- und stickstoffreicher Rohstoff. Im römischen Reich wurden Exkremente in Latrinen gesammelt und als Dünger gehandelt. Urin wiederum war ein begehrtes Mittel zum Gerben von Fällen und zum Waschen wollener Kleidung. Im Mittelalter ging dieser Wissensschatz jedoch allmählich verloren, es dominierte stattdessen vor allem der Entsorgungsgedanke. Abwässer wurden direkt über Ehgräben in die Gewässer abgeleitet oder in Abtrittgruben deponiert.
Erst im 19. und 20. Jahrhundert gewann die Nutzung des Abwassers wieder an Bedeutung. Zunächst wurde Klärschlamm, der mittels Kübelsystem (siehe auch: Die Geschichte der Abwasserreinigung) gesammelt wurde, mit Ochsenkarren auf die Felder vor der Stadt geführt. Durch den Bau der ersten Kläranlage im Werdhölzli (1926) wurde dieser Verwertungskreislauf professionalisiert: Der aus dem Abwasser entnommene und in Trockenbeeten entwässerte Schlamm konnte von Landwirten direkt ab Werk für die Düngung der Felder bezogen werden.
Bereits diese erste Kläranlage in der Stadt Zürich verfügte über eine einfache Faulkammeranlage, in der Klärschlamm unter Ausschluss von Sauerstoff behandelt wurde. Dabei wird die biologische Aktivität im Klärschlamm eingedämmt (stabilisiert) und das Volumen des zuvor eingedickten Schlamms weiter reduziert. Im Zuge des Faulungsprozesses entsteht methanhaltiges Faulgas, das bereits damals als Treibstoff Anwendung fand oder zum Heizen genutzt wurde. Heute werden die in der Schlammbehandlung entstehenden Gase in der ARA Werdhölzli professionell aufbereitet und als hochwertiges Biogas ins öffentliche Gasnetz eingespeist (Versorgung von 5000 Haushalten).
Die geschichtsträchtige Nutzung des Klärschlamms als Dünger in der Landwirtschaft unterband der Bund Ende 2005. Grund dafür war, dass der Klärschlamm nebst Nährstoffen eine Vielzahl von Krankheitserregern, Arzneimittelrückständen, Mikroplastikpartikeln, Schwermetallen und Schadstoffen aus Industrie, Gewerbe und Privathaushalten enthält. Seither müssen Klärschlämme aus dem Abwasserreinigungsprozess in Kehrichtverwertungsanlagen, Zementwerken oder speziellen Schlammverbrennungsanlagen thermisch verwertet werden.
Im Kanton Zürich ging 2015 auf dem Areal der ARA Werdhölzli infolgedessen die zentrale Klärschlammverwertungsanlage (KSV) in Betrieb. In ihr wird der Klärschlamm aus dem ganzen Kantonsgebiet (rund 100 000 Tonnen jährlich) thermisch verwertet. Gemeinsam mit der Abwärme aus dem gereinigten Abwasser wird die bei der Verbrennung anfallende CO2-neutrale Wärme ins Fernwärmenetz des Energieverbunds Altstetten-Höngg (ewz) eingespeist und zur Versorgung von 30 000 Haushalten verwendet. Zudem produziert eine mit Dampf aus der KSV betriebene Turbine Strom für den Betrieb der ARA Werdhölzli.
Als Abfallprodukt aus der thermischen Verwertung bleibt die mehlartige rostrote Klärschlammasche zurück, die einen relativ hohen Gehalt an Phosphor, Calcium, Eisen, Aluminium und Silizium aufweist. Bei Phosphor handelt es sich um einen lebenswichtigen Mineralstoff, der in allen Organismen enthalten ist. Von Gesetzes wegen muss die Klärschlammasche deponiert werden. Ab 2026 schreibt der Bund allerdings die Rückgewinnung des wertvollen Phosphors aus der Klärschlammasche vor. Damit soll ein wichtiger Stoffkreislauf wieder geschlossen und ein substanzieller Teil des Schweizer Phosphorbedarfs – insbesondere als Nährstoff in der Landwirtschaft – gedeckt werden.
