Trends im industriellen Wassermanagement Dr. Lars Meierling, REMONDIS Aqua. 7. IFWW-Fachkolloquium 15. Mai 2007

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1 Trends im industriellen Wassermanagement Dr. Lars Meierling, REMONDIS Aqua 7. IFWW-Fachkolloquium 15. Mai 2007

2 Agenda - Trends in der industriellen Wasserwirtschaft Energie aus Abwasser Rohstoffrecycling aus Abwasser Wasseraufbereitung Contracting-Modelle im Abwassermanagement

3 Energie aus Abwasser Der neue Trend

4 Gesetzliche Rahmenbedingungen (1) Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) Zur nachhaltigen Entwicklung der Nutzung alternativer Energien wird die Energieerzeugung aus regenerativen Energien über das EEG staatlich subventioniert Hierdurch besteht eine große Chance für die Industrie, die im Abwasser enthaltenen Energieträger gewinnbringend zu nutzen Bei der Energiegewinnung aus Abwasser insbesondere der Lebensmittelindustrie kann in den meisten Fällen eine Vergütung nach 8 Strom aus Biomasse erzielt werden Hinzu kommen Zuschläge, wie der KWK-Zuschlag (2 Cent/kWh), die in Abhängigkeit der technologischen Randbedingungen genutzt werden können Leistung Strom aus Klärgas [Cent/kWh]* Strom aus Biomasse (Cent/kWh]* bis 150 kw 7,33 10,99 bis 500 kw 7,33 9,46 über 500 kw bis 5 MW 6,35 8,51 Über 5 MW 6,35 8,03 * Inbetriebnahme 2007

5 Gesetzliche Rahmenbedingungen (2) Strom aus Biomasse Voraussetzung für die Erlangung der erhöhten Vergütungssätze (Strom aus Biomasse) ist die Erfüllung der Rahmenbedingungen der Biomasseverordnung Als Biomasse gilt: Durch anaerobe Vergärung erzeugtes Biogas sofern zur Vergärung nicht - gemischte Siedlungsabfälle - Hafenschlick - tierische Nebenprodukte verwandt werden Für die Abwässer eines Großteils der Lebensmittelindustrie trifft diese Definition zu und die erhöhten Vergütungssätze können in Anspruch genommen werden Gemeinsam mit der zumeist guten anaeroben Abbaubarkeit der Abwässer ist gerade die Lebensmittelindustrie prädestiniert, die Energiequelle Abwasser zu nutzen.

6 Gesetzliche Rahmenbedingungen (3) Potential Biogasverstromung Beispielrechnung mögliche Erlöse CSB im Zulauf [kg/d] CSB Abbau [%] Biogasproduktion (0,3 m 3 N CH 4 /kgcsb; 75 % CH 4 ) [m3 N /d] Energiegehalt Biogas bei Zulauf 365 d/a [kwh therm ] Wirkungsgrad BHKW: η el. η therm. Jahresstromproduktion [kwh/a]; Leistung BHKW ca. 390 kw Vergütung [ /a] (Sätze bei Inbetriebnahme 2007, 8 EEG f. Biomasse) bis 150 kw: 1,3 Mio. kwh * 10,99 [Cent/kWh] kw: 2,1 Mio kwh * 9, 46 [Cent /kwh] Mögliche Jahresstromvergütung Zuschlag KWK [ /a] bei 80 % externer Wärmenutzung: 0,8 * 3,4 Mio. = 2,72 Mio. kwh/a * 0,02 [ /kwh] Möglicher Gesamterlös aus Energienutzung ,7 Mio. 39 % 41 % 3,4 Mio /a

7 Technische Rahmenbedingungen (1) Verfahrenstechnik der anaeroben Abwasserreinigung Bezeichnung Raumbelastung [kgcsb/m 3 *d] Vorteile / Nachteile Klassisches aerobes Belebungsverfahren 2-4 Hohe Investitionen, hoher Raumbedarf Unempfindlich gegenüber Feststoffen Anaerobes Schlammbettverfahren (UASB) 5-15 Standardsystem, Betriebsstabilität Feststoffe können stören Anaerobes Hochlast- Schlammbettverfahren (IC) Geringer Raumbedarf höhere Investitionen als UASB Anaerobes Festbettverfahren 5-15 Vorteil bei schwer abbaubaren Stoffen Verstopfungsgefahr, wenig Biomasse

8 Planungsvoraussetzungen Stromeinspeisung Folgende Aspekte sind bei der Planung der Stromeinspeisung zu beachten: Auswahl der Aggregate zur Verbrennung (BHKW) und Stromeinspeisung (Trafo). Integration BHKW Betrieb in Anlagenbetrieb Abwasser (Steuerungseinbindung, Prozessüberwachung anaerob) Genehmigung BHKW ab Brennstoffleistung 1 MW nach BImSchG erforderlich Vertragsabschluss mit örtlichem Energieversorger (EVU) zur Stromeinspeisung - Vergütungsform (z.b. Strom aus Biomasse, KWK Zuschläge) - Anschluss (Transformation auf Mittelspannung, Anschlusspunkt des EVU, Netzkapazität) Klärung der Zuständigkeiten nach EEG - Netzausbau durch EVU - Kostentragung Anschlusspunkt - Entfernung zum Netz

9 Rohstoffrecycling aus Abwasser Innovative Phosphorrückgewinnung

10 Rohstoffrecycling aus Abwasser Phosphorrecycling Kommunales wie auch industrielles Abwasser enthält zum Teil Rohstoffe (Produktreste, Nährstoffe) die mit modernen Verfahren einer Wiedergewinnung zugeführt werden können. Allein in Deutschland werden z.b. rund Tonnen Phosphor für die Herstellung von Düngemitteln eingesetzt. Experten schätzen, dass die Vorräte an Phosphor bereits in ca. 60 Jahren erschöpft sein werden. In der Abwasserreinigung wird dieser Rohstoff zumeist über Fällungsverfahren aus dem Rohstoffkreislauf unwiderruflich entnommen. Bereits seit den 80er Jahren wurde in verschiedensten Forschungsarbeiten nach wirtschaftlichen Ansätzen gesucht, den Phosphor aus dem Abwasser einem gezielten Recycling zuzuführen (z.b. Rückgewinnung aus Klärschlammaschen). In den vergangenen Jahren wurden darüber hinaus im Bereich der kommunalen Abwasserreinigung (Schlammwasserbehandlung) Verfahren entwickelt, die eine Rückgewinnung des Phosphors aus der Flüssigphase zu ermöglichen. Die hierbei angewandten Verfahren wie MAP Fällung oder das Seaborne Verfahren sind insbesondere bei der Wirtschaftlichkeit noch in der Entwicklungsphase. Ein neuer Ansatz ist, die MAP Fällung in hochkonzentrierten industriellen Abwässern als Ersatz für eine konventionelle Fällung anzuwenden. Dieser Ansatz wird derzeit in einem Großprojekt von REMONDIS in der Milchindustrie erprobt.

11 Rohstoffrecycling aus Abwasser MAP - Fällung Bei Vorliegen der notwendigen Reaktionspartner (Magnesium, Mg 2+, Ammonium, NH 4+ und Phosphat, PO 3-4 ) kann MAP (Magnesium-Ammonium-Phosphat) bei ph Werten 8 spontan nach folgender Reaktionsgleichung gebildet werden. Die Verbindung liegt in kristalliner Form vor, wobei die Kristalle im Wasser stark zum Wachstum neigen. Mg 2+ + NH 4+ + PO 3-4 MgNH 4 PO 4 6H 2 O Für die Kristallisation dabei klar definierte hydraulisch -mechanische Randbedingungen erforderlich. Das Produkt MAP wurde bereits in vielen Versuchen als sehr gut pflanzenverfügbar eingestuft und stellt somit einen recycelten Rohstoff dar. Notwendig ist neben der ph Einstellung (ca. 8,5 8,7) ein definiertes Verhältnis der Reaktionspartner Ammonium, Magnesium und Phosphat im Abwasser. Hinzu kommen auch klar definierte hydraulisch -mechanische Randbedingungen, die die Kristallisation ermöglichen. Bei optimalen Randbedingungen bilden sich im Abwasser sehr schnell Struvitkristalle(=MAP) mit einer Größe von 0,5 2mm: Tag 1 Tag 7

12 Rohstoffrecycling aus Abwasser MAP Fällung - Verwertungswege Das MAP kann alternativ - gemeinsam mit dem Überschussschlamm aus der Abwasserreinigung landwirtschaftlich verwertet werden. Hierdurch wir der Düngewert des Schlammes erhöht - separat aus dem Abwasser durch Sedimentation entnommen werden. Bei separater Elimination aus dem System kann das vergleichbar reine Produkt - Direkt auf landwirtschaftliche Flächen zur gezielten Phosphordüngung aufgebracht oder - als Ausgangsprodukt an die Düngemittelindustrie abgegeben werden. Für die geplante Verwertung in der Düngemittelindustrie werden im Rahmen des bei REMONDIS realisierten Großprojektes aktuell die definierten Rahmenbedingungen zu entwickelt.

13 Rohstoffrecycling aus Abwasser MAP Fällung Verfahrenstechnischer Ansatz Anaerob vorbehandeltes Abwasser Input 300 kgpo 4 -P/d P - Elimination Verfahren: - Strippung CO 2, ph-einstellung - Dosierung Mg und NH 4 - Kristallisation von MgNH 4 PO 4 (MAP) 50 kgpo 4 -P/d Restmengen MAP Aerobe Biologie Restelimination P: - Biologische P-Elimination - Eisenfällung (wenn erforderlich) 5 kg PO 4 -P/d kg MAP/d Restmengen MAP 45 kgp/d in ÜS Landwirtschaftliche oder industrielle Verwertung Landwirtschaftliche Verwertung Überschussschlamm

14 Rohstoffrecycling aus Abwasser Beispiel 8 Küstenland Milchunion Mecklenburg-Vorpommern Behandlung der Abwässer aus der Molkeverarbeitung Planung, Bau und Betrieb einer anaeroben Abwasservorbehandlung und Ausbau der bestehenden aeroben Biologie Verstromung des erzeugten Biogases in einem neu errichteten BHKW, Einspeisung nach EEG Kostensenkung durch verfahrenstechnische Optimierung im Sinne der Kreislaufwirtschaft Entwicklung eines innovativen Verfahrens zur Phosphatelimination

15 Rohstoffrecycling aus Abwasser Beispiel

16 Wasseraufbereitung Innovative Technologien der Prozesswasserversorgung

17 Wasseraufbereitung Innovative Technologien der Prozesswasserversorgung 8Ersatz von Ionenaustauscheranlagen durch innovative Membrantechnik Elektro-Deionisation (ersetzt klassische Mischbett-Ionenaustauscher bei Bruchteil der Baugröße) Elimination der Ionen erfolgt analog zum Mischbett-Ionenaustauscher über ähnliche Harze Unterschied: die Regeneration erfolgt kontinuierlich durch Anlegen von Gleichstrom anstelle der chemischen Regeneration Die Harze sind in Membrankammern eingeschlossen, an denen Gleichstrom anliegt - Ionen wandern zu Anoden und Kathoden die außerhalb der Membran liegen und werden durch einen Spülstrom aus der EDI-Zelle entfernt Electrodialysis Reversal (EDR) bietet heute eine interssante Alternative zur klassischen Umkehrosmose Minimierung von Fouling-Prozessen durch kontinuierlich wechselnde Polarität Membranentgasung (ersetzt klassische CO2 Rieseler bei einem Bruchteil der Baugröße): Membranröhrchenbündel (vglb. Spaghetti -Membranen) werden außen von Wasser umströmt Membranröhrchen werden innen von Luft mit geringem Druck durchströmt CO2 tritt aufgrund unterschiedlicher Partialdrücke aus dem Wasser in den Strippluftstrom über

18 Wasseraufbereitung mit Membrantechnik Beispiel 8Beispielhafte Darstellung einer Anlage mit UO, EDI und Membranentgasung Rohwasser Nach- Enthärt. EDI Schutzfilter Antiscalant Umkehr-Osmose 1-stufig Nach- Enthärt. EDI VE-Wasser Antiscalant U V Speicher 75 m³ Vorlage Konzentrat- Stufe l Speicher 24 m³ (neu) Antiscalant Konzentratstufe Vorlage Konzentrat- Rückführung l NaOH

19 Wasseraufbereitung mit Membrantechnik Beispiel 8BASF Coatings Contracting zur Versorgung des Werkes Münster- Hiltrup mit hochreinem vollentsalzten Wasser Mehrstufige 2-straßige Anlage zur Veredelung des Trinkwassers Höchste Anforderungen an Restinhaltsstoffe und Versorgungssicherheit Einsatz in Produktion und Dampferzeugung

20 Contracting-Modelle im industriellen Wassermanagement

21 Wachstumsmarkt Contracting Betriebsführungen Wassermanagement REMONDIS Aqua Anzahl Zeit