Martin Kaleß Wasserverband Eifel-Rur, Düren 50 Jahre Oswald Schulze-Stiftung , Münster

Transkript

1 Kohlenstoffausschleusung mit der Huber Feinstsiebtechnologie Martin Kaleß Wasserverband Eifel-Rur, Düren, Münster

2 Gliederung des Vortrags chemisch gebundene Energie im Abwasser Menge Herkunft Verbleib Umwandlung in elektrische Energie Versuche zur Abwasserfeinstsiebung Versuchsanlage Ergebnisse Rückgewinnung elektrischer Energie aus Abwasser nach Abwasserfeinstsiebung Fazit und Ausblick 2

3 Chemisch gebundene Energie im Abwasser Quelle spezifische CSB-Fracht [g CSB /(E d)] DWA, KROISS und SVARDAL, SCHMITT et al., TEICHGRÄBER et al., VINNERÅS et al., Annahme: 120 g CSB /(E*d) Umrechnung: 3,5 kwh/kg CSB (OLSSON, 2015) JÖNSSON et al., ALMEIDA et al., STOWA, HENZE, MESDAGHINIA ET AL., ,3 AZIMI UND AMERI, ,5 153 kwh/(e a) chemisch gebundene Energie im Zulauf zur Kläranlage 3

4 einwohnerspezifische CSB-Fracht [g/(e d)] ohne Toilettenpapier Herkunft der chemisch gebundenen Energie Grauwasser Urin Fäzes nach Schaum,

5 Verbleib der chemisch gebundenen Energie während des Abwasserreinigungsprozesses I 100 % 70 % 37 % 8 % 30 % 25 % 27 % Faulgas 9 % 28 % 18 % 153 kwh/(e a) 0,09 = 13,8 kwh/(e a) SVARDAL,

6 Unterschreitungshäufigkeit [%] Spezifische Stromerzeugung deutscher Kläranlagen GK 4; Median 13,5 kwh/(e a) GK 5; Median 18,2 kwh/(e a) , spezifische Stromerzeugung [kwh el /(E a)] DWA,

7 Verbleib der chemisch gebundenen Energie während des Abwasserreinigungsprozesses II P1 100 % 70 % P2 37 % B1 8 % B2 30 % 25 % 27 % 9 % B3 Monte-Carlo-Simulation; Berechnungen P3 28 % P4 18 % P1 Abscheidung VK [%] P2 Veratmung des CSB aus Zulauf Belebung [%] P3 Umsetzung des CSB im Rohschlamm zu Faulgas [%] P4 Wirkungsgrad elektrisch BHKW [%] B1 CSB im Rohabwasser [g/(e d)] B2 CSB im Ablauf [%] B3 Umrechnung CSB -> kwh [kwh/kg CSB ] untere Grenze ,5 obere Grenze ,0 SVARDAL,

8 Unterschreitungshäufigkeit [%] Ergebnis der Monte-Carlo-Simulation GK 4; Median 13,5 kwh/(e a) GK 4; Median 13,5 kwh/(e a) GK 5; Median 18,2 kwh/(e a) Monte-Carlo-Simulation GK 5; Median Status 18,2 quo; kwh/(e a) Median 15,8 kwh/(e a) , spezifische Stromerzeugung [kwh el /(E a)] 8

9 Verbleib der chemisch gebundenen Energie bei der Abwasserreinigung Status quo zukünftig 9

10 Zugabe chemischer Additive optional Verfahren zur Kohlenstoffausschleusung Konventionelle, einstufige Abwasserreinigung Rechen Abwasser Sand-/Fettfang Vorklärung Belebung Nachklärung Rohrechengugut Sandfanggut PS RS ÜS Abwassersiebung Abwassersiebung als Alternative zur Vorklärung Siebgut 10

11 Abwassersiebung Methodik I Großtechnische Untersuchungen an drei Standorten des Ruhrverbands (Sundern, Iserlohn- Letmathe, Brilon) Maschenweite 0,3 mm Zugabe chemischer Additive am Standort Sundern HUBER SE,

12 Abwassersiebung Methodik II Trocken- und Regenwetter Untersuchte Flüsse: 20, 25, 30, 35 L/s Probenahmestellen: Zulauf- und Ablaufkammer Probenahme: 1 x 10-h Mischprobe in den Nachtstunden 7 x 2-h Mischproben 1 x 24-h Mischprobe Parameter: CSB und AFS bei allen Proben, CSB filt bei 24 h Mischprobe, jeweils Zu- und Ablauf Sieb 12

13 CSB-Konzentration Abaluf Sieb [mg/l] Abwassersiebung Ergebnisse I h MP Iserlohn-Letmathe Sundern 10-h MP Sundern 10-h MP Iserlohn-Letmathe Sundern 24-h MP Sundern 24-h MP Iserlohn-Letmathe 24-h 2-h MP Iserlohn-Letmathe Sundern (MP: 10-h MP Mischprobe) Iserlohn-Letmathe 2-h MP Iserlohn-Letmathe 24-h MP Iserlohn-Letmathe 10-h 2-h MP Brilon Iserlohn-Letmathe 10-h MP Brilon 24-h MP Iserlohn-Letmathe 24-h MP Brilon (MP: Mischprobe) 0 % Elimination 30 % Elimination 50 % Elimination 70 % Elimination CSB filt /CSB Sundern 0,13 Iserlohn 0,34 Brilon 0, CSB-Konzentration Zulauf Sieb [mg/l] 13

14 CSB-Konzentration Ablauf Sieb [mg/l] Abwassersiebung Ergebnisse II h MP 2h ohne MP ohne ch. Add. ch. Add. 2h MP mit ch. Add. 10h MP 10h ohne MP ohne ch. Add. ch. Add. 10h MP mit ch. Add. 24h MP 24h ohne MP ohne ch. Add. ch. Add. 24h MP mit ch. Add. 50 % Elimination % Elimination % Elimination CSB-Konzentration Zulauf Sieb [mg/l] JUDT,

15 CSB filt -Konzentration 24-h Mischproben Ablauf Sieb [mg/l] Abwassersiebung Ergebnisse III Sundern Iserlohn-Letmathe Brilon 0 % Elimination 10 % Elimination 20 % Elimination CSB filt -Konzentration 24-h Mischproben Zulauf Sieb [mg/l] 15

16 Wiederholte Monte-Carlo-Simulation unter Berücksichtigung der Ergebnisse zur Abwasserfeinstsiebung P1 Abscheidung Feinstsieb VK [%] [%] P2 Veratmung des CSB aus Zulauf Belebung [%] P3 Umsetzung des CSB im Rohschlamm zu Faulgas [%] P4 Wirkungsgrad elektrisch BHKW [%] B1 CSB im Rohabwasser [g/(e d)] B2 CSB im Ablauf [%] B3 Umrechnung CSB -> kwh [kwh/kg CSB ] untere Grenze a.) ,5 b.) 50 obere Grenze c.) ,0 obere Grenze a.) 50 b.) 70 c.) ,0 Restlichen Annahmen bleiben konstant! 16

17 Unterschreitungshäufigkeit [%] Unterschreitungshäufigkeit [%] [%] Unterschreitungshäufigkeit [%] Auswirkung der weitergehenden Kohlenstoffausschleusung auf die spezifische Stromerzeugung GK GK 4; 4; Median GK Median 13,5 4; Median 13,5 kwh/(e a) 30 GK 5; Median 18,2 kwh/(e a) kwh/(e a) 30 13,5 kwh/(e a) Monte-Carlo-Simulation Status quo; GK GK Median 5; 5; Median Median 15,8 kwh/(e a) 18,2 18,2 kwh/(e a) kwh/(e a) 20 GK4; Median 34,0 kwh/(e*a) Monte-Carlo-Simulation Feinstsiebung GK 30-50%; 5; Median 18,2 16,9 kwh/(e a) Monte-Carlo-Simulation Status quo; Median 15,8 kwh/(e a) 20 Monte-Carlo-Simulation Feinstsiebung Monte-Carlo-Simulation 50-70%; GK 5; Median 19,8 kwh/(e a) 18,2 kwh/(e a) Status quo; 10Median 15,8 kwh/(e a) GK5; Median 30,5 kwh/(e*a) Monte-Carlo-Simulation Feinstsiebung Monte-Carlo-Simulation Monte-Carlo-Simulation 70-90%; Median 22,8 kwh/(e a) Feinstsiebung Status quo; Median 30-50%; 15,8 Median kwh/(e a) 16,9 kwh/(e a) Monte-Carlo-Simulation Feinstsiebung 30-50%; Median 16,9 kwh/(e a) 10 Monte-Carlo-Simulation Feinstsiebung %; Median 19,8 kwh/(e a) Monte-Carlo-Simulation Status quo; %; Median 10 15,8 kwh/(e a) Monte-Carlo-Simulation Feinstsiebung 50-70%; 70-90%; Median 19,8 22,8 16,9 kwh/(e a) kwh/(e a) spezifische Stromerzeugung [kwh el /(E a)] spezifischer Stromverbrauch [kwh el /(E*a)] 0 GK 4; Median 13,5 kwh/(e a) spezifische Stromerzeugung [kwh el /(E a)] Abnahme CSB-Fracht biologische Stufe Einführung vierte Reinigungsstufe 17

18 Fazit Die chemisch gebundene Energie im Abwasser beträgt ca. 153 kwh/(e*a). An elektrischer Energie können im Median kwh el /(E*a) auf konventionellen Kläranlagen rückgewonnen werden. Die Abwasserfeinstsiebung führt zu einer Steigerung der Energierückgewinnung. Energieneutraler Kläranlagenbetrieb ist bei hoher Kohlenstoffausschleusung und effizienter Umwandlung bei Kläranlagen mit geringem spezifischen Energiebedarf möglich. 18

19 Ausblick Das C/N Verhältnis ist bei konventioneller Denitrifikation limitierend für die Kohlenstoffausschleusung. Verfahren zur autotrophen Stickstoffelimination im Hauptstrom sind zur Umgehung der Limitierung erstrebenswert. Zusätzliche Energieeinsparungen wegen geringeren Belüftungsbedarfs nach weitergehender Kohlenstoffausschleusung zu erwarten. Verfahren zur weitergehenden Abwasserreinigung (Spurenstoffelimination, Desinfektion) führen zu zusätzlichem Energiebedarf. Neben der Nutzung der chemisch gebundenen Energie bedarf es der Nutzung der Wärmeenergie und weiterer Ressourcen. Das wichtigste Ziel der Kläranlage bleibt jedoch der Gewässerschutz. 19

20 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! und an HUBER SE für die Bereitstellung und den Transport der Versuchsanlage. und an den Ruhrverband für die Auswahl der Kläranlagenstandorte. und an die Meister Herr Osebold, Herr Henneke und Herr Weising sowie deren Teams für deren Unterstützung. und an die studentischen Mitarbeiter Frau Zeiß und Herrn Judt für die engagierte Anlagenbetreuung vor Ort. und an das BMBF für die Förderung des Projekts E-Klär. Abschlussbericht unter: