Verbesserung der Energie- und Umweltbilanz einer Kläranlage. Dr. Christian Remy, Kompetenzzentrum Wasser Berlin Damien Cazalet, Veolia Deutschland

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1 Verbesserung der Energie- und Umweltbilanz einer Kläranlage durch POWERSTEP Dr. Christian Remy, Kompetenzzentrum Wasser Berlin Damien Cazalet, Veolia Deutschland

2 Inhalt Momentane Strombilanz einer Kläranlage POWERSTEP-Konzept Auswirkungen von POWERSTEP auf Strombilanz Umweltbilanz Investitions- und Betriebskosten Ausblick

3 Stromverbrauch auf Kläranlagen Quelle: DWA Leistungsvergleich 2015

4 Stromproduktion und Eigenversorgung auf Kläranlagen Inklusive andere Quellen! (Fremdschlamm, Co-Substrate, Windräder, Photovoltaik, Quelle: DWA Leistungsvergleich 2015

5 Altes und neues Konzept der Abwasserreinigung Altes Konzept: Vorklärung und Belebtschlammverfahren

6 Grundlagen der Energiebilanz Ziel: Berechnung der Strom- und Wärmebilanz für konventionelle und neue Konzepte Definition von Ausgangsbedingungen: Größe des Klärwerks (GK 3,4,5) Qualität des Zulauf (normal oder konzentriertes Abwasser) Überwachungswerte CSB/N ges /P ges (AbwVO oder strenger) Verschiedene Szenarien: Referenzklärwerk: beste verfügbare konventionelle Technik, 100% Auslastung Optimalfall! POWERSTEP: neue Verfahren auf Basis der Erkenntnisse der großtechnischen Erprobung Gleiche Ablaufwerte werden erreicht Keine Dosierung von externer C-Quelle

7 Berechnung der Energiebilanzen über Energieaudit-Software OCEAN

8 Massen- und Energiebilanzen in OCEAN Präzision der OCEAN-Modellierung

9 Strombilanz für EW-Kläranlage Schlammfaulung auf zentralem Klärwerk CSB-Reduktion VK: 0% 32% 52% 52% Eigenversorgung: 31% 65% 86% 93%

10 Strombilanz für EW-Kläranlage (1) CSB-Reduktion VK: 30% 48% 49% 48% 50% Eigenversorgung: 63% 87% 88% 85% 89%

11 Strombilanz für EW-Kläranlage (2) CSB-Reduktion VK: 30% 51% 57% Eigenversorgung: 61% 120% 133%

12 Strombilanz für EW-Kläranlage (1) CSB-Reduktion VK: 28% 44% 45% 44% 45% Eigenversorgung: 78% 103% 100% 103% 102%

13 Strombilanz für EW-Kläranlage (2) CSB-Reduktion VK: 28% 45% 51% Eigenversorgung: 74% 151% 165%

14 Weitere Umweltwirkungen über Ökobilanz Strom Brennstoffe Chemikalien Infrastruktur Rohabwasser Klärprozess Klärschlamm Ablauf in Vorfluter (CSB, N, P) N-Dünger Rückbelastung Faulturm Biogas BHKW, P2G, Strom + Wärme oder Biomethan Wärme Zentrifuge LKW Entsorgung Systemgrenzen Direkte Luftemissionen: CO 2 fossil, N 2 O, CH 4, NH 3,

15 Primärenergie und Treibhauseffekt Primärenergieaufwand Emission von Treibhausgasen Kläranlage mit EW, Zulauf: 400 mg/l CSB, Überwachungswerte: N ges = 13 mg/l, P ges = 1 mg/l

16 Umweltbilanz für EW-Kläranlage Anammox = höhere N 2 O-Emissionen? Werte für Kläranlage mit EW, Normaler/konzentrierter Zulauf: 400/800 mg/l CSB, Grenzwerte nach AbwVO: 13 mg/l N ges, 1 mg/l P ges Strengere Grenzwerte: 10 mg/l N ges, 0,3 mg/l P ges

17 Betriebskosten für EW Geringere Schlammmenge zur Entsorgung durch bessere Eindickung mit Primärschlamm! Schlammfaulung auf zentralem Klärwerk Strom: 0,12 /kwh Schlammentsorgung: 12 /t OS Polymer: 2200 /t (50%)

18 Betriebskosten für EW Strom: 0,12 /kwh Schlammentsorgung: 50 /t OS Polymer: 2200 /t (50%) FeCl3 (40%): 200 /t

19 Investitionskosten Zusätzlich: - Chemische Vorklärung: Dosierstelle Chemikalienlager - Mikrosieb: Fällungs/Flockungstanks Chemikalienlager Trommelfilter/Scheibenfilter Eindicker (TS im Primärschlamm: 1-2%) Keine Vorklärbecken! Berechnung der Investitionskosten durch ein Ingenieurbüro läuft Ergebnisse bis Mai 2018

20 Zusammenfassung POWERSTEP kann die Energiebilanz einer optimierten Kläranlage deutlich verbessern: Mehr Primärschlamm = mehr Biogas Geringerer Stromverbrauch in der Belebung Höhere Eigenversorgung (80-150%) Bei hohen Anforderungen ggf. neue Technologie für N- Entfernung erforderlich ( Anammox ) Umweltbilanz: Senkung von Treibhausgasemissionen (Prüfen: N 2 O?) Vergleichbare Ablaufwerte Positive Umweltbilanz! Betriebskosten bleiben relativ konstant, Investkosten werden noch berechnet

21 Ausblick Weitere Ergebnisse kommen zu: Einspeisung von Biomethan ins Gasnetz Power-to-gas Membranstrippung im Zentrat (N-Dünger) Praxistest: laufende Energieaudits auf 20 Kläranlagen in Europa Ertüchtigung bestehender Anlagen Reale Betriebsdaten als Grundlage Einsparpotential von POWERSTEP? Mehr Ergebnisse auf der IFAT! (Seminar 16./17. Mai)

22 FULL SCALE DEMONSTRATION OF ENERGY POSITIVE SEWAGE TREATMENT PLANT CONCEPTS TOWARDS MARKET PENETRATION Christian Remy Kompetenzzentrum Wasser Berlin Funded by the Horizon 2020 Framework Programme of the European Union Grant agreement Nr