Energieeffiziente Stickstoffbehandlung

Transkript

1 Energieeffiziente Stickstoffbehandlung Praxiserfahrungen und innovative Konzepte 38. Berliner Wasserwerkstatt Peter Tychsen Senior process engineer Krüger

2 PROGRAMM o Stickstoff Massenbalancen in verschiedenen Kohlenstoffszenarien o Energieeffizienz bei Biologische Stickstoffelimination o Neues betreffent Mainstream Anammox Anwendungen für kommunale kläranlagen

3 Massebalancen N in verschiedenen Kohlenstoffszenarien

4 1 step Anlage N BALANCE 100 DN N 50% als N 2 20 RAS 30 WAS ~0 30 4

5 2 step Anlage ~ 50 % SS red. (Primärschlamm) N BALANCE 10 69% als N bypass DN 49 N PS RAS 6 16 WAS

6 2 step Anlage ~ 80 % SS red. (Primärschlamm) N BALANCE % bypass CSB 12 DN 53 N % als N 2 20 PS RAS 12 8 WAS

7 IST 80 % SS REDUKTION MÖGLICH? 7

8 Energieeffizienz Biologische Stickstoffelimination

9 Energieeffizienz Biologische Stickstoffelimination o Nitrifikation/Denitrifikation o Sharon o Deammonifikation

10 Nitrifikation/Denitrifikation N 2 NH 4 NO 3 AOB s O 2 (75 %) NO 2 NOB s O 2 (25 %)

11 Nitrifikation/Denitrifikation Nitrifikation AOB s o NH 4 + 3/2 O 2 NO 2 + 2H + + H 2 O O 2 o NO 2 + 1/2 O 2 NOB s NO 25% 3 o NO 3 + 5/6 CH 3 OH 1/2 N 2 + 5/6 CO 2 + 7/6 H 2 O + OH O 2 75% Denitrifikation 0 63% O 2

12 Nitrifikation/Denitrifikation o Sauerstoffbedarf Nitrifikation: 64/14 kg O 2 pro kg NH 4 N kg NO 3 N Denitrifikation: 40/14 kg O 2 pro kg NO 3 N kg N 2 Total: 1,7 4,6 kg O 2 pro kg N red o Kohlenstoffbedarf 3,5 3,8 kg BSB/kg N red. Schlammalter >> hohes Maß an Stabilisierung

13 Avancierte On line Steuerung NO 3 NH 4 O 2 DN DN N SS maj 1 3

14 Wie man den Energieverbrauch senken kann o Design des C:N Verhältnis o Reduzierter O 2 Sollwert o N/DN volumen anpassung o Internes Pumpen o Schlammalter Primärbehandlung + Avancierte On line Steuerung + MBBR

15 Energieeffizienz Biologische Stickstoffelimination o Nitrifikation/Denitrifikation o Sharon o Deammonifikation

16 Sharon (Stable High rate Ammonia Removal Over Nitrite) N 2 NH 4 NO 3 AOB s O 2 (75 %) NO 2 O 2 (25 %) NOB s

17 Sharon (Stable High rate Ammonia Removal Over Nitrite) N 2 COD NH 4 Nitrit Shunt 60 % CSB NO 3 AOB s O 2 (75 %) NO 2 O 2 (25 %) NOB s

18 Sharon o Sauerstoffbedarf Nitritation: 48/14 kg O 2 pro kg NH 4 N kg NO 2 N Denitritation: 24/14 kg O 2 pro kg NO 2 N kg N 2 Total: 1,7 3,4 kg O 2 pro kg N red o Kohlenstoffbedarf 2,1 2,3 kg BSB/kg N red. Schlammalter >> hohes Maß an Stabilisierung

19 Sharon Vorteile o 25 % weniger Sauerstoff bedarf o 40 % weniger Kohlenstoff bedarf o Aktiv Schlammprozeß o Kan mit avancierter On line Steuering etabliert werden

20 Sharon Herausforderungen AOB s NOB s

21 Energieeffizienz Biologische Stickstoffelimination o Nitrifikation/Denitrifikation o Sharon o Deammonifikation

22 Deammonification o NH 4+ + NO 2 N 2 + 2H 2 O AOB s NH % 45% O 2 (40%) NO 2 NH % CSB N 2 + NO 3 89% 11%

23 Deammonification o Sauerstoffbedarf Nitritation: 0,55 x 48/14 kg O 2 per kg NH 4 N kg NO 2 N Anammox: 0,55 x 0.89 x 24/14 kg O 2 per kg NO 2 N kg N 2 Total: 0,9 1,9 kg O 2 pro kg N red o Kohlenstoffbedarf 0 kg BSB/kg N red.

24 Deammonification Vorteile o 60 % weniger Sauerstoff bedarf o Kein Kohlenstoff bedarf

25 Deammonification Herausforderungen AOB s NOB s

26 Deammonification Herausforderungen o Langsammer Wuchs o Am besten bei C Heterotroph Nitrifiant AOB/NOB Anammox Heterotroph Heterotroph Nitrifiant AOB/NOB Nitrifiant AOB/NOB Anammox Anammox 2-3h 1-2 days >11 days

27 Zusammenfassung Sauerstoffbedarf o N/DN o Sharon o Anammox 1,7 4,6 kg O 2 /kg Nred. 1,7 3,4 kg O 2 /kg Nred. 0,9 1,9 kg O 2 /kg Nred. Kohlenstoffbedarf o N/DN o Sharon o Anammox 3,5 3,8 kg BSB/kg Nred. 2,1 2,3 kg BSB/kg Nred. 0 kg BSB/kg Nred.

28 Mainstream Anammox Anwendungen für kommunale kläranlagen

29 Anammox für Stickstoffelimination im Trübwasser Me Me COD Me Me bypass DN N PS AN RAS REJECTWATER WAS REJECTWATER Anita Mox WATER TECHNOLOGIES 29

30 Anammox für Stickstoffelimination im Trübwasser o Hoher Schlammalter erforderlich o Notwendig die Anammox Bakterien zu schützen (O 2 / NO 2 ) o Notwendig die Auswaschung zu vermeiden o Maximale Robustheit und Stabilität gewünscht WATER TECHNOLOGIES

31 Anita Mox sidestream Wasserphase NH 4 + N 2 Nitritation AOB NO 2 O 2 Biofilm Anammox Media Anoxic Aerobic Simultan im Biofilm WATER TECHNOLOGIES 31

32 Anita Mox sidestream >> Anammox Biomasse Sicherheit WATER TECHNOLOGIES

33 Anita Mox MBBR oder IFAS Konfiguration MBBR IFAS mg/l mg/l NH 4 O 2 1,0 1,5 NH 4 NO 2 AOB O2 0,5 1,0 N 2 NO 2 NH 4 AOB NO 2 NO 2 NO 2 N 2 NO 2 AOB Biofilm Träger NO 2 NH 4 NO 2 NO 2 AnAOB Biofilm Träger NO 2 NH 4 NO 2 NH 4 AnAOB AOB im Biofilm = NO 2 Beschränkung AOB im schlamm = weniger NO 2 Beschränkung WATER TECHNOLOGIES

34 Anita Mox IFAS Konfiguration o Mehr NO 2 / Niedriger O2 Sollwert o Weniger empfindlich auf eingehende CSB o Robustheit gegen TSS mit Klärungsbecken Mainstream Anwendung: >> Auswaschung von NOBs >> Einfache retrofit in bestehende Anlage IFAS NH 4 NO 2 NO 2 NO 2 NO 2 AOB O2 N 2 NO 2 AOB 0,5 1,0 mg/l Biofilm Carrier NO 2 NH 4 NO 2 NH 4 AnAOB AOB im schlamm = weniger NO 2 Beschränkung WATER TECHNOLOGIES

35 ANITA Mox Mainstream Konzept

36 Mainstream Anita Mox Träger recycling ERSTER STUFE CSB (und P) elimination ZWEITER STUFE N elimination ohne CSB oder Klärbecken Filter High rate AS or A/O (Bio P) oder High rate MBBR oder Biosorption (AB prozeß)? Polieren? IFAS ANITA Mox (Mainstream) MBBR oder IFAS ANITA Mox (Sidestream) Biogas CHP Schlamm Schlamm Faulturm WATER TECHNOLOGIES

37 Mainstream Anita Mox Wechsel Betrieb ERSTER STUFE CSB (und P) elimination ZWEITER STUFE N elimination ohne CSB IFAS ANITA Mox (Mainstream) oder Klärbecken Filter High rate AS or A/O (Bio P) oder High rate MBBR oder Biosorption (AB prozeß)? Polieren? Biogas CHP Schlamm Schlamm Faulturm WATER TECHNOLOGIES

38 Mainstream Anita Mox Wechsel Betrieb ERSTER STUFE CSB (und P) elimination ZWEITER STUFE N elimination ohne CSB IFAS ANITA Mox (Mainstream) oder Klärbecken Filter High rate AS or A/O (Bio P) oder High rate MBBR oder Biosorption (AB prozeß)? Polieren? Biogas CHP Schlamm Schlamm Faulturm WATER TECHNOLOGIES

39 Mainstream Anita Mox Wechsel Betrieb ERSTER STUFE CSB (und P) elimination ZWEITER STUFE N elimination ohne CSB IFAS ANITA Mox (Mainstream) oder Klärbecken Filter High rate AS or A/O (Bio P) oder High rate MBBR oder Biosorption (AB prozeß)? Polieren? Biogas CHP Schlamm Schlamm Faulturm WATER TECHNOLOGIES

40 Mainstream Anita Mox Wechsel Betrieb ERSTER STUFE CSB (und P) elimination ZWEITER STUFE N elimination ohne CSB IFAS ANITA Mox (Mainstream) oder Klärbecken Filter High rate AS or A/O (Bio P) oder High rate MBBR oder Biosorption (AB prozeß)? Polieren? Biogas CHP Schlamm Schlamm Faulturm WATER TECHNOLOGIES

41 Anita Mox >> Biomasse sicherheit Q ein Q raus Auslauf Gitter MBBR = Träger + Gitter >> Keine risiko die Anammox Biomasse zu verlieren >> Einfach Bioaugmentation Mainstream WATER TECHNOLOGIES

42 ANITA Mox Mainstream Vorläufige Ergebnise

43 ANITA Mox Mainstream IFAS Pilot Paris CSB Stufe: MBBR (2m 3, 30% Füllung) Trommelfilter (0.4m 2, 40μm) No Temp. control MBBR CSB stufe N Stufe IFAS ANITA TM Mox TROMMELFILTER Abwasser (nach Primär) N Stufe: IFAS(2m 3, 40% filling) Klärbecken (2,5m 3 ) Temp. 23 C 17 C

44 IFAS Pilot Paris Einlauf C Stufe NH4, scod, tcod, TSS (mg/l) tcod scod NH4-N TSS days

45 IFAS Pilot Paris Auslauf C Stufe NH4, scod, TSS (mg/l) TSS in scod in NH4 in scod/nh4 4 3,5 3 2,5 2 1, , days 0 45

46 IFAS Pilot Paris Stickstoffentfernung Geschwindigkeit 2 Loss MLSS Issue air supply 50 NH4 load & removal rate (gn/m 2.d) 1,8 1,6 1,4 1,2 1 0,8 0,6 0,4 NH4 load (gn/m²/day) NH4 removal (gn/m²/day) T C T C 0,2 0 NH 4 N Entfernung = 1,1 gn/m 2 23 / 0,7 gn/m days 5

47 IFAS Pilot Paris Stickstoffelimination Leistung NH4 removal, TIN removal (%), % NO3-N prod /NH4-N rem MLSS Verlust Probleme Belüftung % NH4 removal % TIN removal % NO3-N/NH4-N % NO3-N prod / NH4-N rem 10 0 >> 75% NH 4 N und 60% Tot N Entfernung 10 >> NOB unterdrückung >> Bioaugmentation days

48 ANITA Mox mit Bioaugmentation Sweden 50m 3 IFAS und 50m 3 Klärung BiofilmChipM Träger (37%) Mainstream Sidestream (5d) (2d) Sauerstoff = mgo 2 /L Mainstream NH 4 N GelöstCSB Temp 50 mgn/l 70 mg/l o C Sidestream NH 4 N mgn/l GelöstCSB 300 mg/l Temp o C

49 IFAS Prototype Sweden Stickstoffentfernung Geschwindigkeit NH4 load & removal rate (gn/m 2.d) 4,5 4 3,5 3 2,5 2 1,5 1 0,5 NH4 load NH4 removal T C Schlamm verloren) (Probleme, scraber) T C NH 4 N Entfernung = 0,4 0,5 gnh4/m

50 IFAS Prototype Sweden Stickstoffelimination Leistung 90 Schlamm verloren) (Probleme, scraber) 90 NH4 removal, TIN removal (%) % TIN removal % NH4 removal % NO3-prod / NH4-rem % NO3-N prod / NH4-N rem NOB unterdrückung = Wechsel 310 betrieb erfolgreich % NH 4 N und Tot N eliminerung days muss besser werden 0

51 Zusammenfassung (1/2) IFAS ANITA Mox für Mainstream gut geeignet o Energie positive Kläranlage Konzept Stabil und robust o Träger + Gitter >> Kein Risiko die Anammox bakterien zu verlieren (Hydraulische, TSS Last) o Träger + Gitter >> Einfache Implementierung des Anammox mainstream Bioaugmentation

52 Zusammenfassung (2/2) Sidestream/Mainstream Bioaugmentation >> Schlüsselstrategie o Anammox langzeitstabilität o NOB unterdrückung o Schnelle Vor Ort Seeding Performances bisher erreicht (laufend) o 50 m 3 sidestream IFAS: kg NH 4 /m 3 30 o 2 m 3 mainstream IFAS Pilot: 0.3 kg NH 4 /m 3 17 o 50 m 3 mainstream IFAS Prototype: 0.25 kg NH 4 /m 3 15

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