Aerobe Schlammstabilisierung Schlammfaulung geänderte Einsatzgrenzen aufgrund geänderter Rahmenbedingungen. 28. Juni 2012

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1 BWK Landeskongress Niedersachsen, Bremen Aerobe Schlammstabilisierung Schlammfaulung geänderte Einsatzgrenzen aufgrund geänderter Rahmenbedingungen 28. Juni 2012 Dipl.-Ing. Michael Kipsieker Dipl.-Ing. Klaus Alt Dipl.-Ing. Stefan Krieger Dr.-Ing. Christian Mauer Folie 1

2 Gliederung Einleitung Grundlagenermittlung, Bestandsaufnahme Praktische Beispiele Kläranlage Weilerbach, Rheinland Pfalz Kläranlage Emschermündung, Nordrhein - Westfalen Kläranlage Eystrup, Niedersachsen Kläranlage Linz Unkel, Rheinland Pfalz Zusammenfassung Folie 2

3 Einleitung TOP Thema fachlicher und gesellschaftlicher Diskussion Klimawandel Global-warming potential (GWP) Atomkraft fossile Energieträger größte Einzelverbraucher der Kommunen DWA Bundestagung 2012 Magdeburg Folie 3

4 Einleitung - Entwicklung der Strompreise Folie 4

5 Typische Verbrauchswerte einer Belebungsanlage mit simultaner Stabilisierung maßgebende Verbraucher Quelle: Senkung des Stromverbrauchs auf Kläranlagen, DWA, 2008 Folie 5

6 Grundlagenermittlung, Bestandsanalyse Betriebserfahrungen des Betriebes bzw. Dokumentation über viele Jahre (Betreiber- Philosophie) Energie Sind geeignete Stromzähler vorhanden? Dokumentation des Strombedarfes (PLT) Wie gross ist der Stromverbrauch der Belebung im Ist-Zustand? Effizienzprüfung der Belüftung erforderlich Energiebilanz Folie 6

7 Beispiel energieautarke Gruppenkläranlage Weilerbach Folie 7

8 Beispiel energieautarke Gruppenkläranlage Weilerbach Folie 8

9 Beispiel energieautarke Gruppenkläranlage Weilerbach Maßnahmen Abwasserbehandlung Neubau Vorklärbecken Grobentschlammung, Gewinnung von Primärschlamm Elimination von 25% des BSB 5 im Zulauf Entlastung Belebungsbecken Optimierung Belebungsverfahren Optimierung Steuerung der intermittierenden Belüftung Anpassung Schlammalter Effizienzsteigerung vorhandener Antriebe (Motoren Klasse IE3) Einsparung von rd kwh/a Folie 9

10 Beispiel energieautarke Gruppenkläranlage Weilerbach Zweistufige Hochlastfaulung nach Fraunhofer IGB Quelle: Fraunhofer IGB, Broschüre Energieeffiziente Kläranlagen Hochlastfaulung für Klärschlamm Folie 10

11 Beispiel energieautarke Gruppenkläranlage Weilerbach Kennwerte IST-Zustand Konzeption Mittlere Anschlussgröße EW EW Stromverbrauch, gesamt kwh/a kwh/a Spez. Stromverbrauch 20 kwh/(ew a) 17,6 kwh/(ew a) Stromerzeugung 0 kwh/a kwh/a Flüssiggasbedarf l/a 0 l/a Klärschlammmenge t/a 840 t/a Kalkzugabe Entwässerung 157 t/a 105 t/a Fe³Cl-Zugabe Entwässerung 87 t/a 58 t/a Folie 11

12 Beispiel energieautarke Gruppenkläranlage Weilerbach Kostenzusammenstellung (Nettokosten) Kostenart IST-Zustand Energieautark Investitionskosten Baulicher Teil Technische Ausrüstung Forschungs- und Ingenieurleistungen Summe Investitionskosten Betriebskosten Energiekosten (Strom, Gas) /a 0 Sonst. Betriebs-, Wartungskosten /a /a Summe Betriebskosten /a /a Folie 12

13 Beispiel energieautarke Gruppenkläranlage Weilerbach ,00 KA Weilerbach Wirtschaftlichkeitsvergleich Aerobe / Anaerobe Stabilisierung mit HLF (ohne Förderung) , ,00 Jahresdifferenzkoste en , ,00 V1:Faulung V2: IST-Zustand ,00-1. Jahr 2. Jahr 3. Jahr 4. Jahr 5. Jahr 6. Jahr 7. Jahr 8. Jahr 9. Jahr 10. Jahr 11. Jahr 12. Jahr 13. Jahr 14. Jahr 15. Jahr 16. Jahr 17. Jahr 18. Jahr 19. Jahr 20. Jahr 21. Jahr 22. Jahr 23. Jahr 24. Jahr 25. Jahr 26. Jahr 27. Jahr 28. Jahr 29. Jahr 30. Jahr Folie 13

14 Beispiel energieautarke Gruppenkläranlage Weilerbach Fazit Umstellung von aerober Stabilisierung auf Hochlastfaulung verringert den Energiebedarf erhöht die Energieproduktion bis in zur Energieautonomie verringert den Schlammanfall verringert die Treibhausgasemissionen Innovative anaerobe Schlammbehandlung durch Hochlastfaulung ist bereits für EW wirtschaftlich Öffentliche Förderung und KWK-Förderung verbessert die Wirtschaftlichkeit weiter Folie 14

15 Beispiel energieautarke Gruppenkläranlage Weilerbach Anschlussgröße EW Neubau Vorklärbecken Neubau Hochlastfaulbehälter mit Nachvergärung BHKW Energiemanagement Folie 15

16 Beispiel Kläranlage Eystrup, Niedersachsen Ausbaugröße EW Anschluss Fa. Göbber Nahrungsmittelindustrie mit 700 EWN und EWCSB Wirtschaftlichkeitsbetrachtung aerob / anaerob? Folie 16

17 Beispiel Kläranlage Eystrup, Niedersachsen Überprüfung der Auslastung der Kläranlage (Messreihe) Lösungsmöglichkeiten Variante 1: Aerobe Stabilisierung Variante 2: Anaerobe Stabilisierung Variante 3: wie 2 nur mit Anaerobreaktor für Fa. Göbber (C-Abbau) 2500 Zulaufmenge [m³/d] Folie 17

18 Beispiel Kläranlage Eystrup, Niedersachsen Lageplankonzept Variante 1 Aerobe Stabilisierung Schlammentwässerung NK Folie 18

19 Beispiel Kläranlage Eystrup, Niedersachsen Lageplankonzept Variante 2 Anaerobe Stabilisierung Schlammentwässerung NK Lager SP SP Schlamm SP Filtrat GAS GAS Folie 19

20 Beispiel Kläranlage Eystrup, Niedersachsen Lageplankonzept Variante 3 wie 2 nur mit Anaerobreaktor Schlammentwässerung NK Lager SP SP Schlamm SP Filtrat GAS GAS Folie 20

21 Beispiel Kläranlage Eystrup, Niedersachsen Fa. Göbber Variante 3 Erweiterungsfläche ca m² M + A AR VB Zur KA PW BHKW VE Konzentrat Folie 21

22 Beispiel Kläranlage Eystrup, Niedersachsen /a Jahreskostenvergleich Abwasser- und Schlammbehandlung KA + Fa. Göbber Jahreskostenvergleich /a konservat. Einspar. therm. und elektr., KA + Fa. Göbber VAR 1 VAR 2 VAR VAR 1 VAR 2 VAR Kapitald. Wart./Unterh. Betr.Ko JaKo 0 el-kwh Einspar. Erdgas CO2 Summen Erlöse / Einsparungen in /a VAR 1 VAR 2 VAR 3 el-kwh Einspar Erdgas CO /a Gesamtkosten und konservat. Einspar., KA + Fa. Göbber Jahreskostenvergleich VAR 1 VAR 2 VAR 3 Summen Gesamtkosten Folie 22

23 Beispiel Kläranlage Eystrup, Niedersachsen Fazit Variante 3 ist am wirtschaftlichsten Vorteile bei den Jahreskosten für die Schlammfaulung / Anaerobreaktor Detaillierter Vergleich nicht monetäre Aspekte und Bewertung der Betriebssicherheit von Schlammfaulungsanlagen CO 2 Bilanz Ergebnisse der Sensitivitätsanalyse gemeinsam diskutieren? Folie 23

24 Beispiel Kläranlage Linz-Unkel Kompaktfaulung Ist-Belastung ca EW Neubau Faulung als 2-stufige Kompaktlösung, quadratischer Grundriss Integration VKB in vorh. BB Quelle: D. Stirba, K. Siekmann 2012 Folie 24

25 Beispiel Kläranlage Linz-Unkel Bautechnisch einfach und günstig Erste Betriebserfahrungen positiv Entleerung, Zentralrührwerk, Durchmischung Folie 25

26 Wirtschaftlichkeitsuntersuchung Linz-Unkel a) Investitionskosten (lt. Ausschreibungsergebnis): - Bau : ,00 - Ausrüstung : ,00 - EMSR-Technik : ,00 - Gasturbine : ,00 Summe : ,00 Anmerkung: Die Kosten verstehen sich incl. MwSt. und Baunebenkosten und beinhalten die Umrüstung eines best. Beckens zu einem Vorklärbecken, den Bau eines Primärschlammpumpwerks sowie die Verstromung des anfallenden Faulgases über eine Mikrogasturbine. b) Kapitalkosten Baulicher Teil : ,00 x 0,04326 : ,00 /a Ausrüstung : ,00 x 0,06722 : ,00 /a 0,04326 = Kapitalwiedergewinnungsfaktor (i = 3%, n = 40 a) 0,06722 = Kapitalwiedergewinnungsfaktor (i = 3%, n = 20 a) Summe : ,00 /a c) Betriebskosteneinsparung Minderkosten - durch Eigenstromerzeugung (incl. KWK-Bonus) : ,00 /a - durch Stromeinsparung : ,00 /a - durch Einsparung von Konditionierungsmitteln : ,00 /a bei der Schlammentwässerung (Kalk u. Eisen) - bei der Klärschlammentsorgung : ,00 /a - Wegfall Fremdgasbezug : 4.800,00 /a Mehrkosten - für Wartung und Instandhaltung (incl. Turbine) : ,00 /a - für Personal : ,00 /a - für FHM zur maschinellen Schlammeindickung : ,00 /a Summe : ,00 /a Eigenstromerzeugung: 600 m³/d x 6,5 kwh/m³ = kwh/d kwh/d x 0,28 x 0,91 = 990 kwhel/d 990 kwh/d x 365 d/a x 0,14 /kwh = ,00 /a 990 kwh/d x 365 d/a x 0,0511 /kwh = ,00 /a Stromeinsparung: kwh/a Minderberbrauch Biologie kwh/a Mehrverbrauch Faulung kwh/a x 0,14 /kwh = ,00 Wartung + Instandhaltung als Prozentansätze der IK (Brutto, jedoch ohn Baunebenkosten - (Bau: 0,5 %/a; Ausrüstung: 1 %a; Turbine ca. 1,5 ct/kwh) Folie 26

27 Beispiel Kläranlage Linz-Unkel Folie 27

28 Alternative Konzepte Faulung KomBio-Reaktor Edelstahlfaulbehälter mit integriertem Gaspufferspeicher Beschickungssystem mit Rührtechnik abgestimmt Stabile Rührtechnik Grundablass Schwimmschlammabzug Faulschlammabzug aus Behältermitte Schauglas und Sprühdose Energetisch günstiges Wandheizungssystem Wärmegedämmte hinterlüftete Fassade Hydraulische und mechanische Über- und Unterdrucksicherung Gasinhaltsanzeige Referenzen u.a. KA St. Michael im Lungau KA Pflegelberg in Wangen ( EW) KA Bächingen an der Brenz ( EW) Folie 28

29 Zusammenfassung Fazit Neubewertung sinnvoll Vorteile bei den Jahreskosten möglich Einsatzgrenzen verschieben sich deutlich Überarbeitung des Merkblattes DWA AG AK erscheint Ende 2012 Bisheriger Einsatzbereich Zukünftiger Einsatzbereich Folie 29

30 Vielen Dank für die Aufmerksamkeit! Folie 30 Hydro-Ingenieure Planungsgesellschaft für Siedlungswasserwirtschaft mbh Stockkampstraße Düsseldorf