BMUB-Umweltinnovationsprogramm Plus- Energie-Kläranlage mit Phosphorrückgewinnung

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1 BMUB-Umweltinnovationsprogramm Plus- Energie-Kläranlage mit Phosphorrückgewinnung Projektpartner:

2 Gliederung Daten zur Kläranlage Lingen Förderprojekt Ergebnisse, Praxiserfahrungen: - Thermische Hydrolyse mit dem Lysotherm-Verfahren - Hydrolyse mit getrennter Faulung (Lysogest-Verf.) - Lysogest-Verfahren und Phosphorrückgewinnung - Entwässerungsvergleich Zentrifuge Bucherpresse Zusammenfassung

3 Daten zur KA Lingen (Stand: 2011) 1-stufige Belebungsanlage mit vorgeschalteter Denitrifikation und biologischer Phosphorelimination. Ausbaugröße der Kläranlage: Einwohnerwerte (EW) Mittlere CSB-Auslastung der Kläranlage: EW davon angeschlossene Einwohner: EW (46%) Industriebetriebe und sonstige Firmen: EW (31%) Acrylfasernherst. (chemische Industrie): EW (23%) Hersteller von Polyacrylfasern liefert schwer abbaubares Wasser (50%), Höhere Überwachungswerte: CSB: 200 mg/l N anorg. : 16 mg N/l P: 1,0 mg/l

4 Daten zur KA Lingen (Stand: 2011) Rohschlammfracht : Klärschlammfracht : Abbau organischer Stoffe: 2900 t TR/a, 78% O-TR 1930 t TR/a, 67% O-TR 43% (ohne Cofermente) Volumen 2 * 2050 m³ Aufenthaltszeit 20 Tage Temperatur 38 C Beschickung PS aus Vorklärung (50%) ÜS vom Siebband (50%) Reststoffspeicher für Co-Substrate

5 Daten zur KA Lingen (Stand: 2011) TR im entwässerten Schlamm: 26% TR Polymerverbrauch Entwässerung: 19 kg WS/t TR Verbrauch Eisenlösung (42%ig) Entwässerung: 230 kg/ t TR

6 Förderprojekt Plus-Energie-Kläranlage mit Phosphor-Rückgewinnung Am Beispiel der Kläranlage der Stadtentwässerung Lingen soll im technischen Maßstab gezeigt werden, dass Kläranlagen in Plus-Energie-Kläranlagen umgewandelt werden können, (Strom- und Wärmeüberschüsse) wobei gleichzeitig eine Rückgewinnung von pflanzenverfügbarem Phosphor in Höhe von 30 Massen-% des Zulaufs realisiert und der Klärschlammanfall und der Chemikalienverbrauch auf der Kläranlage Lingen reduziert wird

7 Förderprojekt Plus-Energie-Kläranlage mit Phosphor-Rückgewinnung Trotz zusätzlicher Anlagentechnik und des zusätzlichen Energieverbrauchs (Strom und Wärme) für die zu installierenden Anlagen wird immer noch eine Strom- und Wärmeabgabe an externe Verbraucher möglich sein. Das Vorhabensziel soll über eine Verfahrensumstellung der bestehenden Schlammbehandlung und einer Optimierung der Abwasserbehandlung erreicht werden Projektkosten:

8 KA Lingen: Vergleich Ist-Zustand - Förderkriterien - Zielzustand Parameter Einheit Ist-Zustand Zielzustand Förderrichtlinien Stromverbrauch KA Stromverbrauch Belüftung kwh/ew*a 23,1 21,3 ** 18 kwh/ew*a 13,0 11,8 10 Faulgasproduktion L/EW*d 22,9 (16,4*) Grad der Faulgasnutzung El. Wirkungsgrad BHKW Eigenversorgung Wärme Eigenversorgung Strom % % 30, % % 70 (48*) P-Rückgewinnung % * ohne Co-Substrate, abgeschätzter Faulgasanteil aus Co-Substraten wurde herausgerechnet ** geschätzter Wert incl. weitere Energiesparmaßnahmen (klimagerechte Abwasserbehandlung eigene Mittel)

9 Projektplanung (Auszüge) 1) Intensivierung der Faulung durch thermische Überschuss- Schlamm-Hydrolyse Installation einer Lysotherm -Anlage 2) Trennung der Schlammarten vor der Faulung LysoGest -Verfahren 3) Installation von 2 BHKW`s mit Thermalöl-Abgaswärmetauschern 4) Rückgewinnung von Phosphat durch Fällung als MAP Elo-Phos-Verfahren 5) Energetische Optimierung der Abwasser- und der Schlammbehandlung

10 Bisher in Betrieb genommene Verfahren 1) Lysotherm -Anlage März 2012 Durchsatz Überschussschlamm (5-6%TR): 2,5-3,5 m³/h Hydrolysetemperatur: C Aufenthaltszeit: 60 min.

11 Lysotherm -Prinzipschema Aufheizung des Thermalöls über Abgaswärmetauscher der BHKW`s

12 Phase 1 Einbindung Lysothermanlage Entwässerung Bucher-Presse Überschussschlamm Primärschlamm konventionelle Faulung CH 4 BHKW FB 1 Co-Substrat Eindickung Thermische Hydrolyse ( C, 30 min) Lysotherm FB 2 CH 4 konventionelle Faulung Rücklauf zur Biologie

13 Lysothermanlage Probleme, Optimierungen Abschaltung der Anlage aufgrund zu hoher Drücke Anpassung der Überschuss-Schlammeindickung, Anpassung Hydrolysat-Rückführung Steigerung des Hydrolysegrades Anpassung/Optimierung der Parameter Temperatur und Druck Anstieg des Polymerverbrauchs in der Entwässerung Anpassung des Polymers, Anpassung der Entwässerung

14 Ergebnisse Betrieb Lysotherm-Anlage - gemeinsame Faulung Zeitraum: März 2012 Sept Erhöhung der Faulgasproduktion 12% (300 m³/d (bez. auf Gasanfall ohne Cofermente) Steigerung o-tr-abbaugrad von 43% auf 48,5% Steigerung Entwässerungsgrad (Schlammentwässerung Bucherpressen) von 26% auf 28% TR Polymerverbrauch von 19 auf 21 kg WS/t TR Verbrauch Eisenlösung bleibt gleich

15 Bisher in Betrieb genommene Verfahren 2) Trennung der Schlammströme LysoGest -Verfahren LysoGest : Getrennte Faulung von Primärschlamm und hydrolysiertem Überschussschlamm Zeitraum: Oktober 2013 bis Januar 2015 Erwartete Auswirkungen Reduzierte Aufenthaltszeit in der ÜSS-Faulung Tage Steigerung der Faulgasproduktion durch bessere Adaption Mehr Platz für die Vergärung von Co-Substraten Verbesserte Phosphat- (und Stickstoff-)Rückgewinnung

16 Phase 2 - Einbindung Lysogest-Verfahren Trennung der Schlammströme Entwässerung Bucher-Presse Primärschlamm Primärschlamm Faulung CH 4 BHKW FB 1 Co-Substrat CH 4 Überschussschlamm Eindickung Thermische Hydrolyse ( C, 30 min) Lysotherm FB 2 Überschussschlamm-Faulung LysoGest Rücklauf zur Biologie

17 Ergebnisse Betrieb Lysotherm-Anlage mit Trennung der Schlammströme Erhöhung der Faulgasproduktion 16% (400 m³/d (bez. auf Gasanfall ohne Cofermente) Steigerung o-tr-abbaugrad von 43 auf 50% Entwässerungsgrad (Schlammentwässerung Bucherpressen) von 26% auf 27% TR Polymerverbrauch von 19 auf 26 kg WS/t TR Erhöhte H 2 S-Werte FT 1, Schaumprobleme FT 2, Schwankungen in der Entwässerung

18 Ergebnisse Betrieb Lysotherm-Anlage mit Trennung der Schlammströme Faulgasanfall im Faulturm 2 mit und ohne Lysothermanlage Gasanfall FT Betrieb Lysothermanl.: bis 18:00 ÜSS-Menge Lysotherm: 45 m³ ÜSS- ohne Lysotherm: 15 m³ Gasanfall: 875 m³ Ausfall Lysothermanlage ÜSS-Menge Lysotherm: 0 m³ ÜSS- ohne Lysotherm: 59 m³ Gasanfall: 560 m³

19 Bisher in Betrieb genommene Verfahren 3) Anlage zur Phosphorrückgewinnung Betrieb der Großanlage: April Aug Phosphorrückgewinnung mittels Fällung und Kristallisation als Magnesium-Ammonium-Phosphat im hydrolysierten und stabilisierten Überschussschlamm. Phosphor-Rückgewinnung aus dem Schlamm Verbesserung der Schlammentwässerung Kristallisationsverhinderung in Rohrleitungen und Aggregaten 4) Entwässerungsvergleich: Zentrifuge und Bucherpresse Betrieb der Zentrifuge: vom

20 Anlage zur P-Rückgewinnung Anlagenbetrieb von April Aug. 14 Nutzvolumen des Reaktors: 18 m³ Durchsatz der Versuchsanlage: 3-4 m³/h ph-wert-einstellung: 7,8-8,3 Dosierung: Magnesiumchloridlösung 20

21 Phase Lysogest mit Einbindung Phosphorrückgewinnung und Zentrifuge Primärschlamm Primärschlamm Faulung FB 1 CH 4 BHKW Entwässerung Zentrifuge Entwässerung Bucher-Presse Co-Substrat Überschussschlamm Eindickung Thermische Hydrolyse ( C, 30 min ) Lysotherm FB 2 CH 4 P-Rückgew. + MgCl 2 Überschussschlamm- Faulung (LysoGest ) MAP-Wäsche

22 Ergebnisse Entwässerungsvergleich Zentrifuge Bucherpresse TR Polyverbr. TR Polyverbr. Mischschl. mit MAP-Fällung, ohne Eisen Mischschl. ohne MAP-Fäll., ohne Eisen Primärschlamm mit Eisen Überschussschl. mit MAP-Fällung, ohne Eisen (TR in %, Polymerverbrauch in kg WS/t TR) (Eingangs-TR-Werte von 2,0 bis 2,5% )

23 Anfallende Schlammmengen (entwässert) 2011 LysoTherm LysoGest LysoGest + MAP-Fällung Mit Lysotherm/Lysogest und MAP-Fällung beträgt die relative Verminderung des spez. Schlammanfalles 30%

24 CSB- und NH 4 -N-Belastung im Filtratwasser aus der Schlammentwässerung 2011 LysoTherm LysoGest LysoGest + MAP-Fällung

25 Daten, Wartung, Service, Störungen Stromverbrauch Lysothermanlage: (inkl. Thermalöl-Abgaswärmetauscher) Wärmeverbrauch Lysothermanlage: 14 kwh/h 110 kwh/h Reinigung: 1*täglich mit Wasser (Automatikbetrieb) 1*monatlich CIP-Reinigung (Automatikb.) Arbeitsaufwand: 1 bis 1,5 h/tag Störungen (Ausfall der Anlage): 8 im Zeitraum März 14 Feb. 15 Verfügbarkeit der Anlage in 2014: 96%

26 Einsparungen beim Betrieb von Lysotherm, EloPhos-Anlage und Zentrifugenentwässerung Erhöhung Eigenstromerzeugung (70 auf >100%): /a Erhöhung Wärmeerzeugung (Fernwärmeverkauf): /a Reduzierung entw. Klärschlammfracht (30%): /a Reduzierung Chemikalienverbrauch: /a Gesamteinsparung: /a Betriebs- und Chemikalienkosten (Hydrolyse, MAP): /a

27 5) Einsparungen: Energetische Optimierung der Abwasser- und Schlammbehandlung (Maßnahmen der KA Lingen, ohne Förderung) Erneuerung der Rührwerkstechnik in der biologischen Stufe Optimierung der Sauerstoffversorgung in der biologischen Stufe (neuer Turboverdichter) Optimierung der Faulschlammumwälzung (kürzere Leitungswege, neue Pumpen Optimierung der Rücklaufschlammförderung (Einbau von Frequenzumformern) kwh/a kwh/a kwh/a kwh/a Gesamt-Stromeinsparung: kwh/a (- 15%)

28 Zusammenfassung Die Lysotherm-Anlage ist seit seit März 2012 in Betrieb. Sie läuft nach anfänglichen Schwierigkeiten inzwischen betriebsstabil und vollautomatisch, bei relativ einfacher Bedienung Durch den Betrieb der Lysotherm-, der Phosphorrückgewinnungs-Anlage und einer Zentrifuge ergeben sich erhebliche Einsparungen in der Schlammbehandlung der Kläranlage Lingen

29 Zusammenfassung Die EloPhos-Anlage zur Phosphorrückgewinnung, eine Zentrifuge und ein Siebband für die Primärschlammeindickung wurden im Zeitraum Januar - Juli 2016 installiert. Die Lysothermanlage wurde so optimiert, dass nun auch höhere TR- Zulaufwerte über 6% TR im Überschussschlamm gefahren werden können. Die Anlagenteile des Förderprojektes wurden im Oktober 2016 in Betrieb genommen. Die Projektziele des Förderprojektes werden mit Ausnahme der P- Rückgewinnungsquote erreicht.

30 Lysotherm- und Faulturmhalle

31 Lysothermanlage

32 Faulturmhalle Cosubstrat- und Magnesiumchlorid-Behälter

33 Faulturmhalle mit P-Rückgewinnung

34 Faulturmhalle mit P-Rückgewinnung

35 Eindickhalle mit Primärschlammeindickung und Faulschlammumwälzung

36 Primärschlammeindickung und Faulturm-Schlammumwälzpumpen

37 Verbindung Faultürme mit Eindick- und Faulturmhalle

38 BMUB-Umweltinnovationsprogramm Plus- Energie-Kläranlage mit Phosphorrückgewinnung Umweltinnovationsprogramm : "Energieeffiziente Abwasseranlagen Förderung und Finanzierung Antragstellung, Realisierung und Auftragsvergabe Auftragnehmerin Anlagenbau und Prozesstechnik Lizenzgeber LysoTherm -Verfahren Lizenzgeberin LysoGest Partner für Trenntechnik und P-Rückgewinnung Herzlichen Dank für Ihr Interesse.