Energieeinsparung durch Verfahrensumstellung der biologischen Reinigungsstufe. Am Beispiel der Kläranlage Kaiserslautern

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1 Energieeinsparung durch Verfahrensumstellung der biologischen Reinigungsstufe Am Beispiel der Kläranlage Kaiserslautern

2 Inhalt 1. Umbau: Kurzbeschreibung KA Kaiserslautern 2. Ausgangssituation,Veranlassung 3. Gewähltes Verfahren, Systemkurzbeschreibung 4. Betriebsergebnisse und Erfahrungen nach dem Umbau 5. Fazit und Ausblick

3 1. Umbau: Kurzbeschreibung KA Kaiserslautern Lageplan Mechanische Reinigung Gas-/Energiegewinnung Zentrale Leitwarte Schlammbehandlung Biologische Reinigung Belebungsbecken Nachklärung/Schönungsteiche Bild aus Worddokument kann nicht verwendet werden!

4 1. Umbau: Kurzbeschreibung KA Kaiserslautern Relevante Anlagendaten: Ausbaugröße: EW Auslastung: 90 % Belebungsbecken: Kaskadenbecken mit vorgeschalteter Denitrifikation mit einem Gesamtvolumen von 22500m³. Verteilt auf 3 Becken mit jeweils 2 Straßen (Bio1: 8200m³, Bio2: 4700m³ Bio3: 9600m³) und 42 Rührwerken Prozesslufterzeugung vor dem Umbau: 6 Turboverdichter: - 3 St. mit Nm³/h (Bio1+2, Einblastiefe 4m) - 3 St. mit 5000 Nm³/h (Bio3, Einblastiefe 6m)

5 1. Umbau: Kurzbeschreibung KA Kaiserslautern Relevante Anlagendaten: Eigenerzeugungsrate bezogen auf elektrische Energie vor Umbau: 45% TS Biologie : ca. 3,5 g/l Sauerstoffeintrag über Konstantdruckregelung mit vorgegebenem Sauerstoffsollwert (1,5 2,0 mg/l) als Führungsgröße Einzuhaltende Ablaufwerte laut Genehmigungsbescheid: CSB:45 mg/l, NH 4 -N: 5 mg/l, N Ges :13 mg/l, P Ges :1 mg/l Energieverbrauch Gesamtanlage vor Umbau 7,8 Mio kwh pro Jahr, 41,3 kwh/ew

6 1. Umbau: Kurzbeschreibung KA Kaiserslautern Anteiliger Stromverbauch Biologie bezogen auf Zulaufwassermenge (September 2007, Wh/m³) 167,2 43,5% interne Zähler ohne Biologie 158,7 41,3% 225,3 58,7% 7,5 2,0% 13,4 3,5% 14,8 3,9% Prozessluft Belebungsbecken 1 Belebungsbecken 2 Belebungsbecken 3 Rücklaufschlammpumpen 22,4 5,8%

7 Belebungsbecken 2 1. Umbau: Kurzbeschreibung KA Kaiserslautern

8 2. Ausgangssituation, Veranlassung Die vorhandenen EPDM Belüftermembranen standen altersbedingt zum Austausch an. Zur Sauerstoffregelung sollte eine Gleitdruckregelung installiert werden Energieeinsparung bei der Prozesslufterzeugung Verbesserung und Stabilisierung der Ablaufwerte

9 3. Gewähltes Verfahren, Systemkurzbeschreibung Varianten: Austausch der vorhandenen Membranbelüfter 1:1. Zusätzlich Installation einer Gleitdruckregelung für den Sauerstoffeintrag. Austausch der vorhandenen Membranbelüfter gegen Silikonmembranen. Zusätzlich Installation einer Gleitdruckregelung für den Sauerstoffeintrag. Belüfterwechsel von EPDM Teller- und Rohrbelüftern auf Plattenbelüfter aus TPU (Thermoplastisches Polyurethan) der Fa. Messner Umwelttechnik Vollständiger Umbau der biologischen Reinigungsstufe von vorgeschalteter Kaskadendenitrifikation mit Rührwerken zum Rohrströmungsreaktor mit intermittierender Stickstoffelimination ohne Rührwerke und Rezirkulation. Dazu flächige Belegung mit TPU-Plattenbelüftern, Gleitdruckregelung und abgestimmte Steuerungs- und Regelungstechnik nach dem System der Fa. Messner Umwelttechnik

10 3. Gewähltes Verfahren, Systemkurzbeschreibung Gewählte Variante: Vollständiger Umbau der biologischen Reinigungsstufe zum Rohrströmungsreaktor. Begründung: Nach umfassenden Auswertungen der Betriebsdaten und Überrechnungen der Auslegungsgrößen der Kläranlage mit speziellen Programmen konnte der Stadtentwässerung Kaiserslautern durch die Fa. Messner als nachfolgend dargestellte Werte garantiert werden: Energieeinsparung für die Prozesslufterzeugung: mindestens 20% Ablaufwerte für den Parameter N Ges : <10 mg/l Lebensdauer der Belüfter : mindestens 15 Jahre (bei Betrieb nach Betriebsanweisung)

11 Belebungsbecken 2 3. Gewähltes Verfahren, Systemkurzbeschreibung

12 3. Gewähltes Verfahren, Systemkurzbeschreibung

13 3. Gewähltes Verfahren, Systemkurzbeschreibung

14 3. Gewähltes Verfahren, Systemkurzbeschreibung

15 3. Gewähltes Verfahren, Systemkurzbeschreibung

16 3. Gewähltes Verfahren, Systemkurzbeschreibung

17 Energieverbrauch Betriebsergebnisse und Erfahrungen nach dem Umbau Stromverbrauch Prozessluft und Biologie (Jan.) Prozeesluft 2008 kwh Bio mit RW 2008 Prozessluft 2009 Bio mit RW 2009 Prozessluft Bio mit RW 2010 Prozessluft Bio mit RW

18 4. Betriebsergebnisse und Erfahrungen nach dem Umbau Energieverbrauch Energieeinsparung für den Bereich Prozesslufterzeugung ca. 40% durch Einsatz der Messner-Plattenbelüfter mit Rohrströmungstechnologie Energieeinsparung für den Bereich Biologie Allgemein, durch ausgebaute Rührwerke ca. 58% nochmalige Energieeinsparung im Bereich Prozesslufterzeugung von ca. 13% durch Inbetriebnahme von 2 Aerzener DELTA HYBRID Aggregate Ingesamt ca. 51% Einsparung für den Bereich Biologische Abwasserreinigung Steigerung der Stromeigenerzeugungsrate der Kläranlage von 45% auf ~72 %

19 4. Betriebsergebnisse und Erfahrungen nach dem Umbau Auslaufwerte Heraberklärung des Wertes für den Parameter N Ges von 13 mg/l auf 10,4 mg/l Verrechenbarkeit der Maßnahme gegen die Abwasserabgabe Insgesamt Verbesserung der Ablaufqualität!

20 4. Betriebsergebnisse und Erfahrungen nach dem Umbau Allgemein Geringerer Wartungsaufwand durch Wegfall von 42 Rührwerken Verbesserung der Flockenstruktur des Belebtschlammes, somit Verringerung des Schlammindex Annähernd keine Schwimmschlammbildung durch Eindämmung von Microthrix (Reduzierung von Reinigungskosten, Pumpkosten Schwimmschlamm etc.) Durch geringere Fädigkeit des Überschussschlammes ist eine bessere Entgasung des Faulschlammes im Faulbehälter möglich Dadurch höhere Stabilisierungsgrade und Verbesserung der Entwässerbarkeit

21 4. Betriebsergebnisse und Erfahrungen nach dem Umbau Negativerfahrungen bis dato keine

22 5. Fazit und Ausblick Durch die neue Betriebsweise wurden die vom Betreiber gestellten Anforderungen vollständig erfüllt Es werden Einsparungen in den Bereichen Energieverbrauch sowie Betrieb und Wartung erzielt, die weit über den vom Systemlieferanten garantierten Werten liegen Die geforderten Ablaufwerte für den Parameter N Ges von < 10 mg/ l werden ganzjährig sicher eingehalten Durch das übersichtliche und offene Steuerungs- und Regelungskonzept sind seitens des Anlagenbetreibers jederzeit weitere Optimierungen und Feinjustierungen möglich Bereits nach kurzer Betriebszeit war zu erkennen, dass weiteres Optimierungspotenzial durch Anpassung der Belüftungsaggregate besteht. Auf Grund der Tatsache, dass die Turboverdichter selbst in der kleinsten Betriebsstufe noch zu viel Luft eintragen, wurden 2 vorhandene Turboverdichter gegen angepasste DELTA HYBRID Maschinen der Fa. Aerzen ausgetauscht.