Dienstleistungen für r Mensch und Umwelt

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1 ro Dienstleistungen für r Mensch und Umwelt

2 Einleitung Ingenieurbüro Energieeffizienzbetrachtung auf kommunalen Kläranlagen Jürgen Kieninger Ing.-Büro A. Eppler, Dornstetten 2. EPPLER WASSERTAG 21. März M 2012 Dornstetten 28. März M 2012 Rastatt

3 Einleitung Ingenieurbüro Quelle:

4 INHALT Ingenieurbüro Energiebetrachtung /Stromverbrauch von Kläranlagen Verteilung auf Größ ößenklassen Spezifischer Stromverbrauch / Jahresstromverbrauch Energieverbrauch Anlagen / Verfahrensbereiche Projektbeispiele zur Prozessoptimierung (P-Fällung;DN/N) Projektbeispiele Prozessoptimierung für f r chemische P-FällungP Prozessoptimierung für f r Denitrifikation/ Nitrifikation Lösungsansätze für f r Optimierungsmaßnahmen nahmen Hauptansatzpunkte für f r Energieoptimierungsmaßnahmen nahmen Mögliche Vorgehensweise für f r eine Optimierungsstrategie Fazit

5 Verteilung auf Größenklassen Ingenieurbüro

6 Anzahl der Kläranlagen in BaWü Ingenieurbüro ff

7 Spezifischer Stromverbrauch Ingenieurbüro Spezifischer Stromverbrauch nach Größenklassen

8 Landesergebnisse BaWü Ingenieurbüro Spezifischer Jahresstromverbrauch Kwh/(EW*a) 34

9 Energieverbrauch Anlagenbereiche Ingenieurbüro Energieverbrauch (Strom) von Anlagenteilbereichen Schlammbehandlung Biologie ca. 65% Entwässerung ÜSS-Entwässerung Ca. 5% Zulaufpumpwerk Mechanik ca. 9% Allgemeine Verbraucher ca. 5%

10 Ansatzpunkte zur Energieoptimierung Ingenieurbüro Festlegung relevanter Bereiche (Bestand + Verfahrenstechnik) Ansatzpunkte zur Energieoptimierung Stromverbrauch Faulgas Wärmebedarf

11 Hauptansatzpunkte Ingenieurbüro Hauptansatzpunkte für Optimierungsmaßnahmen. Biologie: - Auswahl, Beaufschlagung und Anordnung der Belüfter-Elemente - Art der Belüftungsregelung (Gleitdruck;Konstantdruck;NH4-Regelung) Rührwerke: Pumpen: - Auswahl von Langsamläufern mit bedarfsgerechter Leistung. - Intervallbetrieb. - Effiziente Laufräder, regelmäßige Wartung - Verminderung von Kreislaufführung; Druckverlusten, - optimale Pumpenauswahl anhand der Kennlinie

12 Hauptansatzpunkte Ingenieurbüro Hauptansatzpunkte für Optimierungsmaßnahmen. Faulgaserzeugung: - Gute Durchmischung und gleichmäßige Beschickung - Vor- Eindickung von Überschuss-Schlamm (Flockungsmittel) Faulgaserverwertung sonstiges: - Wahl von hocheffizienten Motoren und vollständige Verstromung des Faulgases. - Vollständige Nutzung der Wärme, zukünftig zusätzlich Umwandlung in Strom mit ORC-Anlagen.. - Getrennte Zwischenspeicherung und / oder Behandlung von Prozesswasser (Konzentraten, Fäkalien) zum Bsp. in stillgelegten Becken - Anpassung Schlammalter,

13 Praxisbeispiele Chemische Phosphatelimination Nitrifikation / Denitrifikation

14 Phosphor - Ganglinie einer KA mit EW Ingenieurbüro 1,4 1,2 PO 4 -P in mg/l 1 0,8 0,6 Ablaufgrenzwert P ges 1 mg/l 0,4 0, Sep 02. Okt 04. Okt 06. Okt 08. Okt 10. Okt 12. Okt 14. Okt Datum

15 Kommunale Kläranlage ( EW) Ingenieurbüro Beispiel: Kommunale Kläranlage ( EW) Ausbaugröße: EW P ges Grenzwert: 2 mg/l Dosierstelle: Zulauf Belebung Fällmittel: FeCl 3 Ø Dosierrate: 6,5 l/h basierend auf täglicher Labormessung Besonderheiten: Überschreitungen durch saisonale Belastung Fruchtsaftproduktion Ziel : Einhaltung Ablaufwerte P ges

16 Regelung der PO 4 -P Konzentration, schnelle Reaktion auf Belastungsspitzen Pdos [l/h] & Q [(m³/h)/100] Pdos Qin/100 PO4-P 2 1,8 1,6 1,4 1,2 1 0,8 0,6 0,4 0,2 0 PO4-P [mg/l]

17 Ergebnis Sichere Einhaltung des Sollwerts Fällmittelverbrauch 60% reduziert (ca /Jahr) Einfache Installation 6.5 l/h 2.6 l/h Vorher Mit Online-Messtechnik und SPS-Steuerung

18 Kläranlage ( EW) Ingenieurbüro Beispiel: Kommunale Kläranlage ( EW) Ausbaugröße: EW Aktuelle Belastung: EW P ges Grenzwert: 1,0 mg/l P ges Erklärt: 0,7 mg/l Dosierstellen: Zulauf und Ablauf Belebung Fällmittel: FeCl 3 Ø Dosierrate: ca. 50l/h mit SPS-Steuerung (zuflussproportional mit PO 4 -P Korrekturgröße) Ziele: Einhaltung Ablaufwerte P ges Einsparung Fällmittel

19 Regelung der PO 4 -P Konzentration Grenzwert P 1,0mg/l. Erklärter Wert P 0,7mg/l Ingenieurbüro l/h g n ru sie o ; D1.000 /h 3 f m 800 u la Z u ,0 4,5 4,0 3,5 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 /l g m -P 4 O P 0 0, Zulauf [m3/h] Dosierung Ablauf [I/h] Dosierung Belebung [I/h] PO4-P Belebung [mg/l] PO4-P Ablauf [mg/l]

20 Ergebnis Sichere Einhaltung des Sollwerts Fällmittelverbrauch um 50% reduziert (ca /Jahr) Einfache Installation 50 l/h 50% reduziert 25 l/h Vorher Mit Messtechnik + SPS-Steuerungstechnik

21 Standardisierte Messtechnik und Automatisierungstechnik für die P-Elimination Fernzugriff SPS Leitsystem SC1000 Feldbus Vor Ort Bedienung PHOSPHAT On-line Analysator Durchflussmessung

22 Beispiele für Nitrifikation / Denitrifikation Chemische Phosphatelimination Nitrifikation / Denitrifikation

23 Beispiel: Industriekläranlage ( EW) Kläranlage: Industriekläranlage (Lederherstellung) Ausbaugröße: ca EW Ausgangslage: Kontinuierliche Belüftung geringe NH 4 -N- Werte (5mg/l) hohe NO 3 -N- Werte (300mg/l) Besonderheit: Hohe NO 3 -N- Zulaufkonzentrationen Ziel: Einhaltung N ges (250mg/l)

24 Rasche Verringerung der N ges -Konzentration NH4-N, O2 10,0 Nitrat 9,0 8,0 Industrielle Kläranlage Industrielle Kläranlage WTOS N/DN-RTC NO3-N ,0 6,0 5,0 4,0 3,0 2,0 1,0 Ammonium , Belüftung [ AN/AUS] AMMONIUM [mg/l] O2 [mg/l] NITRAT [mg/l] 0

25 Resultat Einfache Installation Sichere Einhaltung der Grenzwerte N ges um ca. 250 mg/l (90%) reduziert Energieersparnis Belüftung ca. 25% ( /Jahr) N ges 90% reduziert 25% EUR Belüftungsenergie Belüftungsenergie Vorher Mit Messtechnik + SPS Vorher Mit optimierter Gebläse- Regelung

26 Beispiel: Kommunale Kläranlage ( EW) Kläranlage: Kommunale Ausbaugröße: ca EW Ausgangslage: Kontinuierliche Belüftung O 2 -Regelung Besonderheit: Prozesswasserspitzen Ziele: N ges reduzieren NH 4 -N Spitzen abfangen Energie sparen Zielwert: N ges = 8mg/l im Ablauf

27 2-straßige Anlage, intermittierend belüftet über N/DN (SPS) Energieersparnis: >10% (ca /Jahr) kwh pro Einwohner und Jahr (Gesamtanlage) mg/l Neue Technik Einsatz ab 02/2011 N ges 2011 NO 3 -N 2009 NO 3 -N 2011

28 Beispiel: Kommunale Kläranlage (5.000 EW) Kläranlage: Kommunale Ausbaugröße ca EW Aufbau: 2 Belebungsbecken Besonderheit: Ausgeprägte Belastungsspitzen bei Regenwetter Strategie BB1: Zeitsteuerung der Belüftung Strategie BB2: NH 4 -N- und NO 3 -N- Regelung der Belüftung Auswertung: ca. 1 Monat Vergleichsdaten Zeitsteuerung gegenüber belastungsabhängiger N-Regelung

29 Ergebnisse im Vergleich Becken 1 O2 [mg/l] Zeitsteuerung O2 [mg/l] Zeitsteuerung NO3-N [mg/l] Zeitsteuerung Zeitsteuerung Feste Belüftungsintervalle Hohe O 2 -Konzentrationen und keine Denitrifikation während geringer Belastung Hohe NO 3 -N bzw. N ges -Konzentration : : : : :00 NH 4 -N / NO 3 -N Regelung Variable u. geringere Belüftungsdauer Becken 2 O2 [mg/l] Regelung NH4-N [mg/l] Regelung NO3-N [mg/l] Regelung Denitrifikation während geringer Belastung Geringe NO 3 -N und N ges Konzentr : : : : :00

30 Ergebnisse im Vergleich Vergleich N ges -Ablaufwerte Niveau um 48% geringer Geringere Varianz bei NH 4 -N/NO 3 -N-Regelung Vergleich O 2 -Werte Geringerer O 2 -Mittelwert Geringere Varianz Energieverbrauch 10% geringer bei der NH 4 -N /NO 3 -N-Regelung

31 Beispiel: Kommunale Kläranlage (1.500 EW) Ausbaugröße: EW Zulauf: 704 m 3 /Tag N ges Zulauf: ca. 23,1 mg/l N ges Ablauf: ca. 2,8 mg/l Ziel : Einhaltung 12,0 10,0 8,0 WTOS N/DN-RTC Inbetriebnahme am Ablaufwerte N ges [mg/l] 6,0 4,0 NH4-N NO3-N N ges 75% reduziert 2,0 0, N ges Vorher nachher

32 Standardisierte Messtechnik und Automatisierungstechnik für die P-Elimination SPS Leitsystem Fernzugriff Feldbus SPS On-line Analysator Durchflussmessung On-line Gebläse Sonden

33 Mögliche Vorgehensweise für eine Optimierungsstrategie Ingenieurbüro Energieoptimierung ist kein technisches Problem: Betriebspersonal und Entscheidungsträger ger haben eine Schlüsselrolle! Detaillierte Ermittlung der Energieverbräuche auf der Anlage Erfahrung und Interessen des Betriebspersonals immer berücksichtigen Mitbetrachtung der Peripherie der Kläranlage (Industrie und Gewerbe, Fremdwasser, Klärschlammverwertung, gegebenenfalls Kooperation mit anderen Kläranlagen.(Energieeffizienz überschreitet den Zaun der Kläranlage) Erstellung Grob- und Feinanalyse mit Zeitplan und Prioritätenliste. tenliste.

34 Fazit Ingenieurbüro Wirtschaftlichkeitsbetrachtung: Oftmals decken die notwendigen Instandsetzungskosten einen Großteil der Anschaffungskosten Investitionskosten für f r neue Anlagen sind im Vergleich zu den laufenden Energiekosten meist sehr gering Durch den Einsatz von neuen und effizienten Technologien sind erhebliche Einsparungspotenziale möglich (Amortisationen bis < 2 Jahre)

35 Vielen Dank für r Ihre Aufmerksamkeit

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