Projekt OXERAM Vorstellung und erste Ergebnisse

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1 Projekt OXERAM Vorstellung und erste Ergebnisse 25. Mai 2011 Ulf Miehe Finanziert durch: 1

2 Überblick OXERAM 2 Ziele: Ermittlung der Leistungsfähigkeit neuer Verfahrenskombinationen für die weitergehende Abwasserreinigung Vergleich verschiedener Verfahren hinsichtlich Kosten, Ressourcenverbrauch und möglicher Ablaufqualität Projekt Titel: Entwicklung von zukunftsfähigen Konzepten in der weitergehenden Abwasserreinigung Dauer 37 Monate Start

3 Hintergrund des Projektes Ziele für Berliner Oberflächengewässer gute Gewässerqualität nach WRRL (Mittelwert P im Gewässer: µg/l) Sicherstellung der Badegewässerqualität in der Havel/Wannsee Begrenzung des Auftretens von Cyanobakterien Herausforderungen: Weitergehende Phosphorentfernung Ablauf: < 50 / 80 / 120 µg P/L? Desinfektion Geringer Flächenbedarf Niedriger Energie-/ Ressourcenverbrauch 3

4 Zielkonflikte im Wassersektor EU Berlin Begrenzung Klimawandel «Energy Package» -40% Energieverbrauch bis 2020 (Ref. 2000) Umsetzung der Wasserrahmenrichtline Badegewässerqualität, guter Gewässerzustand 4

5 Innovative Verfahren für die nachgeschaltete Reinigung Derzeitige Konzepte für die Kläranlage Ruhleben Abwasserfiltration mit Flockung/UV-Desinfektion aber: hoher Flächenverbrauch; Limitierung hinsichtlich der P-Restkonzentration: < 50 µg/l kaum möglich Membranfiltration (TP < 50 µg/l) aber: hoher Energieverbrauch, Begrenzung auf Trockenwetter Konzept OXERAM: Mikrosiebung für P < 80 µg/l Weniger Platzbedarf Laut Literaturdaten geringerer Energieverbrauch Vorozonung vor der Membranfiltration Erhöhung der Filtrationsleistung und Verringerung der Investkosten 5

6 Vorstellung Projekt OXERAM 3 Arbeitsgebiete innerhalb von OXERAM Optimierung der Membranfiltration durch Vorozonung Ziel: Reduktion der notwendigen Membranfläche Minimierung des Foulings Mikrosiebung für die weitergehende Phosphorentfernung Erreichbare Ablaufqualität Prozessstabilität Betriebskosten + Abschätzung Investkosten Nachhaltigkeit verschiedener Technologien Ökobilanzen inkl. Carbon footprint Kostenvergleich CO 2 P 6

7 Verlauf der Pilotversuche Mikrosieb Optimierung Dynamischer Betrieb mit Tagesgängen Optimierung und Referenz Betrieb mit/ohne Ozon Polymermembran Keramikmembran Optimierung und Referenz Betrieb mit/ohne Ozon Ozonanlage Messung von Oxidationsnebenprodukten und foulingrelevanter DOC-Fraktionen 7

8 Kombination Ozonung/Flockung/Membranfiltration Phase 1: Versuche ohne Vorozonung Polymermembran Versuchsanlage von VWS-Krüger-Wabag; Membran: Inge AG (Greifenberg) Keramikmembran Versuchsanlage von VWS-Berkefeld; Membran: 3 C (Halberstadt), Metawater (Marktführer aus Japan) Phase 2: Betrieb mit Vorozonung Ozonanlage v. ITT Water & Wastewater (Herford) ab Juni 8

9 Kombination Ozonung/Flockung/Membranfiltration Ergebnisse ohne Vorozonung (Mittelwerte Dezember - April) Zulauf Polymermembran Inge 1 Ablauf Polymermembran Inge 2 Keramikmembran 3 C Porengröße [µm] ~0,02 ~0,02 0,1 Gesamtphosphor [µg/l] E. Coli [MPN/100 ml] < 15 < 15 < 15 Coliphagen (Viren) [1/100 ml] > 3000 < 1 < 1 3 Polymermembran Inge Multibore Keramikmembran 3 C Metawater 9

10 Einsetzbarkeit von Mikrosieben für die weitergehende Phosphorentfernung Geht das überhaupt? Gothenburg 10

11 Mikrosieb (Maschenweite 10 µm) Inbetriebnahme: Ende September 2010 Hersteller: VWS/Krüger-Wabag/Hydrotech 11

12 Ziele Mikrosiebung Gesamt-P: < 80 µg/l Betriebsoptimierung: Dosierung, Flockungsmittel, HRT Leistungsfähigkeit in unterschiedlichen Betriebsfällen Trockenwetter, Regenwetter, Durchsatzspitzen Spülwassermenge Energiebedarf 12

13 Gesamtphosphor (Flockungsmittel: 4-5 mg/l Fe oder 1,9-2,4 mg/l Al; Flockungshilfsmittel 1,5-2 mg/l) 80% Perzentil Ablauf MS Al 72 µg/l Fe 91 µg/l 13

14 Effekt der Flockungsmittelmenge P << 80 µg/l möglich aber mehr Filterfläche notwendig 14

15 Betriebserfahrung und Spülwassermenge Betriebsstörungen < 8 d Betriebsstillstand während bisheriger Versuchsphase Druckabfall in Spülpumpe Spüldüsen ausgetauscht Pumpe gereinigt Test für dynamischen Betrieb folgt Durchbruch von Flockungsmittel (Al, Fe) ausgeprägter als z.b. bei einem Raumfilter Spülwassermenge: Meist 1,5-2 % Immer < 3 % 15

16 Lessons learned: Mikrosieb TP < 80 µg/l möglich Spülwassermenge sehr gering < 3 % Optimale Flockungsmitteldosierung 1,9-2,4 mg/l PACl bessere Ablaufqualität mit PACl Aber: höherer Durchbruch an Flockungsmittel als bei einem Raumfilter höhere Flockungshilfsmitteldosierung als z.b. OWA Tegel 16

17 Bewertung der Nachhaltigkeit Ziel: Bewertung der Nachhaltigkeit verschiedener Technologien für die erweiterte Abwasserreinigung 1. Ökologische Wirkungen: Ökobilanz ( Life Cycle Assessment ) nach ISO 14040/44 2. Ökonomische Effekte: Lebenszykluskosten ( Life cycle costing ) 3. Soziale Effekte: Auswirkungen von verbesserter Qualität der Badegewässer 17

18 Life Cycle Assessment (LCA) ISO 14040/44 Emissionen in die Umwelt (Wasser, Luft, Boden) Systemgrenzen vorgelagerte Prozesses (z.b. Energieversorgung) Systemfunktionen nachgelagerte Prozesse (z.b. Schlammbehandlung) Ressourcenverbrauch (z.b. Fossile Energieträger, Metalle, Flächenverbrauch) Nur Systeme mit gleichen Funktionen vergleichbar (z.b. Verfahren zur P-Entfernung) Stoffströme werde aggregiert und über Indikatoren (z.b. Versauerung, Eutrophierung, CO 2 -Ausstoß) bewertet 18

19 Szenarien für weitergehende Abwasserreinigung Bypass bei hydraulischer Spitzenbelastung (Regenwetter) Flockung Raumfiltration UV Klarlauf von Kläranlage Flockung + Polymer Flockung Flockung Mikrosieb Polymermembran Keramikmembran UV Behandlung Rückspülwässer Oberflächengewässer Definition: Alle Technologien sind vergleichbar in ihrem Effekt auf das Klärwerk (<5 % Vol) Systemgrenzen Beispiel: Systeme zur P-Entfernung und zur Desinfektion (ohne Vorozonung) 19

20 Projektergebnisse Projektende: Januar 2013 Vergleich der technischen Optionen (Phosphorentfernung und Desinfektion) Leistungsfähigkeit der jeweiligen technischen Verfahren Mögliche Ablaufwerte für Phosphor Energie: CO 2 /kg P (bzw. kwh/m³) Kosten: /kg P (bzw. /m³) Ökobilanz: Auswirkung auf die Umwelt Empfehlungen für Entscheidungsträger: Welche 4. Reinigungsstufe sollte umgesetzt werden? 20

21 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Projektfinanzierung: OXERAM Team Dieses Vorhaben wird vom Land Berlin und von der Europäischen Union kofinanziert. (Europäischer Fonds für regionale Entwicklung) Investion in ihre Zukunft! 21

22 Besichtigung A: Stationen OXERAM 1. Partikelmessung (< 1 µm) 2. Polymermembran 3. Container Ozonproduktion 4. Ozoneintrag + Reaktionssäulen 5. Keramikmembran 6. Mikrosiebanlage (Maschinencontainer) 7. Mikrosiebanlage (Steuerung und Polymerstation) B: UV-Desinfektion Ruhleben Bitte teilen Sie sich auf die Stationen auf, es wird sonst zu voll 22