Anaerobe Kommunalabwasserbehandlung Erfahrungen, Probleme, Bemessungshinweise
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- Hilko Fleischer
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1 Statusseminar zum BMBF-Verbundprojekt EXPOVAL Anpassung und Validierung deutscher Standards für Kläranlagen im Ausland Anaerobe Kommunalabwasserbehandlung Erfahrungen, Probleme, Bemessungshinweise Prof. Dr.-Ing. K.-H. Rosenwinkel (LUH) Dr.-Ing. D. Weichgrebe (LUH) Klaus Nelting, M.Sc. (LUH) Prof. Dr.-Ing. P. Hartwig (aqua&waste International GmbH) Dr.-Ing. M. Beier (LUH) Hannover, Oktober 2015 Seite 1
2 Inhalt Anaerobe Kommunalabwasserbehandlung (AnaKomA) Einsatzgebiete und Relevanz UASB Reaktoren Existierende Bemessungsregelwerke und -hinweise Material und Methoden Labor- und halbtechnische Versuche sowie Großtechnische Untersuchungen Modellaufbau Valididerungsergebnisse (Auswahl) Abbau von gelöstem CSB Rückhalt von partikulärem CSB Betriebsprobleme Gastransfer Zusammenfassung Seite 2
3 Anaerobe Kommunalabwasserbehandlung Einsatzgebiete und Haupteinflußfaktoren Systembelastung hier: CSB hom < mg/l; CSB part /CSB hom = 0,4-0,7 Temperatur hier : C [ Batstone et al. (2002)] [ v. Haandel & Lettinga (1994)] [Urban, 2009] Seite 3
4 Anaerobe Kommunalabwasserbehandlung Relevanz am Bsp. Süd- und Mittelamerika Aus untersuchten Anlagen in 6 Ländern nimmt der UASB Rang 3 (Anzahl von Anlagen) bzw. Rang 4 (kummulierte Abwassermenge) ein (Noyola et al., 2012). Anzahl [n] Menge [m³/s] [Noyola et al., 2012, neu formatiert] [Noyola et al., 2012, neu formatiert] Seite 4
5 Anaerobe Kommunalabwasserbehandlung UASB Reaktor Zulauf- und Verteilungssyteme Faulraum Schlammraum (Biol. Umsatz) Hydraulischer Puffer (Schlammexpansion) ÜSS Entnahme Drei Phasen Abscheider (3PA) Rückhalt von Feststoffen Auffangen von ungelöstem Methan (Gasblasen) Absetzzone und Überlauf Seite 5
6 Anaerobe Kommunalabwasserbehandlung Existierende Bemessungsregelwerke und -hinweise DWA DWA-Arbeitsgruppen und Merkblätter für Industrieabwässer Fachliteratur: Rosenwinkel, K.-H.; et al. (2015): Anaerobtechnik Tchobanoglous, G.; et al. (2004): Wastewater engineering: treatment and reuse (Metcalf &Eddy) von Sperling, M.; Chernicharo, C. A. de L. (2005): Biological wastewater treatment in warm climate regions Bemessungsparameter: Für Industrie: B R, B ots, t R, q A, q G Für kommunale UASB s: t R, V auf, konstruktive Hinweise (Geometrie, 3PA, etc.) Seite 6
7 Material und Methoden Hannover (Anaerobe Batch Tests) Hannover (UASB Labor) DiMeR Dissolved Methane Recovery 12 L 100 L Bahrain (UASB Pilot) Brasilien - Minas Gerais (UASB Großtechnik) Indien - Maharastra (UASB Großtechnik) 50 m³ 650 m³ m³ Seite 7
8 Material und Methoden Erweitertes CSB Bilanzierungsmodell nach Urban (2009) Seite 8
9 Seite 9
10 Valididerungsergebnisse Abbau CSB gelöst Schlammbelastung Temperatur Hydraulische Aufenthaltszeit Seite 10
11 Seite 11
12 Valididerungsergebnisse Abbau CSB gelöst T W = 35 C η SSSS = Input aus: Empirik UASB Monitoring Abgeschlossen Modellierung ADM1 Kalibrierung des technischen Modells erfolgt z.zt. a B ooo,ssss b + B ooo,ssss δ (t hhh 22) θ (T i 33) Ƞ SCSB = Abgebaute Fracht [%] B otr,scsb = Spez. Schlammbelastung [kg/kg d] a,b = Beiwert Schlammbelastung [-] Θ = Beiwert Temperatur [-] δ = Beiwert hydr. Aufenthaltszeit [-] t hyd = Hydr. Aufenthaltszeit [h] T i = Temperatur [ C] Seite 12
13 Valididerungsergebnisse Soll Zustand Rückhalt CSB partikulär Schlammspiegel otr < 1 g/l Rückhalt Schlammabtrieb Auffang Methanblasen Hydraulischer Puffer für Schlammexpansion Biologischer Umsatz HAbscheider H Faulraum Das Schlammbettverhalten definiert klare Funktionalitätszonen Betriebsstrategien Seite 13
14 Valididerungsergebnisse Rückhalt CSB partikulär Schlammbettmanagement ist entscheidend für Rückhalt CSB part Seite 14
15 Valididerungsergebnisse Rückhalt CSB partikulär Analog erfolgt auch die Abschätzung des Rückhaltes von Feststoffen (TR,TS) Seite 15
16 Valididerungsergebnisse Tauchwand Betriebsprobleme SCHWIMMSCHLAMM Tief gelegter Abfluss Hoher Fettanteil im Abwasser Ansammlung Unterhalb des 3PA Seite 16
17 Valididerungsergebnisse Verstopfte Zulaufbauwerke Betriebsprobleme UNZUREICHENDE ÜSS ENTNAHME Verschleppung von Schlamm in nachgeschaltete Stufen (z.b.tk) Schlammansammlung oberhalb des 3PA UNGLEICHMÄSSIGE BESCHICKUNG Seite 17
18 Valididerungsergebnisse Theoretischer Methan- Verlust im Ablauf von UASB s Seite 18
19 Valididerungsergebnisse Validierung Konzentrationsprofil (Großtechnik Brasilien) UK 3-Phasen-Abscheider UK Reaktor Zunahme des gelösten Methans über die Tiefe des Reaktors Zunahme des gelösten Methans mit steigender t hyd!!! Seite 19
20 Zusammenfassung 1 von 2 Anaerobe Kommunale Abwasserbehandlung (AnaKomA) Die UASB Technologie gehört zu den am häufigsten eingesetzten Technologien in warmen Klimaten (Bsp. Mittel- und Südamerika). Bisher liegen nur begrenzt Bemessungshinweise für kommunale UASB Reaktoren vor: t R, V auf, konstruktive Hinweise (Geometrie, 3PA, etc.) Validierungsergebnisse Der Abbau von gelöstem CSB ist f = (B otr,scsb, t hyd,t W ) Ƞ SCSB 10 bis 70% bei T W 20 bis 35 C Der Rückhalt von partikulärem CSB ist f = (V auf ) und wird maßgeblich durch ÜSS-Management beeinflusst (Schlammspiegelbegrenzung) Ƞ Rückhalt,XCSB 30 bis >90% Der Abbau von otr (Hydrolyse) ist f = (t TR, T) Ƞ Hydrolyse,oTR 20 bis 40% bei t TR > 15 d und T W 20 bis 35 C Seite 20
21 Zusammenfassung 2 von 2 Validierungsergebnisse Die häufigsten Betriebsprobleme großtechnischer UASB s sind Schwimmschlamm, unzureichende ÜSS Entnahme und ungleichmäßige Zuflussverteilung Der theoretische CH 4 - Verlust ist f = (T, t hyd, C CSB ) Gemessen 5 bis >40% Der Anteil an gelöstem CH 4 ist f = (T, t hyd ) und UASB Ausführungsart (offen /geschlossen) Es wird nicht immer Sättigung erreicht Gastransferrate ist f ( P CH4 und k L a) Dissolved Methane Recovery (DiMeR) Proof of Concept in Labormaßstab nachgewiesen (Ƞ > 80%) Patent angemeldet Pilotbetrieb (250m³/d) in Brasilien geplant Seite 21
22 Danksagung: Die Realisierung des EXPOVAL- Verbundvorhabens wurde Dank der Förderung durch das BMBF möglich. Prof. Dr.-Ing. K.-H. Rosenwinkel Klaus Nelting, M.Sc. Seite 22
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