Ertüchtigung von Kläranlagen, Investitionen & Kosten in NRW, BW & CH

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1 Ertüchtigung von Kläranlagen, Investitionen & Kosten in NRW, BW & CH Maßnahmenprogramm WRRL 2015 und Mikroschadstoffreduzierung am 10. Oktober 2013 bei der Bezirksregierung Münster Paul Wermter, Heinrich Herbst, Jochen Türk et al. ARGE zum Forschungsvorhaben Volkswirtschaftlicher Nutzen der Ertüchtigung kommunaler Kläranlagen (...)

2 Projektbeteiligte Projektteam Koordination: Fördermittelgeber Weitere Informationen unter oder 2

3 Gliederung Eintragspfade von Mikroschadstoffen Kosten und Kostenstruktur der Abwasserbeseitigung in NRW Erstellung von Kostenfunktionen Randbedingungen Vorgehensweisen Kosten der Ertüchtigung von Kläranlagen in NRW 3

4 Kosten der Abwasserbeseitigung in NRW (2010) - Ist-Analyse SW ( /m³) NW ( /m³) Anzahl der Gemeinden 395 Mittelwert: 2,79 0,77 Median: 2,69 0,73 Max.: 5,81 1,90 Min.: 1,07 0, Kläranlagen in NRW - 87 Kläranlagen mit Flockungsfiltration Die Verfahrenstechnik spiegelt sich nicht in den Abwassergebühren wieder Kostenanteil Kanalisation ca. 70 % 4

5 Kostenstruktur in der Abwasserbeseitigung in NRW Anteile in Prozent, gewichtet nach den gemeldeten Einwohnern 6% 14% 30% Abschreibung Zinsen Personalkosten 3% 3% Roh-, Hilfs-, und Betriebskosten Reststoffentsorgung 11% 18% 14% Abwasserabgabe sonstiger betrieblicher Aufwand bezogene Leistungen Quelle: DWA-Wirtschaftsdaten der Abwasserbeseitigung 2009, erschienen 07/2010 5

6 Randbedingungen für die Kostenermittlung Zahlreiche Verfahren sind am Markt verfügbar, hier erfolgt eine Eingrenzung auf: Abwasserozonierung Aktivkohle Adsorption: In Anlehnung an die in BaWü errichteten Anlagen: Adsorptionsstufe mit eigener Phasenseparation und nachgeschalteter Filtration In Anlehnung an die ARA Kloten Opfikon: PAK Dosierung mit separater Koagulation und Adsorption im Filterüberstand In Anlehnung an das Verfahren auf der KA Buchenhofen: PAK Dosierung direkt in den Zulauf zur Filtration In Anlehnung an die KA Obere Lutter: Austausch des Filtermaterials gegen granulierte Aktivkohle (GAK) 6

7 Technische Rahmenbedingungen der Anlagen I Eliminationsraten Vorgehensweise zur Ermittlung von Investitionskosten Bei den bislang realisierten Anlagen gemessene mittlere Abbauraten [%] Aufgrund der geringen Datenbasis vermeintlich unterschiedliche Eliminationsraten Annahme: PAK Dosiermenge von 10 mg/l (Verfahren mit separater Aktivkohleabscheidung) liefert ähnlich gute Ergebnisse wie die Ozonierung mit 5 mg/l 7

8 Vorgehensweise zur Ermittlung von Investitionskosten Technische Rahmenbedingungen der Anlagen II Ozonierung Reaktionszeit Reaktionszeit kann zwischen 15 und 30 min schwanken Dosiermengen (5-10 mg/l O 3, auch abhängig von Bromatkonzentration) GAK Anzahl der Bettvolumina und Feststoffgrundbelastung Bettvolumina können zwischen und schwanken Voraussetzung ist eine gut funktionierende Nachklärung PAK Dosiermenge und Reaktionszeit PAK zwischen mg/l Je nach Verfahrenstechnik unterschiedliche Reaktionszeiträume 8

9 Vorgehensweise zur Ermittlung von Investitions- und Betriebskosten Datenauswertung auf Basis von realisierten Großprojekten von in Planung und in baubefindlichen Projekten von Studien und FuE-Berichten von Berichten zu Versuchsanlagen im großtechnischen Maßstab (NRW) 9

10 Literaturangaben zu Kosten der Elimination von Mikroschadstoffen Back up J. Pinnekamp (ISA); W. Merkel (IWW) et al.; Senkung des Anteils organischer Spurenstoffe in der Ruhr durch zusätzliche Behandlungsstufen auf kommunalen Kläranlagen Güte- und Kostenbetrachtungen Studie MKULNV 2008 Spezifische Kosten je nach Verfahren/Stoff zwischen 0,04-0,32 /m³ Abwasser behandelt Aktuelle Veröffentlichungen wie z.b. Kostenübersicht von PAK Anlagen zur Spurenstoffelimination z.b. nach K. Alt, I. Barnscheidt (2012) hier verändert und ergänzt) 10

11 Übersicht über Investitionskosten realisierter Großprojekte Back up Stand

12 Übersicht über Investitionskosten realisierter Großprojekte Back up Stand

13 Übersicht über Investitionskosten aus Studien und großtechnischen Versuchsanlagen Back up Stand

14 Erstellung von Kostenfunktionen Rahmenbedingungen PAK Dosierung erfordert nach derzeitigem Stand des Wissens eine Filtrationsanlage zur Sicherstellung des Rückhaltes der Aktivkohle eine Errichtung neuer Filtrationsanlagen wird nicht berücksichtigt Auslegung der Anlagen auf Trockenwetterzufluss die unterschiedliche Kostenvergleichsrechnungen aus Studien und Veröffentlichungen werden vereinheitlicht hinsichtlich Zinssatz Nutzungszeiträume (Bau-, Maschinen- und EMSR-Technik) Basisjahr 2010 Kostenvergleichsberechnung nach LAWA reale Kosten und Preissteigerungen keine finanzielle Förderung berücksichtigt 14

15 Betriebskosten Personal mit /a Energie mit 0,15 /kwh PAK mit /Mg PAK Reinsauerstoff mit 0,10 /m³ O 2 Spezifische Ozonmenge je kg Sauerstoff 0,1 kg O 3 /kg O 2 Bettvolumina GAK Bettvolumina/a (Standzeit ca. 1 Jahr) Kosten GAK /Mg GAK (für Erstbefüllung) Kosten regenerierte GAK 900 /Mg GAK (für Wiederbefüllung) Schlammentsorgung und Flockungshilfsmittel Wartung Instandhaltung prozentual vom Invest: Bau 1%, Elektrotechnik 2%, Maschinentechnik 4% 15

16 Ermittlung der Jahreskosten (JK) Jahreskosten (JK) =Σ (Annuitäten aus den Investitionskosten (IK) + Betriebskosten (BK) Annuitäten auf Basis folgender Randbedingungen: Betrachtungszeitraum 30 Jahre Nutzungsdauern Bautechnik 30 Jahre Maschinetechnik 15 Jahre => 1 x EMSR-Technik 10 Jahre => 2 x Nebenkosten 30 Jahre Zins 3 % 16

17 Investitions-, Betriebs-, Jahreskosten für Aktivkohle-Behandlung und Ozonierung Kosten Verfahren Kostenfunktion in [ ] x in m³ Abwasser behandelt KA Ausbau EW [Mio. ] KA Ausbau EW [Mio. ] KA Ausbau EW [Mio. ] Invest Ozon y=2.152 x 0,4468 1,87 2,92 3,68 PAK y=-2*10(-10) x 2 +0,2208 x ,34 3,76 5,25 Betrieb Ozon y=0,0147 x ,10 0,20 0,30 PAK y=0,036 x ,17 0,40 0,65 KA EW mit Jahresabwassermenge 3,8 Mio.m³ Verfahren Kostenfunktion in [ /a] KA EW mit Jahresabwassermenge 10,3 Mio.m³ KA EW mit Jahresabwassermenge 17,2 Mio.m³ x in m³ Abwasser behandelt bzw. x in m³ Frischbwasser KA Ausbau EW [Mio. /a] KA Ausbau EW [Mio. /a] KA Ausbau EW [Mio. /a] Ozon (Abwasser) y=36,022 x 0,5871 0,26 0,47 0,64 PAK (Abwasser) y=1*10 (-10) x 2 +0,0425 x ,36 0,65 0,96 KA EW mit Jahresabwassermenge 3,8 Mio.m³ KA EW mit Jahresabwassermenge 10,3 Mio.m³ KA EW mit Jahresabwassermenge 17,2 Mio.m³ 17

18 Investitionskosten für Aktivkohle-Behandlung und Ozonierung Verfahren Kostenfunktion in [ ] x in m³ Abwasser behandelt KA Ausbau EW [Mio. ] KA Ausbau EW [Mio. ] KA Ausbau EW [Mio. ] Ozon y=2.152 x 0,4468 1,87 2,92 3,68 PAK y=-2*10(-10) x 2 +0,2208 x ,34 3,76 5,25 KA EW mit Jahresabwassermenge 3,8 Mio.m³ KA EW mit Jahresabwassermenge 10,3 Mio.m³ KA EW mit Jahresabwassermenge 17,2 Mio.m³ 18

19 Betriebskosten für die Verfahren Aktivkohle und Abwasserozonierung Verfahren Kostenfunktion in [ /a] x in m³ Abwasser behandelt KA Ausbau EW [Mio. /a] KA Ausbau EW [Mio. /a] KA Ausbau EW [Mio. /a] Ozon y=0,0147 x ,10 0,20 0,30 PAK y=0,036 x ,17 0,40 0,65 KA EW mit Jahresabwassermenge 3,8 Mio.m³ KA EW mit Jahresabwassermenge 10,3 Mio.m³ KA EW mit Jahresabwassermenge 17,2 Mio.m³ 19

20 Jahreskosten für die Verfahren Aktivkohle und Abwasserozonierung Verfahren Kostenfunktion in [ /a] x in m³ Abwasser behandelt bzw. x in m³ Frischbwasser KA Ausbau EW [Mio. /a] KA Ausbau EW [Mio. /a] KA Ausbau EW [Mio. /a] Ozon (Abwasser) y=36,022 x 0,5871 0,26 0,47 0,64 Ozon (Frischwasser) y=45,141 x 0,6089 PAK (Abwasser) y=1*10 (-10) x 2 +0,0425 x ,36 0,65 0,96 PAK (Frischwasser) y=3*10 (-9) x 2 +0,0344 x KA EW mit Jahresabwassermenge 3,8 Mio.m³ KA EW mit Jahresabwassermenge 10,3 Mio.m³ KA EW mit Jahresabwassermenge 17,2 Mio.m³ 20

21 Jahreskosten für die Verfahren Aktivkohle und Abwasserozonierung 21

22 Spezifische Jahreskosten Frischwasser 22

23 Spezifische Jahreskosten Abwasser 23

24 Kosten der Ertüchtigung von Kläranlagen in NRW Beispielhaft sollen die Kosten für unterschiedliche Szenarien dargestellt werden und gleichzeitig die damit erfassten Einwohnerwerte für NRW Ohne Förderung durch das Land Szenarien Alle Kläranlagen mit einer Abwasserfiltration in NRW Alle Kläranlagen mit einer Abwasserfiltration in NRW der Größenklasse IV und V Alle Kläranlagen der Größenklasse IV und V 24

25 Kosten der Ertüchtigung von Kläranlagen in NRW Nr. Alle Kläranlagen in NRW Gr-KL Anzahl Mio (E + EGW) Ozon ohne Nachbehandlung (nur Anza hl KA ohne Filtration) Mio (E + EGW) Invest Mio. Betrieb Mio. JK Mio. Ozon mit Filtration 2 (nur KA ohne Invest Mio. Filtration) Betrie b Mio. JK Mio. Anza hl Pulveraktivkohle (nur KA mit Mio (E + EGW) Filtration) Invest Mio. Betrieb Mio. I 58 0, ,02 10,0 2,7 3,5 12,6 2,8 3, II 120 0, ,3 57,0 5,8 10,1 83,9 6,9 13,3 4 0,01 6,6 0,2 0,6 III 74 0,4 69 0,4 56,8 3,9 8,2 93,6 5,6 12,6 5 0,03 8,5 0,2 0,8 IV 325 9, ,6 396,5 23,7 53,7 795,2 50,3 110,1 63 2,1 149,6 9,6 20,2 V 68 17,5 33 9,4 137,1 19,2 29,6 391,5 60,8 89,9 35 8,1 202,8 26,4 40,4 1 Alle KA , ,7 657,4 55,3 105, ,8 279, ,2 376,5 36,4 62,0 2 Alle KA ohne Filter , ,7 657,4 55,3 105, ,4 229,6 3 IV + V , ,0 533,6 42,0 83, ,1 200, ,2 352,4 35,9 60,6 4 5 IV + V ohne vorh. Filter 295 alle KA mit vorh. Filter ,0 10, ,0 533,6 42,0 83, ,1 200,0 JK Mio ,2 367,0 36,3 62,1

26 Zusammenfassung Zahlreiche großtechnische Anlagen und Studien bzw. Veröffentlichungen liefern eine Datengrundlage für eine betriebswirtschaftliche und volkswirtschaftliche Kostenbetrachtung ausreichend für die Abschätzung der Investitionskosten der Ozonierung von Abwasser differenzierte Betrachtung bei den Filtrationsanlagen hinsichtlich der Betriebskosten fehlen Langzeiterfahrungen Ziel des Projektes auf Grundlage erster Betriebserfahrungen ist eine einheitliche Bewertung der Kosten Ergebnis: spezif. Kosten von ct/m³ Frischwasser ( E) spezif. Kosten von rund 5 ct/m³ Abwasser ( E) Vor der Ertüchtigung einer Kläranlage muss immer eine Einzelfallprüfung zur Festlegung der am besten geeigneten Verfahrensvariante und den daraus resultierenden Kosten erfolgen 26

27 Vielen Dank für Ihr Aufmerksamkeit Kläranlage Duisburg Vierlinden Quelle: WBD AöR, Grontmij Kläranlage Schwerte Zentralklärwerk Detmold Quelle: Detmolder Abwasser GmbH Kläranlage Bad Sassendorf Quelle: EGLV Quelle: Ruhrverband Kreiskrankenhaus Waldbröl Quelle: RWTH Aachen Klärwerkes Gütersloh-Putzhagen Quelle: Atemis GmbH Kläranlage Buchenhofen Quelle: Wupperverband Kläranlage Obere Lutter Quelle: Abwasserverband Obere Lutter (AOL) 27

28 Forschungsinstitut für Wasser- und Abfallwirtschaft an der RWTH Aachen e.v. Dipl.-Ing. Paul Wermter Tel.: +49 (0) wermter@fiw.rwth-aachen.de