Energie- und Nährstoffrückgewinnung in der Abwasserbehandlung das Konzept Braunschweig

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1 Energie- und Nährstoffrückgewinnung in der Abwasserbehandlung das Konzept Braunschweig Regierungsbaumeister Dipl.-Ing. Andreas Hartmann Geschäftsführer des Kompetenzzentrums Wasser Berlin Co-Autoren: Daniel Klein, Thomas Dockhorn, Norbert Dichtl, Christophe Sardet, Bernhard Teiser

2 Geschichte der Abwasser-Wiederverwertung in Braunschweig Ende des 19. Jahrhunderts: Rieselfelder 1954: Abwasserverband Braunschweig; landwirtschaftliche Verregnung von mechanisch gereinigtem Abwasser 1979: Bau der Kläranlage, Beginn der biologischen Abwasserbehandlung : Über 50 Jahre Erfahrung mit Wiederverwertung von Abwasser Source: Abwasserverband Braunschweig; SE/BS

3 Abwassersammlung: Das Kanalsystem 1,361 km Gesamtlänge - RW-Kanäle: 667 km - SW-Kanäle: 552 km - MW-Kanäle: 79 km - Druckrohrleitungen: 63 km Stadt Braunschweig + Umlandgemeinden Über 400 Firmen; Industrie Seit ~ 1970: Schwermetalle in Abwasser und Klärschlamm: Indirekteinleiterkontrolle und Vorbehandlung von Industrieabwasser Source: SE/BS

4 Schwermetallbelastung in der Verregnung seit 1980 Grundlage einer sicheren Wiederverwertung von Klärschlamm: - Indirekteinleiterkontrolle - Vorbehandlung - Kooperation und Koordination Reduzierung von Schwermetallen und anderen Verunreinigungen an der Quelle. Load [kg/a] Heavy metal loads to wastewater irrigation Year Mercury [kg/a] Zinc [kg/a] Nickel [kg/a] Copper [kg/a] Chromium [kg/a] Lead [kg/a] Cadmium [kg/a]

5 Behandlungs- und Wiederverwertungssystem - Übersicht Cosubstrates Digester gas Sludges Cogeneration unit Digester towers Digester Heat & Energy Digested sludge: (winter) (summer) External use of dewatered sludge Dewatering Process water Biogas plant Energy crops and other Irrigation (3.000 ha) Wastewater wwtp WWTP Treated wastewater (Former) Sewage Field Former sewage field Recipient Source: Abwasserverband Braunschweig; SE/BS; W. Küchenthal

6 Abwasserverband & Verregnungsgebiet Verregnungsgebiet Rieselfelder Kläranlage Einzugsgebiet der Kläranlage Source: Abwasserverband Braunschweig

7 Abwasserverband & Verregnungsgebiet Gegründet 1954 als öffentlich-rechtliche Körperschaft Beregnetes / kultiviertes Gebiet: ~ 3,000 ha Struktur: 400 Eigentümer landwirtschaftlich genutzter Flächen, 26 Gemeinden, 68 Angestellte Funktionen - Management und Organisation der Abwasser- und Schlammverregnung - Infrastruktur (Rohrsystem, Pumpstationen, landwirtschaftliche Maschinen und Verregnungsmaschinen, Straßen, Hecken - Eigentümer der Kläranlage; Betrieb des BHKW - PR Stadtentwässerung Braunschweig GmbH: - Betriebsführung der Kläranlage seit Betrieb und Unterhalt des Kanalsystems - Indirekteinleiterkontrolle

8 Wiederverwendung von Nährstoffen: Phosphor ~ 200 t/a, fast vollständig wiederverwertet: - Innerhalb des Systems: Verregnung von ausgefaultem Schlamm (Sommer) - Außerhalb des Systems: Schlammentwässerung, Lagerung und Wiederverwertung als trockenes Düngemittel (Winter) Nur kleine Mengen Phosphor müssen durch künstlichen Dünger aufgebracht werden Abkopplung vom Düngemittelmarkt Schutz fossiler Phosphorreserven

9 Wiederverwertung von Nährstoffen: Stickstoff 40% des N wird innerhalb des Systems genutzt; 10% außerhalb Verlust durch Denitrifikation: 40-45% Künstlicher Dünger wird benötigt, da der Stickstoff zwar kontinuierlich mittels Wasser und Schlamm zugegeben, jedoch schlecht im Boden gespeichert wird und es in Folge zum Abbau kommt, wenn keine sofortige Verwertung durch Pflanzen erfolgt. Das System kann optimiert werden durch: - Optimierung der N- Applikation N in wastewater: 1300 t/year wwtp 350 t fixedin sludge 270 t dissolved in water 102 t used outside system 252 t to irrigation 210 t to irrigation 60 t sewagefield - (Reduzierung des N-Abbaus) denitrification t/year - Aktuelle Projekte

10 Kultivierung des Verregnungsgebietes Bau Biogasanlage des AVB in 2006 Seitdem werden ~ 1/3 des Verregnungsgebietes für den Anbau von Roggen und Mais genutzt Gasleitung mit einer Länge von 20 km zum BHKW in Braunschweig Energie für Haushalte Percentage Mais Corn Zuckerrüben Sugar beet Getreide Cereals Kartoffeln Potatoes Sonstige Other Wärme für Haushalte Year Picture: W. Küchenthal

11 Hauptelemente der Abwasserwiederverwertung Organisation, Koordination und Management Vertragliche Verpflichtungen zwischen Wasser / Nährstofflieferanten (Kläranlage) und Nutzer Effiziente Infrastruktur Akzeptanz - Langzeiterfahrung und Wissen - Transparenz, Kommunikation, PR - Verhinderung von Aerosolausbreitung beim Verregnungsvorgang durch Hecken entlang der Straßen Monitoring von Klärschlamm und Wasser Monitoring des Bodens und des Grundwassers

12 Exkurs: Das ehemalige Rieselfeld Heute 4. Reinigungsstufe: Pufferung und Wasserspeicherung Andere Funktionen: - Erholungsgebiet - Rastplätze für Zugvögel Source: Abwasserverband Braunschweig; SE/BS; ISWW

13 Nährstoff-, Wasser- und Energiekreisläufe: Ein Überblick Biogas plant and cogeneration unit Irrigation area Crops City of Braunschweig WWTP

14 Klarwasser- und Schlammverregnung: Vorteile für: Den Klärwerksbetreiber: - Klärschlammverwertung Nachreinigung von Klarwasser, Pufferung 80 Niederschlag Verdunstung Landwirte: 60 - Nährstoff- und C-Aufbringung - Ausgleich von Wasserdefiziten mm April - September Ø = mm Ø = mm Die Umwelt: - Schutz von N- und P-Ressourcen 0 Januar Februar März April Mai Juni Juli August September Oktober November Dezember - Schutz des Gewässers, in welches eingeleitet wird - Grundwasseranreicherung anstatt Grundwasserabsenkung - Energieeinsparung (Reduzierung der Produktion künstlicher Düngemittel) - Erzeugung erneuerbarer Energien Data source: DWD

15 Ausblick: Chancen und Risiken Optimierung der Verregnung und Nährstoffwiederverwertung (Projekt) Ausgleich zwischen Düngemittelnachfrage und Düngemittel produktion im Klärwerk - Nährstoffrückgewinnung? - Entwässerter Klärschlamm? - Flüssiger Dünger? - Stoffstromseparation? Trennung von Wasserverteilung und Düngung

16 Chancen und Risiken Optimierung des Energiekreislaufes: Project CoDiGreen ( ) - Co-Vergärung von Gras, angebaut in den Rieselfeldern - Thermische Desintegration von Schlamm und Gras - Energie - Nährstoffkreislauf - Schlammqualität - Schwermetalle & Mikroschadstoffe Zu klären ist, ob die thermische Desintegration sinnvoll ist - Ökonomie - Ökologie Picture: ISWW

17 Antworten zu diesen und anderen Fragen: Internationales Symposium Re-Water 21. und 22. Nov. 2011, Braunschweig

18 Langzeiterfahrung mit Abwasserwiederverwertung in Braunschweig: Chancen und Risiken Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit