Entfernung von Spurenstoffen mit Aktivkohle auf der Kläranlage Böblingen-Sindelfingen

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1 Entfernung von Spurenstoffen mit Aktivkohle auf der Kläranlage Böblingen-Sindelfingen 1. Einführung / Ausgangssituation 2. Integration der Aktivkohleadsorption in das Klärwerk 3. Erste Betriebserfahrungen 4. Reinigungsleistung / erste Betriebsergebnisse 5. Kosten Dipl.-Ing. Gert Schwentner Zweckverband Kläranlage Böblingen-Sindelfingen

2 1. Einleitung / Ausgangssituation Kläranlage Böblingen-Sindelfingen, Ausbaugröße von EW. Anteil des Kläranlagenablaufes im Gewässer rd. 80 %! Inbetriebnahme einer Flockungsfiltration mit 600 m² Filterfläche (2007) Beschluss der Verbandsversammlung zum Bau einer Aktivkohleadsorptionsstufe Spatenstich Erstbefüllung Einfahrphase ab Januar 2012 Betriebserfahrungen, Optimierungen bis

3 2. Integration der Aktivkohleadsorption Vorklärung Tropfkörper Fällmittel Flockungs -filtration Nachklärung C-Dosierung nachgeschaltete DN (belebter Schlamm) Fällmittel Gewässer Rezirkulation (Tropfkörperbeschickung) Schlammfaulung und Entwässerung entwässerter Klärschlamm zur Verbrennung Folie 2

4 2. Integration der Aktivkohleadsorption Vorklärung Tropfkörper Fällmittel Nachklärung Aktivkohleanlage Reaktionsbecken tation Sedimen- Aktivkohle-Dosierung Flockungs- und Flockungshilfsmittel Flockungs -filtration C-Dosierung nachgeschaltete DN (belebter Schlamm) Bypass> l/s Fällmittel Gewässer Rezirkulation (Tropfkörperbeschickung) Schlammfaulung und Entwässerung entwässerter Klärschlamm zur Verbrennung Folie 2

5 Zufluss in l/s Zufluss in l/s Zweckverband Kläranlage Böblingen-Sindelfingen 2. Integration der Aktivkohleadsorption Auslegung der Aktivkohleadsorption Reaktionsbecken: Aufenthaltszeit 0,5 Stunden Sedimentationsbecken: Aufenthaltszeit 2,0 Stunden Oberflächenbeschickung 2 m/h Aktivkohleanlage Reaktionsbecken tation Sedimen- Aktivkohle-Dosierung Flockungs- und Flockungshilfsmittel Flockungs -filtration Januar Feb. März April Mai Juni Juli Aug. Sep. Okt. Nov. Dez. Folie 3

6 Zufluss in l/s Zufluss in l/s Zweckverband Kläranlage Böblingen-Sindelfingen 2. Integration der Aktivkohleadsorption Auslegung der Aktivkohleadsorption Reaktionsbecken: Aufenthaltszeit 0,5 Stunden Sedimentationsbecken: Aufenthaltszeit 2,0 Stunden Oberflächenbeschickung 2 m/h Aktivkohleanlage Reaktionsbecken tation Sedimen- Aktivkohle-Dosierung Flockungs- und Flockungshilfsmittel Flockungs -filtration Bypass> l/s l/s < l/s ergibt rd. 13,5 Mio. 200 m³ (90% des jährl. Zuflusses) Januar Feb. März April Mai Juni Juli Aug. Sep. Okt. Nov. Dez. Folie 3

7 Zweckverband Kläranlage Böblingen-Sindelfingen Klärwerk I - Aktivkohlebehandlung 2. Integration der Aktivkohleadsorption NKB 1 Aktivkohle-Silo V = 125 m³ Einmisch- und Aggregationsbecken (12 m³ und 120 m³) NKB 2 Reaktionsbecken (V= m³) Sedimentationsbecken ( V= m³; A = m²) NKB 3 und 4 zum Gewässer Folie 4

8 Einmisch- und Aggregationsbecken, Reaktionsbecken und Sedimentationsbecken ca. 48 m ca. 54 m Rücklaufkohle-Pumpwerk Schnecke DN H = 1,0 m - Q = 500 l/s Folie 5

9 2. Integration der Aktivkohleadsorption Zielvorgaben für den Betrieb Dosierung von 10 mg/l Pulveraktivkohle (Norit SAE Super) TS im Reaktionsbecken 4 g/l, ISV < 70 ml/g Dosierung 4 g Fe/L in Zulauf Sedimentation (Ferrifloc FeClSO 4 ) Aktivkohleanlage Reaktionsbecken tation Sedimen- Aktivkohle-Dosierung Flockungs- und Flockungshilfsmittel Bypass> l/s Flockungs -filtration Gewässer Dosierung 0,3 g Polymer/L in Zulauf Sedimentation (Praestol 2540) Dosierung 1 g Fe/L in Ablauf Sedimentation (Ferrifloc FeClSO 4 ) Alle Zielvorgaben können vom Betriebspersonal stabil eingestellt werden! Folie 6

10 3. Erste Betriebserfahrungen Aufwand für das Betriebspersonal Kontrollen auf Funktion: Zulaufpumpwerk, Dosieranlagen für Aktivkohle, Polymere, und FeClSO 4 Einstellen des vorgegebenen TS-Gehaltes im Reaktionsbecken (kont. Messung des TS-Gehaltes) durch angepassten Überschussschlammabzug. Aktivkohleanlage Reaktionsbecken tation Sedimen- Aktivkohle-Dosierung Flockungs- und Flockungshilfsmittel Kontrolle der Schlammverlagerung in das Sedimentationsbecken bei Regenwetter (kont. Messung des Schlammspiegels und der Trübung im Ablauf). Messung des Schlammindexes zur Überwachung der Absetzeigenschaften. Reinigung und Überprüfung der Dosieranlagen und Messgeräte. Kontrolle der Messdaten, Auswertungen. Bypass> l/s Probenahmen / Probenaufbereitung für Spurenstoffe (filtrieren!). Flockungs -filtration Gewässer Folie 5

11 Aktivkohle im Klärwerksbetrieb 3. Erste Betriebserfahrungen Tropfkörper Fällmittel Vorklärung Nachklärung Aktivkohleanlage Reaktionsbecken tation Sedimen- Aktivkohle-Dosierung Flockungs- und Flockungshilfsmittel Flockungs -filtration C-Dosierung nachgeschaltete DN (belebter Schlamm) Rezirkulation (Tropfkörperbeschickung) Bypass> l/s Fällmittel Gewässer Schlammfaulung und Entwässerung entwässerter Klärschlamm zur Verbrennung Folie 5a

12 Aktivkohle im Klärwerksbetrieb 3. Erste Betriebserfahrungen Betriebliche Auswirkungen auf: Flockungsfiltration wichtig ist die Zugabe von Flockungs/Fällmittel in den Ablauf Sedimentation (Dosierung von 1 mg/l Fe) damit die abtreibenden Partikel im Filter zurückgehalten werden können. Abfiltrierbare Stoffe im Ablauf Sedimentation geringer als im Ablauf Nachklärbecken, dadurch längere Standzeiten Filtration möglich. Bypassführung bei Zuflüssen über L/s PO 4 -P-Konzentrationen im Ablauf Nachklärung liegen bei 0,8 mg/l, zusätzliche Fällmittel-Dosierstellen im Bypass erforderlich, um niedrige Pges- Ablaufwerte sicherzustellen. CSB-Werte im Ablauf Flockungsfilter steigen an, weil der an der Aktivkohleanlage vorbei und direkt dem Filter zugegebene Volumenstrom aus der Nachklärung höhere CSB-Werte aufweist. Folie 5b

13 Aktivkohle im Klärwerksbetrieb 3. Erste Betriebserfahrungen Betriebliche Auswirkungen auf: nachgeschaltete Denitrifikation Abbauraten in der biologischen Reinigungsstufe keine signifikanten Veränderungen. Absetzeigenschaften des biologischen Schlammes in der nachgeschalteten Denitrifikation nicht signifikant verändert. Geringfügiger Rückgang der AFS im Ablauf NKB. Der über Zentrifugen maschinell eingedickte Überschussschlammabzug ist von rd. 46 m³/d auf 58 m³/d angestiegen. TR-Gehalt im eingedickten Schlamm geringfügig auf rd. 9% abgesunken. Schlammfaulung / Entwässerung Trockenrückstand im entwässerten Schlamm unverändert bei 32 %. Mehrschlammanfall maximal ca. 680 t/a (ohne Aktivkohle rd t/a). Folie 5c

14 3. Erste Betriebserfahrungen (1) PAC-Dosiertechnik im Zargenraum (2) (3) (4) 1- Silokonus 2- Zellenradschleuse 3- Förderschnecke (5) 4- Vorlagebehälter 50 l Bildquelle: Kopf Anlagenbau GmbH (6) (7) 5- Wägebehälter 70 l 6- Vortex-Trichter 7- PAK- Entnahme über Treibstrahlwasserpumpe Folie 6

15 3. Erste Betriebserfahrungen Bildquelle: Kopf Anlagenbau GmbH (3) (4) (5) PAC-Dosiertechnik im Zargenraum 1- Silokonus 2- Zellenradschleuse 3- Förderschnecke 4- Vorlagebehälter 50 l 5- Wägebehälter 70 l 6- Vortex-Trichter 7- PAK- Entnahme über Treibstrahlwasserpumpe Folie 6a

16 Dosieranlage verstopft Folie 6b

17 3. Erste Betriebserfahrungen Absetzverhalten von Schlamm aus dem Reaktionsbecken (verdünnte Probe 1:2) Folie 7

18 Dosiermenge PAC [kg/h] Dosiermenge PAC [mg/l] Zufluss KA [L/s] 10 g PAC /m³ Zufluss PAC [L/s] Dosiermenge Polymer [L/h] Folie 8

19 AFS Ablauf Sedimentation [mg/l] AFS Ablauf NKB [mg/l] 20 mg/l CSB Ablauf FF [mg/l] 10 mg/l AFS Ablauf FF [mg/l] Folie 9

20 4. Reinigungsleistungen / Erste Betriebsergebnisse Inbetriebnahme Filter vermindert AFS! AFS im Ablauf Filter auf vergleichsweise hohem Niveau AFS im Ablauf Filter durch Aktivkohleanlage unverändert Inbetriebnahme Filter vermindert CSB! Inbetriebnahme Aktivkohleanlage vermindert CSB! Unterschreitung von CSB 20 mg/l mit 10 g PAC/m³ unsicher! homogenisierte Probe! Folie 10

21 4. Reinigungsleistungen / Erste Betriebsergebnisse Inbetriebnahme Filter vermindert AFS und Pges! Inbetriebnahme Aktivkohleanlage vermindert Pges wegen der Zugabe von FeClSO 4 zur Ausbildung einer absetzfähigen Schlammflocke Durch Zurücknahme von Fällmittel bei der Simultanfällung hat sich die insgesamt eingesetzte Fällmittelmenge nicht erhöht! Folie 11

22 4. Reinigungsleistungen / Erste Betriebsergebnisse -12 % -33 % -95 % -49 % -91 % -86 % -76 % -95 % -92 % -88 % Auszug aus den Analysenergebnissen vom bei einer Aktivkohledosierung von 10 mg/l Folie 9

23 4. Reinigungsleistungen / Erste Betriebsergebnisse Schlammbilanz (Auswertung vom ) adsorbierte Schadstoffe Schlammanfall 978 kg/d kg/d = rd kg/d davon: PAC Dosierung rd. 289 kg/d Fe-Schlamm rd. 242 kg/d AFS Ablauf NKB rd. 492 kg/d ergibt: adsorbierte Schadstoffe rd. 230 kg/d Schlammalter in der Adsorptionsstufe ca. 5,7 d Folie 12

24 5. Kosten: Investitionskosten / Kapitalkosten Adsorptionsstufe Folie 13

25 5. Kosten: Investitionskosten / Kapitalkosten Rohbau (incl. Pfahlgründung) Klärtechnische Einrichtungen (Schieber, Polymerstation) Räumer Pulverkohle Dosieranlage (Silo, Dosieranlage) Schlosserarbeiten Elektrotechnik Baukosten/Baukonstruktion: Objektplanung Tragwerksplanung / Prüfstatik Beratungen Baugrunduntersuchung Sicherheits- und Gesundheitsschutz Koordinator Vermessung/Genehmigungen/Gebühren Baunebenkosten: Unvorhergesehenes / Nachträge Gesamtkosten: Folie 14

26 5. Kosten: Investitionskosten / Kapitalkosten Investitionskosten: EU-Fördermittel (EFRE) Verrechnung mit der Abwasserabgabe durchschnittliche Zinsen (5%) über Abschreibungsdauer Abschreibungsdauer von 15 Jahren für Maschinentechnik (incl. Reinvestition von nach 15 Jahren), Abschreibungsdauer von 30 Jahren für Bauwerke ergibt eine durchschnittliche Abschreibung von insgesamt Auflösung der EU-Fördermittel /a /a /a gebührenwirksame Kapitalkosten (ohne Verrechnung mit der Abwasserabgabe) : /a Folie 15

27 5. Kosten: Betriebskosten Aktivkohle 130 t/a ca /t Polymer 4 t/a ca /t Strom kwh (1,7 kwh/ew*a) ca. 0,15 /kwh Mehrschlammanfall 680 t/a mit 90 /t Personal ca. 0,65 Stellen mit ca /a Instandhaltung Gebäude mit 0,1% von 3,4 Mio. Instandhaltung Technik mit 0,5 % von 1,3 Mio. Abwasserabgabe, -15 mg/l CSB und -0,3 mg/l P ges /a /a /a /a /a /a /a /a /a gebührenwirksame Betriebskosten: /a Folie 16

28 5. Kosten: Gebühren Gebührenerhöhung = Kapitalkosten + Betriebskosten gebührenfähige Abwassermenge Gebührenerhöhung = /a /a m³/a = + 0,056 /m³ Verrechnung der Abwasserabgabe ( ) = - 0,01 /m³ + 0,046 /m³ mit 40 m³/(ew*a) beträgt die Mehrbelastung rd. 2,00 /(EW*a) Gebührenanstieg rd. 2 %! Folie 17

29 Zusammenfassung Adsorptionsstufe ist betriebssicher, wenn die Vorgaben (TS-Gehalt, ISV, Aufenthaltszeiten im Reaktionsbecken und im Sedimentationsbecken) eingehalten werden. Die Investitionskosten betragen 4,7 Mio. Euro. Die Aktivkohle (jährlich ca. 130 Tonnen) hat den größten Anteil an den Betriebskosten. Die Gebühr steigt um rd. 4,6 Cent je Kubikmeter bzw. um rd. 2 je Einwohner im Jahr. bis Ende 2012 Optimierungen. Wie wichtig ist eine genaue Dosierung von Aktivkohle bei Trockenwetter und Regenwetter? Feststoffgehalt und Schlammalter?...? Folie 181

30 Zweckverband Kläranlage Böblingen-Sindelfingen Abwasserreinigung ist kein Selbstzweck sondern Daseinsvorsorge! Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!

31 Aktivkohle im Klärwerksbetrieb TS-Gehalt im Reaktionsbecken 4,0 g/l 3,0 g/l Schlammspiegelhöhe im Sedimentationsbecken Zufluss [L/s] 60 cm 20 cm Zufluss PAC [L/s] Folie 6