Weitergehende thermische Klärschlammbehandlung

Transkript

1 Energetisch optimierte Abwasserreinigung 22. Februar 2013 Kaiserslautern Dr.-Ing. Klaus Siekmann Dipl.-Ing. Jürgen Jakob

2 Verwertung / Entsorgung 2011 Deutschland (Quelle: Statistisches Bundesamt) Thermische Entsorgung : 53,2 % Landwirtschaft/Landschaftsbau : 43,7 % Sonstige stoffliche Verwertung : 3,1 % [%] Rheinland-Pfalz (Quelle: Statistisches Landesamt) Thermische Entsorgung : 25,2 % Landwirtschaft/Landschaftsbau : 71,3 % Sonstige stoffliche Verwertung : 3,5 % 80 % der Kläranlagen EW [%]

3 Zukünftig wird die landwirtschaftliche Verwertung erschwert Novellierung der Klärschlammverordnung - Minimierung von Schadstoffeinträgen durch Reduzierung von Grenzwerten - Hygieneanforderungen - Verbesserung der Vertrauensbildung durch Qualitätssicherung - Erhöhung der Untersuchungsfrequenzen (Rückstellproben möglich) Anwendung des Düngemittelrechts

4 Werte für Schwermetalle aus der Novelle der AbfKlärV und der DüMV

5 Werte für org. Schadstoffe aus der Novelle der AbfKlärV und der DüMV

6 Hygieneanforderungen Klärschlammaufbringung nur zulässig, wenn - die Beeinträchtigung der Gesundheit von Mensch oder Tier durch Freisetzung oder Übertragung von Krankheitserregern ausgeschlossen ist. - Schäden an Pflanzen, Pflanzenerzeugnissen oder Böden durch die Verbreitung von Schadorganismen ausgeschlossen sind. Landwirtschaftliche Verwertung nur dann, wenn - entweder eine Hygienisierung (Salmonellen, Spülwurmeier) erfolgt. - oder eine gutachterliche Bestätigung (Qualitätssicherung) vorliegt, dass auf den Aufbringungsflächen keine Gefahren für Mensch und Nutztiere zu erwarten sind (Qualitätssicherung) und daher keine Hygienisierung erforderlich

7 Diskussion zur Novellierung der Klärschlammverordnung Befürworter der landwirtschaftlichen Klärschlammverwertung verweisen auf die hohen Gehalte an Pflanzennährstoffen (Stickstoff, Phosphor, Kalium, org. Substanz) im Klärschlamm, die unbedingt genutzt werden sollten. Gegner der Verwertung kommunaler Klärschlämme verweisen auf die Belastung von Klärschlämmen mit bekannten und möglicherweise derzeit noch unbekannten Schadstoffen und fordern auf mittlere Sicht die Beendigung der herkömmlichen Verwertung kommunaler Klärschlämme. Einigkeit besteht darin, dass die enthaltenen Wertstoffe (u.a. Phosphat) einer Nutzung zugeführt werden sollten.

8 Wie können die Vorteile der landwirtschaftlichen Verwertung der wertvollen Inhaltsstoffe des Klärschlamms auch zukünftig genutzt werden? Ergeben sich Vorteile aus einer vorhergehenden thermischen Behandlung des Klärschlamms? Rahmenbedingungen: - langfristige Entsorgungssicherheit - Wirtschaftlichkeit Einsatz auf Kläranlagen kleiner und mittlerer Größe

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10 Lösungsansatz: Weitergehende thermische Klärschlammbehandlung X a) Mitverbrennung in Kohlekraftwerken oder als Zuschlagsstoff in der Zementindustrie Nicht zielführend, da Phosphor als endlicher Rohstoff verloren geht! b) Mitverbrennung in einer zentralen Klärschlammmonoverbrennungsanlage Derzeit geplant auf der KA Mainz! c) Dezentrale thermische Klärschlammbehandlung auf Kläranlage kleiner und mittlerer Größe

11 Zielvorgabe : Nutzung des Problemstoffs Klärschlamm als wertvolle Rohstoffquelle! Klärschlamm als Energieträger und Düngemittel

12 Anforderungen Einsatz auch bei Kläranlagen kleiner und mittlerer Größe Einhaltung der Umweltauflagen nach 17. BImSchV Sicherstellung der Hygienisierung Wirtschaftlichkeit Nutzung der Klärschlammasche als Dünger (Phosphorquelle) Optimierung der Verfahrenskette der Abwasser- und Schlammbehandlung im Hinblick auf die gewünschte Energieautarkie

13 Verfahrensschema PS ÜSS Thermische Behandlung Optimierung der gesamten Verfahrenskette, nicht einzelner Verfahrensstufen

14 Gasverstromung Klärschlammfaulung verminderte Aufenthaltszeit zur Begrenzung des otr- Abbaus Entwässerung Erhöhung des TR-Gehalts auf 25 bis 30 % landwirtschaftliche Verwertung des getrockneten Schlamms landwirtschaftliche Verwertung der Klärschlammasche Trocknung (Abwärme) Thermische Behandlung (technisch oder solar) Erhöhung des TR-Gehalts auf 70 bis 80 %, weitgehende Hygienisierung Erhöhung des TR-Gehalts auf 100 % (otr = 0%); vollständige Hygienisierung

15 Beispielhafte Anlagentechnik für den Einsatz auf Kläranlagen kleiner und mittlerer Größe (Aufzählung erhebt keinen Anspruch auf Vollständigkeit) a) Trocknung - Bandtrockner, Trommeltrockner usw. - Solare Trocknung (ggfls. mit Abwärmenutzung) b) Thermische Behandlung - Niedertemperaturkonvertierung (NTK-Verfahren) - HTC (Hydrothermale Karbonisierung) - Pyrolyse

16 Klärschlammtrocknung

17 Niedertemperaturkonvertierung (NTK-Verfahren; z. B. Fa. ZWT Bayreuth) thermokatalytischer Umwandlungsprozess unter Ausschluss von Sauerstoff, Normaldruck T = C Es entwickeln sich gasförmige Stoffe, die beim Abkühlen zu "Rohöl" (flüssige Kohlenwasserstoffe), Reaktionswasser und Salz kondensieren. Ein geringer Anteil nicht kondensierbarer Gase entweicht. Zurück bleibt ein kohlehaltiger Rückstand, in dem alle nicht flüchtigen Stoffe enthalten sind. Anwendung ab ca EW (lt. Firmenangabe)

18 Thermische Behandlungsanlagen für den Einsatz HTC Anlage (z. B. Fa. Terra-Nova Energy) Hydrothermale Karbonisierung - Erzeugung eines Brennstoffs unter Luftabschluss bei einem Druck von bar und einer Temperatur von 200 C - Pyrolyse des Brennstoffs bei Temperatur von 500 bis 900 C - Verstromung des Pyrolysegases - Oxidation des Pyrolyseguts zu Asche Versuchsanlage auf der KA Kaiserslautern (Anwendungsgrenze: n. b.)

19 Thermische Behandlungsanlagen für den Einsatz Pyrolyse-Anlage (z. B. Klärschlamm-Reformer der Fa. Thermo-Systems oder Pyreg-Anlage; Fa. Pyreg) Thermische Zersetzung von organischem Material unter Ausschluss von Sauerstoff Endothermer Prozess aus dem Pyrolysegas und Bio-Kohle entstehen

20 Verfahrensfließbild der Pyreg-Anlage

21 Flox-Verbrennung (Flammenlose Oxidation) Niedrige Abgasemissionen durch hohe Turbulenz im idealen Temperaturbereich

22 Thermische Behandlungsanlagen für den Einsatz Pyreg-Anlage Anwendung ab ca EW

23 Emissionsmessungen nach 17. BImSchV (KA Untere Selz Ingelheim)

24 Analyse KS-Asche (KA Untere Selz Ingelheim) Ergebnis Grenzwerte der Klärschlammverordnung werden eingehalten! Asche entspricht Düngemittelverordnung und ist als NKP-Dünger deklarierbar!

25 Geplante großtechnische Umsetzung auf der KA Linz-Unkel Verfahrensschema Anlieferung von Fremdschlämmen der KA's Hallerbach und Brochenbach PYREG-Anlage

26 Geplante großtechnische Umsetzung auf der KA Linz-Unkel

27 Geplante großtechnische Umsetzung auf der KA Linz-Unkel Schlammmengenreduzierung

28 Investitionskosten

29 Vergleich der Betriebskosten derzeitige Kosten für Klärschlammentwässerung (Kammerfilterpresse mit Kalk/Fe-Konditionierung) und anschließender landwirtschaftlicher Verwertung zzgl. Kosten für die landwirtschaftliche Nassschlammverwertung der Klärschlämme der KA's Hallerbach und Brochenbach ,00 /a ,00 /a Gesamt ,00 /a BK für die thermische KS-Verwertung - Personalkosten ,00 /a - Energiekosten ,00 /a - Flockmittel ,00 /a - Wartungskosten ,00 /a - Transportkosten ,00 /a - Entsorgungskosten KS-Asche ,00 /a - Sonstige Betriebskosten ,00 /a ,00 /a

30 Wirtschaftlichkeit - Kostenvergleichsberechnung

31 Terra-Preta Nährstoff- und wasserspeicherndes Schwarzerdeähnliches Kultursubstrat

32 Luftbild KA Westerburg (Inbetriebnahme 2012)

33 PS ÜSS BHKW Schlammsilo mobile Entwässerung Thermische Behandlung landbauliche Verwertung

34 PS ÜSS BHKW Schlammsilo Entwässerung landwirtschaftliche Verwertung Thermische Behandlung

35 Solare Klärschlammtrocknung

36 Solare Trocknung mit Abwärmenutzung aus Biogas-Anlage auf der KA Westerburg Anlieferung von Klärschlämmen der VG Rennerod

37 Lageplan solare Trocknung Vorlagebehälter u. Annahme der Schlämme der VG Rennerod Klärschlammentwässerung über Siebbandpresse überdachte Klärschlammlagerfläche für entwässerten und getrockneten Klärschlamm Zuführung von Abwärme aus einer benachbarten landwirtschaftlichen Biogasanlage Solare Trocknungsanlage

38 Lageplanausschnitt Abwärmeleitung Länge der Abwärmeleitung : ca. 380 lfdm.

39 Voraussichtliche Investitionskosten Klärschlammentwässerung Entwässerungsgebäude : ,00 Maschinentechnik (Siebbandpr.) : , ,00 EMSR-Technik : ,00 Solare Trocknung Baulicher Teil : ,00 Maschinentechnik : , ,00 Heizungstechnik : ,00 EMSR-Technik : ,00 Sonstiges überdachte Klärschlammlagerfl. : ,00 Leitungsanbindungen : , ,00 Verkehrsflächen : ,00 Zwischensumme, netto : ,00 zzgl. Baunebenkosten (15 %) : ,00 Investitionskosten, netto : ,00 zzgl. 19 %MwSt. : ,00 Investitionskosten, brutto, gerund. : ,00

40 Kostenvergleich a) Beibehaltung des bisherigen Entsorgungsweges (mobile Entwässerung mit anschließender landbaulicher Verwertung) Jahreskosten ,00 /a b) Änderung der Verfahrensführung durch Installation einer stationären Entwässerungsanlage mit anschließender abwärmegestützter solarer Klärschlammtrocknung Jahreskosten ,00 /a Kostenvorteil ,00 /a

41 Vorteile Verwertung getrockneter Klärschlamm bzw. KS Asche gegenüber Nassschlammverwertung geringere Transportkosten bessere Lagerfähigkeit einfache Ausbringung und Dosierung mit Düngerstreuern Emissionsvorteile, keine optischen Beeinträchtigungen vollständige Hygienisierung weitere Reduzierung von endokrinen Stoffen attraktives Produkt, Erhöhung der Akzeptanz Alternativen zur landwirtschaftlichen Verwertung Phosphorrückgewinnung Herstellung von Terra Preta Ablagerung auf Deponie

42 Wir alle sollten uns mehr um die Zukunft kümmern, denn wir müssen den Rest unserer Leben dort verbringen. Charles Kettering Amerikanischer Erfinder ( )