Membrantechnik als energieeffiziente, wirtschaftliche und zukunftsträchtige Technologie. Dr. Ing. Kinga Drensla, Dipl.- Ing.

Transkript

1 Membrantechnik als energieeffiziente, wirtschaftliche und zukunftsträchtige Technologie Dr. Ing. Kinga Drensla, Dipl.- Ing. Andreas Janot 1

2 Arbeitsgebiet des Erftverbandes Erftverband Arbeitsgebiet 2

3 Braunkohle -Tagebaue und Kraftwerke 540,2 Mio. m³/a - Sümpfungswasser Tagebau Kraftwerk 3

4 Abwasserreinigung GKW Euskirchen-Kessenich Jahresabwassermenge ~ 70 Mio. m³ GKW Bergheim-Kenten Klärschlammmenge (TS) ~ t/jahr KA Grevenbroich-Noithausen GKW Nordkanal KA Nörvenich KA Bergheim-Auenheim Kohlenstoffelimination Stickstoffelimination Phosphorelimination > 95 % > 79 % > 94 % 4

5 MBR Nordkanal EW In 2004 die größte kommunale Membranbelebungsanlage in Europa 5

6 MBR Nordkanal - Verfahrensschema 2016 Pumpwerke Mechanische Reinigung Biologische Reinigung / Membranfiltration PW I Rechen Rechen Sandfang Sieb FM DN DN/N N/ MF Permeat PW II RZ Rezirkulation Schlammbehandlung ÜSS Überschussschlamm Trübwasserbecken Schlammstapelbehälter Zentrifuge 6

7 MBR NORDKANAL Stromverbrauch, Zulaufwassermenge Q [ Tsd. m³/a ], e ges [ MWh/a ] ,93 kwh/m³ 0,93 kwh/m³ 0,86 kwh/m³ Stromverbrauch Zulaufwassermenge 0,70 kwh/m³ 0,65 kwh/m³

8 MBR NORDKANAL Betriebszeit : 12 Jahre Reduzierung des Energieverbrauchs ca. 2,3 GWh/a Spezifischer Energieverbrauch 0,65 kwh/m³, 40 kwh/e a 8

9 Spezifischer Stromverbrauch [kwh/m³] Spezifischer Stromverbrauch [kwh/m³] 2,5 2 Unwirtschaftlicher Betrieb 1, Juni 2012 Energieeffizienter Betrieb 0, Zulaufwassermenge [m³/d] 9

10 Spezifischer Stromverbrauch [kwh/m³] Stromverbrauch [kwh/m³] MBR NORDKANAL - Spezifischer Stromverbrauch 2,5 2 1,5 1 1,13 kwh/m³ Spez. Stromverbrauch vor der Optimierung) nach der Optimierung Phase I nach der Optimierung Phase II 0,97 kwh/m³ 0,59 kwh/m³ 0, , , , , , ,00 Zufluß [m³/d] Zulaufwassermenge [m³/d)] 10

11 MBR NORDKANAL - Stromverbrauchsvergleich Jahr 2007 Jahr 2015 e ges =5,5 GWh/a e ges =3,2 GWh/a 3 % 9 % 4 % 7 % 52 % 3 % 11 % 3 % 5 % 38 % 25 % 40 % Membranstufe Mechanische Reinigung Schlammbehandlung Biologische Reinigung Hebewerk Sonstiges 11

12 12 MBR NORDKANAL PV Anlage

13 Zielwerte (2011) Ausbaugröße Abwassermenge Energiepreis E m³/a 0,15 /kwh Vorher Zielwerte Verbrauch kwh/a Verbrauch kwh/a spez. Verbr. 1,00 kwh/m³ spez. Verbr. 0,79 kwh/m³ 69 kwh/(e a) 55 kwh/(e a) 13

14 Ergebniswerte (2014/2015) Ausbaugröße Abwassermenge Energiepreis E m³/a 0,19 /kwh Vorher Ziel Nachher Gesamtverbrauch kw/a 69 kwh/ (E a) kw/a 55 kwh/(e a) kw/a 40 kwh/ (E a) Gesamtverbrauch unter Berücksichtigung der PV-Anlage kw/a 38 kwh/ (E a) 14

15 Maßnahmen zur energetischen Optimierung Änderung der Taktung der Crossflow-Belüftung (30/10) Optimierung der Überschussschlammentnahme und der Schlammentwässerung Nachrüsten von Frequenzumformern bei Rührwerken und Gebläsen für die Membranbelüftung sowie bei der Sandfanggebläse Austausch der Gebläse für die feinblasige Druckbelüftung Umstellung der N-Belüftungsregelung 15

16 Regelungskonzept für die feinblasige und die grobblasige Belüftung Bestimmung der Anzahl von aktiven MBR aktiver MBR Steuerung der feinblasigen Belüfter mit O 2 -Sonde DN DN DN DN Belüftung der Membrane während der Filtration (10/10) N N N N inaktiver MBR Puls/Pause Betrieb der feinblasigen Belüfter (Zeitsteuerung) Puls/Pause Betrieb der Membranbelüfter (30/10) (Zeitsteuerung) 16

17 Betriebsstunden in 1000 h MBR NORDKANAL Betriebsstunden 2007 bis Jahresbetriebsstunden Nitrifikationsgebläse Jahresbetriebsstunden Membrangebläse

18 Spez. Stromverbrauch MB [Wh/m³] Spez. Stromverbrauch der Membranbelüftung MB 0,30 e spez. MB = Wh/m³ 0,20 0,10 0,00 Okt 14 Jan 15 Apr 15 Jul 15Monat Membranbelüftung Permeatpumpe 18

19 Spezifische Energiebedarf der Membranbelüftung In den Phasen aktiver Filtrationszeit 7 bis 9 kwh/(e a) In den Phasen aktiver Filtrationszeit plus Standby Betrieb 12 bis 15 kwh/(e a) 19

20 Sauerstoffeintrag Einflussfaktoren TS-Gehalt im BB (beeinflussbar) Abwassertemperatur (nicht beeinflussbar) Viskosität (nicht Newton`sche Flüssigkeit: Viskosität sinkt mit zunehmendem Energieeintrag (beeinflussbar) 20

21 TS-Gehalt [g/l] GKW Nordkanal- TS-Gehalt im Nitrifikation /Membranbecken TS-Gehalt nach Auslegung

22 MBR Nordkanal - Verfahrensschema 2017 R S/ F V Sieb FM DN/ VARIO N/ MF Permeat PS RZ MÜSE ÜSS DEAM TB VE FB NE Z 22

23 Hygienisch relevante Parameter Quelle: Internet GKW Nordkanal - Membranbelebungsanlage Parameter Einheit Durchschnitt. Wert Max. Wert Salmonellen 1) /100 ml <30 <30 Intestinale Enterokokken 2) /100 ml 1 4 E-coli 3) /100 ml 1 6 Coliforme Bakt. 3) /100 ml < KA Glehn konventionelle Kläranlage Salmonellen 1) /100 ml <30 <30 E-coli 3) /100 ml Coliforme Bakt. 3) /100 ml ) DIN (MPN-Methode) 2) DIN EN ISO ) Colilert -18/Quanti-Tray

24 Mikroplastik-Stichprobenhafte Untersuchungen zum Vorkommen in ausgewählten KA-Abflüssen Lena Joost (Bremen)

25 Installierte Membrankassetten ZW 500 C (7 Membranstr. - vorhanden) ZW 500 D LEAPmbr (1 Membranstr. -Test) ZeeWeed ZW

26 MBR + Aktivkohle zur Spurenstoffelimination Rechen Sand- Fettfang Siebe FM Denitrifikation/ Variozone Nitrifikation/ Nitrfikation/ Membranfiltration Permeat RZ ÜSS 26

27 Nachteile und Vorteile einer MBR-Anlage hohe Energiekosten hohe Ersatzteilkosten Chemische Reinigung Komplexe Steuerungssysteme Fehlende Ausbildung des Klärwerkspersonals Keimrückhaltung Vorstufe für Spurenstoffelimination Micro-Plastik-Elimination geringes BB - Volumen geringer Flächenbedarf Erweiterung ohne aufwendige Bautechniken 27