Die Innovation: Ultraschallbehandlung des Klärschlamms

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Chantal Morgenstern
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1 Die Innovation: Ultraschallbehandlung des Klärschlamms Dr.- Ing. Klaus Nickel*, Dipl.-Ing Gunnar Klingspor*, em. Prof. Dr.-Ing. Uwe Neis** *ULTRAWAVES GmbH Wasser & Umwelttechnologien Internet: **TU Hamburg-Harburg Institut für Abwasserwirtschaft & Gewässerschutz

2 Inhalt 1. Ultraschalldesintegration von Klärschlamm 2. Intensivierung der anaeroben Schlammstabilisierung 3. Intensivierung der aeroben Schlammstabilisierung 4. Elimination von Bläh- und Schwimmschlamm 1 2

3 Übersicht 1. Ultraschalldesintegration von Klärschlamm 2. Intensivierung der anaeroben Schlammstabilisierung 3. Intensivierung der aeroben Schlammstabilisierung 4. Elimination von Bläh- und Schwimmschlamm 2

4 Einsatz der US-Technik auf Kläranlagen Intensivierung der anaeroben Schlammstabilisierung Intensivierung der aeroben Schlammstabilisierung Bekämpfung von Blähund Schwimmschlamm 3

5 Desintegration von Klärschlamm Schlammflocke Schlammwasser Energie Energie Bakterien inerte Partikel extrazelluläre Polymere 4 6

6 Lichtmikroskopische Analyse Energie Energie unbeschallt 30s beschallt 90s beschallt 5 7

7 Akustische Desintegration von Klärschlamm bewirkt also: Zerfall der Flocken / Zellagglomerate Reduktion der (mittleren) Partikelgröße Zerstörung von Zellen Freisetzung gelöster organischer Substanz (CSB) Freisetzung von Enzymen (EPS), Proteinen 6

8 Übersicht 1. Ultraschalldesintegration von Klärschlamm 2. Intensivierung der anaeroben Schlammstabilisierung 3. Intensivierung der aeroben Schlammstabilisierung 4. Elimination von Bläh- und Schwimmschlamm 7

9 Einführung von US-Technik auf Kläranlagen 1. Fragebogen 2. Labortest Generator sonotrode biomass water cooling 3. Full-scale Demonstration 4. Full-scale Installation

10 Kläranlage Schleswig 9 36

11 Kläranlage Schleswig Kenndaten: Ausbaugrösse: EW Belastung: EW Schlammanfall: Primärschlamm, ÜSS und Co-Substrate 1 Faulbehälter (4.000 m³), 19 d VWZ Ziel: Intensivierung des anaeroben Abbaus Steigerung der Biogasausbeute Reduzierung der Restschlammmenge 10 36

12 Kläranlage Schleswig Ultraschallinstallation in 2011: Beschallung von 30% des ÜSS (~ kwh/m³ PS + Co--Substrat ÜSS 70% Faulturm 30% US-Behandlung 11 36

13 otr-abbau [%] Kläranlage Schleswig otr-abbau % Mai Jun Jul Aug Sep Okt Nov Dez Jan Feb Mrz

14 Spezifische Biogasausbeute [m³/kg otr] Kläranlage Schleswig 0,7 0, % 0,60 0,61 0,58 0,5 0,44 0,42 0,44 0,52 0,50 0,46 0,50 0,4 0,38 0,3 0,2 0,1 0,0 Mai Jun Jul Aug Sep Okt Nov Dez Jan Feb Mrz

15 Kläranlage Schleswig Erfolge nach Einsatz der Ultraschalldesintegration: Steigerung des otr-abbaus von 55% auf 66% Anstieg der Biogasausbeute um 20% Reduktion der zu entsorgenden Schlammmasse um 10% trotz geringerem Einsatz von Zuschlagstoffen (Kalk -17%, Eisen III 19%) bei konstant gleichem Trockenrückstand (35%) 14 36

16 Kläranlage Bamberg 15 36

17 Kläranlage Bamberg Kenndaten: Ausbaugrösse: EW Belastung: EW 150 m³/d Primärschlamm, 250 m³/d ÜSS (3) Faulbehälter, 18 d VWZ 35% otr-abbau Ziel: 40% otr-abbau Lösung 1: Bau eines neuen m³ Faulbehälters Lösung 2: Einsatz von Ultraschall zur Intensivierung der Faulung

Kläranlage Bamberg Ultraschallinstallation in 2004: Beschallung von 30% des ÜSS (~ 75 m³/d) @ 3.

18 Kläranlage Bamberg Ultraschallinstallation in 2004: Beschallung von 30% des ÜSS (~ kwh/m³ US-BEHANDLUNG EINGEDICKTER ÜBERSCHUSS- SCHLAMM 30% 70% FAULSTUFE 1 FAULSTUFE 2 PRIMÄR- SCHLAMM

19 Biogasproduktion (1000 m 3 /a) otr Abbaugrad (%) Kläranlage Bamberg Erfolge nach Einsatz der Ultraschalldesintegration: otr-abbau verbessert sich von 34 auf 50% Signifikante Steigerung der Biogasproduktion Bau eines neuen Faulturms wurde vermieden = Einsparung an 1,5 Mio. EUR Biogasproduktion otr Abbaugrad Jahr

01.01.2004 01.01.2005 01.01.2006 01.01.2007 01.01.2008 01.01.2009 01.01.2010 01.01.2011 01.01.2012 KA

Eigendeckung Prozent kwh/monat 450.000 Mittelwert Eigendeckung in einem Jahr Prozent 125% 400.

20 KA BAMBERG NETTO-ENERGIEERZEUGER Stromerzeugung Kläranlage kwh/monat Stromverbrauch Kläranlage kwh/monat Eigendeckung Prozent kwh/monat Mittelwert Eigendeckung in einem Jahr Prozent 125% Desi ab Sep Neue Gasmotoren ab Okt % 105% % % % %

21 Übersicht 1. Ultraschalldesintegration von Klärschlamm 2. Intensivierung der anaeroben Schlammstabilisierung 3. Intensivierung der aeroben Schlammstabilisierung 4. Elimination von Bläh- und Schwimmschlamm 20

22 Kläranlage Bünde 15 21

23 Kenndaten: Ausbaugrösse: EW Belastung: EW Kläranlage Bünde Nitrifikation und intermittierende Denitrifikation bei einem Gesamtschlammalter von 22 d Schwimmschlammbildung im Winter Ziel: Prozessstabilisierung Minimierung der Überschussschlammmenge Verbesserung der Denitrifikation Bekämpfung von Schwimmschlamm 16 22

Kläranlage Bünde Ultraschallinstallation in 2006: Beschallung von 30% des ÜSS (~ 25 m³/d)

24 Kläranlage Bünde Ultraschallinstallation in 2006: Beschallung von 30% des ÜSS (~ kwh/m³ VORKLÄRUNG BELEBUNG NACHKLÄRUNG EINDICKER US-BEHANDLUNG 30% 70% FAULUNG 17 23

25 Kläranlage Bünde Erfolge nach Einsatz der Ultraschalldesintegration: kein Schwimmschlamm auf den Belebungsbecken Reduktion der Masse an ÜSS Reduktion der N-Konzentration im Kläranlagenablauf (N < 3 mg/l) 24

26 Kläranlage Bünde Vergleichszeitraum Zulauf KA Zulauf BB Ablauf KA ÜSS-Abfuhr Mittelwert Q [m³/d] Bd CSB [kg/d] Bd Nges [kg/d] Bd Nanorg [kg/d] TR [t] , ,4 232 Vergleichszeitraum N-Elimination Reduktion ÜSS Mittelwert [%] absolut [%] spezifisch [%] Verrechnung der Kosten (Investitionskosten & Ingenieurbetreuung) nach 10.3 AbwAG für die Betriebsoptimierung in Höhe von EUR mit der Abwasserabgabe der Jahre

27 Übersicht 1. Ultraschalldesintegration von Klärschlamm 2. Intensivierung der anaeroben Schlammstabilisierung 3. Intensivierung der aeroben Schlammstabilisierung 4. Elimination von Bläh- und Schwimmschlamm 26

28 Bekämpfung von Bläh- und Schwimmschlamm Energie Energie Original Kurze Beschallung Lange Beschallung 27

29 Kläranlage Seevetal ( EW) Beschallung von Rücklaufschlamm (1% 2 kwh/m³) 28

30 Kläranlage Meldorf ( EW) 29

31 Kenndaten: Belastung: EW 2 Faulbehälter (je m³ Vol.) Cofermentation Kläranlage Meldorf Schäumende Faulbehälter (aufgrund fadenförmiger Mikroorganismen im ÜSS) Ziel: Schaumbekämpfung im Faulbehälter 30

32 Kläranlage Meldorf Ultraschallinstallation in 2004: Beschallung von 100% des ÜSS (~ kwh/m³ BELEBUNG NACHKLÄRUNG EINDICKER US-BEHANDLUNG FAULUNG 31

Glühverlust des Faulschlamms [%] Kläranlage Meldorf Erfolge nach Einsatz der Ultraschalldesintegration: Schäumen in den FB wurde abgestellt Dosierung

33 Glühverlust des Faulschlamms [%] Kläranlage Meldorf Erfolge nach Einsatz der Ultraschalldesintegration: Schäumen in den FB wurde abgestellt Dosierung von Cofermentaten Verbesserung des Ausfaulgrades 70 Einführung US -Technik Sep.4. Okt. 11. Okt.18. Okt.25. Okt. 1. Nov. 8. Nov.15. Nov. 32

34 inflow ultrasound generator Ultrawaves Ultraschallsystem Technologie Transfer Innovation 2002 sonotrode outflow Innovationspreis Deutsche Industrie 2006 converter Innovationspreis Baden Württemberg 2007 Reaktorvolumen: 30 L Dauerleistung: 5 kw Kontinuierlicher Betrieb Anzahl Schwinggebilde: 5 Frequenz: 20 khz Intensität: W/cm² Beschallzeit: 1-3 min Beschalldosis: 2-8 kwh/m³ 33

35 ULTRAWAVES Partner 17 34

36 Fazit Ultraschallbehandlung zur Klärschlammdesintegration ist seit ca. 10 Jahren eine marktreife Technologie Ultrawaves ist mit mehr als 75 Referenzen der Marktführer in der Klärschlammdesintegration.

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