BMU-Umweltinnovationsprogramm Plus-Energie- Kläranlage mit Phosphorrückgewinnung. Projektpartner

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1 BMU-Umweltinnovationsprogramm Plus-Energie- Kläranlage mit Phosphorrückgewinnung Projektpartner

2 Gliederung des Vortrages Daten zur Stadtentwässerung und Kläranlage Lingen Versuche der KA Lingen im Schlammbereich Fördervorhaben Aktueller Stand und Ergebnisse Weiteres Vorgehen/Ausblick

3 Stadtentwässerung (SE) Lingen Eigenbetrieb der Stadt Lingen Gesamt: 29 Beschäftigte 16 Mitarbeiter/Innen der SE Lingen im Bereich Betrieb Kläranlage, Pumpwerke und Fremdarbeiten 11 Mitarbeiter/Innen der SE Lingen im Bereich Kanäle-Planung, Digitalisierung, Bau, Sanierung, Unterhaltung, Reinigung, Hausanschlüsse

4 Kläranlage Lingen im Jahre 2011 Wohnbebauung Nördlich in etwa 250 m Entfernung Südlich in etwa 50 m Entfernung KA-Fläche 5 ha

5 Daten zur KA Lingen 1-stufige Belebungsanlage mit vorgeschalteter Denitrifikation und biologischer Phosphorelimination. Ausbaugröße der Kläranlage: Einwohnerwerte (EW) Mittlere CSB-Auslastung der Kläranlage: EW davon angeschlossene Einwohner: EW (43%) Industriebetriebe und sonstige Firmen: EW (31%) Acrylfasernherst. (chemische Industrie): EW (26%) Hersteller von Polyacrylfasern liefert schwer abbaubares Wasser (50%), daher höhere Überwachungswerte für den Ablauf der Kläranlage: CSB: 200 mg/l N anorg. : 16 mg N/l P: 1,0 mg/l

6 Daten zur KA Lingen Rohschlammfracht : Klärschlammfracht : Abbau organischer Stoffe: 2900 t TR/a, 78% O-TR 1930 t TR/a, 67% O-TR 43% (ohne Cofermente) Volumen 2 * 2050 m³ Aufenthaltszeit 20 Tage Temperatur 38 C Beschickung PS aus Vorklärung (50%) ÜS vom Siebband (50%) Reststoffspeicher für Cofermente

7 Daten zur KA Lingen Klärschlammanfall 1930 t TR/a, o-tr 67% Entwässerung 2 Bucherpressen TR im entwässerten Schlamm 26 % (Daten 2011) Polymerverbrauch Entwässerung 18 kg WS/t TR Verbrauch Eisenlösung (42%ig) Entwässerung: 230 kg/ t TR

8 Bisher durchgeführte Versuche im Schlammbereich Verlängerung der Aufenthaltszeit im Faulturm - Verlängerung von 20 auf 40 Tage Diplomarbeit Ergebnis: Reduzierung O-TR um 2% Zugabe von Enzymen (2002) - 4-monatige Enzymzugabe in FT 1. FT 2 ohne Enzymzugabe. - Ergebnis: Reduzierung O-TR um <= 1 % Ultraschall-Desintegration - Behandlung Roh- und Überschuss-Schlamm mit Ultraschall Diplomarbeit und KA-Versuche in Ergebnis: Reduzierung O-TR um <= 1 %

9 Bisher durchgeführte Versuche im Schlammbereich Durchführung des Kemicond-Verfahrens von Vorbehandlung des Klärschlammes mit Säure und Oxydationsmittel. Neutralisation, Polymerzugabe und anschließende Entwässerung mittels Kammerfilter- bzw. Bucherpresse Ergebnis: TR-Gehalte von 34% (Kammerfilterpresse) und 40% (Bucherpresse) wurden erreicht. Guter Automatisierungsgrad, sichere Fahrweise. Durchführbarkeit scheiterte aufgrund der in 2008 stark angestiegenen Preise für Schwefelsäure und Wasserstoffperoxid.

10 Förderprojekt Plus-Energie-Kläranlage mit Phosphor-Rückgewinnung Am Beispiel der Kläranlage der Stadtentwässerung Lingen soll erstmalig im technischen Maßstab gezeigt werden, dass Kläranlagen nicht nur in Nullenergie-Kläranlagen, sondern in Plus-Energie-Kläranlagen umgewandelt werden können, (Strom- und Wärmeüberschüsse) wobei gleichzeitig eine Rückgewinnung von pflanzenverfügbarem Phosphor in Höhe von 30 Massen-% des Zulaufs realisiert und der Klärschlammanfall und der Chemikalienverbrauch auf der Kläranlage Lingen reduziert wird

11 Förderprojekt Plus-Energie-Kläranlage mit Phosphor-Rückgewinnung Trotz zusätzlicher Anlagentechnik und des zusätzlichen Energieverbrauchs (Strom und Wärme) für die zu installierenden Anlagen wird immer noch eine Strom- und Wärmeabgabe an externe Verbraucher möglich sein. Das Vorhabensziel soll über eine Verfahrensumstellung der bestehenden Schlammbehandlung und einer Optimierung der Abwasserbehandlung erreicht werden

12 Projektplanung (Auszüge) 1) Intensivierung der Faulung durch thermische Überschuss- Schlamm-Hydrolyse Installation einer Lysotherm -Anlage 2) Trennung der Schlammarten vor der Faulung Lysothermbehandelter ÜSS-Schlamm in Faulturm 2 LysoGest -Verfahren 3) Rückgewinnung von Phosphat durch Einführung der P-Fällung als MAP (handelsüblicher Dünger) AirPrex -Verfahren 4) Deammonifikation des Schlammwassers Demon

13 Bisher in Betrieb genommene Verfahren 1) Lysotherm -Anlage in 2012 Durchsatz Überschussschlamm (5-6%TR) 3,2 m³/h Maximaler Durchfluß: 7,5 m³/h Hydrolysetemperatur: C Aufenthaltszeit: Min.

14 Auswirkungen der thermischen Hydrolyse Verbesserung der biologischen Verfügbarkeit, bessere anaerobe Abbaubarkeit - Erhöhung der Gasausbeute - Erhöhung des Trockenrückstandes im entwässerten Schlamm - Reduzierung der zu entsorgenden Schlammmenge - Aufschluss der Polyphosphate zu ortho-phosphat

15 Plus-Energie-KA Lingen Phase 1 - Lysothermanlage Entwässerung Bucher-Presse Primärschlamm konventionelle Faulung CH 4 BHKW FB 1 Co-Substrat Überschussschlamm Eindickung Thermische Hydrolyse (145 C, 30 min) LysoTherm ) FB 2 CH 4 konventionelle Faulung Rücklauf zur Biologie

16 Lysotherm -Prinzipschema Aufheizung des Thermalöls über Abgaswärmetauscher der BHKW`s

17 Betriebsdaten der Lysotherm-Anlage Wärmetauschervorwärmung (DN 40): 1027 m, ca. 1,3 m³ Wärmetauscher Hocherhitzung (DN 40): 270 m, ca. 0,3 m³ Heißhalter (DN 200) 110 m, ca. 3,5 m³ Wärmetauscher Abkühlung (DN 40) 743 m, ca. 0,9 m³

18 Lysothermanlage Durchgeführte Versuche, Probleme Versuche zur Steigerung des Hydrolysegrades Anpassung/Optimierung der Parameter Temperatur und Druck Abschaltung der Anlage aufgrund zu hoher Drücke Anpassung der Hydrolsat-Rückführung, Optimierung der Schlammpumpe, Reinigung der Wärmetauscherrohre Anstieg des Polymerverbrauchs in der Entwässerung Anpassung des Polymers, Anpassung der Schlammentwässerung Versuche zur Optimierung der Schlammentwässerung unter anderem Vergleichs-Entwässerungsversuche mit Zentrifugen - Reduzierung des Polymerverbrauchs um 30%! - Reduzierung der Eisenlösung um 100%!

19 Erste Ergebnisse der Lysotherm-Anlage Erhöhung der Faulgasproduktion 15% (bezogen auf den Gasanfall ohne Cofermente) Steigerung des anaeroben Abbaus (o-tr-gehalt im Ablauf der Faultürme) von 67 auf 65% o-tr Erhöhung Entwässerungsgrad (TR im entwässerten Klärschlamm) von 26 auf 27,5% TR Anlage läuft nach anfänglichen Problemen vollautomatisch und betriebsstabil

20 Bisher in Betrieb genommene Verfahren 2) Trennung der Schlammströme LysoGest LysoGest : Getrennte Faulung von Primärschlamm und hydrolysiertem Überschussschlamm Inbetriebnahme: Reduzierte Aufenthaltszeit in der ÜSS-Faulung Tage Steigerung der Faulgasproduktion durch bessere Adaption Mehr Platz für die Vergärung von Co-Substraten Verbesserte Phosphat- (und Stickstoff-)Rückgewinnung

21 Plus-Energie-KA Lingen Phase 2-Trennung der Schlammströme Entwässerung Bucher-Presse Primärschlamm Primärschlamm Faulung CH 4 BHKW FB 1 Co-Substrat Überschussschlamm Eindickung Thermische Hydrolyse (145 C, 30 min) LysoTherm ) CH 4 FB 2 Überschussschlamm Faulung LysoGest Rücklauf zur Biologie

22 Weitere Teilvorhaben 3) Installation der AirPrex -Anlage zur P-Rückgewinnung Inbetriebnahme: Dezember 2013 P-Rückgewinnung aus dem Faulschlamm der separaten ÜSS-Faulung (erhöhte P-Anreicherung), alternativ aus dem Zentrat - Höhere P-Rückgewinnungsrate und wirtschaftlicher Chemikalieneinsatz - Besserer Entwässerungsgrad und verringerter Polymermengenbedarf aufgrund verbesserter Klärschlammeigenschaften - Kristallisationsverhinderung MAP ist ein handelsüblicher Dünger Qualität entspricht der Düngemittelverordnung

23 Weitere Teilvorhaben 4) Installation der DEMON -Anlage zur Deammonifikation des Schlammwassers Inbetriebnahme: März 2014 Effektive Abkürzung des Stickstoff-Zyklus Energieeinsparung ca. 60% gegenüber konventioneller Nitrifikation/Denitrifikation Keine externe Kohlenstoffquelle erforderlich

24 Plus-Energie KA Lingen Phase 3+4 AirPrex-Anlage und Demon-Reaktor Entwässerung Bucher-Presse Primärschlamm Primärschlamm Faulung CH 4 BHKW FB 1 Co-Substrat Überschussschlamm Eindickung Thermische Hydrolyse (145 C, 30 min) LysoTherm ) FB 2 CH 4 Struvit-Fällung AirPrex + MgCl 2 Feststoffabtrennung Deammonifikation DEMON Überschussschlamm-Faulung LysoGest Struvitwäsche Rücklauf zur Biologie

25 Projektziele Erhöhung der Eigenstromerzeugung > 100% Reduzierung Energieverbrauch < 21,7 kwh/ew*a Rückgewinnung von Phosphat 30% der Zulauffracht Reduzierung der Klärschlammmenge > 3% o-tr Verbesserung der Schlammentwässerung von 26% auf >30% Reduzierung des Polymerverbrauchs >= 30% Reduzierung Chemikalienverbrauch > 30%

26 Zusammenfassung Das Förderprojekt befindet sich noch in der ersten Phase. Die Lysotherm-Anlage läuft nach anfänglichen Schwierigkeiten inzwischen betriebsstabil und vollautomatisch, bei relativ einfacher Bedienung. Die zusätzlichen Vergleichsentwässerungsversuche waren sehr aufschlussreich und zeigen, dass die großen Verbesserungen bei der Schlammentwässerung nach der Realisierung der nächsten Teilvorhaben erreicht werden können.

27 BMU-Umweltinnovationsprogramm Plus-Energie- Kläranlage mit Phosphorrückgewinnung Umweltinnovationsprogramm : "Energieeffiziente Abwasseranlagen Förderung und Finanzierung Antragstellung, Realisierung und Auftragsvergabe Auftragnehmerin Anlagenbau und Prozesstechnik Lizenzgeber LysoTherm -Verfahren Lizenzgeberin AirPrex und LysoGest Partner für Trenntechnik und P-Rückgewinnung Herzlichen Dank für Ihr Interesse.