Zweckverband Abwasserbeseitigung Kahlgrund Konzept zur weitergehenden Schlammbehandlung

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1 Zweckverband Abwasserbeseitigung Kahlgrund Konzept zur weitergehenden Schlammbehandlung Dr. Born - Dr. Ermel GmbH - Ingenieure - M.Sc. Dipl.-Ing. Florian Herbert Dr.-Ing. Tobias Günkel-Lange 02. April 2014

2 Übersicht Inhalt und Ziele der Studie Einführung in die Thematik Situation in Deutschland, Rechtliche Rahmenbedingungen Weitergehende Schlammbehandlung Klärschlammtrocknung, thermische Klärschlammverwertung Zwischenfazit Zweckverband Abwasserbeseitigung Kahlgrund Variantenbetrachtung Nutzwertanalyse Fazit und Handlungsempfehlung 2

3 Inhalt der Studie Konzept zur weitergehenden Schlammbehandlung Rechtliche Rahmenbedingungen Variantendiskussion und Marktrecherche Verfahren zur Trocknung Verfahren zur thermischen Verwertung Bewertung der Varianten (Nutzwertanalyse): Verfahren zur Trocknung Verfahren zur thermischen Verwertung Verfahrenskombination Wirtschaftlichkeitsvergleich und Handlungsempfehlungen 3

4 Ziel der Studie Konzept zur weitergehenden Schlammbehandlung Erarbeitung eines Konzeptes zur weitergehenden Schlammbehandlung des entwässerten Klärschlamms Klärschlammtrocknung Klärschlammverbrennung Berücksichtigung ausgereifter und bewährter Technologien Ziel: Handlungsempfehlung für die weitergehende Schlammbehandlung auf der Kläranlage Kahlgrund 4

5 Situation in Deutschland (UBA, 2012) 5

6 Situation in Deutschland und Bayern (UBA, 2012) (LfU, 2011) 6

7 Unterschiedliche Ausrichtung der Bundesländer (UBA, 2012) 7

8 Rechtliche Rahmenbedingungen Europäische Klärschlammrichtlinie 86/278/EWG (KSRL) Grenzwerte und Ausbringungsvorschriften Kreislaufwirtschaftsgesetz (KrWG 2012) Festlegung Entsorgungsstrategie Klärschlammverordnung (AbfKlärV 1992) Grenzwerte gültig bis Dezember 2014 Düngemittelverordnung (DüMV 2012) Grenzwerte ab 2015 maßgebend Verbringungsverordnung (WDüngV 2010) Ausbringungsregelungen Bioabfallverordnung (BioAbfV 1998) Überprüfung der Klärschlammasche Bundesbodenschutz- und Altlastenverordnung (BBodSchV 2012) Vorsorgewerte Deponieverordnung (DepV 2009) Deponierung < 5% org. Anteil Bundes-Immissionsschutzgesetz (BImSchG) und -verordnung (17. BImSchV) Emissionsgrenzwerte 8

9 Rechtliche Rahmenbedingungen Koalitionsvertrag (CDU, CSU, SPD; 2013) Deutschlands Zukunft gestalten Wir werden die Klärschlammausbringung zu Düngezwecken beenden und Phosphor und andere Nährstoffe zurückgewinnen Ausstieg aus der landwirtschaftlichen und landschaftsbaulichen Verwertung Das Bundesumweltministerium erarbeitet zurzeit eine neue Verordnung der Phosphatrückgewinnung aus Klärschlammaschen, die sogenannte Phosphatrückgewinnungsverordnung (AbfPhosV). Im Entwurf der AbfPhosV wird der Vorrang zur Rückgewinnung von Phosphor festgesetzt und ein Verbot von thermischer Klärschlammverwertung in Mitverbrennungsanlagen vorgeschrieben. 9

10 Weitergehende Schlammbehandlung Zukünftig? (LfU, 2011) 10

11 Weitergehende Schlammbehandlung Klärschlammtrocknung Verringerung der Klärschlammmenge Bessere Lager- u. Transportfähigkeit, Weitere mikrobiologische Stabilisierung Erhöhung des Heizwertes Vorbereitung zur thermischen Verwertung Thermische Verwertung Monoverbrennungsanlagen für Klärschlamm entsprechend der neuesten gesetzlichen Entwicklungen Zwischenlagerung der Asche möglich Weitergehendes Ziel: Phosphorrückgewinnung 11

12 Klärschlammtrocknung Direkte Trocknung Indirekte Trocknung Solare Trocknung (ATV-DVWK-M-379, 2004) Beispiel: Bandtrockner + Produktqualität gut einstellbar (ATV-DVWK-M-379, 2004) Beispiel: Schneckentrockner + Guter Wärmeübergang (IST GmbH, 2013) + Spezifisch geringe Energiekosten + Einfache Technik -Gefahr der lokalen Überhitzung (hohe Brandgefahr) -Klärschlammentwässerung auf Pelletierunganpassen -Diskontinuierlicher Betrieb ungünstig -u.u. hoher Staub- und Faseranteil im Produkt -Flächenbedarf -Leistung witterungsabhängig -Lange Trocknungszeiten 12

13 Thermische Klärschlammverwertung Wirbelschichtverbrennung Rostfeuerung Pyrolyse (Pro-Enteceast GmbH, 2013) (Thome - Kozmiensky, 1994) (Pyreg) + Technik für KS-Monoverbrennung im großtechnischen Maßstab durchgesetzt + Technik wird vorwiegend bei der Müllverbrennung eingesetzt + Für Anlagengrößen < EW konzipiert -Keine Anlagen < EW am Markt verfügbar - Zwei Anlagen < EW für KS-Verwertung errichtet - Nur nach Volltrocknung -Für den Einsatz von KS noch in der Entwicklungsphase 13

14 Thermische Klärschlammverwertung Wirbelschichtverbrennung am häufigsten eingesetzte Technologie In Planung: KS-Monoverbrennung Rügen mit rd EW Standort Rostfeuerung Vorwiegender Einsatz in Müllverbrennungsanlagen KS-Monoverbrennung in Betrieb: KA Straubing ( EW); KA Altenstadt ( EW) Million-EWG Berlin- Ruhleben 4,0 Stuttgart 1,6 Hamburg 3,8 Frankfurt a.m. 2,5 Lünen 4,5 Wuppertal 1,5 Bottrop 2,0 Bitterfeld 0,7 Pyrolyse Verfahren Für Klärschlammverwertung halb-großtechnische Anlagen in der Entwicklungsphase In Planung: KA Linz-Unkel ( EW) Fa. Pyreg In Bau: KA Grünstadt ( EW) KS-Reformer Fa. Thermosystem 14

15 Zwischenfazit Die Schaffung eines gesetzlichen Rahmens ist von entscheidender Bedeutung. Klärschlammtrocknungssysteme sind für unterschiedliche Größenordnungen vorhanden. Die thermische Klärschlammverwertung mittels Wirbelschichtverbrennung hat sich für Größenordnungen > EW bewährt. Thermische Behandlungsverfahren für kleine Kläranlagen ~ EW befinden sich in der Entwicklungsphase. 15

16 Kläranlage Kahlgrund Ausbaugröße: EW (aktuell angeschlossen: rd EW) Schlammanfall: Mg/a (25% TR) 625 Mg TM/a Heizwert: kj/kg TM Aktuelle Gesetzgebung nach KrWG (2012): Ab einem Heizwert von kj/kg TM ist die thermische Verwertung der stofflichen Verwertung gleichzusetzen. 16

17 Verfahrensauswahl - Trocknung solare Trocknung (Bsp. Fa. Thermo-System GmbH) Bandtrockner (Bsp. Fa. Klein GmbH) (direkte Trocknung) Schneckentrockner (Bsp. Fa. Rosoma GmbH) (indirekte Trocknung) (Klein TS GmbH, 2014) (Thermo-System GmbH, 2014) (RosomaGmbH, 2014) 17

18 Nutzwertanalyse Trocknungsverfahren Gewichtung Solare Trocknung Bandtrockner Schneckentrockner Bew. Gew. x Bew. Bew. Gew. x Bew. Bew. Gew. x Bew. Platzbedarf Investitionskosten Energie elektrisch thermisch Personalbedarf Punktzahl % 43% 65% 18

19 Verfahrensauswahl - thermische Verwertung Klärschlammreformer (Fa. Thermo-System GmbH) Pyreg-Reaktor (Fa. Pyreg GmbH) (Thermo-System GmbH, 2014) Bewertung Pyrolyse (PyregGmbH, 2014) Pilotanlagen Anwendungsbereich (< EW) gleich bewertet, keine Nutzwertanalyse Pyreg-Reaktor im Richtpreis günstiger als Klärschlammreformer 19

20 Verfahrenskombinationen Kombination Trocknung thermische Verwertung 1 solare Trocknung (Fa. Thermo-System GmbH) Klärschlammreformer (Fa. Thermo-System GmbH) 2 Bandtrockner (Fa. Klein GmbH) 3 Schneckentrockner (Fa. Rosoma GmbH) Pyreg-Reaktor (Fa. Pyreg GmbH) Pyreg-Reaktor (Fa. Pyreg GmbH) 20

21 Nutzwertanalyse Verfahrenskombinationen Gewichtung Solare Trocknung + KS-Reformer Bandtrockner + Pyreg Schneckentrockner + Pyreg Bew. Gew. x Bew. Bew. Gew. x Bew. Bew. Gew. x Bew. Platzbedarf Investitionskosten Energie elektrisch thermisch Personalbedarf Punktzahl % 54% 65% 21

22 Umsetzungsvorschlag -Aufstellung Verortung der weitergehenden Schlammbehandlung 22

23 Umsetzungsvorschlag -Aufstellung KS-Trocknung Thermische Verwertung 23

24 Schnittstelle und Aufstellungsmöglichkeit 24

25 Fazit Keine bewährten Techniken zur thermischen Verwertung für Anlagengrößen EW Mögliche Verfahren wie Pyreg oder Klärschlammreformer können keine Langzeit-Praxiserfahrungen vorweisen Wirbelschichttechnologie hat sich für Anwendungsbereich > EW (v.a. im Bereich 1-4 Million-EW) durchgesetzt Entsorgungskosten würden für die KA Kahlgrund um rd. 50 % steigen 25

26 Handlungsempfehlung Empfehlung 1 Keine bewährten Techniken zur thermischen Verwertung KA Kahlgrund Gesetzeslage ungeklärt - weitere Entwicklung abwarten Nach aktueller Gesetzeslage (KrWG) ist die thermische Verwertung nachrangig. Empfehlung 2 Betrachtung einer alleinigen Trocknung ++ Volumenreduktion (Reduktion der Entsorgungskosten) -- mögliche Stickstoffrückbelastung der Abwasserbehandlung Empfehlung 3 Zusammenschluss mit benachbarten Abwasserverbänden Bau einer gemeinsamen Anlage für rd EW Dann bewährte Wirbelschichttechnologie möglich Dann evtl. Kostensenkung möglich 26

27 Zweckverband Abwasserbeseitigung Kahlgrund Konzept zur weitergehenden Schlammbehandlung M.Sc. Dipl.-Ing. Florian Herbert Dr.-Ing. Tobias Günkel-Lange Dr. Born - Dr. Ermel GmbH - Ingenieure - Büro Rhein-Main Hahnstraße 70; Frankfurt am Main