Stromverbrauch zur Elimination von Spurenstoffen auf kommunalen Kläranlagen Literaturübersicht und großtechnische Erfahrungen

Transkript

1 Stromverbrauch zur Elimination von Spurenstoffen auf kommunalen Kläranlagen Literaturübersicht und großtechnische Erfahrungen Laurence Palmowski IFWW Fachkolloquium Katrin Krebber Johannes Pinnekamp RWTH Aachen University Institut für Siedlungswasserwirtschaft

2 Veranlassung Bei bisherigen Forschungsarbeiten zu Verfahren der Spurenstoffelimination standen die Eliminationsleistungen und die Ableitung von Hinweisen für Planung und Betrieb im Vordergrund Forschungsvorhaben Envelos : Energiebedarf von Verfahren zur Elimination von organischen Spurenstoffen gefördert von MKULNV Phase I (abgeschlossen): Literaturrecherche Abschlussbericht auf der Internetseite des LANUV Phase II (in Bearbeitung): Energieverbrauch großtechnischer Anlagen heute: nur Stromverbrauch auf der Kläranlage 2

3 Literaturauswertung Ozonung Zugabe von Pulveraktivkohle (PAK) Filtration über granulierte Aktivkohle (GAK) 3

4 Literaturauswertung Ozonung I 0,41 kwh/m³ - 10 m Förderhöhe - Sandfilter - Kühlaggregat 4 kwh/m³ - kein Hebewerk - Kühlung mit Abwasser - Nachbehandlung im Schönungsteich

5 Literaturauswertung Ozonung II Verteilung des Strombedarfs auf einzelne Aggregate 0,30 Strombedarf auf der Kläranlage [kwh/m³] 0,25 0,20 0,15 0,10 0,05 Nachbehandlung Kühlung kat. Restozonvernichtung Ozonein- und -austrag Ozonerzeugung Pumpen 0,01 0,01 0,06 0,03 0,01 0,09 0,03 0,01 0,11 0,05 0,010 0,17 Betrachtung des mittleren Szenarios bei verschiedener Ozondosis 5 0,00 2,5 g/m³ 5,0 g/m³ 7,5 g/m³ 10,0 g/m³ 15,0 g/m³ Ozondosis

6 Literaturauswertung - PAK Strombedarf auf der Kläranlage [kwh/m³] Zugabe in ein Kontaktbecken 0,14 0,12 0,10 0,08 0,06 0,04 0,00 Sandfilter PAK Zugabe + Rühren + Rezirkulation Pumpwerk 0,03 0,04 0,03 0,04 0,01 0,01 minimales Szenario mittleres Szenario maximales Szenario 0,05 0,13 kwh/m³ - 10 m Förderhöhe - Ungünstige Randbedingungen 6 kwh/m³ - kein Hebewerk - günstige Randbedingungen

7 Literaturauswertung - GAK Strombedarf auf der Kläranlage [kwh/m³] 0,18 0,16 0,14 0,12 0,10 0,08 0,06 0,04 0,00 Rückspülwasserbehandlung GAK-Filtration Vorfiltration Pumpwerk 0,05 0,04 0,04 0,03 0,04 0,04 0,01 0,01 minimales Szenario mittleres Szenario maximales Szenario 0,04 0,17 kwh/m³ - 10 m Förderhöhe - Ungünstige Randbedingungen 7 0,06 kwh/m³ - kein Hebewerk - günstige Randbedingungen

8 Stromverbrauch großtechnischer Anlagen KA Bad Sassendorf KA Schwerte KA Böblingen-Sindelfingen KA Düren 8

9 Bad Sassendorf I E; davon 2950 E aus Krankenhäusern Ozonstufe Auf 300 m 3 /h (Trockenwetterzufluss) ausgelegt Aufenhaltszeit von 13 min angelieferter Reinsauerstoff mit Kühlmittel gekühlter Ozongenerator Eintragssystem: Keramikdiffusoren in zwei parallelen Becken Durchlauf der Ozonstufe im freien Gefälle Nachbehandlung im vorhandenen Schönungsteich 9

10 Bad Sassendorf II Dosierstrategie basiert auf SAK ( Schwankungen) Bei Dosiermengen um 2,5 mg/l liegt der Stromverbrauch der gesamten Ozonung bei 0,044 kwh/m³, der Stromverbrauch des Ozongenerators bei 0 kwh/m³ (47 %) 0,12 Gesamtanlage zur Spurenstoffelimination Daten für Jan 2013 Ozongenerator Spezifisicher Stromverbrauch [kwh/m³] 0,10 0,08 0,06 0, ,00 0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0 8,0 Ozondosis [mg/l]

11 Schwerte I Ausbaugröße E; zweistraßiger Aufbau Belebungsstr. 2: Ozon- und PAK-Stufe (unabhängig) Ozonstufe 6-teiliger, kaskadierter Reaktionsbehälter Eintragssystem: Keramikteller mit Abwasser gekühlter Ozongenerator angelieferter Reinsauerstoff PAK-Stufe drei Reaktionsbehälter mit Gesamtvolumen 450 m³ 11

12 Schwerte II Rezirkulationsbetrieb: Differenz zwischen aktuellem Zufluss zur Straße 2 und der maximalen hydraulischen Leistungsfähigkeit der Nachklärung der Straße 2 wird der weitergehenden Reinigung zugeführt Förderhöhen Geodätische Förderhöhe (max.10,34 m) Theoretische Förderhöhe: Ozon 35% (3,60 m) PAK 33% (3,44 m) 12

13 Ozonung in Schwerte 0,080 kwh/m³ bei 2 g/m³ Kühlwasserpumpe 3% Sonstiges 10% 0,047 kwh/m³ bei theoretischer Förderhöhe Ozongenerator 25% Zulaufpumpen 62% 0,111 kwh/m³ bei 5 g/m³ Kühlwasserpumpe 2% Sonstiges 3% 13 0,078 kwh/m³ bei theoretischer Förderhöhe Ozongenerator 49% Zulaufpumpen 45%

14 PAK-Zugabe in Schwerte Dosiermengen zwischen 5 und 20 mg/l 0,079 kwh/m³ 0,048 kwh/m³ bei theoretischer Förderhöhe Sonstiges 10% Rührwerke 23% Zulaufpumpen 58% Dosierpumpe 9% 14

15 Böblingen-Sindelfingen I Ausbaugröße E PAK-Stufe Ausgelegt zur Behandlung des TW-Zuflusses PAK-Zugabe in ein Reaktionsbecken, gefolgt von einem Sedimentationsbecken (mit Rückführung) und einem Flockungsfilter PAK-Dosis: 10 mg/l 15 Quelle: Biebersdorf, N., Schröder, M. Palmowski, L., Veltmann, K., Kaste, A. 2. Fachsymposium Mikroschadstoffe NRW, , Düsseldorf

16 0,058 kwh/m³ für PAK- Adsorption und Filtration Böblingen-Sindelfingen II 16 Quelle: Biebersdorf, N., Schröder, M. Palmowski, L., Veltmann, K., Kaste, A. 2. Fachsymposium Mikroschadstoffe NRW, , Düsseldorf

17 Düren I Ausbaugröße E; 12 abwärts durchströmte, diskontinuierlich gespülte Flockungsfilter Förderhöhe von etwa 8,5 m 3 GAK-Füllungen wurden untersucht Stromverbrauch der unterschiedlichen Spülprogramme ähnlich Unterschied aus der Häufigkeit der Rückspülung Im Betrachtungszeitraum 12. Oktober bis 18. November 2012: Dritte GAK-Füllung ( : 1,0 2,4 mm) 58 Rückspülungen bei Referenzfilterzelle; 137 bei GAK-Filterzelle m³ Filtrat bei Referenzfilterzelle; m³ bei GAK-Filterzelle 17

18 Düren II 0,052 kwh/m³ für die ganze Filteranlage Spülwasserpumpen 6,7% Spülluftgebläse 1,7% Spülabwasserpumpen 12,8% 18 Referenzfilterzelle 0,048 kwh/m³ GAK-Filterzelle 0,063 kwh/m³ (Zusatzaufwand 0,016 kwh/m³ bzw. 33 %) Häufigkeit der Rückspülungen und somit Energieverbrauch abhängig von Körnung der GAK und Abwassermatrix (v.a. AFS-Gehalt) Zulaufpumpen 78,7%

19 Zusammenfassung KA / Kalkulation aus Literatur Verfahren Dosis [mg/l] Stromverbrauch [kwh/m³] Literatur Ozonung 2,5 15 0,41 Bad Sassendorf Ozonung 2,5 0,044 Schwerte Ozonung 2 5 0,080 0,111 Anmerkung 0,047 bzw. 0,078 kwh/m³ bei th. Förderhöhe Literatur PAK ,13 Schwerte PAK ,079 0,048 kwh/m³ bei th. Förderhöhe Böblingen- Sindelfingen PAK 10 0,058 Zusatzaufwand: 7 kwh/m³ Literatur GAK 0,06 0,17 Düren GAK 0,063 Zusatzaufwand: 0,016 kwh/m³ 19

20 Ausblick Bisher identifizierte Optimierungsbereiche: Vorbehandlung (speziell AFS) Anlagendesign: Minimierung der Förderhöhen Beckenform: Rundbecken bewirken weniger Verluste Gasvolumenstrombewirtschaftung bei der Ozonung Dargestellt wurde nur der Stromverbrauch auf der Kläranlage. Für eine ganzheitliche Betrachtung muss Herstellung und Transport z.b. des Reinsauerstoffs für die Ozonung und der Aktivkohle berücksichtigt werden Der Stromverbrauch weiterer großtechnischer Anlagen wird im Projekt Envelos (bis Ende März 2014) ermittelt 20

21 Vielen Dank! den Co-Autoren den Projektpartnern und den Wasserverbänden für die Bereitstellung der Daten dem Ministerium für die Finanzierung Ihnen für Ihre Aufmerksamkeit 21

22 Fließbild der KA Bad Sassendorf 22

23 Fließbild der KA Schwerte Zulauf Belebungsanlage Straße 2 Zulauf Nitrifikation Pulveraktivkohleanlage (PAK) h Probenahmestellen PAK Dosierstation N/D N/D N Zulauf Nachklärung D Ablauf Kläranlage D N N Ozonierungsanlage Probenahmestellen O 3 [mg/l] Restozonvernichter RS NK2 d d d c c c b b b a a a Pumpwerk O 3 [mg/l] O 3 [mg/l] O 3 [mg/l] 23 Ruhr Ozon Erzeugung SAK [1/m]

24 Fließbild der KA Düren 24