Energieautarke Kläranlage Jena

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1 Energieautarke Kläranlage Jena Dipl.-Ing. Werner Waschina, René Stubenrauch Stadtwerke Energie Jena Pößneck GmbH Dr.-Ing. Eberhard Steinle, Dr.-Ing. Verena Rehbein Dr.-Ing. Steinle Ingenieurgesellschaft für Abwassertechnik mbh Ingenieurgesellschaft für Abwassertechnik mbh Statustreffen Umweltinnovationsprogramm Jena,

2 Energieautarke Kläranlage Jena Inhalt : 1. Entwicklung Rekonstruktion und Erweiterung Kapazitätserweiterung BMU Förderprojekt Energieautarke Kläranlage Jena 5. Zusammenfassung Ingenieurgesellschaft für Abwassertechnik mbh Statustreffen Umweltinnovationsprogramm Jena,

3 Entwicklung Planung Zentralkläranlage Jena ab 1971! mit biologischer Grundreinigung und geschlossener Faulung für EW Bau allerdings mit offenen Faulbehältern, bedingt durch Mangelwirtschaft Energiebezug: 2 Mio. kwh/a Ingenieurgesellschaft für Abwassertechnik mbh Statustreffen Umweltinnovationsprogramm Jena,

4 Rekonstruktion ZKA Jena Rekonstruktion und Erweiterung der Zentralkläranlage Jena (ZKA) mit erweiterter Nährstoffelimination und geschlossener Faulung zur Eigenenergieerzeugung für EW Moderne feinblasige Belüftung anstelle Kreiselbelüfter Aufbau komplettes Energiemanagement Rücklaufschlamm ANA VKB DN N DN N NKB Zulauf Ablauf Kreislaufschlamm PS ÜS

5 Rekonstruktion Bau geschlossene Faulung Fertigstellung: 2001 Senkung Energiebezug danach von 2 Mio. kwh pro Jahr auf 1 Mio. kwh pro Jahr Technische Daten: 2 Faulbehälter mit je m³ 2 BHKW mit je 250 kwel Umwälzung mit Gaseinpressung Eigenversorgungsgrad: - Elektroenergie 64 % - Wärme 98% Ingenieurgesellschaft für Abwassertechnik mbh Statustreffen Umweltinnovationsprogramm Jena,

6 Kapazitätserweiterung : Problemstellung : - Anstieg Belastung von EW auf rund EW - Verschleißerscheinungen und Druckanstieg an EPDM-Belüfterelementen - Belüftungsanlage kapazitiv am Ende, Volllastbetrieb ohne Redundanz Rahmenbedingungen : - Vorhandene relativ neue Maschinengebäude und Klärbecken - begünstigend: stark rückläufiger Fremdwasseranteil durch Umsetzung Fremdwasserbeseitigungsprogramm, daher keine hydraulische Mehrbelastung - Mehrbelastung nur bei der Schmutzfracht - Nachklärbecken ausreichend dimensioniert im Istbestand Ziel : Kapazitätserweiterung ohne Gebäude und Beckenerweiterung durch Modernisierung der Ausrüstung

7 Kapazitätserweiterung Sanierungskonzept Erneuerung der kompletten Belüftungstechnik der Belebungsbecken mit Einsatz hocheffizienter Membran-Rohrbelüfter aus Silikon und Erneuerung der Druckluftleitungen (Ringleitung) Ersatz zweier Drehkolbengebläse durch zwei magnetgelagerte Turboverdichter mit höherer Leistung. Der Netzbezug Strom verringerte sich trotz gestiegener Belastung und Ausbau der Reinigungskapazität von rund 1 Mio. kwh auf 0,8 Mio. kwh/a

8 Eintragselemente verschlissen Kapazitätserweiterung Sanierungskonzept Analyse IST-Zustand DN N N/DN N N/DN hohe Luftgeschwindigkeiten in Druckluftleitungen AN/DN N DN N AN/DN N DN N Gebläse knapp für erhöhte Belastung DN N N/DN N/DN N Druckluftverteilung Drucklufterzeugung

9 Kapazitätserweiterung Sanierungskonzept Hocheffiziente Silikonbelüfter DN N N/DN N Neue Druckluftverteilung Lösungskonzept Neue Kompaktturbogebläse AN/DN DN AN/DN DN DN N N/DN N Druckluftverteilung Drucklufterzeugung

10 Kapazitätserweiterung Belüftungstechnik - Ergebnisse Verdichtereffizienz VE: 41 m³ N /kwh (Garantiewert) SSOTR-Wert (Reinwasser): 24 go 2 /m³ N /m ET bei ET = 5,14 m Sauerstoffertragswert (Reinwasser) : OP = SSOTR/1000 ET VE = 0,024 5,14 41 = 5,05 kgo 2 /kwh Geringer Energiebedarf zur Belüftung ohne verfahrenstechnische Einschränkungen, zusammen mit energiesparender Kaskadendenitrifikation und günstigen Belastungsbedingungen: < 20 kwh/(e a)

11 BMU Förderprojekt Energieautarke Kläranlage Jena Vorüberlegungen und Vorarbeiten: - In Zusammenhang mit der Anpassung der Schlammbehandlung wurden umfangreiche Untersuchungen zur Erhöhung der Eigenenergieerzeugung durchgeführt. - Dabei wurden in Vorversuchen Potentiale zur Erhöhung der Klärgas- Produktion festgestellt, die geeignet waren, eine nahezu vollständige Eigenversorgung mit Strom zu erreichen. - Neben der Erhöhung der Faulzeit wurden weitere technologische Möglichkeiten untersucht, die Effizienz der Klärgasproduktion bzw. der Klärgasausnutzung zu erhöhen (Desintegration, Modernisierung BHKW) Letztendlich wurde das Gesamtkonzept im Rahmen des Fördermittelwettbewerbes des BMU für energieeffiziente Abwasserbehandlungsanlagen eingereicht und erhielt einen Förderpreis. Ingenieurgesellschaft für Abwassertechnik mbh Statustreffen Umweltinnovationsprogramm Jena,

12 BMU Förderprojekt Energieautarke Kläranlage Jena Lösungskonzept - Realisiert werden der Bau eines 3. Faulbehälters und der Einsatz eines zusätzlichen Grundlast-BHKW - der 3. Faulbehälter wurde nach labortechnischen Untersuchungen für eine optimale Faulzeit dimensioniert. - Ein modernes Grundlast-BHKW sorgt für maximale Ausnutzung der erhöhten Klärgasmenge FB 1 FB 2 WT 3 (neu) WT 2 WT 1 Rohschlamm FB 3 (neu) zu NED / SEA Ingenieurgesellschaft für Abwassertechnik mbh Statustreffen Umweltinnovationsprogramm Jena,

13 BMU Förderprojekt Energieautarke Kläranlage Jena Lösung Gesamtkosten: 2,1 Mio. Fördermittel: 0,6 Mio.

14 Neues Grundlast BHKW : 1 Gas-Otto-Motor 400 kw el, η el ca. 41% Turbolader, Gemischkühlung mit getrenntem Kühlkreislauf Gasverbrauch bei Voll-Last 162 m³ N /h (3900 m³ N /d) Maschine im Mittel 80% Auslastung (Prognoseanfall) Maschine läuft viele Betriebsstunden Bestehende Module für Spitzenlast und Wartung GL-BHKW

15 Neues GL-BHKW 400 kwel ist wirtschaftlicher als der Weiterbetrieb des Bestandes, wichtige Gründe dafür sind : Durch hohe Betriebsstundenzahl GL-BHKW günstige Abschreibung pro kwh Wartungskosten neues BHKW günstiger als Bestand Geringerer Fremdstrombezug zu erwarten

16 Strom in kwh/a Eigenversorgungsgrad ZKA Jena Energieverbrauch und -erzeugung Inbetriebnahme Neuanlage Optimierung Belüftung 3. Faulbehälter BHKW 1 0, , Ziel , , , , , , , Jahr Energieverbrauch Netzbezug Eigenerzeugung Eigenversorgungsgrad

17 Zusammenfassung Seit der Planung der ersten Zentralkläranlage Jena im Jahr 1971 wurde dem Thema Energieeffizienz und Eigenversorgung mit Strom und Wärme große Bedeutung beigemessen. In der DDR scheiterten die für die damalige Zeit sehr modernen Ideen an der Mangelwirtschaft. 30 Jahre später entstand im Zuge der grundsätzlichen Rekonstruktion und Erweiterung der ZKA die derzeitige geschlossene Faulung am schon 1971 geplanten Standort. Trotz ständiger Verbesserung der Reinigungsleistung und starkem Anstieg der Belastung nach 1998 wurde der Strombezug kontinuierlich durch Energieeinsparmaßnahmen und Erhöhung der Eigenerzeugung reduziert.

18 Zusammenfassung Mit der vom BMU geförderten Maßnahme Energieautarke Kläranlage Jena wird 2014 ein voraussichtlich ein mittlerer Eigenversorgungsgrad von 100% ohne Einsatz von Co-Fermenten erreicht. Die Entwicklung auf der ZKA Jena ist nicht automatisch übertragbar auf jede andere Kläranlage dieser Größenordnung und die Einzelmaßnahmen sind keine revolutionäre technische Neuentwicklungen. Planer und Betriebsverantwortliche haben aber in 42 Jahren Entwicklung dafür gesorgt, dass im Rahmen der Möglichkeiten ihrer Zeit die richtigen Ideen entwickelt und die Entscheidungen für die Entwicklung einer moderne und energieeffizienten Kläranlage in Jena getroffen wurden.

19 ZKA Jena im Inselbetrieb Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!