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- Helene Heidrich
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1 International Symposium Re-Water Braunschweig Platzhalter für Bild, Bild auf Titelfolie hinter das Logo einsetzen Einfluss der thermischen Desintegration auf Faulgasproduktion und Schlammeigenschaften bei der Co-Vergärung Dienstagsrunde SiWaWi M. Status Eng. Quo-Darstellung Robert Mieske Von: Karsten und Robert Braunschweig, den
2 Inhalt Projekt CoDiGreen Versuchsapparaturen Halbtechnische TDH-Anlage Versuchsreaktoren Versuchsprogramm Ergebnisse Fazit International Symposium Re-Water Braunschweig M. Eng. Robert Mieske 2
3 CoDiGreen Versuche zur Co-Vergärung in Großtechnik und Pilotmaßstab, um die Einflüsse auf Faulgasproduktion und Schlammeigenschaften zu untersuchen. Pilotmaßstab: Vorversuche im Batch 2 Versuchsreihen Co-Vergärung: Grassilage und Topinambur (siliert) Thermo-Druck-Hydrolyse (TDH): 160 C, ~ 6 bar TDH-Behandlung von: Überschussschlamm, Co-Substrate (und Faulschlamm) International Symposium Re-Water Braunschweig M. Eng. Robert Mieske 3
4 Halbtechnische TDH-Anlage Aufschluss mit 160 C und korrespondierenden Druck bei einer Hydrolysedauer von 30 min. International Symposium Re-Water Braunschweig M. Eng. Robert Mieske 4
5 Pilotmaßstab Versuchsreaktoren 4 Faulreaktoren (V = 40 L) mit kontinuierlicher Umwälzung Elektronische Gasmessung mit digitaler Aufzeichnung Aufstellort: Beheizter Container (35 C) International Symposium Re-Water Braunschweig M. Eng. Robert Mieske 5
6 Schematische Darstellung des Versuchsaufbaus Die Mischungsansätze wurden wöchentlich hergestellt. International Symposium Re-Water Braunschweig M. Eng. Robert Mieske 6
7 Versuchsansätze Versuchszeitraum: TR-Anteil je Schlammmix hydraul. Aufenthaltszeit Rohschlamm Co-Substrat Reaktor Schlammmix PS ÜS R1 PS + ÜS 50 % 50 % -- R2 PS + ÜS 160 C 50 % 50 % Tage R3 PS + ÜS + Grassilage 50 % 50 % 10 % R4 PS + (ÜS + Grassilage) 160 C 50 % 50 % 10 % PS = Primärschlamm; ÜS = Überschussschlamm; 160 C = Behandlung durch TDH Täglicher Austausch von 1,2 kg Faulschlamm gegen Rohschlamm im Service Aufenthaltszeit 20 Tage Zugabe von Co-Substrat bei R3 und R4 (10% on Top) TDH-behandelte Substrate in R2 (ÜS 160 ) und in R4 (ÜS + Grassilage 160 ) TDH: Erhöhung der Bioverfügbarkeit der Grassilage bei HRT = 20d (R4) International Symposium Re-Water Braunschweig M. Eng. Robert Mieske 7
8 Labormaßstab Was wurde untersucht? Untersuchungsprogramm Standardanalytik: Faulgasproduktion Faulgasqualität Massenbilanzen: Feststoffbilanz (TR, otr) Kohlenstoffbilanz (CSB, TC) Stickstoffbilanz (TKN) Phosphorbilanz (P ges ) Sonderanalytik: Schwermetalle Rückbelastungen (CSB ref, N, P) Entwässerbarkeit TR(A) Organische Schadstoffe International Symposium Re-Water Braunschweig M. Eng. Robert Mieske 8
9 Spezifische Gasproduktion spezifische Gasproduk ktion [NL/kg otr] Reaktor 1: PS + ÜS Zeitraum [d] täglich kumulativ 20 d Dauer IMP: (39 d) International Symposium Re-Water Braunschweig M. Eng. Robert Mieske 9
10 Auswertung Feststoffbilanz Reaktor Schlammalter Q Zu = Q Ab Raumbelastung otr- Abbaugrad TR- Reduktion IMP (39d) [d] [kg/d] [g otr/l*d] [%] [%] R1: PS+ÜS 20 1,2 2,18 53,3% 44,2% R2: PS+ÜS 160 C 20 1,2 2,10 60,4% 50,6% R3: PS+ÜS+GS 20 1,2 2,38 54,2% 45,3% R4: PS+(ÜS+GS) 160 C 20 1,2 2,23 59,7% 47,6% Insgesamt: Erhöhte Abbaugrade gegenüber der Referenz R1 R2: + 7,1 Prozentpunkte R4: + 6,4 Prozentpunkte R3: + 0,9 Prozentpunkte International Symposium Re-Water Braunschweig M. Eng. Robert Mieske 10
11 Ergebnisse zu Faulgasproduktion und -qualität Spezifische Faulgasproduktion: R2: PS + ÜS 160 C : Steigerung der Faulgasproduktion um 8% R3: PS + ÜS + GS: Steigerung der Faulgasproduktion um 23%* R4: PS + (ÜS + GS) 160 C : Steigerung der Faulgasproduktion um 27%* Biogasqualität: Erhöhung des Methananteils durch Grassilage (R3 = R4 = 4,3%) Erhöhung des Methananteils durch TDH (R2 = R4 = 0,9%) * Bezogen auf den zugeführten otr des Rohschlamms International Symposium Re-Water Braunschweig M. Eng. Robert Mieske 11
12 Ergebnisse zu den Schwermetallanalysen Schwermetalle [mg/kg TR] Cadmium Chrom Kupfer Nickel Blei Zink Quecksilber P 2 O 5 - Gehalt Grenzwert (Novelle AbKlärV) P 2 O 5 > 5% TR 3, ,0 [%-TR] R1: PS+ÜS 1,5 50, ,4 43, ,9 8,7 R2: PS+ÜS 160 C 1,6 48, ,5 47, ,8 10,1 R3: PS+ÜS+GS 1,5 42, ,0 41, ,6 8,8 R4: PS+(ÜS+GS) 160 C 1,6 47, ,4 43, ,9 11,0 TDH: Übergang von Schwermetallen aus Feststofffraktion in die gelöste Phase Effekt hob sich durch den anaeroben Abbau wieder auf! Keine Grenzwertverletzungen der Schwermetallkonzentrationen (AbKlärV 2012) International Symposium Re-Water Braunschweig M. Eng. Robert Mieske 12
13 Ergebnisse zu Rückbelastungen mittel min I max CSB f NH 4 -N PO 4 -P [mg/l] [mg/l] [mg/l] R1: PS+ÜS R2: PS+ÜS 160 C R3: PS+ÜS+GS R4: PS+(ÜS+GS) 160 C CSB f : Erhöhung durch TDH (R2 = + 124%) als auch Grassilage (R3 = + 54%; R4 = + 197%) NH 4 -N: Erhöhung durch TDH (R2 = 11%; R4 = 7%) Keine signifikanten Veränderungen bei der PO 4 -P-Konzentrationen International Symposium Re-Water Braunschweig M. Eng. Robert Mieske 13
14 Ergebnisse zum Zahn-Wellens-Test Zahn-Wellens-Test über 72 Stunden (modifiziert nach DIN EN ISO 9888) zur Bestimmung des Anteils an refraktären CSB. Reaktoren CSB f Abbaubarkeit im Zahn-Wellens-Test CSB refraktär Reaktor [mg/l] [%] [mg/l] R1: PS+ÜS ,9 309 R2: PS+ÜS 160 C ,9 748 R3: PS+ÜS + GS ,7 458 R4: PS+(ÜS+GS) 160 C ,3 964 TDH: Erhöhung um 142% bei R2 TDH & Grassilage: Erhöhung um 212% bei R4 Grassilage: Erhöhung um 58% bei R3 Unterschiede durch die Anfangskonzentrationen an CSB f International Symposium Re-Water Braunschweig M. Eng. Robert Mieske 14
15 Ergebnisse zur Entwässerbarkeit Wasserarten einer Klärschlammsuspension (10 µm) Legende A: Freies Wasser Gebundenes Wasser: B: Zwischenraumwasser C: Oberflächenwasser D: Zellinnenwasser (Quelle: KOPP, 2001) Bestimmung der maschinellen Entwässerbarkeit durch eine Thermogravimetrische Messung (TGM) Beschreibung durch den Kennwert TR(A) International Symposium Re-Water Braunschweig M. Eng. Robert Mieske 15
16 Ergebnisse zur Entwässerbarkeit Der Kennwert TR(A) ist zur Bestimmung des erreichbaren Entwässerungsergebnisses und entspricht dem Feststoffgehalt, der sich einstellt wenn alles freies Wasser aus einer Schlammsuspension abgetrennt ist und das Ende des ersten Trocknungsabschnittes markiert. Trocknu ungsrate [g/h] CoDiGreen R4 vom A Y = X EMS = e-007 R 2 = R4 tgm29-2dat TR (A) = 100 / ( 1+ 1,5) = 40,0% Masse / Masse [g/g] Wasser TR 11/02/10 15:51:52 D:\SIWAWI\Satorius 2\spf\R4_2_1_ 40,0_29.spf International Symposium Re-Water Braunschweig M. Eng. Robert Mieske 16
17 Ergebnisse zur Entwässerbarkeit ,3 31,3 40,0 TR(A) [%] ,8 R1 R2 R3 R4 PS + ÜS PS + ÜS 160 C PS + ÜS + GS PS + (ÜS + GS)160 C Größter Einfluss durch die Thermische Desintegration Grassilage verbesserte die Entwässerbarkeit ebenfalls R4: Kombination aus TDH & Grassilage erreichte die höchste Entwässerbarkeit Der Polymerbedarf ist durch TDH gestiegen International Symposium Re-Water Braunschweig M. Eng. Robert Mieske 17
18 Fazit Erhöhung der spezifischen Gasproduktion durch Co-Vergärung und TDH Anstieg des Methangehaltes durch die Grassilage TDH verbesserte die spezifische Faulgasproduktion Keine Grenzwertüberschreitungen bei den Schwermetallen Rückbelastungen an CSB refr durch TDH werden erhöht (Großtechnik?) Grassilage und TDH wirkten sich positiv auf die Entwässerbarkeit aus International Symposium Re-Water Braunschweig M. Eng. Robert Mieske 18
19 Vielen Dank für die Aufmerksamkeit! CoDiGreen ist ein Projekt des Kompetenzzentrums Wasser Berlin, finanziert durch Veolia Eau. Koordination: Projektpartner: Finanziert durch: International Symposium Re-Water Braunschweig M. Eng. Robert Mieske 19
20 Kontakt: Robert Mieske Karsten Fülling Institut für Siedlungswasserwirtschaft TU Braunschweig Pockelsstr. 2a Braunschweig Tel.: Fax: Robert Mieske Karsten Fülling International Symposium Re-Water Braunschweig M. Eng. Robert Mieske 20
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