Energieeffiziente Abwasserreinigung ZWT BIOCOS - Technik im Vergleich zu herkömmlichen Reinigungsverfahren

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1 Energieeffiziente Abwasserreinigung ZWT BIOCOS - Technik im Vergleich zu herkömmlichen Reinigungsverfahren ZWT Wasser- und Abwassertechnik GmbH Gottlieb-Keim-Straße Bayreuth DWA Nachbarschaft Kreis Kusel 606 Glan-Münchweiler BIOCOS -Kläranlage Schierling EW Inbetriebnahme 2006 Dipl.-Ing. (FH) Christian Männl 1

2 ZWT Wasser- und Abwasser GmbH WASSER Trinkwasserspeicherung TW-Behälter in Stahlbeton TW-Behälter in Edelstahl Trinkwasseraufbereitung ABWASSER Verfahrenstechnik Maschinentechnik E-MSR-Technik ZWT BIOCOS -Kläranlagen SCHLAMM Schlammverwertung mit Niedertemperatur- Konvertierung zu Biogas, Bioöl und Biokohle

3 ZWT Firmengruppe 300 Mitarbeiter Wassertechnik Abwassertechnik Schlammbehandlung Umwelttechnik Behälterbau Schwimmbadtechnik Rohr- und Erdbau für Wasserversorgung Abwasserbeseitigung Gas- und Fernwärmeversorgung Straßen- und Erschließungsbau Pipelineservice

4 Stetig steigender Energieverbrauch Aktuelle Situation: Steigender Energieverbrauch Erreichen der Klimaziele versus Abschaltung der Kernkraftwerke Ausbau erneuerbarer Energien Dezentralisierung Ausbau der Netze Mittelfristige Maßnahmen mit hohem Investitionsaufwand Primäres Ziel: Energieverbrauch minimieren 4

5 Energieverbrauch Abwasserreinigung Stromverbrauch der deutschen KA: 4,4 TWh /Jahr 20 Prozent des Stromverbrauchs aller kommunalen Einrichtungen Entspricht der Jahresleistung eines modernen Kohlekraftwerks Vier-Personen-Haushalten und einer CO2 -Emission von 3 Millionen Tonnen pro Jahr. der 2008 in Deutschland erzeugten Energie mit PV 0,8 % des gesamten deutschen Stromverbrauchs (540 TWh/a netto) Kostenfaktor Energie Strom: 360 Mio EUR / a Brennstoff: 51 Mio EUR / a Kläranlagen sind nennenswerte Energieverbraucher Stetige Energiepreise zunehmender Kostenfaktor 5

6 Durchschnittliche Stromverbräuche Differenzierung nach Ausbaugröße, Auslastung Größenklasse 1 < EW Größenklasse 2 > EW Größenklasse 3 > EW Größenklasse 4 > EW Größenklasse 5 > EW 75 kwh/ewxa 55 kwh/ewxa 44 kwh/ewxa 35 kwh/ewxa 32 kwh/ewxa Die Größenklassen 4 und 5 haben nur einen Anteil von 22 Prozent an den Kläranlagen behandeln über 90 Prozent der Einwohnerwerte und verursachen etwa 87 Prozent des gesamten Stromverbrauchs. Die Größenklasse einer Kläranlage und die eingesetzte Technologie haben wesentlichen Einfluss auf den spezifischen Stromverbrauch. Quelle UBA 11/2008 6

7 Durchschnittliche Stromverbräuche Differenzierung nach Reinigungsverfahren Spezifische Stromverbräuche bayerischer Kläranlagen (Medianwerte) in Abhängigkeit von der Technologie und der Größenklasse Potential: Gemeinsame Schlammstabilisierung Quelle LfU, Bayern 7

8 Energieverbraucher Kläranlage Potential: Biologische Reinigung (67 %) Quelle UBA 11/2008 8

9 Die klassischen Belebungsverfahren Durchlaufverfahren SBR-Verfahren Belüftung - Belüftung - Umwälzung BB - Umwälzung SBR - Rücklaufschlammpumpwerk (24 h) - Nicht erforderlich + Nachklärbecken-Räumer - Nicht erforderlich + Ablaufkonstruktion (Rinne, Tauchrohre ) - Dekanter, Abzugspumpe - Freigefälle möglich + Beschickungs-pumpen - Modulare Bauweise bedingt möglich - Modulare Bauweise möglich + 9

10 Belebungsverfahren Durchlaufverfahren SBR-Verfahren BIOCOS -Verfahren Belüftung - Belüftung - Belüftung - Umwälzung BB - Umwälzung SBR - Umwälzung intermittierend - Rücklaufschlammpumpwerk (24 h) - Nicht erforderlich + Schlammrückführung und Umwälzung kombiniert + Nachklärbecken-Räumer - Nicht erforderlich + Nicht erforderlich + Ablaufkonstruktion (Rinne, Tauchrohre ) - Dekanter, Abzugspumpe - Getauchtes Rohr + Freigefälle möglich + Beschickungs-pumpen - Freigefälle möglich + Modulare Bauweise bedingt möglich - Modulare Bauweise möglich + Modulare Bauweise möglich + 10

11 BIOCOS -Anlage Aufbau 04/

12 3-Phasen-BIOCOS -Verfahren Rückführung des Schlammes und Homogenisierung in den SU-Becken durch Rezirkulationspumpen SU 1 U V A SU 2 A U V U: Umwälzphase V: Vorabsetzphase A: Abzugsphase Rezirkulationspumpen 12

13 4-Phasen-BIOCOS -Verfahren Die biologische Abwasserreinigung, wie Belüftung, Umwälzung, Schlammrückführung und Homogenisierung erfolgt ausschließlich über Druckluft. SU 1 S U V A SU 2 A S U V S: Schlammrückführphase U: Umwälzphase V: Vorabsetzphase A: Abzugsphase Schlammabzug und Umwälzung 13

14 Energiekostenvorteil BIOCOS -Anlage Gegenüber herkömmlichen Belebungsverfahren haben BIOCOS -Anlagen systembedingt eine einfachere Maschinentechnik mit wenigen Aggregaten und reduziertem Energieverbrauch. Im Vergleich zum Belebungsverfahren kann z.b. auf folgende Aggregate verzichtet werden: Belebungsbecken-Rührwerke Rücklaufschlamm-Pumpwerk Nachklärbecken-Räumer mit Reinigungseinrichtungen, etc. Den eingesparten Aggregaten stehen Rezirkulationspumpen im BIOCOS -Becken gegenüber, mit nur einem Achtel der Betriebsstunden pro SU-Becken (BIOCOS -3- Phasen) Bei der BIOCOS - 4- Phasen Technologie übernehmen die Gebläse die Aufgabe der Belüftung, Schlammrückführung und Umwälzung. Dabei erhöht sich i.d.r. nicht die Anschlussleistung, nur die Laufzeit der Gebläse. 14

15 Energieverbrauch Biologie [kwh/d] Praxisbeispiel Kläranlage Schierling ( EW) Energieverbrauch Biologie Energievergleich BIOCOS KA Schierling Jahresmittel: 314 kwh/d Jahresmittel: 237 kwh/d Verstärkte Umwälzung und Rückführung 50 0 Gesamt 3. Phase Gesamt 4. Phase Anteil SU 4. Phase 15

16 Praxisbeispiel Kläranlage Schierling ( EW) Gesamtanlage Durchschnittlicher Tagesenergieverbrauch Gesamtanlage: Konventionelle KA (2005 vor Umbau): kwh/d Erklärtes Ziel durch Neubau konventionell: < kwh/d BIOCOS -Anlage IST (ab 2006): 750 kwh/d Biologie BIOCOS -Anlage IST (ab 2006): 552 kwh/d 3-Phasen (50%): 314 kwh/d 4-Phasen (50%) : 237 kwh/d Sonstige Kläranlage: 198 kwh/d Einsparung gegenüber Altanlage : 42 % (550 kwh/d) Einsparung gegenüber Neubau konventionell: 25 % (250 kwh/d) 16

17 Praxisbeispiel Kläranlage Schierling ( EW) Biologie Durchschnittlicher Tagesenergieverbrauch Biologie: Konventionelle Belebung (2005 vor Umbau): kwh/d Erklärtes Ziel durch Neubau konventionell: < 800 kwh/d BIOCOS -Anlage IST (ab 2006): 550 kwh/d 3-Phasen (50%): 314 kwh/d 4-Phasen (50%) : 236 kwh/d Einsparung gegenüber Biologie Altanlage : 50 % (550 kwh/d) Einsparung gegenüber Biologie Neubau konventionell: 31 % (250 kwh/d) 17

18 Energiekostenvorteil BIOCOS -Anlage Spezifischer Energieverbrauch Kläranlage Schierling (Basis: EW aktuelle Belastung) Biologische Stufe Gesamtanlage Kombiniert : 19 kwh/ewa 25 kwh / EWa 4-Phasen: 16 kwh/ewa 22 kwh / EWa 22 kwh /EWa BIOCOS -KA 16 kwh /EWa Biologie BIOCOS Quelle LfU, Bayern: Spezifische Stromverbräuche bayerischer Kläranlagen (Medianwerte) in Abhängigkeit von der Technologie und der Größenklasse 18

19 Energiekostenvorteil BIOCOS -Anlage Beispiel Kläranlage Schierling ( EW) Energieverbrauch Gesamtanlage in kwh/d Belebung Sonsige KA Altanlage konv. Belebung BIOCOS-3-Phasen BIOCOS-4-Phasen 19

20 Energiekostenvorteil BIOCOS -Anlage Beispiel Kläranlage Schierling ( EW) Energiekosteneinsparung in pro Jahr BIOCOS-4-Phasen BIOCOS-3-Phasen konv. Belebung Rest KA Biologie Energiekosteneinsparung Altanlage 0% 20% 40% 60% 80% 100% *Ansatz: 0,20 /kwh Strombezugspreis 20

21 Energiekostenvorteil BIOCOS -Anlage Beispiel Kläranlage Schierling ( EW)- Jahresenergiekosten in pro Jahr über 25 Jahre* Altanlage konv. Belebung BIOCOS-3-Phasen BIOCOS-4-Phasen *Ansatz: 0,20 /kwh Strombezugspreis Jährliche Strompreisanpassung:2,5 % 21

22 Energiekostenvorteil BIOCOS -Anlage Beispiel Kläranlage Schierling ( EW) Kumulierte Einsparung in 25 Jahren * Einsparung zur konv. Belebung Einsparung zur Altanlage BIOCOS-4-Phasen BIOCOS-3-Phasen konv. Belebung *Ansatz: 0,20 /kwh Strombezugspreis Jährliche Strompreisanpassung :2,5 % 22

23 Referenzen BIOCOS -Verfahren Seit 1997 wurden allein in Deutschland über 100 Anlagen von ZWT realisiert und sind erfolgreich in Betrieb. Deutschland (Auswahl) Schierling Petershausen Floss Gössweinstein Mehrum Fichtelberg Painten Hattenhof ( EW) (9.500 EW) (9.000 EW) (6.000 EW) (5.000 EW) (4.250 EW) (2.800 EW) (1.800 EW) 23

24 Referenzen BIOCOS -Verfahren Rheinland-Pfalz (Auswahl) Rehweiler Nentershausen Nauort Contwig Neuerburg Lambrecht Ihren (2.900 EW) (3.000 EW) (3.000 EW) (7.500 EW) (4.300 EW) ( EW) (220 EW) Verbandsgemeinde Winnweiler Börrstadt/Steinbach (2.500 EW) Höringen (950 EW) Breunigweiler (2.200 EW) Das Umweltministerium Rheinland-Pfalz beabsichtigt den Bau der BIOCOS - Anlagen bei der Verbandsgemeinde Winnweiler als Best-Practice-Beispiel in die Leitlinien Abwasserbeseitigung aufzunehmen. Ansprechpartner: Betriebsleiter Herr Kauer, Abwassermeister: Herr Griebe 24

25 Referenzen BIOCOS -Verfahren International wird das BIOCOS -Verfahren inzwischen auch in der Größenklasse 5 (> EW) eingesetzt. Spanien (Ausführung durch lokale Baufirmen) Villarobledo ( EW) Sagra (im Bau) ( EW) Puertollano (im Bau) ( EW) Russland Schwarzmeerküste (in Planung) ( / EW) 25

26 Lageplan BIOCOS -Anlage EW 1. AS: EW/ EW 2. AS: EW/ EW Aktuell in Planung BIOCOS -Kläranlage Schierling EW Inbetriebnahme /2011 ZWT BIOCOS -4-Phasen-Technik 26

27 Zusammenfassung und Ausblick Kläranlagen sind nennenswerte Stromverbraucher und belasten die Kommunen mit 20 % des Gesamtstromverbrauches Autarkie (griech. Selbstversorgung) ist langfristig anzustreben, derzeit aber nur bei großen KA mit energetischer Schlammverwertung erreichbar Weg von immer komplexerer Reinigung mit P und N Abbau zu C Abbau mit Nährstoffrückgewinnung und energetischer und stofflicher Verwertung der energiereichen Schlämme Bei Erweiterungen kleinerer Anlagen auch Möglichkeit der Umstellung von Stabilisierungsanlagen auf externe Faulung. 27

28 Zusammenfassung und Ausblick FAZIT: Es gibt nicht die eine energieeffiziente Kläranlage Immer projektspezifisch zu bewerten (Ausbaugröße, Verfahren) Bestand bei Erweiterung zu berücksichtigen ZWT - BIOCOS -Kläranlagen können einen nennenswerten Beitrag zur Energieoptimierung von kommunalen Kläranlagen leisten und in Verbindung mit energetischer Schlammverwertung und effizienten Aggregaten einen Baustein zur energieautarken Abwasserreinigung bilden. 28

29 Kontakt: ZWT Wasser- und Abwassertechnik GmbH Gottlieb-Keim-Straße Bayreuth Ihr Ansprechpartner: Dipl.-Ing. (FH) Christian Männl Telefon: 0921 / c.maennl@zwt.de Kläranlage Rehweiler EW 29