Energieaufwand und CO 2 -Fußabdruck von Aktivkohleadsorption und Ozonung zur Spurenstoffentfernung in Berlin

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1 Energieaufwand und CO 2 -Fußabdruck von Aktivkohleadsorption und Ozonung zur Spurenstoffentfernung in Berlin Dr.-Ing. Christian Remy, Dr.-Ing. Ulf Miehe Kompetenzzentrum Wasser Berlin Jubiläumsveranstaltung 5 Jahre Kompetenzzentren Spurenstoffe Friedrichshafen,

2 Inhalt Situation in Berlin Optionen zur 4. Reinigungsstufe inkl. Spurenstoffentfernung Bilanzdaten: Verfahrensparameter Aktivkohleherstellung und -reaktivierung Energieaufwand und CO 2 -Fußabdruck der Verfahren Fazit und Ausblick 2

3 Die Situation in Berlin Viele Wasserflächen, aber geringer Abfluss Trinkwassergewinnung und Einleitung von Klärwerken im Stadtgebiet Ziele der EU-WRL: weitestgehende Entfernung von Phosphor + Desinfektion für Badegewässer 4. Stufe notwendig Strategische Überlegungen zu möglichen Optionen der Spurenstoffentfernung Natürlicher Abfluss Spree Sommer: 15 m³/s Havel Sommer: ~ 8 m³/s Klärwerke ~ 8 m 3 /s (Reddersen 2004) 3

4 Mögliche Verfahren zur vierten Reinigungsstufe inkl. Spurenstoffentfernung (Trockenwetterfall) 4

5 Bewertung der Verfahren im Projekt IST4R Labor- und Pilotuntersuchungen zu Ozon und Aktivkohle: Entfernungsleistung Betriebsmitteleinsatz Auslegung Steuerung Integration in 4. Reinigungsstufe Gefördert von: Bewertung der Verfahren am Modellklärwerk (1,5 Mio EW): Reinigungsleistung Ökobilanz (inkl. Energieaufwand und CO 2 -Fußabdruck) Kosten 5

6 Dosierung von Ozon und Aktivkohle Organische Matrix hat hohen Einfluss auf Effizienz der Verfahren Dosierung von Ozon und Aktivkohle proportional zur gelösten Organik (DOC) Keine gesetzlichen Vorgaben für Zielwerte = niedrige, mittlere und hohe Dosierung In Berlin: relativ hohe DOC-Werte von mg l -1 im Ablauf der Klärwerke Niedrige Dosierung Mittlere Dosierung Hohe Dosierung Effektive Dosis DOC [mg l -1 ] 12,8 Ozondosierung* [g O 3 (g DOC) -1 ] 0,4 0,7 1,0 PAK-Dosierung [g PAK (g DOC) -1 ] 1,0 2,5 4,0 GAK-Standzeit [Bettvolumina] * Nitritkorrektur wird noch addiert 6 14 mg l -1 O mg l -1 PAK 0,2 5 a Austauschintervall 6

7 Grundlagen der Bilanzierung von Energieaufwand und CO 2 -Fußabdruck Systemgrenzen: vierte Reinigungsstufe inkl. Betriebsmittel, Infrastruktur und Schlammbehandlung und -entsorgung Hintergrunddaten: Ökobilanz-Datenbank (ecoinvent v3.1) + eigene Erhebungen (Aktivkohle) Indikatoren: kumulierter Energieaufwand (fossil + nuklear, nach VDI 4600) und CO 2 -Fußabdruck (Treibhauspotential 100a, IPCC 2007) 7

8 Bilanzierung der Herstellung und Reaktivierung von Aktivkohle Vereinfachtes Prozessmodell für AK-Herstellung und Reaktivierung Literaturangaben für Rohmaterialeinsatz und Betriebsmittel (Bayer et al. 2005) In 2016: neue Daten über Herstellerbefragung in der DWA-Arbeitsgruppe Aktivkohle (Korrespondenz Abwasser 63 (12), ) Prozessmodell zur Herstellung von Aktivkohle 8

9 Aktualisierung der Angaben zum CO 2 -Fußabdruck von Aktivkohle Herstellung von frischer Aktivkohle: Angaben stimmen gut überein Reaktivierung: Aufwendungen geringer (z.b. kein Dampfbedarf) Annahme: PAK = 100% virgin, GAK = reaktiviert Aktualisierung der Ergebnisse von IST4R bzw. KA-Artikel (Mutz et al. 2017) Herstellung von virgin Aktivkohle aus Steinkohle Reaktivierung von Aktivkohle aus Steinkohle 9

10 Energieaufwand der Spurenstoffentfernung in Berlin 10

11 CO 2 -Fußabdruck der Spurenstoffentfernung in Berlin 11

12 CO 2 -Fußabdruck: Sensitivität über DOC-Gehalt im Klarlauf 12

13 Fazit der Bilanzierung Spurenstoffentfernung erhöht den Energieaufwand und den CO 2 -Fußabdruck der Abwasserreinigung in Berlin signifikant: Ozon: % Energie % CO 2 PAK: % Energie % CO 2 GAK-Filter: % Energie +5-17% CO 2 GAK-Schicht: +2-16% Energie +3-15% CO 2 Bedingungen in Berlin (hoher DOC) führen zu relativ hohen Aufwendungen pro m³ Bilanzdaten sollten durch Praxiserfahrungen ergänzt werden (Standzeit der GAK? PAK = 100% virgin? ) Bei der Festlegung von gesetzlichen Zielwerten zur Spurenstoffentfernung sollte eine sorgfältige Abwägung zwischen Aufwand und Nutzen für die Umwelt erfolgen 13

14 Ausblick Umsetzung der 4. Reinigungsstufe (P, Desinfektion) in Berlin bis 2027 Laufende Untersuchungen: PAK und GAK-Filterschicht in OWA Tegel (großtechnisch) Granulierte Aktivkohle am Wasserwerk (Pilot) Schnelltests für AK-Auswahl und Ozonung Planung Ozonung für Klärwerk Schönerlinde (Einleitung in Tegeler See) Grundlage sind die Ergebnisse des Projekts IST4R Kosten, CO 2 -Fußabdruck und Entfernungsleistung für ausgewählte Stoffe 14

15 Gefördert von: Vielen Dank für die Aufmerksamkeit! 15