Ingenieurgesellschaft Dr. Siekmann + Partner mbh

Transkript

1 Entwicklungstendenzen der Klärschlammbehandlung und -verwertung 11. Fachtagung Emmelshausen 2010 Ingenieurgesellschaft Dr. Siekmann + Partner mbh Oktober 2010

2 Zielvorgabe Klärschlamm als Energieträger und Düngemittel Energie Dünger

3 Strompreisentwicklung Quelle: BMWi 2010

4 Abwasser / Klärschlamm - Quantität und Qualität bekannt - Energie kalkulierbar - Kontinuierliche Nutzung möglich Ungenutztes Energiepotential

5 Verwertung / Entsorgung Deutschland Thermische Entsorgung 52,5 % Landwirtschaft/Landschaftsbau Sonstige stoffl. Verwertung 44,7 % 2,8 % Rheinland-Pfalz Thermische h Entsorgung Landwirtschaft/Landschaftsbau Sonstige stoffl. Verwertung 26,0 % 70,9 % 3,1 % 80 % der Kläranlagen < EW

6 Problemstoff Klärschlamm Energierohstoff Ziele für Planung und Betrieb einer Kläranlage: - Einhaltung der Ablaufgrenzwerte - Ordnungsgemäße Entsorgung der Reststoffe - Betriebssicherheit - Rationeller und ressourcenschonender Energieeinsatz - Rückführung des Phosphors (endlicher Rohstoff!) in den Stoffkreislauf

7 Förderrichtlinien Wasserwirtschaftsverwaltung Förderung besonders energieeffizienter Abwasserbehandlungsanlagen insbesondere: Produktion und Verwertung von Klärgas auf rheinland-pfälzischen i h Kläranlagen l Verfahrenstechnische Anpassung der Abwasserreinigung und Klärschlammbehandlung

8 Verfahrensschema PS ÜSS Optimierung der gesamten Verfahrenskette, nicht einzelner Verfahrensstufen

9 Verfahrensschema Größtes energetisches Einsparpotential: p Umrüstung von Kläranlagen mit gemeinsamer aerober Schlammstabilisierung auf anaerobe Schlammstabilisierung (Faulung) PS ÜSS

10 Einsatzbereich der anaeroben und aeroben Stabilisierung Bisheriger Einsatzbereich Anschlussgröße (EW) Zukünftiger Einsatzbereich Anschlussgröße (EW)

11 Neubewertung von Abwasserreinigungsanlagen mit anaerober Schlammbehandlung vor dem Hintergrund der energetischen Rahmenbedingungen und der abwassertechnischen Situation in Rheinland-Pfalz in Zusammenarbeit mit: tectraa

12 Stabilisierung Aerobe Stabilisierung i Faulturm - hohes Schlammalter (t TS = 25 Tage) - geringes Schlammalter (t TS = Tage) - großes Belebungsbecken (ca. 300 l/ew) - kleine Belebungsbecken (ca. 150 l/ew) - Hoher Energieaufwand für Belüftung und Durchmischung - Gaserzeugung/-verstromung - Einbindung Vorklärung (energier. Primärschlamm)

13 Nutzung der im Abwasser enthaltenen Energie

14 Nutzung der im Abwasser enthaltenen Energie

15 Energiebedarf/Energieerzeugung in Abhängigkeit it des gewählten Stabilisierungsverfahrens i und der Entlastung biolog. Stufe Verweilzeit in der Vorklärung ( tvkb 1h): - Organische Fracht ca. 25 % - Nährstofffracht ca. 10 % - Abfiltierbare Stoffe ca. 50 %

16 Voreindickung / maschinelle Voreindickung Primärschlamm: im Vorklärbeckentrichter statisch auf ca. 4 % TR Überschussschlamm (TR < 1 %): Maschinelle Voreindickung auf ca. 5-6 % Scheibeneindicker Beispiele: - Scheibeneindicker - Seihbänder - Siebtrommel - Eindickzentrifuge pos. Nebeneffekt masch. Voreindickung: keine Phosphorrücklösung Seihband

17 Konventionelle Anlagentechnik

18 Innovativer Lösungsansatz: - einfache Bauwerkskubatur - kompakte Anordnung - Durchmischung mit kostengünstigen Zentralrührwerken - Aufteilung des Gesamtvolumens auf mehrere Reaktoren zur Nutzung der verfahrenstechnischen Vorteile der mehrstufigen Abbaukinetik FB 1 FB 2 Maschinenhaus

19 2-stufiger Kompaktfaulbehälter Schnitt Grundriss

20 2-stufiger Kompaktfaulbehälter im Bau Kläranlage Linz-Unkel

21 Durchmischung Strömungsverhalten in einem quadratischen Behälter Dynamische Viskosität

22 Abbaugrad Vorteile der 2-stufigen Verfahrensführung: - höherer otr-abbau - höhere Gasproduktion - Reduzierung der Schlammmenge

23 Schlammmenge *) Betriebsergebnisse von Hochleistungs-Zentrifugen Reduzierung der Schlammmenge bei der Faulung: ca. 30 %

24 Bläh- und Schwimmschlammproblematik bei gemeinsamer aerober Stabilisierung Ursache: - hohes Schlammalter - Durchmischungsverhalten Konsequenz: - schlechte Absetzbarkeit - Schlammabtrieb sowie - Unterschreitung des Bemessungsschlammgehalts - unzureichende Stabilisierung Vermeidung: Faulung und geringeres Schlammalter in Belebung

25 Gegenüberstellung aerobe Stabilisierung / Faulung Faktor Aerobe Stabilisierung Faulung Energiekosten höher niedriger Eigenstromerzeugung nein ja Personalkosten niedriger i höher Abbau org. Substanz niedriger höher Entwässerbarkeit schlechter besser Rest-Schlammengen höher niedriger Kläranlagenrückbelastung niedriger höher Wartungskosten niedriger höher

26 Wirtschaftlichkeit einer Umrüstung am Bsp. der KA Linz-Unkel a) Investitionskosten (lt. Kostenberechnung der Entwurfsplanung): - Bau : ,00 - Ausrüstung : ,00 - EMSR-Technik : ,00 b) Kapitalkosten Zinsen (im Mittel) : rd ,00 /a (Laufzeit 25 a; 4,5 %) Abschreibungen : - Bau (35 Jahre) : rd ,00 /a - Ausrüstung g( (15 Jahre) : rd ,00 /a Anmerkung: Die Kosten verstehen sich incl. Mehrwertsteuer und Baunebenkosten und beinhalten die Umrüstung eines best. Beckens zu einem Vorklärbecken, den Bau eines Primärschlammpumpwerks sowie die Verstromung des anfallenden Faulgases über ein BHKW. Summe : ,00 /a c) Betriebskosteneinsparung Minderkosten - durch Stromeinsparung bzw. Stromgewinn ,00 /a - durch Einsparung von Konditionierungsmitteln : 5.800,00 /a bei der Schlammentwässerung (Kalk und Eisen bei Kammerfilterpresse) - bei der Klärschlammentsorgung : ,00 /a Mehrkosten - für Wartung und Instandhaltung : ,00 /a - für Personal : 7.500,00 /a Summe : , /a

27 Entwässerung 1 m³ Klärschlamm = 1000 l TR-Gehalt im Faulschlamm ca. 4 % Wassermenge = 960 l Wasser TR

28 Schneckenpresse Dr.-Ing. K. Siekmann 11/2010

29 Solare Trocknung Gebautes Beispiel KA Rödental

30 Beurteilung einer Mitverbrennung aus Sicht der Betreiber hohe h Transportkosten t Abhängigkeit von Energiekonzernen finanzielles Risiko Phosphor als endlicher Rohstoff verloren Lösungsansatz: dezentrale thermische Behandlung Anforderungen Einsatz auch bei kleineren Kläranlagen (ab ca EW) Einhaltung der Umweltauflagen nach 17. BImSchV ggfls. Nutzung der Klärschlammasche als Phosphorquelle bzw. sichere Reststoffentsorgung Sicherstellung der Hygienisierung möglichst energieautarker Berieb Einbindung in die Verfahrenskette der Abwasser- und Schlammbehandlung hohe Wirtschaftlichkeit Klärschlamm als Energieträger und Düngemittel

31 Vorteile Verwertung KS-Asche gegenüber Nassschlammverwertung geringere Transportkosten bessere Lagerfähigkeit einfache Ausbringung und Dosierung mit Kunstdüngerstreuern Emissionsvorteile, keine optischen Beeinträchtigungen vollständige Hygienisierung weitere Reduzierung von endokrinen Stoffen attraktives Produkt, Erhöhung der Akzeptanz Alternativen zur landwirtschaftlichen Verwertung Phosphorrückgewinnung Herstellung von Terra Preta Ablagerung auf Deponie

32 Vorteile Verwertung KS-Asche gegenüber Nassschlammverwertung

33 Optimierung der Gesamtanlage (nicht jeder einzelnen Verfahrensstufe) in Bezug auf: - Reinigungsleistung - Betriebssicherheit - Energieeinsatz/-verwertung Ziel: Energieautarke Kläranlage bzw. Kläranlage als Energie- und Düngerproduzentin