Beispiele anaerober Teilstrombehandlung auf kommunalen Kläranlagen. Klaus Kruse, Norbert Jardin, Peter Evers Ruhrverband

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1 Beispiele anaerober Teilstrombehandlung auf kommunalen Kläranlagen Klaus Kruse, Norbert Jardin, Peter Evers Ruhrverband 1

2 Anwendungsvoraussetzungen Anaerobtechnik Organisch hochbelastetes Abwasser als Teilstrom Abwassertemperatur im mesophilen (20-42 C) Temperaturbereich u.u. Nährstoffzugabe erforderlich aerobe Nachbehandlung erforderlich 2

3 Vor- und Nachteile Anaerobtechnik Vorteile Keine Belüftungsenergie erforderlich Energiegewinn durch Biogas und ggf. Verstromung Geringerer Raumbedarf B R = 30 kg CSB/ m³ d anaerob B R = 0,3 kg CSB/ m³ d aerob Anfallender Überschussschlamm ist stabilisiert Überschussschlammproduktion ca. 80 % geringer als bei aeroben Verfahren (rd. 0,15 kg TS/ kg CSB) Geringer Nährstoffbedarf (N, P) (CSB:N:P 1000:5:1) hoch versäuertes Wasser (CSB:N:P 350:5:1) teilweise versäuertes Wasser Nachteile Lediglich Vorbehandlungsverfahren Aerobe Endbehandlung weiterhin erforderlich Nur mesophiler (20 42 C) Bereich technisch sinnvoll Empfindlichkeit gegenüber Temperatur- und Belastungsschwankungen Geringes Nährstoffeliminationsvermögen (N, P) Effizienter Biomasserückhalt im System von besonderer Bedeutung 3

4 KA Arnsberg-Neheim: Funktionsweise des IC-Reaktoren 5) 1) Zuführung und Verteilung des Zulaufes im Reaktorfuß und Mischung mit der anaeroben, granulierten Biomasse. 6) 1) 8) 3) 7) 4) 2) 2) Umwandlung der organischen Komponenten in Methan und Kohlendioxid im expandierten Schlammbett. 3) Fassung des Biogases im ersten Abscheider und weitestgehender Rückhalt der granulierten Biomasse 4) Transport des Biogases über Steigleitung (Gasriser) zum Reaktorkopf. Dabei wird gemäß dem Mammutpumpenprinzip Wasser mitgerissen (rd. 0,9 m³ Wasser pro m³ Gas) 5) Trennung von Biogas und Wasser im Gasabscheider 6) Zurückströmen des Wassers durch das Fallrohr zum Reaktorfuss (interne Zirkulation) 7) Nachbehandlung 8) Fassung des restlichen Biogases im zweiten Abscheider sowie Abtrennung der restlichen Biomasse 4

5 KA Warstein, Hochlastreaktor (EnviroChemie) Abwasserstrom Gas Dosiermittel Abluft Rezirkulationsbehälter Hochlastreaktor (HLR) Vorversäuerungsreaktor (VVR) Biofilter Gasabzugstaschen Gasfackel Dosierstation NaOH + HCl Wärmetauscher im Ablauf

6 Schlammbeprobung Schlammbeprobung aus verschiedenen Reaktorhöhen möglich (Schlammhorizont) granulierte Struktur des Schlammes 6

7 Anaerobe granulierte Biomasse 7

8 Betriebsanlagen RV KA Arnsberg - Neheim KA Warstein 8

9 KA Arnsberg-Neheim 1988 Grunddaten der Bemessung 1988 angeschlossene Einwohner E Industrie EGW Ausbaugröße EW kg/d B d,csb Q d m³/d 9

10 KA Arnsberg-Neheim 1999 Grunddaten der Bemessung 1999 angeschlossene Einwohner E Industrie EGW Ausbaugröße EW kg/d B d, CSB B d, TKN B d, P Q d kg/d 132 kg/d m³/d 10

11 KA Arnsberg-Neheim 2005 Grunddaten der Bemessung (anaerobe Vorbehandlung) Wepa EGW Fracht Wepa B d, CSB kg/d Abbaugrad % Fracht Wepa anaerob vorbehandelt B d, CSB kg/d Grunddaten der Bemessung (kommunale KA) 2005 angeschlossene Einwohner E Industrie (ohne Wepa) EGW Wepa (anaerob vorbehandelt) EGW Ausbaugröße kommunale Kläranlage EW kg/d B d, CSB, Zulauf KA ohne Wepa B d, CSB, Zulauf Belebung ohne Wepa B d, CSB, Zulauf Belebung von Teilstrom Wepa B d, TKN B d, P Q d kg/d kg/d kg/d 132 kg/d m³/d Gesamtausbaugröße (kommunal + anaerob) angeschlossene Einwohner E Industrie (ohne Wepa) EGW Wepa unbehandelt EGW Gesamtausbaugröße EW 11

12 KA Arnsberg-Neheim

13 Anlagenübersicht (Gesamtkonfiguration) Vorversäuerung 2*250 m³ IC-Reaktoren 2*200 m³ Gasbehälter 2*750 m³ Abluftbehandlung BHKW s 3*170 kw el Siloxanwäsche 13

14 [kg CSB/d] Anteilige mittlere CSB-Belastung der biologischen Stufe Mittlere CSB-Gesamtbelastung der biologischen Stufe in [kg/d] Inbetriebnahme der anaeroben Vorbehandlung Anteilige mittlere CSB-Belastung durch das Papierabwasser in [kg/d] Jahr 14 CSB Zulauf Biologie CSB Anteil Papierfabrik

15 Jan 08 Mrz 08 Mai 08 Jul 08 Sep 08 Nov 08 Jan 09 Mrz 09 Mai 09 Jul 09 Sep 09 Nov 09 Jan 10 Mrz 10 Mai 10 Jul 10 Sep 10 Nov 10 Jan 11 Mrz 11 Mai 11 Jul 11 Sep 11 Nov 11 Jan 12 Mrz 12 Mai 12 Jul 12 Sep 12 Nov 12 Jan 13 Mrz 13 Mai 13 Jul 13 Sep 13 Nov 13 Jan 14 Mrz 14 Mai 14 Jul 14 Sep 14 Nov 14 Jan 15 Mrz 15 Mai 15 Jul 15 Sep 15 Nov 15 kwh/mon Strombezug und Eigenstromerzeugung KA Arnsberg-Neheim Motorschaden BHKW 3 Strombezug EVU kwh/mon Stromerzeugung BHKW kwh/mon 0 15

16 Fazit aus den Ergebnissen KA Arnsberg-Neheim Stabilisierung der Schlammabsetzeigenschaften der aeroben Belebungsanlage Geringerer Stromverbrauch der aeroben Biologie Energieerzeugung aus Biogas der Anaerobie Energieerzeugung aus Faulgas => ca /a => ca /a => ca /a Eigenversorgungsgrad ~ 75 %, zeitweise Einspeisung ins Stromnetz Reduktion Faulschlammanfall um ca. 18 t TR/Monat => rd /a Zusätzliche Jahreskosten Anaerobie rd. => ca /a 16

17 KA Warstein (Stand 2000) 17

18 Sanierungskonzept Legionellenbekämpfung 1. Umstellung der Vorbehandlung auf dem Gelände der WB => in Betrieb seit September/Oktober Verbindungskanal WB zur KA Warstein kapseln => in Betrieb Juni a) stationäre UV-Anlage => in Betrieb seit August b) provisorische Behandlungskapazität auf der KA Warstein => in Betrieb seit August c) Anaerobe Vorbehandlungsstufe für das Brauereiabwasser => Inbetriebnahme April

19 KA Warstein 19

20 Bau anaerobe Behandlungsstufe

21 Neubaumaßnahmen 2. BA

22 CSB-Fracht [kg/d] Zulauffrachten CSB-Fracht Brauerei (HLR) CSB-Fracht Gesamt (Ende VK) Datum 22

23 Gasanfall [Nm³/Monat] Gaserzeugung Biogasanfall (HLR) Faulgasanfall (FB) Ø Faulgasanfall 2015 (FB) April Mai Juni Monat 23

24 Strom [kwh/d] Stromproduktion, Strombezug BHKW Generator Leistung (produzierter Strom) Bezug Wirkleistung Trafo 1+2 (bezogener Strom) Datum 24

25 Strom [kwh/monat] Strombezug, -erzeugung, -einspeisung Bezug Wirkleistung Trafo 1+2 (eingespeister Strom) Bezug Wirkleistung Trafo 1+2 (bezogener Strom) BHKW Generator Leistung (produzierter Strom) Jan 16 Feb 16 Mrz 16 Apr 16 Mai 16 Jun 16 Monat 25

26 Fazit aus den ersten Ergebnissen KA Warstein Stabilisierung der Schlammeigenschaften der aeroben Stufen Legionellenfeindliche Randbedingungen (Anaerobie, UV) B d Teilstrom von Brauerei ca kg CSB/d (B d aus dem kommunalem Netz ca kg CSB/d) Wirkungsgrad der Aeroben Stufe % CSB-Abbau Monatsbilanz weist Energieüberschuss aus Tagesscharfe Betrachtung zeigt zeitweisen Strombezug von extern => Eigenversorgung > 95 % 26

27 Fazit: Anaerobe Teilstrombehandlung auf kommunalen Kläranlagen Steigerung der Energieeffizienz mittels Anaerobtechnik bei geeigneten Randbedingungen realisierbar CSB-Wirkungsgrad zwischen 70 80% => Nachbehandlung unverzichtbar hohe Raumumsatzleistung => überschaubarer Raumbedarf, relativ schnelle Realisierung erheblicher Betreuungsaufwand und entsprechendes Know-how erforderlich Anaerobie, Abluftbehandlung, Gaswäsche und Gasverwertung => Komplexität Verfahrenstechnische Motivation => wirtschaftliche Vorteile 27

28 Ende Danke für ihre Aufmerksamkeit! 28