Energetische Optimierung einer MBA am Beispiel des Abfallwirtschaftszentrums Wiefels

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1 Energetische Optimierung einer MBA am Beispiel des Abfallwirtschaftszentrums Wiefels Energetische Optimierung einer MBA am Beispiel des Abfallwirtschaftszentrums Wiefels Cornelis Stelwagen 1. Trockenvergärung Nassvergärung MBA des Abfallwirtschaftszentrums Wiefels Hintergrund Anpassung der mechanischen Aufbereitung Erweiterung der biologischen Aufbereitung Neue Projekte Trockenvergärung Das Trockenvergärungskonzept der Waste Treatment Technologies B.V., kurz WTT, beruht auf einem Batch-Verfahren, bei dem das Gärgut im gasdichten Fermentertunnel vergoren wird. Eine Anlage besteht aus mehreren miteinander verbundenen Fermentertunneln und mindestens einem Perkolatfermenter. Feste Abfälle werden in den Fermentertunnel eingebracht und dort innerhalb von etwa drei Wochen vergoren. Während der Vergärung wird das Gärgut mit Perkolat aus dem Perkolatfermenter beaufschlagt. Das Perkolat impft das Gärgut unter anderem an und stellt die notwendigen Randbedingungen für die Vergärung in den Tunneln her. Das Konzept hat folgende wesentliche Vorteile gegenüber üblichen Nassvergärungsanlagen: geringe mechanische Aufbereitung erforderlich, keine bewegten Teile innerhalb des Gärguts, wenig Wasserbewegung, keine Schwimm- und Sedimentationsschichten, keine Gärrestrückmischung notwendig, bessere Vergärungsbedingungen durch Umluft-/Umgasbetrieb, sehr breites Inputspektrum, hohes Maß an Flexibilität, Kombination mit Nassvergärung möglich. Bild 1 zeigt eine schematische Darstellung des Verfahrens. Durch die Tunnelbauweise der Trockenfermenter besteht die Möglichkeit, eine Gärrestbehandlung als Tunnelkompostierung in die Anlage zu integrieren. Darüber hinaus ist es möglich Hybridtunnel zu bauen die sowohl anaerob als Trockenfermenter als auch aerob als Kompostierungstunnel betrieben werden können. Dies gibt dem Betreiber mehr Flexibilität, z.b. bei schwankenden Inputqualitäten und/oder -mengen. 713

2 Cornelis Stelwagen Fermentertunnel aus Beton Heizwasser gasdichte Tür Gärgut Biogas vom Tunnel zur Gasspeicherung Gas-Rezirkulation Wasserableitung vom Tunnel Bodenheizung Luft-Rezirkulation Abluft Frischluftzufuhr Wandheizung Wasserzufuhr zur Berieselung des Gärguts Gasaufbereitung und BHKW Gasspeicherung Perkolat- Fermenter Biogas Bild 1: Schematische Darstellung des Trockenvergärungskonzepts 2. Nassvergärung Gemäß der Philosophie, eine Lösung individuell auf eine Fragestellung anzupassen, hat WTT neben der Trockenvergärung für bestimmte Abfälle auch ein Nassvergärungskonzept entwickelt. Voraussetzung für eine gut funktionierende Nassvergärungsanlage für Abfälle ist eine effektive Aufbereitung. Die Aufbereitung orientiert sich an den eingebrachten Materialien. Das Unternehmen ist Spezialist für die Aufbereitung und Vergärung von stark störstoffhaltigen Abfällen. Bild 2 zeigt eine Aufbereitungslinie für eine Nassvergärungsanlage. Bild 2: Aufbereitung der Nassvergärungsanlage Markgrafneusiedl Die Maschinenfolge der Aufbereitung besteht aus Zerkleinerer, Stofflöser, Sternsieb, Schneckenpresse, Sandabscheidung und Nachzerkleinerung. Vorteile dieses Konzepts sind robuste Maschinentechnik, weites Abfallspektrum als Inputmaterial und Herstellung eines homogenen Gärsubstrats. 714

3 Energetische Optimierung einer MBA am Beispiel des Abfallwirtschaftszentrums Wiefels 3. MBA des Abfallwirtschaftszentrums Wiefels Im Sommer 2010 ist WTT vom Zweckverband Abfallwirtschaftszentrum Friesland/Wittmund, kurz AWZ Wiefels, mit dem Neubau einer Trockenvergärungsanlage für t/a Restabfall beauftragt worden. Diese Anlage stellt eine Erweiterung der vorhandenen biologischen Aufbereitung und eine weitere Optimierung des Gesamtkonzeptes der MBA dar Hintergrund Ziel der MBA Wiefels ist es, die stofflich und energetisch verwertbaren Abfälle mechanisch zu separieren und getrennt zu behandeln. Ein Teil der energetisch verwertbaren Abfallfraktion wird biologisch stabilisiert, um die Abfallablagerungskriterien gemäß Deponieverordung zu erreichen. Die Kapazität der MBA Wiefels liegt bei t/a, davon werden etwa t/a biologisch stabilisiert hat AWZ Wiefels zur biologischen Aufbereitung der organischen Feinfraktion aus der mechanischen Aufbereitung (MA) eine Nassvergärungsanlage errichten lassen. Diese Anlage war ursprünglich für die gesamte Menge an organischer Feinfraktion (0-60 mm) ausgelegt, die in der MA anfällt (etwa t/a). Die biologische Aufbereitungsanlage (BA) besteht im Wesentlichen aus einer maschinellen Nassaufbereitung mit nachgeschalteter Nassvergärungs- und Nassstabilisierungstechnik (Hydrolyse g Fermenter g Aerobe Stabilisierung g Separation/Dekanter g Deponie). Restmüll t/a Mechanische Aufbereitung Stoffliche und energetische Verwertung t/a Feinfraktion 0-60mm t/a Nassaufbereitung Biogas Nassvergärung Bild 3: zur Deponie Fließbild der MBA Wiefels vor der Optimierung 715

4 Cornelis Stelwagen Im Laufe der Zeit ist deutlich geworden, dass ein Teil der Feinfraktion nicht störungsfrei in der vorhandenen Nassvergärungs- und -aufbereitungsanlage behandelt werden kann. Die gröberen Teile des Inputspektrums haben zu Problemen mit der Verfahrenstechnik, unter anderem zu Verstopfungen von Rohrleitungen und/oder Schwimmschichtbildung, geführt. Dadurch konnte der geplante Anlagendurchsatz nicht erreicht werden. Ein Teil des Abfalls musste extern entsorgt werden. Der Gasertrag und die entsprechende Stromerzeugung waren deshalb wesentlich geringer als ursprünglich geplant Anpassung der mechanischen Aufbereitung Zum Schutz der Nassvergärungsanlage war es notwendig, die mechanische Aufbereitung anzupassen um somit zu verhindern, dass die mit der vorhandenen Nassvergärungstechnik schwer zu vergärenden Abfälle in die Anlage gelangen. Dazu wurde die MA umgebaut und statt der Fraktion 0-60 mm nur noch die Fraktion 0-40 mm in die Nassaufbereitung geführt. Weiterhin wurde die Nassaufbereitung so ergänzt, dass durch eine Nassabsiebung mit einer Lochung von 10 x 20 mm Faserstoffe nach dem Stofflöser abgetrennt werden. Restmüll t/a Mechanische Aufbereitung Stoffliche und energetische Verwertung t/a Siebschnitt 40-80mm t/a Feinfraktion 0-40mm t/a Nassaufbereitung Biogas Faserstoffe mm t/a 0-20 mm t/a Trockenvergärung Nassvergärung zur Deponie Bild 4: Fließbild der optimierten Anlage Nach diesen Anpassungen war es möglich, mit der vorhandenen Technik ein Gärsubstrat herzustellen, mit dem die Nassvergärung betriebssicher funktioniert. 716

5 Energetische Optimierung einer MBA am Beispiel des Abfallwirtschaftszentrums Wiefels 3.3. Erweiterung der biologischen Aufbereitung Um den Kapazitätsverlust zu kompensieren und die neu anfallenden Fraktionen behandeln zu können, entstand der Bedarf für eine robuste Lösung zur biologischen Stabilisierung. Es wurde eine biologische Aufbereitung ohne die oben genannten Probleme und mit optimaler Nutzung der vorhandenen Technik gesucht, die für eine stoffspezifische Lösung mit folgenden Abfallfraktionen geeignet ist: t/a Siebschnitt mm, t/a Faserstoffe mm. Diese Lösung wurde mit dem vorgestellten Trockenvergärungskonzept gefunden. Die Trockenvergärungsanlage in Wiefels besteht aus acht Fermentertunneln und zwei Konditionierungstunneln, wobei zwei der Fermentertunnel als Hybridtunnel ausgeführt sind und damit auch als Konditionierungstunnel eingesetzt werden können. Wenn sich die Abfallzusammensetzung verändern würde oder wenn sich ein größerer Konditionierungsbedarf ergeben würde, besteht die Möglichkeit, vier statt zwei Konditionierungstunnel einzusetzen. Bild 5: Trockenvergärungsanlage Wiefels Die Trockenvergärungsanlage ist zum Großteil in die Nassvergärungsanlage integriert. Dies hat für AWZ große Vorteile: keine Fremdentsorgung von Abfällen mehr notwendig, Biogas aus der Trockenvergärung kann in die bestehende Gasaufbereitung geleitet und durch die BHKW verwertet werden, BHKW-Abwärme ist in der Trockenvergärung nutzbar, Abluftbehandlung mit bestehender RTO, kostengünstige Schwachgasentsorgung in bestehender RTO. Diese Erweiterung stellte eine deutliche Optimierung dar. Seit der Inbetriebnahme wurde die Gasproduktion um 228 Nm 3 /h gesteigert, was zu einer Erhöhung der Stromproduktion und auch zur Optimierung der Wärmenutzung geführt hat. Für die Zukunft gibt es noch mehrere Ansätze, um die Integration beider Anlagen noch besser auszunutzen. 4. Neue Projekte Das Trockenvergärungskonzept ist gut geeignet für die biologische Behandlung der organischen Feinfraktion von Restabfall. WTT entwickelt effiziente Konzepte für bestehende und 717

6 Cornelis Stelwagen neue Anlagen. Beispiele sind die Integration einer Trockenvergärung oder einer aeroben Perkolation in klassische mechanisch-biologische Abfallbehandlungsanlagen, aber auch die Projektierung und der Bau neuer schlüsselfertiger Anlagen. 718