Wirtschaftlicher Nutzen thermischer Klärschlamm- Verwertung mittels Klärschlammvergasung

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1 Water & Energy Elements of our Expertise Wirtschaftlicher Nutzen thermischer Klärschlamm- Verwertung mittels Klärschlammvergasung Dipl.-Ing. Hans-Joachim Werner Mersin, 19. Oktober 2016

2 KURZVORSTELLUNG Dipl-Ing. Hans-Joachim Werner Geschäftsführer von WE-Consult Ltd., Düsseldorf, Deutschland WE-Consult Ltd. unabhängiges Ingenieur- und Consultingbüro Wasser- und Abwassertechnik Gründungsmitglied von: Dort gemeinsam mit Herrn Haluk Dogu Leiter des Länderforums Türkei

3 GRUNDLAGEN: KLÄRSCHLAMM FÄLLT BEI DER ABWASSERREINIGUNG AN In der Türkei meist simultane, aerobe Stabilisierung (extended aeration) Rechengut Sand Fett Überschussschlamm (ÜS) 0,7%Trockensubstanz (TS) davon ca. 60% organisch (ots)

4 GRUNDLAGEN: ABWASSERREINIGUNG ALTERNATIV: In einigen Fällen keine simultane, aerobe Stabilisierung (activated sludge) Rechengut Sand Fett Primärschlamm (PS) 3,5%TS davon ca. 70% ots Überschussschlamm (ÜS) 0,7%TS davon ca. 70% ots

5 GRUNDLAGEN: KLÄRSCHLAMM MUSS IN SCHLAMMBEHANDLUNG WEITER BEHANDELT WERDEN Schlammbehandlung: alle Verfahren, welche die bei der Abwasserreinigung als Schlamm anfallenden Feststoffe (TS) weiter verarbeiten, mit dem Ziel, diese in einen für die weitere Verwertung und/oder Entsorgung geeigneten Zustand zu überführen. Im Wesentlichen: Schlammstabilisierung Abtrennung von Wasser zur Volumenreduzierung Schlammstabilisierung: Mineralisierung der organischen Substanz im Kläschlamm damit er chemischbiologische stabili ist. Stabil heißt in diesem Zusammenhang, dass biologische oder chemische Umsetzungsprozesse nur noch begrenzt oder sehr langsam ablaufen, damit eine Klärschlammverwertung erfolgen kann. Die Stabilisierung kann aerob oder anaerob erfolgen

6 GRUNDLAGEN: Einfaches Verfahren z.b. nach aerober Stabilisierung (extended aeration) In der Türkei meist einfache Entwässerung (manchmal Trocknung) und Entsorgung. Überschuss - schlamm (ÜS) 0,7%TR 60% otr 16-18%TR 60% otr ggf. CaO Zur Entsorgung Trübwasser zum Zulauf der Kläranlage

7 GRUNDLAGEN: Wenn keine aerobe Stabilisierung ist anaerobe Stabilisierung (Faulung) sinnvoll Primärschlamm (PS) TR=3-4% Überschussschlamm (ÜS) TR=0,7% Faulung Nacheindicker (ggf. auch maschinell) masch. Entwässerung TR=3,5% TR=5-6% TR=25-30% otr < 50% otr < 50% otr < 50% ggf. CaO TR=6% otr ca.70% TR=6% otr ca.70% Voreindicker masch. ÜS- Eindickung Gebäudeheizung Stro m Gasbehälter Gasfackel Heizung

8 KLÄRSCHLAMMVERWERTUNG: WELCHE WEGE ZUR KLÄRSCHLAMMVERWERTUNG STEHEN ZUR VERFÜGUNG? Landwirtschaftliche Verwertung Verwertung für Rekultivierungsmaßnahmen Deponierung Gemeinsame Deponierung auf Abfalldeponien Klärschlamm-Monodeponien Thermische Verwertung

9 KLÄRSCHLAMMVERWERTUNG: WARUM LANDWIRTSCHFT? Kreislaufwirtschaft ist wichtiger Faktor für Recourcenschutz

10 KLÄRSCHLAMMVERWERTUNG: WAS KOSTET DIE KLÄRSCHLAMMVERWERTUNG?

11 KLÄRSCHLAMMVERWERTUNG: Wahl des Verwertungsweges: Wenn immer die Randbedingungen es erlauben ist landwirtschaftliche Verwertung der sinnvollste Verwertungsweg! Häufig, insbesondere in Ballungsräumen, sind die Randbedingungen für landwirtschaftlich Verwertung jedoch nicht gegeben. Randbedingungen für die Wahl des Verwertungsweges: der Klärschlammzusammensetzung (Inhaltsstoffe, z.b Schwermetalle) den gesetzliche Rahmenbedingungen den Entsorgungs- bzw. Verwertungsmöglichkeiten den Entsorgungs- bzw. Verwertungskosten

12 KLÄRSCHLAMMVERWERTUNG: Erhöhte Anforderungen an die Klärschlammqualität: => zukünftig verstärkt thermische Verwertung Verfahren der thermischen Verwertung Monoverbrennung Co-Verbrennung o o Kohle- oder Braunkohlekraftwerke Zementindustrie Pyrolyse Klärschlammvergasung Nachteil: Thermische Verwertung ist teuer!!! Stimmt das?

13 KLÄRSCHLAMMVERGASUNG: Rohgas Beispiel: getrockneter Klärschlamm Trocken gut Silo Gaskühler Luftvorwärmung C o Verfahren des GWP-Mitgliedes Kopf Syngas GmbH, Sulz a. Neckar, Deutschland C o Wirbelschicht- Vergaser Rechengut Klärschlammgranulat Keramik filter Trockner Gas - Wäscher Granulat - Kühlung Granulat BHKW 35 C o 1 2 Synthesegas Strom Wärme für Klärschlammtrocknun g Kondensataufbereitung Brennkammer

14 KLÄRSCHLAMMVERGASUNG: Beispiel 1: Kläranlage Mannheim Ausbaugröße: EW Trocknung: 2 Straßen für Mg TS/a TS Gehalt ca % Vergasungsleistung 1. BA für 50 %: Mg TS/a, Elektr. Leistungsbedarf im Dauerbetrieb: kw Kaltgaswirkungsgrad: >70%

15 KLÄRSCHLAMMVERGASUNG: Beispiel 2: Kläranlage Balingen Ausbaugröße: EW Trocknung: für Mg TS/a TS Gehalt ca. 85% Vergasungsleistung 100 %: Mg TS/a, Elektr. Leistungsbedarf im Dauerbetrieb: kw Kaltgaswirkungsgrad: >70%

16 KLÄRSCHLAMMVERGASUNG: WIRTSCHAFTLICHER NUTZEN : 1. INVESTITION ANFORDERUNGEN AN SCHLAMMQUALITÄT ABHÄNGIG VOM VERWERTUNGSWEG? Landwirtschaftliche Verwertung: => stabilisiert, flüssig oder entwässer Einsatz bei Rekultivierung: => stabilisiert, entwässert oder getrocknet Deponierung: => stabilisiert, entwässert oder getrocknet Thermische Verwertung: => entwässert und getrocknet => Unterschied Türkei - Deutschland Deutschland: Bei mittleren und großen Anlagen meistens Faulung vorhanden Türkei: Meist nur aerobe Stabilisierung, keine Faulung Verfahren der Schlammbehandlung auf Verwertungsmöglichkeiten abstimmen. => Trocknung und Vergasung erfordern keine Stabilisierung! => Reduzierung der Investitionskosten beim Neubau und Erweiuterungen!

17 KLÄRSCHLAMMVERGASUNG: WIRTSCHAFTLICHER NUTZEN : 2. ENERGIE Entwicklung des Rohölpreises von

18 KLÄRSCHLAMMVERGASUNG: WIRTSCHAFTLICHER NUTZEN: 2. ENERGIE 15,4 MJ/kgTS 13,2 MJ/kgTS 11 MJ/kgTS Heizwert von Klärschlamm in Abhängigkeit vom TS-Gehalt und ots-gehalt

19 KLÄRSCHLAMMVERGASUNG: WIRTSCHAFTLICHER NUTZEN: 2. ENERGIE ots-gehalt der Kläranlagen Bursa Doğu und Batı (Quelle: BUSKI)

20 KLÄRSCHLAMMVERGASUNG: WIRTSCHAFTLICHER NUTZEN: 2. ENERGIE Energiegehalt im Synthesegas: Mannheim Bursa Doğu Schlammmenge getrocknet kg TS-Gehlalt 90% 90% TS-Fracht kg TS ots-gehalt 55% 70% Heizwert MJ/kg TS 12 15,4 1 J = 1 Ws kwh/kg TS 3,33 4,28 Energiegehalt im Schlamm kwh/mg TS Prozesswärme (nicht nutzbar) 20% 20% Verlust kwh/mg TS Abwärme (nutzbar) 10% 10% Abwärme Klärschlammvergasung kwh/mg TS Kaltgaswirkungsgrad 70% 70% Energiegehalt im Synthesegas kwh/mg TS

21 KLÄRSCHLAMMVERGASUNG: WIRTSCHAFTLICHER NUTZEN: 2. ENERGIE Wärmebedarf für Trocknung: Mannheim Bursa Doğu TS-Gehlalt entw. Schlamm 25% 22% Schlammenge nach Entw. kg Wasser verdampft kg H 2 O spez. Energiebedarf für Verdampfung kwh/mg H 2 O Energiebedarf Verdampfung kwh/mg TS Wärmerückgewinnung (25-75%) 25% 25% Wärmerückgewinnung kwh/mg TS ext. Wärmebedarf Trocknung kwh/mg TS Nutzbare Abwärme kwh/mg TS erf. Wärmeerzeugung für Trocknung kwh/mg TS

22 KLÄRSCHLAMMVERGASUNG: WIRTSCHAFTLICHER NUTZEN: 2. ENERGIE Wärmeerzeugung: Mannheim Bursa Doğu Erforderlich BHKW Anteil Synthesegasnutzung 75% 90% verfügbarerer Energieanteil BHKW kwh/mg TS BHKW Wirkungsgrad thermisch 55% 55% erzeugbare Wärmeenergie BHKW kwh th /Mg TS Gasbrenner Anteil Synthesegasnutzung 25% 10% verfügbarerer Energieanteil Brenner kwh/mg TS 583,3 299,4 Brenner Wirkungsgrad thermisch 90% 90% erzeugbare Wärmeenergie Brenner kwh th /Mg TS Summe: kwh th /Mg TS jählich Schlammproduktion MgTS/a jährl. Elektrische Energieerzeugung MWh/a Strompreis /kwh 0,050 0,050 Jährliche Ersparnis /a

23 KLÄRSCHLAMMVERGASUNG: WIRTSCHAFTLICHER NUTZEN: 2. ENERGIE Zusätzlicher Nutzen Stromerzeugung Mannheim Bursa Doğu Anteil Synthesegasnutzung 75% 90% verfügbarerer Energieantel BHKW kwh/mg TS BHKW Wirkungsgrad elektrisch 35% 35% erzeugbare elektrische Energie BHKW kwh el /Mg TS jählich Schlammproduktion MgTS/a jährl. Elektrische Energieerzeugung MWh/a Strompreis /kwh 0,18 0,075 Jährliche Ersparnis /a

24 annual amount of sludge [Mg/a] KLÄRSCHLAMMVERGASUNG: WIRTSCHAFTLICHER NUTZEN: 3. ENTSORGUNGSKOSTEN (Beispiel: Bursa Doğu) Mg/a Mg/a Water ods mineral. DS Mg/a ,0 20,0 22,0 25,0 45,0 90,0 100,0 100,0 DS-Content % Mg/a

25 KLÄRSCHLAMMVERGASUNG: WIRTSCHAFTLICHER NUTZEN: 3. ENTSORGUNGSKOSTEN (Beispiel: Bursa Doğu) Mg/a * 50 TL/Mg = TL/a (entwässert heute) Mg/a * 50 TL/Mg = TL/a (Entwässerung optimiert) Mg/a * 100 TL/Mg = TL/a (getrocknet) Mg/a * 100 TL/Mg = TL/a (nach thermischer Verwertung) Einsparung gegenüber heute: ca. 3 Mio TL/a Einsparung bei optimierter Entwässerung: ca. 2,1 Mio TL/a Einsparung gegenüber nur Trocknung: ca TL/a

26 KLÄRSCHLAMMVERGASUNG: WIRTSCHAFTLICHER NUTZEN: 4. Nutzbarkeit des Granulates Entsorgung Granulat Einbauklasse Zuordungswert (Obergrenze der Einbauklasse) Z0 Z1 Z2 Z3 Z4 Z5 Analyse der Klärschlammschlacke Uneingeschränkter Eingeschränkter Eingeschränkter Einbau / Ablagerung in Deponien Einbau offener Einbau Einbau mit definierten techn. Sicher- Deponieklasse I (TA SieAbfall) Deponieklasse II (TA SieAbfall) Deponieklasse III (TA Abfall) ungsmaß- nahmen Das in Balingen anfallende Granulat wird in einem benachbarten Asphaltmischwerk verkauft! D.h. mit dem Granulat werden Erlöse erzielt.

27 KLÄRSCHLAMMVERGASUNG: WIRTSCHAFTLICHER NUTZEN: 4. Nutzbarkeit des Granulates Phosphorrückgewinnung Phosphoranteil im mineralischen Granulat: ca %. Der im Granulat enthaltene Phosphor ist zu über 90% pflanzenverfügbar. Durch den reduzierenden Prozess der Vergasung ist der Phosphor verhältnismäßig einfach aus dem Granulat darstellbar

28 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Solutions You Can Trust WE-Consult Ltd. Mintropstraße Düsseldorf Tel.: +49 (211) Fax.: +49 (211) info@we-consult.eu