We think in Solutions

Transkript

1 Ultrafiltration & Umkehrosmose, Hightech für die Gülleaufbereitung Ulrich Brüß Tel.: +49(0) Innovative Technik für die Umwelt

2 Inhalt des Vortrages Motivation zur Gülle / Gärrestaufbereitung MPS Process zur Aufbereitung von Gülle und Gärresten aus Biogasanlagen Ausführungsbeispiele 2

3 Motivation der Gärproduktaufbereitung Durch die Diskussion zum Thema erneuerbare Energien gewinnt die Vergärung von NAWAROS und Bioabfällen stark an Bedeutung Stoffe wie Gülle, Fette, Flotate, überlagerte Lebensmittel, Produktionsrückstände werden zur Verbesserung der Wirtschaftlichkeit mittlerweile in großem Umfang eingesetzt Durch das EU-weite Verfütterungsverbot für Speisereste drängen weitere organische Inputmaterialien auf den Markt 3

4 Motivation der Gärproduktaufbereitung Unabhängig von den eingesetzten Inputmaterialien und der Anlagentechniken fällt ein Gärrest an, der entsorgt / verwertet werden muss Die heute meist angewandte Entsorgungsstrategie ist die Ausbringung der Gärreste auf landwirtschaftlichen Flächen Aufgrund der vielfältigen Inputmaterialien, der steigenden Anlagenbaugrößen und den hohen Viehbestandsdichten kommt es zunehmend zu einem Wettbewerb um Ausbringungsflächen zwischen Gülle und Gärresten 4

5 Motivation der Gärproduktaufbereitung Dieser Wettbewerb erklärt sich unter anderem durch die hohen Gehalte an Nährstoffen wie Stickstoff, Phosphor und Kalium die Gärreste und Gülle i. d. R. enthalten In den Biogasanlagen werden lediglich die organischen Frachten eliminiert, eine Reduktion der Nährstoffe erfolgt nicht Aufgrund des Flächenbedarfs werden Gülle- und Gärrestüberschüsse mittlerweile über weite Strecken transportiert, um sie auf Flächen mit einem Nährstoffbedarf ausbringen zu können 5

6 Motivation der Gärproduktaufbereitung Ziel aller Behandlungsverfahren ist daher die Reduzierung des unwirtschaftlichen und ökologisch bedenklichen Transportaufwandes Ziel unserer Aufbereitung ist die Erzeugung nährstoffreicher und transportwürdiger Düngerfraktionen und von örtlich direkt einleitfähigem Ablaufwasser bzw. Erzeugung eines Brauchwassers 6

7 MPS Prozess: Multi Phase - Separation 7

8 Zusammensetzung von Gülle und Gärresten Typische Gärrest-Zusammensetzung einer landwirtschaftlichen Biogasanlage Parameter Abkürzung Einheit Konzentration Trockenrückstand TR % 3-7,5 Chemischer O 2 Bedarf CSB kg/m Biochemischer O 2 Bedarf BSB 5 kg/m Gesamt-Stickstoff N ges. kg/m Ammonium-Stickstoff NH 4 -N kg/m 3 2,5-6,5 Gesamt-Phosphor Pges. kg/m 3 1,0-2,5 Kalium K kg/m 3 0,8-4,2 Viskosität mpas 4-15 Leitfähigkeit ms/cm Faserstoffe / Kunststoffe 8

9 Hauptkomponenten der MPS Gärproduktaufbereitung Dekanter und Schwingsieb: Vorreinigung (Abtrennung grober Feststoffe) Mikro-/Ultrafiltration: Rückhalt feiner Feststoffe (organisch + anorganisch) Umkehrosmose: Rückhalt gelöster Inhaltsstoffe und Ionen (Salze + Härte) 9

10 Verfahrensschema Gärproduktaufbereitung Biogasanlage / Güllelager Retentat in Fermenter Konzentrat als NK-Dünger Verdampfung Feststoffabscheidung Ultrafiltration Umkehrosmose Trockner Permeat in Speicher Permeat in Vorfluter Granulat Wiederverwendung 10

11 Verfahrensstufe Fest-Flüssig Separation Zulauf Austrag, Feststoff Ablauf, geklärte Flüssigkei t Hochleistungs-Dekanter Feststoffkonzentration ca % Abtrennung und Entwässerung der groben Feststoffe 11

12 Optimierte Fest-Flüssig Separation durch Flockung/Fällung Optimierte Fest-Flüssig Separation Zudosierung von Fällmittel bzw. FHM in den Zulauf des Dekanters Abtrennung der Feststoffe und Organikanteile Reduzierung des Fouling-Potentials im Zentrat 12

13 Elimination feiner Fasern und von Kunststoffen mittels Schwingsieb Schwingsieb Ergänzung zum Dekanter Abtrennung der Feststoffe (> 75 µm) 13

14 Verfahrensstufe Ultrafiltration Cross flow Ultrafiltration mit keramischen Multikanal- Membranen Abtrennung von Feststoffen und Makromolekülen im Crossflow-Betrieb Filtrat zur Einspeisung in Umkehrosmose Vollständige Elimination von Keimen und Bakterien vollständiger Rückhalt der Fermenter-Biomasse Rückhalt des partikulären CSB 14

15 Verfahrensstufe Ultrafiltration Retentat-gestufte Ultrafiltration Maximale Filtrat-Ausbeute durch 2-stufigen Betrieb von bis zu 85% Hohe Prozessstabilität und Membranstandzeit durch hohe Materialbeständigkeit Stufe I Stufe II Filtrat Feed Retentat Konzentrat 15

16 Verfahrensstufe Umkehrosmose Abtrennung gelöster Inhaltsstoffe und Ionen Maximale Aufkonzentrierung der Nährstoffe Permeat mit VE-Wasser- bzw. Direkteinleitqualität 16

17 Verfahrensstufe Umkehrosmose Permeat-gestufte Umkehrosmose Permeat der 1. RO-Stufe fließt in die nächste RO-Stufe Rückführung des Konzentrats zur Erhöhung der Ausbeute & Membranüberströmung Maximale Aufkonzentrierung der Nährstoffe Verbesserung der Permeatqualität Zulaufwasser RO 1 RO 2/3 Permeat Pumpe Konzentrat (Abfluß) Konzentrat RO 2/3 17

18 Konzentrationen [mg/l] We think in Solutions Leistungsfähigkeit der Gärproduktaufbereitung Fermenter Schw ingsieb/dekanter Ultrafiltration Umkehrosmose N-NH4 CSB N-NH4 CSB 18

19 Massenbilanz der Gärproduktaufbereitung Feststoff/Granulat 10-20% Konzentrat 10-20% Permeat 60-80% 19

20 MPS Process Abscheidegrad: Feststoff Scenario with 4,5% DM and 2 stage UF TR0 25,00% t/a TR= 4,50% Screw press Dry matter from solid / liquide 80% t/a separation 366 kgdm/h kg/h 0 t/a t/a 7880 h/a 0 kg/h kg/h Dry matter Decanter 366 kgdm/h 25,00% Centrate Digestate t/a t/a t/a kg/h Screw kg/h kg/h Floc. Decanter 457 kgdm/h Press 457 kgdm/h 604 kgdm/h 238 kgdm/h 4,50% 4,50% 4,11% 1,80% Vibrating sieve Feed Ultrafiltration Flocculation* 0 t/a t/a 238 kgdm/h Fe-(III)-Cl 34,7 kg/h 273,6 t/a 0 kg/h kg/h 1,80% Polym. 1,8 kg/h 14,4 t/a 0 kgdm/h FHM2 0,0 kg/h 0,0 t/a UF Retentate Treatment t/a kg/h t/a t/a 210 kg/h 0 t/a 139 kgdm/h 520 kg/h t/a Filtrate UF UF Retentate discharge 0 kgdm/h kg/h Make up water 99 kgdm/h 1,10% 470 t/a Permeate kg/h RO I kg/h kg/h kg/h kg/h Permeate Antiscalant 0,06 kg/h t/a H2S Reverse Reverse kg/h Reverse Cooling 0,46 t/a Rem.. Osmosis 3 Osmosis 2 Osmosis kg/h Ultra- Filtration Sulfuric acid 59,7 kg/h 319 kg/h 420 kg/h 96 kgdm/h kg/h 3,38% t/a UO I -Konzentrat kg/h t/a UOConc. stage UO-C. Concentrate kg/h 92 kgdm/h t/a 6,42% 0 t/a *exact quantification of massbalance by operation 20

21 Produkt Qualität der Aufbereitung Feststoff 25% - 28% TS vom Dekanter: Phosphat Kalium Ammonium Permeate RO: CSB Stickstoff ges. Ammonium Phosphat Kalium mg/kg FM mg/kg FM mg/kg FM < 15,0 mg/l < 10,0 mg/l < 7,0 mg/l < 0,05 mg/l < 10,0 mg/l Konzentrat 4-6% TS von RO: Phosphat 400 mg/l Kalium > mg/l Ammonium > mg/l 21

22 Betriebskostenkalkulation Gärrest Aufbereitungsanlage: Variante mit t/a, 4,5% TS, 2 stufiger UF Betriebsdaten EURO/a EURO/m3 Finanzierungskosten Gärrest Annuität EURO/a ,92 Fixe Betriebskosten Ersatzteilkosten EURO/a ,20 Rückstellung Membranersatz UF EURO/a ,14 Rückstellung Membranersatz UO EURO/a ,18 Rückstellung Membranersatz UO-C EURO/a ,20 Betriebspersonal 0 EURO/a 0 0,00 Wartungskosten 50 EURO/h 80 h/a ,05 Zwischensumme ,78 Variable Betriebskosten ** Energiekosten kwh/a ,07 Kosten für alkalischen Reiniger 984 l/a ,07 Kosten für sauren Reiniger 4104 l/a ,18 Antiscalent 465 l/a ,05 Schwefelsäure 470 t/a ,71 EisenIIIchlorid 274 t/a ,51 Polymer (Flocculant) 14,4 t/a ,69 PAC 0,0 t/a 0 0,00 Zwischensumme ,27 Gesamtkosten ohne Abschreibung ,05 Gesamtkosten mit Abschreibung ,97 22

23 Analysenergebnisse Gärrestaufbereitung 23

24 Analysenergebnisse Gärrestaufbereitung 24

25 Anlagenbeispiel: Gärrestaufbereitung Vermue (NL) Projekt Kunde Anwendung Kapazität Input Beschreibung Lieferung Gärrestaufbereitungsanlage Vermue, Winsum (NL) Vergärung von Rindergülle und Hähnchenmist 23,500 t/a Ablauf der Biogasanlage nach Endlager Planung und Lieferung der Behandlungsanlage für die Rückstände der Biogasanlage. Die Biogasanlage wird mit Rindergülle und Hähnchenmist betrieben. Die Gärreste sind hoch belastet mit CSB, Stickstoff, Kalium und Phosphat. Der Ablauf der Anlage wird direkt in einen Vorfluter abgeleitet. CSB Zulauf CSB Ablauf NH 4 -N Zulauf PO 4 -P Ablauf Bis zu 60,000 mg/l < 50 mg/l < 10 mg/l < 0,5 mg/l 25

26 Anlagenbeispiel: Gärrestaufbereitung SFPI, Inwil (CH) Projekt Kunde Anwendung Kapazität Input Lieferung Gärrestaufbereitungsanlage SwissFarmerPower AG, Inwil (Schweiz) Vergärung von Grünabfällen, Fetten und Flotaten sowie Gülle 45,500 t/a Ablauf der Biogasanlage nach Endlager Beschreibung Planung und Lieferung der Behandlungsanlage für die Rückstände der Biogasanlage. Die Gärreste sind hoch belastet mit CSB, Stickstoff, Kalium und Phosphat. Der Ablauf der Anlage wird indirekt in die naheliegende ARA geleitet. Die Direkteinleiutng ist in der Planung. CSB Zulauf CSB Ablauf Bis zu 60,000 mg/l < 50 mg/l NH 4 -N Ablauf < 10 mg/l PO 4 -P Ablauf < 0,5 mg/l 26

27 Anlagenbeispiel: Gärrestaufbereitung BioEn Nord (D) Projekt Kunde Anwendung Kapazität Input Lieferung Gärrestaufbereitungsanlage BioEN Nord GmbH & Co. KG Vergärung von Speiseresten und überlagerten Lebensmitteln 80,000 t/a Ablauf der Biogasanlage nach Endlager Beschreibung Planung und Lieferung der kompletten Aufbereitungsanlage. Die Biogasanlage verarbeitet überlagerte Lebensmittel, Reste der Lebensmittelindustrie, Braune Tonne Abfälle etc. Der Anlagenablauf wird als Prozesswasser verwendet oder direkt in den Vorfluter abgegeben. CSB Zulauf CSB Ablauf NH 4 -N Zulauf NH4-N Ablauf > mg/l < 60 mg/l > mg/l < 8 mg/l 27

28 Anlagenbeispiel: Gärrestaufbereitung Geotexia (F) Projekt Lieferung Gärrestaufbereitungsanlage Kunde Geotexia, Bretagne Anwendung Kapazität Vergärung von Gülle, Flotaten, Fetten und Lebensmittelresten 80,700 t/a Input Ablauf Nachgärer der Biogasanlage Beschreibung Der MPS Prozess wird zur Behandlung der Gärreste eingesetzt. Es finden die Verfahrensstufen Fest/ Flüssig Separation, Ultrafiltration und Umkehrosmose Anwendung. Zusätzlich ermöglicht eine Konzentratstufe die Erzeugung eines NK Düngers. CSB Zulauf CSB Ablauf NH 4 -N Zulauf NH4-N Ablauf > mg/l < 15 mg/l mg/l < 8 mg/l 28

29 Anlagenbeispiel: Gärrestaufbereitung Sandhill (GB) Projekt Kunde Anwendung Kapazität Input Beschreibung Lieferung Gärrestaufbereitungsanlage GWE Biogas Ltd., UK Vergärung von Speiseresten und überlagerten Lebensmitteln 67,000 t/a Ablauf des Endlagers der Biogasanlage Die Gärrestaufbereitung besteht aus den Prozessschritten Fest/ Flüssig Separation, Ultrafiltration und Umkehrosmose. Der Anlagenablauf wird direkt eingeleitet. Das anfallende NK-Konzentrat wird als Düngemittel eingesetzt. CSB Zulauf CSB Ablauf NH 4 -N Zulauf NH4-N Ablauf > mg/l < 15 mg/l mg/l < 8 mg/l 29

30 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit und Ihr Interesse! Innovative Technik für die Umwelt