Kläranlage - Vision

Transkript

1 Kläranlage - Vision Festveranstaltung 30 Jahre Hydro-Ingenieure GmbH am

2 Gliederung 2030? Veränderte Rahmenbedingungen 2 Demographische Faktoren Ökonomische Faktoren Infrastrukturelle Faktoren, Abwassermengen Klimawandel Neue Anforderungen Klimaschutz, Energieeffizienz Gewässerschutz Wertstoffrückgewinnung Neue Konzepte

3 Datenquelle: Statistisches Bundesamt; Darstellung: BiB Rahmenbedingungen: Demographie Bevölkerungsstand in Deutschland 1816 bis und 1950 bis 2060

4 Rahmenbedingungen: Demographie 4 Bevölkerungsanteil [%] Bevölkerung unter 20 Jahren 40 Bevölkerung ab 65 Jahren 35 Bevölkerung ab 80 Jahren Der Anteil der Senioren steigt... Datenquelle: Statistisches Bundesamt

5 Quelle: Arzneimittelverordnungsreport 2010 (Schwabe & Paffrath (Hrsg.)) > 90 Rahmenbedingungen: Demographie DDD (Definierte Tagesdosen) Altersgruppe...und damit die Abwasserzusammensetzung

6 Rahmenbedingungen: Ökonomie Energiekosten werden deutlich steigen Personalkosten werden steigen Kosten für MSR-Technik werden sinken 6

7 Quelle: BDEW-Wasserstatistik, 2012 Entwicklung des spezifischen Wasserverbrauchs Spezifischer Wasserverbrauch der Haushalte und des Kleingewerbes in l/(e * a)

8 8 Rahmenbedingungen: Klimawandel Quelle: Kropp et al. 2009; Gerstengarbe 2009 Jahresniederschlag Tage < 0,1 mm/tag Tage > 10 mm/tag

9 Quelle: Statistisches Bundesamt; Bundesamt f. Bauwesen u. Raumordnung Rahmenbedingungen: Flächenversiegelung Anstieg der Siedlungs- und Verkehrsfläche in [ha/d] 9

10 Rahmenbedingungen: Abwassermengen Schmutzwasser 10 Wasserverbrauchsreduzierung Fremdwassermengenreduzierung Haushaltsgröße Renaissance des städtischen Wohnens Weniger, stärker verschmutztes, wärmeres Schmutzwasser Niederschlagswasser Zunahme von Starkregenereignissen Zunahme der versiegelten Flächen Mehr Niederschlagswasser

11 Neue Anforderungen Klimaschutz, Energieeffizienz Nutzung der im Abwasser enthaltenen Energie Chemisch Thermisch Lageenergie Energieverbrauchsreduzierung Reduzierung der THG-Emissionen Gewässerschutz Mikroverunreinigungen Keime Wertstoffrückgewinnung 11 Phosphor Stickstoff Organische Verbindungen, Fasern,... Wasserwiederverwendung

12 Energieeffizienz Energieautarkie Mit eigenen Mitteln nicht erreichbar Möglich nur durch Co-Fermentation Wind- oder Solarenergie auf Kläranlage Kein sinnvolles Ziel Im Jahresmittel ausgeglichene Energiebilanz anzustreben Gewässerschutz bleibt wichtigstes Ziel Bisher häufig vernachlässigt: Energiebedarf des Kanalnetzes Energiebedarf für Mobilität Externer Energiebedarf Energiebedarf für den Bau von Anlagen Energiequalität (Strom, Wärme, Treibstoff) 12

13 Wertstoffrückgewinnung Diskussion über Wertstoffrückgewinnung konzentriert sich derzeit auf den Phosphor Phosphor ist ein essentielles Element und nicht substituierbar Phosphor ist keine endliche Ressource Abnehmende Qualität der Phosphorerze (Uran, Cadmium) Annahme statische Lebensdauer der Reserven zwischen 90 und 370 Jahren Erwartung des Peak-Phosphorus in wenigen Jahrzehnten? 13

14 Wertstoffrückgewinnung Rohphosphat [US $/Mg] Quelle: World Bank Getreidepreis (2005 = 100%)

15 Gewässerschutz / / /1981 Umweltprogramm der Bundesregierung Gewässergüteklasse II bis zum Jahr Novelle des WHG Emissionsprinzip (Mindestanforderungen), Immissionsprinzip (weitergehende Anforderungen) 1982 Formulierung von Mindestanforderungen an das Einleiten von Abwasser gem. 7a WHG 15

16 Gewässerschutz 49/ / / Robbensterben und massenhaftes Algenwachstum in der Nordsee 10-Punkte-Katalog des BMU Formulierung von Mindestanforderungen hinsichtlich Nährstoffen (VwV zum WHG) Nitrifikation und P-Elimination Formulierung von Mindestanforderungen hinsichtlich N anorg. (VwV zum WHG) Denitrifikation EG-Richtlinie (Behandlung kommunalen Abwassers) N- und P-Elimination für empfindliche Gebiete

17 17 Arzneimittel in der aquatischen Umwelt Die Grundwasser- Zeitbombe aus dem Arzneischrank Spiegel Online 11/02/2007 Arzneimittel-Rückstände: Zehn Wirkstoffe im Trinkwasser nachgewiesen dpa 03/07/2008 Wasser mit Nebenwirkungen? WDR Lokalzeit Ruhr, 28/05/2008 Noch wird der Chemie- Cocktail stark verwässert. Das Trinkwasser ist sicher, sagen Wissenschaftler. Doch Aachener Zeitung & Aachener Nachrichten 01/08/2008 Arzneimittel-Rückstände im Trinkwasser WDR Lokalzeit Ruhr, 26/05/2008

18 Quelle: Beier 2010; Datengrundlage: Verschiedene Quellen ( ) Gewässerschutz Arzneimittelkonzentrationen in verschiedenen Wässern 18

19 Schlussfolgerungen Abwassermengen und -zusammensetzung: Bevorzugung Trennsystem Dichte Kanalnetze Dezentrale, einfache Kläranlagen im ländl. Raum Zentrale, komplexe Kläranlagen in Städten 19 Steigende Energiekosten, Klimaschutz: Kläranlagen mit positiver Energiebilanz Neue Schadstoffe, Zunahme Arzneimittelverbrauch: Weitergehende Reinigungsanforderungen Wertstoff- (Phosphor-) -rückgewinnung Zentrale Rückgewinnungsanlagen bei Monoklärschlammverbrennungsanlagen

20 Vorteile großer, zentraler Kläranlagen Kosten der Behandlungsanlage 20 des Netzes dezentral zentral

21 Quelle: Bode, Evers, Vorteile großer, zentraler Kläranlagen Platzbedarf 3,5 3 2,5 2 1,5 1 0, Anlagengröße [EW] Platzbedarf [m²/ew]

22 Vorteile großer, zentraler Kläranlagen Energieverbrauch Spez. Stromverbrauch [kwh/ew*a] ,3 49,4 40,1 34,9 27,1 < < < < > Kläranlagengrösse [ Ausbau - EW ] Quelle: Roth 22

23 Vorreinigung und Energiebilanz Beispielberechnung Beispielberechnung für eine KA für für eine KA EW, für t(ts) = 13 EW d O2-Verbrauch [kg/d] Gasanfall [m³/d] t(vk)=0h t(vk)=1h t(vk)=2h Quelle: Handbuch Energie in Kläranlagen (1999) 23

24 η CSB Schlammalter und Energiebilanz Energie im Überschussschlamm Mit Vorklärung Ohne Vorklärung Energiebedarf für Belüftung Nitrifikation Schlammstabilisierung Kohlenstoffverbindungen Nitrifikation u. Denitrifikation t TS [d] Quelle: Svardal 2012

25 Traditionelles Konzept Vorreinigung Biol. Hauptstufe Nitrif./ Denitrif. Evtl. Nachreinigung (Sandfiltration) 25 Anaerobe Stabilisierung Entsorgung

26 Zukunftsfähiges Konzept? Kohlenstoffausschleusung Stickstoffelimination Spurenstoffelimination Anaerobe Stabilisierung Klärschlammverbrennung Phosphorrückgewinnung Klärschlammdesintegration 26

27 Zukunftsfähiges Konzept? 27 Klärschlammverbrennung Phosphorrückgewinnung Kohlenstoffausschleusung Stickstoffelimination Spurenstoffelimination Feinstsiebe Vergrößerte Vorklärbecken Hochlastbiologie Chemikalienzusatz Klärschlamm- Anaerobe Behandlung? Anaerobe desintegration Stabilisierung

28 Zukunftsfähiges Konzept? 28 Klärschlammverbrennung Phosphorrückgewinnung Kohlenstoffausschleusung Stickstoffelimination Spurenstoffelimination Deammonifikation Lange Einfahrzeiten Hohe Temperaturen Empfindlicher Prozess Einsatz bisher nur für Klärschlammdesintegration Stabilisierung Prozesswasser Anaerobe Im Hauptstrom?

29 Zukunftsfähiges Konzept? 29 Kohlenstoffausschleusung Stickstoffelimination Spurenstoffelimination Klärschlammdesintegration Einbindung in den Anaerobe Gesamtprozess Klärschlammverbrennung? Energiebilanz? Stabilisierung Transformationsprodukte? Phosphorrückgewinnung Ozonung Aktivkohleadsorption Weitere... (Membranen?)

30 Zukunftsfähiges Konzept? 30 Wirtschaftlichkeit? Energiebilanz? Anaerobe Stabilisierung Klärschlammverbrennung Phosphorrückgewinnung Mechanisch Chemisch Kohlenstoffausschleusung Thermisch Biologisch Stickstoffelimination Spurenstoffelimination Klärschlammdesintegration

31 Zukunftsfähiges Konzept? Kohlenstoffausschleusung Mono-Klärschlammverbrennung Stickstoffeliminatioelimination Spurenstoff- Zentrale Anlage für eine Region Anaerobe Stabilisierung Klärschlammverbrennung Phosphorrückgewinnung Klärschlammdesintegration 31

32 Zukunftsfähiges Konzept? 32 Phosphorrückgewinnung aus der Asche Wirtschaftlichkeit?? Anaerobe Stabilisierung Klärschlammverbrennung Phosphorrückgewinnung Kohlenstoffausschleusung Stickstoffelimination Spurenstoffelimination Klärschlammdesintegration

33 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit und den Hydro s alles Gute für die nächsten 30 Jahre!!