Energetische Optimierung der Kläranlage Schlitz-Hutzdorf

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1 Energetische Optimierung der Kläranlage Schlitz-Hutzdorf Kläranlagen sind die größten kommunalen Stromverbraucher, denn sie haben einen höheren Strombedarf als Straßenbeleuchtung, Krankenhäuser oder andere Großverbraucher in einer Kommune. Ein vom Bundesumweltministerium aufgelegtes Um welt - innovationsprogramm mit dem Förderschwerpunkt Energieeffiziente Abwasseranlagen ermöglichte der Stadt Schlitz eine Förderung innovativer energetischer Optimierungsmaßnahmen auf der Kläranlage Schlitz-Hutzdorf. Das im Rahmen dieses Programms befürwortete Maßnahmenpaket wurde mit einem maßgeblichen Investitionszuschuss aus Bundesmitteln bedacht und konnte sodann von den Stadtwerken Schlitz in den Jahren 2014 / 2015 realisiert werden. Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz, Bau und Reaktorsicherheit Gefördert durch:

2 Umweltinnovationsprogramm Zahlen Daten Fakten zur Historie des Klärwerks Das Klärwerk Schlitz-Hutzdorf wurde im Jahr 1980 als 1-straßige mechanisch-biologische Kläranlage zur weitergehenden Elimination der organisch abbaubaren Kohlenstoffverbindungen sowie zur teilweisen Elimination der Stickstoffverbindungen mit einer Ausbaugröße von Einwohnerwerten (EW) konzipiert. Die heutigen Schmutzfrachtbelastungen lassen auf eine effektive Anschlussgröße von rund EW rückschließen. In der Kläranlage werden die Abwässer der Kernstadt Schlitz sowie der Stadtteile Hutzdorf, Sandlofs, Fraurombach, Pfordt, Bernshausen, Nieder-Stoll und Ützhausen nach den allgemein anerkannten Regeln der Technik behandelt und gereinigt. Die maximal mögliche Zulaufwassermenge beträgt bei Regenwetter 100 l/s; im Trockenwetterfall fließt dem Klärwerk eine Abwassermenge von durchschnittlich l/s, respektive m³/tag zu. Zielsetzungen mit dem Umweltinnovationsprogramm Aktivierung energetischer Umweltentlastungspotenziale Reduzierung des externen Strombezugs bzw. spezifischen externen Strombezugs J von vormals ca kwh/jahr (entsprechend ca. 39,0 kwh/(einwohner und Jahr)) J auf jetzt nur noch ca kwh/jahr (entsprechend ca. 15,2 kwh/(einwohner und Jahr)) J d. h. Erzielung einer Einsparung von rd. 60 % Reduzierung des Gesamt-Stromverbrauchs bzw. spezifischen Gesamt-Stromverbrauchs J von vormals ca kwh/jahr (entsprechend ca. 39,0 kwh/(einwohner und Jahr)) J auf jetzt nur noch ca kwh/jahr (entsprechend ca. 33,8 kwh/(einwohner und Jahr)) bzw. auf ca kwh/jahr (entsprechend ca. 38,1 kwh/(einwohner und Jahr)) unter Berücksichtigung der Annahme externer Klärschlämme in einem Verwertungsverbund Reduzierung des externen Bezugs von fossilen Energieträgern zur Beheizung der Betriebsgebäude J von vormals ca kwh/jahr (entsprechend ca l Flüssiggas/Jahr) J auf jetzt 0 kwh/jahr durch Bereitstellung einer vollständigen Eigen-Wärmeversorgung J d. h. Erzielung einer Einsparung von 100 % Fazit Die getätigten Investitionen reduzieren den Kohlendioxid-Ausstoß um etwa 160 Tonnen pro Jahr, wodurch ein nennenswerter Beitrag zum Klimaschutz geleistet werden kann. Verfahrenstechnische Optimierung Beseitigung der Geruchsproblematik J durch den Bau einer Klärschlammfaulungsanlage zur vollständigen Stabilisierung der aktiven Biomasse, so dass bei den nachfolgenden Behandlungsschritten im Klärschlamm nahezu keine biologischen Abbauprozesse mehr stattfinden können J dadurch Vermeidung von unangenehmen Geruchsemissionen, insbesondere für die benachbarte Wohnbebauung Verantwortung für Natur und Umwelt

3 Optimierte Organisationsform Realisierung eines Klärschlamm-Verwertungskonzepts in Kooperation mit einem benachbarten kommunalen Kläranlagenbetreiber, der Marktgemeinde Niederaula, und mit der Schlitzer Korn- und Edelobstbrennerei GmbH Klärschlamm Korn- und Obstschlempen Marktgemeinde Niederaula Burgenstadt Schlitz Schlitzer Korn- und Edelobstbrennerei GmbH J Annahme entwässerter Klärschlämme aus biologischen Abwasserreinigungsstufen externer Kläranlagenbetreiber J Annahme der hoch energiereichen Korn- und Obstschlempen als sogenanntes Co-Subtrat J gemeinsame Vergärung der eigenen Klärschlämme mit den externen Fremdschlämmen und den Co-Substraten J gemeinsame Klärgasnutzung als Energiequelle zur Strom- und Wärmeenergieerzeugung J gemeinsame Klärschlammtrocknung in der bestehenden Solartrocknungsanlage J gemeinsame Verwertung/Entsorgung der endbehandelten Klärschlammprodukte Optimierung der Abwasserreinigung J Bau eines Vorklärbeckens zur Abtrennung der hoch energiereichen organischen Abwasserinhaltsstoffe als sogenannter Roh- oder Primärschlamm und damit Entlastung der vorhandenen biologischen Abwasserreinigungsstufe Reduzierung des Sauerstoffbedarfs im Belebungsbecken Reduzierung der erforderlichen Belüftungsenergie im Belebungsbecken (elektrischer Strom) Stabilisierung der Kläranlagenablaufwerte

4 Errichtung von Annahmestationen für externe Klärschlämme und Co-Substrate J Bau eines Klärschlamm-Annahmebehälters zur Zwischenspeicherung der extern angelieferten Klärschlämme in Form von entwässerten Überschussschlämmen aus biologischen Abwasserreinigungsstufen J Durchmischung der externen mit den anlagenspezifischen Überschlussschlämmen zur Homogenisierung der verschiedenen Klärschlämme J Bau einer Annahmestation für externe Co-Substrate. Korn- und Obstschlempen verbessern aufgrund ihres hohen organischen Anteils die Faulgasproduktion wesentlich. Der produktionsbedingte Anfall und damit die Verwertung dieser Schlempen erfolgt ausschließlich in den energieintensiven Wintermonaten von Oktober bis Mai. Optimierung der Klärschlammbehandlung J Im Klärschlamm steckt Energie. J Bau einer Klärschlammfaulungsanlage zur gemeinsamen Vergärung der anlagenspezifischen Roh- und Überschussschlämme sowie der im Langsandfang abgeschiedenen Fette mit den Klärschlämmen und Co-Substraten externer Abwasseranlagen. J Die Klärschlammbehandlung erfolgt dabei in einem Faulbehälter unter Ausschluss von Luftsauerstoff und Lichteinwirkung, d. h. in einem vollständig anaeroben Milieu. Unter Einsatz von Methanbakterien fault der Klärschlamm bei einer Temperatur von C aus. Dieser Prozess dauert 25 Tage. Die organische Masse wird dabei bis zu 50 % reduziert. Dabei entsteht Biogas, auch Faulgas genannt, das als Energiequelle zur Strom- und Wärmeenergieerzeugung genutzt wird. Ein vollständig ausgefaulter d. h. biologisch stabilisierter Klärschlamm ist danach nicht mehr reaktionsfähig und damit bei den sich anschließenden Entwässerungs- und Trocknungsprozessen bereits nahezu geruchslos. Anlagen zur Faulgaserzeugung sind üblicherweise erst ab einer Anschlussgröße von Einwohnerwerten wirtschaftlich zu betreiben. Die interkommunalen Ko op e rationsvereinbarungen (IKZ) zur externen Klär schlamm- und Co-Substrat-Mitbehandlung und -Verwertung sind allerdings ausschlaggebend dafür, dass sich die getätigten Investitionen mittelfristig auch ökonomisch rechnen werden.

5 Optimierung der Energie- und Wärmeversorgung J Realisierung einer 100 %-igen Eigenwärmeversorgung der Kläranlage mit Beheizung des Faulbehälters, der Betriebsgebäude sowie einer Zusatz-Wärmeversorgung für die solare Klärschlammtrocknungsanlage hierzu J Bau einer Klärgasnutzungsanlage als Blockheizkraftwerk zur Strom- und Wärmeenergieerzeugung nach dem Prinzip der Kraft-Wärme-Kopplung. Mit einer installierten elektrischen Leistung von 50 kw el können rund 60 % des Strombedarfs des Klärwerks abgedeckt werden. In betrieblichen Schwachlastzeiten der Kläranlage wird erzeugte, überschüssige Energie in das Stromnetz des städtischen Elektrizitätswerks eingespeist. Die beim Betrieb des BHKWs anfallende Abwärmeenergie ermöglicht bei einer thermischen Leistung von 71 kw therm, das Klärwerk ganzjährig autark von fossilen Brennstoffen zu beheizen. J Installation eines Nahwärmenetzes J Nachrüstung der solaren Klärschlammtrocknungs - an lage mit einem Luft-Wasser-Wärmetauscher zur gezielten Einspeisung eines Abwärme-Teilstroms vom BHKW, so dass witterungsunabhängig auch ein Winterbetrieb der Trocknungshallen möglich ist. mit dem Ergebnis J einer Reduzierung der Klärschlammmengen durch einen optimalen Vergärungsprozess im Faulturm und einen effizienteren Betrieb der solaren Klärschlammtrocknungsanlage und damit einhergehend einer Reduzierung der finanziellen Aufwendungen für den Abtransport und die Entsorgung des endbehandelten Klärschlammprodukts

6 Eckdaten zum Projektverlauf 27. September 2011 Feierliche Übergabe des Zuwendungsbescheids durch das Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz, Bau und Reaktorsicherheit (BMU) in Berlin 11. Februar 2014 Offizieller Spatenstich 2. April 2015 Fertigstellung der baulichen Anlagen 27. Mai 2015 Unterzeichnung der öffentlich-rechtlichen Vereinbarung zur Klärschlammentsorgung der Gemeinde Niederaula durch die Stadt Schlitz 1. Juli 2015 Eintägige Außerbetriebnahme der Kläranlage zur Anbindung der neuen baulichen Anlagen an den Altbestand der biologische Abwasserreinigungsstufe 28. August 2015 Fertigstellung der Maschinen-, Elektro-, Mess-, Steuerungs- und Regelungstechnik 4. September 2015 Herstellung der Betriebsbereitschaft 1. Oktober 2015 INBETRIEBNAHME 24. Februar 2016 Offizielle Einweihungsfeier Herausgeber Magistrat der Stadt Schlitz An der Kirche 4, Schlitz Fachliche Bearbeitung STADTWERKE SCHLITZ mehr als ein Versorgungsunternehmen Technischer Leiter Dipl.-Ing. Frank Jahn Tel Graphische Gestaltung Druckerei Mergard, Lauterbach Fotoaufnahmen eisenbarth fotodesign, Schlitz Druck Druckerei Mergard, Lauterbach