Ressource Klärschlamm: Hochlastfaulung für Kläranlagen mit saisonalem Einfluss

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1 Ressource Klärschlamm: Hochlastfaulung für Kläranlagen mit saisonalem Einfluss Dr.-Ing. Werner Sternad 2. Mainauer Nachhaltigkeitsdialog Insel Mainau, 11. Juli 2016

2 Kläranlagen in Baden-Württemberg nach Größenklasse GK 1, GK 2, GK 3, GK 5, GK 4,

3 Kläranlagen als Stromverbraucher Kläranlagen sind die größten Stromverbraucher einer Kommune Stromverbrauch rund 33 kwh/(ew a) Kleinere Kläranlagen haben höheren spezifischen Stromverbrauch Der größte Stromverbrauch resultiert aus der Belüftung Der entstehende Schlamm muss stabilisiert werden Aerobe Schlammstabilisierung benötigt Belüftungsenergie Anaerobe Schlammstabilisierung liefert Energie durch Faulgas

4 Herkömmliche Schlammfaulungen Üblicherweise werden Schlammfaulungen nach der Faulzeit bemessen: Mesophil etwa 20 Tage Thermophil etwa 12 Tage Dabei Raumbelastungen von 1 bis 4 kg/m 3 d empfohlen In der Praxis findet man eher 1 bis 2 kg/m 3 d typische europäische Bauformen: zylindrischer Mittelteil mit Konus unten und oben oder Faulei

5 Herkömmliche Schlammfaulungen

6 Hochlastfaulung Bei der Hochlastfaulung (HLF) handelt es sich nicht um einen Reaktor (Faulturm), sondern vielmehr um einen Prozess. Die HLF wird wesentlich höher mit Organik belastet als herkömmliche Schlammfaulungen. Dadurch bekommen die Mikroorganismen mehr Futter und wachsen insgesamt schneller. Dies ermöglicht kürzere hydraulische Verweilzeiten von etwa 5 bis 7 d bei Klärschlämmen. Eine weitere Steigerung der Effizienz des anaeroben Abbaus wird erreicht durch die Verwendung einer Mikrofiltration an der HLF.

7 Hochlastfaulung Die erste Hochlastfaulung für kommunale Kläranlagen befindet sich auf der Kläranlage Mittleres Glemstal (Leonberg). Inbetriebnahme 1994 Inzwischen wurden weitere Anlagen in Betrieb genommen: Heidelberg ( EW) Tauberbischofsheim ( EW) Wutöschingen (< EW) Ilsfeld ( EW) Bad Dürrenberg ( EW) Edenkoben ( bis EW) Erbach (Donau) ( EW; August 2016) In den letzten Jahren wurde das ursprüngliche Durchmischungsprinzip der HLF weiterentwickelt. Die Durchmischung wurde durch Gaseinpressung im Schlaufenreaktor mit Leitrohr vereinfacht.

8 Gaseinpressung im Schlaufenreaktor Das Gas wird am Reaktorkopf entnommen, komprimiert und unterhalb des Strömungsleitrohres wieder eingedüst. Dadurch entsteht im Strömungsleitrohr eine Aufwärtsströmung und entsprechend im Außenraum eine Abwärtsströmung. Das Prinzip ist auch als Mammutpumpe bekannt und erzeugt einen großen umlaufenden Volumenstrom, der für eine gleichmäßige Durchmischung sorgt. Der benötigte Energieeintrag zur Durchmischung ist gering.

9 Kläranlage der VG Edenkoben Die KA der VG Edenkoben wurde Mitte der 1980er mit aerober Schlammstabilisierung in Betrieb genommen. Im Rahmen des Vorhabens Energiekostenneutrale Kläranlage Edenkoben wurden mehrere Maßnahmen umgesetzt. Umstellung der Schlammbehandlung von simultaner aerober auf getrennte anaerobe Schlammstabilisierung. Errichtung und Betrieb einer zweistufigen Hochlastfaulung. Die saisonale Belastung der KA Edenkoben ist durch die Weinbaukampagne geprägt. Sie schwankt zwischen Unterlast an Sonn- und Feiertagen und Spitzenbelastungen während der Weinbaukampagne (7.000 EW bis etwa EW).

10 Kläranlage der VG Edenkoben

11 Mittlere Zulauffracht des CSB Mittlere CSB-Zulauffracht in kg/d Monat

12 Verfahrensfließbild der zweistufigen HLF in Edenkoben vom Rohschlammstapel M1 Faulgas zur Gasverwertung F5 F4 P1 F3 B3 V6 VG3 W1 E-9 V-5 E-11 V2 V1 zum Filtratspeicher F1 B1 B2 F2 zum Filtratspeicher P3 VG1 VG2 P5 P2 P-23 P-56 P-62 P4 P-22 P-67 W1.2 W2.2 P-17 Rücklauf Heisswasser V-2 V4 V-2 V3 Rücklauf Heisswasser V-2 V5 P-62 Heisswasser T = 65 C Heisswasser T = 65 C P7 W2 P6 P-62 ausgefaulter Schlamm zum Schlammstapel

13 Faulgasanfall Faulgas (Betriebsbedingungen) in m 3 /h Parallel Seriell Rohschlamm zur Faulung in m 3 /d Summe Faulgas Faulgas HLF1 Faulgas HLF2 Rohschlamm Datum

14 Umstellung von parallelem auf seriellen Betrieb Durchsatz in m 3 /d und HRT in d Umstellungsverlauf in d 4,5 4,0 3,5 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0,0 Organische Raumbelastung in HLF1 in kg/(m 3 d) Durchsatz in m3/d HRT organ. Raumbelastung HLF1

15 Faulgasqualität Konzentration CH 4 und CO 2 im Rohgas in % Datum Konzentration H 2 S im Rohgas in ppm CH4 HLF1 CH4 HLF2 CO2 HLF1 CO2 HLF2 H2S HLF1 H2S HLF2

16 Maschinenhalle mit Fundamenten im Vordergrund

17 Aufbau der Faulbehälter

18 Maschinenhalle mit Wärmeübertragern und BHKW

19 Foto der zweistufigen Hochlastfaulung

20

21 Spezifische Kosten der Verfahrensumstellung spezifische Kosten [Euro/(EW a)] spezifische Gesamtkosten [Euro/EW] Einwohnerwerte 0 Kapitalkosten Betriebskosteneinsparung Gesamtkosten Verfahrensumstellung verändert nach Gretzschel et al.

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