PRAXISBEISPIEL DEZENTRALE THERMISCHE KLÄRSCHLAMMBEHANDLUNG

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1 PRAXISBEISPIEL DEZENTRALE THERMISCHE KLÄRSCHLAMMBEHANDLUNG Jörn Franck Geschäftsführer Dr. Born - Dr. Ermel GmbH Karsten Kröger Technischer Leiter ZWAR PRAXISBEISPIEL DEZENTRALE THERMISCHE KLÄRSCHLAMMBEHANDLUNG 1 15./ PADERBORN

2 Gliederung Einleitung und Ausgangslage Anlagenkonzept Projektrealisierung Wirtschaftlichkeit Zusammenfassung und Ausblick PRAXISBEISPIEL DEZENTRALE THERMISCHE KLÄRSCHLAMMBEHANDLUNG 2 15./ PADERBORN

3 Wer wir sind Dr. Born Dr. Ermel GmbH Private geführte Ingenieurgesellschaft - Gegründet Ca. 160 Mitarbeiter an 4 Standorten - Unabhängig - Tätig für öffentliche und private / industrielle Kunden - DIN ISO 9001 zertifiziert Beratung, Konzepte, Studien Planung (HOAI) Bauleitung, Bauüberwachung Projektsteuerung Gutachten PRAXISBEISPIEL DEZENTRALE THERMISCHE KLÄRSCHLAMMBEHANDLUNG 3 15./ PADERBORN

4 Wer wir sind ZWAR Zweckverband Wasserversorgung und Abwasserbehandlung Rügen (ZWAR) - Gegründet Ca. 150 Mitarbeiter - Bilanzsumme/Umsatz: Mio. / 25 Mio. Wasserversorgung - Ca. 5,3 Mio m³ Förderung (2013) - 29 Wasserwerke / 148 Brunnen km Rohrnetz Abwasserbehandlung - ca. 4,7 Mio m³ Abwassermenge (2013) - 38 Kläranlagen / Pumpwerke km Kanalnetz Zertifizierungen - DIN ISO 9001 / DIN ISO / OHSAS18001 / DIN EN ISO PRAXISBEISPIEL DEZENTRALE THERMISCHE KLÄRSCHLAMMBEHANDLUNG 4 15./ PADERBORN

5 Veranlassung Phosphor-Recycling; Aussage des Koalitionsvertrages Deutschlands Zukunft gestalten für die 18. Legislaturperiode - die Klärschlammausbringung zu Düngezwecken zu beenden und Phosphor und andere Nährstoffe zurück zu gewinnen (AbfKlärV) Hygieneaspekte; Medikamentenreste aus der kommunalen Abwasserbehandlung oder der Massentierhaltung können zu resistenten Bakterienstämmen führen, die über Umwelt und Nahrungsmittel in den menschlichen Organismus gelangen können Umweltaspekte; z.b. durch Überdüngung, Schwermetalle, persistente organische Verbindungen und andere Schadstoffe (z. B. Mikroplastik) PRAXISBEISPIEL DEZENTRALE THERMISCHE KLÄRSCHLAMMBEHANDLUNG 5 15./ PADERBORN

6 Top News Quelle: abgerufen PRAXISBEISPIEL DEZENTRALE THERMISCHE KLÄRSCHLAMMBEHANDLUNG 6 15./ PADERBORN

7 Klärschlammaufkommen und -entsorgung Gesamtaufkommen Klärschlamm aus der kommunalen Abwasser-behandlung 2013: ca. 1,8 Mio. Mg TR Gesamtaufkommen Klärschlamm aus der nichtöffentlichen Abwasserbehandlung 2010: ca. 1,7 Mio. Mg TR Deponierungsende 2005 durch TA Siedlungsabfall Derzeitige Entsorgung: - Ca. 50 % stoffl. Verwertung in der Landwirtschaft - Ca. 50 % therm. Verwertung in Verbrennungsanlagen Entwicklung der Klärschlammverwertungswege in Deutschland Quelle: UBA: Monitoring von Klarschlammaschen, UBA Texte 49/2014 PRAXISBEISPIEL DEZENTRALE THERMISCHE KLÄRSCHLAMMBEHANDLUNG 7 15./ PADERBORN

8 Abwasserbehandlung in Deutschland Die energieautarke Kläranlage Quelle: Dr. Born - Dr. Ermel 3/2015 Abwasserbehandlungsanlagen nach Größenklassen Quelle: klaeranlagen_europa_ecoprog.pdf PRAXISBEISPIEL DEZENTRALE THERMISCHE KLÄRSCHLAMMBEHANDLUNG 8 15./ PADERBORN

9 Klärschlammentsorgung in den Bundesländern Klärschlammverwertungswege in den Bundesländern Quelle: Wiechmann, B; Dienemann, Kabbe, Brandt, Vogel und Roskosch: Klärschlammentsorgung in der Bundesrepublik Deutschland, Umweltbundesamt, Dessau-Roßlau, 2012 PRAXISBEISPIEL DEZENTRALE THERMISCHE KLÄRSCHLAMMBEHANDLUNG 9 15./ PADERBORN

10 Abwasserbehandlung in Mecklenburg Kommunale Abwasserbeseitigung in Mecklenburg Vorpommern, Lagebericht 2015 Quelle: Landesamt für Umwelt, Naturschutz und Geologie, Güstrow 7/2015 PRAXISBEISPIEL DEZENTRALE THERMISCHE KLÄRSCHLAMMBEHANDLUNG / PADERBORN

11 Klärschlammentsorgung in Mecklenburg Kommunale Abwasserbeseitigung in Mecklenburg Vorpommern, Lagebericht 2015 Quelle: Landesamt für Umwelt, Naturschutz und Geologie, Güstrow 7/2015 PRAXISBEISPIEL DEZENTRALE THERMISCHE KLÄRSCHLAMMBEHANDLUNG / PADERBORN

12 Klärschlammentsorgung ZWAR Rügen Mengenströme - Klärschlamm Biogasanlage - Rechengut thermische Verwertung - Strandgut Kompostierung Schlammaufbereitung - Entwässerung durch Zentrifugen - TS-Gehalt zwischen 21% und 25% Entsorgung - Ko-Vergärung in Biogasanlage (AEP) - Landwirtschaftliche Verwertung des Gärrest - Entsorgungskosten (netto) - Entwässerter KS 30 /tts - Transport 14 /t (ca. 8 km) PRAXISBEISPIEL DEZENTRALE THERMISCHE KLÄRSCHLAMMBEHANDLUNG / PADERBORN

13 Strategie Klärschlammentsorgung Rügen Gutachten / Studien - Mögliche Verwertungsarten /- technik - Mögliche Entsorgungsgebiete - Nur Rügen (2001) - Region Vorpommern und Rügen gemeinsam (2005) - Nur Rügen (2006) Gespräche mit Betreibern - Mora, Bruneck, Bad Vösslau, Gifhorn und Balingen - Test in KVA Neu-Ulm (Algen) Entscheidung Insel-Lösung Autarke Lösung zur thermischen Verwertung des Klärschlamms für und auf der Insel Rügen PRAXISBEISPIEL DEZENTRALE THERMISCHE KLÄRSCHLAMMBEHANDLUNG / PADERBORN

14 Gliederung Einleitung und Ausgangslage Anlagenkonzept Projektrealisierung Wirtschaftlichkeit Zusammenfassung und Ausblick PRAXISBEISPIEL DEZENTRALE THERMISCHE KLÄRSCHLAMMBEHANDLUNG / PADERBORN

15 Anforderungsprofil Anlagenkonzept Kombiniertes Schlammbehandlungsverfahren - Schlammfaulung mit Gasspeicher - Schlammentwässerung und -trocknung - Thermische Schlammbehandlung in stationärer Wirbelschicht - Abgasreinigung im quasi-trocken Verfahren Energienutzung - Faulgasnutzung in BHKW-Motor - Strom und Wärme für KA Standort - Wärme aus Klärschlammverbrennung - Trocknung des KS für autotherme Verbrennung Reststoffe - Asche aus Verbrennung für mögliches späteres P-Recycling - Reststoffe aus Abgasreinigung zur externen Entsorgung PRAXISBEISPIEL DEZENTRALE THERMISCHE KLÄRSCHLAMMBEHANDLUNG / PADERBORN

16 Anlagenkonzept Faulung PRAXISBEISPIEL DEZENTRALE THERMISCHE KLÄRSCHLAMMBEHANDLUNG / PADERBORN

17 Anlagenkonzept Verbrennung PRAXISBEISPIEL DEZENTRALE THERMISCHE KLÄRSCHLAMMBEHANDLUNG / PADERBORN

18 Stationäres Wirbelschichtverfahren Heizwert Klärschlamm > kj/kg für autotherme Verbrennung - Entwässerung / Trocknung erforderlich Temperaturen in der Wirbelschicht entsprechend 17. BImSchV C Verbrennungsverfahren - Luftstufung - Reduzierung von NOx-Bildung durch Primärluft (PL) - Vollständige Verbrennung durch Sekundärluft (SL) - Abgasrezirkulation - Verbesserung Lastverhalten Ascheaustrag und Abscheidung im Rauchgaspfad im/nach Ofen/Kessel Prinzipieller Aufbau einer stationären Wirbelschicht Quelle: Firma Eisenmann: Stationäre Wirbelschichtfeuerung. PRAXISBEISPIEL DEZENTRALE THERMISCHE KLÄRSCHLAMMBEHANDLUNG / PADERBORN

19 Skalierungseffekte von Wirbelschichtanlagen Parameter / Faktor Großanlage Kleinanlage Feuerraumvolumen Groß Klein Leerrohrgeschw. 1 2 m/s 1 2 m/s Luftzugabe (PL, SL) Mehr Düsen Weniger Düsen Gasdurchmischung Brennstoffzugabe Wärmefreisetzung FR Hoher Impuls Mehrere Aufgaben Membranwände Geringerer Impuls Wenige Aufgaben Adiabate Kammer Links: 30 MWth Hong Kong Rechts: 1 MWth Raschka Engineering PRAXISBEISPIEL DEZENTRALE THERMISCHE KLÄRSCHLAMMBEHANDLUNG / PADERBORN

20 CFD Simulation für Kleinanlagen Gasgeschwindigkeit CO-Verteilung Temperaturverteilung PRAXISBEISPIEL DEZENTRALE THERMISCHE KLÄRSCHLAMMBEHANDLUNG / PADERBORN

21 Gliederung Einleitung und Ausgangslage Anlagenkonzept Projektrealisierung Wirtschaftlichkeit Zusammenfassung und Ausblick PRAXISBEISPIEL DEZENTRALE THERMISCHE KLÄRSCHLAMMBEHANDLUNG / PADERBORN

22 Projektstand Genehmigung - 2 Genehmigungsanträge (Rost- und WS-Feuerung); Bescheid Änderungsgenehmigung aufgrund Konzeptkonkretisierung (Durchsatzleistung, Schlammfaulung, Gasspeicher, BHKW-Anlage) Ausschreibung - Aufteilung in 5 Lose - Ausschreibung Lose 1-4 Anfang Vergabe erfolgt - Los 5 (EMSR) folgend Errichtung - Baufeldfreimachung 8/2015 Inbetriebnahme/Probebetrieb - Anfang 2017 PRAXISBEISPIEL DEZENTRALE THERMISCHE KLÄRSCHLAMMBEHANDLUNG / PADERBORN

23 Genehmigungsverfahren Vorgelagerte Genehmigungsvoraussetzungen prüfen: - Planungsrecht - B-Plan / F-Plan (Aufstellungsfläche, Abfallanlagen ) - Natur- und Artenschutz - ggf. Nachbarschutz / Brandschutz Genehmigung gemäß 4 BImSchG für Neuanlage Klärschlamm = Abfall (AVV Nr xx) Einstufung V nach Spalte , Anhang 1, 4. BImSchV, da Durchsatz < 3 t/h - Vereinfachtes Verfahren gemäß 19 BImSchG Einstufung A nach Nr Spalte 2; allgemeine Vorprüfung des Einzelfalles zur UVP nach UVPG Richtlinie über Industrieemissionen (IED-RL) seit Frühjahr 2013 maßgebend - Anforderungen IED-Richtlinie: - Boden-Ausgangszustandsbericht - Einsatz der Best Verfügbaren Technik (BVT) - Regelmäßige Umweltinspektionen durch die Behörde Es gelten die Anforderungen der 17. BImSchV für Abgasemissionen und Betrieb Nach Testat der Vollständigkeit des Antrages 7 Monate Genehmigungszeitraum PRAXISBEISPIEL DEZENTRALE THERMISCHE KLÄRSCHLAMMBEHANDLUNG / PADERBORN

24 Ausschreibungsverfahren Los Nr. Titel Abfrage Angebote Preisspanne [Mio. gerundet] 1 Bautechnik ,3 3,9 2 Maschinentechnik Faulung inkl. Entwässerung und Trocknung ,4 3,7 3 BHKW-Motorenanlage ,39 0,48 4 Klärschlammverbrennung inkl. Abgasreinigung 5 EMSR-Technik Steht noch aus ,3 7,2 - - PRAXISBEISPIEL DEZENTRALE THERMISCHE KLÄRSCHLAMMBEHANDLUNG / PADERBORN

25 Standort Kläranlage Bergen PRAXISBEISPIEL DEZENTRALE THERMISCHE KLÄRSCHLAMMBEHANDLUNG / PADERBORN

26 Anlagenaufstellung PRAXISBEISPIEL DEZENTRALE THERMISCHE KLÄRSCHLAMMBEHANDLUNG / PADERBORN

27 Terminplan PRAXISBEISPIEL DEZENTRALE THERMISCHE KLÄRSCHLAMMBEHANDLUNG / PADERBORN

28 Gliederung Einleitung und Ausgangslage Anlagenkonzept Projektrealisierung Wirtschaftlichkeit Zusammenfassung und Ausblick PRAXISBEISPIEL DEZENTRALE THERMISCHE KLÄRSCHLAMMBEHANDLUNG / PADERBORN

29 Quo Vadis thermische KS-Behandlung???? /t BGA 30 /t 2011 * 50 /t 2015 * 72 /t 2016 > 100 /t? * KVA Anfrage Alle Angaben in /tos Netto ohne Transport PRAXISBEISPIEL DEZENTRALE THERMISCHE KLÄRSCHLAMMBEHANDLUNG / PADERBORN

30 Wirtschaftliche Eckdaten Investitionskosten - Bautechnik - Verfahrenstechnik - E / MSR Technik Jahresbetriebskosten - Instandhaltung - Betriebsmittel (z.b. Wasser und Chemikalien) - Energie (Strom, Gas/Brennstoffe) - Entsorgung - Kapitaldienst - Allgemeine Verwaltungskosten Erlöse - Energie (Strom und Wärme) PRAXISBEISPIEL DEZENTRALE THERMISCHE KLÄRSCHLAMMBEHANDLUNG / PADERBORN

31 Investitionskosten Verwertungskonzept der Klärschlammkooperation MV GmbH Quelle: 16. Dialog Abfallwirtschaft MV, Rostock 4/2014 PRAXISBEISPIEL DEZENTRALE THERMISCHE KLÄRSCHLAMMBEHANDLUNG / PADERBORN

32 ZWAR Rügen Projekt - Eckdaten Einleitung und Ausgangslage Rügen Anlagenkonzept ZWAR XX Wirtschaftlichkeit Zusammenfassung und Ausblick Parameter Einheit Genehmigtes Anlagenkonzept Optimiertes Anlagenkonzept Schlammenge tts/a Verbrennung Energieverbrauch, elektrisch kw Faulung inkl. BHKW Energieerzeugung, elektrisch kw Thermische Bedarfsdeckung % Investitionen Verbrennung, netto Mio. 12,40 7,10 Faulgasmenge m³/h - 98 Energieverbrauch, elektrisch kw - 40 Energieerzeugung, elektrisch kw Thermische Bedarfsdeckung % Investitionen Faulung, netto Mio. - 3,90 Mögl. Energie-Rückspeisung, elektr. kw 0 77 Investitionen, netto gesamt Mio. 12,40 11 Jahreskosten, netto gesamt Mio. /a 1,75 1,35 PRAXISBEISPIEL DEZENTRALE THERMISCHE KLÄRSCHLAMMBEHANDLUNG / PADERBORN

33 Gliederung Einleitung und Ausgangslage Anlagenkonzept Projektrealisierung Wirtschaftlichkeit Zusammenfassung und Ausblick PRAXISBEISPIEL DEZENTRALE THERMISCHE KLÄRSCHLAMMBEHANDLUNG / PADERBORN

34 Strategien der Klärschlammentsorgung Zeitgemäßer Ausstieg aus der landwirtschaftlichen Klärschlammverwertung durch: - Kurzfristige Erweiterung der Nutzung vorhandener Klärschlamm- Mitverbrennungskapazitäten - Mittelfristige Anpassung / Erweiterung der Kapazitäten bestehender thermischer Klärschlammbehandlungsanlagen - Langfristiger Neubau von thermischen Mono-Klärschlammbehandlungsanlagen - Parallele Prüfung der Umrüstung von bestehenden Abfallverbrennungsanlagen Übergangsfristen - TA Siedlungsabfall 10 Jahre ( ) - AbfKlärV 10 Jahre? ( ) Ausgewogener Kapazitätszubau - Vermeidung von Über-/Unterkapazitäten, Entsorgungssicherheit - Wirtschaftlichkeit und Preisstabilität PRAXISBEISPIEL DEZENTRALE THERMISCHE KLÄRSCHLAMMBEHANDLUNG / PADERBORN

35 Bedarf für thermische KS-Behandlung Bundesland Bedarf TMgTR/a BW 100 B 85 BB 15 HB-NDS 175 HH-SH 20 HES 50 MV 20 NRW 15 RP 50 SL 20 SA 50 SA-A 30 THÜR 20 Summe 650 Entwicklung von Mono-Klärschlammverbrennungskapazitäten in Deutschland Quelle: Malms, Montag, Pinnekamp, Schmelz, v. d. Meer, Blöthe, Lehrmann, Eitner und Klett: Langzeitlagerung von Verbrennungsaschen, 27. Aachener Kolloqium für Abfall und Ressourcenwirtschaft, Aachen, 2014 PRAXISBEISPIEL DEZENTRALE THERMISCHE KLÄRSCHLAMMBEHANDLUNG / PADERBORN

36 Potentielle Anlagenstandort für Mono-KVA Bundesland Anzahl Anlagen BW 2 B 1 BB 0 HB-NDS 2 HH-SH 1 H 1 MV 1 NRW 1 RP 1 SL 1 SA 1 SAA 2 T 1 Summe 15 Ø 43 TMgTR/a Bestehende und mögliche Standorte für Mono- Klärschlammverbrennungskapazitäten in Deutschland Quelle: Malms, et al. Ebd, Aachen, 2014 PRAXISBEISPIEL DEZENTRALE THERMISCHE KLÄRSCHLAMMBEHANDLUNG / PADERBORN

37 Zusammenfassung und Ausblick Die Bestrebungen zur Beendigung der landwirtschaftlichen Klärschlammverwertung erfordern zukünftig erhebliche Kapazitäten an thermischen Behandlungsanlagen für eine gesicherte Klärschlammentsorgung. Effektive Ausstiegsszenarien können aus kurzfristigen, mittelfristigen und langfristigen Maßnahmen bestehen (Mitverbrennung, Ausbau des Bestandes, Neubau). Die stationäre Wirbelschicht ist das dominierende großtechnische Verfahren für die thermische Mono-Klärschlammbehandlung - die mehrstufige Verbrennung zeigt Vorteile beim Emissions- und Ausbrandverhalten und ermöglichen die Phosphorrückgewinnung aus den Verbrennungsaschen. Kleinere Klärschlammverbrennungen (ab MgTS/a) sind technisch realisierbar und entsprechen grundsätzlich dem Stand der Technik von Großanlagen. Die spezifischen Entsorgungskosten bei Kleinanlagen sind (noch) höher als bei vergleichbaren Großanlagen, wobei eine deutliche Steigerung der Entsorgungskosten am Markt für die thermische Klärschlammbehandlung zu verzeichnen ist. Der Ausbaustandard von Mono-KVAs ist individuell festzulegen - eine Faulung vor der Verbrennung ist im Rahmen eines optimierten Gesamtkonzeptes oftmals energetisch sinnvoll wie anhand des Projektes der KVA Rügen des ZWAR dargelegt. PRAXISBEISPIEL DEZENTRALE THERMISCHE KLÄRSCHLAMMBEHANDLUNG / PADERBORN

38 David gegen Goliath? Weltgrößte Anlage Hong Kong Entwässerter Klärschlamm 4x MgTR/a Klein(st)e kommunale Anlage Entwässerter und getrockneter Klärschlamm 1x MgTR/a PRAXISBEISPIEL DEZENTRALE THERMISCHE KLÄRSCHLAMMBEHANDLUNG / PADERBORN

39 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit SMALL CAN BE BEAUTIFUL Finienweg 7 Putbusser Straße 1 D ACHIM D Bergen auf Rügen Tel: / Tel: / be@born-ermel.de info@zwar.de PRAXISBEISPIEL DEZENTRALE THERMISCHE KLÄRSCHLAMMBEHANDLUNG / PADERBORN