BMUB-Umweltinnovationsprogramm zur Förderung von Demonstrationsvorhaben Energieeffiziente Abwasseranlagen (EAA)

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1 BMUB-Umweltinnovationsprogramm zur Förderung von Demonstrationsvorhaben Energieeffiziente Abwasseranlagen (EAA) - Pilotanlagen zur Energieoptimierung auf Kläranlagen - 03./04. November 2016 in Berlin

2 Referenten Baudirektor

3 Gliederung I. Vorstellung des Abwasserbeseitigungsbetriebes und der Kläranlage Blümeltal in Pirmasens II. III. IV. Herausforderungen der Abwasserbehandlung Konzeptidee und Antragstellung Verfahrenstechnische Aspekte V. Ergebnisse

4 Die Stadt Pirmasens

5 Angaben zur Stadt Pirmasens Die kreisfreie Stadt Pirmasens liegt am Westrand des Pfälzerwaldes und ist Verwaltungssitz des Landkreises Südwestpfalz. Sie verfügt mit ihren ca Einwohnern über eine mittelständische Wirtschaft mit einzelnen weltweit tätigen Industrieunternehmen. Pirmasens war lange das Zentrum der deutschen Schuhindustrie bis sie gegenüber den niedrigeren ausländischen Produktionskosten nicht mehr konkurrenzfähig war. Daraufhin mussten viele Schuhfabriken geschlossen werden. Außerdem zog das amerikanische Militär aus Pirmasens ab, wodurch rund Einwohner die Stadt verlassen haben und Arbeitsplätze verloren gegangen sind. Insgesamt wurde ein Verlust von Arbeitsplätzen verzeichnet, so dass die Arbeitslosenquote 2002 bei 14,9 % lag und im Februar 2015 noch immer 12,4 % betragen hat. Die kreisfreie Stadt Pirmasens hat eine Bodenfläche von rund 61,37 km 2, wovon ein Drittel bewaldet ist. Sie befindet sich im größten zusammenhängenden Waldgebiet Deutschlands und ist in sieben Stadtbezirke - Erlenbrunn, Fehrbach, Gersbach, Hengsberg, Niedersimten, Windsberg und Winzeln gegliedert.

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7 Abwasserbeseitigungsbetrieb - Eigenbetrieb im Sinne der EigAnVO kaufmännische Buchführung, Jahresabschluss, Bilanz, GuV, Finanzplan - 55 Beschäftigte - Bilanzsumme rd. 94 Mio. - rd. 265 km Kanal (Misch- und Trennsystem) - 21 Pumpstationen - 2 Kläranlagen ( EW) - rd Einwohner

8 Vorstellung der Kläranlage Blümeltal

9 Entstehungsgeschichte 1960 Inbetriebnahme des mechanischen Teils der Kläranlage. Er umfasste ein Regenüberlaufbecken, den Sandfang mit Grobrechenanlage, zwei Vorklärbecken, das Regenklärbecken und einen Faulturm mit Maschinenhaus. Der ausgefaulte Schlamm wurde in überdachten Trockenbeeten entwässert Inbetriebnahme des biologischen Teils der Kläranlage mit Belebungsbecken, Tropfkörper und Nachklärbecken. Zusätzlich wurde der gesamte mechanische Teil der Kläranlage saniert Inbetriebnahme der Kammerfilterpresse zur Klärschlammentwässerung Nach Sanierung und Erweiterung wurde die Kläranlage mit den Anlagenteilen Stickstoff- und Phosphatelimination und Mikrosiebung in Betrieb genommen Entwicklung und Inbetriebnahme der Thermodruckhydrolyse zur Verbesserung des Abbaus an organischen Verbindungen im Faulturm und Erhöhung der Gasausbeute aus Klärschlamm.

10 Bemessungsgrundlage Die Kläranlage reinigt die Abwässer des Nordteils. Inklusive Industrieanteil sind dies bis zu EGW (Einwohnergleichwerte) Demographischer Wandel (Internationalisierung, industrieller Wandel) - Technologische Entwicklung - Nutzerverhalten

11 Herausforderungen Entwicklung des Strombezugs (Verbrauch und Kosten) kwh Verbrauch Kosten Jahre 0 Ausgangslage 2010 ein Energieeinsatz von ~ 40 kw/ew a. Bildquelle: Provinz Limburg

12 Konzeptidee Input der Kläranlage Rohabwasser Energie Stellschraube Energie( -verbrauch) Output der Kläranlage Sauberes Abwasser Klärschlamm Stellschraube Energiepotential

13 Nutzung des vorhandenen Potentials Die Schlammbehandlung Im Faulturm werden der eingedickte ÜSS und der Primärschlamm aus dem Vorklärbecken ausgefault. Dabei entsteht in dem m³ großen Faulturm neben dem ausgefaulten und somit nahezu geruchlosen Schlamm pro Jahr ca m³ Faulgas. Dieses Gas wird mit Blockheizkraftwerken zu Strom und Wärme umgewandelt. Pro Jahr werden ca kwh elektrische Energie produziert. Mit der Wärme, die die BHKW produzieren werden die gesamten Kläranlagengebäude und der Faulturm beheizt, der Strom wird ins betriebseigene Netz eingespeist. Der im Faulturm ausgefaulte Schlamm wird im Anschluss mit einer Kammerfilterpresse bis auf einen Trockensubstanzgehalt von ca. 30% weiter entwässert. Danach wird er zur Düngung der Felder in die Landwirtschaft gebracht. Die Thermodruckhydrolyse In Zusammenarbeit mit dem Prüf- und Forschungsinstitut Pirmasens wurde eine großtechnische Pilotanlage zur Steigerung der Biogasausbeute aus Klärschlamm und zur Reduktion der Klärschlammmengen entwickelt. Durch die Thermodruckhydrolyse kann die Energieausbeute um weitere KWh/a erhöht werden. Strombilanz Strombedarf Gesamtkläranlage KWh/a Eigenstromerzeugung: KWh/a entspricht rd. 60%

14 Ziele Energieoptimierung Energetische Optimierung der Anlage Energieverbrauch < 18 kwh pro EW für die gesamte Anlage, 10kWh/EW für die Belebung und Reduktion des Leistungsbezuges auf 125KW jetzt 275kW Reduzierung des Stromverbrauches und des CO2-Ausstoßes ( kWh/483.Mg) Energieautarkie < kWh Fremdbezug von Energie Ressourcenschonender Betrieb der Kläranlage Effiziente Abstimmung der einzelnen Anlagenkomponenten untereinander stabilere und geringere Ablaufwerte hohe Ausfallsicherheit dank integrierter Notlaufeigenschaften und Plausibilitätskontrolle durch untereinander abgesicherte Messwerte erhöhen die Betriebssicherheit der Anlage Einhaltung von Klimaschutzzielen und Verbesserung der Gewässerqualität Geringere Entgeltbelastung der Bürger durch erhebliche Kosteneinsparungen

15 Antragstellung Gesamtkosten: ,60 Zuschuss: ,00

16 Verfahrenstechnische Aspekte 1. Zulaufbewirtschaftung 2. Energieeinsparung und Vergleichmäßigung der elektrischen Leistungsanforderung 3. Senkung und Vergleichmäßigung der Ablaufkonzentrationen 4. Biologische Phosphatelimination und Einsparung von Fällmitteln

17 Verfahrenstechnik, Ausgangssituation Ausbau EW Aktuell EW Vorgeschaltete Denitrifkation Anaerobe Schlammbehandlung

18 Verfahrenstechnik, Optimierungskonzept Flächige Belegung mit Plattenbelüftern Umwälzung durch Stoßbelüftung Wechselweise Belüftung der Becken

19 Verfahrenstechnik, Optimierungskonzept Pufferung von Zulaufspitzen (NH4) Frachtverlagerung über den Fließweg Umfahrung Vorklärung

20 Verfahrenstechnik, Optimierungskonzept

21 Verfahrenstechnik, Optimierungskonzept

22 Verfahrenstechnik, Umbauten

23 Verfahrenstechnik, Umbauten

24 Holzleitwände als Leitwände, Feststoffrückhalt usw. Leitwand umströmt umströmt überströmt Feststoffrückhalt

25 Aufständerung der Belüfterplatten in einem früheren Vorklärbecken! Vorteile: Gleichmäßige Ausgasung der Belüfter

26 Verfahrenstechnik, Regelungstechnik Sauerstoffsollwerte Zulaufbewirtschaftung SPAB, Umfahrung VKB Energiemanagement Belüftungszyklen Bio-P

27 Ergebnisse Strombezug unter Abzug der Einspeisemenge

28 Fällmitteleinsparung ca. 65 %

29 Anlage/ Anlagenteil Parameter Vorher Ziel Nachher Kläranlage insgesamt spez. Gesamtenergieverbrauch e ges [kwh/ EW*a] 37, als Korrekturwert für Flockenfiltration und Abluftbehandlung Gesamt: 21 19,8 Fremdbezug Energie [kwh/a] < Eigenenergieerzeugung [%] 42 >90 73 CO 2 -Einsparung [t/a] CSB Elimination [kg CSB/a] und Ablaufkonzentration [mg/l] Kein Ziel N-Elimination [kg N/a] und Ablaufkonzentration [mg/l] P-Elimination [kg P /a] und Ablaufkonzentration [mg/l] ,7 Kein Ziel < 5 Kein Ziel < 0,3 Belebung spez. Energieverbrauch e Bel [kwh/ EW*a] ,8

30 Spezifischer Gesamtstromverbrauch e ges, kwh/(e*a) In obiger Grafik ist der spezifische Energieverbrauch einer Vielzahl von Kläranlagen aufgetragen. Diese Auswertung wurde von der DWA durchgeführt. Die statistische Einordnung anhand der Summenkurven aus der DWA-A 216 zeigt, dass die Kläranlage Blümeltal nunmehr zu den besten 10 % aller Kläranlagen der Größenklasse 4 gehört.

31 Ergebnisse Frachtspitzen werden zuverlässig abgefangen und vergleichmäßigt. Ablaufwerte zuverlässig niedrig mit geringer Varianz Energieverbrauch vergleichmäßigt, günstig für Eigenversorgung und Leistungsabrechnung

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