Die neue AbfKlärV 2017: Was nun? vom Konzept zur thermischen Verwertung! Florian Herbert, Büro Rhein-Main, Frankfurt

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1 Planen. Beraten. Realisieren. Seit über 45 Jahren. Die neue AbfKlärV 2017: Was nun? vom Konzept zur thermischen Verwertung! Florian Herbert, Büro Rhein-Main, Frankfurt

2 Referent Dipl.-Ing. Florian Herbert Bauingenieurwesen, Universität Lüneburg, Universität Kassel Position: Prokurist, Büroleiter Standort: Büro Rhein-Main, Frankfurt Kernkompetenzen: Abwasser- und Schlammbehandlung, Infrastruktur, Energiesysteme Mitgliedschaften: Verband Beratender Ingenieure (VBI) Mitglied der Ingenieurkammer Hessen (IngKH) Deutsche Vereinigung für Wasserwirtschaft, Abwasser und Abfall e.v. (DWA) 2

3 Gliederung Status quo der Klärschlammentsorgung Die AbfKlärV 2017 Thermische Vorbehandlung Anlagenkonzept auf der Insel Rügen Fazit 3

4 Status quo der Klärschlammentsorgung Klärschlammentsorgung in Deutschland (2016) Gesamtaufkommen aus der öffentlichen Abwasserbehandlung: ca. 1,8 Mio. Mg Trockenmasse ca. 35 % werden stofflich verwertet (Landwirtschaft 24 %, Landschaftsbau 10 %, Sonstige 1 %) ca. 65 % werden thermisch verwertet In Hessen lag der Anteil der thermischen Verwertung in 2016 bei 57 % (stoffliche Verwertung bei 43 %) Quelle: Statistisches Bundesamt (2016) 4

5 Status quo der Klärschlammentsorgung Klärschlammentsorgung in den Bundesländern (2012) Quelle: Statistisches Bundesamt, DWA (2015) 5

6 Die AbfKlärV 2017 In Kraft getreten am 03. Oktober 2017 Ziele der Klärschlammverordnung: Begrenzung der bodenbezogenen Klärschlammverwertung Phosphorrückgewinnung aus Klärschlamm und Klärschlammaschen Rückführung der Rezyklate in den Wirtschaftskreislauf zur bodenbezogenen Verwertung Pflicht zur Phosphorrückgewinnung für Kläranlagen > EW und einem P-Gehalt 20 g P/kg TR Übergangsfristen: 2029 für KA > EW, 2032 für KA > EW und EW Ausnahme von der Pflicht zur Phosphorrückgewinnung für Kläranlagen EW oder P-Gehalt < 20 g P/kg TR 6

7 Die AbfKlärV 2017 Ausbaugröße GK 1-4a Ausbaugröße GK 4b-5 DüMV, AbfKlärV 20 g P/kg TR P-Gehalt < 20 g P/kg TR Grenzwerte eingehalten Grenzwerte nicht eingehalten P-Rückgewinnung im Klärschlamm 20 g P/kg TR oder h < 50 % P-Gehalt, h > 50% < 20 g P/kg TR oder h 50 % Bodenbezogene Verwertung Thermische Vorbehandlung Anderweitige therm. Abfallentsorgung Rück stände Rezyk lat oder Produk t, Nebenproduk te P-Rückgewinnung: Asche bzw. C-haltige Rückstände (h > 80 %) Wirtschaftkreislauf P-abgereicherte Rück stände Rezyklat oder Produkt Entsorgung 7

8 Die AbfKlärV 2017 Stand der Verfahren zur Phosphorrückgewinnung: Zahlreiche Verfahren befinden sich noch in der Entwicklungsphase (z.b. Laborversuche, Technikumsanlage, Pilotanlage, etc.) Bislang kein wirtschaftliches und praxisbewährtes Verfahren zur P-Rückgewinnung am Markt vorhanden Größtes Rückgewinnungspotenzial aus der Klärschlammasche (Rückgewinnungsquote > 80 %) Die Thermische Vorbehandlung ist daher eine vorgelagerte Verfahrensstufe für eine möglichst effiziente P-Rückgewinnung 8

9 Die AbfKlärV 2017 Klärschlammerzeuger müssen bis zum einen Bericht über geeignete Maßnahmen zum P-Recycling vorlegen Was nun? Mögliche Schritte: Bestandsaufnahme mit Elementaranalyse des Klärschlamms hinsichtlich P, unterer Heizwert, Schwermetalle und Schadstoffe Standortbetrachtung unter Berücksichtigung des weiteren Umfeldes Prüfung der interkommunalen Zusammenarbeit (Workshop) Konzeptentwicklung für thermische Vorbehandlung sowie P-Recycling Prüfung einer geeigneten Organisationsform (z.b. Zweckverband, kommunales privatrechtliches Gemeinschaftsunternehmen, etc.) 9

10 Thermische Vorbehandlung Überblick der Verfahren: Verbrennungsverfahren λ > 1 Wirbelschichttechnologie Thermische Klärschlammbehandlung Mono- Behandlung Vergasungsverfahren λ > 0 Erzeugung von qualitativ hochwertigem Produktgas durch Umwandlungsprozesse Pyrolyseverfahren λ = 0 Thermochemische Spaltung organischer Verbindungen ohne zusätzlichen Sauerstoff Kohlekraftwerke Staubfeuerung, zirkulierende Wirbelschicht Mitbehandlung Zementwerke Drehrohrofen Abfallbehandlung Rostfeuerung 10

11 Thermische Vorbehandlung Marktsituation für Verfahren der Mono-Behandlung: Verfahren Referenzen Größenordnung Anbieter Verbrennung ca. 20 realisierte Anlagen IBN IBN Rügen 2017/ Mg TR/a je Verbrennungslinie diverse Vergasung ca. 3 realisierte Anlagen Mg TR/a wenige Pyrolyse Technikumsanlage Mg TR/a wenige 11

12 Thermische Vorbehandlung Klärschlamm-Monoverbrennung in Deutschland: Rügen Neu-Ulm Quelle: Pinnekamp et al. (2014) 12

13 Thermische Vorbehandlung Anlagenkonzept Stationäre Wirbelschicht: Annahme, Lagerung und Aufbereitung Energieerzeugung Turbine Luft-Kondensator Warme Abluft Brüden zum ZKW Schlamm ZKW Schlamm KL Fremd- Schlamm, entwässert Schlamm- Annahmehalle Entwässerung Schlammbunker Stapelbereich Schlamm Trocknung Wirbelsand Harnstoff Abhitzekessel Economiser Überhitzer Verdampfer Sorbenssilo Elektro- Filter Wasser Quenche Gewebefilter Kamin Abluft Wirbelschichtofen Luftkammer Fremd- Schlamm, getrocknet Trockengutsilo Aschesilo Aschesilo Reststoffsilo Thermische Behandlung Stromerzeugung LKW- Abfuhr LKW- Abfuhr 13

14 Thermische Vorbehandlung Eigenschaften der stationären Wirbelschicht: Praxiserprobtes Verfahren nach dem Stand der Technik Zahlreiche Referenzanlagen in allen Größenordnungen Gute Wettbewerbssituation für öffentliche Ausschreibungen Die Verbrennung läuft autotherm ab (kein Einsatz von fossiler Fremdenergie wie Erdgas oder Heizöl für die Trocknung) Verbrennung von teilgetrocknetem Klärschlamm möglich (z.b. aus solarer Trocknung) 14

15 Anlagenkonzept auf der Insel Rügen Klärschlammentsorgung in Mecklenburg-Vorpommern (2012) Gesamtaufkommen ca Mg/a Trockenmasse ca. 96 % werden stofflich verwertet (Landwirtschaft 88 %, Landschaftsbau 5 %, Sonstige 3 %) nur 4 % werden thermisch verwertet! KA Bergen Quelle: Landesamt für Umwelt, Naturschutz und Geologie (7/2015) 15

16 Anlagenkonzept auf der Insel Rügen Die Ausgangssituation auf Rügen: Entsorgungswege Klärschlamm Co-Vergärung in Biogasanlage Landwirtschaftliche Verwertung des Gärrestes Rechengut thermische Verwertung Strandgut Kompostierung Motivation Beendigung der bodenbezogenen Klärschlammverwertung wegen Gewässerschutz und Tourismus Entsorgung in eigener Hand behalten Gutachten / Studien Verwertungsarten /-technik Entsorgungsgebiete Nur Rügen (2001) Region Vorpommern und Rügen gemeinsam (2005) Nur Rügen (2006) Gespräche mit Betreibern Insel-Lösung Autarke Lösung zur thermischen Verwertung des Klärschlamms für und auf der Insel Rügen 16

17 Anlagenkonzept auf der Insel Rügen Kombiniertes Schlammbehandlungsverfahren Schlammfaulung mit Gasverwertung Schlammentwässerung und -trocknung Thermische Schlammbehandlung in stationärer Wirbelschicht Energienutzung Faulgasnutzung in BHKW-Motor Strom und Wärme für KA Standort Wärme aus Klärschlammverbrennung Trocknung des KS für autotherme Verbrennung Wärmeauskopplung mittels Thermoöl-Kreislauf Reststoffe Asche aus Verbrennung für mögliches späteres P-Recycling Reststoffe aus Abgasreinigung zur externen Entsorgung 17

18 Anlagenkonzept auf der Insel Rügen Klärschlamm vor Faulung Mg TR/a Co-Substrate 365 Mg/a Rechengut 21 Mg TR/a Strandgut 300 Mg TR/a Sorbens (Rauchgasreinigung) 84 Mg/a 18

19 Anlagenkonzept auf der Insel Rügen Faulung Parameter Einheit Wert Durchsatzleistung m³/d 120 Gasmenge m³/h 110 Energieerzeugung (BHKW elektrisch) kw el. 330 Energieerzeugung (BHKW thermisch) kw th. 360 Verbrennung Brennstoffmenge (Klärschlamm, Rechengut, Strandgut) Mg TS /a Durchsatzleistung Ofen kg TS /h TR-Gehalt, Mischung Ofeneintritt % ca. 55 Feuerungswärmeleistung MW th 0,90 Luftvorwärmung C 245 Verbrennungsasche (für späteres P-Recycling) Mg/a ca. 800 Asche aus Gewebefilter (Deponie) Mg/a ca

20 Anlagenkonzept auf der Insel Rügen Anforderungen an die Genehmigung: Genehmigung gemäß 4 BImSchG für Neuanlage Einstufung V nach Spalte , Anhang 1, 4. BImSchV, da Durchsatz < 3 t/h Vereinfachtes Verfahren ( 19) ohne Öffentlichkeitsbeteiligung Einstufung A nach Nr Spalte 2 allgemeine Vorprüfung des Einzelfalles zur UVP nach UVPG Es gelten die Anforderungen der 17. BImSchV für die Abgasemissionen und den Betrieb 20

21 Anlagenkonzept auf der Insel Rügen Umweltrelevante Emissionen: Abgas: Unterschreitung der Grenzwerte nach 17. BImSchV Geruch: Abluft aus Ofen- und Anlieferhalle wird mittels Primärluftgebläse abgesaugt und dem Ofen zugeführt Brüdenkondensat: Brüdenbehandlung in Kläranlage Lärm: Lärmintensive Anlagenteile (z.b. Gebläse, Verdichter, etc.) sind in separaten Räumen angeordnet; alle Be- und Entlüftungsöffnungen sind mit Schalldämpfern ausgestattet 21

22 Anlagenkonzept auf der Insel Rügen Anlagenschema der Faulung: Gasspeicher BHKW Co-Substrat Faulreaktor Dick- Schlamm m³ Roh- Schlamm Eindicker Entwässerung m³ 22

23 Anlagenkonzept auf der Insel Rügen Visualisierung der Verbrennung: Gewebefilter Trockner E-Filter Kessel Ofen 23

24 Anlagenkonzept auf der Insel Rügen Aufbau von Ofen und Kesselanlage: 24

25 Anlagenkonzept auf der Insel Rügen Montage des Trockners und der Kesselanlage: 25

26 Anlagenkonzept auf der Insel Rügen Wirbelschichtofen von Innen: 26

27 Anlagenkonzept auf der Insel Rügen Gesamtansicht von Faulung und Monoverbrennung Quelle: NDR Nordmagazin am um 19:30 Uhr 27

28 Fazit Ziele der AbfKlärV 2017 sind die Phosphorrückgewinnung aus Klärschlamm oder Klärschlammasche sowie die Rückführung der Rezyklate in den Wirtschaftskreislauf Die Entwicklung der Verfahren zur P-Rückgewinnung schreitet voran. Bislang ist jedoch noch kein wirtschaftliches und praxisbewährtes Verfahren am Markt verfügbar Die Thermische Vorbehandlung ermöglicht zukünftig die effiziente P-Rückgewinnung aus der Klärschlammasche Die Monoverbrennung als stationäre Wirbelschicht ist ein praxiserprobtes Verfahren nach dem Stand der Technik mit Langzeiterfahrungen 28

29 Fazit Klärschlammerzeuger müssen bis zum einen Bericht über geeignete Maßnahmen zur P-Rückgewinnung vorlegen Weitere Schritte liegen z.b. in der Prüfung möglicher Konzepte zur thermischen Vorbehandlung / P-Rückgewinnung sowie der interkommunalen Zusammenarbeit Die Realisierung einer thermischen Vorbehandlung von der ersten Idee bis zur Inbetriebnahme kann bis zu 10 Jahre dauern 29

30 Copyright Copyright Mai 2018 Dr. Born Dr. Ermel GmbH Alle Rechte vorbehalten. Die Unterlagen sowie der Inhalt der Präsentation dürfen nur nach vorheriger Zustimmung vervielfältigt, verarbeitet oder verbreitet werden. Diese Präsentation dient lediglich zu Informationszwecken. Es können keinerlei (vertragliche oder nicht-vertragliche) Verpflichtungen oder Haftungsansprüche der Dr. Born Dr. Ermel GmbH daraus abgeleitet werden. Soweit Informationen aus öffentlich zugänglichen Quellen entnommen worden sind, übernimmt die Dr. Born Dr. Ermel GmbH keinerlei Haftung für aus ihrem Gebrauch entstehende Schäden oder für aus ihrem Gebrauch resultierende Urheberrechtsverletzungen oder der Verletzung Rechte Dritter. 30

31 Planen. Beraten. Realisieren. Seit über 45 Jahren. Die neue AbfKlärV 2017: Was nun? vom Konzept zur thermischen Verwertung! Florian Herbert, Büro Rhein-Main, Frankfurt