Wirtschaftlicher Faulraumbetrieb auch bei kleinen Kläranlagen

Transkript

1 Internet: Wirtschaftlicher Faulraumbetrieb auch bei kleinen Kläranlagen 1 Einführung Im nördlichen Schwarzwald betreibt der Abwasserverband Empfingen die Kläranlage Fischingen. Sie wurde 1967 in Betrieb genommen und ist mittlerweile auf eine Ausbaugröße von EW erweitert worden. Ungewöhnlich ist vielleicht, dass bei dieser Größe die Anlage bereits damals mit einem Faulbehälter errichtet wurde. In den vergangenen 42 Jahren wurde die Kläranlage mehrfach umgebaut und dem Stand der Technik angepasst. Mit Rechen, Schneckenhebewerk, Sandfang, Vorklär-, Deni- und Nitrifikationsbecken sowie mit einer Eisen-Phosphatfällung verfügt die Anlage über alle Einrichtung einer zeitgemäßen Abwasserreinigung. Natürlich blieb es nicht aus, dass es auf der Kläranlage, dem Verbandssammler und den Einrichtungen der Regenwasserbehandlung immer wieder einmal zu größeren und kleineren Betriebsproblemen kam. Aber durch kontinuierliche Verbesserungen und Erneuerungen ist es uns gelungen, den Betrieb positiv voranzubringen. Besonders erfolgreiche Veränderungen gab es vor allem beim Betrieb des Faulbehälters sowie der energetischen Verwertung des Klärgases. Darüber will ich hier berichten. 2 Der Faulturm schäumt!!! Zustand 1999: Der Überschussschlamm wurde direkt in den Voreindicker gepumpt. Er dickte ein und das Wasser konnte abgezogen werden. Anschließend wurde der Primärschlamm dazugegeben und der Faulbehälter konnte nach Augenmaß, täglich zwei bis vier Mal beschickt werden. Mit der Faulraumtemperatur gab es gewisse Probleme. Sie konnte gerade so auf knapp 30 C gehalten werden. Die Heizungsvorlauftemperatur lag bei C. Bei dieser Betriebsführung wurden pro Jahr ca l Heizöl verbraucht. Der Faulbehälter schäumte mehrmals im Jahr - vor allem im Winter. Da halfen nur noch Entschäumungsmittel. Die regelmäßige Schaumbildung störte nicht nur den Betriebsablauf. Die Situation war auch sonst nicht zu unterschätzen, denn die Gasleitungen verstopften, so dass die Sicherheitseinrichtungen ansprangen. Und natürlich wurde im Endeffekt Klärgas ungenutzt in die Atmosphäre abgegeben. Sehr lästig war auch, dass alle Komponenten die mit dem Schaum in Berührung gekommen waren unter Beachtung aller Sicherheitsmaßnahmen aufwendig von Hand gereinigt werden mussten.

2 Internet: Zustand 2008: Der Überschussschlamm wird im Vorklärbecken zusammen mit dem Primärschlamm eingedickt und im Voreindicker zwischengelagert. Die Faulraumbeschickung wurde umgestellt. Jetzt wird der Faulbehälter mit einer kombinierten Zeit- und Volumensteuerung täglich ca. 18 Mal gleichmäßig beschickt. Die Außenwand des Faulbehälters wurde teilisoliert und die Wärmetauscherfläche verdoppelt. Diese Maßnahmen führten dazu, dass die Faulraumtemperatur jetzt in der Regel deutlich über 30 C liegt, im Sommer bis zu 52 C (Thermophil!). Die Heizungsvorlauftemperatur liegt nun bei ca. 35 C im Winter und ca. 60 C im Sommer. Der Faulbehälter schäumt nur noch selten, letztmals am Samstag den Entschäumungsmittel werden seither praktisch nicht mehr verwendet. Da der Faulprozess insgesamt deutlich optimiert wurde sind als angenehme Nebeneffekte der organische Anteil im Klärschlamm auf <40% gesunken und die Klärgasmenge um >10 % gestiegen. Zusätzlich ist der Methananteil im Klärgas auf >60% gestiegen. Somit konnte auch der Heizölverbrauch deutlich gesenkt werden. Das Ergebnis kann sich sehen lassen, denn seit Oktober 2006 wird fast kein Heizöl mehr verbraucht. Abb. 1: Klein aber auf hohem Niveau: Die Kläranlage Fischingen

3 Internet: 3 Stromerzeugung aus Klärgas Zustand 1999: Es war keine Stromerzeugung vorhanden. Das Klärgas wurde im Heizkessel einfach nur verbrannt und in Wärme umgewandelt. Zustand 2008: Seit Frühjahr 2008 wird das Klärgas in einem serienmäßig klärgasfesten, drehzahlmodulierendem Spilling BHKW zu Wärme und Strom umgewandelt. (Typ PowerTherm 20 Bio-/Klärgas) Im Herbst 2008 wurde zusätzlich ein Bomat Abgas-Brennwert-Wärmetauscher nachgerüstet. Anfang 2009 wurde der Probebetrieb unserer Kraft-Wärme-Kopplungs-Anlage nach ca Betriebsstunden beendet und der Dauerbetrieb aufgenommen. Da dieses BHKW komplett, inkl. des Synchrongenerators, wassergekühlt ist und ein Abgas-Brennwert Wärmetauscher nachgerüstet werden konnte, kann fast die gleiche Wärmemenge erzeugt werden wie sie in der bisherigen Heizungsanlage erzeugt wurde. Es wird kontinuierlich Wärme erzeugt und am Ende nur noch ein ca C warmes / kaltes Abgas in die Atmosphäre entlassen. Somit ist weiterhin gewährleistet, dass der Wärmebedarf der Kläranlage wie bisher gedeckt ist. Durch die Trennung von Stromerzeugung und Rückspeisung ins Stromnetz kann der Motor bei gleich bleibendem elektrischen Wirkungsgrad, entsprechend der anfallenden Klärgasmenge, modulierend von Umdrehungen (5 20 kw el. / kw therm.) im 24h-Dauerbetrieb gefahren werden. Für das Jahr 2009 ist eine Stromerzeugung von 115 MWh zu erwarten. Dies ermöglicht eine ca. 60%ige Eigenstromerzeugung.

4 Internet: Die relevanten Voraussetzungen für Kläranlagen um ein Spilling PowerTherm - BHKW zu betreiben sind (Ist - Werte der Kläranlage Fischingen): Gasvordruck mindestens 20 mbar (21 mbar). Mindestgasqualität Schwefel < 2200 mg / Nm³ (< 5 mg / Nm³) Mindestgasqualität Silizium < 15 mg / Nm³ (< 0,36 mg / Nm³) Zugang zu einer Außenwand oder Kamin wg. Frischluft / Auspuff Tragfähiger und trockener Aufstellungsort mit ca. 4 m² Freifläche Anbindungsmöglichkeit an Heizkreise und Elektroverteilung Auch die Wartungsintervalle sind, bedingt durch eine einfache kontinuierliche Kondensat- / Klärgasreinigung und des Dauerbetriebs des Spilling BHKW`s, im Vergleich zu anderen konventionellen BHKW`s sehr betreiberfreundlich: nach Betriebsstunden Öl nachfüllen und Sichtkontrolle nach Betriebsstunden Ölwechsel nach Betriebsstunden Zündkerzen wechseln, Ventile nachjustieren, Kühlwasser prüfen usw. Derzeit beteiligen wir uns an einem Testlauf mit einer neu entwickelten Ölsorte, um auch beim Ölwechsel auf mindestens 3000 Betriebsstunden zu kommen. Insgesamt wurden für den Tanklagerumbau, das BHKW-Modul, den Abgas- Brennwert Wärmetauscher, die Heizungs- und Elektroanbindung sowie für die Erstausrüstung knapp ,- investiert. Bei unseren momentanen Strompreisen und den sonstigen positiven Nebeneffekten (der Gesamtstromverbrauch sank z.b. um knapp 2 %), wird zurzeit pro Jahr ein monetärer Vorteil von ca ,- erwirtschaftet. Zusätzlich wurde nach dem Kraft-Wärme-Kopplungsgesetz der KWK Zuschlag von 5,11 Cent pro kwh für eigenerzeugten, selbstgenutzten Strom ab dem Jahr 2009 beantragt. Der ökologische Vorteil ist beträchtlich. So werden durch die Nutzung des Klärgases in unserem BHKW zur Wärme und Stromerzeugung z. B. pro Jahr ca. 310 Tonnen CO2 Äquivalente vermieden und die Energieressourcen dauerhaft geschont.

5 Internet: Abb. 2: Klärgas effektiv verwerten: Spilling PowerTherm - BHKW mit Bomat Abgas- Brennwert-Wärmetauscher Autor Edwin Bailer Klärwärter Kläranlage Fischingen Lange Wiesen 24, Sulz-Fischingen Tel: ++49 (0)7454 / kla.fischingen@arcor.de Spilling BHKW: EGWEnergie: Bomat Abgas - Brennwert Wärmetauscher: