Projekt OXERAM ( )

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1 Projekt OXERAM ( ) Prozessoptimierung in der weitergehenden Abwasserbehandlung zur Phosphorentfernung 24. April 2013 U. Miehe, C. Remy M. Langer, J. Stüber, M. Boulestreau M. Godehardt (TU Berlin) C. Bartholomäus, K. Draht (BWB) Finanziert durch: 1

2 Überblick OXERAM 2 Ziele: Ermittlung der Leistungsfähigkeit neuer Verfahrenskombinationen für die weitergehende Abwasserreinigung Vergleich verschiedener Verfahren hinsichtlich Kosten, Ressourcenverbrauch und möglicher Ablaufqualität Herausforderungen: Weitergehende Phosphorentfernung Ablauf: < 50 / 80 / 120 µg P/L? Desinfektion Geringer Flächenbedarf Hydraulische Rückbelastung < 5 % Niedriger Energie / Ressourcenverbrauch Finanzierung: (OXERAM 2 + 2b) 50 % UEP (Senat und EFRE) 33 % BWB (inkl. in kind) 17 % Veolia 2

3 Mikrosieb: Pilotanlage Flockungshilfsmittel Schlamm 0,1 0,3 m 3 /h 0,5 3 % 10 µm Koagulationstank 1 3 min 4 12 min Fluss Spülwasser Ablauf m 3 /h Trüb. Fluss Zulauf m 3 /h Flockungsmittel Trüb. Fluss Flokkulationstank Scheibenfilter PO 4 P Fluss Signal von KA Ruhleben (Gesamtablauf: Block A, B +C) Signal von KA Ruhleben (Block A, B und C separat) 3

4 Mikrosieb: Optimierung und Prozesssteuerung 74 % Umbau Optimierung Wechsel von FeCl 3 zu PACl Verkleinerung des Koagulationstanks ( 74 %) + Installation eines TurboMix TM Erhöhung der Turbulenz im Flokkulationstank Prozesssteuerung Variable Beschickung in Abh. vom Kläranlagen Betrieb Frachtproportionale Dosierung von FM und FHM Automatische Anpassung der Rührgeschwindigkeit im Koagulationstank Durchschnittliche Dosierung: Verbesserte Einmischung (nach Umbau) erlaubt Reduktion des FHM Bedarfs um 63 %! FM [mg Me/L] FHM [mg/l] FeCl 3 4,1 1,7 PACl 2,2 1,7 PACl (Umbau) 2,0 0,6 63 % 4

5 Mikrosieb: SS Entfernung und FM Durchbruch 1,0 1,0 0,8 0,8 Summenhäufigkeit [ ] 0,6 0,4 Zulauf: 5,6 mg/l Summenhäufigkeit [ ] 0,6 0,4 FeCl3 3 PACl Load prop. PACl Rebuild (Umbau) 0,2 0, mmol/l Me: 0,56 mg/l Fe bzw. 0,27 mg/l Al 0, SS [mg/l] 0,0 0,00 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 Al bzw. Fe [mmol/l] SS Entfernung: Einsatz von FeCl 3 : SS (Abl.) SS (Zul.) Deutlich bessere Entfernung mit PACl Trotz stark reduzierter FHM Dosierung im Mittel nur 2,2 mg/l SS (nach Umbau) FM Durchbruch: Starker Durchbruch von FM wenn FeCl 3 eingesetzt wurde (0,5 2 mg/l) Besserer Rückhalt mit PACl: 0,25 bis 0,35 mg/l Al (nach Umbau) 5

6 Mikrosieb: P Entfernung 1,0 Summenhäufigkeit [ ] 0,8 0,6 0,4 0,2 0,0 80 µg/l Zulauf: 320 µg/l FeCl 3 PACl PACl (Umbau) FeCl3 PACl Load prop. PACl Rebuild TP [µg/l] P Entfernung: Erreichung des Zielwerts < 80 µg/l TP nur mit PACl Nach Umbau leicht höhere TP Werte ( µg/l) wahrscheinlich als Folge saisonaler Schwankungen 6

7 Membranfiltration: Aufbau Pilotanlagen Hydraulische Verweilzeit > 10 min Hydraulische Verweilzeit > 45 s Organische Membran (Inge) Vergleich 0,9 und 1,5 mm Kapillaren Material: PES Ultrafiltration UF: Porengröße 20 nm Fe und Al als Flockungsmittel Nicht ozonbeständig Monolythische Keramik Membran (Metawater) 25 m² Membranfläche Material: Al 2 O 3 Mikrofiltration MF: Porengröße 100 nm Fe als Flockungsmittel Ozonbeständig 7

8 Membranfiltration: Ablaufqualität Parameter Zulauf Filtrat Entfernung N Mittelwert Mittelwert Mittelwert TP µg/l % 169 SS mg/l 5,4 < 0,1 184 CSB mg/l % 163 Keramische Membran Organische Membran Gesamtphosphor in g/l Sep Nov Jan Mar May Jul Sep Nov Jan Mar May Jul Sep Nov Jan 24 h Mischproben und Stichproben Hohe Ablaufqualität zuverlässig erreichbar Nur geringe Unterschiede zwischen Membrantypen 8 Filtrat

9 Membranfiltration: Langzeitbetrieb organische Membran Gesamtfoulingwiderstand in 1/m Ausbeute ~95 %; 1,5 mm Kapillardurchmesser Kurze chemische Reinigung (1 h): täglich H 2 SO 4 ;ph < 2 wöchentlich NaOCl oder NaOH ph >12 Dafür: Intensive chemische Reinigung nur alle 2 4 Monate 9

10 Membranfiltration: Organische Membran und Ozon Vor Spülung Kein Einsparpotenzial durch Ozonung (PES Porengröße 20 nm) Nach Spülung (Irreversibler Anteil) 75 L/(m 2 h) 3.81 mgal/l 1 h Filtrationszeit 10

11 Ökologische Vorteile: verringerte Eutrophierung 28,2 t/a ~330 µg/l TP Gesamte P Frachtreduktion im KW Ruhleben momentan: 1150 t/a TP ( 97%) 18,6 t/a 22,8 t/a 23,4 t/a 25,4 t/a ~105 µg/l ~23 µg/l Modell! + Bypass ~63 µg/l ~55 µg/l Ø 33 µg/l ~23 µg/l + Bypass Ø 33 µg/l Reduktion der momentanen Phosphorfracht des KW Ruhleben (28,2 t/a) um t/a Hohe Ablaufqualität der Membrananlage wird durch Bypass im Regenwetterfall teilweise ausgeglichen 11

12 Umweltwirkungen: Treibhauseffekt ( carbon footprint ) KW Ruhleben (brutto): ca. 34 kg CO 2 eq/(ew CSB *a) Modell * Eng korreliert mit Stromverbrauch und Chemikalienbedarf Niedrigenergieverfahren mit UV: 4000 t CO 2 eq/a (vergleichbar mit Druckleitung/UV) Membranen: 7000 t CO 2 eq/a *Pumpwerk: 155 Wh/m³, 38% von Q a UV: 1000 J/m², 12% von Q a 12

13 Jahreskosten für 4. Reinigungsstufe in Ruhleben 11,7 ct/m³ 13,8 ct/m³ 5,8 ct/m³ 6,5 ct/m³ 6.5 ct/m³ Modell Lineare Abschreibung der Investitionen für jährlichen Kapitaldienst (Zinssatz: 3%) Nutzungsdauer nach LAWA und Herstellerangaben (Membranen, UV, Mikrosiebe) Keine Preissteigerung oder Inflation berücksichtigt 13

14 LOW CO 2 Ökologische und ökonomische Effizienz verschiedener Technologien zur Phosphorentfernung pro kg P elim LOW COST Ökologische und ökonomische Effizienz pro kg eliminiertem Phosphor (kg P 1 elim ) Niedrigenergie Verfahren sind kosteneffizient und minimieren Carbon footprint und Chemikalienverbrauch pro kg entferntem Phosphor! 14

15 wasser.de wasser.de Vielen Dank für die Aufmerksamkeit! 15