Verbesserung der Energie- und Umweltbilanz einer Kläranlage durch POWERSTEP Dr. Christian Remy, Kompetenzzentrum Wasser Berlin Damien Cazalet, Veolia Deutschland
Inhalt Momentane Strombilanz einer Kläranlage POWERSTEP-Konzept Auswirkungen von POWERSTEP auf Strombilanz Umweltbilanz Investitions- und Betriebskosten Ausblick
Stromverbrauch auf Kläranlagen Quelle: DWA Leistungsvergleich 2015
Stromproduktion und Eigenversorgung auf Kläranlagen Inklusive andere Quellen! (Fremdschlamm, Co-Substrate, Windräder, Photovoltaik, Quelle: DWA Leistungsvergleich 2015
Altes und neues Konzept der Abwasserreinigung Altes Konzept: Vorklärung und Belebtschlammverfahren
Grundlagen der Energiebilanz Ziel: Berechnung der Strom- und Wärmebilanz für konventionelle und neue Konzepte Definition von Ausgangsbedingungen: Größe des Klärwerks (GK 3,4,5) Qualität des Zulauf (normal oder konzentriertes Abwasser) Überwachungswerte CSB/N ges /P ges (AbwVO oder strenger) Verschiedene Szenarien: Referenzklärwerk: beste verfügbare konventionelle Technik, 100% Auslastung Optimalfall! POWERSTEP: neue Verfahren auf Basis der Erkenntnisse der großtechnischen Erprobung Gleiche Ablaufwerte werden erreicht Keine Dosierung von externer C-Quelle
Berechnung der Energiebilanzen über Energieaudit-Software OCEAN
Massen- und Energiebilanzen in OCEAN Präzision der OCEAN-Modellierung
Strombilanz für 5.000 EW-Kläranlage Schlammfaulung auf zentralem Klärwerk CSB-Reduktion VK: 0% 32% 52% 52% Eigenversorgung: 31% 65% 86% 93%
Strombilanz für 50.000 EW-Kläranlage (1) CSB-Reduktion VK: 30% 48% 49% 48% 50% Eigenversorgung: 63% 87% 88% 85% 89%
Strombilanz für 50.000 EW-Kläranlage (2) CSB-Reduktion VK: 30% 51% 57% Eigenversorgung: 61% 120% 133%
Strombilanz für 500.000 EW-Kläranlage (1) CSB-Reduktion VK: 28% 44% 45% 44% 45% Eigenversorgung: 78% 103% 100% 103% 102%
Strombilanz für 500.000 EW-Kläranlage (2) CSB-Reduktion VK: 28% 45% 51% Eigenversorgung: 74% 151% 165%
Weitere Umweltwirkungen über Ökobilanz Strom Brennstoffe Chemikalien Infrastruktur Rohabwasser Klärprozess Klärschlamm Ablauf in Vorfluter (CSB, N, P) N-Dünger Rückbelastung Faulturm Biogas BHKW, P2G, Strom + Wärme oder Biomethan Wärme Zentrifuge LKW Entsorgung Systemgrenzen Direkte Luftemissionen: CO 2 fossil, N 2 O, CH 4, NH 3,
Primärenergie und Treibhauseffekt Primärenergieaufwand Emission von Treibhausgasen Kläranlage mit 50.000 EW, Zulauf: 400 mg/l CSB, Überwachungswerte: N ges = 13 mg/l, P ges = 1 mg/l
Umweltbilanz für 50.000 EW-Kläranlage Anammox = höhere N 2 O-Emissionen? Werte für Kläranlage mit 50.000 EW, Normaler/konzentrierter Zulauf: 400/800 mg/l CSB, Grenzwerte nach AbwVO: 13 mg/l N ges, 1 mg/l P ges Strengere Grenzwerte: 10 mg/l N ges, 0,3 mg/l P ges
Betriebskosten für 5.000 EW Geringere Schlammmenge zur Entsorgung durch bessere Eindickung mit Primärschlamm! Schlammfaulung auf zentralem Klärwerk Strom: 0,12 /kwh Schlammentsorgung: 12 /t OS Polymer: 2200 /t (50%)
Betriebskosten für 50.000 EW Strom: 0,12 /kwh Schlammentsorgung: 50 /t OS Polymer: 2200 /t (50%) FeCl3 (40%): 200 /t
Investitionskosten Zusätzlich: - Chemische Vorklärung: Dosierstelle Chemikalienlager - Mikrosieb: Fällungs/Flockungstanks Chemikalienlager Trommelfilter/Scheibenfilter Eindicker (TS im Primärschlamm: 1-2%) Keine Vorklärbecken! Berechnung der Investitionskosten durch ein Ingenieurbüro läuft Ergebnisse bis Mai 2018
Zusammenfassung POWERSTEP kann die Energiebilanz einer optimierten Kläranlage deutlich verbessern: Mehr Primärschlamm = mehr Biogas Geringerer Stromverbrauch in der Belebung Höhere Eigenversorgung (80-150%) Bei hohen Anforderungen ggf. neue Technologie für N- Entfernung erforderlich ( Anammox ) Umweltbilanz: Senkung von Treibhausgasemissionen (Prüfen: N 2 O?) Vergleichbare Ablaufwerte Positive Umweltbilanz! Betriebskosten bleiben relativ konstant, Investkosten werden noch berechnet
Ausblick Weitere Ergebnisse kommen zu: Einspeisung von Biomethan ins Gasnetz Power-to-gas Membranstrippung im Zentrat (N-Dünger) Praxistest: laufende Energieaudits auf 20 Kläranlagen in Europa Ertüchtigung bestehender Anlagen Reale Betriebsdaten als Grundlage Einsparpotential von POWERSTEP? Mehr Ergebnisse auf der IFAT! (Seminar 16./17. Mai)
FULL SCALE DEMONSTRATION OF ENERGY POSITIVE SEWAGE TREATMENT PLANT CONCEPTS TOWARDS MARKET PENETRATION www.powerstep.eu Christian Remy Kompetenzzentrum Wasser Berlin christian.remy@kompetenz-wasser.de Funded by the Horizon 2020 Framework Programme of the European Union Grant agreement Nr. 641661