Energetisch optimierte Abwasserreinigung 22. Februar 2013 Kaiserslautern Dr.-Ing. Klaus Siekmann Dipl.-Ing. Jürgen Jakob
Verwertung / Entsorgung 2011 Deutschland (Quelle: Statistisches Bundesamt) Thermische Entsorgung : 53,2 % Landwirtschaft/Landschaftsbau : 43,7 % Sonstige stoffliche Verwertung : 3,1 % 0 10 20 30 40 50 60 70 [%] Rheinland-Pfalz (Quelle: Statistisches Landesamt) Thermische Entsorgung : 25,2 % Landwirtschaft/Landschaftsbau : 71,3 % Sonstige stoffliche Verwertung : 3,5 % 80 % der Kläranlagen 10.000 EW 0 10 20 30 40 50 60 70 [%]
Zukünftig wird die landwirtschaftliche Verwertung erschwert Novellierung der Klärschlammverordnung - Minimierung von Schadstoffeinträgen durch Reduzierung von Grenzwerten - Hygieneanforderungen - Verbesserung der Vertrauensbildung durch Qualitätssicherung - Erhöhung der Untersuchungsfrequenzen (Rückstellproben möglich) Anwendung des Düngemittelrechts
Werte für Schwermetalle aus der Novelle der AbfKlärV und der DüMV
Werte für org. Schadstoffe aus der Novelle der AbfKlärV und der DüMV
Hygieneanforderungen Klärschlammaufbringung nur zulässig, wenn - die Beeinträchtigung der Gesundheit von Mensch oder Tier durch Freisetzung oder Übertragung von Krankheitserregern ausgeschlossen ist. - Schäden an Pflanzen, Pflanzenerzeugnissen oder Böden durch die Verbreitung von Schadorganismen ausgeschlossen sind. Landwirtschaftliche Verwertung nur dann, wenn - entweder eine Hygienisierung (Salmonellen, Spülwurmeier) erfolgt. - oder eine gutachterliche Bestätigung (Qualitätssicherung) vorliegt, dass auf den Aufbringungsflächen keine Gefahren für Mensch und Nutztiere zu erwarten sind (Qualitätssicherung) und daher keine Hygienisierung erforderlich
Diskussion zur Novellierung der Klärschlammverordnung Befürworter der landwirtschaftlichen Klärschlammverwertung verweisen auf die hohen Gehalte an Pflanzennährstoffen (Stickstoff, Phosphor, Kalium, org. Substanz) im Klärschlamm, die unbedingt genutzt werden sollten. Gegner der Verwertung kommunaler Klärschlämme verweisen auf die Belastung von Klärschlämmen mit bekannten und möglicherweise derzeit noch unbekannten Schadstoffen und fordern auf mittlere Sicht die Beendigung der herkömmlichen Verwertung kommunaler Klärschlämme. Einigkeit besteht darin, dass die enthaltenen Wertstoffe (u.a. Phosphat) einer Nutzung zugeführt werden sollten.
Wie können die Vorteile der landwirtschaftlichen Verwertung der wertvollen Inhaltsstoffe des Klärschlamms auch zukünftig genutzt werden? Ergeben sich Vorteile aus einer vorhergehenden thermischen Behandlung des Klärschlamms? Rahmenbedingungen: - langfristige Entsorgungssicherheit - Wirtschaftlichkeit Einsatz auf Kläranlagen kleiner und mittlerer Größe
Lösungsansatz: Weitergehende thermische Klärschlammbehandlung X a) Mitverbrennung in Kohlekraftwerken oder als Zuschlagsstoff in der Zementindustrie Nicht zielführend, da Phosphor als endlicher Rohstoff verloren geht! b) Mitverbrennung in einer zentralen Klärschlammmonoverbrennungsanlage Derzeit geplant auf der KA Mainz! c) Dezentrale thermische Klärschlammbehandlung auf Kläranlage kleiner und mittlerer Größe
Zielvorgabe : Nutzung des Problemstoffs Klärschlamm als wertvolle Rohstoffquelle! Klärschlamm als Energieträger und Düngemittel
Anforderungen Einsatz auch bei Kläranlagen kleiner und mittlerer Größe Einhaltung der Umweltauflagen nach 17. BImSchV Sicherstellung der Hygienisierung Wirtschaftlichkeit Nutzung der Klärschlammasche als Dünger (Phosphorquelle) Optimierung der Verfahrenskette der Abwasser- und Schlammbehandlung im Hinblick auf die gewünschte Energieautarkie
Verfahrensschema PS ÜSS Thermische Behandlung Optimierung der gesamten Verfahrenskette, nicht einzelner Verfahrensstufen
Gasverstromung Klärschlammfaulung verminderte Aufenthaltszeit zur Begrenzung des otr- Abbaus Entwässerung Erhöhung des TR-Gehalts auf 25 bis 30 % landwirtschaftliche Verwertung des getrockneten Schlamms landwirtschaftliche Verwertung der Klärschlammasche Trocknung (Abwärme) Thermische Behandlung (technisch oder solar) Erhöhung des TR-Gehalts auf 70 bis 80 %, weitgehende Hygienisierung Erhöhung des TR-Gehalts auf 100 % (otr = 0%); vollständige Hygienisierung
Beispielhafte Anlagentechnik für den Einsatz auf Kläranlagen kleiner und mittlerer Größe (Aufzählung erhebt keinen Anspruch auf Vollständigkeit) a) Trocknung - Bandtrockner, Trommeltrockner usw. - Solare Trocknung (ggfls. mit Abwärmenutzung) b) Thermische Behandlung - Niedertemperaturkonvertierung (NTK-Verfahren) - HTC (Hydrothermale Karbonisierung) - Pyrolyse
Klärschlammtrocknung
Niedertemperaturkonvertierung (NTK-Verfahren; z. B. Fa. ZWT Bayreuth) thermokatalytischer Umwandlungsprozess unter Ausschluss von Sauerstoff, Normaldruck T = 380 450 C Es entwickeln sich gasförmige Stoffe, die beim Abkühlen zu "Rohöl" (flüssige Kohlenwasserstoffe), Reaktionswasser und Salz kondensieren. Ein geringer Anteil nicht kondensierbarer Gase entweicht. Zurück bleibt ein kohlehaltiger Rückstand, in dem alle nicht flüchtigen Stoffe enthalten sind. Anwendung ab ca. 50.000 EW (lt. Firmenangabe)
Thermische Behandlungsanlagen für den Einsatz HTC Anlage (z. B. Fa. Terra-Nova Energy) Hydrothermale Karbonisierung - Erzeugung eines Brennstoffs unter Luftabschluss bei einem Druck von 20-35 bar und einer Temperatur von 200 C - Pyrolyse des Brennstoffs bei Temperatur von 500 bis 900 C - Verstromung des Pyrolysegases - Oxidation des Pyrolyseguts zu Asche Versuchsanlage auf der KA Kaiserslautern (Anwendungsgrenze: n. b.)
Thermische Behandlungsanlagen für den Einsatz Pyrolyse-Anlage (z. B. Klärschlamm-Reformer der Fa. Thermo-Systems oder Pyreg-Anlage; Fa. Pyreg) Thermische Zersetzung von organischem Material unter Ausschluss von Sauerstoff Endothermer Prozess aus dem Pyrolysegas und Bio-Kohle entstehen
Verfahrensfließbild der Pyreg-Anlage
Flox-Verbrennung (Flammenlose Oxidation) Niedrige Abgasemissionen durch hohe Turbulenz im idealen Temperaturbereich
Thermische Behandlungsanlagen für den Einsatz Pyreg-Anlage Anwendung ab ca. 10.000 EW
Emissionsmessungen nach 17. BImSchV (KA Untere Selz Ingelheim)
Analyse KS-Asche (KA Untere Selz Ingelheim) Ergebnis Grenzwerte der Klärschlammverordnung werden eingehalten! Asche entspricht Düngemittelverordnung und ist als NKP-Dünger deklarierbar!
Geplante großtechnische Umsetzung auf der KA Linz-Unkel Verfahrensschema Anlieferung von Fremdschlämmen der KA's Hallerbach und Brochenbach PYREG-Anlage
Geplante großtechnische Umsetzung auf der KA Linz-Unkel
Geplante großtechnische Umsetzung auf der KA Linz-Unkel Schlammmengenreduzierung
Investitionskosten
Vergleich der Betriebskosten derzeitige Kosten für Klärschlammentwässerung (Kammerfilterpresse mit Kalk/Fe-Konditionierung) und anschließender landwirtschaftlicher Verwertung zzgl. Kosten für die landwirtschaftliche Nassschlammverwertung der Klärschlämme der KA's Hallerbach und Brochenbach 227.000,00 /a 103.000,00 /a Gesamt 330.000,00 /a BK für die thermische KS-Verwertung - Personalkosten 15.600,00 /a - Energiekosten 38.400,00 /a - Flockmittel 35.000,00 /a - Wartungskosten 15.700,00 /a - Transportkosten 22.800,00 /a - Entsorgungskosten KS-Asche 11.000,00 /a - Sonstige Betriebskosten 15.000,00 /a 153.500,00 /a
Wirtschaftlichkeit - Kostenvergleichsberechnung
Terra-Preta Nährstoff- und wasserspeicherndes Schwarzerdeähnliches Kultursubstrat
Luftbild KA Westerburg (Inbetriebnahme 2012)
PS ÜSS BHKW Schlammsilo mobile Entwässerung Thermische Behandlung landbauliche Verwertung
PS ÜSS BHKW Schlammsilo Entwässerung landwirtschaftliche Verwertung Thermische Behandlung
Solare Klärschlammtrocknung
Solare Trocknung mit Abwärmenutzung aus Biogas-Anlage auf der KA Westerburg Anlieferung von Klärschlämmen der VG Rennerod
Lageplan solare Trocknung Vorlagebehälter u. Annahme der Schlämme der VG Rennerod Klärschlammentwässerung über Siebbandpresse überdachte Klärschlammlagerfläche für entwässerten und getrockneten Klärschlamm Zuführung von Abwärme aus einer benachbarten landwirtschaftlichen Biogasanlage Solare Trocknungsanlage
Lageplanausschnitt Abwärmeleitung Länge der Abwärmeleitung : ca. 380 lfdm.
Voraussichtliche Investitionskosten Klärschlammentwässerung Entwässerungsgebäude : 150.000,00 Maschinentechnik (Siebbandpr.) : 155.000,00 330.000,00 EMSR-Technik : 25.000,00 Solare Trocknung Baulicher Teil : 265.000,00 Maschinentechnik : 115.000,00 550.000,00 Heizungstechnik : 95.000,00 EMSR-Technik : 75.000,00 Sonstiges überdachte Klärschlammlagerfl. : 150.000,00 Leitungsanbindungen : 70.000,00 370.000,00 Verkehrsflächen : 150.000,00 Zwischensumme, netto : 1.250.000,00 zzgl. Baunebenkosten (15 %) : 187.500,00 Investitionskosten, netto : 1.437.500,00 zzgl. 19 %MwSt. : 273.125,00 Investitionskosten, brutto, gerund. : 1.710.000,00
Kostenvergleich a) Beibehaltung des bisherigen Entsorgungsweges (mobile Entwässerung mit anschließender landbaulicher Verwertung) Jahreskosten 219.250,00 /a b) Änderung der Verfahrensführung durch Installation einer stationären Entwässerungsanlage mit anschließender abwärmegestützter solarer Klärschlammtrocknung Jahreskosten 187.000,00 /a Kostenvorteil 32.250,00 /a
Vorteile Verwertung getrockneter Klärschlamm bzw. KS Asche gegenüber Nassschlammverwertung geringere Transportkosten bessere Lagerfähigkeit einfache Ausbringung und Dosierung mit Düngerstreuern Emissionsvorteile, keine optischen Beeinträchtigungen vollständige Hygienisierung weitere Reduzierung von endokrinen Stoffen attraktives Produkt, Erhöhung der Akzeptanz Alternativen zur landwirtschaftlichen Verwertung Phosphorrückgewinnung Herstellung von Terra Preta Ablagerung auf Deponie
Wir alle sollten uns mehr um die Zukunft kümmern, denn wir müssen den Rest unserer Leben dort verbringen. Charles Kettering Amerikanischer Erfinder (1876-1958)