UIP-Projekt Kläranlage Schwalmstadt-Treysa: Steigerung der Ressourcen und Energieeffizienz der Kläranlage Treysa Dipl.-Ing. Susanne Brants Stadtwerke Schwalmstadt Dipl.-Ing. Barbara Retamal Pucheu Dipl.-Ing. Bernd Haberkern iat Ingenieurberatung für Abwassertechnik Darmstadt
Inhalt des UIP-Projektes Schwalmstadt Treysa Überschreitung von als Schlüssel zur Optimierung Interkommunale Zusammenarbeit bei der Schlammbehandlung Kofermentation von Abwasserkonzentraten aus der Industrie Satelliten BHKW: Externe Nutzung von Biogas und 2
des Projekts Verringerung der Zulauffracht um 5% Senkung des Stromverbrauches um 20% Erhöhung des einwohnerspezifischen Klärgasanfalls von 23 auf 30 l/(ew*d) Erhöhung der Stromerzeugung und der Nutzwärme Verbesserung der Reinigungsleistung bzgl. Stickstoffelimination Senkung des Ausstoßes an CO 2 -Äquivalenten um 500 t/a 3
Das konventionelle System der Abwasserbehandlung Industrieabwasser häusliches Abwasser Stadt Schwalmstadt Strom Heizöl Schlamm Trübwasser Schlammfaulung Fackelverluste Abwasserbehandlung Strom Biogas Wärme Faulschlamm BHKW Ablauf Landwirtschaftliche Verwertung 4
Interkommunale Zusammenarbeit Industrieabwasser häusliches Abwasser Stadt Schwalmstadt Strom Heizöl Schlamm Trübwasser Fackelverluste Abwasserbehandlung Schlammfaulung Strom Biogas Wärme Faulschlamm Abwärme Notkühler BHKW Ablauf Nachbarkommunen Rohschlamm Kläranlage Landwirtschaftliche Verwertung 5
Abtrennung von Abwasserkonzentraten und Kofermentation Industrie Externes Co-Substrat Industrieabwasser Konzentrat Indirekteinleiter häusliches Abwasser Stadt Schwalmstadt Strom Heizöl Speicher Schlamm Trübwasser Fackelverluste Abwasserbehandlung Schlammfaulung Strom Biogas Wärme Faulschlamm Abwärme Notkühler BHKW Ablauf Nachbarkommunen Rohschlamm Kläranlage Landwirtschaftliche Verwertung 6
1000 m Satelliten BHKW Industrie Externes Co-Substrat Industrieabwasser Konzentrat BHKW Klinikzentrum und Wohnheime Strom (Nah-)Wärme Indirekteinleiter häusliches Abwasser Speicher Biogas Abwärme Notkühler Stadt Schwalmstadt Strom Schlamm Trübwasser Abwasserbehandlung Schlammfaulung Strom Wärme Faulschlamm BHKW Ablauf Nachbarkommunen Rohschlamm Kläranlage Landwirtschaftliche Verwertung 7
Juristische Fußangeln: Die Stadtwerke als Unternehmer im Dschungel des Energierechts Steuerberater -Vorsteuer Abzug für Investitionen -MWSt-Pflicht für Klärgaslieferung? Genehmigungsbehörde - Kofermentation von Sondermüll - Landw.Verwertung von Klärschlamm Stadtwerke als Unternehmer/Energieversorger Rechtsanwalt für Energierecht - Anlagenbegriff nach KWK (50 kw-neubau; 2*200 kw Bestand) -Verdrängt Klärgas-BHKW Fernwärme? - Umlage nach EEG für Stromlieferung; -Energierecht: Werden die Stadtwerke zum EVU? Kommunalaufsicht -Privatwirtschaftliche Tätigkeit? -Unzulässiger Wettbewerb für Private? -Einfluss auf (Abwasser)gebühr Stromnetzbetreiber -Genehmigung des Netzanschlusses - Anlagenbegriff nach BDEW- Richtlinien oder VDE AR N 4501 -Wer ist Betreiber des BHKWs? 8
Innerbetriebliche Optimierung Stickstoffelimination im Trübwasser durch (teilweise) Deammonifikation im Scheibentauchkörper Erfassung und Nutzung der Gasemission aus der Faulschlammeindickung Reduzierung des Stromverbrauches durch Optimierung im Bestand 9
Erforderliche Anpassungen der technischen Verfahren Nutzung des Nacheindickers als Trübwasservorlage unzureichende Eindickung des Faulschlammes im NED Nachrüstung Klärgastrockung Kondensatanfall in Klärgasleitung zum Satelliten-BHKW trotz Kondensatabscheidung Gaserfassung aus Nassschlammlager 1 Haube mit 2,25 m² aufgrund Kondensatanfall in Klärgasleitung: keine Anbindung der Gashaube an Gasspeicher 10
Verfahrensskizze der Schlamm- und Trübwasserbehandlung Zulauf Faulturm Schlammbeet Schlammbeet Schlammbeet Primärschlamm ÜS aus der maschinellen Eindickung Anschluss Saugwagen MID Gasbehälter Schlammstapelbehälter 11
Trübwasser Verfahrensskizze der Schlamm- und Trübwasserbehandlung nach Umsetzung der Zulauf Trübwasservorlage Faulturm Notüberlauf Schlammbeet Schlammbeet Schlammbeet Schlammstapelbehälter Scheibentauchkörper Primärschlamm ÜS aus der maschinellen Eindickung Anschluss Saugwagen MID Gasbehälter 12
Trübwasser Verfahrensskizze der Schlamm- und Trübwasserbehandlung nach Umsetzung der Zulauf Trübwasservorlage Faulturm Notüberlauf Schlammbeet Schlammbeet Schlammbeet Schlammstapelbehälter Scheibentauchkörper Primärschlamm ÜS aus der maschinellen Eindickung Anschluss Saugwagen MID Q Gas gasdichte schwimmende Abdeckung Gasbehälter 13
Trübwasser Verfahrensskizze der Schlamm- und Trübwasserbehandlung nach Umsetzung der Zulauf Trübwasservorlage Faulturm Notüberlauf Schlammbeet Schlammbeet Schlammbeet Schlammstapelbehälter Scheibentauchkörper Klärgastrocknung Primärschlamm ÜS aus der maschinellen Eindickung Anschluss Saugwagen MID Q Gas gasdichte schwimmende Abdeckung Gasbehälter Satelliten-BHKW 14
Trübwasser Verfahrensskizze der Schlamm- und Trübwasserbehandlung nach Umsetzung der Zulauf Trübwasservorlage Faulturm Notüberlauf Schlammbeet Schlammbeet Schlammbeet Schlammstapelbehälter Scheibentauchkörper Klärgastrocknung Co- Substratspeicher Primärschlamm ÜS aus der maschinellen Eindickung Anschluss Saugwagen MID Q Gas gasdichte schwimmende Abdeckung Gasbehälter Satelliten-BHKW 15
Deammonifikation 16
Erfassung Gas aus Schlammsilo 17
Einwohnerwerte I: Verringerung Zulauffracht Verringerung der Zulauffracht: teilweise umgesetzt: Abtrennung Brauereihefen und Mitbehandlung im Faulturm, Abtrennung von Konzentraten aus Holzdämpfung steht noch aus, Reduzierung um 300 kg CSB/d erwartet große Schwankungen der Zulauffrachten bzw. EW (in den Jahren 2011-2015) 40.000 Einwohnerwerte Treysa 2011-2015 35.000 30.000 25.000 20.000 15.000 EW-CSB EW-BSB EW-TKN EW-P 10.000 5.000 0 2011 2012 2013 2014 2015 Bezugsjahr 18
Klärgas [m³/a] II: Stromverbrauch und Gasanfall Reduzierung Stromverbrauch: Ersatz der 20 Jahre alten Keramikbelüfter, Einsparung geringer als erwartet Einsparung teilweise kompensiert durch zusätzliche Stromverbraucher Schwankungen im Klärgasanfall: teilweise gegenläufig zu EW-Zahlen 300.000 250.000 200.000 150.000 100.000 50.000-2011 2012 2013 2014 2015 Gasanfall in 2015: 37 l/(ew*d), durch Abtrennung der Konzentrate und Mitbehandlung im Faulturm weitere Steigerung 19
Gasmenge [m³] Gasproduktion [m³/d] III: Gasanfall aus Nassschlammlager Klärgasanfall aus Schlammsilo, hochgerechnet auf gesamte Silofläche: 8.000 140 7.000 6.000 Summenlinie Einheit Silo Faulturm Methan Vol.-% 78,7 61,8 5.000 Kohlendioxid Vol.-% 13,8 35,3 Sauerstoff Vol.-% ~ 7% 0,6 0,7 Stickstoff Gasanfall FT Vol.-% 6,8 2,3 4.000 3.000 Summe 99,9 100,1 2.000 1.000 tägliche Gasproduktion 120 100 80 60 40 20 0 17.03.2015 25.06.2015 03.10.2015 11.01.2016 20.04.2016 29.07.2016 0 Summe Gasproduktion hochgerechnet auf gesamte Silooberfläche [m³] tägliche Gasproduktion hochgerechnet auf gesamte Silooberfläche [m³/d] mittlere Gasproduktion hochgerechnet auf gesamte Silooberfläche (März 15-August 15) [m³/d] 20
NO2-N NH4-N [mg/l] IV: Trübwasserbehandlung 1200 900 1000 Trübwasserbehandlung, NH4-N 1.1 Inbetriebnahme NO NH 24 -N 2014 900 800 1000 800 700 2.5 NO2-N 2.5 Sehr langsamer Bewuchs der Scheiben des STKs 700 800 600 600 1.1 NO2-N 1.1 Nges 1.1 Nges 2.5 NH4-N 2.5 N ges Umstellung von Parallelbetrieb auf Reihenbetrieb Mitte 2015 Reduzierung der Rückbelastung Nges [mg/l] 500 500 600 400 400 400 300 300 200 200 200 100 100 0 0 05.07.2015 30.06.2015 24.08.2015 19.08.2015 13.10.2015 08.10.2015 02.12.2015 27.11.2015 21.01.2016 16.01.2016 11.03.2016 06.03.2016 30.04.2016 25.04.2016 19.06.2016 14.06.2016 08.08.2016 03.08.2016 27.09.2016 22.09.2016 21
V Erhöhung Stromproduktion um 11 % Erhöhung Nutzwärme um 14 % Senkung CO 2 -Ausstoß um rund 142 t/a: Durch Verzicht auf Heizöl: 10 t/a durch Nutzung Satelliten-BHKW: Substitution fossiler Brennstoffe: 44,5 t/a Substitution Wärmeerzeugung Heizkessel: 87 t/a 22
Zusammenfassung I Verringerung der Zulauffracht zur Energieoptimierung umgesetzt Erhöhung des einwohnerspezifischen Klärgasanfalls Erhöhung der Stromerzeugung und der Nutzwärme Kapazitätserweiterung durch Trübwasserbehandlung Senkung des CO 2 -Ausstoßes 23
Zusammenfassung II Quantifizierung der schwierig, da starke Schwankungen in der Zulauffracht Bessere Nutzung des Klärgases durch externes BHKW bei Wärmeabnehmer möglich und sinnvoll Zusammenarbeit mit externen Akteuren lohnend, aber langwierig Deammonifikation im STK schwer zu implementieren (dünner Biofilm) 24
Vielen Dank für ihre Aufmerksamkeit und Danke für die Unterstützung durch 25