Dezentrale kleine Monoverbrennungsanlage am Beispiel Rügen

Dezentrale kleine Monoverbrennungsanlage am Beispiel Rügen Perspektiven der Klärschlammverwertung Infoveranstaltung DWA Landesverband Nord Jörn Franck Dr. Born Dr. Ermel GmbH Bremen, 13. 14. September 2016

Worum es geht Ca. 310 Mio m³/a Gülle Ca. 800.000 tts/a Klärschlamm Ca. 200 Mio m³/a Gärreste > 500 Mio m³/a LNF: 16,7 Mio. ha 30 m³/a*ha = 3 l/a*m² Dr. Vorstellung Born Dr. Ermel Projekttitel Perspektiven der 15. Klärschlammverwertung September 2016 13./14.09.2016 Bremen 2

EU-Klage - Gewässerverunreinigung durch Nitrat 29. April 2016 Dr. Vorstellung Born Dr. Ermel Projekttitel Perspektiven der 15. Klärschlammverwertung September 2016 13./14.09.2016 Bremen 3

Inhalt Einführung Anlagenaufbau Rügen Projektstand Zusammenfassung und Ausblick Dr. Vorstellung Born Dr. Ermel Projekttitel Perspektiven der 15. Klärschlammverwertung September 2016 13./14.09.2016 Bremen 4

Wer ist Dr. Born - Dr. Ermel Ingenieure Unabhängige, privat geführte Ingenieurgesellschaft Gegründet 1972, Ca. 175 Mitarbeiter an 5 Standorten Tätig für öffentliche und industrielle Kunden in den Bereichen Wasser/Abwasser, Abfall, Energie DIN ISO 9001 zertifiziert Leistungsspektrum Beratung, Konzepte, Studien, Gutachten Planung (HOAI) Bauleitung, Bauüberwachung Projektsteuerung Zweckverband Wasserversorgung und Abwasserbehandlung Rügen (ZWAR) Anstalt öffentlichen Rechts, Gegründet 1992 Zusammenschluss der Städte und Gemeinden der Inseln Rügen, Ummanz und Hiddensee Ca. 150 Mitarbeiter Wasserversorgung Ca. 5,3 Mio m³ Förderung (2013) 29 Wasserwerke / 148 Brunnen 1.290 km Rohrnetz Abwasserbehandlung 38 Kläranlagen 1.159 Pumpwerke 1.252 km Kanalnetz ca. 4,7 Mio m³ Abwassermenge (2013) Dr. Vorstellung Born Dr. Ermel Projekttitel Perspektiven der 15. Klärschlammverwertung September 2016 13./14.09.2016 Bremen 5

Klärschlamm in den Bundesländern Gesamtaufkommen aus der kommunalen Abwasserbehandlung 2013: ca. 1,9 Mio. Mg TR Gesamtaufkommen aus der nicht-öffentlichen Abwasserbehandlung 2010: ca. 1,7 Mio. Mg TR Derzeitige Entsorgung: Ca. 40 % stoffl. Verwertung in der Landwirtschaft Ca. 60 % therm. Verwertung in Verbrennungsanlagen Klärschlammverwertungswege in den Bundesländern Quelle: Statistisches Bundesamt: Abwasser und Klärschlamm in Deutschland statistische Betrachtungen, Korrespondenz Abwasser, Abfall 2014 (61) Nr. 12 Dr. Vorstellung Born Dr. Ermel Projekttitel Perspektiven der 15. Klärschlammverwertung September 2016 13./14.09.2016 Bremen 6

Abwasserbehandlung in Mecklenburg-Vorpommern Gesamtaufkommen Klärschlamm aus der kommunalen Abwasserbehandlung 2013: ca. 35.000 Mg TR /a Davon in M-V landwirtschaftlich genutzt ca. 32.000 Mg TR /a Aus anderen Bundesländern ca. 10.000 Mg TR /a Kommunale Abwasserbeseitigung in Mecklenburg Vorpommern, Lagebericht 2015 Quelle: Landesamt für Umwelt, Naturschutz und Geologie, Güstrow 7/2015 Dr. Vorstellung Born Dr. Ermel Projekttitel Perspektiven der 15. Klärschlammverwertung September 2016 13./14.09.2016 Bremen 7

Klärschlammentsorgung ZWAR Rügen Schlammaufbereitung Entwässerung teilweise dezentral durch Zentrifugen TS-Gehalte zwischen 21% und 25% Mengenströme und Entsorgungswege Klärschlamm Co-Vergärung in Biogasanlage Landwirtschaftliche Verwertung des Gärrestes Entsorgungskosten (netto) Entwässerter KS 30 /tts Transport 14 /t (ca. 8 km) Rechengut thermische Verwertung Strandgut Kompostierung Gutachten / Studien Verwertungsarten /-technik Entsorgungsgebiete Nur Rügen (2001) Region Vorpommern und Rügen gemeinsam (2005) Nur Rügen (2006) Gespräche mit Betreibern Mora, Bruneck, Bad Vösslau, Gifhorn und Balingen Test in KVA Neu-Ulm (Algen) Insel-Lösung Autarke Lösung zur thermischen Verwertung des Klärschlamms für und auf der Insel Rügen Dr. Vorstellung Born Dr. Ermel Projekttitel Perspektiven der 15. Klärschlammverwertung September 2016 13./14.09.2016 Bremen 8

Standorte Kläranlagen Rügen ZKW Bergen Dr. Vorstellung Born Dr. Ermel Projekttitel Perspektiven der 15. Klärschlammverwertung September 2016 13./14.09.2016 Bremen 9

Beste verfügbare Technik wie sieht das aus? Dr. Vorstellung Born Dr. Ermel Projekttitel Perspektiven der 15. Klärschlammverwertung September 2016 13./14.09.2016 Bremen 11

Anlagenkonzept Rügen Kombiniertes Schlammbehandlungsverfahren Schlammfaulung mit Gasspeicher Schlammentwässerung und -trocknung Thermische Schlammbehandlung in stationärer Wirbelschicht Abgasreinigung im quasi-trocken Verfahren Energienutzung Faulgasnutzung in BHKW-Motor Strom und Wärme für KA Standort Wärme aus Klärschlammverbrennung Trocknung des KS für autotherme Verbrennung Reststoffe Asche aus Verbrennung für mögliches späteres P-Recycling Reststoffe aus Abgasreinigung zur externen Entsorgung Dr. Vorstellung Born Dr. Ermel Projekttitel Perspektiven der 15. Klärschlammverwertung September 2016 13./14.09.2016 Bremen 12

Anlageneckdaten Parameter Einheit Wert Faulung Durchsatzleistung m³/d 120 Gasmenge m³/h 110 Energieerzeugung (BHKW) kw el. 330 Energieerzeugung (thermisch) kw th. 360 Verbrennung Brennstoffmenge (Klärschlamm, Rechengut, Strandgut) Mg TR /a 2.000 Durchsatzleistung Ofen kg TR /h 180-270 TR-Gehalt, Mischung Ofeneintritt % ca. 55 Feuerungswärmeleistung MW th 0,900 Luftvorwärmung C 245 Verbrennungsasche (nutzbar) t/a ca. 800 Rückstandsmenge (Deponie) t/a ca.500 Dr. Vorstellung Born Dr. Ermel Projekttitel Perspektiven der 15. Klärschlammverwertung September 2016 13./14.09.2016 Bremen 13

Aufstellungskonzept Monoverbrennung Faulung BHKW Gasspeicher Dr. Vorstellung Born Dr. Ermel Projekttitel Perspektiven der 15. Klärschlammverwertung September 2016 13./14.09.2016 Bremen 14

Anlagenkonzept Faulung Faulreaktor Gasspeicher Notfackel Co-Substrat Dick- Schlamm BHKW Roh- Schlamm Eindicker Entwässerung Dr. Vorstellung Born Dr. Ermel Projekttitel Perspektiven der 15. Klärschlammverwertung September 2016 13./14.09.2016 Bremen 15

Anlagenkonzept Verbrennung Gewebefilter Trockner Ofen E-Filter Kessel Dr. Vorstellung Born Dr. Ermel Projekttitel Perspektiven der 15. Klärschlammverwertung September 2016 13./14.09.2016 Bremen 16

Skalierungseffekte von Wirbelschichtanlagen Parameter / Faktor Großanlage Kleinanlage Feuerraumvolumen Groß Klein Leerrohrgeschw. 1 2 m/s 1 2 m/s Luftzugabe (PL, SL) Mehr Düsen Weniger Düsen Gasdurchmischung Hoher Impuls Geringerer Impuls Brennstoffzugabe Wärmefreisetzung FR Mehrere Aufgaben Membranwände Wenige Aufgaben Adiabate Kammer Links: 30 MWth Hong Kong Rechts: 1 MWth Raschka Engineering Dr. Vorstellung Born Dr. Ermel Projekttitel Perspektiven der 15. Klärschlammverwertung September 2016 13./14.09.2016 Bremen 17

CFD Simulation für Kleinanlagen Gasgeschwindigkeit CO-Verteilung Temperaturverteilung Dr. Vorstellung Born Dr. Ermel Projekttitel Perspektiven der 15. Klärschlammverwertung September 2016 13./14.09.2016 Bremen 18

Konzept Wirbelschichtofen Heizwert Brennstoff >4.000 kj/kg autotherme Verbrennung Brennstoffaufgabe TR-Gehalt vor Ofen Ca. 55 % Temperaturen Wirbelschicht <750 C Freibord >850 C Gestufte Verbrennung PL O2-Gehalt λ ~0,45 SL O2-Gehalt λ > 1,2 Reduzierung von NOx Verbessertes Teillastverhalten Abgasaustritt Nachbrennkammer Sekundärluftzugabe Primärbrennkammer Anfahrbrennkammer, Primärluft-, Reziluftzugabe Dr. Vorstellung Born Dr. Ermel Projekttitel Perspektiven der 15. Klärschlammverwertung September 2016 13./14.09.2016 Bremen 19

Energiefluss Nominal Dr. Vorstellung Born Dr. Ermel Projekttitel Perspektiven der 15. Klärschlammverwertung September 2016 13./14.09.2016 Bremen 20

Projektrealisierung Genehmigung gemäß 4 BImSchG für Neuanlage Einstufung V nach Spalte 8.1.1.4, Anhang 1, 4. BImSchV, da Durchsatz < 3 t/h - Vereinfachtes Verfahren ( 19) Einstufung A nach Nr. 8.1.1.3 Spalte 2; allgemeine Vorprüfung des Einzelfalles zur UVP nach UVPG Errichtung Baufeldfreimachung III/2015 Grundsteinlegung 27.11.2015 Projektstand 08/2016 IBN Faulung IV/2016 IBN Gesamtanlage II-III/2017 Es gelten die Anforderungen der 17. BImSchV für die Abgasemissionen und den Betrieb Dr. Vorstellung Born Dr. Ermel Projekttitel Perspektiven der 15. Klärschlammverwertung September 2016 13./14.09.2016 Bremen 22

Emissionen Genehmigung versus 17. BImSchV Stoff TMW 17.BImSch TMW HMW 17.BImSch HMW Staub 10 10* (5) 20 20 Organische Stoffe 10 10 20 20 Chlorwasserstoff 10 10 60 60 Fluorwasserstoff 1 1 4 4 Schwefeldioxid 50 50 200 200 Jahresmittelwert Stickstoffdioxid 200 200* (150) 400 400 100 Kohlenmonoxid 50 50 100 100 Quecksilber 0,03 0,03 0,05 0,05 0,01 Ammoniak entfällt 10 entfällt 15 * Bei Feuerungsleistung < 50 MW Alle Angaben in mg/nm³ tr. bez. auf 11 Vol. O2 Dr. Vorstellung Born Dr. Ermel Projekttitel Perspektiven der 15. Klärschlammverwertung September 2016 13./14.09.2016 Bremen 23

Quo Vadis thermische KS-Behandlung? BGA 30 /t 2011 * 50 /t 2015 * 72 /t 2016 85 /t 20XY > 100 /t? * KVA Anfrage Alle Angaben in /tos Netto ohne Transport Dr. Vorstellung Born Dr. Ermel Projekttitel Perspektiven der 15. Klärschlammverwertung September 2016 13./14.09.2016 Bremen 24

Ausschreibungsverfahren Los Nr. Los / Titel Abfrage Angebote Preisspanne [Mio. gerundet, netto] 1 Bautechnik 12 3 3,3 3,9 2 Maschinentechnik Faulung inkl. Entwässerung und Trocknung 19 6 2,4 3,7 3 BHKW-Motorenanlage 18 4 0,39 0,48 4 Klärschlammverbrennung inkl. Abgasreinigung 16 5 4,3 7,2 5 EMSR-Technik 5 4 0,92 1,34 Dr. Vorstellung Born Dr. Ermel Projekttitel Perspektiven der 15. Klärschlammverwertung September 2016 13./14.09.2016 Bremen 25

Kostenrahmen Leistungen Kosten [, netto] Bauleistungen 2.700.000 Maschinentechnik Faulung 2.000.000 Blockheizkraftwerk 300.000 Verbrennungstechnik 3.600.000 Elektro- und Leittechnik 900.000 Standortinfrastruktur und Auftragsabwicklung 1.800.000 Gesamtsumme 11.300.000 Dr. Vorstellung Born Dr. Ermel Projekttitel Perspektiven der 15. Klärschlammverwertung September 2016 13./14.09.2016 Bremen 26

Investitionskosten Gesamtanlage Verbrennung Verwertungskonzept der Klärschlammkooperation MV GmbH Quelle: 16. Dialog Abfallwirtschaft MV, Rostock 4/2014 Dr. Vorstellung Born Dr. Ermel Projekttitel Perspektiven der 15. Klärschlammverwertung September 2016 13./14.09.2016 Bremen 27

Strategien der Klärschlammentsorgung Zeitgemäßer Ausstieg aus der landwirtschaftlichen Klärschlammverwertung durch: Kurzfristige Erweiterung vorhandene Klärschlamm-Mitverbrennungskapazitäten Mittelfristige Anpassung / Erweiterung bestehende thermische Klärschlammbehandlungsanlagen Langfristiger Neubau von thermischen Mono-Klärschlammbehandlungsanlagen Parallele Prüfung der Umrüstung von bestehenden Abfallverbrennungsanlagen Übergangsfristen TA Siedlungsabfall 10 Jahre (1995 2005) AbfKlärV 10 Jahre? (2016 2026) Ausgewogener Kapazitätszubau Vermeidung von Über-/Unterkapazitäten, Entsorgungssicherheit Wirtschaftlichkeit und Preisstabilität Dr. Vorstellung Born Dr. Ermel Projekttitel Perspektiven der 15. Klärschlammverwertung September 2016 13./14.09.2016 Bremen 29

Potentielle Anlagenstandorte Monoverbrennung Bundesland Anzahl Anlagen BW 2 B 1 BB 0 HB-NDS 2 HH-SH 1 H 1 MV 1 NRW 1 RP 1 SL 1 SA 1 SAA 2 T 1 Summe 15 Ø 43 TMgTR/a Ulm Bestehende und mögliche Standorte für Mono- Klärschlammverbrennungskapazitäten in Deutschland Quelle: Malms, et al. Ebd, Aachen, 2014 Dr. Vorstellung Born Dr. Ermel Projekttitel Perspektiven der 15. Klärschlammverwertung September 2016 13./14.09.2016 Bremen 30

Zusammenfassung und Ausblick Beendigung der landwirtschaftlichen Klärschlammverwertung erfordert neue Kapazitäten an thermischen Behandlungsanlagen. Stationäre Wirbelschicht war und ist dominierende großtechnische Verfahren für die thermische Mono-Klärschlammbehandlung. Die Entsorgungskosten für die thermische Klärschlammbehandlung steigen derzeit (regionale Effekte). Kleinere Klärschlammverbrennungen (ab 2.000 Mg TR /a) entsprechen dem Stand der Technik von Großanlagen und rücken in wirtschaftlich attraktive Positionen. Der Ausbaustandard von Mono-KVAs ist individuell festzulegen - eine Faulung vor der Verbrennung kann im Rahmen eines optimierten Gesamtkonzeptes oftmals energetisch sinnvoll sein. Dr. Vorstellung Born Dr. Ermel Projekttitel Perspektiven der 15. Klärschlammverwertung September 2016 13./14.09.2016 Bremen 31

David gegen Goliath? Weltgrößte Anlage Hong Kong Entwässerter Klärschlamm 4x 45.000 Mg TR /a Klein(st)e kommunale Anlage Entwässerter und getrockneter Klärschlamm 1x 2.000 Mg TR /a http://www.born-ermel.eu/rügen_klärschlammverwertung.html Dr. Vorstellung Born Dr. Ermel Projekttitel Perspektiven der 15. Klärschlammverwertung September 2016 13./14.09.2016 Bremen 32