Neubewertung von Abwasserreinigungsanlagen mit anaerober Schlammbehandlung vor dem Hintergrund der energetischen Rahmenbedingungen und der abwassertechnischen Situation in Rheinland-Pfalz

Projektlaufzeit: 01/2010-12/2010

Bearbeiter:
Dipl.-Ing. Oliver Gretzschel

Abwasser und der bei der Abwasserbehandlung anfallende Klärschlamm stellen in vielen Fällen ein noch ungenutztes Energiepotenzial dar. Die Wirtschaftlichkeit abwassertechnischer Anlagen wird wesentlich von der Energieeffizienz und den Klärschlammverwertungs- bzw. -entsorgungskosten beeinflusst. Ein wirksames Stoffstrommanagement auf der Kläranlage ist daher gefordert, um die energetischen Res-sourcen des Abwassers bzw. des Klärschlammes zu nutzen und die zu entsorgenden Klärschlammmen-gen zu reduzieren, ohne jedoch die Ablaufqualität des behandelten Abwassers negativ zu beeinflussen. Der hierfür entscheidende Verfahrensschritt in kommunalen Abwasserreinigungsanlagen ist die Stabilisierung des Klärschlamms. Hier unterscheidet man im Wesentlichen zwei grundsätzliche Möglichkeiten: Bei der simultanen aeroben Schlammstabilisierung erfolgt die Stabilisierung im Verlauf der Abwas-serreinigung. Den Belebtschlammorganismen wird durch die Bemessung der Belebungsbecken auf ein hohes Schlammalter (t = 25 d) sowie eine geringe Schlammbelastung (<=0,05 kg BSB5/kg TS/d) nur wenig Nahrung in Form von BSB zur Verfügung gestellt. Die Belebtschlammorganismen veratmen zum Überleben ihre eigene Zellsubstanz. Die organische Substanz im Klärschlamm wird aufgezehrt und der resultierende Schlamm weist nach der Stabilisierung eine organische Trockensubstanz oTS von ca. 50 bis 55 % auf. Bei Bemessung der Anla-gen auf eine gemeinsame aerobe Stabilisierung sind große spezifische Beckenvolumina (i. d. R. 300 l/E) erforderlich. Das Verfahren der anaeroben Schlammstabilisierung (Faulung) beruht hingegen darauf, dass den Belebtschlammorganismen durch die Bemessung der Anlagen auf ein Schlammalter von ca. 10 bis 12 d resp. eine Schlammbelastung von 0,15 kg BSB5/kg TS/d relativ viel organische Substanz als Nahrung zugeführt wird. Hierdurch enthält der abgezogene Überschussschlamm noch einen hohen Anteil an organischer Substanz; in der Regel ca. 70 %. Der abgezogene Überschussschlamm wird dann (meist nach einer Voreindickung) zusammen mit dem Schlamm aus der Vorklärung (Primärschlamm) einem Faulbe-hälter zugeführt. Hier entsteht in einem 4-stufigen Prozess Biogas (Faulgas). Dieses kann dann z. B. über ein Blockheizkraftwerk mit einem elektrischen Wirkungsgrad von 30 bis 35 % verstromt werden. Die hie-raus resultierende Wärme kann z. B. zur Aufheizung des Schlammes und des Faulturms genutzt werden. In der Ingenieurpraxis gab es in der Vergangenheit relativ klare Grenzen, wann das Verfahren der aeroben Schlammstabilisierung und wann eine Schlammfaulung zu realisieren ist. Diese Grenzen ergaben sich aus wirtschaftlichen Gesichtspunkten, wobei hierbei aufgrund der in der Vergangenheit niedrigen Energiekosten vorwiegend die Investitionskosten, sowie verfahrenstechnische Aspekten betrachtet wur-den. Der Einsatzbereich der anaeroben Schlammstabilisierung in Abhängigkeit von der Anschlussgröße kann Bild 1 entnommen werden. Die Abbildung verdeutlicht, dass bei Anlagengrößen von < 20 000 EW in der Vergangenheit fast aus-schließlich Anlagen mit simultaner aerober Schlammstabilisierung konzipiert wurden, während der Einsatzbereich für Faulungsanlagen erst bei Ausbaugrößen von mehr als 30 000 EW begann. Die in den vergangenen Jahren eingetretenen Entwicklungen - insbesondere die steigenden Energiepreise, veränderte gesetzliche Rahmenbedingungen sowie technische Neuentwicklungen im Zusammenhang mit Biogasanlagen - haben zu einer Verschiebung dieser vorge-nannten Grenzen geführt und machen somit eine Neubewertung der Einsatzbereiche für die Schlamm-faulung erforderlich. Dies gilt insbesondere für Rheinland-Pfalz, wo ca. 681 Kläranlagen mit Anschluss-größen < 30 000 EW betrieben werden, davon liegen 440 Anlagen bei einer Anschlussgröße von mehr als 1 000 EW. Hierbei ist auch die Fragestellung zu behandeln, wie Anlagen mit Klärschlammfaulung inkl. der erforderlichen Infrastruktur wie Faulbehälter, Gasspeicher, gegebenenfalls Prozesswasserbehandlung usw. im Bereich einer Ausbaugröße von 10 000 bis 30 000 EW kostengünstig, aber dennoch betriebssicher, um-gesetzt werden können. Ziel dieser Studie ist es, das in Rheinland-Pfalz tatsächlich vorhandene und nutzbare Optimierungspotenzial bei Umstellung von Kläranlagen mit gemeinsamer aerober Schlammstabilisierung auf Anlagen mit anaerober Schlammfaulung im Sinne eines integrativen Ansatzes betreffend Energieeffizienz, Wasser-wirtschaft / Gewässerschutz (Ablaufqualität), Abfallwirtschaft (Klärschlammmenge) und Wirtschaftlichkeit aufzuzeigen. Das Projekt besteht aus zwei Modulen. Der vorliegende Bericht umfasst Modul 1, das grundlegende Untersuchungen beinhaltet. Modul 2 widmet sich anschließend weitergehenden Untersuchungen, die u. a. eine Analyse und Beschreibung unterschiedlicher Bau- und Betriebsformen, eine Konzeptentwicklung zur Umstellung auf Faulungsbetrieb, eine Prüfungsmethodik zur Umstellung sowie die Untersuchung einer Modellanlage umfassen.

Finanzierende Institution(en): Ministerium für Umwelt, Forsten und Verbraucherschutz Rheinland-Pfalz

Partner-Institution(en): Universität Luxemburg, Siedlungswasserwirtschaft und Wasserbau, Prof. Dr.-Ing. Jo Hansen, Ingenieurgesellschaft Dr. Sickmann + Partner GmbH

Quelle: http://gandalf.arubi.uni-kl.de/index.php?link=projekte&parea=2&pid=0156