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Klärschlamm als Ressource

Klärschlamm als Phosphorressource Klärschlamm als Energieressource Neben der Anerkennung von Klärschlamm als regenerativem Energieträger rückt Klärschlamm auch hinsichtlich seiner Inhaltsstoffe in den Fokus. Wurde er früher traditionell in der Landwirtschaft oder dem Landschaftsbau meist unvorbehandeltstofflich verwertet, verlieren diese beiden Verwertungspfade vor allem durch mögliche Schadstoffbelastungen mehr und mehr an Akzeptanz. Dies kann auch als einer der Gründe angesehen werden, warum die jetzige Bundesregierung in ihrem Koalitionsvertrag für die 18. Legislaturperiode den Ausstieg aus der direkten landwirtschaftlichen Verwertung von Klärschlamm vereinbart hat. Da im Abwasserpfad und dort insbesondere im Klärschlamm beachtliche Mengen der lebensnotwendigen und durch nichts zu ersetzenden Ressource Phosphor enthalten ist, wird seit gut zehn Jahren in Deutschland bzw. Europa an der Erschließung des Phosphors aus sekundären Quellen gearbeitet. Mittlerweile existieren Pilotanlagen für das Phosphor-Recycling aus Klärschlamm bzw. Klärschlammasche. Eines dieser Verfahren, ursprünglich zur Vermeidung von ungewollten Inkrustrationen spontan ausgefällten Struvits in Rohrleitungen der Schlammbehandlung auf Kläranlagen mit biologischer Phosphorelimination und Faulung entwickelt, wird seit 2011 erfolgreich auf der Kläranlage Waßmannsdorf im Großmaßstab eingesetzt. Pro Jahr werden so ca. 40 Mg Phosphor zurückgewonnen und als Mineraldünger in den Nährstoffkreislauf zurückgeführt. Das von den Berliner Wasserbetrieben entwickelte und patentierte Verfahren wird global von einem Lizenznehmer unter dem Namen AirPrex® vermarktet. Der aus dem Faulturm kommende Faulschlamm wird in einem eigens dafür entwickelten Airlift-Reaktor einer pH-Wertanhebung durch CO 2 -Strippung unterzogen. Das Ausblasen des CO 2 erfolgt über Luft, die von unten in den Reaktor gelangt. Bei einem pH-Wert von ca. 8 und durch Dosierung von Magnesiumsalz (MgCl 2 ) fällt bei ausreichender Konzentration von gelöstem ortho-Phosphat und Ammonium das mineralische Struvit (Magnesiumammoniumphosphat, MgNH 4 PO 4 * 6H 2 O) aus. Was zuvor spontan und unerwünscht in Rohrleitungen passierte, wird nun gezielt und kontrolliert durchgeführt. Die Reaktorgeometrie mit einer zylindrischen Trennwand ermöglicht ein zirkulierendes Fließbett, im mittleren Bereich von unten nach oben, im äußeren Bereich von oben nach unten. Dies ermöglicht das Wachstum der Struvitkristalle bis zu einer bestimmten Größe, so dass sie groß und damit schwer genug werden, um in den konischen Reaktorboden abzusinken und diesen zu verlassen. Nach einem Wäscher wird das Mineral in Containern gesammelt und der Verwertung als Düngemittel zugeführt. Die Zulassung als Düngemittel erfolgte gemäß EU Düngemittelverordnung EC 2003/2003. Diese Art der Phosphorrückgewinnung hat auch noch weitere Vorteile. Durch das Ausfällen des Struvits und dessen Ausschleusung wird die Entwässerbarkeit des Faulschlamms erhöht. Dies wirkt sich positiv als Verringerung des Polymerverbrauchs sowie als Erhöhung der Trockensubstanz im entwässerten Schlamm aus. Somit lassen sich gleichzeitig die Kosten für Betriebsmittel und die Schlammentsorgung senken. Im Zuge der Novelle der Klärschlammverordnung soll dem Ressourcenschutz, insbesondere der Ressource Phosphor Rechnung getragen werden. Es wird erwartet, dass die Novelle ein Phosphorrückgewinnungsgebot für Klärschlämme ab einem bestimmten Phosphorgehalt ausspricht. Je nach Entsorgungsart, sollen weitergehende Anforderungen an die Verwertung der Klärschlämme bzw. Klärschlammaschen geregelt werden. Die folgende Abbildung stellt eine denkbare Option für eine zukünftige Klärschlammentsorgung unter dem Aspekt einer stärkeren Ressourcenschonung im Fall Phosphor dar. Daneben gibt es aber natürlich auch andere Varianten. Welche es letztlich wird, hängt vor allem von politischen Weichenstellungen ab, die heute noch nicht vollumfänglich vorhersehbar sind. Mit dem Ziel der Verbesserung der Energie-und Klimabilanz sowie zur Hebung des Phosphorrecyclingpotentials bei der Entsorgung von Klärschlämmen des Landes Berlins wurde das “Projekt über die Weiterentwicklung des Klima- und Ressourceneffizienzpotentials durch HTC-Behandlung ausgewählter Berliner Klärschlämme” im Umweltentlastungsprogramm II (UEP II) unter der Projektnummer 11443 UEPII/2 durch die Senatsverwaltung für Umwelt, Verkehr und Klimaschutz gefördert, sowie durch die Europäische Union kofinanziert. Klärschlamm eignet sich auf Grund des hohen Anteils an organischen Bestandteilen insbesondere als Ersatzbrennstoff in der Kohle- bzw. Zementindustrie und ist zudem der wichtigste sekundäre Phosphorlieferant. Mit der Erhöhung des Klärschlammtrockensubstanzgehaltes wie z. B. durch Hydrothermale Karbonisierung (HTC) kann die Klärschlammentsorgungsmenge wesentlich reduziert werden bzw. kann der hochentwässerte Klärschlamm wegen seines verbesserten Heizwertes höherwertige Brennstoffe ersetzen. Die Ergebnisse des Forschungsprojektes zeigen die Möglichkeiten und Grenzen der hydrothermalen Karbonisierung (HTC) von entwässertem Klärschlamm bei der Verbesserung der Energie-, Klima- und Umweltbilanz der Klärschlammentsorgung des Landes Berlin auf. Es wurden Klärschlämme von 4 Klärwerken in Laborversuchen sowie in einer Pilotanlage untersucht und Aussagen zur Energie- und Klimabilanz, zu den Phosphor- und Schwermetallgehalten der HTC-Produkte bzw. zur Entwicklung des chemischen Sauerstoffbedarfs (CSB-Wert) abgeleitet.

Energieoptimierung der Kläranlage Blümeltal

Die Kläranlage Blümeltal ist eine mechanisch-biologisch reinigende Kläranlage mit einer Ausbaugröße von 62.000 Einwohnerwerten (EW). Die derzeitige Ist-Belastung der Anlage liegt bei rd. 45.000 EW. Sie ist ein Beispiel für eine über Jahrzehnte gewachsene Anlage, deren Beckenanordnungen, Geometrien und Verfahrensführungen sich aus den stufenweisen Erweiterungen und der Lage im Gelände ergeben haben. Die biologische Stufe arbeitet nach dem Belebungsverfahren mit vorgeschalteter Denitrifikation zur Stickstoffelimination. Der Fokus dieses Förderprojekts liegt auf der energetischen Optimierung der Kläranlage Blümeltal mit dem Ziel bei gleichbleibender hoher Reinigungsleistung den Energieverbrauch und die Betriebsmittel zu minimieren und somit Kosten zu sparen. Hierzu wurde ein Gesamtkonzept erarbeitet, das die verschiedenen Stoffströme der Kläranlage ganzheitlich betrachtet. Die Neuerung dieses Verfahrens liegt in der Erstellung eines Lastprofils und seiner Nutzung. Die eigentliche Innovation besteht aus dem anlagenübergreifenden Gedanken, das Lastprofil der biologischen Reinigungsstufe als interaktiven Koordinator für den nachfolgenden Betrieb der Anlagenkomponenten zu verwenden. Das Mess-, Steuer-, und Regelkonzept ist mit der übergeordneten Lastprofilerkennung ausgestattet und greift zur Optimierung der Prozesse fracht- und nährstoffoptimierend ein. So kann das Verfahren interaktiv in die Abläufe einer Kläranlage eingreifen und die einzelnen Prozesse ideal aufeinander abstimmen. Die Kläranlage wird ganzheitlich betrachtet. Alle Stufen und ihre Wechselwirkungen werden in das Gesamtkonzept einbezogen. Durch die Umsetzung der Maßnahmen konnte der spezifische Gesamtenergieverbrauchs von 37,8 auf 19,8 kWh/E*a und der spezifischen Energiebedarf für die Belüftung von 23 auf 7,8 kWh/E*a, gesenkt werden. Der jährliche Stromverbrauch ließ sich auf ein Viertel, von 1.000.000 Kilowattstunden auf 250.000 Kilowattstunden reduzieren. Aufgrund der intensivierten und gezielten biologischen Phosphatelimination (Nährstoffoptimierung) und einer Änderung der Fällmitteldosierstellen ließ sich der jährliche Fällmitteleinsatz auf ein Drittel, bezogen auf Aluminium von 12 Tonnen auf 4 Tonnen senken. Die erzielte Einsparung von jährlich 795.000 Kilowattstunden ergab eine Einsparung von 445 Tonnen CO 2 -Äquivalenten. Mit Hilfe des Projektes ließ sich die CO 2 -Bilanz der Stadt verbessern. Klimaschutzziele können eingehalten und eine Verbesserung der Gewässer konnte herbeigeführt werden. Die Optimierung der Kläranlage Blümeltal zeigt, dass mit genauer Kenntnis der Kläranlage unter Anwendung verfahrenstechnischer Konzepte erhebliche Einsparpotentiale, nicht nur im Energieverbrauch, sondern auch im Betriebsmittelverbrauch und der Schlammproduktion umgesetzt werden können. Durch die Umsetzung des Verfahrens rückt das Ziel einer „energieautonomen Abwasserreinigungsanlage“ auch ohne Annahme von Co-Substraten in greifbare Nähe und stellt einen Beitrag zur Reduzierung des Energieverbrauches und des CO 2 -Ausstoßes dar. Große Teile des Konzeptes sind mit gezielter Modifikation auf andere Anlagen übertragbar. Das hat den Betreiber dazu veranlasst, die Kläranlage Felsalbe1 (38.000 EW) ebenfalls auf diesen Betrieb umzustellen. Dieses Vorhaben wurde im Förderschwerpunkt „Energieeffiziente Abwasseranlagen“ des Umweltinnovationsprogramms gefördert. Mit dem Förderschwerpunkt wurden innovative Projekte unterstützt, die energetische Ressourcen sowohl bei der Behandlung von Abwasser und Klärschlamm, als auch bei der Eigenenergieerzeugung erschließen. Branche: Öffentliche Verwaltung, Erziehung, Gesundheitswesen, Erholung Umweltbereich: Wasser / Abwasser Fördernehmer: Stadt Pirmasens Bundesland: Rheinland-Pfalz Laufzeit: 2011 - 2014 Status: Abgeschlossen Förderschwerpunkt: Energieeffiziente Abwasseranlagen

Anfallmengen und Entsorgung

Der Klärschlamm entsteht in sechs Klärwerken. Das größte befindet sich innerhalb der Grenzen des Landes Berlin, in Ruhleben. Die anderen fünf Anlagen befinden sich nahe der Berliner Stadtgrenze im Land Brandenburg. Insgesamt werden in den sechs Kläranlagen ca. 220 Mio. m³ Abwasser pro Jahr behandelt, aus denen ca. 94.000 Mg TS Klärschlämme resultieren. Die Abwasserbehandlung erfolgt mit neuester Verfahrenstechnik um den strengen Anforderungen an die Ablaufqualität von Größenklasse-5-Anlagen (>100.000 Einwohnerwerte) zum Schutz der Berliner und Brandenburger Oberflächengewässer zu gewährleisten. Die Berliner Wasserbetriebe (BWB), eine Anstalt des öffentlichen Rechts, sind verantwortlich für die Abwasserentsorgung und somit auch für die Klärschlammentsorgung. Die Entsorgung der Berliner Klärschlämme erfolgt ausschließlich auf thermischem Weg. Die oben stehende Graphik veranschaulicht die im Jahr 2013 angefallenen Klärschlammmengen. Die Mengenangabe bezieht sich auf die Trockenmasse. Die von den jeweiligen Kläranlagen ausgehenden Pfeile indizieren, welcher Anteil des in den einzelnen Kläranlagen anfallenden Klärschlamms in der Monoverbrennung im Land Berlin bzw. in Mitverbrennungsanlagen (z.B. Kohlekraftwerke, Zementwerke) in anderen Bundesländern entsorgt wurde. Da auf der Kläranlage Waßmannsdorf als Alleinstellungsmerkmal eine Nährstoffrückgewinnung in Form einer Struvitfällung aus der wässrigen Phase des Faulschlamms erfolgt, ergibt sich hier die Option einer nährstofflichen Verwertung des Struvits als Mineraldünger unter dem Namen “Berliner Pflanze” . Um der Bedeutung der Ressource Phosphor als essentiellem und durch nichts zu ersetzenden Nährstoff Rechnung zu tragen, sind die jeweiligen Phosphorfrachten in den Klärschlämmen der einzelnen Kläranlagen angegeben. Insgesamt ergab sich für das Jahr 2013 eine Phosphorfracht im gesamten Berliner Klärschlamm von ca. 2.727 Mg P. Die nachfolgende Tabelle gibt einen Überblick über die angefallenen Klärschlammmengen (Trockenmasse) pro Kläranlage im Jahr 2013 und die darin enthaltenen Phosphormengen. Ergänzend dazu ist anzumerken, dass zusätzlich zur Phosphormenge im entsorgten Klärschlamm der Kläranlage Waßmannsdorf noch ca. 40 Mg Phosphor aus dem Schlammwasser als Struvit unter dem Namen “Berliner Pflanze” in den Nährstoffkreislauf zurückgeführt wurden. Klärschlamm 2013 in Mg TS: 47.107 Phosphor Fracht im KS in Mg: 942 Phosphor­recycling in Mg/a: — Schlamm­behandlung: Entwässerung, Monover­brennungs­anlage Mono­ver­brennung: x Mitver­brennung P-Re­cyc­ling Klärschlamm 2013 in Mg TS: 19.447 Phosphor Fracht im KS in Mg: 739 Phosphor­recycling in Mg/a: ca. 40 Mg Schlamm­behandlung: Faulung, Entwässerung, Trocknung, Struvit­fällung Mono­ver­brennung: x Mitver­brennung: x P-Re­cyc­ling: x Klärschlamm 2013 in Mg TS: 12.248 Phosphor Fracht im KS in Mg: 465 Phosphor­recycling in Mg/a: — Schlamm­behandlung: Faulung, Entwässerung, Trocknung Mono­ver­brennung: x Mitver­brennung: x P-Re­cyc­ling Klärschlamm 2013 in Mg TS: 6.276 Phosphor Fracht im KS in Mg: 238 Phosphor­recycling in Mg/a: — Schlamm­behandlung: Faulung, Entwässerung, Trocknung Mono­ver­brennung: x Mitver­brennung: x P-Re­cyc­ling Klärschlamm 2013 in Mg TS: 4.524 Phosphor Fracht im KS in Mg: 172 Phosphor­recycling in Mg/a: — Schlamm­behandlung: Faulung, Entwässerung, Trocknung Mono­ver­brennung Mitver­brennung: x P-Re­cyc­ling Klärschlamm 2013 in Mg TS: 4.490 Phosphor Fracht im KS in Mg: 171 Phosphor­recycling in Mg/a: — Schlamm­behandlung: Faulung, Entwässerung, Trocknung Mono­ver­brennung Mitver­brennung: x P-Re­cyc­ling *Kläranlagen befinden sich im Land Brandenburg Aus organisatorischen sowie technischen Gründen haben sich die Länder Berlin und Brandenburg darauf verständigt, dass alle anfallenden Klärschlämme in den mit * gekennzeichneten Kläranlagen nur in Veröffentlichungen des Landes Berlin erscheinen. Im darauf folgenden Text werden weitere Informationen zu den einzelnen Anlagen gegeben. Die 1963 in Betrieb genommene und 1983 mit einer zweiten Ausbaustufe erweiterte Kläranlage Ruhleben ist die größte von den BWB betriebene Kläranlage und die einzige innerhalb der Landesgrenze von Berlin. 1985 erfolgte die Einführung der biologischen Phosphatelimination in Kombination mit Nitrifikation und Denitrifikation sowie die Inbetriebnahme der Schlammentwässerung und -verbrennung. 1993 kam eine dritte Ausbaustufe hinzu. Die Reinigungskapazität beträgt etwa 247.500 m3 pro Tag bei Trockenwetter. Im Jahr 2013 wurden rund 47.107 Mg ungefaulter Klärschlamm (Trockenmasse) erzeugt. Der vor Ort anfallende Schlamm wird mechanisch mittels Zentrifugen entwässert und zu 100% in Wirbelschichtöfen bei einer minimalen Verbrennungstemperatur von 850°C mit nachgeschalteter Abhitzeverwertung und Rauchgaswäsche verbrannt. Seit 2010 werden hier auch Schlämme (Teilmengen) anderer von den BWB betriebener Kläranlagen verbrannt. Ruhleben ist die einzige der sechs Kläranlagen ohne Faulung. An diesem Standort erfolgte erstmals 1927 die Inbetriebnahme einer Vorkläranlage (Emscherbrunnen), die 1935 mit mechanischer und biologischer Reinigung nebst Schlammfaulung aufgerüstet wurde. 1989 wurde die erste Ausbaustufe der erneuerten Kläranlage Waßmannsdorf in Betrieb genommen und 1995 um eine biologische Abwasserreinigungsstufe sowie ein Blockheizkraftwerk (BHKW) erweitert. 1997 gingen die erneuerte mechanische Reinigung und das neue Betriebsgebäude mit Zentralwarte in Betrieb. Die biologische Reinigung wurde 1998 um eine Reinigungsstufe erweitert, um unter anderem die Abwassermengen der stillgelegten Kläranlage Marienfelde aufnehmen zu können. Hinzu kam auch eine Schlammentwässerungs- und Trocknungsanlage. Nach mehreren Ausbaustufen beträgt die Reinigungskapazität dieser Anlage ca. 230.000 m³ pro Tag bei Trockenwetter. Im Jahr 2013 fielen rund 19.447 Mg Klärschlamm (Trockenmasse) an. Nach der Faulung wird der Schlamm seit 2010/2011 einer gezielten, großtechnischen Struvitfällung unterworfen um ungewollte Inkrustrationen in den nachfolgenden Rohrleitungen und Entwässerungsaggregaten zu vermeiden. Das so erzeugte Struvit wird zum großen Teil ausgeschleust und als Mineraldünger unter dem Namen “Berliner Pflanze” vermarktet. Der mittels Zentrifugen entwässerte bzw. mittels Trommeltrocknern getrocknete Faulschlamm wird sowohl in der Monoverbrennungsanlage in Ruhleben, als auch durch Mitverbrennung in anderen Bundesländern entsorgt. Das bei der Faulung erzeugte Klärgas wird für die Schlammerwärmung, die Schlammtrocknung, zur Elektroenergieerzeugung (Blockheizkraftwerk und Mikrogasturbine), sowie zur Gebäudeheizung und Warmwasserversorgung auf der Anlage genutzt. Die Kläranlage Schönerlinde nahm 1985 ihren Betrieb auf. Nach zahlreichen Ausbau- und Modernisierungsphasen, bei denendie Reinigungslinien mit Bio-P in Kombination mit Nitrifikation und Denitrifikation sowie die Schlammbehandlung mit Schlammentwässerung und Trocknungsanlage ausgerüstet wurden, hat die Kläranlage Schönerlinde eine Reinigungskapazität von ungefähr 105.000 m³ pro Tag bei Trockenwetter. 2013 fielen ca. 12.248 Mg Klärschlamm (Trockenmasse) an. Das bei der Faulung der anfallenden Schlämme erzeugte Klärgas wird für die Schlammerwärmung, die Schlammtrocknung, zur Elektroenergieerzeugung (Blockheizkraftwerk und Mikrogasturbine), sowie zur Gebäudeheizung und Warmwasserversorgung auf der Anlage genutzt. Zudem erzeugen seit 2012 Windkraftanlagen Elektroenergie, deren Überschussanteil in das öffentliche Stromnetz eingespeist wird. Die Entsorgung des zuvor mit drei Zentrifugen entwässerten bzw. auf drei Trocknungslinien getrockneten Faulschlamms erfolgt sowohl in der Monoverbrennungsanlage Ruhleben, als auch in anderen Bundesländern in der Mitverbrennung. Die 1931 als eine der modernsten Kläranlagen in Europa in Betrieb genommene Anlagewurde 1989 für eine chemische und biologische Phosphatelimination ertüchtigt. Seit 1991 kann der Klärschlamm maschinell entwässert werden. Der Klärschlamm durchläuft heute eine biologische Phosphatelimination in Kombination mit Nitrifikation/Denitrifikation. 2003 wurde das Blockheizkraftwerk in Betrieb genommen. Die Kläranlage hat eine Trockenwetterreinigungskapazität von etwa 52.000 m³ pro Tag. Im Jahr 2013 fielen ca. 6.276 Mg Klärschlamm (Trockenmasse) an. Sie verfügt über Faulkammern, ein Gasheizhaus mit einem Blockheizkraftwerk zur Strom- und Wärmeerzeugung aus Klärgas. Die erzeugte Wärme wird für die Schlammerwärmung, die Gebäudeheizung und zur Warmwasserversorgung der Kläranlage genutzt. Die Entwässerung des Faulschlamms erfolgt mit zwei Zentrifugen. Die Schlammentsorgung erfolgt sowohl in der Mono- als auch in der Mitverbrennung. Auf der 1976 in Betrieb genommenen Kläranlage Münchehofevollzog sich im Laufe der Jahre (bis 1995) der Umbau in eine moderne Kläranlage mit chemischer Phosphatelimination, maschineller Schlammentwässerung sowie Nitrifikation und teilweiser Denitrifikation. Im Jahr 2010 konnte die Grunderneuerung und Bestandserhaltung erfolgreich abgeschlossen und eine Versuchsanlage zur weitergehenden Abwasserreinigung durch Raumfiltration in Betrieb genommen werden. Nach umfangreichen Ausbauarbeiten hat die Anlage eine Reinigungskapazität von rund 42.500 m³ pro Tag bei Trockenwetter. 2013 fielen ca. 4.524 Mg Klärschlamm (Trockenmasse) an. Der mit Zentrifugen entwässerte Faulschlamm wird sowohl in der Mono- als auch in der Mitverbrennung entsorgt. Die neue Kläranlage Wansdorf wurde 1998 in Betrieb genommen und hat eine Reinigungskapazität von etwa 40.000 m³ pro Tag bei Trockenwetter. 2013 wurden in Wansdorf ca. 6 Mio. m³ Berliner Abwasser aus Spandau behandelt. Das entspricht in etwa 45% der gesamten Abwassermenge, die in der Kläranlage Wansdorf im Jahr 2013 behandelt wurde. Der in Faulbehältern ausgefaulte Schlamm wird mit Zentrifugen entwässert und in der Mitverbrennung entsorgt. Im Jahr 2013 waren das ca. 4.490 Mg Trockenmasse. Das in der Faulung erzeugte Klärgas wird für die Strom- und Wärmeerzeugung genutzt. Da der Klärschlammanfall von verschiedenen Einflussfaktoren abhängt, kann dieser von Jahr zu Jahr und natürlich auch im Jahresgang schwanken. Die folgende Graphik veranschaulicht die Mengenentwicklung des Klärschlammanfalls der Berliner Kläranlagen von 2004 bis 2013. Nach dem Rückgang des Klärschlammaufkommens im Jahr 2009 ist seit 2010 wieder eine Zunahme zu verzeichnen. Dieser Trend setzte sich 2013 fort. Die Zunahme von ca. 0,7% im Vergleich zu 2012 liegt im normalen Schwankungsbereich, der vor allem durch das Wasserverbrauchsverhalten der Bevölkerung, das Gebrauchsverhalten der Industrie und nicht zuletzt durch klimatische Einflüsse wie Niederschläge beeinflusst wird. Hinzu kommen aber auch technologische Veränderungen und Kapazitätserweiterungen, um die Kläranlagen den stetig steigenden Anforderungen an die Abwasserbehandlung zum Wohle von Mensch und Umwelt anzupassen.

Plus-Energie-Kläranlage mit Phosphorrückgewinnung

Die Kläranlage der Stadt Lingen hat eine Ausbaugröße von 195.000 Einwohnerwerten (EW) bei tatsächlicher Belastung bezüglich der CSB-Fracht (CSB = Chemischer Sauerstoffbedarf) von 150.000 EW (Stand 2010). Durch den Industrieabwasseranteil von 60 Prozent ist die CSB-Konzentration im Zulauf etwas höher als üblich. Die biologische Reinigung erfolgt über eine 3-straßige Belebungsanlage mit vorgeschalteter Denitrifikation in Kaskadenbauweise und biologischer Phosphatentfernung. Primär- und Überschussschlamm werden in zwei Faultürmen unter anaeroben Bedingungen stabilisiert, entwässert und thermisch verwertet. Ziel dieses Projekts war die Umwandlung der Anlage in eine Kläranlage mit Energieüberschuss (Plus-Energie-Kläranlage) bei gleichzeitiger Phosphorrückgewinnung von 30 Prozent bezogen auf den Kläranlagenzulauf. Erreicht werden sollte dies im Wesentlichen mit einer Verfahrensumstellung in der Schlammfaulung und durch die Installation einer Anlage zur Fällung und Rückgewinnung von Phosphat aus dem ausgefaulten Schlämmen. Im Vorhaben erfolgte die erstmalige großtechnische Umsetzung des LysoTherm®-Verfahrens, eines kompakten, kontinuierlich arbeitenden thermischen Schlammdesintegrationsverfahrens, bei dem der Schlamm indirekt, mit Thermalöl, erhitzt wird. Mit der installierten Anlagentechnik lässt sich die getrennte Faulung mit vorangegangener Desintegration des Überschussschlammes (LysoGest®) realisieren, kann aber auch mit Mischung von Primär- und Überschussschlamm betrieben werden. Außerdem erfolgte die erste großtechnische Installation einer EloPhos®-Anlage zur Rückgewinnung (MAP-Fällung) von Phosphor. Weiterhin wurden eine Zentrifuge zur Faulschlammentwässerung und neue Blockheizkraftwerke (BHKW) mit höherem elektrischen Wirkungsgrad installiert. Im Ergebnis konnte durch die Umsetzung der Maßnahmen, insbesondere durch die LysoTherm®-Anlage, die thermische Desintegration der Schlämme gesteigert und die Faulgasproduktion erhöht werden. Eine technisch mögliche Rückgewinnung von 13 Prozent Phosphor bezogen auf den Kläranlagenzulauf verfehlt zwar das Ziel des Vorhabens, 30 Prozent Phosphor zurück zu gewinnen, jedoch wird mittels der MAP-Fällung die Schlammentwässerbarkeit erheblich verbessert. Insgesamt konnte durch die Maßnahmen die entwässerte Klärschlammfracht um 30 Proztent reduziert werden. Der Polymerverbrauch und der Verbrauch an Eisenlösung wurden ebenfalls signifikant gesenkt. Durch den Mehrgasanfall konnte in Verbindung mit den neuen BHKWs die Eigenstromerzeugung von 61 Prozent im Jahr 2010 auf 83 Prozent gesteigert werden. Das Ziel, eine Eigenstromerzeugung von >=100 Prozent, wurde mangels geeigneter Co-Substrate nicht erreicht. Als Ergebnis der umgesetzten Maßnahmen können jährlich CO 2 -Emissionen in Höhe von ca. 400 Tonnen vermieden werden. Den größten Anteil daran hat mit 240 Tonnen pro Jahr die Erzeugung regenerativer Energie durch die Erhöhung der Gasproduktion durch den höheren Abbau der organischen Fracht in der Faulung und mithilfe der neuen Blockheizkraftwerke. Einen wesentlichen Anteil leistet mit 150 Tonnen pro Jahr auch die Vakuum-Entgasung der Phosphorfällung durch Vermeidung von Methan-Emissionen. 10 Tonnen werden durch vermiedene LKW-Transporte eingespart, da die Menge an zu entsorgendem Schlamm um 30 Prozent gesenkt wurde. Mit dem Vorhaben konnte gezeigt werden, dass die thermische Desintegration LysoTherm® und die Phosphatfällung EloPhos® auch bei Kläranlagen mittlerer Größe die Wirtschaftlichkeit und die Umweltbilanz erheblich verbessern. Die praktischen Erfahrungen mit den eingesetzten neuen Verfahren lassen eine Übertragbarkeit auf andere Kläranlage vergleichbarer Größe jederzeit erwarten. Dieses Vorhaben wurde im Förderschwerpunkt „Energieeffiziente Abwasseranlagen“ des Umweltinnovationsprogramms gefördert. Mit dem Förderschwerpunkt wurden innovative Projekte unterstützt, die energetische Ressourcen sowohl bei der Behandlung von Abwasser und Klärschlamm, als auch bei der Eigenenergieerzeugung erschließen. Branche: Öffentliche Verwaltung, Erziehung, Gesundheitswesen, Erholung Umweltbereich: Wasser / Abwasser Fördernehmer: Stadt Lingen Bundesland: Niedersachsen Laufzeit: 2011 - 2016 Status: Abgeschlossen Förderschwerpunkt: Energieeffiziente Abwasseranlagen

Ausbau kommunale Abwasserbeseitigung

Im Zeitraum von 1990 bis 2023 hat sich der Anschlussgrad (pdf-Datei 14 KB) der Bevölkerung an öffentlichen Abwasseranlagen (Kanalisation, Kläranlagen) deutlich vergrößert. Die Anzahl der Einwohner deren Abwasser in öffentlichen Kläranlagen gereinigt wird, hat sich in diesen Jahren um etwa 500.000 erhöht. Vergleicht man das Niveau der kommunalen Abwasserbehandlung (pdf-Datei 28 KB) von 1990 mit dem des Jahres 2023, wird der Umfang des Baues von Kläranlagen besonders deutlich. Während im Jahr 1990 das Abwasser von nur 0,3 % der Bevölkerung Sachsen-Anhalts in einer Kläranlage mit weitergehender Nährstoffeliminierung (damals nur Phosphoreliminierung) gereinigt wurde, wird 2023 das Abwasser von 94,1 % der Bevölkerung öffentlichen Kläranlagen zugeleitet, die neben der biologischen Grundreinigung zusätzlich über Reinigungsstufen zur weitergehenden Stickstoff- und/oder Phosphoreliminierung verfügen. Der Erfüllungsstand  der in der EG Richtlinie "Kommunalabwasser" 91/271/EWG festgelegten Anforderungen ist in Lageberichten über die kommunale Abwasserbeseitigung dargelegt. Letzte Aktualisierung: 08.07.2024

Verbesserung der Entstickung bei biologischer Abwasserklaerung durch Kohlenstoffdosierung aus Klaerschlammhydrolyse

Das Projekt "Verbesserung der Entstickung bei biologischer Abwasserklaerung durch Kohlenstoffdosierung aus Klaerschlammhydrolyse" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Karlsruhe, Institut für Siedlungswasserwirtschaft durchgeführt. Primary sedimentation is a widely used process for wastewater treatment. The removal of a significant fraction of the incoming organic load during primary sedimentation results in a load reduction of the subsequent conventional biological treatment and allows for the overall optimization of a treatment plant. However, in the case of biological nutrient removal (BNR) processes the increased requirements in the biological reactors (denitrification and biological phosphorus removal) are in contradiction with primary sedimentation attainments. This contradiction can be resolved by applying anaerobic treatment to the primary sludge in order to produce the necessary additional carbon source through primary sludge hydrolysis. The object of this research is to investigate the influence of sludge hydrolysis processes on the composition and amount of the produced hydrolysate as well as on the quality of hydrolysate as carbon source under varying hydrolysis conditions. Dewaterability studies are also performed to investigate the effect of sludge hydrolysis process on sludge-dewaterability. The optimized conditions of operation will be applied on the wastewater treatment plants in Alexandria, Egypt. This study presents the results of a research involving bench scale experiments related to primary sludge hydrolysis. Temperature, retention time and pH value were the main parameters involved in the design of hydrolysis units. Sodium hydroxide, calcium hydroxide and ferric chloride were the chemicals mainly used for pH adjustment and conditioning of the hydrolysed sludge. Performance is expressed in terms of soluble COD produced as a fraction of sludge total COD. The following main conclusions can be drawn: a) A soluble COD of the order of 15 - 20 percent in terms of sludge TCOD with RT = 6,0 hours at temperature = 35 degrees centigrade at normal pH was achieved. b) At pH = 11, T = 20 degrees centigrade and RT = 6,0 hours, an increase up to 25 - 30 percent soluble COD was obtained. c) A significant soluble COD production of abour 45 percent can be obtained with RT = 6,0 hours, T = 35 degrees centigrade at pH = 11. d) The use of the produced hydrolysate succeeded to improve the denitrification rate up to 9,8 and to 5,7 mg NO3 -N/gVSS.h for biological and chemical biological hydrolysate respectively and to decrease the phosphorus content up to 1,0 mg P/l in the effluent of activated sludge treated wastewater. e) The hydrolysis process has a bad effect on sludge dewatering. In Egypt, the situation is most critical. The Egyptian economy has traditionaly heavily relied on agriculture, as a source for growth, which is almost dependent on surface water for irrigation. Egypt has no effective rainfall except for a narrow band along the nothern coastal areas. The possibility of increasing the fresh water resources from the conventional sources (Nile, rain, groundwater) is doubtful...

Teilprojekt 2

Das Projekt "Teilprojekt 2" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von LAR Process Analysers AG durchgeführt. Hauptziel ist die Entwicklung einer Abwasserweiche (AbWW) zur gezielten Ansteuerung einer anaeroben (Vor-)Behandlung für organisch hochkonzentrierte Abwässer aus Industrie und Kommune. Durch Kappung der Belastungsspitzen kann zum einen die Belastung der Belebungsstufe reduziert werden, was zur Reduzierung des Energiebedarfs und zu geringerem Schlammanfall führt. Über ein computergestütztes Verfahren zur Ansteuerung der AbWW soll einerseits die organische Zulauffracht optimal ausgenutzt werden, andererseits ist zur Gewährleistung einer Denitrifikation und ggf. der biologischen P-Elimination in der Belebungsstufe ein ausreichendes C/N-Verhältnis einzustellen. Zur Regelung der AbWW sollen verschiedene Parameter (TOC, TNb sowie als Hilfs- oder Ersatzgrößen Redoxpotential, Leitfähigkeit, Temperatur, pH, Stickstoff-Parameter, Trübung) untersucht werden, um zu bestimmen, welche einzeln oder in Kombination eingesetzt werden können.

Teilprojekt 1

Das Projekt "Teilprojekt 1" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von AKUT Umweltschutz Ingenieure Burkard und Partner durchgeführt. Hauptziel ist die Entwicklung einer Abwasserweiche (AbWW) zur gezielten Ansteuerung einer anaeroben (Vor-)Behandlung für organisch hochkonzentrierte Abwässer aus Industrie und Kommune. Durch Kappung der Belastungsspitzen kann zum einen die Belastung der Belebungsstufe reduziert werden, was zur Reduzierung des Energiebedarfs und zu geringerem Schlammanfall führt. Über ein computergestütztes Verfahren zur Ansteuerung der AbWW soll einerseits die organische Zulauffracht optimal ausgenutzt werden, andererseits ist zur Gewährleistung einer Denitrifikation und ggf. der biologischen P-Elimination in der Belebungsstufe ein ausreichendes C/N-Verhältnis einzustellen. Zur Regelung der AbWW sollen verschiedene Parameter (TOC, TN sowie als Hilfs- oder Ersatzgrößen Redoxpotential, Leitfähigkeit, Temperatur, pH, Stickstoff-Parameter, Trübung) untersucht werden, um zu bestimmen, welche einzeln oder in Kombination eingesetzt werden können.

Teilprojekt 3

Das Projekt "Teilprojekt 3" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Berlin, Institut für Bauingenieurwesen, Fachgebiet Siedlungswasserwirtschaft durchgeführt. Hauptziel ist die Entwicklung einer Abwasserweiche (AbWW) zur gezielten Ansteuerung einer anaeroben (Vor-)Behandlung für organisch hochkonzentrierte Abwässer aus Industrie und Kommune. Durch Kappung der Belastungsspitzen kann zum einen die Belastung der Belebungsstufe reduziert werden, was zur Reduzierung des Energiebedarfs und zu geringerem Schlammanfall führt. Über ein computergestütztes Verfahren zur Ansteuerung der AbWW soll einerseits die organische Zulauffracht optimal ausgenutzt werden, andererseits ist zur Gewährleistung einer Denitrifikation und ggf. der biologischen P-Elimination in der Belebungsstufe ein ausreichendes C/N-Verhältnis einzustellen. Zur Regelung der AbWW sollen verschiedene Parameter (TOC, TNb sowie als Hilfs- oder Ersatzgrößen Redoxpotential, Leitfähigkeit, Temperatur, pH, Stickstoff-Parameter, Trübung) untersucht werden, um zu bestimmen, welche einzeln oder in Kombination eingesetzt werden können.

Phosphorrecycling - Rückgewinnung von industriell bzw. landwirtschaftlich verwertbaren Phosphorverbindungen aus Abwasser und Klärschlamm

Das Projekt "Phosphorrecycling - Rückgewinnung von industriell bzw. landwirtschaftlich verwertbaren Phosphorverbindungen aus Abwasser und Klärschlamm" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Hochschule Aachen, Lehrstuhl und Institut für Siedlungswasserwirtschaft durchgeführt. Ziel des Vorhabens ist es, die im Abwasser und im Schlamm enthaltenen Phosphorverbindungen in hoch konzentrierter und wieder verwertbarer Form zurückzugewinnen, um den Phosphorkreislauf weitgehend und auf möglichst kurzem Wege zu schließen. In Deutschland haben sich die chemische Fällung und die vermehrte biologische Phosphorelimination als Verfahren zur Entfernung von Phosphor aus dem Abwasser etabliert. Die Verwertung des anfallenden Klärschlamms erfolgte bisher in der Landwirtschaft bzw. im Landschaftsbau, zur Entsorgung wurde der Klärschlamm deponiert bzw. spätestens ab Juni 2005 verbrannt. Im Zuge der schärferen Grenzwerte für eine stoffliche Klärschlammverwertung wird in Zukunft die Verbrennung von Klärschlamm einen Entsorgungspfad mit wachsender Bedeutung darstellen. In einer ersten Phase des Projektes wurden Untersuchungen zur Phosphorrückgewinnung im Labormaßstab durchgeführt, deren Ergebnisse dann in der zweiten Phase auf eine halbtechnische Umsetzung ausgewählter Verfahren übertragen werden sollten. In der ersten Phase wurden folgende drei Ansätze verfolgt: Ansatz 1: Rückgewinnung von Phosphor aus dem Überschussschlamm der biologischen Phosphorelimination; Ansatz 2: Rückgewinnung von Phosphor aus dem Fällschlamm der chemischen Phosphorelimination; Ansatz 3: Rückgewinnung von Phosphor aus Klärschlammasche.

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