Ersparnis für Traunstein - Energiegewinnung mit Desintegration

Klärschlamm Traunstein

Die Entsorgung von Klärschlamm wird durch die Novellierung der Klärschlammverordnung in Deutschland zunehmend zu einer Herausforderung für Städte und Kommunen. Umso mehr erweist sich das Konzept der VTA Gegenstromdesintegration (GSD) als äußerst attraktiv

Das zeigt auch ein knapp zweijähriger Pilotversuch in der Kläranlage Traunstein: Er ergab bis zu 30.000 kWh mehr Strom pro Monat und eine Reduzierung der zu entsorgenden Klärschlamm-Menge um 14 %. Das Konzept amortisiert sich innerhalb von 3,5 Jahren. Die Entsorgungskosten für Klärschlamm betragen mittlerweile bis zu 15 % der gesamten Jahreskosten von Abwasserbehandlungsanlagen. Daher gewinnt die innovative Klärschlammdesintegration mit Hilfe von Ultraschall weiter an Bedeutung. Als nachhaltiges Stoffstrom-Management bringt dieses Verfahren abfallwirtschaftlichen Nutzen und spart Kosten.

Der anfallende Klärschlamm wird unmittelbar vor der Faulung mit Ultraschall behandelt. Dies bewirkt einerseits ein Aufbrechen der Flocken; andererseits werden Zellen zerstört, wobei Zellflüssigkeit freigesetzt wird. In der darauffolgenden Faulung stehen diese freigesetzten Substanzen nicht nur schneller, sondern auch generell für die weiteren biologischen Umwandlungsprozesse zur Verfügung. Die Desintegration intensiviert den Abbau der organischen Substanzen des Klärschlammes in der Faulung und deren Umsetzung in Biogas. Die Mehrproduktion an Biogas erzeugt schlussendlich mehr Strom und Wärme in einer Kraft-Wärme-Kopplung. Zusätzlich kann die Entwässerbarkeit der anaerob stabilisierten Schlämme verbessert werden. Durch die Klärschlammdesintegration wird der Schlammanfall deutlich verringert und führt somit zu erheblichen Einsparungen. Bei der patentierten Gegenstromdesintegrationsanlage (GSD) der VTA Gruppe durchströmt ein Teil des anfallenden, eingedickten Überschussschlammes von unten nach oben den Desintegrationsreaktor. Im Reaktor befinden sich bis zu zwölf Ultraschallschwinger, an denen mit Hilfe eines Rührwerkes stetig die Schlammsuspension vorbeigeführt und behandelt wird. Je nach Aufenthaltszeit des Schlammes im Reaktor, Durchflussmenge, Rührwerksdrehzahl und Energieeintrag der eingebauten Schwingerelemente wird der Grad des Aufschlusses (ACSB, Enzymfreilegung bestimmt. Das behandelte Medium wird anschließend in die Beschickungsleitung/ Umwälzleitung des Faulbehälters zurückgeführt.

Versuchsaufbau Traunstein Die Kläranlage Traunstein hat eine Ausbaugröße von 92.000 EW, derzeit liegt die Belastung der Anlage bei ca. 80.000 EW. Sie ist mit konventioneller Vorklärung, Belebung und Nachklärung zur weitergehenden Abwasserreinigung ausgestattet. Eine VTA GSD wurde über einen Zeitraum von fünf Monaten (Mai 2014 – Ende September 2014) und in einem zweiten Versuch über 15 Monate (September 2015 bis Ende 2016) zur Desintegration von Überschussschlamm auf der Kläranlage Traunstein eingesetzt. Ziel des Langzeitversuches war, den wirtschaftlichen Einsatz der VTA-Ultraschallanlage nachzuweisen. Zur Auswertung wurden die Ergebnisse von 2014 – 2016 und den Jahren davor herangezogen, gegliedert in Zeiträume mit bzw. ohne Einsatz von VTA GSD. Diese Vorgehensweise lieferte valide Daten für das Resultat.

Deutlich höhere Abbaurate Durch die Vorbehandlung des Schlammes mit Ultraschall wurde das Potenzial für den organischen Abbau aktiviert, mit dem Ergebnis einer höheren Abbaurate des organischen Inhaltstoffes und somit einer höheren Gasausbeute. Mit VTA GSD konnte der organische Abbaugrad um ca. 15 % auf 54 % gesteigert werden, in einem zweiten Versuchszeitraum sogar auf 58 %.

Erhöhung der Faulgas-Ausbeute

Der Vergleichswert am spezifischen Gasertrag (Liter Gas pro kg zugeführter organischer Substanz) wurde als Rechengrundlage herangezogen, da hier auch jahreszeitliche Schwankungen Berücksichtigung finden. Gegenüber den Jahren 2012/2013 mit 350 Liter Gas pro kg zugeführter organischer Masse konnten mit der Desintegration im ersten Versuchszeitraum 436 l/kg oTR zugeführt erzeugt werden. Das entspricht einer Steigerung von 24,5 %. Im weiteren Verlauf des Langzeitprojektes konnte schließlich die spezifische Gasausbeute auf 582 l/kg oTR zugeführt gesteigert werden.

Desintegrationsanlage

Aus dem Stromverbrauch der gesamten Kläranlage pro Monat lässt sich darstellen, dass mit der VTA GSD-Anlage neben dem Eigenenergiebedarf (ca. 155 kWh/Tag) ca. 500 kWh/Tag an zusätzlichem Energiegewinn durch den Ultraschalleinsatz gegenüberstehen. „Es handelte sich um einen Langzeitversuch, bei der eine standardisierte VTA GSD-Anlage eingesetzt wurde. Selbst ohne speziell an die individuellen Voraussetzungen angepasst zu sein, konnte deutlich mehr Energie gewonnen werden, als hineingesteckt wurde“, betont DI Dr. Bernhard Eder, Leiter F & E bei der VTA Technologie GmbH.

Reduzierung der zu entsorgenden Klärschlammmenge

Vor den Desintegrationsversuchen erreichte die Faulung der Kläranlage Traunstein bis zu 47 % organischen Abbaugrad. Mit Hilfe der VTA GSD wurde der Abbaugrad in der Faulung auf 54 % gesteigert. „Durch den GSD-Einsatz wird darüber hinaus auch noch Polymer für die Entwässerung eingespart.“, so DI Dr. Bernhard Eder. Aufgrund des deutlich besseren Abbauverhaltens des Schlammes durch den VTA GSD-Einsatz muss in weiterer Folge auch weniger Schlamm entsorgt werden. Ausgehend von gleichbleibendem Entwässerungsverhalten liegt die rechnerische Einsparung bei der Klärschlammentsorgung bei ca. 14 %. Sollte sich die Entwässerung aufgrund der geringeren organischen Fracht im Schlamm auch noch verbessern, können zusätzliche Einsparungen erzielt werden. In Zeiten hoher Entsorgungskosten ein willkommener Benefit.

Energie-Überschuss von 130.000 kWh pro Jahr

Wird der Strombedarf von rund 50.000 kWh pro Jahr dem Stromertrag von ca. 180.000 kWh pro Jahr gegenübergestellt, kann eine klar positive Bilanz gezogen werden. Bei Gegenüberstellung von Erlös und Verbrauch neben Investition und Abschreibung sowie Verzinsung stellt sich eine Amortisation innerhalb von 3,5 Jahren ein.

Abbaurate mit VTA

  • Verbesserung des organischen Abbaugrades in der Faulung um bis zu 15 %
  • Steigerung der spezifischen Stromerzeugung um bis zu 24 %
  • im Versuchszeitraum wurden pro Monat bis zu 30.000 kWh mehr Strom erzeugt (im Mittel ca. 15.000 kWh/Monat)
  • Rechnerisch Verringerung der Klärschlammentsorgung ca. 14 % bzw. 300 t/a (1.759 t gegenüber 2.045 t)
  • Polymereinsparung bis zu 15 % möglich
  • Amortisation bis zu 3 Jahre
Praxisbericht aus dem Wissensmagazin der VTA Gruppe „Der Laubfrosch“, Ausgabe 80
DI DR. BERNHARD EDER
VTA TECHNOLOGIE GMBH

„Der großtechnische Langzeitversuch in der Kläranlage Traunstein hat die Wirtschaftlichkeit der VTA GSD-Ultraschallanlage eindeutig bewiesen.“

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