Klärgas: Mehr Effizienz durch neue Technologie

VTA MicroTurbine Turm Hochlastfaulung

Auf einer Kläranlage in Thüringen bewährt sich die Zwei-Phasen-Faulung im Zusammenspiel mit einer MicroTurbine von VTA

Vor einer bedeutenden Entscheidung standen die Verantwortlichen des Wasser- und Abwasser-Verbands Hildburghausen (WAVH) im Jahr 2014: Die Kläranlage Hildburghausen stieß an die Grenzen ihrer Kapazität. Die absehbare zukünftige Entwicklung bei den Anschlüssen bot zwei Möglichkeiten: Errichtung eines weiteren, dritten Belebungsbeckens zur aeroben Schlammstabilisierung oder Umrüstung auf eine anaerobe Stabilisierung mit Faulung.

Man entschied sich schließlich für den Bau einer neuartigen, optimierten Hochlastfaulungsanlage. Ausschlaggebend dafür waren Kostensteigerungen, die bei Strom und Schlammentsorgung in Zukunft zu erwarten sind. Denn trotz höherer Investitionskosten punktet diese Anlagentechnik gegenüber einer Erweiterung der aeroben Stabilisierung durch den günstigeren Betrieb bzw. eine deutliche Reduktion der zu entsorgenden Klärschlammmenge. Außerdem bietet sie die Möglichkeit, einen Teil der Energie durch Nutzung des Faulgases mithilfe einer MicroTurbine zurückzugewinnen.

Das altbewährte Standardverfahren der Faulung, die anaerobe Schlammstabilisierung, beruht auf einer langen Verweilzeit des zugeführten Schlammes im Faulturm, in der Regel 20 bis 25 Tage. Daher sind große Reaktorvolumina nötig. Außerdem verlangt dieses System ein permanentes Umwälzen des Reaktorinhalts, wobei viel Energie verbraucht wird.

Reaktorraum kann kleiner sein Neue Technologien wie die Hochlastfaulung, welche in Deutschland bereits vereinzelt im Einsatz sind, kommen dagegen mit einem sehr kleinen Reaktorraum aus und sind in der Errichtung weitaus kostengünstiger als das Standardverfahren. Doch ohne energieintensive Umwälzung geht es auch dabei nicht, mit einem weiteren Nachteil: Die entstehende Kurzschlussströmung bewirkt einen Frischsubstratschlupf, das heißt: Ein Teil des zugeführten Frischschlammes kann nicht stabilisiert werden und verlässt den Faulraum unmittelbar infolge der Vermischung über den sequenziellen Schlammaustrag.

Um das zu vermeiden, setzt man in Hildburghausen zusätzlich auf eine Zwei-Phasen-Trennung des zugeführten Schlamms im Faulungsreaktor mittels Schwerkraft. Dadurch bilden sich im Reaktorraum eine dünnflüssige, mit Feinstpartikeln versetzte Phase und eine sedimentäre Phase. Dies begünstigt die Aufkonzentrierung der aktiven Bakterienmasse; Energie wird nur für die Einarbeitung der Frischschlammmasse in die sedimentäre Fraktion benötigt. Somit erübrigt sich die ständige Umwälzung des gesamten Reaktorinhaltes, und der Frischschlammschlupf wird verhindert. Diese Konzeption der Faulung basiert auf Erfahrungen aus der Biogas-Technik im Agrarsektor.

Erfolgreiche Alternative

Gebäudetechnisch setzt sich die Anlage aus einem Voreindicker, einem relativ hohen und schlanken Faulbehälter und einer dazwischenliegenden Maschinenhalle zusammen. Die beiden Behälter bestehen aus Edelstahlzylindern samt Trichterspitze mit nachträglich aufgebrachter Isolierung. Die Gasverwertung erfolgt durch eine CR50-MicroTurbine von VTA, die im Trichterbereich der Behälter und in der Maschinenhalle untergebracht ist.

Inzwischen wurde das Verfahren der Zwei-Phasen-Faulung als Alternative zu einer weiteren Belebungsstufe auf der Kläranlage Hildburghausen umgesetzt und ist seit April 2017 in Betrieb. Nach erfolgreicher Einfahr- und Optimierungsphase wird die MicroTurbine jährlich mindestens 40 % des gesamten Stromverbrauchs und 100 % des Wärmebedarfs der Kläranlage abdecken. Zugleich wird die anfallende Klärschlammmenge, die entsorgt werden muss, durch das Verfahren um mindestens 30 % reduziert.

Praxisbericht aus dem Wissensmagazin der VTA Gruppe „Der Laubfrosch“, Ausgabe 78
DI Jens Saborowski 
Arequa GmbH

„Die MicroTurbine wird mindestens 40 % des gesamten Stromverbrauchs und 100 % des Wärmebedarfs der Kläranlage abdecken.”

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