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1/2 | 2013

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Special

Special Ressourceneffizienz VSA-Anlage auf dem Gelände der Emsland Frischgeflügel GmbH in Haren (Ems) Bild: Bombeck Energieeinspar- und Kapazitätssteigerungspotenzialevon Industriekläranlagen Untersuchungen zu Energieeinspar- und Kapazitätssteigerungspotenzialen durch die Verwendung von vor Ort erzeugtem Reinsauerstoff im Rahmen eines Pilotprojektes zeigen, dass Energieeinsparungen sowie Kapazitätssteigerungen erreicht werden können, wenn bestimmte Betriebsbedingungen erfüllt werden. Die Vorteile von vor Ort erzeugtem Reinsauerstoff sind in den Fällen am größten, wenn Abwässer mit ausreichendem Puffervermögen vorhanden sind, der Betrieb der Erzeugungsanlage möglichst unter Volllast, mit Möglichkeiten zur Anpassung an Schwachlastzeiten, erfolgt sowie wenn ein optimaler Eintrag des Reinsauerstoffs in das Abwasser gewährleistet ist. Dr.-Ing. Markus Bombeck, Günter Müller-Czygan und Prof. Dr.-Ing. Dr. rer. pol. Dr. h.c. Karl-Ulrich Rudolph Kläranlagen, die zur Abwasserreinigung biologische Verfahren wie etwa das Belebungsverfahren nutzen, sindinentscheidendemMaße vomEintrag von Sauerstoff in das Belebungsbecken abhängig, da dieser für den aeroben Abbau von Schmutzstoffen benötigt wird. Dabei setzen konventionelle Eintragssysteme auf die Verwendung desLuftsauerstoffs.Auf dieseWeise wird unter hohem Energieaufwand nicht nur der etwa 21-prozentige Sauerstoffanteil der Luft eingebracht, sondern auch der für die Abbauprozesse unbrauchbare Anteil der Luft, der zum größten Teil aus Stickstoff besteht. Die Belüftung hat bei aerob-biologischen Kläranlagenmeist dengrößten Energieverbrauch, wodurch ihreBedeutungfür Energiesparmaßnahmen deutlichwird. Die Vorteile der Sauerstoffbegasung sind schon seit längerem bekannt und kommenseitden 70er Jahren verbreitet in meist industriellen Kläranlagen zur Anwendung. Kapazitätssteigerungen sind zum Beispiel dann erreichbar, wenn die vorhandene Belüftungmit einer Reinsauerstoffbegasung ertüchtigt wird. Der Reinsauerstoff wird dabei meistinflüssiger Form vongroßtechnischen Luftzerlegungsanlagen per Tankwagenangeliefert. Im Folgenden werden die Ergebnisse eines von der Deutschen Bundesstiftung Umwelt (DBU) unterdem Kennzeichen 26353–23 geförderten Forschungsvorhabens vorgestellt, in dem die HST Systemtechnik GmbH mit Sitz in Meschede Untersuchungen zu Energieeinspar- und Kapazitätssteigerungspotenzialendurch die Verwendung von vor Ort erzeugtem Reinsauerstoff durchgeführthat. Wissenschaftliche Begleitung erhielt das Projektvom IEEM–Institut für Umwelttechnik und Management an der Universität Witten/Herdecke gGmbH. DieUntersuchungen wurden auf der Industriekläranlage der Emsland Frischgeflügel GmbH in Haren (Ems) durchgeführt. 18 UmweltMagazin Januar 2013

Die Sauerstoffversorgung der biologischen Abwasserreinigungsanlage erfolgte während der Pilotphase zu 50 Prozent mit Reinsauerstoff (in eines der beiden Belebungsbecken), der ineiner Gastrennungsadsorptionsanlage des Herstellers AirProducts gewonnen wurde. Dieauf vergleichbaren Anlagen übliche Anlieferung von flüssigem Sauerstoff mit der zugehörigen technischen und logistischen Peripherie war durch die Vor-Ort-Erzeugungvon Reinsauerstoff nichterforderlich. Versuchsdurchführung und Ergebnisse Für die Durchführung einer Messkampagne wurde eine der beiden parallelen Reinigungsstraßen mit einer Vakuumwechseladsorptionsanlage (VSA) ausgerüstet, umeine Begasung mit Reinsauerstoff zu ermöglichen. Dieeingesetzte Prozessleittechnikund das ausgewählte Betriebsführungssystem HydroDat wurdenentsprechendkonfiguriertund mit demauf der KläranlagebestehendenProzessleitsystem abgeglichen. Für die Aufzeichnung der wesentlichen Betriebsparameter wurde die Parametrierung der Messtechnik und der Probenehmer mit allen beteiligtenParteienabgestimmt und die Versuchsanordnung für die wissenschaftlichen Begleituntersuchungen aufgebaut. Es folgten die Inbetriebnahme der Pilotanlageund derVersuchsbetrieb mit begleitenderAnalyse der Untersuchungsergebnisse. Nachdem einige HürdenimZugeder Installation und Inbetriebnahme überwundenwerdenkonnten, stellte sicheine stabile Messkampagne im Zeitraum vom 17.03.2011 bis 09.06.2011 ein. Hierbetrugder Zufluss zurKläranlage im Sieben-Tage-Mittel 2865 Kubikmeter bei einer durchschnittlichen CSB (chemischer Sauerstoffbedarf)-Zulaufkonzentration zu denBelebungsbecken von gut 700 Milligramm pro Liter (mg/l). Sämtliche Einleiterwerte wurden währenddes stabilenVersuchszeitraums vonder Piloteinrichtung eingehaltenbeziehungsweise unterschritten. Der Vergleich der erhobenen prozesstechnischen Parameter von konventionell belüfteter und Reinsauerstoff-begaster Reinigungsstraße zeigt, dass der Einsatz solcherVSA-Anlagen untergeeignetenBedingungen eine Energieeinsparung sowie eine Kapazitätssteigerung bewirken kann. Im Zuge des Projektes haben sich jedoch Rahmenbedingungen offenbart, die sich für den vorliegenden Anwendungsfall als nachteilig erwiesen haben.Aufgrund der folgendenAspekte ließ sichdie erwarteteEnergieeinsparung nicht realisieren: 7 Die VSA-Anlage konnte wegen der intermittierenden Belüftung nicht im optimalen Betriebspunkt betrieben werden.Das stetige An- und Abfahrenund das aus energetischer Sicht schlechte Teillastverhalten führten zu einem höheren spezifischen Stromverbrauch als bei einem Volllastbetrieb der VSA-Anlage (siehe Grafik 1). Des Weiterenwurde die Kapazität der VSA-Anlage bei Spitzenbelastungen zulediglich etwa UmweltMagazin Januar 2013 Wasrichtig gärt, wird endlich Watt! Dekanter der GEA Westfalia Separator Group: effizientes Bindeglied zwischen Biogaserzeugung und Gärresteaufbereitung. Soerzeugen Sie marktfähigen Dünger, schließen Stoffströme und erreichen Direkteinleiterqualität. GEA Westfalia Separator Group GmbH Werner-Habig-Straße 1, 59302 Oelde, Deutschland Tel.: +49 2522 77-0, Fax: +49 2522 77-2950 ws.info@gea.com, www.gea.com engineering forabetterworld ET-222-1-005

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