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9 | 2014

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SPECIAL

SPECIAL Wasserkreisläufe/Pumpen Pilotanlage für das Advanced Biological Nutrient Recovery Verfahren Nachhaltiges Wassermanagement Nachhaltiges Wassermanagement ist sowohl aus politischer als auch aus industrieller Sicht ein Thema, dass zunehmend an Bedeutung gewinnt. Die Dringlichkeit des Themas wurde in den vergangenen Jahren aufgrund klimatischer und ökologischer Auswirkungen verstärkt. Der erhöhte Nährstoffeintrag in abgeleitetem Abwasser belastet zunehmend unsere Gewässer und beeinflusst deren Wasserqualität negativ, dasich durch die daraus folgende Eutrophierung der Aufbau der Ökosysteme dramatisch verändern kann. Das „Advanced Biological Nutrient Recovery“-Verfahren soll dem entgegenwirken. Flugzeug abstürzen würde. Es haben mehr Menschen ein Mobiltelefon als Zugang zu einerToilette. Diese Fakten verdeutlichen die Notwendigkeit effizienter Abwasseraufbereitungssysteme. Ein zusätzliches Problem entsteht jedoch durch die aus diesen Abwasseraufbereitungsanlagen erhöhte Produktion von Klärschlamm. Durch den erhöhten Eintrag von Nährstoffen werden hier immer mehr Chemikalien verwendet, um diese zu neutralisieren.Diese müssen dann aus dem Schlamm entfernt werden. Eine mögliche Nutzung dieser Nährstoffe wäre sinnvoll und würde die Entsorgung des Klärschlamms vereinfachen. Rick Johnson und Caroline Hoffmann Der globale Wasserbedarfverdoppelt sichetwaalle 20 Jahre. Schon heute gibt es nicht genügend sauberes Wasser, um diese Nachfrage zu decken. Die zunehmende Verunreinigung der Gewässer durch eingeleitete Abwasserströme aus Industrie, Kommunen und Landwirtschaft verringern die Verfügbarkeit von sauberem Wasser weiter. Mehr als 3,4 Millionen Menschen sterben jährlichaufgrund vonverschmutztemWasser, unzureichender Hygiene und fehlenden Abwassersystemen. Aufgrund des mangelhaften Zugangs zu sauberem Wasser und funktionierenden Abwassersystemen sterben jährlich genauso viele Kinder, als ob alle vierStundenein Das Advanced Biological Nutrient Recovery“-Verfahren Weltweit gibt esverschiedenste Ansätze, denNährstoffeintrag in Gewässer besserzukontrollieren. Viele Verfahren sind zwar sehr effektiv, allerdings auch Vereinfachtes Fließschema des Advanced Biological Nutrient Recovery Verfahren 16 UmweltMagazin September 2014

sehr kostenintensiv. Das Bestreben sollte folglichsein, auchein wirtschaftlich sinnvolles Konzept zu entwickeln. Water Recovery mit Sitz in Missoula, Montana/USA hat das Advanced Biological Nutrient Recovery-Verfahren (ABNR) entwickelt. Beim ABNR-Verfahren handelt es sich umein innovatives und nachhaltiges System zur Wasseraufbereitung sowohl für Industrie- als auch Kommunales Abwasser. Es basiert auf einem konventionellen Belebtschlamm-Konzeptund nutztzusätzlich Algen und weitere Organismen, um Phosphor, Stickstoff und CSB stark zu reduzieren. DasSystemist modular aufgebaut und lässt sichinjedebestehende Kläranlage integrieren. Erste Anlagen zeigen, dass Phosphor um bis zuFaktor zehnund Stickstoff um Faktor drei reduziertwerdenkönnen. Der ABNR-Prozess besteht prinzipiell aus drei Phasen. In der ersten Phase (Blend) wird der Ablauf der Kläranlage in den Prozess eingeleitet. Die zweite Phase (Nutrient Recovery) dient zur Nährstoffrückgewinnung aus dem Abwasser durch Photosynthese. Hierzu wird CO 2 benötigt, was aber auf den meisten Kläranlagen bereits verfügbar istund genutztwerdenkann. In derdritten Phase (Separation) wird die überschüssigeBiomasse, die nicht für denErhalt des Systems benötigt wird, abgetrennt. Ein Teilstrom des Abwasser-Algen-Gemischs wird indie erste Phase zurückgeführt. Bio-Cel Membran für kritischen Prozess Die Abtrennung der Algen vom Abwasser inPhase drei ist ein kritischer Punkt im Prozess. Clearas Water Recovery hat gemeinsammit demfür die Separationsanlage zuständigen Partner Ovivo aus Austin, Texas/USA Versuche mit verschiedensten Membranmodulen in unterschiedlichsten Konfigurationen durchgeführt.Die zuverlässigste Lösung konnte mit den getauchten Bio-Cel Membran-Kassetten der Microdyn-Nadir GmbH (hier ineinem vonOvivoentwickeltenModul verbaut: das OV-100)erzielt werden.Die Bio-Cel Konstruktion kombiniert die Grundsätze der Platten- und Hohlfaser-Module und verwendet ein Membran-Laminat. Dieses ähnelt im Aufbau den Hohlfasermodulen, ist geometrisch aber einem Plattenmodul zuzuordnen. Die offenenoberen und unteren Kanäle Aspect AS ABNR Food / Mass balance Food to Mass (F/M) ratio Culture density Returned stream Return Activated Sludge (RAS) Return Activated Algae (RAA) Excess biomass removal Waste Activated Sludge (WAS) Waste Activated Algae (WAA) Food / Mass adjustment Wasting Harvest Tabelle 1: Vergleich von konventionellen Abwasserbehandlungsanlagen und ABNR Constituent Percent reduction Champion data, mg/L Total Phosphorus 99,4% Non Detect Total Nitrogen 94,7% 0.36 Biological Oxygen Demand 95,9% Non Detect Ammonia 92,3% Non Detect Total Kjeldahl Nitrogen 95,0% Non Detect Chemical Oxygen Demand 91,6% Non Detect Tabelle 2:Zusammenfassung der ABNR-Ergebnisse Characteristic Cost relative to chemical treatment Capex 0,86 Opex 0,68 Power consumption 0,78 Chemical consumption 0,06 Tabelle 3: Kostenvergleich zu konventionellen Methoden der Module verhindern während des kontinuierlichen Querstrom-Betriebs die Ansammlung vonSchlamm und Fasern beziehungsweise in diesem Fall Algen. Die selbsttragende Struktur des Membranmoduls erlaubt eine rahmenfreieInstallation, wodurch Verblockungen inden Randbereichen der Taschen vermiedenwerden. Erste Pilotversuche haben gezeigt, dass bei einer Temperatur von 15 bis 20°Cund einemTSS-Gehalt von 0,5 g/l (Algen) eine konstante Durchflussleistung von 25l/m 2 xherreicht werden kann. Algenbiomasse lässt sich weiter vermarkten Die ABNR-Anlage wird ähnlich wie eine konventionelle Belebtschlamm- Anlage betrieben. Auch hier wird ein Teil der produzierten Algen anden Anfang des Prozesses zurückgeführt (Return Activated Algae) und ein Teil der Algen abgetrennt, um eine konstante Algen-Dichte zu erhalten (Waste Activated Algae). Tabelle 1verdeutlicht den Unterschied zwischen einer konventionellen Kläranlage und demABNR-Verfahren. Da die Konzentration der Nährstoffe im Zulauf zur ANBR-Anlage variieren kann, istdie ABNR-Anlagesoausgelegt, dass auch die Konzentration der Algen angepasst werden kann. Eine Anpassung erfolgt über eine Modifizierung Bild, Grafik und Tabellen (3): Microdyn Nadir, Clearas Water Recovery der Abzugsrate (harvest rate) der Algen aus dem System. Tabelle 2 zeigt die durchschnittlichen Ergebnisse mehrererAnlagen auf. Hierbeihandelt es sich um einen Durchschnittswert von kommunalen, industriellen und landwirtschaftlichenAnlagen. Die entstehende Algen-Biomasse kann potenziell weiter vermarktet werden und muss somit nicht zwingend entsorgt werden. Die Qualität der abgetrennten Biomasse hängt von den Zulaufparametern ab. Fazit Zu Beginn des Artikels wurde die Wirtschaftlichkeit solcher Anlagen angesprochen. Bei der Kosten-Betrachtung sind natürlich eine Vielzahl an Faktoren zu betrachten. In Tabelle 3 werden die Kosten einer ABNR-Anlage im Vergleich zueiner konventionellen chemischen Behandlung dargestellt. DieseDatenwurden füreine Anlage mit 18 900 m 3 /d zu behandelndem Abwasser exemplarischerrechnet. Somit bietet die Clearas ABNR-Technologie eine zuverlässige und wirtschaftlich sinnvolle Möglichkeit, Komponenten wie Phosphor und Stickstoff im Abwasserzureduzieren. Rick Johnson, Clearas Water Recovery, Missoula, Montana/USA; Caroline Hoffmann, Microdyn-Nadir GmbH, Wiesbaden, info@microdyn-nadir.de UmweltMagazin September 2014 17

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