Betriebsmitteleinsatz auf Kläranlagen im Lichte …Betriebsmitteleinsatz auf Kläranlagen im Lichte...
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6. IFWW-6. IFWW-FachkoloquiumFachkoloquium„Aus der Praxis für die Praxis“„Aus der Praxis für die Praxis“
am 20.06.2006 in Halternam 20.06.2006 in Haltern
Dr.-Ing. Joachim ReichertDr.-Ing. Joachim ReichertNiersverbandNiersverband
Betriebsmitteleinsatz aufBetriebsmitteleinsatz aufKläranlagen im LichteKläranlagen im Lichte
aktueller Anforderungenaktueller Anforderungen
Betriebsmitteleinsatz auf Kläranlagen im LichteBetriebsmitteleinsatz auf Kläranlagen im Lichteaktueller Anforderungenaktueller Anforderungen
1. Einführung
2. Betriebsbedingungen auf dem KW MG-Neuwerk
3. Pilotanlage zur MAP-Fällung auf dem KW MG-Neuwerk
4. Versuchsergebnisse
5. Ausblick
Rohrleitungen / Aggregate imSchlammbereich
Belagsverhinderer
Faulbehälter / Entwässerung /Sonderanwendungen
Entschäumer
Rohrleitungen, AggregateReinigungschemikalien
Weitergehende AbwasserreinigungAktivkohle
Stabilisierung der N-EliminationChemikalien zur pH-Stabilisierung /Anhebung der Säurekapazität
Förderung der DenitrifikationC-Quellen (Ethanol, Essigsäure)
Entwässerung / EindickungVerbesserung des Absetzverhaltens
Flockungshilfsmittel (FHM)
Chemische P-EliminationVerbesserung des Schlammindexes
Fällmittel
Anwendungsbereich:Betriebsmittel / -stoff:
1.1. Arten von Betriebsmitteln /- stoffen
1. Einführung
1.2. Wirtschaftliche Bedeutung der Betriebsmittel /- stoffe
Kosten für Betriebsmittel 2000
505.190 € (76%) 20.043 €
(3%)
17.190 € (3%)115.246 €
(18%)
Fällmittel Flockungshilfsmittel Entschäumer Belagsverhinderer
Summe 657.669 €
1.2. Wirtschaftliche Bedeutung der Betriebsmittel /- stoffe (2)
Kosten für Betriebsmittel 2000
505.190 € (76%) 20.043 €
(3%)
17.190 € (3%)115.246 €
(18%)
Summe 657.669 €
Kosten für Betriebsmittel 2005
312.936 €(25%)
61.670 € (5%)
752.876 €(60%)
127.473 € (10%)
Fällmittel Flockungshilfsmittel Entschäumer Belagsverhinderer
Summe 1.254.955 €
1.3. Gründe für einen intensivierten Betriebsmitteleinsatz
� Weitergehende Stickstoffelimination
� Zunehmender Einsatz der biologischen P-Elimination
� Geringere Schlammbelastung der biologischen Stufe
� Zunahme fadenbildender Organismen / Blähschlamm- /Schwimmschlammbildung
� Einsatz (teurer) Al-haltiger Fällmittel
� Entschäumer zur Bekämpfung schäumender FB
� Höherer Glühverlust des ausgefaulten Schlammes
� Verschlechterte Entwässerbarkeit des Klärschlammes
� Zunehmender FHM-Einsatz
� Ungünstige Abwasserzusammensetzung:zuwenig leicht abbaubare Stoffe bei gleichzeitig hohenAnforderungen an Reinigungsleistung� Zunehmender Einsatz von C-Quellen / SK-Stabilisierung
2. Betriebsbedingungen auf dem KW MG-Neuwerk
�Blähschlammprobleme im jahreszeitlichen Wechsel (warm/kalt u.umg.)
�Schäumende Faulbehälter
�Belagsbildung in Zentrifugen(MAP = Magnesium-Ammonium-Phosphat, MgNH4PO4*6H2O)
� Vorzeitiger Verschleiß der Austragsschnecke(bis zu 20 mm Abrasion in < 6.000 Betriebsstunden)
� Schwingungen: bis zu 30 mm/s� Zwangsabschaltungen / eingeschränkte Verfügbarkeit
� Inkrustierung von Rohrleitungen (MAP):
� Gefahr der Totalblockade /Unterbrechung der Schlammentsorgungslinie
�Extreme Verschlechterung der Entwässerbarkeit desKlärschlammes
2.1 MAP-Inkrustierungen auf dem KW MG-Neuwerk (1)
MAP-Kristalle im Verbund mit Schlammpartikeln inder Trommel der Zentrifugen:Dicke: bis zu 15 mm über gesamten Umfang
2.1 MAP-Inkrustierungen auf dem KW MG-Neuwerk (2)
MAP-Inkrustierung einer Rohrleitung:Zulaufleitung Zentrifugen (L=250 m, DN 200, verbleibend: DN 70)
2.2 Schlammentwässerung auf dem KW MG-Neuwerk
16
20
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32
36
Aug 98 Jul 99 Jul 00 Jul 01 Jul 02 Jul 03 Jun 04 Jun 05
TR-G
ehal
te e
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ässe
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Sch
lam
m (i
n %
)
TR-Gehalt Austrag Z 1 TR-Gehalt Austrag Z 2/3 Z 1: gleit. Mittelw. (3 Mo) Z 2/3: gleit. Mittelw. (3 Mo)
Pilot-Ver-such:
MAP-Fäl-lung
vorZ 3
Installation 3. Zentrifuge
Datenbasis: Monatsmittelwerte
Reduktion des TR-Gehaltes von 33 auf 21% in 7 a !
Zusätzl.Belebungsvo-lumen: 27.000m³
Zusätzl.Belebungsvo-lumen: 27.000m³
3.1. Chemische Grundlagen (1)
Anwesenheit vonIonen:
Mg2+, Ca2+:aus TrinkwasserPO4
3- aus P-Inkorporation Bio-masse / Freisetzung;NH4
+ aus Faulung
Salze bilden leicht übersättigte Lösungen
- vorhandenes Puffersystem: (NH4HCO3) bei pH 5 - 8
- pH < 7: Mg- und Ca-Ionen in Lösung
- Zerstörung des Puffers durch Temperatur- / Druckänderungen: Ausgasen von CO2 � pH-Wert steigt,
- pH-Wert-Erhöhung, Ausfallen der Salze in Reihenfolge der Löslichkeit � Bildung von Kristallen (u.a. Ca10(PO4 )4 (OH)2 = Apatit)
- bei hoher PO4-Konz. � MAP (MgNH4PO4) ansonsten: Kalkfällung (CaCO3)
� Problemlösung: Kristallisations-Verhinderer / Fällung
3. Pilot-Anlage zur MAP-Fällung
MechanismenKristallbildung
3.1. Chemische Grundlagen (2)
Quelle: PCS, Pollution Control-Service, Hamburg
MAP inLösung
MAP fälltaus
BetriebspunktAblauf
Pilotanlage
>
3.2. Pilotanlage auf dem KW MG-Neuwerk
Bildquelle: PCS, Pollution Control-Service, Hamburg
Kristallstruktur nachFällung mit MgCl2
Probe
Probe
Probe
KV = Kristall.-VerhindererTR = Feststoffgehalt
FB 1
FB 3
Becken4,5
Becken1,2,3
Becken 7
Zentrifuge 1
Zentrifuge 2
Zentrifuge 3
Strainpress
Zentratbehälter
FHM
~ 300 m
Fremdschlamm
FHM
MAP-FällungsreaktorKV
KV
TRTR
TR
TR
~ 250 m
~ 250 m
~ 250 m
TR
KV KV
Luft
MgCl2
KVKV
KV
Probe Fremdschlamm
Probe
4. Versuchsergebnisse (1)
Reduktion PO4-Konzentration (Schlamm): von 500 � ca. 40 mg/l
Entwicklung der ortho-Phosphat-Konzentrationen (als PO4)
0
100
200
300
400
500
600
13.03.06 20.03.06 27.03.06 03.04.06 10.04.06 17.04.06 24.04.06 01.05.06 08.05.06
PO4-
Kon
z. (i
n m
g/l)
Abl
. FB
/ Zul
. Fäl
l.-R
.
25
35
45
55
65
75
85
PO4-
Kon
z. (i
n m
g/l)
Zul.
Zent
r. 3 /
Zen
trat
Z3
Abl. Faulbeh. ZulaufFäll.-Reaktor
ZulaufZentrif. 3
ZentratZentrif. 3
MgCl2-Dosierung: 53 l/h; (14.-20.3.: 43 l/h)
4. Versuchsergebnisse (2)
16
18
20
22
24
26
28
30
06.03.06 20.03.06 03.04.06 17.04.06 01.05.06 15.05.06
TR-G
ehal
te (i
n %
)
TR-Gehalt Austrag Z 1/2 TR-Gehalt Austrag Z 3 Z1/2: gleit. Mittelw. (7d) Z3: gleit. Mittelw. (7d)
Percentil 50% : 21,56 %
Percentil 85% : 23,18 %
Percentil 95% : 23,61 %
Zentrifuge 1+2
Percentil 50% : 23,41 %
Percentil 85% : 25,68 %
Percentil 95% : 26,37 %
Zentrifuge 3
Datenbasis: Tagesmittelwerte mit MAP-Vorfällung
ohne MAP-Vorfällung
Verbesserung des TR-Gehaltes um 2-2,5 %-Punkte
4. Versuchsergebnisse (3)Abhängigkeit der Austrags-TR-Werte von der PO4-Konzentration des zu
entwässernden Schlammes
19
20
21
22
23
24
25
26
27
0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600
PO4-Konzentration (in mg/l)
TR-G
ehal
t nac
h En
twäs
seru
ng (%
)
vorbehandelt (MAP-Fällung)
nicht vorbehandelt (nach gesunkener PO4-Konz.
des Faulschlammes, bei Versuchsende)
nicht vorbehandelt (bei Versuchsbeginn)
Entwässerung wird bei kleinerer PO4-Konzentrationdes zu entwässernden Schlammes begünstigt
Erklärungsansatz: Phosphate bewirken partielleLösung der Proteine und erhöhen damit dasWasserbindungsvermögen des Schlamms
5. Ausblick
• Erweiterung der Kapazität der Pilotanlage von 50 % der vorhandenen Schlammmenge auf 100 % (= 60 m³/h) (in Bearbeitung, bis 07/2006)
Wirtschaftlichkeit
• Separate Entwässerung von Fremdschlämmen (Trennung der Schlammströme, bis 07/2006)
• Errichtung einer Großanlage (in Planung)
• 2 Vorfällungsbehälter (Mg2+, Ca2+) und 4 MAP-Fällungsbehälter
• Positionierung der Großanlage an den Faulbehältern
5. Zusammenfassung
• Betriebsmitteleinsatz nimmt an Bedeutung zu
• weitergehende N-Elimination / biologische P-Elimination � Vielzahl betrieblicher Probleme (Blähschlamm, Schäumen, reduzierte Entwässerungsleistung, usw.)
• neues Problem: Beläge / Kristallisation (MAP)
• MAP-Vorfällung / Strippung als verfahrenstechnische Lösung
• wirkungsvolle Verhinderung von Kristallisation
• signifikante Verbesserung der Entwässerung
• Reduktion der P-Rückbelastung
• Verminderung der Schwingungen
• Verfahren infolge Verbesserung der Entwässerung wirtschaftlich
Herzlichen Dank fürIhre Aufmerksamkeit !
Dr.-Ing. Joachim ReichertNiersverbandAm Niersverband 1041747 Viersen
Tel.: 02162 - 3704 – 310Fax: 02162 - 3704 – 444E-Mail: [email protected]
PCS – Pollution Control ServiceNiersverbandSaseler Bogen 322393 Hamburg
Tel.: 040 - 6001 – 2244Fax: 040 - 6001 – 2033E-Mail: [email protected]
In Kooperation mit:
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am 20.06.2006 in Halternam 20.06.2006 in Haltern
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Betriebsmitteleinsatz aufBetriebsmitteleinsatz aufKläranlagen im LichteKläranlagen im Lichte
aktueller Anforderungenaktueller Anforderungen
4. Versuchsergebnisse (3)
Zuverlässige Erhöhung des pH-Wertes auf ca. 8
Entwicklung der pH-Werte
6
6,5
7
7,5
8
8,5
9
13.03.200620.03.200627.03.200603.04.200610.04.200617.04.200624.04.200601.05.200608.05.2006
pH-W
ert
[-]
Abl. Faulbeh. ZulaufFäll.-Reaktor
ZulaufZentrif. 3
ZentratZentrif. 3
ab 24.4.: Luftmenge erhöht
4. Versuchsergebnisse (4)
Überstöchimetr. Dosierung von Mg2+ � Überschuss gelöst
Entwicklung der Mg2+-Konzentrationen
0
20
40
60
80
100
120
140
160
13.03.200620.03.200627.03.200603.04.200610.04.200617.04.200624.04.200601.05.200608.05.2006
Mg2+
-Kon
zent
ratio
n (in
mg/
l)
Abl. Faulbeh. ZulaufFäll.-Reaktor
ZulaufZentrif. 3
ZentratZentrif. 3
ab 24.4.: Luftmenge erhöhtMgCl2-Dosierung:ß-Wert ca. 1,7
Summe effektive Betriebskosten: - 22.242 €/Mo.
Summe Betriebskosten:6.748 €/Mo
Einsparung Schlammentsorg.:(60 €/t DS) gg. Nullvar. 33.607 €/Mo.
*) Kapitalkosten: M- und E-Technik: ca. 70.000 €
Instandhaltung:4 % der Kapitalkosten* 233 €/Mo
Stromverbrauch Belüftung:ca. 20 KW/h 1.339 €/Mo
MgCl2-Dosierung: 1,7 kg/m³ca. 100 kg/h 7.544 €/Mo
Belagsverhinderer: 30 – 60g/m³45 kg/d 2.249 €/Mo
Belagsverhinderer: 30 – 60g/m³3*45 kg/d 6.748 €/Mo
MAP-Vorfällung(100% Schlammenge vor EWZ)
Dosierung von Belagsverhinderern(Nullvariante):
� Wirtschaftlichkeitsbetrachtung erweiterte Pilotanlage: