Klärwerk - Bachgau mit einer dynamischen Simulation Optimierung des Klärwerk - Bachgau mit einer dynamischen Simulation Referent: Heiko Kümpel, Werkleiter Tel.: 06026/1866, Email: info@klaerwerk-bachgau.de

Inhalt Einführung Frage- stellungen Zusammen- fassung

Einführung

Klärwerk - Bachgau 35.000 EW BHKW Photovoltaikanlage Hydrograv Adapt - Bauwerk Vorgeschaltete Denitrifikation Baujahr: 1972 Anpassung an Anforderungen zur weitergehenden N- und P-Elimination: 1995 Wasserrechtliche Erlaubnis: bis 2020 BIO-P Solare Klärschlammtrocknung P-RoC (KIT)

Stefan Hurzlmeier ZWT Wasser- und Abwassertechnik GmbH Gottlieb – Keim – Straße 28 95448 Bayreuth Abwassermeister 2001 – 2012 Betriebsleiter für zwei Industriekläranlagen (80.000 EW und 250.000 EW) seit 2012 Projektleiter für Kläranlagenplanung (Neubau, Umbau) verfahrenstechnische und energetische Optimierung von Kläranlagen Dozent BVS vom Bafa anerkannter Energieberater für öffentliche Abwasseranlagen

Frage- stellungen

Fragestellungen 1. 2. 3. Effizienz der Kläranlage BIO - P Zulauf Luft QRS QRZ QÜS Auslauf 1. Effizienz der Kläranlage BIO - P 2. Maschinelle Klärschlammentwässerung 3. Gebläse - Auslegung

Also wie immer der Spagat aus… ?

Warum dynamische Simulation Betrachtung der gesamten Kläranlage inkl. Energie inkl. aller Regelungen zwei Jahre Langzeitsimulation Simulation = Wirklichkeit  Modellabgleich Wichtige Aspekte: - keine zusätzlichen Messungen / Parameter nötig - Simulation gibt Erkenntnisse über eine weiten Zeitraum, hier: 2 Jahre - Modell kann jederzeit wiederverwendet werden, falls weitere, aktuelle Fragestellungen auftauchen Vergleich verschiedener Varianten Verfahrenstechnisch – Energetisch Optimierung

Ablauf Übermittlung der Monatsberichte / Ablauf KA Datenauswertung 1 Übermittlung der Monatsberichte / Ablauf KA 2 Datenauswertung 3 Modellaufbau 4 Modellabgleich 5 Energieanalyse Punkt 1, 2 und teilweise 3 bereits im Vorfeld. Daten elektronisch übermittelt und erste Fragen telefonisch oder per Mail geklärt Punkte 4-7 innerhalb einer Arbeitswoche (Montag Rundgang, Klärung der letzten Fragen. Freitags Präsentation der Abschlussdokumentation) 6 Ergebnispräsentation auf der Kläranlage 7 Dokumentation

Modellaufbau Ausgangsdaten stammen aus Betriebstagebuch – keine zusätzlichen Analysen Abbildung zeigt (als Screenshot) den ganzheitlichen Modellaufbau der Kläranlage für die Simulation. Hieraus wird ersichtlich, wie umfassend und detailgetreu die Kläranlage dargestellt und ausgewertet wird.

Modellaufbau - Energie Messen der variablen Verbrauche Integrierung der Anlagenkennlinie in die Simulation Zur energetischen Abbildung von variablen Verbrauchern (drehzahlgesteuerten Pumpen usw.) wird deren Anlagenkennlinie ermittelt. Die Simulation greift bedarfsgerecht auf diese Kennlinie zu. Ermittlung des jährlichen Energieverbrauches

Fragestellung: 1. Effizienz der Kläranlage BIO - P D N Luft Zulauf QRS QRZ QÜS Auslauf

Energetische Kennzahlen

Frage 1: Effizienz der Kläranlage

Maßnahmen zur Effizienzsteigerung Sofortmaßnahmen (S) Einfach umzusetzende Maßnahmen. Kurzfristige Maßnahmen (K) Wirtschaftliche und technisch machbare Maßnahmen. Vorgeschlagen zur kurzfristigen Umsetzung. Abhängige Maßnahmen (A) Aufgrund ungünstiger Kosten-Nutzenverhältnisse oder anderer Abhängigkeiten Im Rahmen notwendiger Neu- oder Umbauten zu realisierende Maßnahmen. Wichtig: Keine Sofortmaßnahmen aufgezeigt!

Effizienz nach Optimierungsmaßnahmen Veranschaulichung der zu erreichenden Zielwerte nach Umsetzung der aufgezeigten Maßnahmen.

BIO – P BioP könnte durch eine geringere Rezirkulation erhöht werden … Linke Grafik: Simulation zeigt eindeutig, wie sich durch reduzierte Rezirkulation die P-Konzentrationen im Ablauf des BIO-P-Beckens erhöhen und somit das BIO-P-Verfahren optimiert wird. Rechte Grafik: Simulation zeigt ebenfalls eindeutig, dass sich durch o.g. reduzierte Rezirkulation die N-Konzentration im Gesamtablauf der Kläranlage verschlechtert. Besonders vor dem Hintergrund der zunehmend N-Fracht durch Schlammentwässerung das K.O.-Kriterium für diese Optimierungsvariante. … ABER … … dadurch verschlechtern sich die Nitratwerte im Ablauf! „Die gewählten Betriebseinstellungen auf der KA Bachgau ist, aus Gewässerschutzsicht, die optimale Einstellung der Kläranlage.“

Fragestellung: 2. Maschinelle Klärschlammentwässerung

Klärschlamm - Verwertung 30.000 m³/a Klärschlamm, 2% TR Novelle DüMV 10.000 m³, 4% TR statisch eingedickt; landwirtschaftlich verwertet 5.000 m³, 4% TR mobil entwässert; verwertet durch Dienstleister Novelle der DüMV brachte u. A. Verschärfung des Grenzwertes für Cadmium (Cd) mit sich. Somit schied der Weg der landwirtschaftlichen Verwertung aus. Zur thermischen Verwertung ist eine maschinelle Entwässerung unerlässlich. Landwirtschaftliche Verwertung Maschinelle Entwässerung

Dienstleister - Selbständig Maschinelle Entwässerung Dienstleister diskontinuierlich Selbständig kontinuierlich Hier geht es um die Frage, wie die maschinelle Entwässerung zu organisieren ist. -Per Dienstleister, der große Mengen in kurzer Zeit entwässert und somit in kurzer Zeit große Mengen Filtrat als Rückbelastung für die Kläranlage verursacht. -In Eigenregie durch Anschaffung einer eigenen Schlammentwässerung zur besseren Steuerung des anfallenden Filtrats. Überwachungswerte Kosten: Invest / Betrieb

Einhaltung d. Überwachungswerte Eindeutige Erkenntnis aus der Simulation: - Die stoßweise, nicht gepufferte, Einleitung von großen Filtratmengen macht die Einhaltung der Stickstoff-Überwachungswerte unmöglich!

Fragestellung: 3. Gebläse - Auslegung

Gebläse - Istzustand Durch die vorhandenen Gebläse ist eine (effiziente) Abdeckung der erforderlichen Luftmenge ineffizient. Die vorhandenen Gebläse und die Steuerung sind suboptimal!

Gebläse – Vergleich 2014 Auswertung der Anlagenkennlinien der 3 in Frage kommenden Gebläse.

Luftbedarf auf Grundlage der Simulation Erkenntnis: Mit einem neuen Gebläse kann fast 70% der Luftmenge abgedeckt werden

Kostenvergleich über 10 Jahre Veranschaulichung der Kosten: Invest (blau) im Verhältnis zu Life-Cycle-Kosten über 10 Jahre 703.110 € 711.260 €

Zusammen- fassung

Zusammenfassung (1) „Durch die kontinuierliche Verbesserung der Betriebsweise der Kläranlage durch das Anlagenpersonal liegt der Energieverbrauch unter den 15% der Kläranlagen in Deutschland.“ „Kurzfristige Einsparpotentiale konnten nur vereinzelt identifiziert werden bzw. wurden bereits umgesetzt.“ Während der fünfwöchigen Bearbeitungszeit wurden uns auf der Kläranlage neue Zusammengänge klar bzw. haben diese erkannt. Mit der Simulation haben wir unser Belüftungssystem überarbeitet. Die Erkenntnisse waren Grundlage für die Investitionsentscheidung.

Zusammenfassung (2) Dass wir mit effizienteren Aggregaten Energie sparen können, wussten wir. Was bei einem Eingriff in die Verfahrenstechnik die Ablaufwerte machen, nicht. Die Simulation hat es uns gezeigt! Rückblickend auf drei Jahre Betriebserfahrung kann gesagt werden: Der Gesamtstickstoff im Ablauf ist – wie simuliert – um 2-4 mg/l angestiegen. Der simulierte Gebläsebetrieb deckt sich mit der Wirklichkeit. Wir waren zuerst skeptisch, ob Theorie und Praxis übereinstimmen, doch die Wirklichkeit bestätigt die Theorie. Uns hat es sehr geholfen – wir würden es wieder machen!

Mission erfüllt?

Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!