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Zentralklärwerk PragÜberschußschlammdesintegration

(Abschlussbericht)

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Theorie

Unter dem Begriff Zell-Lysat verstehen wir den frei gewordenen Inhalt der Mikroorganismus-zellen als Folge der Desintegration (Zerstörung) der Zellwände und Membrane. Dieser Vorgang findet einerseits auf natürlichem Wege (Autolyse) bei allen abgestorbenen Zellen und weiter mit Hilfe von hydrolytischen Enzymen statt, welche in einer Lösung von Gärungsbakterien oder durch verschiedene Destruktionsmethoden freigesetzt werden.

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Der Wirkungsmechanismus

des Lysats

• Lysat wirkt stimulierend (Enzyme)

• Lysat unterstützt die Geschwindigkeit der Beseitigung von Propion- und Buttersäure

• Indirekte Wirkung - Lysat ist die Quelle von Wachstumsstoffen

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Arten der Desintergation

• mechanische Methoden (z. B. Eindickzentrifugen mit integrierter Lysiereinrichtung – patentgeschützt – Kutil, Dohanyos, Zabranska, Vit)

• physikalische Methoden (z. B. Hochdruck, Temperatur, hydrodynamische Kavitation, Ultraschallkavitation)

• chemische Methoden (Säuren, Basen)

• biologische Methoden (Desintegration mit Hilfe von Enzymen oder Bakterien)

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Aufschlußgrad,Methoden der Bestimmung

Die Zunahme der gelösten organischen Stoffe in der flüssigen Phase kann als Wert genommen

werden, welcher die Stufe der Schlammdesintegration charakterisiert

1. Die Stufe der Desintegration nach Dohanyos wird als Verhältnis des Mengenzuwachses der gelösten organischen Stoffe (freigeworden durch die Desintegration), in der Lösung zur Gesamtmenge der organischen Stoffe im Schlamm ausgedrückt.

2. Nach dieser Methode wird die Stufe der Desintegration als Verhältnis des Mengenzuwachses der gelösten organischen Stoffe, freigegeben durch Desintegration in die Lösung, zur Gesamtmenge der organischen Stoffe, freigegeben durch alkalische Schlammhydrolyse vor der Desintegration ausgedrückt. Die homogenisierte Schlammprobe wird einer alkalischen Hydrolyse unterzogen, dann wird CSBCr in der Flüssigphase bestimmt. Die Bestimmung des CSBCr in der Flüssigphase der Schlammprobe (nach Abtrennung der festen Phase) ist gleich wie bei der vorher aufgeführten Methode. Die Stufe der Desintegration, bestimmt nach dieser Methode, ergibt dann annähernd die zweifachen Werte gegenüber der Methode nach Dohanyos, begründet auf dem Verhältnis zum CSBCr insgesamt.

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Verfahrensgeschichte – Zentralklärwerk Prag

• 1997 – der erste Betriebsversuch mit Lysiereinrichtung, mesophile Faulung, Erhöhung der spezifischen Faulgasproduktion um +20%

• 1998 – Erhöhung der spezifischen Faulgasproduktion um +6-50%, Aufschlußgrad 3-5%

• 1999 - 2000 – Erhöhung der spezifischen Faulgasproduktion um +20%, Aufschlußgrad 5-8%

• 1.10.2004 - 11.6.2005 – bis heute, 4. und 5. Generation der Lysiereinrichtung, im Betrieb seit Februar 2005 (11.02.2005), Abschlussauswertung – JETZT

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BETRIEBSEINSPARUNGEN versus BETRIEBSMEHRKOSTEN

• + (BETRIEBSEINSPARUNGEN)Faulgasausbeute4. Generation der Lysiereinrichtung – Aufschlußgrad 3,6%5. Generation der Lysiereinrichtung – Aufschlußgrad 6,9%Durchschnittlicher Aufschlußgrad von 4,7% - Erhöhung der spez. Faulgasausbeute um 15,7% = 8.000 Nm3/Tag (7.500)(im Durchschnitt 51.000 Nm3/Tag)1 Nm3 = ca. 2 kWh el. Energie, 7.500 Nm3/Tag = 15.000 kWh/TagEl. Energie 0,055 €/kWh + grüne Energie 0,05 €/kWhEl. Energie 1.505.625 €/5 Jahre + grüne Energie 1.368.750 €/5 Jahre

• – (BETRIEBSMEHRKOSTEN)Erhöhung des Stromverbrauches4. Generation der Lysiereinrichtung +8-10% (2 Zentrifugen von 4 im Betrieb)5. Generation der Lysiereinrichtung +35% (1 Zentrifuge von 1 im Betrieb)Insgesamt + 65 €/Tag Betriebsmehrkosten / 3 Zentrifugen118.625 €/5 JahreInvestitionskosten – Vergleichsperiode von 5 Jahren – min. Standzeit des Stators / 5 Zentrifugen (2 Zentrifugenals Reserve)Stator + Installation 5 x (42.000 + 1.820) = 219.100 €Rotierende Messer (1Jahr Standzeit) + Installation 5 x 5 x (3.000 + 350) = 83.750 €302.850 €/5 Jahre

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Rückvergütungohne Berücksichtigung der grünen Energie

• Ersparnis an el. Energie 1.505.625 €/5 Jahre• Stromverbrauch 118.625 €/5 Jahre• Investition + Installation 302.850 €/5 Jahre

+118.625 +302.850 = +421.475 € versus -1.505.625 €

1,4 Jahr

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Rückvergütungmit Berücksichtigung der grünen Energie

• Ersparnis an el. Energie 1.505.625 €/5 Jahre• Grüne Energie 1.368.750 €/5 Jahre• Stromverbrauch 118.625 €/5 Jahre• Investition + Installation 302.850 €/5 Jahre

+118.625 +302.850 = +421.475 € versus -1.505.625 -1.368.750 = -2.874.375 €

0,73 Jahr

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BETRIEBSEINSPARUNGEN versus

BETRIEBSMEHRKOSTEN (organische Stoffe mitgerechnet)

• + (BETRIEBSEINSPARUNGEN)Faulgasausbeute4. Generation der Lysiereinrichtung – Aufschlußgrad 3,6%5. Generation der Lysiereinrichtung – Aufschlußgrad 6,9%Durchschnittlicher Aufschlußgrad von 4,7% - Erhöhung der spez. Faulgasausbeute um 15,7%Ohne Desintegration 10.611 t org. Stoffe = 6.787.246 Nm3 (0,638 Nm3/kg org. Stoffe im Rohschlamm) – 133 TageMit Desintegration 6.787.246 Nm3 * 1,157 = 7.852.844 Nm3 (0,738 Nm3/kg org. Stoffe im Rohschlamm)1 Nm3 = ca. 2 kWh el. Energie, 1.065.598 Nm3/133 Tage = 2.131.196 kWh/131 Tage (5 Jahre – 1.825 Tage)El. Energie 0,055 €/kWh + grüne Energie 0,05 €/kWhEl. Energie 1.608.412 €/5 Jahre + grüne Energie 1.483.825 €/5 Jahre

• – (BETRIEBSMEHRKOSTEN)Erhöhung des Stromverbrauches4. Generation der Lysiereinrichtung +8-10% (2 Zentrifugen von 4 im Betrieb)5. Generation der Lysiereinrichtung +35% (1 Zentrifuge von 1 im Betrieb)Insgesamt + 65 €/Tag Betriebsmehrkosten / 3 Zentrifugen118.625 €/5 JahreInvestitionskosten – Vergleichsperiode von 5 Jahren – min. Standzeit des Stators / 5 Zentrifugen (2 Zentrifugenals Reserve)Stator + Installation 5 x (42.000 + 1.820) = 219.100 €Rotierende Messer (1Jahr Standzeit) + Installation 5 x 5 x (3.000 + 350) = 83.750 €302.850 €/5 Jahre

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Rückvergütungohne Berücksichtigung der grünen Energie

(organische Stoffe mitgerechnet)

• Ersparnis an el. Energie 1.608.412 €/5 Jahre• Stromverbrauch 118.625 €/5 Jahre• Investition + Installation 302.850 €/5 Jahre

+118.625 +302.850 = +421.475 € versus -1.608.412 €

1,3 Jahr

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Rückvergütungohne Berücksichtigung der grünen Energie

(organische Stoffe mitgerechnet)

• Ersparnis an el. Energie 1.608.412 €/5 Jahre• Grüne Energie 1.483.825 €/5 Jahre• Stromverbrauch 118.625 €/5 Jahre• Investition + Installation 302.850 €/5 Jahre

+118.625 +302.850 = +421.475 € versus -1.608.412 -1.483.825 = -3.092.237 €

0,68 Jahr

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Rückvergütung - Kommentar

• bei der Wirtschaftlichkeitsberechnung hat man die Lysatgeschirr-Kosten für Investition + Installation für 5 Eindickzentrifugen in Betracht genommen

• nur 3 von 5 Eindickzentrifugen sind im Betrieb

• 2 Zentrifugen dienen als Reserve

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SpezifischeFaulgasausproduktion

30000

40000

50000

60000

70000

80000

90000

100000

X-04 XI-04 XII-04 I-05 II-05 III-05 IV-05 V-05 VI-05

do

se O

M [

kg/d

ay]

//gen

erat

ion

BG

[N

m3/

day

]

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1

spe.

yie

ld B

G [

Nm

3/kg

OM

do

s.]

OL v kg BP vyv. sp.produkce BP

sp. yield without desint. - 0,638 Nm3 BG/kg OM dos. sp. yield with desint. - 0,738 Nm3 BG/kg OM dos. - boost 15,7%

11.2.05 - start of desintegration

OM [kg/d] BG gener. spec. yield of BG