Amt für Umwelt

Wärmenutzung aus Abwasser

Thomas Müller, Siedlungsentwässerung 2

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• Thomas Müller

• Bauing. FH/STV

• Seit 1. August 2006

• Wohnort: Pfyn

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Aktualität: Wärmenutzung aus Abwasser

• Gesteigerte Nachfrage nach alternativen Energien

• CO2 – Abgabe ab 2008 (Heizöl 3 Rp./Liter, Erdgas 2 Rp./Liter)

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Potenzial von Abwasserwärmenutzungen

• Aus einem Kubikmeter Abwasser kann durch Abkühlung um 1ºC pro Stunde 1,16 kW Wärme gewonnen werden

• Mit einer Wärmepumpe kann daraus eine Leistung von 1,55 kW erzeugt werden (Fremdenergie ca. 25%)

• über 5% unseres Heizbedarfs könnte aus Abwasser gewonnen werden, ca. 400‘000 Wohnungen

• 1°C Wärmentnahme der Stadt Zürich ergäbe eine Leistung von 10 MW, genügt für ca. 1‘000 EFH (EAWAG)

• In der Schweiz laufen ca. 40 Anlagen

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Standorte der Wärmeentnahmen

• Variante Fredi Lier, zur Erwärmung im BB

• Im Bereich privater Kanalisationen

• In öffentlichen Kanälen, Gemeinde oder AV, (Begrenzung infolge Reinigungsleistung ARA)

• Im Ablauf der ARA (Einleitbedingungen Gewässer)

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Funktionsweise Wärmenutzung im ARA-Zulauf

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Wärmetauscher

• Einbau mit Kanalerstellung • Einbau in best. Anlagen

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Auswirkungen auf die ARA (Wärmenutzung im Zulauf)

Einfluss der Abwassertemperatur:

• Von der Vielzahl der Prozesse in der ARA am stärksten temperaturabhängig ist die Nitrifikation: Umwandlung von Ammonium in Nitratje tiefer Temp., desto tiefer die Wachstumsrate der Nitrifikanten

• Einleitbedingung für Ammonium in den Vorfluter: Konzentration im Ablauf < 2 mg/L

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Auswirkungen auf die ARASummenhäufigkeit von Ammonium im Ablauf (Quelle EAWAG):

0

20

40

60

80

100

0 1 2 3 4

Ammonium Ablaufkonzentration [mg/L]

Sum

men

häuf

igke

it [%

]

Auswirkung permanenterTemperaturabsenkungum 1,5 ºC

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Erfahrung Wärmeentnahme im Zulauf der ARA

Die Wärmeentnahme ist unproblematisch, solange

• die Zulauftemperatur in den Wintermonaten ≥ 10 ºC

• die Abkühlung im Zulauf < 0,5 ºC

Können diese Bedingungen nicht eingehalten werden, ist eine detaillierte Untersuchung des Einflusses der Wärmeentnahme auf den Kläranlagenbetrieb erforderlich.

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Wärmeentnahme im ARA - Ablauf

• grosse und ‚konstante‘ Wassermenge

• grosse nutzbare Temperaturdifferenz

• Anlage weniger anfällig auf

Verschmutzung

3°C

Minimale Einleit-Temperatur 3°C

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Standpunkt AfU

• Nutzung aus dem ARA – Ablauf ist sinnvoll

• Eher zurückhaltend bei Nutzung im ARA – Zulauf, Ausserbetriebnahme bei Temperaturen < 10°C

• Projekte müssen die Auswirkungen auf die Abwassertemp. aufzeigen

• Auf die Hydraulik resp. den Unterhalt dürfen die Wärmetauscher keine nachteiligen Auswirkungen haben

• Auch für die Wärmeentnahme besteht eine gewässerschutzrechtliche Bewilligungspflicht (Amt für Umwelt)

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Temperaturen im ARA – Zulauf (Thurgauer ARA)

0

5

10

15

20

25

30

Mit

tle

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tem

pe

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r in

°C

ca. 2.5 Monate

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Überlegung zur Rentabilität

• Bei Anlagen ab 5‘000 EW prüfenswert• Abfluss -Tagesmittel bei Trockenwetter ≥ 15 l/s = 55 m3/h• Kanalisationsrohr – Durchmesser ≥ 800 mm

• CO2 Abgabe ab 2008 (Heizöl 3 Rp./Liter, Erdgas 2 Rp.Liter)

• Kosten aus der Praxis für eine 45 KW monovalente Anlage (Mehrpreis für Wärmetauscher zu normalen Rohr):– ca. Fr. 4‘500 / KW– ca. Fr. 4‘500 / m– Monovalente Anlage muss auf eine sehr tiefe Abwassertemp.

ausgelegt werden, da keine Spitzenabdeckung vorhanden (bivalent)

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Monovalent – Bivalente Anlagen

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Ausblick

• Längerfristig werden vermehrt Anfragen erfolgen• Einfaches Energiekonzept ‚Wärmenutzung aus Abwasser‘:

– Mögliche Kanäle bestimmen, welche genug Wasser führen– Bestimmung der maximal nutzbaren Energie im Zulauf, damit die

Reinigungsleistung der ARA die Anforderungen erfüllt (individuell)– Maximal nutzbare Energie im ARA - Ablauf in Berücksichtigung der

Nutzung im Zulauf und der Einleitbedingungen

• Bei konkreten Projekten: ausarbeiten von Verträgen, Musterverträge bestehen bereits

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Verteilnetz ab Wärmetauscher

• Wassertemp. bisca. 17°C

• Dezentrale WP• Flexible Temp.• Kleine Wärme-

verluste• Einfache

Erweiterung• Günstige Leitungen

• Wassertemp. 65 - 85°C

• Zentrale WP• Spezifischen Kosten

kleiner• günstigere Wartung

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Vertriebsmöglichkeiten

• Private, Betrieb einer eigenen Anlage auf Privatareal

• Gemeinden / Abwasserverbände– Eigenbedarf (Heizung öff. Gebäude, Schlammtrocknung ARA)– Versorgung von Dritten

• Contracting– Erstellung, Betrieb, Unterhalt und Vertrieb durch ein spezialisiertes

Unternehmen