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

24

28

32

36

Aug 98 Jul 99 Jul 00 Jul 01 Jul 02 Jul 03 Jun 04 Jun 05

TR-G

ehal

te e

ntw

ässe

rter

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

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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

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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: bk@niersverband.de

PCS – Pollution Control ServiceNiersverbandSaseler Bogen 322393 Hamburg

Tel.: 040 - 6001 – 2244Fax: 040 - 6001 – 2033E-Mail: info@pcs-consult.de

In Kooperation mit:

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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

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: