B.Eng. Benedikt Böckenkemper
Datum des Kolloquiums: 15. Juni 2011
In Kooperation mit: Emschergenossenschaft und Lippeverband, Essen
Die Produktion von Klärgas ist von großer Bedeutung für die Reduktion der Energiekosten auf Kläranlagen. Die durch kommunale Kläranlagen derzeit verbrauchte Strommenge ist für die jährliche Emission von rund 3 Mio. t CO2 verantwortlich. Für den Betreiber einer Abwasserreinigungsanlage ist dies ein Grund die Energieeffizienz einer solchen Anlage zu steigern.
Eine zusätzliche Vergärung von Co-Substraten (Co-Vergärung) in den Faulbehältern könnte die Steigerung der Energieeffizienz auf kommunalen Abwasserreinigungsanlagen möglich machen.
Emschergenossenschaft und Lippeverband untersuchen auf einer Versuchsstation am Klärwerk Emschermündung Co-Substrate vor deren großtechnischer Verwendung. In zwei parallel betriebenen halbtechnischen Faulanlagen wird eine Anlage zusätzlich mit dem Co-Substrat beschickt, während die andere als "Vergleichsanlage" betrieben wird. Die Faulanlagen werden in einem wissenschaftlichen Untersuchungsprogramm analytisch begleitet, um so die Auswirkungen des Co-Substrates auf die Klärgasausbeute sowie die Rückbelastung zur Kläranlage untersuchen zu können.
Das Ziel der Arbeit war es, die Werte, die über einen Zeitraum von mehreren Wochen gesammelt wurden und den Betrieb der Versuchsanlage dokumentieren, auszuwerten und abschließend eine Kosten- und Nutzenanalyse durchzuführen. Hierbei sollen die Kosten der Entwässerung sowie die Stickstoff- und Phosphatrückbelastung zur Kläranlage abgeschätzt und mit den Einnahmen aus einer Verstromung des zusätzlich gewonnenen Klärgases gegenübergestellt werden. Dadurch soll ein Produktpreis für das verwendete Co-Substrat festgelegt werden, der zumindest die kostenneutrale Annahme des Substrates sichert.
Die Versuche haben gezeigt, dass durch die Zugabe des Co-Substrates die Stabilität im Faulbehälter nicht beeinträchtigt wurde. Die Co-Vergärung hatte positive Auswirkungen auf die Gasproduktion. Gegenüber der reinen Klär-schlammfaulung konnte diese um 15,4 % in Bezug auf den zugeführten oTR-Gehalt gesteigert werden.
Die Entwässerung des Faulschlammes aus der Co-Vergärung war jedoch schlechter als die der Klärschlammfaulung. Auch die Rückbelastung durch das Filtratwasser war im Hinblick auf den Stickstoff- und Phosphatgehalt geringfügig höher. Da die Entwässerungskosten schon bei geringen Unterschieden sehr hoch ausfallen können, wurden die Kosten den Einnahmen aus der Verstromung des zusätzlich gewonnenen Klärgases gegenübergestellt.
Für die Kosten- und Nutzenanalayse wurde die Gasmenge auf die Großtechnik umgerechnet. Die Berechnungen haben gezeigt, dass gegenüber der Klärschlammfaulung innerhalb eines Jahres durch die Co-Vergärung 4.930.000 kWhel mehr elektrischer Strom produziert werden kann. Dadurch wurde nach den Vergütungsstufen des Erneuerbaren Energien Gesetzes (EEG) eine Mehreinnahme von rund 290.000 €/a berechnet.
Da die Kosten für die geringfügig höhere Rückbelastung und für den Vorbe-handlungsaufwand nicht berücksichtigt wurden, verbleiben nur die Entwässe-rungskosten durch den schlechter zu entwässernden Schlamm. Eine Gegen-überstellung der Einnahmen und Kosten war jedoch schwierig, da der Faulschlamm mit anderen Schlämmen vermischt und dann entwässert wurde. Um dennoch eine Kostenbetrachtung durchführen zu können, wurde anhand von Ergebnissen früherer Versuche angenommen, dass der Schlamm bei einer alleinigen Entwässerung eine höhere Polymerdosierung von 1-4 kg Wirksub-stanz (WS)/tTR benötigen würde, wie es auch Erfahrungen mit anderen Co-Substraten gezeigt haben. Die Kostenbetrachtung hat ergeben, dass die Verwendung des Co-Substrates bis zu einer Polymerdosierung von 2,75 kgWS/tTR wirtschaftlich ist.
Es bleibt jedoch offen, inwiefern weitere Ausgaben durch eine Annahme des Co-Substrates folgen könnten, wie z.B.:
- Entwässerung von zusätzlich anfallendem Schlamm
- Verbrennung von zusätzlich anfallendem Schlamm
- Entsorgungskosten von zusätzlich anfallendem Schlamm
- Kosten für Analytik
Diese Fragen konnten nicht berücksichtigt werden, sodass eine Berechnung eines abschließenden Produktpreises nicht möglich war. Festzuhalten ist jedoch, dass die erhöhten Einnahmen aus der Verstromung des zusätzlich gewonnenen Klärgases positive Auswirkungen auf die Energiegewinnung in einer Abwasserreinigungsanlage haben.
