Evaluation von Verfahrensoptionen zur Senkung von Energiebedarf und Treibhausgasemissionen der Berliner Kläranlagen – Abschlussbericht zum Projekt E-VENT (BENE#1158-B5-O)

Zusammenfassung

Im Projekt E-VENT wurden innovative Verfahren der kommunalen Abwasserreinigung und Klärschlammbehandlung untersucht, um damit den Energieverbrauch von Klärwerken und die damit verbundenen Emissionen von Treibhausgasen (THG) zu senken. Nach einem Screening verschiedener Technologien wurden dazu Labor- und Pilotversuche zur thermischen Hydrolyse von Klärschlamm und zur Abwasserbehandlung mit granuliertem Belebtschlamm im Nereda®Verfahren durchgeführt. Aufbauend auf den Versuchsergebnissen wurden für ein Berliner Klärwerk verschiedene Varianten für einen zukünftigen Neubau modelliert und bewertet, um das Potential der innovativen Verfahren zur Senkung von THG-Emissionen unter den spezifischen Randbedingungen in Berlin abzuschätzen. Abschließend wurden auch die Investitions- und Betriebskosten der neuen Verfahren mit einer konventionellen Referenzvariante verglichen. Die Versuche zur thermischen Hydrolyse zeigen, dass der Faulgasertrag aus dem Klärschlamm damit deutlich erhöht werden kann (bis zu +26%). Gleichzeitig erhöht sich aber auch die Rückbelastung des Faulschlammzentrats mit Phosphor, Stickstoff und refraktären organischen Stoffen. Neben dem erhöhten Aufwand zur Behandlung des Zentrats kann vor allem der refraktäre organische Anteil die Ablaufqualität der Klärwerke deutlich verschlechtern, besonders bei Thermo-Druck-Hydrolyse. Bei thermo-alkalischer Hydrolyse konnte im Pilotversuch ein Mehrgasertrag von +19% im Jahresmittel sowie eine moderate Belastung des entstehenden Zentrats gezeigt werden, das die Ablaufwerte des Klärwerks nicht signifikant verschlechtert. Im Pilotversuch zum Nereda®-Verfahren wurde ein stabiler Betrieb mit granuliertem Belebtschlamm erreicht, der eine gute biologische Reinigungsleistung für Phosphor und Stickstoff zeigte. Die hohen Anforderungen an die Ablaufwerte konnten jedoch nicht zuverlässig erreicht werden. Wie auch im konventionellen Belebtschlammverfahren ist dabei die Verfügbarkeit von Kohlenstoff (CSB/N-Verhältnis) ein möglicher limitierender Faktor für die biologischen Prozesse und die erreichbare Ablaufqualität. Darüber hinaus wurde ein erhöhter Anteil von Feststoffen im Ablauf des Nereda®-Verfahrens festgestellt, der zur Erreichung der vorgegebenen Zielwerte eine Nachreinigung über Filtration erforderlich macht. Vor einer großtechnischen Umsetzung sind daher weitere Untersuchungen in größerem Maßstab notwendig, um die zuverlässige Einhaltung der geforderten Überwachungswerte zu prüfen. Die Messung von Lachgas ergab relativ hohe Emissionsfaktoren dieses starken THG für die Nereda®-Pilotanlage. Die Bewertung der Verfahren für einen zukünftigen Neubau des Klärwerks Stahnsdorf zeigen, dass die innovativen Verfahren die Energiebilanz gegenüber einer konventionellen Referenz weiter verbessern können. Dabei werden die möglichen Vorteile einer thermo-alkalischen Hydrolyse im Faulgasertrag durch den Mehraufwand auf dem Klärwerk und auch durch geringere Energierückgewinnung in der Klärschlammentsorgung im Modell ausgeglichen. Beim Nereda®Verfahren sinkt der Verbrauch an Strom und Fällmitteln und verbessert so die Energiebilanz und senkt die damit verbundenen Emission von Treibhausgasen. Dabei ist zu beachten, dass wichtige Eingangsdaten weiter validiert werden sollten, um zu einer abschließenden Bewertung dieser Verfahren zu kommen. Die Schätzung der Investitions- und Betriebskosten ergab, dass die innovativen Verfahren Kostenvorteile bieten können. Insgesamt zeigte das Projekt, dass die hier untersuchten innovativen Verfahren ein Potential zur Senkung der THG-Emissionen der Abwasserreinigung bieten. Für den betrachteten Neubau des Klärwerk Stahnsdorf konnten dieser THG-Fußabdruck um bis zu 72% gesenkt werden, was einer Einsparung von 3700 Tonnen CO2Äquivalenten entspricht. Bei einer zukünftigen Einführung solcher innovativen Verfahren ist jedoch immer die zuverlässige Einhaltung der vorgegebenen Ablaufwerte als Primärziel der Abwasserreinigung zu garantieren und dafür in großtechnischem Maßstab zu überprüfen.

Publikation
Kompetenzzentrum Wasser Berlin gGmbH
Remy, C.
Remy, C.
Researcher
Schubert, R.-L.
Schubert, R.-L.
Researcher
Toutian, V.
Toutian, V.
PhD Student