Projekt 23822/01

Energiegewinnung aus Kleinkläranlagen zur Steuerung einer Kompostierung

Projektträger

U.T.S. jhUmwelttechnischer Service
Auf der Lage 4
49504 Lotte

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Im Bereich der dezentralen Abwassertechnik wird bisher nur Energie eingebracht und verbraucht, um den Reinigungsprozess zu erwirken. Es ist jedoch nicht bekannt, dass die nutzbaren Energien wieder verwendet werden, um eine weitergehende Umweltentlastung zu erzielen. Mit dem von der U.T.S jh patentierten Kleinkläranlagensystem erschien eine Kombination der Vergärung von Küchenresten, Gartenabfällen und Klärschlamm unter gezielter effektiver Nutzung der in der Kleinkläranlage (KKA) entstehenden Wärmeenergie für den Kompostierungsprozess bis zur Hygienisierung realisierbar. Ziel des Projektes war daher die Umsetzung einer optimierten dezentralen Abwasserbehandlungsanlage, die unter Einsatz von einem Wärmetauscher und einer Wärmepumpe dem Abwasser möglichst nah am Gebäude Wärme entzieht, diese aufbereitet und dem angeschlossenen zu entwickelnden Komposter zuführt. Im Komposter sollte diese Wärme zur Regulierung und Optimierung der Kompostierungsprozesse genutzt werden.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenIn Zusammenarbeit mit der Fachhochschule Osnabrück sollte erarbeitet werden, welche Messverfahren geeignet sind, um die bei der Abwasserbehandlung frei werdenden Energien zu erfassen und diese nachfolgend nutzen zu können. Es wurde untersucht, inwieweit die gewonnene Wärme technisch nutzbar ist, um den Kompostierungsprozess zu steuern. Aufgrund der Ergebnisse sollte die Wärmepumpe ausgelegt und umgesetzt werden. In der zentralen biologischen Hauptreinigungsstufe wurden die verschiedenen Klärphasen/-stufen untersucht. Das Zulaufwasser wurde anhand eines vorher abgestimmten Versuchsplans in verschiedenen Formen hinsichtlich der Menge und der Zusammensetzung der Kläranlage zugeführt, um die Reaktion, die Abbauprozesse und die gewünschten Inhaltsstoffe zu untersuchen, damit durch den Energieentzug keine negativen Einflüsse auf den Abwasserreinigungsprozess erfolgen konn-ten. Ebenso sollte eine optimale Bauform des Komposters entwickelt werden, um eine bestmögliche Wärmenutzung, Kompostierung, Entschlammung und Konvektion zu realisieren.


Ergebnisse und Diskussion

Bei den Simulationen mit dem Komposter lassen sich hohe Temperaturanstiege in den Kompostkugeln beobachten. Wird z. B. die Wärmetauscherfläche mit einer Temperatur von 67 °C beaufschlagt, lässt sich in den Kompostkugeln ein Temperaturanstieg von 39 °C errechnen. Da der Kompost im Normalzu-stand eine Temperatur von 60 °C besitzt, würde man nach Einschätzung der Fa. U.T.S. mit der entsprechenden Beheizung eine Temperatur von 99 °C erreichen können. Hierbei ist allerdings zu berücksichtigen, dass es sich ausschließlich um theoretisch berechnete Werte handelt. In der Praxis dauert es einige Zeit, bis sich der Kompost auf eine Temperatur von 60 °C erwärmt. Die Heizwärme von 67 °C kann mit einer Wärmepumpe aufgebracht werden. Nach den Simulationen liegt die nutzbare Wärmeleistung der KKA zwischen 30 und 50 W. Bei einer nutzbaren Wärmeleistung der KKA von 40 W würde nach den Carnotschen Leistungszahlen die Antriebsleistung der Wärmepumpe ca. 7 W und die eingebrachte Wärmeleistung in den Komposter ca. 47 W betragen, wobei beachtet werden muss, dass die Carnotschen Leistungszahlen aus einen thermodynamischen Vergleichsprozess resultieren. Irreversibiltäten und Wärmeverluste über die Wärmepumpe und beim Wärmetransport werden bei diesen Berechnungen nicht mit berücksichtigt.
Zusätzlich muss sichergestellt werden, dass eine Mindesttemperatur in der KKA von 11 °C nicht unterschritten wird, um den biologischen Abbauprozess und damit die Grenzwerte der einzelne Parameter im aufgereinigten Wasser aufrecht zu erhalten.
Im Falle einer Fortsetzung bzw. Weiterverfolgung des Projektes sollten nach Ansicht der Fa. U.T.S. folgende Arbeitsschritte durchgeführt werden:
Die nutzbare Wärmemenge zwischen 30 und 50 W wird der KKA manuell entzogen. Hierfür wird eine Wärmetauschermatte oder ein Rohr mit bekanntem Material und bekannten Wärmeleitwerten zylindrisch um das Belebungsbecken der KKA angebracht. Anschließend wird zur Wärmeentnahme mit Hilfe eines Wärmetransportmittels ein negativer Temperaturgradient vom Belebungsbecken zum Wärmetauscher hin aufgebaut. Während der Wärmeentnahme in der KKA muss dass Verhalten der Temperatur im Belebungsbecken untersucht werden.
Der Kompostbehälter wird gebaut und in den Boden eingebracht. Anhand eines Versuches muss untersucht werden, welche Temperaturen im Komposter und im Kompost selbst erreicht werden. Hier sollte ein Wärmetauscher zylindrisch zur Außenwand und parallel zum Boden zum Zweck der Beheizung eingebaut werden. Die Wärmetauscher können zunächst mit Wasser durchströmt werden, dessen Volumenstrom und Temperatur bekannt ist. Während des Versuchs müssten dann die Temperaturen im Komposter und im Kompost selbst bei variierender Wassertemperatur in den Wärmetau-schern betrachtet werden.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Projektbegleitend wurde an der FH Osnabrück/Labor für Messtechnik und Messsignalverarbeitung, die Diplomarbeit Ermittlung der nutzbaren Wärmemenge einer Kleinkläranlage zur Verbesserung eines Kompostierungsprozesses mit Wärmepumpe von Herrn Christian Meyer erarbeitet.
Zudem werden auf den Internetseiten der einzelnen Projektpartner Ergebnisse veröffentlicht.


Fazit

Zur Ermittlung der nutzbaren Wärmemenge ist eine Wärmebilanz anhand von Temperaturmessdaten der KKA und ihrer Umgebung durchgeführt worden. Die berechnete Wärmemenge liegt zwischen 30 und 50 W, die zur Beheizung eines Kompostbehälters bei entsprechender Auslegung einer Wärmepumpe genutzt werden kann. Somit könnte theoretisch der Prozess der Kompostierung beschleunigt und qualitativ verbessert werden

Übersicht

Fördersumme

115.778,00 €

Förderzeitraum

23.12.2005 - 23.12.2006

Internet

www.huntmann.de

Bundesland

Nordrhein-Westfalen

Schlagwörter

Klimaschutz
Ressourcenschonung
Umweltforschung
Umwelttechnik