Entwicklung eines Automatisierungskonzeptes zur Steigerung der Energieeffizienz und Betriebssicherheit sowie zur Intensivierung der Prozesse und des Stoffmanagements von Klär-/Biogasanlagen (hier erste Stufe: Potenzialabschätzung zur Steigerung der Energieeffizienz)

Aktenzeichen 27122/01
Abschlussbericht:
Projektträger: Hochschule Emden/Leer Fachbereich Technik Abteilung Naturwissenschaftliche Technik
Constantiaplatz 4
26723 Emden
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Telefon: 04921 807 1513
Internet: -
Bundesland: Niedersachsen
Beschreibung:
Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Aufbauend auf den vorhandenen Simulationstools und -untersuchungen an aerob arbeitenden Kläranlagen und anaerob arbeitenden Biogasanlagen sollte im Rahmen des Forschungsvorhabens eine Verknüpfung beider Komponenten erfolgen, um eine Optimierung des Gesamtsystems Kläranlage-Schlammfaulung-Biogasanlage unter ökonomischen und ökologischen Aspekten zu erreichen, wobei insbesondere auch die optimale Reststoffnutzung (fest/flüssig) und die Betriebssicherheit im Fokus der Betrachtungen stehen sollten. Das Gesamtprojekt sollte in zwei Stufen realisiert werden.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenIn der ersten Projektphase wurde eine Potenzialabschätzung durchgeführt, in der erarbeitet wurde, wie hoch der Energieeinspareffekt bei einer Optimierung der Kläranlage wäre, welche Randbedingungen erfüllt und welche Daten vorhanden sein müssten, um das anschließend geplante Hauptprojekt (weitere Projektphasen) erfolgreich zu gestalten. Ebenso sollten solche Daten für den Faulturm erarbeitet werden, die als Grundlage für eine energetische und stoffliche Bilanzierung dienten. In der ersten Projektphase
erfolgte die Ermittlung des Ist-Zustandes. Es wurden zwei kommunale Kläranlagen und eine Versuchskläranlage hinsichtlich ihres Energieverbrauches studiert, die verfahrenstechnischen und technischen Maßnahmen zur Reduzierung des Energieverbrauches gewichtet und ein Untersuchungskonzept für die Steigerung der Energieeffizienz, Prozessintensivierung und Betriebssicherheit erarbeitet.
erfolgte eine Bewertung der Datenerfassung und der Analysenmethoden. Die VAK Reinfeld wurde im Hinblick auf die Projektzielsetzung analysiert und erarbeitet, welche Veränderungen und Erweiterungen notwendig wurden. Dafür wurde eine technische Machbarkeitsstudie mit genauer Kostenanalyse erstellt.
wurden die zur Verfügung stehenden Softwaretools im Hinblick auf die Anwendung für die definierte Zielsetzung analysiert und erarbeitet, welche Ergänzungen und Änderungen notwendig und welche zusätzlichen Informationen/Messdaten etc. benötigt wurden.
wurden Zielsetzung, Untersuchungsinhalt und Forschungskonzept des geplanten Hauptprojektes formuliert. Ferner wurden der personelle Aufwand und die Investitionen erarbeitet, ein detaillierter Zeit- und Kostenplan erstellt und Aussagen zu den wirtschaftlichen und wissenschaftlichen und/oder technischen Erfolgsaussichten sowie zur wissenschaftlichen und wirtschaftlichen Anschlussfähigkeit des Projektes getroffen.


Ergebnisse und Diskussion

Das Projekt wurde wie geplant durchgeführt. Es wurden von beiden untersuchten kommunalen Kläranlagen und der Versuchskläranlage die baulichen Gegebenheiten und die Ausstattung mit Geräten und Messsonden aufgenommen. Alle Verbraucher wurden erfasst und ihre Verbrauchsdaten bestimmt. Hier ergaben sich erste Einsparungspotenziale. Dann wurde zum Betrieb ein Plan detaillierter der Anlagen mit allen Verbrauchern gezeichnet.
Aus den ermittelten Werten wurde eine Simulation entwickelt. Hiermit konnte der Ist-Zustand der Anlagen sehr gut abgebildet werden. Durch die Anwendung von Energie-Blöcken konnte auch der Verbrauch unterschiedlicher Anlagenteile bestimmt werden. Durch Vergleich mit den Verbrauchsdaten von Kläranlagen unterschiedlicher Größenklassen, die das UBA 2008 herausgegeben hatte, konnte hier das Einsparpotenzial abgeschätzt werden.
Hier konnten auch erste Versuche mit der Simulation der gekoppelten Systeme Abwasserreinigung und Klärschlamm-Faulung durchgeführt werden um das Potenzial gerade dieser Kopplung zu ermitteln.
Mit den hier bis dahin vorliegenden Daten und Einschätzungen wurde bis Ende Juni 2011 ein Antrag zum Hauptprojekt gestellt und bei der Deutschen Bundestiftung Umwelt eingereicht.
Erste Tests der Simulation mit variierenden Belüftungen werden zurzeit durchgeführt und verlaufen recht positiv.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Teilnahme an:
23. Norddeutsche Fachtagung für Abwasserwirtschaft und Gewässerentwicklung an der FH Lübeck am 11.05.2011 mit Vorträgen von W. Lindenthal und K. Wellbrock,
18. SIMBA Anwendertreffen mit Biogasworkshop am 17. - 18. Mai im Magdeburg mit Vortrag von W. Lindenthal
DWA/VDI-Fachtagung Mess- und Regelungstechnik in abwassertechnischen Anlagen am 25./26.10.2011 in Fulda; Manuskript von W. Lindenthal et al. eingereicht


Fazit

Das Projekt hat ein großes Einsparpotenzial der untersuchten Kläranlagen ergeben. Es ist nun genauer zu untersuchen, welche Verbraucher welche Energie-Aufnahme beim Betrieb der Kläranlage haben. Diese Daten müssen statt der bisher verwendeten Standardwerte in die Simulation eingefügt werden.
Weiterhin muss genauer ermittelt werden, wie sich im Tagesverlauf die Parameter (Menge absolut, CSB, BSB5, TKN, TS, oTS, Sauerstoff-Sättigung, Ammonium- und Nitrat-Gehalt) des Abwassers ändern. Das gleiche gilt für die Daten des Klärschlamms und eventuell einzusetzender Co-Substrate. Mit diesen Werten ist dann die Simulation durchzuführen.
Diese Fragestellungen sollen in dem beantragten Folgeprojekt untersucht werden.

Förderzeitraum: 26.04.2010 - 18.04.2012 (1 Jahr und 12 Monate)
Fördersumme: 125.000,00
Förderbereich: I.2.2
Stichworte: Kläranlage, Ausstellung: Nachhaltige Chemie
Publikationen: