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Klärschlamm (Fach) / 07. Energieverwertung (Lektion)
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- Benötigte Energieformen auf Kläranlagen Wärmenergie z. B. für die Raumheizung z. B. für die Deckung der Abstrahlungsverluste der Faulbehälter z. B. für die Rohschlammheizung auf die Faulbehältertemperatur Elektrische Energie z. B. Strom für die Belüftung der Belebungsanlagen z. B. Strom für den Betrieb der Pumpen z. B. Strom für den Betrieb der Räumerbrücken auf den Absetzbecken z. B. Strom für den Betrieb der Rechenanlagen
- Abhängigkeit des Energieverbrauchs von den Randbedingungen Kläranlagengröße Verfahren der biologischen Reinigung (z. B. unbelüfteteTeiche, Belebungsverfahren, Tropfkörperverfahren) Verfahrenstechnik (z. B. simultane aerobe Schlammstabilisierung, Faulung, Schlammtrocknung) Weitergehende Abwassereinigung (z. B. Filtration, Biofilter, UV-Behandlung) Topografische Verhältnisse (z. B. Durchfluss im freiem Gefälle oder Pumpwerke) Belastung der Anlage (z. B. Auslastungsgrad, saisonale Spitzenbelastungen) Abwasserzusammensetzung (z. B. Stickstofffracht und Phosphorfrachtim Zulauf Qualität der Maschinen Qualität der EMSR-Technik Betriebsweise der Anlagenteile (z. B. mesophileoder thermophile Faulung)
- spez. Faulgasmenge GM= 17 l/(E *d) typischer Wert
- spez. Faulgasausbeute GA= 900 -1.000 l/ kg oTSumgesetzt typischer Wert
- spez. Faulgasertrag GE= 480 l/kg oTSzugeführt typischer Wert
- Typische Zusammensetzung von Faulgas Methan (CH4) 60 -70 Vol.-% Kohlendioxid (CO2) 30 -40 Vol.-% Stickstoff (N2) < 3 Vol.-% Wasserstoff (H2) < 1 Vol.-% Schwefelwasserstoff (H2S) < 1 Vol.-% Ammoniak (NH3) < 1 Vol.-%
- Die Faulgasproduktion hängt ab von Schlammenge Schlammbeschaffenheit Toxischen Einflüssen Realen Belastungszuständen Schlammstabilisierung Faulraumvolumen (Durchflusszeit, Raumbelastung u. a.) Biologischen Reinigungsverfahren Belebungsverfahren Tropfkörper/Tauchkörper Biofilter Ein-oder Zweistufigkeit der Abwasserreinigung AB-Verfahren „konventionelle“ Zweistufigkeit Grad der Vorreinigung Schlammalter Externen Kohlenstoffzugaben
- Störende Bestandteile im Faulgas Schwefelwasserstoff (SO2): → Korrosion durch saure Kondensate Verbrennungsprozess: (2 H2S + 3 O2 → SO2+ 2 H2O Halogenierte oder fluorierte Kohlenwasserstoffe: → Bildung von Dioxinen und Furanen bei der Verbrennung Siloxane: organische Siliziumverbindungen, die in Kosmetika und Körperpflegemittel verwendet werden, ihre Anwendung ist steigend. Bildung von Quarz bei der Verbrennung von Siloxanen → Ablagerungen im Brennraum von Gasmotoren mit erhöhtem Verschleiß an Ventilen und Zylinderbuchsen Siloxanentfernung: → Vor der Verbrennung durch Bindung an Aktivkohle
- Aufbereitungsschritte und Gasverwertungsverfahren Faulgas Trocknung Entschwefelung → Heizkessel, BHKW, Gasturbine Methananreicherung Partikelabschneidung → Netzeinspeisung, Kraftstoff Feinreinigung → Brennstoffzelle
- Möglichkeiten zur Klärgasnutzung Abblasen Unzulässig im Normalbetrieb Als Sicherheitsentlastung notwendig Abfackeln Auch notwendig bei anderweitiger Klärgasnutzung Auslegung auf 1/10 der mittleren Tagesmenge Wärmeerzeugung Aufheizung der Rohschlämme; Ausgleich der Verluste Heizkessel aus Guss-oder Edelstahl; Brennwertkessel Mehrstoffbrenner (Klärgas, Heizöl EL, Erdgas) Kraft-Wärme-Kopplung Gas-Otto-Motoren Gas-Diesel-Motoren Gas-Turbinen (Brennstoffzellen) Aufbereitung auf Stadtgasqualität Nur eine Anlage in Deutschland (Mönchengladbach –Neuwerk)
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- Bauarten von Faulgasspeichern drucklose Gasspeicher (ohne Überdruck)N Niederdruck-Gasspeicher (bis 50 mbar Überdruck) Mitteldruck-Gasspeicher (10 bis 20 bar Überdruck)
- Energieverwertung auf Kläranlagen und prozentuale Anteile Heizwert des Faulgases: ca. 23.000 kJ/m³NEnergieverwertung mit Otto-Gas-Motoren: hG= 90 % 35 % mechanische Energie -Umwandlung in Strom mit Generatorenmechanische Energie an der Welle 55 % Wärmeenergie -Nutzung über Wärmetauscher Wärmeenergie im Kühlwasser 35% Wärmeenergie im Abgas25 %, Nutzung 20 % - Verlust 10 % Gesamtverluste Strahlungsverluste des Motors 5 %