Implementation von wirtschaftlich effizienten Faulbehälteranlagen im Bereich 10.000-20.000 EW

Immer mehr Kommunen in Deutschland haben das Bestreben, die Abwasserreinigung auf den jeweiligen Kläranlagen energetisch zu optimieren. Generell wird unterschieden in energetischer Sanierung und Erweiterung der Kläranlagenkapazität. Eine Erweiterung der Kläranlagenkapazität ist durch die Errichtung eines Neubaus der biologischen Stufe möglich, jedoch im Sinne einer energetischen Optimierung kontraproduktiv, da durch eine zusätzliche biologische Reinigungsstufe ein erheblicher Mehraufwand an Belüftungsenergie notwendig wird. Ebenfalls steigen durch diese Maßnahme die Entsorgungskosten.

Die energetisch sinnvollere Variante einer Sanierung von kleinen Anlagen von 10.000 - 20.000 EW ist sehr häufig eine Umstellung von aerob auf anaerobe Schlammstabilisierung. Durch diese Umstellung wird es notwendig, sowohl eine mechanische Vorklärung als auch einen Faulbehälter für die anaerobe Schlammstabilisierung in das System zu integrieren. Bisher wurde in der Literatur darauf hingewiesen, dass eine wirtschaftlich rentable Implementierung eines Faulbehälters erst bei Ausbaugrößen von größer 20.000 EW sinnvoll wäre. Hinsichtlich steigender Energiekosten als auch steigender Entsorgungskosten hat sich diese Einschätzung mittlerweile grundlegend geändert.

Zu einer wirtschaftlichen Umstellung von aerob auf anaerobe Schlammstabilisierung gehören nicht nur die wirtschaftlich beste Ausführung des Faulbehälters, sondern auch die Art der Entfrachtung der biologischen Reinigungsstufe vom organischen Kohlenstoff. Hinsichtlich der Entfrachtung der Biologie stellt das HUBER Trommelsieb LIQUID im Vergleich zu einer traditionellen Vorklärung (Absetzbecken) die wirtschaftlichste Variante dar, wie zahlreiche Machbarkeitsstudien und realisierte Konzepte gezeigt haben.

Die Wirtschaftlichkeit einer Schlammfaulung hängt im Wesentlichen von der Bauform ab des Faulbehälters ab. Generell wird unterschieden in Betonfaulbehälter, Stahlsilo geschraubt mit Unterraum, Stahlsilo geschraubt mit Betontrichter und Stahlsilo geschweißt. Jedoch nicht nur die Bauform beeinflusst die Wirtschaftlichkeit, sondern auch die Prozessführung der Schlammfaulung.

Im Vergleich zu dem üblicherweise volldurchmischten Faulbehälter wird beim Prozess der „2-Phasenfaulung“ der Faulbehälter mit einer hydraulischen Verdrängung bzw. einer Stapelung von unten nach oben betrieben. Durch diese Betriebsweise findet kein Frischsubstratschlupf statt und es wird eine Steigerung des Gasertrags im Vergleich zu konventionell permanent durchmischten Faulbehältern von bis zu 20% erreicht. Ein weiterer Vorteil der hydraulischen Verdrängung im Vergleich zu einem Faulbehälter mit Durchmischung (Rührwerk) ist, dass eine Einsparung von 3-10 W/m³ realisiert werden kann. Durch diese Prozessführung ohne Durchmischung ist bedingt durch eine Einhaltung von Ruhephasen eine Anreicherung und Aufkonzentration der notwendigen Mikroorganismen möglich, was zu einer Steigerung der Gasproduktion beiträgt.

Ausschlaggebend für die Wirtschaftlichkeit einer möglichen Prozessumstellung von aerober zur anaeroben Schlammstabilisierung sind sowohl die Stromkosten als auch die Höhe der Entsorgungskosten. Bei Kläranlagen mit einer Ausbaustufe von 15.000-25.000 EW sollten mindestens 200.000 Euro pro Jahr an Strom- und Entsorgungskosten vorliegen. Des Weiteren werden mittels Gasertragskurven Rückschlüsse auf Biogasproduktion und Entwässerbarkeit des Schlammes untersucht. Wenn durch einen Vergleich des Ursprungszustandes der Kläranlage mit einer Umstellung des Systems auf anaerobe Schlammstabilisierung eine Einsparung von mindestens 50.000 Euro einhergeht, wird eine Empfehlung ausgesprochen, den Planungsprozess weiterzuführen.

Referenzen der 2-Phasenfaulung (Umstellung von aerob auf anaerobe Prozessführung)

• Projekt Hildburghausen: 20.000 EW (50 kW Microgasturbine)
• Projekt Kahla: 15.000 EW (30 kW Microgasturbine / 50 % Energiekompensation)
• Projekt Staßfurt: 70.000 EW (2 Gasturbinen 65 kW / Energiekompensation 70 %)
• Projekt Pocking: (17.000 EW; 1 Gasturbine 65 kW / 50% Kompensation)

Vorteile der 2-Phasenfaulung:

• Verweildauer 10-14 Tage
• Keine Umwälzenergie (Einsparpotential: 3-10 W/m³)
• Erhöhte Gasproduktion (bis zu 20% im Vergleich zu durchmischten Systemen)
• Kleiner Bauraum
• Geringe Investitionskosten
• Vollverschweißte Edelstahlkonstruktion (bevorzugte Variante: Stahlsilo geschweißt)

In Abbildung 2 sind die einzelnen Varianten der 2-Phasenfaulung dargestellt. Das Volumen entspricht in jeder Variante 200 m³ bei Bauhöhen von 8-22 m. Aufgrund der geringeren Standzeit der geschraubten Behälter stellt sich die Bauform „Stahlsilo geschweißt“ mit Unterraum als die wirtschaftlichste Variante dar. Die weiteren dargestellten Varianten liegen preislich 5-10% höher.

Fördermittel für Prozessumstellung

Die Auswahl des Faulbehältersystems und die damit verbundenen Investitionskosten sind ein wichtiges Kriterium bei der Beantragung von Fördergeldern.

Hinsichtlich der Einhaltung der Ablaufwerte ist eine Abstimmung mit der unteren Wasserbehörde notwendig. Für die Planung und Ausführung der Schlammfaulung ist kein BiMSch-Verfahren notwendig.

Aus der Förderung nach Kommunalrichtlinie 2020 geht hervor, dass 40 % auf die zuwendungsfähigen Kosten subventioniert werden. Nicht förderfähig sind BHK und Maschinenaufstellräume. Die Voraussetzung um Fördermittel beantragen zu können, ist die Vorlage einer aussagekräftigen Potenzialstudie. Da es sich um EFRE Mittel handelt, kann diese Förderung mit der Kommunalrichtlinie kombiniert werden. In untenstehendem Link sind Fördermittel nach Bundesländern aufgeschlüsselt. Am Beispiel Sachsen-Anhalt entfallen 50% auf förderfähige Kosten.