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Faserstoffe Herkunft und Auswirkung auf Kläranlagen ABWASSER IM GESPRÄCH Aktuelles auf Kläranlagen – praxisnah und lösungsorientiert
25. Januar 2018 in Gelsenkirchen
2 ABWASSER IM GESPRÄCH | Dr. F. Schmidtlein | 01/2018
Das Ingenieurbüro DAHLEM
führende Ingenieurgesellschaft im Bereich Abwasser, Wasser, Energie
ca. 120 Mitarbeitern
Gesamtumsatz ca. 11,4 Mio. € (2016)
inhabergeführt in dritter Generation
Erfahrungen seit 80 Jahren
Ingenieurprojekte aller Größenordnungen
national und international
Kernkompetenzen: kommunale / industrielle Abwasserreinigung, Kanalisation, Wasserwirtschaft, Abfall- u. Energiewirtschaft, Infrastrukturmaßnahmen
alle Fachrichtungen im Hause
sämtliche Planungsleistungen, Projekt-management, Betriebsbegleitung
www.dahlem-ingenieur.de
Faserstoffe Herkunft und Auswirkung auf Kläranlagen ABWASSER IM GESPRÄCH Aktuelles auf Kläranlagen – praxisnah und lösungsorientiert
25. Januar 2018 in Gelsenkirchen
4 ABWASSER IM GESPRÄCH | Dr. F. Schmidtlein | 01/2018
Vließstoffe
Hygiene-, Baby-, Küchentücher,
Brillenputztücher, Tampons, Slipeinlagen, etc.
Herkunft und wachsende Problematik
Zellfaserstoffe
Faserstoffe
wasserlösliche Struktur
vorwiegend Zellulose
reiß-, wring-, wasserfeste Struktur
oft Viskose-PET-Gemisch, i.d.R. plus Chemikalien,
wie Melaminformaldehydharze
Was gehört in die Toilette?!
5 ABWASSER IM GESPRÄCH | Dr. F. Schmidtlein | 01/2018
Wachstumszahlen seit 2013
USA ca. 6 %/a
Deutschland ca. 8 %/a
Großbritannien ca. 15 %/a Quelle: R. Schulz, SZ Magazin Heft 23/2015 Gesellschaft/Leben
Herkunft und wachsende Problematik
Faserstoffe
wachsender Markt für Vließstoffe
Toilettenpapier seit ca. 600 a in Gebrauch
Vließstoffe seit ca. 40 a in Gebrauch
Markt / Umsatz
1990 kaum meßbar
2002 2 Mrd. US$ (USA)
2013 6 Mrd. US$ (USA) 100 Mio. € (Deutschland)
6 ABWASSER IM GESPRÄCH | Dr. F. Schmidtlein | 01/2018
Auswirkungen auf Gesamtsystem und Kläranlage
Faserstoffe
Pumpwerke im Netz
Berliner Wasserbetriebe:
Einsätze Entstörungsdienst: mittlerweile 6 pro Tag in Berliner Netz
Kosten: ca. 1,0 Mio. €/a + 400 % (gegenüber 2009)
Quelle: R. Briest, Berliner Zeitung, 12.07.2016
7 ABWASSER IM GESPRÄCH | Dr. F. Schmidtlein | 01/2018
Auswirkungen auf Gesamtsystem und Kläranlage
Faserstoffe
Pumpwerke im Netz Zulauf Kläranlage (Rechenstufe)
8 ABWASSER IM GESPRÄCH | Dr. F. Schmidtlein | 01/2018
Nachfolgende Betriebspunkte: Pumpen, Rührwerke, Belüfterelemente, Krälwerke, etc.
Auswirkungen auf Gesamtsystem und Kläranlage
Faserstoffe
9 ABWASSER IM GESPRÄCH | Dr. F. Schmidtlein | 01/2018
Entwicklung neuer Produkte
Vließstoffe mit wasserlöslicher Struktur
Lösungsansätze
Faserstoffe
Technische Aufrüstung des Anlagenbestands Einzelfallbetrachtung Ausrüstung Pumpwerke (z.B. opt. Laufräder) Intervallbetrieb, Tacktung Pumpenlaufzeit Optimierung Rechenstufe, etc.
Vermeidung bzw. angepasste Entsorgungswege Aufklärung, z.B. durch
…Pumpenhersteller, …Betreiber, …Verbraucherzentralen, etc.
Quelle: Pentair Jung Pumpen
10 ABWASSER IM GESPRÄCH | Dr. F. Schmidtlein | 01/2018
Lösungsansätze
Faserstoffe
Optimierungsansätze Rechenstufe
Spaltweite / Trenngrenze: Reduzierung erhöht i.d.R. Rechengutanfall Überprüfen v. nachfolgender Anlagentechnik
(Waschpressen, Rechengutcontainer, Verlade-/ Transportsysteme) ggf. verändertes C-/N-Verhältnis (Biologie)
eingesetzte Maschinentechnik / Aggregate- bzw. Rechentyp: vielfältige Technik verfügbar
(z.B. Stufenrechen, Flachfeinrechen, Harkenumlauf-, Trommelsysteme) Spalt- bzw. Lochsiebe i.d.R. verbesserte Wirksamkeit bei reduziertem Wartungsaufwand
Hydraulik: Überprüfung Gerinnehydraulik Optimierung Fließgeschwindigkeit (Gerinne u. Rechenfeld) Überprüfung v. zulässigen Belegungsgraden u. vorh. Notumläufen
11 ABWASSER IM GESPRÄCH | Dr. F. Schmidtlein | 01/2018
Optimierung Rechenstufe
Projektbeispiele Ingenieurbüro DAHLEM
Optimierung Rechenstufe
100 kommunale Rechenanlagen
Planung u. Ausführung
bis ca. 2,5 Mio. EW
Bielefeld (260.000 EW)
Paderborn (540.000 EW)
Darmstadt (240.000 EW)
Stuttgart (1.200.000 EW)
St. Augustin (170.000 EW)
Fürth (265.000 EW)
Bocholt (225.000 EW)
Regensburg (500.000 EW)
Weimar (100.000 EW) Köln (1.300.000 EW)
Arnstadt (100.000 EW)
Lengerich (50.000 EW) Gronau (76.000 EW)
Siegen (175.000 EW)
Münster (300.000 EW)
Modau (55.000 EW)
Dingolfing (70.000 EW)
Hünxe (17.600 EW)
Aachen-Soers (540.000 EW)
Düsseldorf Süd (1.090.000 EW) Leipzig (710.000 EW) Mersin, Türkei 1.200.000 EW) Tokat, Türkei (230.000 EW) Herceg Novi, Montenegro (90.000 EW) Bar, Montenegro (75.000 EW) Dimitrovgrad, Bulgarien (70.000 EW) Stara Zagora, Bulgarien (256.000 EW)
GELSENWASSER AG 28. Juni 2017, Gelsenkirchen Ergebnispräsentation
Kläranlage Emmerich Studie zur Entfernung von Störstoffen
13 ABWASSER IM GESPRÄCH | Dr. F. Schmidtlein | 01/2018
Studie zur Entfernung von Störstoffen
Fallbeispiel Kläranlage Emmerich
14 ABWASSER IM GESPRÄCH | Dr. F. Schmidtlein | 01/2018
Teilstrombehandlung zur Entfernung von Störstoffen aus Kläranlagenkreislauf
Kompaktanlage z.B. Flach-Feinsiebrechen
Ansatzpunkt Variante 1: Zu-/Ablaufgerinne Belebung
Ansatzpunkt Variante 2: Schneckenhebewerk ÜS-/RS-Rückführung
VARIANTENENTWICKLUNG
VARIANTE 1
TEILSTROMBEHANDLUNG
Belebtschlamm-Wasser-Gemisch
VARIANTE 2
TEILSTROMBEHANDLUNG RS-/ÜS-Volumenstrom
15 ABWASSER IM GESPRÄCH | Dr. F. Schmidtlein | 01/2018
Verbesserung der Abscheideleistung im Zulaufbereich und Minimierung von zusätzlichem Störstoffeintrag in Anlage
Ansatzpunkt Variante 3: Ersatz Maschinentechnik Zulaufrechen
Ansatzpunkt Variante 4: Einbau Grobrechen in Hauptsammler (zusätzlicher Schutz f. PW Rheinpromenade)
VARIANTENENTWICKLUNG
VARIANTE 3
ANPASSUNG RECHENSTUFE
Kläranlagenzulauf VARIANTE 4
DEZENTRALE VORBEHANDLUNG Hauptsammler PW Rheinpromenade
16 ABWASSER IM GESPRÄCH | Dr. F. Schmidtlein | 01/2018
VAR 1.2: Teilstrombehandlung (Opt.: Gerinne-Erhöhung)
Fallbeispiel Kläranlage Emmerich
LÖSUNGSANSATZ:
Ø TW-Vol.-strom: ca. 2.500 m³/h
Rechenkompaktanlage (4 mm) z. Teilstrombehandlung (ca. 720 m³/h) → z.B. FFR Fa. Werkstoff+Funktion, → oder Rotamat Ro2 Fa. Huber
Gerinne-Erhöhung u. Einbindung im hydraulischen Freigefälle → detaillierte hydraulische Prüfung
erforderlich → Einstau Ablaufschwelle Belebung
Erzeugung des Vordrucks durch Gerinne-Einbauten → absenkbarer Plattenschieber
erheblicher baul. Aufwand zur Anpassung des Gerinnes
→ Umleitung Hauptstrom Kläranlage
→ ggf. Betonsanierung
→ Anpassung Verteilsystem NKB
17 ABWASSER IM GESPRÄCH | Dr. F. Schmidtlein | 01/2018
VAR 1.2: Teilstrombehandlung (Opt.: Gerinne-Erhöhung)
Fallbeispiel Kläranlage Emmerich
18 ABWASSER IM GESPRÄCH | Dr. F. Schmidtlein | 01/2018
VAR 2: Teilstrombehandlung RS-/ÜS-Hebewerk
Fallbeispiel Kläranlage Emmerich
LÖSUNGSANSATZ:
Ø TW-Vol.-strom: ca. 2.050 m³/h
Rechenkompaktanlage (4 mm) z. Teilstrombehandlung (ca. 720 m³/h) → z.B. FFR Fa. Werkstoff+Funktion,
alternativ: Strainpress (3 mm) z. Teilstrombehandlung (ca. 150 m³/h) → z.B. STRAINPRESS® Fa. Huber,
Einbindung im hydraulischen Freigefälle nach Prüfung der hydraulischen Berechnung nicht möglich
Beschickung mittels Pumpe (z.B. Schacht vor Schneckenhebewerk) Rücklauf im Freigefälle
hohe Aufstellung erforderlich, um „Leerlaufen“ zu verhindern (ggf. Aufstellung auf Abdeckung)
Sammelsystem wie Zulaufrechen
19 ABWASSER IM GESPRÄCH | Dr. F. Schmidtlein | 01/2018
VAR 2: Teilstrombehandlung RS-/ÜS-Hebewerk
Fallbeispiel Kläranlage Emmerich
20 ABWASSER IM GESPRÄCH | Dr. F. Schmidtlein | 01/2018
VAR 3: Anpassung Rechenstufe Kläranlagenzulauf
Fallbeispiel Kläranlage Emmerich
LÖSUNGSANSATZ:
max. MW-Vol.-strom: 3.000 m³/h
Ersatz masch.-techn. Ausrüstung
Einbau: Flach-Feinrechen → z.B. FFR Fa. Werkstoff+Funktion,
o. Einbau: Harken-Umlaufrechen → z.B. RakeMax® Fa. Huber,
1+1 Redundanz bleibt erhalten
6 mm Stababstand bleibt erhalten
erhöhte Abscheideleistung durch verbesserte Maschinentechnik
stufenweise Umsetzung der Lösung (VAR 3) möglich
Rechengutsammelsystem bleibt prinzipiell erhalten
Vorteil: kein zusätzlicher Betriebspunkt
21 ABWASSER IM GESPRÄCH | Dr. F. Schmidtlein | 01/2018
VAR 4: Dezentrale Vorbehandlung Hauptsammler
Fallbeispiel Kläranlage Emmerich
LÖSUNGSANSATZ:
Ø Vol.-strom: rd. 70 % KA-Zulauf
überströmbarer Gegenstrom-Grobrechen (20 mm) zum Einbau im Kanal bzw. Hauptsammler z.B. Harken-Umlaufrechen → z.B. GSR Fa. Werkstoff+Funktion, → z.B. RakeMax® Fa. Huber
relativ großer baulicher Aufwand
→ Zusätzliches Schachtbauwerk (mind. für den im Boden eingelassenen Grundkörper)
→ Umgestaltung der vorgesehenen Fläche/geänderte Flächennutzung
→ Abgrenzung zur Öffentlichkeit wegen Sicherheitsanforderungen u. Geruch + Lärm erforderlich, d.h. Einhausung + Abluftbehandlung
erheblicher Aufwand bzgl. Genehmigung zu erwarten
22 ABWASSER IM GESPRÄCH | Dr. F. Schmidtlein | 01/2018
VAR 4: Dezentrale Vorbehandlung Hauptsammler
Fallbeispiel Kläranlage Emmerich
KOMPONENTEN VAR 4:
neues Schachtbauwerk (ca. 5,3 x 3,0 x 6,4 m) mit Anbindung an Haupt-sammler
Verbau, Baugrube, Wasserhaltung (während der Bauzeit)
Grobrechen (20 mm) und Rechengutaustrag
Betriebshalle (ca. 15,0 x 8,5 x 3,5 m) z.B. Stahlrahmen inkl. Trapezblechdach und Sandwichwandelementen
biol. Abluftbehandlung (z.B. Biofilter)
Betriebshalle
Abluftbehandlung
Hauptsammler
Rechengutaustrag
Schachtbauwerk
mit Grobrechen
23 ABWASSER IM GESPRÄCH | Dr. F. Schmidtlein | 01/2018
Technische Variantenbewertung - Nutzwertanalyse
Fallbeispiel Kläranlage Emmerich
KRITERIEN / ZIELE
Wirksamkeit
Reduzierung von Störstoffen aus Kläranlagenkreislauf
Reduzierung von Störstoffeintrag in Kläranlage
insges. entfernte Störstoffmenge (Gesamtreduzierung)
gleichbleibende Wirksamkeit der Maßnahmen (mittelfristig)
Kosten
geringe erforderliche Investitionen
geringe Jahreskosten
geringe Kosten/ Investitionen für zusätzlich erforderliche Folgemaßnahmen
Betriebsaufwand/ Betriebssicherheit
geringer zusätzlicher (Personal-) Aufwand für Betrieb, Wartung, Instandhaltung
geringe Störanfälligkeit
geringe (hydraulische) Beeinflussung sonstiger Reinigungsstufen (z.B. Einstau Belebung, etc.)
Sonstiges
geringe Planungsunsicherheit/ geringes Bau- bzw. Realisierungsrisiko
geringer zusätzlicher Planungsaufwand
Kompatibilität mit (bereits) anstehenden Investitions- bzw. Ersatzmaßnahmen
Nachhaltigkeit (geringer Energiebedarf)
24 ABWASSER IM GESPRÄCH | Dr. F. Schmidtlein | 01/2018
Technische Variantenbewertung - Nutzwertanalyse
Fallbeispiel Kläranlage Emmerich
Ziele Gewichtung Zielertrag Nutzwert Zielertrag Nutzwert Zielertrag Nutzwert Zielertrag Nutzwert
Wirksamkeit (30 %)
Reduzierung v. Störstoffen aus Anlagenkreislauf 20% 7 0,42 7 0,42 8 0,48 0 0,00
Reduzierung v. Störstoffeintrag 20% 0 0,00 0 0,00 0 0,00 9 0,54
insges. Entfernte Störstoffmenge (Gesamtreduzierung) 40% 6 0,72 6 0,72 6 0,72 8 0,96
gleichbleibende Wirksamkeit (mittelfristig) 20% 4 0,24 4 0,24 4 0,24 8 0,48
Kosten (30 %)
geringe erf. Investitionen 30% 7 0,63 6 0,54 7 0,63 4 0,36
geringe Jahreskosten 40% 7 0,84 8 0,96 7 0,84 8 0,96
geringe Kosten/ Investitionen f. zus. erf. Folgemaßnahmen 30% 4 0,36 4 0,36 4 0,36 7 0,63
Bestriebsaufwand/ -sicherheit (20 %)
geringer zus. Aufwand (Wartung, Instandhalt. Personal) 40% 6 0,48 6 0,48 6 0,48 8 0,64
geringe Störanfälligkeit 40% 7 0,56 7 0,56 7 0,56 8 0,64
geringe (hydraul.) Beeinflussung sonst. Reinigungsstufen 20% 7 0,28 6 0,24 7 0,28 9 0,36
Sonstiges (20 %)
geringe Planungsunsicherheit / geringes Baurisiko 30% 8 0,48 6 0,36 8 0,48 8 0,48
geringer zus. Planungsaufwand 20% 8 0,32 6 0,24 8 0,32 5 0,20
Kompatibilität mit anstehenden Invest-/Ersatzmaßnahmen 30% 6 0,36 6 0,36 6 0,36 7 0,42
Nachhaltigkeit (geringer zus. Energieeinsatz) 20% 3 0,12 6 0,24 3 0,12 8 0,32
Gesamtnutzwert (100 %) 5,81 5,72 5,87 6,99
Rangfolge 3 4 2 1
VAR 1.1 VAR 1.2 VAR 2 VAR 3Option Gerinne-Erhöhung
25 ABWASSER IM GESPRÄCH | Dr. F. Schmidtlein | 01/2018
Ergebnisse
Fallbeispiel Kläranlage Emmerich
Wesentliche Aspekte bei zusätzlicher Einbindung von Kompaktanlagen:
nachträgliche Einbindung im Hauptstrom Biologie (Belebtschlamm-Gemisch) oder RS-Volumenstrom i.d.R. schwierig -> „hydraul. Nadelöhr“
detaillierte hydraul. Prüfung bei Einbindung in Anlagenbestand wichtig
i.d.R. kein großes „hydraul. Spiel“ vorhanden, oftmals Planungsunsicherheiten
verhältnismäßig hohe erf. Investitionen (z.B. aufgrund v. erf. Gerinneanpassung)
Wirksamkeit lässt sich i.d.R. nicht fundiert abschätzen
Empfehlungen aus der Konzeptstudie (Fallbeispiel Emmerich):
Sanierung der Zulaufrechen wird trotz höherer erforderlicher Investitionen insgesamt als vorteilhaft bewertet
Möglichkeiten zum Einsatz von Versuchs-/ Pilotanlagen zur Teilstrombehandlung sollte geprüft werden
ABWASSER IM GESPRÄCH | Dr. F. Schmidtlein | 01/2018
Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!