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DWA‐WWK O/2Kassel, 14.11.2012
DWA‐WasserWirtschafts‐Kurs O/2„Kommunale Abwasserbehendlung“Kassel, 13. bis 15. November 2012Kassel, 13. bis 15. November 2012
Leistung und Kosten des Membran‐Leistung und Kosten des MembranBioreaktor‐Verfahrens
(MBR Verfahren)(MBR‐Verfahren)
14. November 2012Franz‐Bernd Frechen, Universität Kassel
Bundessieger in der
Folie 1 Fachgebiet Siedlungswasserwirtschaft (FG SWW)
Leiter: Univ.‐Prof. Dr.‐Ing. F.‐B. Frechen www.uni-kassel.de/fb14/siwawi
Bundessieger in der Kategorie „Gesellschaft“
DWA‐WWK O/2Kassel, 14.11.2012Übersicht
Einführung Verfahrensbeschreibung Betrieb und Bemessung Leistungsfähigkeit Vor‐ und Nachteile Kosten Beispiele Zusammenfassung
Folie 2 Fachgebiet Siedlungswasserwirtschaft (FG SWW)
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DWA‐WWK O/2Kassel, 14.11.2012Wozu eine Membran?
Ersatz der konventionellen, schwerkraftbedingten Phasen‐trennung fest/flüssig in der Nachklärung durch eine Phasen‐trennung mittels Membran als Barriere
Folie 3 Fachgebiet Siedlungswasserwirtschaft (FG SWW)
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DWA‐WWK O/2Kassel, 14.11.2012Phasentrennung durch Membranen
Ersatz der konventionellen, schwerkraftbedingten Phasen‐trennung fest/flüssig in der Nachklärung durch eine Phasen‐trennung mittels Membran als Barriere
V f h h i h F l Verfahrenstechnische Folgen:Die Nachklärung wird überflüssig Es sind höhere TS‐Gehalte möglich: statt 3 g/L bis 5 g/L nun bis 15 g/L
Daher sind kleinere Belebungsbecken möglich
Folie 4 Fachgebiet Siedlungswasserwirtschaft (FG SWW)
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DWA‐WWK O/2Kassel, 14.11.2012
Konv BV
Verfahrensvergleich
Konv. BV ...
Belebungs‐becken
Nachklä‐rung
XTS,BB ≈ 4 g/L
Folie 5 Fachgebiet Siedlungswasserwirtschaft (FG SWW)
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DWA‐WWK O/2Kassel, 14.11.2012
Konv BV mit Erweiterung BB
Verfahrensvergleich
Konv. BV mit Erweiterung BB ...
ErweiterungBelebungs‐
becken
Belebungs‐becken
Nachklä‐rung
XTS,BB ≈ 4 g/L
Folie 6 Fachgebiet Siedlungswasserwirtschaft (FG SWW)
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DWA‐WWK O/2Kassel, 14.11.2012
Konv BV mit Erweiterung BB+NK
Verfahrensvergleich
Konv. BV mit Erweiterung BB+NK …
ErweiterungBelebungs‐
becken
Belebungs‐becken
Nachklä‐rung
XTS,BB ≈ 4 g/L
Folie 7 Fachgebiet Siedlungswasserwirtschaft (FG SWW)
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DWA‐WWK O/2Kassel, 14.11.2012
Konv BV mit Erweiterung BB+NK und Filter
Verfahrensvergleich
Konv. BV mit Erweiterung BB+NK und Filter ...
ErweiterungBelebungs‐
becken
Belebungs‐becken
Nachklä‐rung Filtration
XTS,BB ≈ 4 g/L
Folie 8 Fachgebiet Siedlungswasserwirtschaft (FG SWW)
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DWA‐WWK O/2Kassel, 14.11.2012
Konv BV mit Erweiterung BB+NK und Filter+Desinfektion
Verfahrensvergleich
Konv. BV mit Erweiterung BB+NK und Filter+Desinfektion...
ErweiterungBelebungs‐
becken
Belebungs‐becken
Nachklä‐rung Filtration
Desin‐fektion
XTS,BB ≈ 4 g/L
Folie 9 Fachgebiet Siedlungswasserwirtschaft (FG SWW)
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DWA‐WWK O/2Kassel, 14.11.2012
Konv BV mit Erweiterung BB+NK und Filter+Desinfektion
Verfahrensvergleich
Konv. BV mit Erweiterung BB+NK und Filter+Desinfektion...
ErweiterungBelebungs‐
becken
Belebungs‐becken
Nachklä‐rung Filtration
Desin‐fektion
XTS,BB ≈ 4 g/L
MBR
... oder MBR‐Verfahren
MBR
XTS,BB ≈ 10 g/L
Folie 10 Fachgebiet Siedlungswasserwirtschaft (FG SWW)
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DWA‐WWK O/2Kassel, 14.11.2012Begriffe
Membranen sind teildurchlässige Strukturen, die nicht für alle Komponenten eines Fluids permeabel sind [nach MELIN und RAUTENBACH]
M d ll ll Si b i kl i Lö h Modellvorstellung: Sieb mit ganz kleinen Löchern …. Als Trenntechnik in der Industrie seit langem geläufig Di K bi ti d bi l i h Ab i i it Die Kombination der biologischen Abwasserreinigung mit
Membranen wird als MBR=MembranBioReaktor bezeichnet Was landläufig als „Membranbelebungsverfahren“ bezeichnet Was landläufig als „Membranbelebungsverfahren bezeichnet
wird, ist genau genommen das MBR‐Verfahren
Folie 11 Fachgebiet Siedlungswasserwirtschaft (FG SWW)
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DWA‐WWK O/2Kassel, 14.11.2012Membran als physikalische Barriere
Filtrations‐wirksame
Roh‐wasser
Filtrat, Reinwasserwirksame
Deckschichtwasser Reinwasser
Feststoffe (organisch, an‐organisch, Bakterien u.a.) Membran
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typische Porenweite 20 bis 100 nm (0,02 bis 0,10 µm)
DWA‐WWK O/2Kassel, 14.11.2012Charakterisierung von Membranen
Bakterien
Viren
Ionen Cryptosporidien
Molekulargewicht [kDa] 0 3 50 500 2 000
Pestizide
Kolloide
Feststoffe gemäß DIN‐Filtration (0,45 µm)
E.coli
100200
Molekulargewicht [kDa] 0,3 50 500 2.000
Umkehrkörniges
Filter-Membranfiltration
ck[bar]
10
100
Nano‐filtration
Umkehr‐osmose
material, Siebe,
Rechen
Druc
1 Mikrofiltration
Ultra‐filtration
Raum
P tik l öß [ ]0,0001 0,001 0,01 0,1 1 10
0,1100
Raum‐filtration
Folie 13 Fachgebiet Siedlungswasserwirtschaft (FG SWW)
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Partikelgröße [µm]Üblicher Bereich für MBR
DWA‐WWK O/2Kassel, 14.11.2012Betriebsweisen von Membranen
Dead‐end‐Filtration
Deckschicht
Dead end Filtration(statische Filtration)
PermeatFeed
MembranMembran
DeckschichtdickeQ,s
Permeatstrom
t
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Rückspülung
DWA‐WWK O/2Kassel, 14.11.2012Betriebsweisen von Membranen
Dead‐end‐Filtration Crossflow‐Filtration
Deckschicht
Dead end Filtration(statische Filtration)
Crossflow Filtration(dynamische Filtration)
Deckschicht
PermeatFeed PermeatFeed
MembranMembran
DeckschichtdickeQ,s
P t tQ,s
Membran
Permeatstrom
Permeatstrom
Deckschichtdicket
Folie 15 Fachgebiet Siedlungswasserwirtschaft (FG SWW)
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RückspülungDeckschichtdicke
t
DWA‐WWK O/2Kassel, 14.11.2012Membranmaterial, Bauformen von Membranmodulen
Membranmaterialien: organisch: PVDF, PES, PAN, PE u.a.m. anorganisch: keramische Membranen
Folie 16 Fachgebiet Siedlungswasserwirtschaft (FG SWW)
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DWA‐WWK O/2Kassel, 14.11.2012Membranmaterial, Bauformen von Membranmodulen
Membranmaterialien: organisch: PVDF, PES, PAN, PE u.a.m. anorganisch: keramische Membranen
Bauformen: Bauformen:
Folie 17 Fachgebiet Siedlungswasserwirtschaft (FG SWW)
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P l a t t e n m o d u l
DWA‐WWK O/2Kassel, 14.11.2012Membranmaterial, Bauformen von Membranmodulen
Membranmaterialien: organisch: PVDF, PES, PAN, PE u.a.m. anorganisch: keramische Membranen
Bauformen: Bauformen:
Folie 18 Fachgebiet Siedlungswasserwirtschaft (FG SWW)
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H o h l f a s e r m o d u lP l a t t e n m o d u l
DWA‐WWK O/2Kassel, 14.11.2012Plattenmodule
Martin Martin SystemsSystems
KubotaKubotaKubotaKubota
KubotaKubota
Folie 19 Fachgebiet Siedlungswasserwirtschaft (FG SWW)
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HuberHuberBusseBusse
DWA‐WWK O/2Kassel, 14.11.2012Hohlfasermodule
Hohlfasermodul Zenon
H hlf d l Mit bi hi
Folie 20 Fachgebiet Siedlungswasserwirtschaft (FG SWW)
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Hohlfasermodul Mitsubishi RayonHohlfasermodul Koch Hohlfasermodul USFilters
DWA‐WWK O/2Kassel, 14.11.2012Modulspezifische Dimensionen
Parameter Einheit Größe
Filterfläche pro Filtrationseinheit m²/FE 240 bis 2 880 Vorbereitung)
Filterfläche pro Filtrationseinheit m /FE 240 bis 2.880spez. Filterfläche pro Grundfläche im eingebauten Zustand – „Foot Print“
m²/m² 70 bis 180
‐Verfahren“ (in
Zustand „Foot Print
Packungsdichte AMem,spez. der Module im eingebauten Zustand
m²/m³ 15 bis 75
bran
‐Bioreaktor‐
erforderliche Wassertiefeder Membranbecken
m 2,5 bis 5,0
A‐M 227„M
emb
Merkblatt DWA
Folie 21 Fachgebiet Siedlungswasserwirtschaft (FG SWW)
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Aus
DWA‐WWK O/2Kassel, 14.11.2012Betriebsweisen
lumen
Zyklus
Filtration Pause umen
Zyklus
Filtration Rückspülung Vorbereitung)
ermeatvol Filtration Pause
rmeatvol Filtration Rückspülung
‐Verfahren“ (in
Pe Pe
bran
‐Bioreaktor‐
A‐M 227„M
emb
Zeit Zeit
Merkblatt DWA
Folie 22 Fachgebiet Siedlungswasserwirtschaft (FG SWW)
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Aus
DWA‐WWK O/2Kassel, 14.11.2012Verfahrensvarianten
Belebungsbecken
Zulauf Rezirkulation
Permeat
Belebungsbecken
V
Filtrationseinheiten
Vorbereitung)
integriertes MBR-SystemCrossflow-BelüftungÜberschuss-schlamm
VBB
‐Verfahren“ (in
Belebungsbecken Membranbecken
schlamm
bran
‐Bioreaktor‐
Zulauf Rezirkulation
PermeatVBB
Filtrationseinheiten
A‐M 227„M
emb
Überschuss-
Crossflow-Belüftung
separates MBR-System
VMB
BB
Merkblatt DWA
Folie 23 Fachgebiet Siedlungswasserwirtschaft (FG SWW)
Leiter: Univ.‐Prof. Dr.‐Ing. F.‐B. Frechen www.uni-kassel.de/fb14/siwawi
Rücklaufschlamm schlamm
Aus
DWA‐WWK O/2Kassel, 14.11.2012Grundannahmen zur Bemessung
Die reaktionskinetischen Leistungen entsprechen in der Regel denen konventioneller belebter Schlämme.
Der Schlammanfall unterscheidet sich hinsichtlich der Feststoffmasse nicht vom Schlammanfall konventioneller Belebungsanlagen. Vo
rbereitung)
g g Das Bemessungsschlammalter in Membranbelebungsanlagen bewegt sich
im üblichen Bereich konventioneller Belebungsanlagen, da den Feststoff‐gehalten in den Belebungsbecken bzw. an den Membranen Grenzen gesetzt ‐V
erfahren“ (in
gehalten in den Belebungsbecken bzw. an den Membranen Grenzen gesetzt sind.
Membranbelebungsanlagen sind mit den üblichen Verfahren zur CSB Elimination br
an‐Bioreaktor‐
CSB‐Elimination Nitrifikation Stickstoffelimination simultanen aeroben Schlammstabilisierung sowie A‐
M 227„M
emb
simultanen aeroben Schlammstabilisierung sowie mit Verfahren zur biologischen und chemischen Phosphorentfernung
ohne Einschränkungen kombinierbar.
Merkblatt DWA
Folie 24 Fachgebiet Siedlungswasserwirtschaft (FG SWW)
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Aus
DWA‐WWK O/2Kassel, 14.11.2012Kenngrößen
Transmembrandruck: TMP = PS – PP je nach Membranmodul‐
typ; bis 0,750 bar, P
Ps hydrostatischer Druck am Sensoryp; , ,
typisch etwa 0,250 bar
Flux: ifi h Fil l j Flä h d Z i i h i (j ²
Permeat
Pp
spezifischer Filtratvolumenstrom je Flächen‐ und Zeiteinheit (je m² Membranfläche, je Stunde)
Einheit: L/(m²h)maßgebliche hydraulische Bemessungsgröße typisch 5 L/(m²h) bis zu 35 L/(m²h)
Permeabilität: Permeabilität: Kenngröße zur Beschreibung der Durchlässigkeit einer Membran. Quotient
aus dem Brutto‐Permeatflux und dem Transmembrandruck Einheit: L/(m²hbar)
Folie 25 Fachgebiet Siedlungswasserwirtschaft (FG SWW)
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Einheit: L/(m hbar).
DWA‐WWK O/2Kassel, 14.11.2012Beispiel Permeabilitätsverlauf
Folie 26 Fachgebiet Siedlungswasserwirtschaft (FG SWW)
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Drensla, K.: Chemische Reinigung von getauchten Niederdruck‐Hohlfasermembranen auf großtechnischen kommunalen MBR‐Anlagen, 2013
DWA‐WWK O/2Kassel, 14.11.2012Hydraulische Bemessung
1 0
0,8
0,9
1,0
]
Stunde
Woche
Tag
0 5
0,6
0,7
uxmax[‐]
Mittel
MonatWoche
Muster
0,3
0,4
0,5
Flux/Flu
0 0
0,1
0,2
F
0,00 5 10 15 20 25
Temperatur [°C]
Folie 27 Fachgebiet Siedlungswasserwirtschaft (FG SWW)
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DWA‐WWK O/2Kassel, 14.11.2012Hydraulische Bemessung
AMem = Qbem / vF,bem in m² (Gl. 4)Mem bem F,bem
mit: AMem m² erforderliche MembranflächeQ l/h Bemessungswassermenge Vo
rbereitung)
Qbem l/h BemessungswassermengevF,bem l/(m²h) Bemessungspermeatflux zum Ende der Nutzungszeit
‐Verfahren“ (in
Weitere Hinweise zur Bemessung von MBR‐Anlagen sieheIWA Regional Conference on Membrane Technology andW t R I t b l br
an‐Bioreaktor‐
Water Reuse, Istanbul,18. bis 22. Oktober 2010
A‐M 227„M
emb
Merkblatt DWA
Folie 28 Fachgebiet Siedlungswasserwirtschaft (FG SWW)
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Aus
DWA‐WWK O/2Kassel, 14.11.2012Fluxabfall durch Belagbildung: Fouling
Belag auf einer Kapillarmembrane vor der chem. Spülung
BakterienzelleAggregate: Silizium,Calcium,
Kohlenstoff, Sauerstoff
fadenförmige Bakterien
10 μmREM Bild mit 2.500 facher Vergrößerung
Folie 29 Fachgebiet Siedlungswasserwirtschaft (FG SWW)
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μg gQuelle: Erftverband
DWA‐WWK O/2Kassel, 14.11.2012Zwischen‐ und Hauptreinigung (Prinzip)
HR HRZR ZR ZR ZR ZR ZR ZR ZR ZR ZR ZR ZR
Vorbereitung)
bilität
‐Verfahren“ (in
Perm
eab
bran
‐Bioreaktor‐
A‐M 227„M
emb
Zeit
Merkblatt DWA
Folie 30 Fachgebiet Siedlungswasserwirtschaft (FG SWW)
Leiter: Univ.‐Prof. Dr.‐Ing. F.‐B. Frechen www.uni-kassel.de/fb14/siwawi
Aus
DWA‐WWK O/2Kassel, 14.11.2012Möglichkeiten der Chemischreinigung
Folie 31 Fachgebiet Siedlungswasserwirtschaft (FG SWW)
Leiter: Univ.‐Prof. Dr.‐Ing. F.‐B. Frechen www.uni-kassel.de/fb14/siwawi
Drensla, K.: Chemische Reinigung von getauchten Niederdruck‐Hohlfasermembranen auf großtechnischen kommunalen MBR‐Anlagen
DWA‐WWK O/2Kassel, 14.11.2012Problem auch: Verzopfungen ...
können auftreten bei
Hohlfaser‐ aber auch PlattenmodulenHohlfaser aber auch Plattenmodulen
by: Wessex Water
Folie 32 Fachgebiet Siedlungswasserwirtschaft (FG SWW)
Leiter: Univ.‐Prof. Dr.‐Ing. F.‐B. Frechen www.uni-kassel.de/fb14/siwawi
DWA‐WWK O/2Kassel, 14.11.2012Abhilfe:
Entweder optimierte Abwasservorbehandlung, siehe
oder Abwasserzwischensiebung AZS (bei separaten Systemen):
Folie 33 Fachgebiet Siedlungswasserwirtschaft (FG SWW)
Leiter: Univ.‐Prof. Dr.‐Ing. F.‐B. Frechen www.uni-kassel.de/fb14/siwawi
DWA‐WWK O/2Kassel, 14.11.2012Etwas zur Hydraulik in separaten Systemen
Permeate
Inlet Int. recycle
NFC
DNMLSS 10 g/L
MLSS 12 g/L
Excess sludgeReturn sludge
Folie 34 Fachgebiet Siedlungswasserwirtschaft (FG SWW)
Leiter: Univ.‐Prof. Dr.‐Ing. F.‐B. Frechen www.uni-kassel.de/fb14/siwawi
DWA‐WWK O/2Kassel, 14.11.2012Etwas zur Hydraulik in separaten Systemen
Reduzierung des TSReduzierung des TS-Gehaltes
IR = 400%
Int. recycle 600%500%Permeate
Inlet100%
NFC
DNMLSS 10 g/L 100%
MLSS 12 g/L
Excess sludgeReturn sludge RS = 500%
Folie 35 Fachgebiet Siedlungswasserwirtschaft (FG SWW)
Leiter: Univ.‐Prof. Dr.‐Ing. F.‐B. Frechen www.uni-kassel.de/fb14/siwawi
DWA‐WWK O/2Kassel, 14.11.2012Etwas zur Hydraulik in separaten Systemen
Zulauf Rezirkulation
MembranbeckenMBR
Permeat
Zulauf Rezirkulation
BR S
XTS,MBR
D N N
X TS,MB
X TS,AZ
S
AZS
ÜSSRücklaufschlamm
XTS,MB
Rücklaufschlamm
Folie 36 Fachgebiet Siedlungswasserwirtschaft (FG SWW)
Leiter: Univ.‐Prof. Dr.‐Ing. F.‐B. Frechen www.uni-kassel.de/fb14/siwawi
DWA‐WWK O/2Kassel, 14.11.2012Effekt der TS‐Verringerung auf den RS‐Volumenstrom
200%
175%
no intermediate sieving
MLSS(IntS) = 0.75 * MLSS(AT)
MLSS(I tS) 0 50 * MLSS(AT)n %
150%
MLSS(IntS) = 0.50 * MLSS(AT)
MLSS(IntS) = 0.25 * MLSS(AT)
LSS A
T in
100%
125%
SSM
T/ M
L
75%
MLS
50%0 1 2 3 4 5
return sludge flow (related to inlet flow)
Folie 37 Fachgebiet Siedlungswasserwirtschaft (FG SWW)
Leiter: Univ.‐Prof. Dr.‐Ing. F.‐B. Frechen www.uni-kassel.de/fb14/siwawi
return sludge flow (related to inlet flow)
DWA‐WWK O/2Kassel, 14.11.2012Verfahrensvergleich – Leistungsfähigkeit
Parameter MBAkonventionelle Belebungsanlage
ohne Erweiterungen mit Erweiterungeng g
Feststoffe 0 mg/l 10 bis 15 mg/l 3 bis 8 mg/l
CSB < 30 mg/l 40 bis 50 mg/l 30 bis 40 mg/l
mikrobiologischeQualität*)
Badegewässer‐qualität ‐‐‐ Badegewässer‐
qualität
*) bezüglich EU Richtlinie 76/160/EWG) bezüglich EU‐Richtlinie 76/160/EWG
Folie 38 Fachgebiet Siedlungswasserwirtschaft (FG SWW)
Leiter: Univ.‐Prof. Dr.‐Ing. F.‐B. Frechen www.uni-kassel.de/fb14/siwawi
Aus Merkblatt DWA-M 227„Membran-Bioreaktor-Verfahren“ (in Vorbereitung)
DWA‐WWK O/2Kassel, 14.11.2012Leistungsfähigkeit
Beispiel KA Rödingen (3000 EW)
Parameter Zulauf Ablauf Überwachungswert Elimina tionsra temg* L-1 mg* L-1 mg* L-1 %
CSB 430 < 25 35 > 94,2
BSB5 ca. 250 < 5 8 > 98
N ges 58 < 10 92
N H 4-N 25 < 1 2 99,4
N O3-N < 10
Pges ca. 11 0,5 86,5
PO P bis 10 < 0 2PO4-P bis 10 < 0,2
AOX < 50 50
Folie 39 Fachgebiet Siedlungswasserwirtschaft (FG SWW)
Leiter: Univ.‐Prof. Dr.‐Ing. F.‐B. Frechen www.uni-kassel.de/fb14/siwawi
DWA‐WWK O/2Kassel, 14.11.2012Leistungsfähigkeit
Beispiel KA Varsseveld/NL, Werte Februar 2005 bis September 2005
ParameterParameter ZulaufZulauf PermeatPermeat ηη
mg/lmg/l mg/lmg/l %%
CSBCSB 835835 2424 9797
Gesamt N Gesamt N *)*) 5959 3.23.2 9595
NHNH44--NN 3030 < 0,1< 0,1 999944
NONOxx--NN -- 2,32,3 --
Gesamt PGesamt P **)**) 16 416 4 3 63 6 7878Gesamt P Gesamt P )) 16,416,4 3,63,6 7878
<< 0,1 NTU<< 0,1 NTU*)*) Ohne OptimierungOhne Optimierung
Folie 40 Fachgebiet Siedlungswasserwirtschaft (FG SWW)
Leiter: Univ.‐Prof. Dr.‐Ing. F.‐B. Frechen www.uni-kassel.de/fb14/siwawi
**)**) Keine Chemikaliendosierung Keine Chemikaliendosierung
DWA‐WWK O/2Kassel, 14.11.2012Investitionskosten (Ausrüstungstechnik ohne Bau)
10 000
8.000
10.000h)] Vorbereitung)
6.000
en [€/(m³/h
‐Verfahren“ (in
4.000
sche
Koste
bran
‐Bioreaktor‐
2.000spezifis
A‐M 227„M
emb
0
0 500 1.000 1.500 2.000
B fl [ ³/h] Merkblatt DWA
Folie 41 Fachgebiet Siedlungswasserwirtschaft (FG SWW)
Leiter: Univ.‐Prof. Dr.‐Ing. F.‐B. Frechen www.uni-kassel.de/fb14/siwawi
Bemessungszufluss [m³/h]
Aus
DWA‐WWK O/2Kassel, 14.11.2012Investitionskosten – Vergleich
Rödingen / 1999 / 3,000 p.e. Nordkanal / 2004 / 80,000 p.e.
23%38% 37%28%
g / / , p / / , p
27%12% 28%
7%
Glessen / 2008 / 9,000 p.e.CAS system
39%15%
12%Civil works
mechanical55%
45%
34%electric/automation
MBR system Civil works machinery/electric/automation
Folie 42 Fachgebiet Siedlungswasserwirtschaft (FG SWW)
Leiter: Univ.‐Prof. Dr.‐Ing. F.‐B. Frechen www.uni-kassel.de/fb14/siwawi
automation
© Brepols, C. Operating large scale membrane Bioreactors for Municipal Wastewater Treatment, IWAP, 2011
DWA‐WWK O/2Kassel, 14.11.2012Membranspezifische zusätzliche Betriebskosten
spez. Energiebedarf spz. Kosten Gesamtkostenniedrig hoch niedrig hoch niedrig hoch i Mniedrig hoch niedrig hoch niedrig hoch i.M.
€Ct/m³ €Ct/m³ €Ct/m³
Crossflow‐Belüftung kWh/m³ 0,20 0,75 2,00 7,50 4,75
P t t kti dPermeatextraktion und Rezirkulationen
kWh/m³ 0,08 0,15 0,80 1,50 1,15
zusätzliche Druckbelüftung
kWh/m³ 0,08 0,10 0,80 1,00 0,90
Chemikalien €/m² a 0,20 1,10 0,18 1,00 0,59
Membranersatz bei5 a Standzeit
€/m² 40 80 7,31 14,618 22
Membranersatz bei10 a Standzeit
€/m² 40 80 3,65 7,31
Gesamt: 5 a Standzeit 11,09 25,62
8,22
15 61
Aus:Frechen, F.-B. Upgrading CAS systems using MBR technology – invited special talk –MBR Asia 2010 Bangkok 26-27 April 2010
10 a Standzeit 7,44 18,31Annahmen: 0,10 €/kWh, jahresmittlerer Flux 12,5 L/(m² • h)
15,61
Folie 43 Fachgebiet Siedlungswasserwirtschaft (FG SWW)
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MBR Asia 2010, Bangkok, 26-27 April 2010unter Nutzung der Zahlen aus dem Merkblatt DWA-M 227„Membran-Bioreaktor-Verfahren“ (in Vorbereitung)
DWA‐WWK O/2Kassel, 14.11.2012Membranspezifische zusätzliche Betriebskosten
Crossflow‐Belüftung4,75 €Ct/m³
P
Membran‐ersatz
/ ³ Permeat‐extraktion und Rezirkulationen1 15 €Ct/m³
8,22 €Ct/m³
1,15 €Ct/m
zusätzliche Druckbelüftung0 90 €Ct/m³Chemikalien
Aus:Frechen, F.-B. Upgrading CAS systems using MBR technology – invited special talk –MBR Asia 2010 Bangkok 26-27 April 2010
0,90 €Ct/mChemikalien0,59 €Ct/m³
Folie 44 Fachgebiet Siedlungswasserwirtschaft (FG SWW)
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MBR Asia 2010, Bangkok, 26-27 April 2010unter Nutzung der Zahlen aus dem Merkblatt DWA-M 227„Membran-Bioreaktor-Verfahren“ (in Vorbereitung)
DWA‐WWK O/2Kassel, 14.11.2012Vorteile des Membranbelebungsverfahrens
Hervorragende Abbauleistungen bzgl. der Kohlenstoffe und Nährstoffe u.a. durch Partikelrückhalt
Weitestgehende Entkeimung, Badegewässerqualität, W i d dWasserwiederverwendung
Kleine Bauwerke, geringer Platzbedarf, leicht umbaubar H h B t i b i h h it k i S hl bt i b d h Bläh d Hohe Betriebssicherheit, kein Schlammabtrieb durch Bläh‐ und
Schwimmschlamm Unabhängig von den Absetzeigenschaften des Schlamms Unabhängig von den Absetzeigenschaften des Schlamms Ausgezeichnet geeignet für Ertüchtigung bestehender Anlagen
Folie 45 Fachgebiet Siedlungswasserwirtschaft (FG SWW)
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DWA‐WWK O/2Kassel, 14.11.2012Nachteile des Membranbelebungsverfahrens
Meist höhere Investitionskosten Höhere Betriebskosten wegen hohen Energiebedarfs für die
Cross‐flow‐Belüftung Sorgfältige Vorreinigung nötig, um Verstopfungen und
Verblockungen zu verhindern W i B k l i i i b di t t Wegen geringerer Beckenvolumina prinzipbedingt etwas
anfälliger gegen Stoßbelastungen (Meist) technisch aufwendiger, benötigt geschultes Personal (Meist) technisch aufwendiger, benötigt geschultes Personal Chemischreinigung und Chemikalienlager nötig Empfindlich gegen membranschädigende Stoffep g g g
Folie 46 Fachgebiet Siedlungswasserwirtschaft (FG SWW)
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DWA‐WWK O/2Kassel, 14.11.2012Inhalt des Merkblatts DWA‐M 227
1 Anwendungsbereich2 Begriffe3 Beschreibung des Membranbioreaktorverfahrens (MBR‐Verfahren)4 Mechanische Vorbehandlung5 Planung und Bemessung6 Reinigungsstrategien7 Konstruktion und Ausschreibung8 Inbetriebnahme9 Hinweise für den Betrieb von MBR‐Anlagen10 Einsatz der Membrantechnik in kleinen Kläranlagen
d b h k l kl l11 Einsatz der Membrantechnik in Kleinkläranlagen12 Kläranlagenertüchtigung mit dem MBR‐Verfahren13 Kosten
Siehe auch CEN/CWA Document 15897:20‐11‐2008 Submerged Membrane Bioreactor (MBR) Technology
Folie 47 Fachgebiet Siedlungswasserwirtschaft (FG SWW)
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DWA‐WWK O/2Kassel, 14.11.2012Membranfiltration – Beispiel Kaarst
gefordertegAblaufqualität:COD 90BOD 20NH N 10NH4‐N 10Ntot 18Ptot 0.2alles in [mg/l][ g/ ]
Folie 48 Fachgebiet Siedlungswasserwirtschaft (FG SWW)
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DWA‐WWK O/2Kassel, 14.11.2012Membranfiltration – Beispiel Kaarst
gefordertegAblaufqualität:COD 90BOD 20NH N 10NH4‐N 10Ntot 18Ptot 0.2alles in [mg/l][ g/ ]
Folie 49 Fachgebiet Siedlungswasserwirtschaft (FG SWW)
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DWA‐WWK O/2Kassel, 14.11.2012Membranfiltration – Beispiel Kaarst
gefordertegAblaufqualität:COD 90BOD 20NH N 10NH4‐N 10Ntot 18Ptot 0.2alles in [mg/l][ g/ ]
Folie 50 Fachgebiet Siedlungswasserwirtschaft (FG SWW)
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DWA‐WWK O/2Kassel, 14.11.2012KA Swanage/UK
Folie 51 Fachgebiet Siedlungswasserwirtschaft (FG SWW)
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DWA‐WWK O/2Kassel, 14.11.2012KA Swanage/UK
Folie 52 Fachgebiet Siedlungswasserwirtschaft (FG SWW)
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DWA‐WWK O/2Kassel, 14.11.2012
KA St. Peter ob Judenburg/A ‐ 1.500 E (IBN 2002)
Upgrading – Teichkläranlage
KA St. Peter ob Judenburg/A 1.500 E (IBN 2002)
b lüft t T i hAb‐RechenPump‐
Qdwf/Qmax 9 / 15 [m³/h]V 950 m³ V 96 m³
belüfteter Teich setz‐zone
MBRRechen 5 mm
Pumpwerk
945 m²HF memBCOD 180 Mischwasser‐
speicher
BCOD 180BBOD 90BN 16 [kg/d]
Schlamm‐speicher
Folie 53 Fachgebiet Siedlungswasserwirtschaft (FG SWW)
Leiter: Univ.‐Prof. Dr.‐Ing. F.‐B. Frechen www.uni-kassel.de/fb14/siwawi
DWA‐WWK O/2Kassel, 14.11.2012Upgrading – Teichkläranlage
KA St. Peter ob Judenburg/A ‐ 1.500 E (IBN 2002)KA St. Peter ob Judenburg/A 1.500 E (IBN 2002)Folie 54 Fachgebiet Siedlungswasserwirtschaft (FG SWW)
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DWA‐WWK O/2Kassel, 14.11.2012Upgrading – Teichkläranlage
KA St. Peter ob Judenburg/A ‐ 1.500 E (IBN 2002)KA St. Peter ob Judenburg/A 1.500 E (IBN 2002)Folie 55 Fachgebiet Siedlungswasserwirtschaft (FG SWW)
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DWA‐WWK O/2Kassel, 14.11.2012Schlussbemerkungen
Die Membrantechnologie ist deutlich leistungsfähiger, aber im „Äpfel‐Birnen‐Vergleich“ nach wie vor teurer als konventionelle Verfahren. Daher werden in absehbaren Zeiträumen konventionelle Verfahren nicht verdrängt werdenkonventionelle Verfahren nicht verdrängt werden.
Wenn besondere Anforderungen gelten, so auch wenn über Water Re‐Use nachgedacht wird, verdient sie aber zu Recht das ate e Use ac gedac t d, e d e t s e abe u ec t dasPrädikat „Schlüsseltechnologie“.
Höhere Jahreskosten (Stichwort Membranersatz, negative Energiebilanz) sowie einige betriebliche Aspekte zeigen, dass noch erheblicher Forschungsbedarf gegeben ist.
Zu beobachten wird der Einsatz als der Nachklärung Zu beobachten wird der Einsatz als der Nachklärung nachgeschaltete Einheit (Bondorf‐Hailfingen, Merklingen, Geiselbullach, Brescia, USA, Australien, ...) sein.
Folie 56 Fachgebiet Siedlungswasserwirtschaft (FG SWW)
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