Abwasserbehandlung nach angewandten Verfahren

Die theoretischen Unterschiede der Kennwerte im Energieverbrauch für ein-zelne Reinigungsverfahren (z.B. Berechnung nach Modellkläranlagen lt.

Handbuch NRW) lassen sich in der Praxis nicht eindeutig wieder finden, da sie überlagert werden von gegenläufigen Tendenzen: So ist z.B. die theoretisch bestehende Stromeinsparung bei der Belüftung von Belebungsanlagen mit Faulung i. V. zur simultanen aeroben Stabilisierung in der Praxis nicht unbe-dingt erkennbar, weil der Unterschied durch zusätzliche Stromverbräuche an anderer Stelle überkompensiert wird (höhere Kreislaufführung, Umwälzung Faulturm, Rückbelastung, etc., s. Abb. 3.2.4). Lediglich die mögliche Eigen-stromerzeugung bei der Faulung führt zu signifikanten Unterschieden in der Energieeffizienz.

Abb. 3.2.4: Spezifischer Stromverbrauch nach Anlagengröße und Verfahren (De-moulin, 2003, nach Daten von Roth, 1998)

Vor allem bei sehr großen Anlagen tragen zusätzliche Reinigungsstufen (z. B.

Sandfiltration) und die weitergehende Klärschlammbehandlung (Trocknung, Verbrennung) zu einem erhöhten Stromverbrauch bei und müssen im Einzel-fall berücksichtigt werden.

Auffallend sind die wesentlich günstigeren Kennwerte für den

Energie-verbrauch von Tropfkörpern in allen Größenklassen. Dies gilt theoretisch noch mehr für Tauchkörper, was sich aber in den Umfragen nur bedingt widerspie-gelt. Sie sollten daher als getrennte Kategorien und bei Neu- und Umbauten als mögliche Alternative zum Belebungsverfahren berücksichtigt werden.

Abwasserteiche und Kombinationen von Teichen mit (Tauch-)Tropfkörpern sind zwar zahlenmäßig häufig vertreten (> 10 % der Anlagen), insbesondere in den eher ländlich strukturierten Bundesländern. Sie beschränken sich aber fast ausschließlich auf GK 1 und 2 und betreffen damit nur ca. 0,5 % aller an-geschlossenen Einwohnerwerte. Sie werden deshalb nicht gesondert betrach-tet.

Eine Differenzierung nach den üblichen Reinigungszielen (Kohlenstoffabbau, Nitrifikation, Denitrifikation, P-Elimination) ist nicht hilfreich, da ohnehin eine Nivellierung der Ablaufwerte unabhängig von Verfahren und Größenklassen festzustellen ist (kleinere Anlagen denitrifizieren häufig auch ohne explizite Denitrifikationsstufe durch betriebliche Maßnahmen). Der Einfluss des Reini-gungsziels auf den Energieverbrauch ist i. d. R. nicht signifikant. Dies gilt nicht

für weitergehende Anforderungen an den Ablauf wie z.B. Hygienisierung, Filt-ration etc.

Bei fast allen Kläranlagen mit Belebungsverfahren sowie bei Teichen ist die Belüftung mit großem Abstand der wichtigste Stromverbraucher (s. Abb.

3.2.5 und 3.2.6). Bei Anlagen mit aerober Schlammstabilisierung liegt der An-teil bei ca. 60 bis 80 % des Gesamtverbrauchs, bei Anlagen mit Schlammfau-lung bei ca. 50 %. Die Streubreite ist sehr hoch und die Einflussmöglichkeiten durch kurzfristige Maßnahmen sind in der Regel ebenfalls groß. Daher bildet die Belüftung den größten Schwerpunkt der Energieoptimierung.

Abb. 3.2.5: Mittlerer Stromverbrauch von Anlagenteilen in GK 2 und 3 (LFU, Roth 1998)

Abb. 3.2.6: Mittlerer Stromverbrauch von Anlagenteilen in GK 4 und 5(LFU, Roth 1998)

Als Belüftungssystem hat sich zwar die feinblasige Belüftung ganz überwie-gend als energieeffizienteres Verfahren gegenüber Oberflächenbelüftern durchgesetzt; es gibt aber vor allem bei kleineren Anlagen auch Walzenbelüf-ter bzw. Kreisel neuerer Generation, die in Verbindung mit simultaner Denitrifi-kation sehr gute Energiekennwerte erreichen. Daher wird bei der Bewertung der Belüftung mit Kennwerten nicht nach angewandtem System differenziert.

Die kontinuierlich laufenden Pumpwerke (Zulauf, Zwischenhebewerke,

Rücklaufschlamm, interne Kreislaufführung, Faulturmumwälzung) verursachen als Einzelverbraucher zwar meist weniger als 10 % des

Gesamtstromverbrauchs. In der Summe können die Pumpwerke jedoch bis zu 50 % des Stromverbrauchs einer Anlage ausmachen und sind daher neben der Belüftung der wichtigste Ansatzpunkt für die Energieeffizienz.

Dies gilt natürlich besonders für Tropfkörper, wo die Beschickungspumpen anstelle der Belüftung maßgeblich sind für den Stromverbrauch. Bei der

gele-gentlich eingesetzten Kombination von Tropfkörper und Belebungsverfahren können für die Beschickung des Tropfkörpers die Vorgaben zu Pumpwerken angewandt werden. Bei der Belebung muss dann der Stromverbrauch auf die anteilig im Belebungsverfahren behandelte Fracht bezogen werden (nach Ab-zug des Frachtabbaus im Tropfkörper). Angesichts der geringen Zahl der Kombinationsanlagen wird auf eine separate Regelung verzichtet.

Regenwasser- und Hochwasserentlastungspumpen verursachen oft sehr hohe Stromspitzen und können dann für die Stromkosten (beim Leistungspreis) re-levant sein. Aufgrund der sehr geringen Laufzeiten (meist unter 100 h/a) sind sie dagegen beim Stromverbrauch in aller Regel fast bedeutungslos (<< 5 %).

Bei Pumpen ist vor allem die Auswahl energetisch optimaler Pumpen- und Laufradtypen und die Regelung der Kreislaufführung entscheidend für den Energieverbrauch. Hier gibt es aber immer wieder Interessenskonflikte zwi-schen Verstopfungssicherheit und Energieeffizienz (s. dazu Kap. 5).

Drittgrößte Verbrauchergruppe sind in der Regel die kontinuierlich laufenden Rührwerke (z.B. für Denitrifikation, Faulturm etc.), allerdings meist mit großem Abstand zur Belüftung.

Bei energetisch optimierten Anlagen verursachen die drei Hauptkomponenten Belüftung, Rührwerke und Pumpen über 80 % des Stromverbrauches. Hinzu kommen als weitere wichtige Verbraucher

o Sandfangbelüftung,

o Klärschlammentwässerung, o Sandfilter,

o Betriebswasserpumpen (auch Sprüheinrichtungen auf Absetzbecken), o bei kleineren Anlagen auch Elektroheizungen.

In 2001 waren bundesweit nur 335 Kläranlagen (3 % aller Anlagen) mit einer Ablauffiltration und hierbei ganz überwiegend mit Sandfiltern ausgestattet.

Daran waren aber 21,5 Mio. EW angeschlossen (17 % aller EW), davon 78 % in GK 5 und 20 % in GK 4. Bei Anlagen mit Sandfiltern kann von einem

Mehr-verbrauch von 25 % (2 bis 12, im Mittel ca. 5 kWh/(EW.a)) ausgegangen wer-den. In diesen Größenklassen hat der Einsatz der Sandfiltration als tertiäre Reinigungsstufe also großen Einfluss auf den Energieverbrauch. Die Sandfilt-ration wird vor allem in sehr großen Kläranlagen (über 500.000 EW) und deut-lich überproportional in NRW (ca. 150 von bundesweit ca. 220 Anlagen der GK 4 und 5) eingesetzt.

Sonstige Aggregate und Sonderverbraucher wie z.B. Abluftbehandlung, verur-sachen in der Regel jeweils weniger als 2 % des gesamten Stromverbrauches, können aber nichtsdestotrotz gelegentlich maßgeblich sein für hohe Strom-verbräuche.

Die chemische P-Elimination aus dem Abwasser über Simultanfällung wirkt sich nicht signifikant auf den Energieverbrauch aus (<< 1 kWh/(EW.a)). Bei der biologischen P-Elimination fallen vor allem die Rührwerke der unbelüfteten Anlagenteile ins Gewicht, wobei eine eindeutige Aufteilung zwischen reiner Denitrifikation und biologischer P-Elimination nicht möglich ist. Alle Anlagen haben eine mehr oder weniger starke Phosphataufnahme in den Überschuss-schlamm, so dass bei Kennwerten diese Differenzierung entfallen kann und nur der Energieverbrauch der Rührwerke insgesamt betrachtet wird. Dagegen wird künftig die Art der P-Rückgewinnung (aus dem Klärschlamm) möglicher-weise den Energiebedarf stärker beeinflussen.