Einleitung

1.1. Rahmenbedingungen und Aufgabenstellung

Aufgrund des erhöhten Bewusstseins für Energieeinsparung gab es auch bei der Energieoptimierung in Kläranlagen vor der Jahrtausendwende eine Phase intensiver Förderung, die u. a. zur Erstellung des NRW-Handbuchs „Energie in Kläranlagen“

bzw. Finanzierungsprogrammen zur Durchführung von Energiekonzepten und zur Installation von BHKWs in mehreren Bundesländern geführt hat. Danach kam es dann, u. a. aufgrund auslaufender Programme und sinkender Strompreise, zu einem Rückgang der Aktivitäten, obwohl schon seit Jahren in zahlreichen Studien hohe Einsparpotenziale bis zu 70 % auf Kläranlagen konstatiert oder zumindest prokla-miert wurden.

Kläranlagen sind deshalb nach wie vor ein sehr interessanter Ansatzpunkt für Ener-gieoptimierungen. Sie verbrauchen zwar „nur“ knapp ein Prozent des bundesweiten Stromverbrauchs; In den Städten und Gemeinden sind sie aber mit ca. 20 % Anteil am kommunalen Stromverbrauch eindeutig der größte Stromverbraucher vor Schu-len, Krankenhäusern, Wasserversorgung, Straßenbeleuchtung etc.

In letzter Zeit hat die Forderung nach energieeffizienten Verfahren auch wieder an Dringlichkeit gewonnen. Zum einen haben die erneut stark steigenden Energiepreise zu einer Renaissance der Anstrengungen von Anlagenbetreibern bei der Stromein-sparung geführt. Zum anderen ist der politische Wille für eine Förderung energieeffi-zienter Verfahren und regenerativer Energien durch die Konflikte auf den internatio-nalen Energiemärkten und auch durch Vorgaben auf EU-Ebene gestärkt worden.

Für den Abwasserbereich hat vor allem die IVU-Richtlinie mit ihrer nationalen Umset-zung im Wasserhaushaltsgesetz für neue Vorgaben bzgl. der Energieeffizienz ge-sorgt: Das WHG legt im § 7a fest, dass die Abwasserbehandlung nach dem Stand der Technik zu erfolgen hat. Im Anhang 2 zum § 7a Absatz 5 wird neben verschiede-nen anderen Kriterien auch die Energieeffizienz explizit genannt. Die entsprechen-den Anforderungen sollen jetzt weiter konkretisiert werentsprechen-den.

Andererseits ergeben sich aufgrund der sehr unterschiedlichen Verfahrenstechniken und lokalen Rahmenbedingungen methodische Schwierigkeiten bei der Definition eines Standes der Technik hinsichtlich Energieeffizienz. Im Gegensatz zum Hoch-bau, wo eine gute Vergleichbarkeit zwischen den Objekten gegeben ist, sind Ener-giekennzahlen im Bereich der Abwasserbehandlung nur bedingt vergleichbar. Ein pauschaler Abgleich mit Ideal- oder Zielwerten ist daher nicht ausreichend.

Auffallend ist auch, dass die tatsächlich realisierten Stromeinsparungen häufig we-sentlich niedriger ausfallen, als in Energiekonzepten oder übergreifenden Studien vorhergesagt und/oder die Maßnahmen nur sehr begrenzt umgesetzt werden. Ähn-lich wie im Hochbau, wo Passivhaus-Standard nicht ohne weiteres und oft nicht mit wirtschaftlich vertretbarem Aufwand bei Altbauten umgesetzt werden kann, müssen daher beim weit überwiegenden Altbestand der Kläranlagen Abstriche bei der Um-setzbarkeit fortschrittlicher Technologien bzw. bei der Einhaltung von Energiekenn-zahlen gemacht werden.

Die Definition eines fortschrittlichen Standes der Technik im Sinne der IVU-Richtlinie muss diese Diskrepanzen zwischen theoretischem Anspruch und wirtschaftlicher Mach- und Zumutbarkeit sowie die Unsicherheiten bei der Umsetzung im Kläranla-genbetrieb berücksichtigen. Nur so kann den Anforderungen des WHG § 7a Abs. 5 („praktische Eignung einer Maßnahme zur Begrenzung von Emissionen in Luft, Was-ser und Boden“) gemäß den Kriterien des Anhangs 2 Rechnung getragen werden.

Sie muss auch berücksichtigen, dass erhöhte Anforderungen an die Reinigungsleis-tung von Kläranlagen oder an die Rückgewinnung von Nährstoffen (z. B. Phosphor) unter Umständen kollidieren mit dem Streben nach besserer Energieeffizienz. Höhe-re Anforderungen können sich zum Beispiel durch die Wasserrahmenrichtlinie ab etwa 2009 oder die neue EU-Richtlinie für Badegewässer ergeben. Wir haben dieser Problematik bei der Ausarbeitung unserer Vorschläge zum Stand der Technik in ver-schiedener Weise Rechnung getragen (s. dazu Kap. 2). Der vorliegende Abschluss-bericht zum Forschungsprojekt liefert also nicht nur eine Zusammenstellung theore-tisch denkbarer Ideallösungen und Zielwerte, sondern auch praxisnahe Vorgaben für die technisch und wirtschaftlich machbare Energieoptimierung. Dazu können vor al-lem auch die aufgeführten Fallbeispiele Anregungen geben.

1.2. Beteiligte am Vorhaben

Zur Konkretisierung der oben genannten neuen Anforderungen und politischen Wil-lenserklärungen hat das Umweltbundesamt die ARGE

iat,

bestehend aus den bei-den Ingenieurbüros

iat

GmbH, Stuttgart und

iat

Darmstadt im August 2005 beauf-tragt, im Rahmen eines einjährigen Forschungsprojektes Grundlagen für die Definiti-on eines Standes der Technik für die Energieeffizienz in Kläranlagen zusammen zu tragen.

Aufgrund des Querschnittcharakters des Projektes und der Vielzahl der berührten Themen sowie der manchmal erforderlichen subjektiven Einschätzung und Gewich-tung von Potenzialen für die Energieoptimierung wurde von Anfang an sehr viel Wert gelegt auf einen breiten Erfahrungsaustausch zwischen Experten unterschiedlicher Fachbereiche. Dazu wurde neben der Zusammenarbeit im multidisziplinären

iat

-Projektteam eine begleitende Fachgruppe eingerichtet, der zusätzlich folgende Mit-glieder angehörten:

H. Prof. Dr. J. Hahn und H. Dipl.-Ing. K. Fricke, UBA Berlin H. Dipl.-Ing. B. Kobel, Ryser Ingenieure AG, Bern

H. Dr.-Ing. J. Hansen und Fr. Dr.-Ing. H. Steinmetz, Tectraa TU Kaiserslautern H. Dr.-Ing. M. Roth und H. Dipl.-Ing. K. Keicher, Institut für

Siedlungswasser-bau, Wassergüte- und Abfallwirtschaft (ISWA), Universität Stuttgart

Die Fachgruppe hat in insgesamt drei Etappen (s. Kap. 2.1) die jeweils vorgelegten Zwischenergebnisse überprüft, gemeinsam diskutiert und daraus Anregungen für Ergänzungen und Korrekturen im Schlussbericht erarbeitet.

Darüber hinaus wurden einzelne Spezialthemen direkt vom Fachbereich Abwasser des Instituts ISWA unter Leitung von Herrn Dr.-Ing. J. Krampe bearbeitet:

Energieverbrauch von Membranverfahren Einsatz von Brennstoffzellen in Kläranlagen Desinfektion von Kläranlagenabläufen

Die Ausarbeitungen zu einzelnen Themen wie. z.B. Tropfkörper, Klärschlammdesin-tegration, Abluftbehandlung oder Belüftung wurden auch mit Vertretern von einschlä-gigen DWA-Arbeitsgruppen und von Hochschulen diskutiert.

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