Schritt für Schritt zur Maximal-Diät

Schritt für Schritt zur Maximal-Diät

Auf der Kläranlage des AZV Döbeln-Jahnatal, betrieben von der Veolia-Tochter OEWA, wird Energie gespart.

Ohne sie geht nichts: Bakterien tragen die Hauptlast einer umweltgerechten Abwasserbehandlung in modernen Kläranlagen. Sie bauen die organischen Bestandteile und Nährstoffe im Abwasser ab und reinigen es. Doch dafür brauchen sie Nahrung, also Energie. Aber was würde eigentlich passieren, wenn man sie auf Diät setzt?

Wenig Futter, maximale Power: Die Kläranlage des AZV Döbeln-Jahnatal im sächsischen Westewitz (Quelle: Veolia)
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OEWA Wasser und Abwasser GmbH

Dr. Markus Biegel

Leiter Technische Dienste OEWA

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Was geschieht, wenn die Bakterien in den Belebungsbecken immer weniger Futter bekommen und unter diesen erschwerten Bedingungen beweisen sollen, dass sie dennoch in der Lage sind, ihrer Aufgabe gerecht zu werden? Das durch die Europäische Union geförderte Projekt POWERSTEP zeigt, wie es geht. Dazu wurde in den vergangenen Monaten auf der Kläranlage des Abwasserzweckverbandes (AZV) Döbeln-Jahnatal im sächsischen Westewitz ein Pilotversuch im großtechnischen Maßstab absolviert. Es geht um die gezielte Extraktion von Kohlenstoff durch Mikrosiebung. Die Ergebnisse sind vielversprechend.

Der Ansatz

Das kommunale Abwasser in Europa enthält in seinem organischen Anteil eine verfügbare chemische Energie von etwa 87. 500 GWh pro Jahr. Dies entspricht in etwa der Leistung von zwölf großen Kraftwerken. Stattdessen verbraucht die Abwasserbehandlung in Europa Primärenergie im Umfang von mehr als zwei Kraftwerken – aufgrund der derzeit eingesetzten Technologien und des damit verbundenen Energieverlustes bei den einzelnen Prozessschritten. Die Nutzung der verfügbaren chemischen Energie stellt für Kommunen, Abwasserverbände und Betreiber von Kläranlagen eine große Chance dar, um Energie nicht länger in Größenordnungen einsetzen zu müssen, sondern Energie zu erzeugen. Darüber ließen sich einerseits die Kosten reduzieren und andererseits würde man einen wichtigen Beitrag zum Klimaschutz und zur Energiewende leisten. Ein gewaltiger Schritt hin zur energiepositiven Kläranlage der Zukunft.

Das Projekt

Im Rahmen des von der EU geförderten Horizon 2020 Projekts POWERSTEP werden in enger Zusammenarbeit von Forschung und Wirtschaft neuartige Technologien und Konzepte erprobt, um auf bestehenden Kläranlagen den Energiegehalt des Abwassers nutz- und verfügbar zu machen, ohne große Investitionen tätigen zu müssen. An dem Forschungsprojekt nehmen 15 Partner aus ganz Europa teil. Koordiniert wird es vom Kompetenzzentrum Wasser Berlin (KWB).

Der Pilotversuch

Seit Ende November 2016 ist die Versuchsanlage, die über eine Kapazität von 2.000 EW verfügt, in Betrieb.

Sie wird – wie auch schon vor POWERSTEP – von der zu Veolia Deutschland gehörenden OEWA Wasser und Abwasser GmbH betrieben und wissenschaftlich von KWB-Mitarbeitern betreut.

Die Idee: Dem Abwasserstrom wird in der Vorklärung Kohlenstoff entzogen, dessen Energiepotenzial entschieden sinnvoller und nachhaltiger verwertet werden könnte, als es in den Belegungsbecken mehr oder weniger verpuffen zu lassen. Eine Möglichkeit sind Faulungsanlagen, in denen daraus Biogas erzeugt wird. Auf diese Weise entwickeln sich kommunale Kläranlagen vom Energiefresser zum Energieproduzenten.

„Indem wir über das Hydrotech Trommelsieb von Veolia bereits nach dem Rechen Schmutzstoffe und damit vor allem Kohlenstoff zuerst mechanisch herausfiltern, entziehen wir den Bakterien immer mehr Futter, das sie eigentlich benötigen, um die Nährstoffe im Abwasser, vor allem Stickstoff, abzubauen“, erklärt Rabea-Luisa Schubert vom KWB. Sie betreut die Versuche auf der Kläranlage in Westewitz.

Der Test soll zeigen, wie viel Diät die Bakterien aushalten. Christian Loderer, der das Gesamtprojekt POWERSTEP seitens des KWB betreut, kennt das Ursprungsziel: Bis zu 70 Prozent Kohlenstoff will man dem Abwasserstrom entziehen, um dessen Energie anderweitig zu nutzen.

In den vergangenen Wochen und Monaten nähert man sich diesem Ziel. Man testet sich in diesem großtechnischen Maßstab an die Maximal-Diät heran, um am Ende zu demonstrieren, wie viel Kohlenstoff die Bakterien tatsächlich zur Reinigung des Abwassers benötigen.

Während Kohlenstoff und Phosphor mechanisch – seit dem Frühjahr 2017 auch unter die Zugabe von Chemikalien – aus dem Abwasserstrom gefiltert werden, ist dies bei Stickstoff nicht möglich. KWB-Expertin Rabea-Luisa Schubert: „Diese Aufgabe können nur die Bakterien übernehmen. Dafür brauchen sie allerdings eine bestimmte Menge an Kohlenstoff als Futter, um überhaupt arbeitsfähig zu sein.“

Die Herausforderung

Von Anfang an steht fest: Die Extraktion des Kohlenstoffs durch eine Mikrosiebung darf den Prozess der Abwasserbehandlung auf dieser kleinen kommunalen Kläranlage nicht beeinträchtigen. Engmaschige Kontrollen stellen das sicher. Stephan Baillieu, Geschäftsführer des AZV Döbeln-Jahnatal: „Wir freuen uns über die Möglichkeit, mit unserer Anlage Teil dieses innovativen Projekts zu sein und sind stolz darauf, auf diese Weise neue Erkenntnisse zu gewinnen. Aber als Eigentümer der Kläranlage sind wir auch kompromisslos, was die Qualität der Abwasserreinigung betrifft. Die Ablaufwerte – und das ist unsere Bedingung, als wir dem Pilotversuch zustimmten – müssen zu jeder Tages- und Nachtzeit innerhalb der von der Wasserbehörde vorgegebenen Grenzwerte liegen.“

Die Ergebnisse

Der Reinigungsprozess verläuft stabil. Auch seitdem die Bakterien in beiden Belebungsbecken mit der geringstmöglichen Zufuhr von Kohlenstoff arbeiten. Anfang Oktober 2017, nachdem die Hochphase des Versuchs abgeschlossen wurde, spricht Christian Loderer von „hochzufriedenstellenden Ergebnissen“. Rund 63 Prozent des im Abwasserstrom ankommenden Kohlenstoffs werden zuletzt bereits vor der Belebung extrahiert.

OEWA-Geschäftsführer Thiébauld Mittelberger ist stolz, verkünden zu können, dass man sich seit Juli 2017 mit beiden Becken unter der geringstmöglichen Energiezufuhr im Regelbetrieb befindet.

„Und natürlich halten wir die Grenzwerte ein“, betont Mittelberger, dessen Unternehmen seit vielen Jahren kompetenter Dienstleister des AZV Döbeln-Jahnatal ist.

Energieeffizienz ist heute und in Zukunft von immenser Bedeutung

„Am Ende ging es in dem gesamten Versuch für den AZV Döbeln-Jahnatal um die Einsparung von Energie. Es ergibt keinen Sinn, die im Abwasser vorhandene Energie unnötigerweise mit noch mehr Energie verpuffen zu lassen, sie sollte vielmehr effektiv genutzt werden“, erläutert Thiébauld Mittelberger. Dieses Verfahren versetze Kommunen in die Lage, energieeffiziente Lösungen in der Abwasserreinigung einzusetzen. Dass es funktioniert, hat POWERSTEP in den vergangenen Monaten eindrucksvoll belegt. Nun sei man an dem Punkt, dagt der OEWA-Geschäftsführer, das umfangreiche Zahlenmaterial der vergangenen Monate auszuwerten, in energetischer und wirtschaftlicher Hinsicht.

Man sei zuversichtlich, die Versuchsanlage im Sinne des AZV und damit am Ende seiner Kunden weiter nutzen zu können. „Energieeffizienz ist heute und in Zukunft von so immenser Bedeutung für die Verbände, dass wir alle Anstrengungen unternehmen, unser Know-how als Abwasserdienstleister in die Waagschale zu werfen“, betont Thiébauld Mittelberger.

Weiterführender Link

Projekt POWERSTEP

www.powerstep.eu

 

Modernisierungsreport 2017/2018 | PDF-Download (688.78 KB)