Faserstoffe Herkunft und Auswirkung auf Kläranlagen...Gerinne-Erhöhung u. Einbindung im hydraulischen Freigefälle →detaillierte hydraulische Prüfung erforderlich →Einstau Ablaufschwelle

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


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?!


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)


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



Faserstoffe

Pumpwerke im Netz Zulauf Kläranlage (Rechenstufe)


Nachfolgende Betriebspunkte: Pumpen, Rührwerke, Belüfterelemente, Krälwerke, etc.


Faserstoffe


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


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


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


Studie zur Entfernung von Störstoffen

Fallbeispiel Kläranlage Emmerich


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


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


VAR 1.2: Teilstrombehandlung (Opt.: Gerinne-Erhöhung)


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


VAR 1.2: Teilstrombehandlung (Opt.: Gerinne-Erhöhung)



VAR 2: Teilstrombehandlung RS-/ÜS-Hebewerk


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


VAR 2: Teilstrombehandlung RS-/ÜS-Hebewerk



VAR 3: Anpassung Rechenstufe Kläranlagenzulauf


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


VAR 4: Dezentrale Vorbehandlung Hauptsammler


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


VAR 4: Dezentrale Vorbehandlung Hauptsammler


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


Technische Variantenbewertung - Nutzwertanalyse


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)


Technische Variantenbewertung - Nutzwertanalyse


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


Ergebnisse


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!

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Faserstoffe Herkunft und Auswirkung auf Kläranlagen...Gerinne-Erhöhung u. Einbindung im hydraulischen Freigefälle →detaillierte hydraulische Prüfung erforderlich →Einstau Ablaufschwelle