Elektrokinetische Desintegration - Initiative CO2

Elektrokinetische
Desintegration
kostENGÜNStIG,
EINfACH, effEKtIV

Problem und Lösung
Das Problem
Die anaerobe Schlammbehandlung in biologischen
Kläranlagen nutzt das vorhandene Substrat zur
Energiegewinnung nur teilweise aus. Zuviel
des vorhandenen (Energie)-Substrats verbleibt
ungenutzt gebunden im Faulschlamm. Dieser
muss dann teuer entsorgt werden. Das Faulraumvolumen
wird nicht optimal genutzt. Die mögliche
Faulgasausbeute wird bei Weitem nicht erreicht.
Die schlechte Entwässerbarkeit des Faulschlamms
(z.B. durch EPS [Extrazelloläre-Polymer-Substanzen]
verursacht) sorgt ebenfalls für hohe Kosten
(Flockungshilfsmittel, Menge usw.).
Wirkungsgrad (Steigerung der Gasausbeute) ab,
die ausgefaulte Schlammmenge wird reduziert.
Neben der besseren Verfügbarkeit des zur
Gasproduktion benötigten Kohlenstoffs wird das in
den Zellverbänden gebundene Zellzwischenwasser
freigesetzt. Dadurch wird der Entwässerungsgrad
des Faulschlamms erhöht.
Extrazelluläre Polymere Substanzen (EPS), wie sie
vermehrt bei der biologischen Phosphatelimination
auftreten können, werden durch die Desintegration
zerstört. Die Entwässerungsfähigkeit
des Schlamms wird gesteigert. Der Verbrauch an
Flockungshilfsmitteln sinkt.
Aber: Bisherige Verfahren zur Desintegration
benötigen sehr viel Energie und haben u.U.
sogar eine negative Energiebilanz.
Die Lösung – die elektrokinetische
Desintegration – das Verfahren
Bei der elektrokinetischen Desintegration wird
Schlamm einem hohen elektrischen Feld ausgesetzt.
Dadurch werden Zellverbände (Cluster)
aufgetrennt. Die hohen Feldstärken bewirken eine
Veränderung der Ladungsanordnung in der Zelle.
Entwässerter Schlamm
Die Desintegration
Unter der Desintegration versteht man im Allgemeinen
die Zerkleinerung von Zellverbänden, bzw.
Zellen durch äußere Einwirkung (physikalisch,
chemisch oder thermisch – ebenso kombiniert).
Zellverbände werden aufgelöst und die Zellmembranen
geschwächt bzw. zerstört. Die nachfolgenden
Schritte der anaeroben Schlammbehandlung
laufen dadurch schneller und mit höherem
Sensor
DC 30KV
Rohrleitung
geerdet
Ladungsverteilung in der Desintegrationseinheit

Verfahren und Leistungsfähigkeit
Durch die ständige Positionsänderung der Zelle
im Rohrleitungssystem erfährt die Zelle eine
dauernde Feldstärkenänderung. Die Ladungen in
der Zelle müssen kontinuierlich neu angeordnet
werden – dies erhöht den Effekt der Zelldestabilisierung
zusätzlich.
Zeit
Die Leistung
Der Aufschlussgrad richtet sich nach der Kontaktzeit
des Schlamms im elektrischen Feld, der
Schlammbeschaffenheit, der Temperatur und der
angelegten Spannung.
Durch die elektrokinetische Desintegration konnte
bisher eine Steigerung des Gasanfalls von 30%
erreicht werden. Ebenso reduziert sich die Faulzeit
im Faulbehälter, freie Kapazitäten werden gewonnen.
Bedingt durch den höheren organischen
Abbaugrad und der größeren Menge an Faulgas,
kann der der Schlammanfall um bis zu 15%
vermindert werden.
Positionsänderung des Schlammpartikels während der
Behandlung
Der zu behandelnde Schlamm – am besten dazu
geeignet ist der entwässerte Überschussschlamm
– durchfließt ein spezielles Rohrleitungssystem, in
dem ein Hochspannungsfeld im Kilovolt-Bereich
anliegt (zwischen 10 und 100 KV – in Sonderfällen
auch darüber).
Zunahme der Trübung vor, während und nach der
Behandlung: 0 = null Probe (vor der Behandlung)
1 = Behandlung nach 10 min
2 = Behandlung nach 30 min
3 = Behandlung nach 40 min
Eine Reduktion des Flockungshilfsmittels bei der
Schlammentwässerung ist ebenfalls möglich.
Dies ist auf den geringeren organischen Anteil im
Faulschlamm zurückzuführen.
3D-Zeichnung Desintegration – 3 Rohr-System
Die Viskosität des Schlamms verbessert sich ebenso,
der Schlamm ist pumpfähiger. Energiekosten
für Pumpen sinken.

Kosten und Möglichkeiten
Die Kosten
Die Einsatzmöglichkeiten
Die Investitionskosten liegen deutlich unter
den der derzeit verfügbaren Desintegrationsverfahren
(chemische-, physikalische- oder
thermische Verfahren, wie zum Beispiel Ultraschall,
Lysatgeschirr, Prallstrahlverfahren).
Die weit größeren Vorteile liegen bei den
geringen Betriebskosten. Die Differenz zwischen
Energieeintrag und Energiegewinn ist
sehr groß. Ein Sensor verbraucht ca. 10 W/h.
Der Nettoenergiegewinn liegt deutlich über
dem Energieverbrauch der Anlage.
CSB-Anstieg mit Behandlungsdauer in der
filtrierten Probe
3000
2500
2000
1500
1000
500
0
0 min
CSB [mg/l]
Zeit [min]
10 min
20 min
30 min
40 min
50 min
60 min
70 min
80 min
90 min
100 min
110 min
120 min
CSB-Anstieg in Abhängigkeit der
Behandlungsdauer
Wartungs- und Verschleißkosten können
bei der elektrokinetischen Desintegration
unberücksichtigt bleiben, da keine
Verschleißteile vorhanden sind.
Die Amortisationszeit der Desintegrationsanlage
liegt i.d.R. unter zwei Jahren. Neben
der Kaufoption wird ein Mietkauf ebenfalls
angeboten.
Desintegrationsanlage KA 260.000 EW,
Überschussschlammbehandlung
Neben der Behandlung von Überschussschlamm
gibt es eine Reihe weiterer
Einsatzgebiete für die elektrokinetische
Desintegration:
s Zur Schlammreduktion
– im Umwälzschlamm
– im Rücklaufschlamm
– im Primärschlamm)
s Zur Fadenbekämpfung
– in der Belebung, im Faulbehälter
s Zur Polymereinsparung
– in der Schlammentwässerung
s Zur Schlammkonditionierung
– in der Schlammentwässerung
s Zur Verbesserung der Entwässerbarkeit
– im Nacheindicker
– in der Schlammentwässerung
s Zur CO-Vergärung
– im Faulbehälter
Neben dem Einsatz auf Kläranlagen wird die
elektrokinetische Desintegration ebenfalls in
Biogasanlagen eingesetzt.

Praxisbeispiel - kommunale Kläranlage
Vorher:
Vor Inbetriebnahme der
Überschussschlamm desintegration
Nachher:
Nach Inbetriebnahme der Überschussschlammdesintegration
Energiebedarf der
Desintegrationsanlage:
Gaserzeugung:
Energieerzeugung:
Schlammanfall (4,5%):
Entsorgungskosten
komplett*:
0 KW/d
750 m³/d
1.500 KWel./d
30 m³/d
450 €/d
* angesetzt 15 €/m³ incl. Entwässerung, Transport,
Entsorgung
Energiebedarf der
Desintegrationsanlage
(incl. Beschickungspumpe
2,2 KW/h):
Verbrauch Desintegration:
Gaserzeugung:
Energieerzeugung:
Nettoenergiegewinn:
Schlammanfall (4,5%):
Entsorgungskosten
komplett*:
Ersparnis Schlamm:
50 KW/d
30 W/h)
950 m³/d
1.900 KWel./d
350 KWel./d
25 m³/d
375 €/d
75 €/d
27.500 €/a
Strommehrproduktion: 70 €/d
25.000 €/a
Investition: 50.000 €
Amortisationszeit: < 1 Jahr
* angesetzt 15 €/m³ incl. Entwässerung, Transport,
Entsorgung
Desintegrationsanlage KA 25.000 EW;
Überschussschlammbehandlung
Gasanfall Kläranlage
1400
1200
1000
800
m 3 /d
600
400
200
0
01. April
08. April
15. April
22. April
29. April
06. Mai
Inbetriebname Desintegration
Datum
13. Mai
20. Mai
27. Mai
03. Juni
10. Juni
17. Juni
24. Juni
30. Juni

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