Das Hauptklärwerk Mühlhausen. Wir sorgen für Klärung.
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Das Hauptklärwerk Mühlhausen. Wir sorgen für Klärung. Sie drücken den Knopf, wir machen den Rest. Vom Wasser zum Abwasser. Und wieder zurück. Große Wäsche, kleine Wäsche, Kochen, Spülen, Baden, Duschen. Nichts geht ohne sau- Dabei werden Teile des Grund- und Oberflächenwassers entnommen und nach der beres, frisches Wasser und nichts bekommt man leichter als das. Im Handumdrehen oder Nutzung in Haushalt, Gewerbe oder Industrie in der Kanalisation gesammelt und zu den auf Knopfdruck. Komfortabel, einfach und sauber fließt das Wasser aus der Leitung und Klärwerken abgeleitet. Hier wird der Schmutz vom Wasser getrennt und das gereinigte verschwindet, oft nur Augenblicke später, wieder im Abfluss. Und hinterlässt viele Fragen. Wasser wieder in den natürlichen Wasserkreislauf eingeleitet. Was geschieht mit dem Abwasser? Wie wird aus Abwasser wieder Wasser? Wie kann In Stuttgart und einigen angrenzenden Gemeinden ist dafür der Eigenbetrieb Stadt- verschmutztes und ungenießbares Wasser wieder in den natürlichen Wasserkreislauf gelan- entwässerung Stuttgart (SES) zuständig. Bis zu 270 Millionen Liter Abwasser müssen täglich gen, ohne die Gewässer zu belasten? Wie können Schmutzstoffe vom Wasser getrennt wer- transportiert, gereinigt, das gereinigte Wasser dem natürlichen Wasserkreislauf wieder den, und was passiert mit den Rückständen? zugeführt und die Rückstände behandelt und umweltgerecht verwertet und entsorgt wer- Im natürlichen Wasserkreislauf bewegt sich das Wasser von der Meeresoberfläche über den. 220 Millionen Liter allein im Hauptklärwerk Mühlhausen. die Atmosphäre zum Festland und von dort über Bäche und Flüsse wieder zurück ins Meer. Mit großem Engagement und erheblichem finanziellen Einsatz hat die SES nicht nur Um Wasser wirtschaftlich, hygienisch unbedenklich und komfortabel nutzen zu können, die bestehenden Anlagen und Systeme weiterentwickelt, sondern auch immer wieder neue wurde in den modernen Industriegesellschaften neben dem natürlichen Wasserkreislauf Wege gesucht, um den hohen Standard entsprechend den gesetzlichen Vorgaben weiter zu ein Nutzwasserkreislauf aufgebaut. verbessern. Das Hauptklärwerk Mühlhausen ist dafür ein gutes Beispiel. Natürlicher und Nutzwasserkreislauf: Niederschlag Wasserwerk Klärwerk Gert Elsner Gewässer Verdunstung Wasser zum Leben: So wie unser menschlicher Organismus untrennbar mit dem großen Wasserkreislauf der Natur verbunden ist, so spielt Wasser auch in allem menschlichen Tun und Handeln eine i m a g e s o u rc e mauritius images zentrale Rolle. 2 3 Verbraucher Fortschritt im Verborgenen. Das Klärwerk trennt, was nicht zusammengehört. Von den Anfängen der Stadtentwässerung zum modernen Nutzwasserkreislauf. Wie das Klärwerk aus Abwasser fast sauberes Wasser macht. Das Prinzip ist einfach, die Lösung nicht. Absinken vom Abwasser getrennt und als In einem umfangreichen Reinigungsprozess Primärschlamm in der Schlammfaulung be- Das Abwasser mündete jedoch noch werden mechanische Trennverfahren mit bio- handelt werden. immer ungereinigt in den Nesenbach. Erst logischen und chemischen Reinigungsver- Bis 1874 floss in Stuttgart das Regen- 1916 mit der Inbetriebnahme des Klärwerks fahren kombiniert. und Brauchwasser in überwiegend offenen Mühlhausen wurde der Grundstein für eine Über das weit verzweigte Kanalnetz wird nismen im Belebtschlamm bauen die Schmutz- Kanälen ungereinigt in den Nesenbach und systematische Abwasserreinigung und einen das Abwasser gesammelt und zum Hauptklär- stoffe des Abwassers ab. In den anschließen- den Ausbruch und die Verbreitung von Die Abwasserentsorgung und -reinigung Seuchen war ausgeschaltet. läuft so störungsfrei und im Verborgenen ab, dass wir fast nichts davon mitbekommen. Das ist angenehm, aber nicht selbstverständlich. In den Belebungsbecken erfolgt die biologische Reinigung. Milliarden von Mikroorga- werk Mühlhausen abgeleitet. Mit sich führt es eine Schmutz- den Nachklärbecken werden die mit Mikroorganismen besie- außer einigen Hauskläranlagen und geschlossenen Abwasser- wirksamen Gewässerschutz gelegt. Mittlerweile wurde das Kanalnetz auf eine Gesamtlänge fracht aus festen und gelösten Stoffen: Sand, Steine, Papier, delten Belebtschlammflocken durch Sedimentation vom Wasser nischen Verhältnisse waren entsprechend, die Seuchengefahr von über 1.700 km ausgebaut. Die Klärwerke werden ständig Fette, Öle, Speisereste, Fäkalien und unterschiedlichste chemi- getrennt und wieder ins Belebungsbecken gepumpt. Der auf den neuesten Stand der Technik gebracht. Mehrstufige bio- sche Verbindungen. Ein großer Teil davon wird in den beiden Zuwachs an Belebtschlamm (Überschussschlamm) wird wie der Mit dem Aufbau eines Kanalsystems wurde das Abwasser logische und chemische Verfahren ergänzen heute die anfangs Rechen- und Sandfanganlagen in Hofen und Mühlhausen aus Primärschlamm der Klärschlammbehandlung zugeführt. In erstmals über eine geschlossene Kanalisation abgeleitet. Ein nur mechanische Reinigung des Abwassers, die Kapazitäten dem Abwasser entfernt; in den Grob- und Feinrechen sind dies einer weitergehenden Reinigungsstufe werden in der Sand- enormer Fortschritt nicht nur für Nase und Auge. Sondern auch wurden den steigenden Anforderungen angepasst. hauptsächlich Papier und andere grobe Verunreinigungen. Kies filteranlage feinste Schwebstoffe herausgefiltert. und gerade für die Gesundheit: Eine wesentliche Ursache für und Sand sowie Fette und Öle dagegen werden in den Sand- gruben gab es in Stuttgart keine Abwasseranlagen. Die hygie- ständig präsent. und Fettfängen dem Abwasser entnommen. In der sich Stammheim Remseck Kornwestheim anschließenden Vorklärung können weitere Feststoffe durch Mühlhausen Gruppenklärwerk Ditzingen Hauptklärwerk Mühlhausen Zuffenhausen Korntal Weilimdorf Münster Gerlingen Rechen- und Sandfanganlage Mühlhausen Bad Cannstatt Feuerbach Belebungsbecken Zulauf Fellbach Vorklärbecken Einzugsgebiet: Nachklärbecken Schlammverbrennung Belebungsbecken Untertürkheim Botnang Ein Klärwerk für 163 km . 2 Das Hauptklärwerk Mühlhausen reinigt das Nachklärbecken Wangen Lehr- und Forschungsklärwerk der Universität Stuttgart Gasspeicher Obertürkheim Hedelfingen Büsnau Sillenbuch Abwasser aus Stuttgart, Degerloch Esslingen Zulauf Vaihingen Esslingen, Fellbach, Möhringen Korntal, Kornwestheim Ostfildern Klärwerk Möhringen und Aldingen-Remseck. Birkach Klärwerk Plieningen Rechen- und Sandfanganlage Hofen Ablauf Schlammfaulung Neckar Leinfelden Echterdingen Plieningen Flughafen 4 Labor Regenklärbecken Sandfilteranlage Klärschlammlagerhalle Betriebsgebäude NO RD Alle Prozesse auf einen Blick. Abwasserreinigung Das Hauptklärwerk Mühlhausen im Prozess-Schema. Rechen Sand- und Fettfang Vorklärbecken Belebungsbecken Nachklärbecken Sandfilteranlage Zulauf Neckar Rechengut Sand Fette und Öle Rücklaufschlamm Filtrat Ablauf zur Verbrennung zur Sandwäsche zur Verbrennung Schlammbehandlung Primärschlamm Überschussschlamm Faulung Eindickung Entwässerung Trocknung Verbrennung Rauchgasreinigung Vorentwässerung Energieerzeugung Wärmeverbund Gasfackel Gasspeicher Gasnetz Blockheizkraftwerk 6 Gebäude Dampfturbine 7 Stromnetz Die gröbsten Brocken werden sofort aus dem Verkehr gezogen. Der Reinigungsprozess des Abwassers beginnt mit der mechanischen Reinigung. Bevor das Abwasser in das Klärwerk eingeleitet wird, werden bereits in den Rechen- Stoffe wie Kies und Sand am Beckenboden ab. Eine spezielle Pumpe fördert das Sand- und Sandfanganlagen in Hofen und Mühlhausen Grobstoffe herausgenommen. Das verhin- Wasser-Gemisch aus der Rinne zur Sandwäsche, nach weiterer Aufbereitung ist eine dert Ablagerungen und Verstopfungen in Rohrleitungen und Pumpen. Verwendung als Baumaterial möglich. Sandfang Hofen: Der mechanischen Reinigung liegt das Sieb-Prinzip zugrunde. Alles, was nicht durch- Die Sandfangbecken sind mit den Fettfängen verbunden. Leichte Stoffe wie Fette und passt, wird zurückgehalten und kann so dem Abwasser entnommen werden. Papier, Holz, Öle schwimmen an der Wasseroberfläche auf und werden mit Räumern in Sammelschäch- Steine, grobe Abfallstoffe, Essensreste und alle anderen festen Stoffe werden an den te geschoben und zur Weiterbehandlung in die Schlammverbrennungsanlage befördert. Zu diesem führt ein aus Richtung Bad Cannstatt kommender Hauptsammler, der die Abwässer Rechenanlagen entfernt. Das entnommene Rechengut wird gewaschen, entwässert und in Jetzt gelangt das Abwasser in die großen runden Vorklärbecken mit einem des Stadtgebietes, der südöst- Containern zur Schlammverbrennungsanlage transportiert. Gesamtvolumen von 15.000 m3. Die Fließgeschwindigkeit ist nun so gering, dass auch sehr lichen Vororte und Teile der In den Sandfängen wird Sand und Kies aus dem Abwasser entfernt. Um den Sand von feine Stoffe absinken. Der am Beckenboden abgesetzte Primärschlamm wird zur weiteren Abwässer der angeschlossenen den organischen Stoffen zu trennen, wird Luft in die Längsbecken des Sandfangs eingebla- Behandlung in die Faulbehälter gepumpt. Städte Esslingen und Fellbach sen. Diese sorgt für eine walzenförmige Strömung im Becken; dabei lagern sich schwere Rechen Sand- und Fettfang über einen der beiden Zuckerbergstollen ableitet. Der Neckardüker verbindet die Anlage in Hofen mit dem Gert Elsner Hauptklärwerk. Klein und gemein: Zum Beispiel Ohrenstäbchen. Sie Gert Elsner mogeln sich trotz hochentwickelter Verfahren überall durch und bereiten größte Schwierigkeiten. So und ähnlich Vorklärbecken (abgedeckt) mit Unterflurräumer Räumerantrieb Räumerarm Räumschild Sandfang Mühlhausen: gibt es immer wieder Probleme Die Anlage reinigt die Abwässer mit speziellen Verunreinigungen. der Stadtbezirke Botnang, Feuer- Abwasser sollte deshalb nicht bach, Zuffenhausen, Stammheim gedankenlos und mehr als not- und Mühlhausen sowie der Ge- wendig mit Schmutz belastet meinden Remseck, Kornwestheim werden, mit Abfällen schon und Korntal. Um Lärm- und Ge- gleich gar nicht. ruchsemissionen auszuschalten, ist Ablaufrinne Beckenboden Schwimmschlammschild und mit einer effektiven Abluft- Zulauf Primärschlamm 8 9 Schlammtrichter die Anlage vollständig gekapselt reinigungsanlage ausgestattet. Viele unserer wichtigsten Mitarbeiter sind unsichtbar. Wie wir dem Neckar die Luft zum Atmen lassen. Auf die mechanische folgt die biologische Reinigung. Die Entnahme von Stickstoff und Phosphor. Sie leben im Belebtschlamm, sie sind gefräßig und sie bilden die Grundlage der biolo- Die Pflanzennährstoffe Stickstoff und Phosphor verursachen, sofern sie in Flüsse und gischen Reinigung. Milliarden von unterschiedlichsten Mikroorganismen – Pilze, Bakterien, Seen gelangen, starkes Wachstum von Algen und Mikroorganismen. Nach deren Absterben Protozoen und andere Kleinstlebewesen – sind in den Belebungsbecken rund um die Uhr entzieht der sich anschließende Abbauprozess den Gewässern große Mengen an damit beschäftigt, Abwasserinhaltsstoffe „aufzufressen“ und als Nährstoffe zu verwerten. Sauerstoff. Dies kann dazu führen, dass aller Sauerstoff im Gewässer aufgebraucht ist und Sie wandeln das zellfremde organische Material aus dem Abwasser in zelleigenes um. Und es zu Fäulnis im Gewässer kommt. Das Gewässer kippt um. . Mikroorganismen erledigen die Hauptarbeit. Bakterien, Protozoen, Pilze und andere Kleinstlebewesen arbeiten „Hand in Hand“, um Schmutzvermehren sich dabei. Deshalb werden dem Abwasser in einem weiteren Reinigungsschritt im stoffe aus dem Abwasser zu ent- Für die meisten dieser Vorgänge im Belebungsbecken brauchen die Mikroorganismen Belebungsbecken Stickstoff und Phosphor entnommen. Das Abwasser durchläuft dabei nehmen, nur bei den Phosphaten Sauerstoff. Diesen entnehmen sie der Luft, die mit Turbogebläsen über feinporige eine Kombination von belüfteten und unbelüfteten Beckenabschnitten. erledigt die Chemie den „Rest“: Keramikrohre in das Abwasser- und Belebtschlammgemisch geblasen wird. Dabei wird auch für eine gründliche Durchmischung des Abwassers mit Belebtschlamm gesorgt. In einem ersten Reinigungsschritt, der Nitrifikation, wandeln spezielle Bakterienarten, wie zum Beispiel Nitrosomonas und Nitrobakter, den Ammonium- 2CH 3OH + 3O Kohlenstoffabbau 2CO2 2 + 4H O 2 stickstoff des Abwassers in Nitrat um. Hierzu ist viel Sauerstoff notwendig. Das so Mikrobiologisch abbaubare orgaentstandene Nitrat wird in einem zweiten Schritt, der Denitrifikation, in Stickstoff umgenische Kohlenstoffverbindungen Von der Natur abgeguckt: wandelt. Diese Arbeit wird von heterotrophen Bakterien im nichtbelüfteten Teil des Der Selbstreinigungsprozess in Beckens erledigt. Für die eigene Atmung benutzen sie den Sauerstoffanteil des Nitrats; der natürlichen Flüssen liefert uns überschüssige Stickstoff wird in die Atmosphäre, die selbst zu 80 Prozent aus Stickstoff das „Know-how“ zur biologi- besteht, abgegeben. werden von heterotrophen Bakterien in einem anaeroben Milieu zu Kohlendioxid oxidiert. Dabei vermehren sich die schen Abwasserreinigung. Auf Phosphor wird mit biologischen und chemisch-physikalischen Verfahren entfernt. Bakterien. Grund des hohen Abwasserauf- Durch das Vorschalten eines anaeroben Bereiches in den Belebungsbecken können kommens musste der natürliche Mikroorganismen weit mehr Phosphor aufnehmen, als sie für ihren Stoffwechsel Prozess der biologischen benötigen. Mit Metallsalzen wird der restliche Phosphor weiter reduziert. Sie gehen Selbstreinigung der mit dem gelösten Phosphat eine unlösliche feste Verbindung ein und werden in der Flüsse in ein technisches Nachklärung mit dem Überschussschlamm dem Abwasser entnommen. + NH4 + 2O Nitrifikation 2 - NO 3 + H O + 2H + 2 Ammonium und Sauerstoff werden durch bestimmte Bakterien, den Nitrifikanten (z. B. NitroVerfahren umgesetzt werden. somonas und Nitrobacter) in Mit der heutigen biologischen Nitrat, Wasser und WasserstoffAbwassereinigung können die Denitrifikation meisten Schmutzstoffe aus dem 5CH3OH + 6NO 3 5CO3 + 7H O + 3N + 6OH 2 2 Abwasser entfernt äquivalente umgewandelt. werden – unsere Gewässer Leicht abbaubare Kohlenstoffwerden damit wirksam vor verbindungen können unter einer Überfrachtung mit Luftabschluss mit Hilfe von Nitrat Schmutz und Schlamm geabgebaut werden. Dabei einsteht Gert Elsner schützt. Kohlendioxid, Wasser und Stickstoff, der in die Atmosphäre entweicht. Dabei vermehren sich die Bakterien. 11 - Zurück in den natürlichen Wasserkreislauf. Mit Nachklärung und Sandfiltration schließt sich der Kreis. In den Nachklärbecken trennen sich bei sehr langsamer Fließgeschwindigkeit die wird von unten nach oben durch den Filterboden und die drei Filterschichten gepresst. Das Schlammflocken vom biologisch gereinigten Wasser und setzen sich als Belebtschlamm am Schmutzwasser wird anschließend wieder in die Belebungsbecken zur biologischen Beckenboden ab. Reinigung zurückgeführt. Die Phosphor-Elimination. Die Phosphatrückstände im AbUm den biologischen Reinigungsprozess aufrechtzuerhalten, wird ein Teil des Zu über 98 Prozent gereinigt, strömt das Wasser aus den Düsen am Belebtschlammes wieder in die Belebungsbecken zurückgeleitet. Der durch die Vermeh- Boden der Filterkammern in einen Sammelraum und von dort in den rung der Mikroorganismen entstandene Überschussschlamm wird aus dem System entnom- Vorfluter des Hauptklärwerkes Mühlhausen, in den Neckar. Der Nutz- men und der Schlammbehandlung zugeführt. wasserkreislauf vereinigt sich wieder mit dem natürlichen Wasserkreislauf. Filterschicht: wasser kommen überwiegend aus Reinigungs- und Wasch- Das Filterbett einer Filter- mitteln. Durch die Zugabe von kammer ordnet sich nach dreiwertigen Metallsalzen (z. B. jeder Luft-Wasser-Spülung Das gereinigte Wasser könnte jetzt in den Neckar eingeleitet werden. Um jedoch die Rechen, Sand- und Fettfang, Vorklärung, biologische Reinigung, Nach- Belastung des Neckars so gering wie möglich zu halten, fließt das Wasser im Anschluss an klärung und Sandfiltration haben in einem komplexen, fast einen Tag dau- die Nachklärbecken durch die Sandfilteranlage. Dort werden auch feinste Schwebstoffe ernden Reinigungsprozess aus schmutzigem Abwasser wieder sauberes herausgefiltert. Wasser gemacht. So sauber, dass es an manchen Tagen scheint, als würde Eisen(III)chloridsulfat, Fe(SO4)Cl) entsprechend seinem spezi- können die Phosphate im fischen Gewicht in immer Abwasser chemisch gebunden der gleichen Reihenfolge: und ausgefällt werden. Phosphorabbau MePO 4 kammern verteilt. Beim Abfließen werden die Schwebstoffe von einer 145 cm dicken Schmutz- und Schwebstoffen lässt das gereinigte Abwasser dunkler als das Filterfüllung – bestehend aus einer Schicht gekörntem, leichtem Blähschiefer und zwei wei- natürliche Neckarwasser wirken. Was nicht nur ein faszinierendes optisches teren Schichten aus feinem, aber schwererem Quarzsand und gröberem Phänomen ist, sondern auch der sichtbare Beweis, Quarzkies zurückgehalten. Die Filterkammern werden unge- wie wirkungsvoll Abwasserreinigung funktioniert fähr alle zwei Tage mit einer Luft-Wasser-Spülung von und welche große Bedeutung sie für eine gesunde den Schwebstoffen gesäubert. Luft und Wasser Umwelt und einen wirksamen Gewässerschutz hat. Blähschiefer Schichtstärke 70 cm Quarzsand Schichtstärke 50 cm Quarzkies Schichtstärke 10 cm Quarzkies Schichtstärke 15 cm 12 0 Gert Elsner + Me 3+ schwarzes Wasser in den Neckar eingeleitet. Die völlige Abwesenheit von Gert Elsner (PO4 ) 3- Dazu wird das Wasser über ein Schneckenpumpwerk gehoben und auf 48 Filter- 13 So gibt der Klärschlamm richtig Gas. Wie Klärschlamm für die Verbrennung aufbereitet wird. Das Trocknen des Klärschlammes. Wie aus Klärschlamm das Klärgas entsteht. Polymere Substrate Kohlehydrate, Fette, Eiweiß Biologisch aktiver Schlamm fault leicht und produziert dabei eine erhebliche Geruchs- Ursprünglich ist der Klärschlamm kein dicker Brei, sondern eine dunkle, wässrige belästigung – er stinkt ganz gewaltig. Bei der Stabilisierung, wie der gesteuerte Faulpro- Brühe. Der Faulprozess im Faulbehälter hat jedoch nicht nur Energie in Form von Klärgas zess auch genannt wird, werden die organischen Schlammanteile so weit „mineralisiert“, freigesetzt. Auch das Volumen des Schlamms wurde dabei um ein Drittel verringert. dass alle weiteren biochemischen Prozesse nur noch sehr langsam ablaufen – der Schlamm Zusammen mit dem Überschussschlamm aus den Belebungsbecken wird der Klär- ist dann „stabilisiert“. Im Hauptklärwerk Mühlhausen findet dieser Prozess anaerob, also schlamm jetzt in den Schlammeindickbehältern durch Schwerkraft bis zur Hälfte seines unter Ausschluss von Sauerstoff in riesigen, kaum zu übersehenden Faulbehältern statt. ursprünglichen Volumens weiter entwässert. In einem ersten Schritt zerlegen spezielle Bakterien die hochmolekularen Verbin- In Zentrifugen und Scheibentrocknern wird anschließend so viel Wasser vom Schlamm dungen in kleinere Bestandteile. Diese Prozessstufe nennt man Hydrolyse oder auch „saure abgetrennt, dass von ihm letztlich nur noch etwa 2,5 % des Ausgangsvolumens übrig blei- Faulung“, weil dabei Stoffe wie Essigsäure, Buttersäure, Schwefelwasserstoffe und Ammo- ben - eine schwarze, zähklebrige Paste mit einem Wassergehalt von immerhin noch 50 %. niak entstehen – Stoffe, die für den eingangs geschilderten Gestank verantwortlich sind. Hydrolyse-Phase Bruchstücke + gelöste Polymere VersäuerungsPhase So sind am Ende eines Tages – nach einem aufwändigen, effektiven Reinigungsprozess In einem zweiten Schritt bilden andere Bakterien aus den Säuren das für Methan- und der anschließenden Schlammbehandlung – von 20 Millionen Litern Abwasser 135 bakterien notwendige Acetat sowie Wasserstoff und Kohlendioxid. Im letzten Schritt wan- Kubikmeter getrockneter Schlamm übrig, der anschließend mit hohem technischem deln nun Methanbakterien diese Stoffe in Methangas um. Aufwand im Wirbelschichtofen verbrannt wird. Methanbakterien mögen kein Licht, keinen Sauerstoff und arbeiten nur bei einer Temperatur von etwa 35 °C optimal. Den gesamten Prozess nennt man deshalb auch mesophile Faulung. Gasringleitung Gasdom Pendelleitung Gert Elsner Acetogene Phase Essigsäure (Acetat) Methanogene Phase Faulschlamm Gert Elsner Alkohole Essigsäure organ. Säuren CO 2 H2 Warum Klärschlamm „behandelt“ wird. Klärschlamm besteht zu Beginn Methan der Behandlung aus festen 12 Tage unter Luftabschluss: Gaseinpresslanze Substanzen und einem sehr Anaerobe Bakterien sind in der hohen Wasseranteil. Durch Lage, die energiereichen organi- Ausfaulen und Trocknen wird der Schlamm weitgehend geruchlos schen Stoffe unter Luftabschluss Faulraum in mehreren Schritten zu Klärgas und sein Volumen wesentlich umzuwandeln. reduziert. 15 Aus Schlamm wird Klärgas, aus Klärgas wird Energie. Die Nutzung des Klärgases zur Gewinnung von Strom und Wärme. Bei vielen Teilprozessen im Hauptklärwerk Mühlhausen wird Energie benötigt, bei In der Schlammfaulung wird ebenfalls Energie frei – in Form von Klärgas. Das nutzt anderen wiederum wird Energie in Form von Wärme und Energie freigesetzt. Energie aber man zur Stromgewinnung im Blockheizkraftwerk. Ein spezieller Gasmotor wird dabei mit ist teuer und so liegt es nahe, all die einzelnen Teilprozesse „im Verbund“ zu betrachten, Klärgas betrieben und dieser treibt seinerseits einen Generator zur Stromerzeugung an. Die um frei werdende Energie dort einzusetzen, wo sie benötigt wird. dabei anfallende Wärme wird über Wärmetauscher in den Wärmeverbund eingespeist. Aufbau eines Nahwärmesystems. Das Hauptklärwerk Mühlhausen verfügt über zwei Wirbelschichtöfen, in denen wech- Dieses System wird durch eine übergeordnete Prozessleittechnik gesteuert, damit frei selweise der im Einzugsgebiet anfallende Klärschlamm bei ca. 850 °C verbrannt wird. Dabei werdende Energien dort ankommen, wo sie benötigt werden. Alles zusammen ergibt wird sehr viel Wärme frei. Diese wird über Abhitzekessel ausgekoppelt und einer Einsparungen, die sich sehen lassen können: Rund 230 000 EUR an Stromkosten können ein- Dampfturbine nebst Generator zur Erzeugung von Strom zugeführt. Die Wärme versorgt gespart werden und der CO2 -Ausstoss wird um rund 1 200 Tonnen jährlich reduziert. Um den CO2 -Ausstoß zu reduzieren, Betriebskosten wie Stromund Gasbezugskosten zu senken, soll die Wärmeversorgung im aber auch die Dampftrockner der Schlammentwässerung mit dem notwendigen Heißdampf Hauptklärwerk künftig vermehrt und sie beheizt eine ganze Reihe von Betriebsgebäuden – den Sandfang Mühlhausen sowie durch Wärmeauskopplung aus die großen Behälter der Schlammfaulung. Prozessdampf und Brüdenabwärme der Wirbelschichtöfen erfolgen. Dazu ist vorgesehen, mit Hilfe von Wärmetauschern und Kondensatoren Heizwasser zu erwärmen. Dieses versorgt dann durch Nahwärmeleitungen das Klärwerk mit Wärmeenergie. Damit entsteht innerhalb des Hauptklärwerks ein Wärmeverbund. Die Wärmeauskopplung: Schalldämpfer Abluftsystem Kühlsystem Sie funktioniert ähnlich wie beim Auto. Der Kühlwasserkreislauf ist eigentlich zum Kühlen des Gebäudeheizung Sandfang Mühlhausen Motors notwendig. Das Kühl- Beheizung Faulbehälter Gebäudeheizung Betriebs- und Bürogebäude wasser nimmt aber so viel Motorwärme auf, dass damit der Innenraum komfortabel beheizt werden kann. Schlammverbrennung Luftfilter Generator Gasmotor 16 Schaltanlage 17 Blockheizkraftwerk Viel Aufwand für ein möglichst kleines Ergebnis. Die Schlammverbrennung und warum möglichst wenig diesmal mehr ist. Wohin mit so viel getrocknetem Schlamm? Im Hauptklärwerk Mühlhausen ist dafür der Im Sprühtrockner wird das Rauchgas mit Hilfe von eingesprühtem Wasser auf ca. 60 °C neue Wirbelschichtofen III im Einsatz. Der ältere Wirbelschichtofen II steht als Reserve abgekühlt und anschließend in einer zweistufigen Rauchgaswäsche – zuerst mit Wasser, bereit, er dient der Ausfallsicherung. Täglich werden über 150 Tonnen getrockneter dann mit Natronlauge alkalisch gewaschen und weiter entstaubt. Zur weiteren Verbesse- Schlamm – etwa 10 Prozent davon werden von den kleineren Stuttgarter Außenklärwerken rung der Abscheidung von Quecksilber und anderen Schwermetallen wird außerdem Möhringen, Plieningen und Ditzingen angeliefert – und Rechengut aus der mechanischen Kohlestaub in das Rauchgas eingebracht. Die in der Rauchgasreinigung im Waschwasser angereicherten Schwermetalle werden Gert Elsner Reinigung verbrannt. Warum Schlamm verbrennen? Der Wirbelschichtofen ist mit einer Schicht feinen Quarzsands gefüllt, die von unten aus dem System ausgeschleust und mit Hilfe der Restwärme der Rauchgase im Sprüh- durch einen gelochten Düsenboden mit Heißluft durchströmt wird. Bei ausreichend hoher trockner eingedampft. Die getrockneten Teilchen werden im nachgeschalteten Elektrofilter Geschwindigkeit der wirbelnden Heißluft bildet sich eine schwebende Verbrennungszone abgeschieden. aus Quarzsand und Heißluft, in die der getrocknete Schlamm eingebracht wird. Die Ver- Übrig bleiben Rauchgasrückstände in Form von Salzpartikeln, Verbrennungsasche und brennung in der Wirbelschicht findet sehr schnell, sehr vollständig und bei Temperaturen saubere Luft. Und hervorragende Emissionswerte. Messungen rund um die Uhr zeigen, dass von mindestens 850 °C statt. die gesetzlich vorgeschriebenen Grenzwerte sämtlicher Schadstoffe eingehalten, manche Die Deponierung von Schlamm ist seit 2006 nicht mehr zulässig. Auch eine landwirtschaftliche Was nach dem Reinigungsprozess übrig bleibt: Rund 60 Mio. Kubikmeter Rauchgase und Asche verlassen den Ofen mit einer Temperatur von über 800 °C, die im um bis zu 98 % unterschritten werden. Verwertung ist wegen der gro- Abwasser werden jährlich im nachfolgenden Abhitzekessel auf ca. 200 °C gesenkt wird. Anschließend erfolgt die Ent- Klärschlammasche und Rauchgasrückstände werden nach den Bestimmungen der ßen Mengen und möglicherweise Hauptklärwerk Mühlhausen staubung im Elektrofilter. Durch Anlegen einer sehr hohen Gleichspannung von bis zu Abfallkreislaufgesetze verwertet bzw. entsorgt. enthaltener Spurenstoffe keine gereinigt. Aus dem Abwasser80 000 Volt laden sich die Ascheteilchen negativ auf und scheiden sich an den Nieder- Lösung. So ist die Verbrennung reinigungsprozess fallen schlagselektroden ab. der derzeit ökonomisch und ökologisch beste Weg. ca. 50 000 Kubikmeter geWirbelschichtofen Elektrofilter Abhitzekessel trockneter Schlamm an, von Sprühtrockner dem nach der Verbrennung Überhitzer rund 6 500 Tonnen Asche und etwa 300 Tonnen Rauchgasrückstände zurückbleiben. Dünnschlamm vor der Entwässerung. Aus 10 Liter Dünnschlamm werden ... 250 ml getrockneter Schlamm aus dem Dampftrockner und ... 18 19 3 ml Verbrennungsasche und ... 0,15 ml Rauchgasrückstände In der Abwasserreinigung steckt viel Energie. Was ist uns die Abwasserreinigung wert? Energieverbrauch und Enegiegewinnung im Hauptklärwerk Mühlhausen. Im Hauptklärwerk Mühlhausen werden durchschnittlich 220 Millionen Liter Abwasser pro Tag gereinigt und deren Rückstände entsorgt – das geht nur mit viel Energie. Wie sich die Reinigung des Abwassers rechnet. Abwasser zu reinigen und die Rückstände umweltgerecht zu entsorgen oder zu verwerten, kostet viel. Viel Aufwand, viel Zeit und natürlich auch viel Geld. Einiges davon wird wieder zurückgewonnen. Mit hohem Engagement und zukunfts- Sauberes Wasser hat seinen Preis. Gesundheit und Lebensqualität gibt es nicht umsonst, weisenden Lösungen – wie beispielsweise der intelligenten Nutzung von Klärgas. Es wird aber beides muss bezahlbar bleiben. Die SES hat es geschafft, mit einer vorausschauenden heute zum Heizen der Faulbehälter und der Betriebsräume sowie in der Schlamm- langfristigen Investitionspolitik und verantwortlichem Wirtschaften die Abwassergebühren verbrennung genutzt. über Jahre hinweg niedrig zu halten. Mit derzeit 1,67 EUR/m3 (Stand 2006) gehören die Weitere Meilensteine zur Verbesserung der Energiebilanz sind der Wirbelschichtofen III, das Blockheizkraftwerk und der Betrieb des Wärmeverbundes. Die SES hat sich zum Ziel gesetzt, bis zum Jahr 2011 zwei Drittel des Strombedarfs im Hauptklärwerk Mühlhausen selbst zu produzieren. Ehrgeizig, aber machbar. Kostenstruktur Hauptklärwerk Mühlhausen (Stand 2004/2005) 12% Zinsen 28% Abschreibungen 16% Personal 9% Sonstiges Stuttgarter Abwassergebühren bundesweit zu den niedrigsten. Auch zukünftig wird der Erhalt des günstigen Abwasserpreises eine zentrale Aufgabe des Eigenbetriebs sein. Für die Benutzung der öffentlichen Abwasserbeseitigung erhebt die Stadt zur Deckung der Kosten eine Abwassergebühr. Diese ist jedoch nicht nur der Preis, den wir für Mit dem Wirbelschichtofen III wird zukünftig bei der Schlammverbrennung nicht nur eine bequeme und funktionierende Stadtentwässerung und Abwasserreinigung bezahlen. Abwärme, sondern über eine Dampfturbine zusätzlich auch Strom erzeugt. Einen weiteren Es ist auch der Gegenwert für saubere Gewässer, eine lebenswerte Umwelt und für den all- großen Beitrag zur Energiegewinnung wird das neue Blockheizkraftwerk mit einem Ge- täglich gewordenen, aber bei weitem nicht selbstverständlichen Schutz vor Krankheiten samtwirkungsgrad von bis zu 90 Prozent leisten. Der mit Klärgas betriebene Verbrennungs- und Seuchen. 7% Instandhaltung 11% VerwaltungsUmlage 8% Strom 9% Abwasserabgabe motor treibt einen Stromgenerator an; darüber hinaus werden aber auch die Wärme der Abwassergebühren für Abgase und des Kühlwassers genutzt. Regenwasser? Energiebedarf im Die modernisierten Faulbehälter und das Wärmeverbundsystem sorgen dafür, dass das Hauptklärwerk Mühlhausen. Anteil der Reinigungsstufen an der Gesamtreinigungsleistung für das Blockheizkraftwerk benötigte Gas auch in ausreichender Menge zur Verfügung Ab 2006 werden ca. 10 Prozent steht. Energiebedarfs über das Block- Anlagevermögen in % Strombedarf und seine Herkunft (in KWh) 16% Sonstige Einrichtungen 34 Mio. kWh 3 Aufwand in % Gebührenzahler über den Personal in % Wasserverbrauch erfasst, der Rest heizkraftwerk erzeugt. Dieser Anteil wird bis zum Jahr 2011 und Regenwasser. Die Schmutzwassermenge wird direkt beim 460 mg/l (CSB) Gesamtverschmutzung im Zulauf der Vorklärung des gesamten elektrischen Abwasser besteht aus Schmutz- Aufwendungen (bezogen auf Anlagevermögen, Betriebskosten und Personal) 10 10 auf über 35 Prozent gesteigert. Stromerzeugung aus Dampfturbine Wirbelschichtofen WSO 3 9% 41%* der Gesamtabwassermenge ist 280 mg/l (CSB) Ablauf Vorklärung Regenwasser. Die Regenwasser- 10% 31 Weitere 30 Prozent liefert ab Schlammverwertung 7% Schlammbehandlung Schlammentwässerung 8% menge wird durch die Quadrat20% 2008 die Dampfturbine des meteranzahl aller bebauten bzw. befestigten Grundstücke geteilt. neuen Wirbelschichtofens III. Dann werden zwei Drittel des 5 12 Weitergehende Abwasserreinigung Stromerzeugung aus Blockheizkraftwerk So kann jedem Gebührenzahler 3% 39% entsprechend seiner Grund- gesamten Strombedarfs selbst 4% 17% 37% produziert. Biologische Abwasserreinigung 19 stücksfläche „sein“ Regenwasseranteil zugerechnet werden. 17% 12 Strombezug von Energieversorgungsunternehmen 27% 28 mg/l (CSB) Ablauf Nachklärung 3 3% Mechanische Abwasserreinigung 8% 20% 14% 21 2004 2005 2008 2011 21 mg/l (CSB) Ablauf Kläranlage * Sonstige Aufwendungen für Personal, das nicht unmittelbar dem HKW zuzuordnen ist. 98 % aller Unklarheiten sind geklärt. An den letzten 2 Prozent arbeiten wir. situationsgerecht auf Veränderungen zu kraftwerk zur Stromerzeugung genutzt und die gleichzeitig anfallende Wärme in ein Installation des ersten Kanalnetzes Ende des reagieren und zukünftige Herausforderun- Wärmeverbundsystem eingespeist. 19. Jahrhunderts und der Inbetriebnahme gen zu bewältigen: die Balanced Scorecard, Stichwort Wärmeverbundsystem: Die im Klärwerk anfallende Wärme wird mittels der ersten Kläranlage bis zu einer leistungs- Maßnahmen zur Strategieentwicklung und eines prozessgesteuerten Systems „gesammelt“ und den Wärmeverbrauchern im Klärwerk fähigen, modernen Abwasserreinigung war Zielsetzung, das Chancen- und Risikoma- zur Verfügung gestellt. es ein weiter Weg. Was wir heute als selbst- nagement und das Qualitäts- und Umwelt- zefa Wir haben viel erreicht. Von der management System QUMS. verständlich betrachten, ist das Ergebnis D r. B e l l m a n n Heute an morgen denken: Was die SES für die Zukunft tut. Oder Stichwort Stromerzeugung: Neben der Klärgasverstromung wird zukünftig auch die Wärme des neuen Wirbelschichtofens WSO III zur Stromerzeugung genutzt. Gewässerschutz ist, wenn ständigen Bemühens, die Wasserqualität unserer Gewässer zu Mit QUMS beispielsweise wurden im Hauptklärwerk Mühl- Drei Beispiele aus dem QUMS-Programm, die zeigen, wie die SES mit modernen der Neckar nach dem Klärwerk verbessern und damit Lebensqualität zu erhalten. hausen neue wegweisende Projekte zur Energieeinsparung und Steuerungsinstrumenten neue Ideen entwickelt und umsetzt. sauberer ist als davor. Diesem Anspruch und den ständig wachsenden An- CO2 -Reduzierung realisiert. Modernste, prozessgesteuerte Anlagentechnik, gut ausgebildete und hochmotivierte Der Bachflohkrebs ist ein Indikator forderungen muss die SES auch in Zukunft gerecht werden. Die Stichwort CO2 -Reduzierung: Interne Energiequellen wer- Mitarbeiter und eine innovative Betriebsführung – das alles zusammen dient einem Ziel: SES hat deshalb in den vergangenen Jahren neue Steuerungs- den erschlossen und genutzt. Das Klärgas aus der Schlamm- Aus Abwasser wieder sauberes Wasser zu machen. Eine Aufgabe, die die SES zu 100 Prozent instrumente eingeführt, die es ihr ermöglichen, schnell und faulung beispielsweise wird in einem modernen Blockheiz- erfüllen möchte. der Gewässergüteklasse III bis II. Könnte der Bachflohkrebs sprechen, er würde Ihnen bestätigen, dass die Einleitung des geklärten Abwassers Gert Elsner aus dem Hauptklärwerk Mühlhausen in den Neckar zu einer Verbesserung der Wasserqualität führt. Ein signifikanter Beweis für den hohen Standard der Abwasserreinigung im 22 Gert Elsner Gert Elsner Hauptklärwerk Mühlhausen. 23 Eckdaten Hauptklärwerk Mühlhausen Ausbaugröße Einwohnerwerte Abwasseranfall Abwassermenge 60 000 000 m3/a Abwassermenge 220 000 m3/d Trockenwetterzufluss VKB (Qt) 4,0 m3/s Regenwetterzufluss VKB (Qm) 7,5 m3/s Zulauf Belebung Mittlere Ablaufkonzentration 111 000 kg/d Nges 13 600 kg/d Pges 2 000 kg/d CSB 21 mg/l Nges 9 mg/l Pges Reinigungsgrad Gesamtanlage Schlamm- und Gasanfall Mittlere Abbauleistung > 94 % Nges > 70 % Pges > 93 % Primärschlamm 1 300 m3/d Überschussschlamm 4 200 m3/d 15 000 Nm3/d Biogas Reststoffe 0,4 mg/l CSB Rechengut 1 400 Mg/a Sand 1 200 Mg/a Asche 6 500 Mg/a Rückstände Rauchgasreinigung Fläche HKW 300 Mg/a 25 ha Anzahl Mitarbeiter 118 Auszubildende 18 Landeshauptstadt Stuttgart Tiefbauamt Eigenbetrieb Stadtentwässerung Stuttgart SES Konzeption und Realisation Text Druck Höllerer, Büro für Kommunikation Martin Pfeiffer Offizin Scheufele GmbH, Stuttgart 01-122006 Ablaufwerte Sandfilteranlage CSB © Alle Rechte vorbehalten: Stadtentwässerung Stuttgart SES Bemessungswerte 1 200 000