701_GA_Gutachten zur Faulschlammentwässerung_2020.pdf

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Gutachten zur

Faulschlammentwässerung

Auswahl Maschinensystem Faulschlammentwässerung

KW Beningsfeld / Stadt Bergisch Gladbach

September 2020

Ingenieurbüro Dr.-Ing. Ralf Denkert – Auf der Heide 8a – 44803 Bochum Tel.0234/93898-0 / FAX -44 – Homepage http://www.drdenkert.de – E-Mail buero@drdenkert.de 4103 .rN-.koD ORAWA

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Inhaltsverzeichnis Seite

1. VERANLASSUNG UND VORGEHENSWEISE 4

2. VERSUCHSPROGRAMM 5

3. GRUNDLAGEN KLÄRSCHLAMMENTWÄSSERUNG UND PRAXISBEWÄHRTE UNTERSUCHUNGSMETHODIK ZUR BEURTEILUNG VON KLÄRSCHLAMMEIGENSCHAFTEN 6

3.1 Allgemeines 6 3.2 Eigene Labormesswerte zur Beurteilung der Klärschlamm-Eindick- und Entwässerungseigenschaften 8 3.3 Grundlagen der verschiedenen Entwässerungssysteme 10

4. IST-ZUSTAND-ZUSTAND KLÄRWERK BENIGSFELD 11

4.1 Verfahrenstechnik Abwasserreinigung und Schlammbehandlung 11 4.2 Betriebsergebnisse Faulschlammentwässerung 16 4.3 Leistungsnachweis Kammerfilterpresse Probenahme 16.07.2019 20

5. UNTERSUCHUNG DER SCHLAMMEIGENSCHAFTEN 22

5.1 Untersuchte Schlammkennwerte 22 5.2 Allgemeine Vergleichs-Schlammkennwerte 23 5.3 Belebtschlamm-Kennwerte 25 5.3.1 weitergehende Analysen und Bewertungen 26 5.3.2 Kalk-Kohlensäure-Gleichgewicht Belebungsstufe 26 5.3.3 Fotodokumentation Mikroskopie Belebtschlamm 27 5.4 Faulschlamm-Kennwerte 30 5.4.1 Weitergehende Analysen und Bewertungen 31 5.4.1 Fällungspotential 33 5.4.2 Kationenverhältnis 36 5.4.3 Feinstanteil Faulschlamm 39 5.4.4 Entwässerungsprognosekennwert Laborschleuder 41 5.4.5 Fotodokumentation Mikroskopie Faulschlamm 46 5.5 Fazit Schlammkennwerte 47

6. ZUSAMMENSTELLUNG EINGANGSGRÖßEN FÜR FAULSCHLAMMENTWÄSSERUNG 51

6.1 Faulschlammmengen und -frachten 53 6.2 Bemessung der Maschinensysteme 54

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7. VARIANTEN FÜR FAULSCHLAMMENTWÄSSERUNG 61

7.1 Variante 1: Erneuerung Membranfilterpressen (MFP) 62 7.2 Variante 2: Systemumstellung auf Entwässerungszentrifugen (ZEN) 64

8. KOSTENSCHÄTZUNG UND WIRTSCHAFTLICHKEITSBERECHNUNG 68

8.1 Kostenschätzung 68 8.2 Wirtschaftlichkeitsberechnung 70

10. PRAXISBEWÄHRTE VORGEHENSWEISE ZUR ERSATZBESCHAFFUNG VON ENTWÄSSERUNGSMASCHINEN 77

11. ZUSAMMENFASSUNG 80

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1. Veranlassung und Vorgehensweise

Die Stadt Bergisch Gladbach ist Betreiber des Klärwerks (KW) Beningsfeld. Das dort ankommende Ab- wasser wird nach der Vorklärung in einer einstufigen Belebungsanlage mit den Reinigungszielen zur Stickstoff- und Phosphatelimination behandelt. Der anfallende Primärschlamm und der maschinell eingedickte Überschussschlamm werden getrennt in jeweils einem separaten Faulbehälter anaerob behandelt. Der Faulschlamm wird nach einer stati- schen Eindickung mit Zugabe von polymeren Flockungsmitteln mit zwei Membranfilterpressen mit ei- ner weiteren Polymer-Konditionierung entwässert.

Die Stadt Bergisch Gladbach beabsichtigt, auf dem KW Benigsfeld die vorhandenen Membranfilter- pressen durch neue Entwässerungsmaschinen zu ersetzen. Die Zielsetzung für dieses Gutachtens be- steht darin, unter Berücksichtigung der aktuellen Entwicklungen der Klärschlammentwässerungsma- schinen eine Entscheidungsfindung für eine betriebssichere und wirtschaftliche Entwässerungsanlage mit Hilfe einer Wirtschaftlichkeitsberechnung herbeizuführen und damit auch Klärschlammbehand- lungskosten auf dem KW Benigsfeld zu minimieren.

Im Rahmen der hier praxisbewährten Ingenieurleistungen wurde zunächst eine Bestandsaufnahme des IST-Zustandes und Schnittstellenklärung der derzeitigen Faulschlammentwässerung durchgeführt. Die leistungsrelevanten Kennwerte der aktuellen Belebtschlamm- und Faulschlammentwässerungsei- genschaften wurden erfasst. Diese besonderen Leistungen mit den praxisbewährten Untersuchungen der Kennwerte sind die Grundlagen für die Bewertung der vorhandenen Membranfilterpressen und der Flockungsmittel-Aufbereitungsanlage, sowie zur Bemessung der neuen Entwässerungsmaschinen mit Kostenschätzung und Wirtschaftlichkeit für den Variantenvergleich.

Das Gutachten als Entscheidungsgrundlage für die Auswahl eines für die Faulschlammentwässerung auf dem KW Benigsfeld geeigneten und wirtschaftlichen Maschinensystems mit Kosten- und Wirt- schaftlichkeitsvergleichsrechnungen wird nachfolgend vorgelegt.

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2. Versuchsprogramm

Probenahme: 16.07.2019 Beprobung durch IB Dr. Denkert

Tabelle 1: Untersuchte Schlammproben

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3. Grundlagen Klärschlammentwässerung und

Praxisbewährte Untersuchungsmethodik zur Beurteilung von

Klärschlammeigenschaften

3.1 Allgemeines

Zur Beurteilung und Beschreibung der Klärschlammeigenschaften sind Leitparameter der physikali- schen, chemischen, biologischen und/oder seuchenhygienischen Klärschlamm-Eigenschaften be- kannt. Nach der von uns entwickelten Untersuchungsmethodik und vorliegenden eigenen langjährigen Erfahrungen werden je nach Aufgabenstellung die Kriterien

• Bewertung der Abwasserreinigungs- und Klärschlammbehandlungs-Verfahrenstechnik und deren Leistungsfähigkeit, • Eigene Labormesswerte zur Beurteilung der Leistungsfähigkeit der gesamten Schlammbehandlung und zur Sedimentation, Kompressibilität und der Feinstanteile der Klärschlämme sowie deren Opti- mierung für die Beurteilung der Klärschlammeigenschaften ganzheitlich beurteilt.

Einflussfaktoren Eindickung / Entwässerung

Konditionierung

• Art Rohabwasser - Lösungskonzentration
• Menge Verfahrenstechnik Maschine Abwasserreinigung Klärschlamm-
• Art Eigenschaften - Variablen Verfahrenstechnik
• Kenngrößen Schlammbehandlung Pumpen
• Art / Anzahl
• Drehzahl
• Schlammmenge

Abb. 1: Allgemeine Einflussfaktoren auf die Schlammeigenschaften

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Die bei der Abwasserbehandlung anfallenden Klärschlämme sind als Rückstände das technische Er- gebnis

• aus der Abwasserzusammensetzung, • aus Art und Umfang der Verfahren zur Abwasserreinigung und Schlammbehandlung.

Auf verschiedenen Kläranlagen, die mit gleichen Maschinen ausgestattet sind, können sehr unter- schiedliche Entwässerungsergebnisse erreicht werden, weil die Schlammeigenschaften als Folge der Rohabwasserzusammensetzung und der Verfahrenstechnik der Abwasserreinigung und Klärschlamm- behandlung von Anlage zu Anlage sehr unterschiedlich sein können. Die variablen Maschinenparame- ter müssen in jedem Fall auf die jeweiligen Klärschlammarten und -eigenschaften angepasst und opti- miert werden.

Die wichtigsten Einflussfaktoren auf die Schlammeigenschaften und Leistungsfähigkeit einer Eindick- und Entwässerungsmaschine sind in Anlage 6 zusammengestellt.

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3.2 Eigene Labormesswerte zur Beurteilung der Klärschlamm-Eindick- und Entwässerungseigenschaften

Tabelle 2: CHEMISCHE-PHYSIKALISCHE KENNWERTE • Feststoff-/Trockensubstanzkonzentration TS an der abfiltrierten Probe (Zulauf/Zentrat/Filtrat maschi- nelle Verfahren) nach DIN 38414 S10 Beiblatt 1 - 5.05, (Papierfilter aschefrei, schnell filtrierend, Durch- flussdauer ca. 9 bis 10 Sekunden – früher Fachbegriff Schwarzbandfilter) oder Trockenrückstand an der nicht abfiltrierten Schlammprobe (Zulauf/Austrag maschinelle Verfahren) nach DIN 38414/ DIN EN 12880 S2 – 2.01, • organischer Anteil als Glühverlust GV, nach DIN EN 12879 S3 – 2.01; früher DIN 38409 H1-3 1.87 / DEV S 3; • Bestimmung des Sandanteils als salzsäureunlöslicher Anteil HCl-unlöslich in % von Glührückstand GR; gemessen als Feldmethode; • organische Säuren als Essigsäureäquivalent HAcäq, gemessen als Feldmethode über Titration; • Säurekapazität KS4,3, gemessen an der abfiltrierten Probe über Titration, in Anlehnung an DIN 38409 H7–1 – 5.79; • Basenkapazität KB8,2, gemessen an der abfiltrierten Probe über Titration, in Anlehnung an DIN 38409 H7–2 – 5.79; • pH-Wert, gemessen mit WTW Laborgerät; • Leitfähigkeit, gemessen mit WTW Laborgerät; • Phosphatkonzentration, photometrische Bestimmung mittels Küvettentest in Photometer CADAS 50; • Chloridgehalt, photometrische Bestimmung mittels Küvettentest in Photometer CADAS 50; • Wasserhärte, Calcium- und Magnesium-Konzentrationen, photometrische Bestimmung mittels Küvettentest in Photometer CADAS 50; • Redox-Potenzial, gemessen mit WTW Laborgerät; • Schwefelwasserstoff H2S, gemessen nach Betriebsanleitung Schwefelwasserstoffselektive Messkette H2S-245-85-S7, Fa. Ingold; • Viskosität, visuelle Beurteilung, qualitative Bewertung nach Erfahrungen; • Mikroskopisches Bild mit verschiedenen Einfärbungen zum Nachweis der Population, Fadenbakterien, EPS und lipophile Stoffe;

• Schwerflüchtige lipophile Stoffe, Fremdanalyse Fach-Labor, Bestimmung nach DIN 38409 H56 - 5.81 • Protein-Eiweißgehalt, Fremdanalyse Fach-Labor, Bestimmung von organischem Stickstoff an der abfil- trierten Probe nach DIN EN 25663 und Umrechnung

Tabelle 3: SEDIMENTATIONS- EINDICK- und ENTWÄSSERUNGS-KENNWERTE

• Laborschleuder LSA-TS IV

• Capillary Suction Time spez. CST=CST/TS / CST - Mess-Zylinder Durchm. 20 mm

• Spezielle Scher-, Sedimentations- und Flockungsversuche

• Messung des strömungsinduzierten Potentials (streaming current detection [SCD])

• Weitergehende Konditionierungsversuche mit Zuschlagstoffen

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Tabelle 4: FESTIGKEITSEIGENSCHAFTEN VON ENTWÄSSERTEM KLÄRSCHLAMM

• Penetrometer-Tragfähigkeit mit Umrechnung in Flügelscherfestigkeit

Derzeit sind hier ca. 8.760 Datensätze von ca. 244 verschiedenen Klärwerken und Schlammarten (Stand 01.09.2016) ausgewertet. Sämtliche Kennwerte sind auch im DWA Merkblatt M 383 „Kenn- werte der Klärschlammentwässerung“ (Juli 2019) enthalten und ausführlich beschrieben.

Hier im Ingenieurbüro Dr. Denkert sind derzeit ca. 495 Gutachten, Berichte und Entwürfe sowie 95 Veröffentlichungen/Vorträge zur Abwasserreinigung und Schlammbehandlung zusätzlich zu den HOAI- Ingenieurplanungen bearbeitet worden (Stand 01.12.2019).

Nach diesen Untersuchungen hat sich gezeigt, dass nachfolgende Faktoren bei der Schlammeindi- ckung und insbesondere bei der Klärschlammentwässerung einen entscheidenden Einfluss auf die Durchsatzmenge der Maschine, den Austrags-Feststoffgehalt und auch auf den FM-Verbrauch haben:

• organischer Feststoff-Anteil (bestimmt als Glühverlust aus der Analyse des Glührückstands), • Sandanteil (gemessen als salzsäure-unlöslicher Anteil aus der Analyse des Glührückstands), • Feinstanteile im Schlamm infolge der hohen Wasserbindungskräfte, • Anteil an Fadenbakterien (z.B. Microthrix parvicella) infolge der hydrophoben (wasserabstoßenden) Eigenschaften, • Anteil an EPS (Extrazelluläre-Polymere-Substanzen) infolge der schleimigen/viskosen Eigenschaf- ten, • Eiweiß-(Potein-)und Fettanteil und • Anteil der Überschussschlamm- an Gesamtschlamm-Menge.

Das Erreichen eines hohen Druckes im Schlammbett einer Entwässerungsmaschine, das für einen ho- hen Feststoff-Austrag erforderlich ist, wird signifikant von diesen Faktoren bestimmt . Dabei ist die ge- genseitige Beeinflussung zu berücksichtigen. So wird z.B. der Glühverlust im Rohschlamm entschei- dend vom Anteil Überschussschlamm im Rohschlamm und der Glühverlust im Faulschlamm im ent- scheidenden Maß vom Glühverlust des Rohschlammes beeinflusst.

Aufgrund des hier vorhandenen sehr großen ausgewerteten Datenmaterials der verschiedenen Schlammarten und maschinellen Verfahren werden beispielsweise mit Hilfe dieser betriebspraktischen Untersuchungen der Schlammeigenschaften in Abhängigkeit der variablen Maschinenparameter für sämtliche verschiedene Eindick- und Entwässerungsmaschinen gesicherte Vorhersagen für nachfol- gende leistungsrelevante Kenngrößen erstellt: • Austrags-Feststoffgehalt, • polymerer Flockungsmittel-Verbrauch, • Abscheidegrad, • Durchsatzleistung mit scale-up Faktoren.

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Nach den hier vorliegenden langjährigen Erfahrungen werden bei optimaler Verfahrenstechnik im Um- feld der Entwässerungs-Maschine (z.B. Pumpen-Art und –Größe, FM-Aufbereitung) und optimaler Ma- schineneinstellung (z.B. Durchsatzmenge Schlamm, Dosiermenge, Einmischenergie und Lösungskon- zentration Flockungsmittel) der Austrags-Feststoffgehalt im Bereich von +/- 1 % TR prognostiziert. Un- ter diesen Voraussetzungen und unter Berücksichtigung des erforderlichen Abscheidegrades von grö- ßer 98 % wird der polymere Flockungsmittel-Verbrauch im Bereich von +/- 1 kg/tTR vorhergesagt. Diese Genauigkeit wird erreicht, wenn die gesamte Verfahrenstechnik der Abwasserreinigung und Schlammbehandlung sowie die Rohabwasserbeschaffenheit und deren industrielle Beeinflussung be- kannt ist und die leistungsrelevanten Kenngrößen in die hier entwickelte Bewertungsmatrix der Ein- flussfaktoren auf die Schlammentwässerungseigenschaften eingeht. Darüber hinaus gelten die o. g. Angaben nur innerhalb einer hier festgelegten Bandbreite der Schlammkennwerte. Nach dieser Untersuchungsmethodik der verschiedenen Schlammkennwerte werden die Schlammei- genschaften ermittelt und damit ein Nachweis erbracht werden, ob eventuell Betriebsprobleme auf- grund der Klärschlammeigenschaften oder des verfahrenstechnischen/maschinentechnischen Umfel- des der Entwässerungsanlage (FM-Anlage, Pumpen usw.) oder der gesamten Abwasserreinigung und Schlammbehandlung begründet sind. Daraus wird dann ein Optimierungspotenzial abgeleitet.

Die verschiedenen Schlammkennwerte werden in Anlage 6, Abschnitt 0 zusammenfassend beschrie- ben.

Entsprechend der Aufgabenstellung werden teilweise nur ausgewählte Kennwerte bestimmt.

3.3 Grundlagen der verschiedenen Entwässerungssysteme

Die Grundlagen der Entwässerungs-Maschinen- und Verfahrenstechnik sind in Anlage 7 zusammen- gestellt. Dort sind auch weitere Informationen zum Explosionsschutz, zu den rechtlichen Grundlagen für die Polymer-Aufbereitung, über Maßnahmen zur Verminderung von Temperatureinflüssen und zu verschiedenen Systemen zur Feststoffkonzentrationsmessung enthalten..

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4. IST-Zustand-Zustand Klärwerk Benigsfeld

4.1 Verfahrenstechnik Abwasserreinigung und Schlammbehandlung

Einige wichtige Punkte der Verfahrenstechnik der Abwasserreinigung und Schlammbehandlung KW Beningsfeld wurden am 16.07.2019 durch Dr.-Ing. Ralf Denkert vor Ort gesichtet. Es erfolgte eine Be- sprechung mit der städtischen Planungsabteilung, der Betriebsleitung, dem Klärmeister und dem Be- trieb Entwässerung zur vorhandenen Verfahrenstechnik und Leistungsfähigkeit der Gesamtanlage.

Die detaillierte Beschreibung der Verfahrenstechnik KW Beningsfeld ist nicht Gegenstand dieses Gut- achtens. In Hinblick auf die Fragestellungen werden nachfolgend einzelne Punkte und Verfahrensstu- fen bewertet.

Die hierbei erfassten Daten sowie die wichtigsten leistungsrelevanten Einflussfaktoren auf die Schlam- meigenschaften und die Faulschlammentwässerung sind nachfolgend tabellarisch zusammengestellt und nach den im IB Dr. Denkert vorliegenden 30 jährigen Erfahrungen qualitativ bewertet.

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Tabelle 5: Zusammenstellung und qualitative Bewertung der für diese Aufgabenstellung wichtig- sten Verfahrenstechnik Abwasserreinigung und Schlammbehandlung

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Bewertung der Einflussfaktoren auf die Punkte der Aufgabenstellung:

• • signifikant negativ, - negativ, o neutral, + positiv, + + signifikant positiv.

Die negativ bewerteten Punkte haben in der Regel einen deutlichen Einfluss auf die Schlammeigen- schaften und auf die Leistung der Faulschlamm-Entwässerungs-Maschinen. Es sind 19 negative Be- wertungen und 16 positive Bewertungen. Damit werden zusammenfassend die verfahrenstechnischen Einflüsse auf die Schlammeigenschaften tendenziell hoch eingeschätzt und damit die Schlammeigen- schaften tendenziell negativ bewertet. Eine weitere Bewertung wird hier nicht vorgenommen.

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4.2 Betriebsergebnisse Faulschlammentwässerung

Im IST-Zustand werden die 2 Membranfilterpressen im 3-Schicht-Betrieb über 24 Stunden/ Arbeitstag für 5 Tage/ Woche betrieben.

Die vom KW Beningsfeld zur Verfügung gestellten Betriebsdaten Faulschlammentwässerung sind nachfolgend tabellarisch und grafisch ausge- wertet.

Tabelle 6: Auswertung Betriebsdaten KFP 1 für 01/2017 – 12/ 2018

01/2017-12/2018

Tabelle 7: Auswertung Betriebsdaten KFP 2 für 01/2017 – 12/ 2018

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Abb. 2: Auswertung Betriebsergebnisse MFP 1, 01/2017 – 12/2018, Faulschlamm zur Entwässerung

Abb. 3: Auswertung Betriebsergebnisse MFP 1, 01/2017 – 12/2018, Austrag-TR, Zulauf-TR, Zulauf-Fracht, spez. pFM-Verbrauch

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Abb. 4: Auswertung Betriebsergebnisse MFP 2, 01/2017 – 12/2018, Faulschlamm zur Entwässerung

Abb. 5: Auswertung Betriebsergebnisse MFP 2, 01/2017 – 12/2018, Austrag-TR, Zulauf-TR, Zulauf-Fracht, spez. pFM-Verbrauch

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Es ist zu berücksichtigen, dass die zu jeder Charge im Betriebstagebuch hinterlegte Feststoffkon- zentration (siehe Tabelle 6 und Tabelle 7), aus der die Durchsatzfracht und der spez. pFM-Verbrauch berechnet werden, eine Festwertvorgabe des Betriebes und damit eine Annahme ist. Bis zum Juli 2019 war auf dem Klärwerk im Bereich Zulauf Faulschlammentwässerung keine online Feststoffmes- sung installiert. Das Betriebspersonal geht von vergleichsweise gleichförmiger Schlammzusammenset- zung aus. Nur stichprobenhaft werden die getroffenen Annahmen zur Feststoffkonzentration labortech- nisch überprüft. Damit sind die in den Tabellen zusammengestellten Rechenwerte Durchsatzfracht und spez. pFM- Verbrauch gemäß Betriebstagebuch nicht für die Bemessung des Entwässerungssystems zu ver- wenden!

Zusätzlich wurde für die Jahre 2018 / 2019 für jede Woche ca. 2 Analysewerte der Faulschlammfest- stoffkonzentration Zulauf Entwässerung zur Auswertung übermittelt. Die statistische Auswertung ist nachfolgend zusammengestellt.

Tabelle 8: Auswertung Chargenprotokolle KFP 2 für 01/2017 – 12/ 2018

Fazit

Für die überschlägige Neubemessung der gesamten Entwässerungsanlage im Rahmen dieses Gutachtens werden daher die Schlammmengen gemäß der aufgezeichneten Betriebsdaten in Verbindung mit den Laboranalysen 2018 verwendet, siehe hierzu auch Abschnitt 6.

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4.3 Leistungsnachweis Kammerfilterpresse Probenahme 16.07.2019

Am 16.07.2019 fand während der Besprechung die Beprobung der Membranfilterpressen und der Aufbereitungsanlage für polymere Flockungs- mittel vor Ort statt. Exemplarisch wurden aus verschiedenen Kammern Filterkuchen-Austragsproben von Presse 2, sowie eine Filtrat-Stich- probe entnommen. Die Analysenergebnisse sind nachfolgend aufgeführt.

Tabelle 9: Austrag und Filtrat FS-Entwässerung KW Benigsfeld, PN 16.07.2019

*) Plattendicke nicht messbar, da durch den Transport zerdrückt

Gemäß Prozessvisualisierung wurde während der beprobten Charge MFP 2 mit ca. 4,1 kgWS/MgTS konditioniert (Rechenwert aus: 1,135 m³/h pFM-DL (Annahme 0,2 %WS); 16,94 m³/h Faulschlamm; TS = 33 g/l gemäß Analyse IB DE). Die Konditionierungsmenge MFP 1 in der Parallelcharge betrug ca. 5,2 kgWS/MgTS (Rechenwert aus: 1,476 m³/h pFM-DL (Annahme 0,2 %WS); 17,2 m³/h Faulschlamm; TS = 33 g/l gemäß Analyse IB DE).

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Abb. 6: Prozessbild FS-Entwässerung 16.07.2019, 13:05 Uhr, Zulauf MFP während beprobter Charge

Damit liegt die mittlere Austragsfeststoffkonzentration der beprobten Charge MFP 2 bei rd. 27 %TR und ca. 3% unter der mittleren Austragsfeststoffkonzentration gemäß Betriebsdatenauswertung 2018 von rd. 30 %TR.

Aufgrund der gemäß Analytik geringeren Zulauffeststoffkonzentration von 33 gTS/l statt ca. 45 g/l ge- mäß Annahme Betrieb errechnet sich ein höherer spez. pFM-Verbrauch als gemäß Betriebsdaten üb- lich (ca. 4,2 kgWS/MgTM statt ca. 3,4 kgWS/MgTM). Für MFP 1 liegt der tatsächliche Verbrauch sogar bei ca. 5,2 kgWS/MgTM.

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5. Untersuchung der Schlammeigenschaften

5.1 Untersuchte Schlammkennwerte

Tabelle 10: Untersuchte Schlammkennwerte

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Die Ergebnisse der Schlammkennwerte sind nachfolgend tabellarisch zusammengestellt und teilweise grafisch ausgewertet.

5.2 Allgemeine Vergleichs-Schlammkennwerte

Nachfolgend sind die Bandbreiten für die Kennwerte der im hiesigen Schlammlabor analysier- ten Klärschlämme zur vergleichenden Bewertung zusammengestellt: Stand: 31.08.2016 ausgewertete Datensätze: 8.761 ausgewertete Klärwerke und Schlammarten: 244

Tabelle 11: Statistische Auswertung der Kennwerte von Belebtschlamm

Chlorid Konzentration mg/l 31 10,4 760,0 151,4 97,3 41,4 176,5

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Tabelle 12: Statistische Auswertung der Kennwerte von Faulschlamm

Chlorid Konzentration mg/l 207 9,1 993,0 247,2 171,0 101,9 0,0

(Quelle: Datenmaterial Ingenieurbüro Dr. Denkert)

Einzelne Extremwerte können die Folge von Betriebsstörungen sein. Es sind hierfür 8.761 Datensätze von 244 verschiedenen Klärwerken und Schlammarten ausgewertet (Quelle: Datenmaterial Ingenieur- büro Dr. Denkert).

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5.3 Belebtschlamm-Kennwerte

Tabelle 13: Zusammenstellung und Bewertung der Belebtschlamm-Kennwerte

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5.3.1 weitergehende Analysen und Bewertungen

Tabelle 14: weitergehende chemische Analysen

Anmerkung: Verhältniswert Ca/Na < 0,6 kann negative Auswirkungen auf Belebtschlammflockenstabilität haben

⇒ hier: Das Verhältnis Calcium/Natrium befindet sich in einem unkritischen Bereich.

5.3.2 Kalk-Kohlensäure-Gleichgewicht Belebungsstufe

Abb.7: Kalk-Kohlensäure-Gleichgewicht BB KW Beningsfeld

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Bewertung Milieubedingungen Belebungsstufe

Die filtrierte Belebtschlamm-Probe befindet sich bezogen auf das Verhältnis K zu K im Kalk- B 8,2 S 4,3 Kohlensäure-Gleichgewicht. Die unfiltrierte Belebtschlamm-Proben liegt auf Grund der vergleichs- weise geringen Säurekapazität im kalkaggressivem Bereich der CaCO – Auflösung. Der Deltawert SK 3 zwischen der filtrierten und unfiltrierten Probe beträgt ca. 0,7 mmol/l und wird als vergleichsweise sehr niedrig bewertet. ⇒ keine idealen Milieubedingungen für Bakterien und ggf. Auswirkungen auf Nitrifikation, ⇒ Stresssituationen für flocken- und fadenbildende Mikroorganismen, ⇒ erhöhte EPS-Produktion, ⇒ Wachstumsvorteile für Fadenbakterien, ⇒ negative Auswirkungen auf die Belebtschlammflockenstabilität

5.3.3 Fotodokumentation Mikroskopie Belebtschlamm

Abb. 8: BB, 16.07.19, Flockenstruktur, BB, 16.07.19, Feinstanteil Hellfeld, ca. 100x Dunkelfeld, ca. 100x

Abb.9: BB, 16.07.19, Nachweis EPS, BB, 16.07.19, Nachweis EPS, Ruthenium-Rot, Kat. 4, Hellfeld, ca.100x „sehr viel EPS“, Hellfeld, ca. 200x

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Abb.10 BB, 16.07.19, Gesamtfädigkeit Kat. 4 - 5, Kristallviolett, Dunkelfeld, ca. 100x

Microthrix parvicella

Abb.11: BB, 16.07.19, Gram-Färbung, ca. 1.000x, Microthrix parvicella

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Microthrix parvicella

Abb.12: BB, 16.07.19, Neisser-Färbung, ca. 1.000x, Microthrix parvicella

Bewertung Belebtschlamm-Mikroskopie: • locker strukturierte, unregelmäßig geformte Flocken • Fasermaterial und freischwimmende Bakterien / Feinstanteil vorhanden, • aus den Flocken herausragende Fäden im ungefärbten Präparat deutlich erkennbar, • insgesamt hohe Gesamtfädigkeit nach der Kristallviolett-Einfärbung mit Kategorie 4 - 5 (häufige – sehr häufige Fadenorganismen nach Knoop), • Fäden sind zerknäult in den Flocken, aber auch zwischen den Flocken in der Freiwasserphase vorhanden, • als dominante Spezies an fadenbildenden Mikroorganismen wurde Microthrix parvicella identifi- ziert, • signifikant hoher Anteil an gelartigen, sehr wasserreichen extrazellulären polymeren Substanzen (EPS) mit Kategorie 4 (sehr viel, Tuschefärbung nach Knoop) Die erkennbare Rosa/Pink-Färbung des Schlammes nach Einfärbung mit Ruthenium-Rot weist ebenfalls auf viel vorhandenes EPS hin. Die Entstehung von EPS ist vielfach auf die Milieubedingungen in der Belebungsstufe zurückzu- führen, da Bakterien (Flocken- und Fadenbildner) bei nicht optimalen Bedingungen in Stresssitua- tionen EPS bilden(z. B. unzureichende Nährstoffverhältnisse, Sauerstoffmangel, Toxine). Nach aktueller Literatur wird die EPS-Produktion der Bakterien ebenfalls durch eine unverhältnismäßig hohe Natriumkonzentration signifikant erhöht. Darüber hinaus besteht EPS gleichzeitig aus Pro- tein-/ Eiweißverbindungen, die ebenfalls durch besondere Abwasserinhaltsstoffe und ggf. durch eine Rückbelastung aus der Faulschlammentwässerung im System vorhanden sein können.

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5.4 Faulschlamm-Kennwerte

Tabelle 15: Zusammenstellung und Bewertung der Schlammkennwerte KW Benigsfeld, PN 16.07.2019

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5.4.1 Weitergehende Analysen und Bewertungen

Tabelle 16: Gegenüberstellung Prozentualer Anteil organisch/Sand, PN 16.07.2019

⇒ hier: Verhältnis organischer Feststoffanteil / Sandanteil vergleichsweise gering, aufgrund des eher unauffälligen organischen Anteils bei gleichzeitig unauffälligem Sandanteil (Ausnahme Faulschlamm aus Primärschlamm); d. h. hieraus sind keine signifikant negativen Auswirkungen auf das Entwässerungs- verhalten des Faulschlammes zu erwarten.

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Tabelle 17: Bewertung organische Säuren

Bewertung gemäß DWA M 368 „Biologische Stabilisierung von Klärschlamm“, Juni 2014 : Verhältnis org.Säuren/ oTS < 10 mg/g ⇒ gute Stabilisierung

⇒ hier: Es sind unplausible Ungleichförmigkeiten hinsichtlich der organischen Säuren in der Mischprobe aus den Faulschlämmen der Überläufe beider Faulbehälter (höher) und nach der statischen Eindickung des Faulschlammes (geringer) vorhanden. Es ist zu berück- sichtigen, dass es sich nicht um korrespondierende Proben handelt. In Bezug auf die nicht eingedickte Mischprobe weist der Verhältniswert auf eine unzu- reichende Stabilisierung der Faulschlämme hin. Für eine genaue Aussage sind detailliertere Untersuchungen erforderlich.

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5.4.1 Fällungspotential

Tabelle 18: weitergehende chemische Analysen, Küvetten-Analyse IB DE

*) mit Schlamm **) Durchführung Analytik durch Wessling Laboratorien

• Der pH-Wert der Mischprobe beider Faulschlämme ist mit 7,5 leicht erhöht, im Zulauf zur Ent- wässerung ist der pH-Wert des statisch eingedickten Faulschlammes unauffällig. Gleichzeitig wird jedoch im Zulauf zur Entwässerung eine geringere Basenkapazität nachgewiesen. Dies führt dazu, dass bei CO -Ausstrippungen schnell ein deutlicher pH-Wert-Anstieg eintritt (siehe 2 Fehler! Verweisquelle konnte nicht gefunden werden., pH-Wert im Schlammwasser nach Probenvorbereitung mit Abschleudern und Filtration mit 7,8 bzw. 7,9). Hierdurch ist ein deutli- ches Fällungspotential gegeben. Bei einer Entwässerung mit Zentrifugen ist durch die hohe Trommeldrehzahl von einer hohen CO -Ausstrippung auszugehen mit entsprechendem Einfluss auf den pH-Wert. 2 • Im statisch eingedickten Faulschlamm ist eine vergleichsweise sehr hohe Calcium-Kon- zentration vorhanden, so dass ein hohes Potential für Calciumcarbonat-Ausfällung und - Ablagerungen besteht. • Die NH -N Ammonium-Konzentration liegt in einem schlammarttypischen, aber auch hohen 4 Bereich. • Die PO -P-Konzentration im Schlammwasser ist sehr gering. Es ist voraussichtlich nur von 4 einer sehr geringen, ungezielten, biologischen P-Elimination in der Belebungsstufe auszuge- hen.

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Nachfolgend ist eine MAP-Kristallisationskurve zur Bewertung des MAP-Fällungspotentials dar- gestellt, siehe Abb. 13. Hier ist zu beachten, dass PO -Konzentrationen bewertet werden. Die 4 umgerechneten Werte sind in Tabelle 18 enthalten. Die Kurve gilt für eine Mg-Konzentration von 40 mg/l. Hier wurde eine vergleichbare Konzentrationen von ca. 36 mg Mg/l nachgewiesen. Es wird deutlich, dass im Faulschlammwasser mit einem erhöhten pH-Wert von rd. 7,9 und einer geringen PO -Konzentration von 27 mg/l voraussichtlich keine MAP-Fällungen 4 zu erwarten sind.

Legende: Faulschlamm MP (vor stat. ED) Faulschlamm Zulauf ENTW

Abb. 13: Kristallisationskurve für Mg = 40 mg/l – IST ca. 36 mg Mg/l [Quelle: W. Ewert, 5. Klärschlammtage Hildesheim, DWA 2007, projektbezogene Ergänzungen IB Dr. Denkert]

• Es ist eine erhöhte Konzentration an gelöstem Eisen (> 1 mg/l) nachweisbar. Da gelöstes Eisen sehr reaktiv ist, werden die im anaeroben Milieu entstandenen, reduzierten Verbindungen sehr schnell wieder in neue Verbindungen gebracht, die direkt ausfallen können und dann in der Analytik nicht mehr erfasst werden. Damit sind die Ergebnisse der Eisenanaly- tik nicht sehr aussagekräftig. Anhand der Ergebnisse kann kein belastbares Fällungspotential für Eisenverbindungen bestimmt werden. Aufgrund der geringen P-Konzentrationen ist voraussichtlich auch nur ein sehr geringes Fäl- lungspotential für Eisenphosphat-Verbindungen gegeben.

Zusammenfassend wird festgestellt, dass im Faulschlamm auf Basis der Stichprobe Juli 2019 ein Fällungspotenzial für CaCO im Bereich der Entwässerung vorhanden ist. 3 Möglicherweise kann es in den Zentratrohrleitungen oder im Zentratspeicher zu Ausfällungen und entsprechenden Ablagerungen kommen.

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Generell wird empfohlen bei Umrüstung auf eine Zentrifugenentwässerung, aber auch bei Er- neuerung einer Membranfilterpressenanlage zu Optimierung Dosierstellen für Belagsverhinde- rer vorzusehen, um auf ggf. auftretende Betriebsprobleme durch Fällungsprodukte reagieren zu können.

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5.4.2 Kationenverhältnis

Exozelluläre polymere Substanzen (EPS) haben eine sehr wichtige Funktion als Bestandteil der Be- lebtschlammflocken. Die negativ geladenen Oberflächen der EPS und Bakterien werden über Katio- nenbrücken untereinander verbunden. Die Neigung der Kationen zur Brückenbildung ist abhängig von der ionischen Ladung und der Größe der Hydrathülle. Daher werden die stabilsten Brücken durch zwei- und dreiwertige Kationen gebildet. Im Abwasser und damit im Belebtschlamm und in den Be- lebtschlammflocken sind jedoch auch einwertige Kationen vorhanden. Insgesamt führt eine hohe Kon- zentration an einwertigen Kationen zu einer vermehrten Verdrängung von zweiwertigen Kationen durch Ionentausch und nachfolgend zu Flockenzerfall.

Kationen im Belebtschlamm:

• Calcium, Magnesium, zweiwertig: natürlicher Bestandteil des Trinkwassers

• Kalium, einwertig: Abwasserbestandteil aus Deponien

• Natrium, einwertig: Abwasserbestandteil aus Haushalten, Waschmittel, Streusalz, Fleisch-/Fischverarbeitung, Brauereien, Deponien

Natrium ist der schlechteste Flockenbildner, weil es nur einwertig geladen ist und deshalb keine Brücken zwischen den EPS ausbilden kann. Außerdem bildet Natrium in Bezug auf die unten aufgeführten Kati- onen die größte Hydrathülle aus und wirkt so als Ionenaustauscher, das Calcium oder Magnesium aus den Flocken verdrängt. Bezüglich der Eigenschaften zur Flockenbildung der Kationen ergibt sich fol- gende Reihenfolge: Ca2+ > Mg2 > K+ >Na+ :

Nach KARA et al. 2008 kann daher eine hohe Natriumkonzentration (einwertige Ionen) im Abwasser und damit im Belebungsbecken zu einer Destabilisierung der Belebtschlammflocken bis hin zum Flockenzer- fall als Folge geringer Scherstabilität bzw. einer Behinderung der Flockenbildung führen. Gleichzeitig wird die EPS-Produktion signifikant erhöht, die Absetzgeschwindigkeit der Flocken vermindert, der ISV unabhängig von der Entwicklung fadenförmiger Mikroorganismen erhöht und das Entwässerungsverhal- ten signifikant verschlechtert. Das Verhältnis der zweiwertigen zu den einwertigen Kationen, mindestens das Verhältnis von Calcium (zweiwertige Ionen mit positiver Auswirkung auf die Flockenbildung) zu Nat- rium (einwertige Ionen mit negativer Auswirkung auf die Flockenbildung) wird berechnet. Ab einem Ver- hältniswert Ca2+/Na+ < 0,6 ist von einer geringen Stabilität der Belebtschlammflocken auszugehen. Die- ses Verhältnis kann sich bei Niederschlagsereignissen (Verringerung der Calciumkonzentration) als auch durch den Einsatz von Streusalz (Erhöhung der Natriumkonzentration) deutlich verschlechtern. Zur Verbesserung des Verhältnisses können Kreide- oder Kalkzuschlagstoffe eingesetzt werden.

HIGGINS & NOVAK 1997 führten den Begriff M/D-Verhältnis für das Verhältnis von monovalenten zu diva- lenten Kationen ein. M/D-Verhältnisse > 2 im Belebtschlamm weisen auf Flockenzerfall hin. Bei Faul- schlämmen dagegen wird ein deutlicher Zusammenhang zwischen dem M/D-Verhältnis, dem Phosphat- gehalt und der Entwässerbarkeit festgestellt. Da zusätzlich zu Calcium und Kalium auch Ammonium mitberücksichtigt wird, wird indirekt der Einfluss des Überschussschlammanteils mit erfasst.

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Bei der biologischen Phosphorelimination wird neben Phosphat auch Kalium aus den Zellen unter an- aeroben Milieubedingungen zurückgelöst, welche wiederum das Verhältnis der mono- zu divalenten Ka- tionen beeinflussen. In Abb. 14 sind die Entwässerungsergebnisse in Abhängigkeit des M/D Verhältnis- ses zum Entwässerungsergebnis für Schlammproben von Kläranlagen mit und ohne biologische Phos- phorelimination dargestellt. Die Anlagen mit biologischer Phosphorelimination zeigen ein um 4 % bis 5 % TR geringeres Entwässerungsergebnis.

Bewertungsformel und Grafik: Anmerkung: c[Kation] in (mmol/l)

𝑀𝑀 𝑐𝑐[𝑁𝑁𝑁𝑁 ]+𝑐𝑐[𝐾𝐾 ]+𝑐𝑐[𝑁𝑁𝑁𝑁4] = 2+ 2+ 𝐷𝐷 2∙𝑐𝑐[𝐶𝐶𝑁𝑁 ]+2∙𝑐𝑐[𝑀𝑀𝑀𝑀 ]

Abb. 14: Austrag Entwässerung TR (%), in Abhängigkeit zum mono-/divalenten Kationenverhältnis (M/D) (Quelle: HIGGINS 2016a)

Diese Abbildung ist im neuen DWA-Merkblatt M 383 „Kennwerte der Klärschlammentwässerung“, Juli 2019 enthalten. Es zeigt den signifikanten Einfluss eines Faulschlammes aus einer Belebungsstufe mit einer biologischen Phosphat-Elimination und der entsprechenden Rücklösung des Phosphats im Faul- behälter und deren Einfluss auf die Entwässerungsleistung. Diese Untersuchungsergebnisse stammen aus Kläranlagen in USA und sind zumindest im Austrags-Feststoffgehalt derzeit nicht übertragbar auf deutsche Verhältnisse. In Deutschland werden derzeit für Faulschlämme ohne Bio-P-Elimination in der Regel höhere Austrags-Feststoff-Konzentrationen erreicht, als in der Abbildung dargestellt. Zur verglei- chenden Bewertung werden die Kennwerte aktuell im IB Dr. Denkert in allen Faulschlamm-Projekten mit untersucht und zusammengestellt. Die Ergebnisse gehen nicht in die abschließende Bewertung der Schlammentwässerungseigenschaften ein.

Gutachten FS-Entwässerung_V2.docx )%( RT gnuressäwtnE gartsuA (cid:73)(cid:78)(cid:71)(cid:69)(cid:78)(cid:73)(cid:69)(cid:85)(cid:82)(cid:66)(cid:220)(cid:82)(cid:79)(cid:32)(cid:68)(cid:82)(cid:46)(cid:45)(cid:73)(cid:78)(cid:71)(cid:46)(cid:32)(cid:82)(cid:65)(cid:76)(cid:70)(cid:32)(cid:68)(cid:69)(cid:78)(cid:75)(cid:69)(cid:82)(cid:84)

M/D Verhältnis (-)

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Bewertung Kationenverhältnis KW Beningsfeld

Tabelle 19: weitergehende chemische Analysen

*) Analyse im Fremdlabor (Dr. Wessling Laboratorien, Bochum), Probenvorbehandlung: abgeschleudert, filtriert mittels Schwarzbandfilter, Aufschluss mit HNO3 hierdurch ggf. erhöhter Nachweis der einwertigen Kationen Natrium und Kalium **) Analyse im Fremdlabor (Dr. Wessling Laboratorien, Bochum), Probenvorbehandlung: abgeschleudert, filtriert mittels Schwarzbandfilter,

Abb. 15: Austrag Entwässerung TR (%), in Abhängigkeit zum mono-/divalenten Kationenverhältnis (M/D) (Quelle: HIGGINS 2016a) [projektbezogene Ergänzungen IB Dr. Denkert]

Gutachten FS-Entwässerung_V2.docx )%( RT gnuressäwtnE gartsuA M/D-Verhältnis Beningsfeld SP Austrag 16.07.19: ~ 27%TR

M/D Verhältnis (-)

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Gutachten KW Beningsfeld Seite 39 (cid:73)(cid:78)(cid:71)(cid:69)(cid:78)(cid:73)(cid:69)(cid:85)(cid:82)(cid:66)(cid:220)(cid:82)(cid:79)(cid:32)(cid:68)(cid:82)(cid:46)(cid:45)(cid:73)(cid:78)(cid:71)(cid:46)(cid:32)(cid:82)(cid:65)(cid:76)(cid:70)(cid:32)(cid:68)(cid:69)(cid:78)(cid:75)(cid:69)(cid:82)(cid:84)

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Fazit:

⇒ Aufgrund der Kationenverhältnisse wird der untersuchte Faulschlamm KW Beningsfeld keiner Klär- anlage mit biologischer P-Elimination zugeordnet.

Die dokumentierte PO -P-Konzentration von rd. 9 mg/l weist ebenfalls auf keine maßgebliche P- 4 Rücklösung in der Faulungsstufe hin, was voraussichtlich nur eine geringfügige, ungezielte bi- ologische P-Elimination in der Belebungsstufe bedeutet und somit in Bezug auf die Entwässer- barkeit des untersuchten Faulschlammes keine gravierenden negativen Auswirkungen auf- grund von BioP-Einflüssen hat.

5.4.3 Feinstanteil Faulschlamm

Abb. 16: Abhängigkeit zwischen CST und spez. CST (spez. pFM-Bedarf optimaler Laborschleuder-Austrag)

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Bewertung Feinstanteil (CST und spez. CST): • In den Faulschlämmen werden deutliche Ungleichförmigkeiten hinsichtlich der Filtrierbarkeit und damit des Feinstanteils festgestellt. Es ist auffällig, dass die Faulschlämme aus den Überläufen der Faulbehälter deutlich höhere CST-Werte > 200 sec aufweisen, als der statisch eingedickte Faulschlamm Zulauf Entwässe- rung. Insbesondere der Faulschlamm aus der Primärschlamm-Faulung weist einen sehr hohen CST-Wert auf. • Durch Einbeziehung der jeweiligen Feststoffkonzentration wird der spez. CST-Wert ermittelt und als Maß für den Feinstanteil bewertet. • Der spez. CST-Wert des Faulschlammes aus der Primärschlamm-Faulung liegt deutlich ober- halb der Trendlinie. Nach hiesiger Auswertung bedeutetet dieser Wert einen vergleichsweise hohen Feinstanteil im Schlamm, mit deutlich negativen Auswirkungen auf die Entwässerungsei- genschaften und insbesondere den spez. pFM-Verbrauch. • Der spez. CST-Wert des Faulschlammes aus der Überschussschlamm-Faulung liegt auf der Trendlinie und ist unauffällig. • Nach der statischen Eindickung des Faulschlammes mit Polymerkonditionierung wird er- wartungsgemäß der geringste CST- und spez. CST-Wert dokumentiert. Durch die Polymerkon- ditionierung wird ein Großteil des Feinstanteils an die Schlammflocken gebunden. Für die Entwässerung des Schlammes ist die Verminderung des Feinstanteils positiv zu bewer- ten. Die Auswirkung der Polymerkonditionierung des Schlammes im Nacheindicker kann aber auch produktabhängig zu Auswirkungen auf die Wirksamkeit des Polymerproduktes im Entwäs- serungsprozess führen mit ggf. einem höheren pFM-Verbrauch oder einem schlechteren Ent- wässerungsergebnis in Hinblick auf die Austragsfeststoffkonzentration.

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Gutachten KW Beningsfeld Seite 41 (cid:73)(cid:78)(cid:71)(cid:69)(cid:78)(cid:73)(cid:69)(cid:85)(cid:82)(cid:66)(cid:220)(cid:82)(cid:79)(cid:32)(cid:68)(cid:82)(cid:46)(cid:45)(cid:73)(cid:78)(cid:71)(cid:46)(cid:32)(cid:82)(cid:65)(cid:76)(cid:70)(cid:32)(cid:68)(cid:69)(cid:78)(cid:75)(cid:69)(cid:82)(cid:84)

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5.4.4 Entwässerungsprognosekennwert Laborschleuder

Abb. 17: Abhängigkeit zwischen Prognosewert Laborschleuder und Austragsfest- stoffgehalt Entwässerungsmaschine KW Beningsfeld (spez. pFM-Bedarf optimaler Laborschleuder-Austrag) Laborschleuderaustrag LSA IV = (TS*Laborschleudervolumen) / abgesetztes Volumen SV IV [g/l]

Tabelle 20: Gegenüberstellung Austragsfeststoffgehalt und Laborschleuderergebnisse

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Gutachten KW Beningsfeld Seite 42 (cid:73)(cid:78)(cid:71)(cid:69)(cid:78)(cid:73)(cid:69)(cid:85)(cid:82)(cid:66)(cid:220)(cid:82)(cid:79)(cid:32)(cid:68)(cid:82)(cid:46)(cid:45)(cid:73)(cid:78)(cid:71)(cid:46)(cid:32)(cid:82)(cid:65)(cid:76)(cid:70)(cid:32)(cid:68)(cid:69)(cid:78)(cid:75)(cid:69)(cid:82)(cid:84)

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Laboruntersuchungen zum Entwässerungsverhalten in der Laborschleuder • Das Sedimentations- und Kompressionsverhalten der Faulschlammproben in der Laborschleuder als Maß für das Entwässerungsverhalten (nachgewiesen mit dem hier eingesetzten Standard- pFM-Pulver-Produkt BASF/ Brenntag, Zetag 8140, 0,1 %-Lösungskonzentration) sind sehr un- gleichförmig in Abhängigkeit der Probennahmestelle. • Das schlechteste Entwässerungsverhalten weist der Faulschlamm aus der Überschussschlamm- faulung auf bei gleichzeitig höherem spez. pFM-Verbrauch. Der Faulschlamm aus der Primärschlammfaulung ist mit weniger pFM erwartungsgemäß deutlich besser zu entwässern und wird als sehr gut entwässerbar bewertet. Der Abscheidegrad ist jedoch vergleichsweise schlecht. Durch die statische Eindickung des Faulschlammes mit zusätzlicher Polymerkonditionierung ent- stehen nach aktueller Untersuchung positive Auswirkungen auf das Entwässerungsverhalten des Schlammes. Es ist jedoch zu berücksichtigen, dass es sich nicht um korrespondierende Proben handelt. Das beste Laborschleuder-Ergebnis wurde mit einer eher geringen spez. pFM-Menge von ca. 8 kg/MgTM nachgewiesen. • In Abb. 17 ist die Abhängigkeit zwischen Laborschleuderaustrag und der großtechnisch zu errei- chenden Austragsfeststoffkonzentration grafisch dargestellt. Aktuell liegen die Stichproben, die von MFP2 genommen wurden, mit einer mittleren Austragsfest- stoffkonzentration von rd. 27 %TR auf der Leistungsgeraden einer Standard-Maschine. Gemäß Auswertung der Betriebsdaten 2017 – 2018 liegen sonst Austragsfeststoffkonzentrationen von im Mittel ca. 29 – 30 %TR vor. Die mit den Betriebsdaten dokumentierte Leistung wird für Kammerfilterpressen erwartet. Bei einer optimal betriebene Membranfilterpresse ist bei den stichprobenhaft nachgewiesenen Entwässe- rungseigenschaften von einer Austragsfeststoffkonzentration im Bereich 32 – 34 %TR auszuge- hen. Gemäß Betriebsdaten werden diese Austragsfeststoffkonzentrationen nur zeitweise erreicht. Die während der stichprobenhaften Leistungsdokumentationen nachgewiesene geringere, mittlere Entwässerungsleistung ist auf die Betriebsweise der Membranfilterpressen ohne Feststoffmes- sung im Zulauf und damit ohne frachtabhängige Polymerkonditionierung, sowie auf den Repara- turzustand der Membranfilterpressen und den Reinigungszustand bzw. die Standzeit der Filtertü- cher zurückzuführen. • Mit dem statisch eingedickten und bereits mit pFM vorkonditioniertem Faulschlamm ist mit einer optimal betriebenen Zentrifuge eine vergleichbare Austragsfeststoffkonzentration von ca. 28 – 30 %TR zu erwarten, jedoch bei einem höheren spez. pFM-Verbrauch als derzeit eingesetzt wird. Die Auswirkungen der zusätzlichen pFM-Konditionierung zur statischen Eindickung sind im Labor nicht abzuschätzen und müssen großtechnisch ermittelt werden. • Der Mischschlamm aus den Überläufen der beiden Faulbehältern ist insgesamt schlechter zu ent- wässern mit entsprechenden Auswirkungen auf die Entwässerungsprognose.

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Gutachten KW Beningsfeld Seite 43 (cid:73)(cid:78)(cid:71)(cid:69)(cid:78)(cid:73)(cid:69)(cid:85)(cid:82)(cid:66)(cid:220)(cid:82)(cid:79)(cid:32)(cid:68)(cid:82)(cid:46)(cid:45)(cid:73)(cid:78)(cid:71)(cid:46)(cid:32)(cid:82)(cid:65)(cid:76)(cid:70)(cid:32)(cid:68)(cid:69)(cid:78)(cid:75)(cid:69)(cid:82)(cid:84)

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Tabelle 21: Prognose Faulschlamm-Entwässerung

Zusätzlich zu den Laborschleuderversuchen mit dem Standard-pFM-Produkt Z 8140 wurden weitere Laborschleuderversuche mit dem vor Ort eingesetzten Flüssigpolymer CL 12 N, sowie mit Eisenzu- gabe und erhöhter Einmischenergie durchgeführt. Die Versuche und Ergebnisse sind nachfolgend zu- sammengestellt und kurz bewertet. Aufgrund der Versuchsanzahl wurden die Untersuchungen an un- terschiedlichen Tagen durchgeführt. Zur Berücksichtigung der Schlammveränderung durch die verlän- gerte Lagerzeit wurden jeweils zu Beginn Wiederholungsversuche durchgeführt.

Weitergehende Laboruntersuchungen zur Konditionierung der Probe Versuchsnummer Erläuterung 4 Mischschlamm aus den einzelnen Faulschlämmen FS PS (2) und FS ÜS (3) 5 statisch eingedickter Faulschlamm Mischschlamm Zulauf Entwässerung x.0 Einsatz des polymeren Flockungsmittels Z 8140 – Festprodukt (Standard) mit unterschiedlichen spez. Zugabemengen, pFM-Lösungskonzentration 0,1 %WS; x.1 Einsatz des polymeren Flockungsmittels Flopam CL 12 N, Fa. PolyChemie – Flüssigprodukt (Kläranlagen-Produkt) mit unterschiedlichen spez. Zugabemengen, pFM-Lösungskonzentration 0,1 %WS; x.11 Einsatz des polymeren Flockungsmittels Flopam CL 12 N, Fa. PolyChemie – Flüssigprodukt (Kläranlagen-Produkt) Zugabemenge bei wirtschaftlichem Optimum, pFM-Lösungskonzentration 0,1 %WS; zusätzliche Erhöhung der Einmischenergie x.12 Einsatz des polymeren Flockungsmittels Flopam CL 12 N, Fa. PolyChemie – Flüssigprodukt (Kläranlagen-Produkt) Zugabemenge bei wirtschaftlichem Optimum, pFM-Lösungskonzentration 0,1 %WS; zusätzliche Dosierung von FeCl (40%), 2 l/m3 3 x.13 Einsatz des polymeren Flockungsmittels Flopam CL 12 N, Fa. PolyChemie – Flüssigprodukt (Kläranlagen-Produkt) Zugabemenge bei wirtschaftlichem Optimum, pFM-Lösungskonzentration 0,1 %WS; zusätzliche Dosierung von FeCl (40%), 2 l/m3 3 und Erhöhung der Einmischenergie

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Gutachten KW Beningsfeld Seite 44 (cid:73)(cid:78)(cid:71)(cid:69)(cid:78)(cid:73)(cid:69)(cid:85)(cid:82)(cid:66)(cid:220)(cid:82)(cid:79)(cid:32)(cid:68)(cid:82)(cid:46)(cid:45)(cid:73)(cid:78)(cid:71)(cid:46)(cid:32)(cid:82)(cid:65)(cid:76)(cid:70)(cid:32)(cid:68)(cid:69)(cid:78)(cid:75)(cid:69)(cid:82)(cid:84)

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Tabelle 22: Ergebnisse weitergehende Konditionierungsversuche, PN 16.07.2019

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Bewertung Konditionierungsversuche: siehe ergänzend Tabelle 22

Auf Basis der durchgeführten Laborschleuderversuche wird zusammenfassend festgestellt: • Prinzipiell wird festgestellt, dass bei dem nicht statisch eingedickten Faulschlamm die Schlammen- twässerungseigenschaften durch Lagerung verschlechtert werden, während bei dem statisch ein- gedickten - und dabei bereits mit Polymer konditioniertem Schlamm - die Entwässerungseigen- schaften durch die weitere Lagerung positiv beeinflusst werden. • Das vor Ort eingesetzte pFM-Produkt CL 12 N ist gut auf den Schlamm abgestimmt und verbes- sert überwiegend die Entwässerungseigenschaften im Vergleich zu dem hier eingesetzten Stan- dard-Produkt. Ob durch die Vorkonditionierung mit dem gleichem pFM-Produkt zur statischen Eindickung im Nacheindicker die Entwässerungseigenschaften generell oder maschinensystem bezogen negativ beeinflusst werden, kann mit den durchgeführten Laborversuchen nicht festgestellt werden. • Bei den Laborschleuderversuchen 5.12 und 5.13 wurde der generelle Einfluss einer Eisenzugabe und erhöhter Einmischenergie untersucht. Die spez. pFM-Menge wurde nicht variiert. Es wird fest- gestellt, dass durch eine erhöhte Einmischenergie und/ oder die Zugabe von Eisenfällmitteln keine Verbesserung der Entwässerungseigenschaften nachgewiesen wird. Ob hierdurch ggf. eine Verminderung der pFM-Menge möglich ist, wurde nicht untersucht.

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Gutachten KW Beningsfeld Seite 46 (cid:73)(cid:78)(cid:71)(cid:69)(cid:78)(cid:73)(cid:69)(cid:85)(cid:82)(cid:66)(cid:220)(cid:82)(cid:79)(cid:32)(cid:68)(cid:82)(cid:46)(cid:45)(cid:73)(cid:78)(cid:71)(cid:46)(cid:32)(cid:82)(cid:65)(cid:76)(cid:70)(cid:32)(cid:68)(cid:69)(cid:78)(cid:75)(cid:69)(cid:82)(cid:84)

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5.4.5 Fotodokumentation Mikroskopie Faulschlamm

Abb.18: FS ZU ENTW , 16.07.19, Nachweis EPS, Kategorie 2 - 3 , Hellfeld, ca. 100x

Abb.19: FS ZU ENTW , 16.07.19, Nachweis EPS, FS ZU ENTW , 16.07.19, Gesamtfädigkeit Kat. 1, Ruthenium-Rot, Hellfeld, ca. 200x Kristallviolett-Färbung, Dunkelfeld, ca. 100x

• faulschlammtypische Flockenstruktur mit freischwimmenden Bakterien/ Feinstanteil, sowie milieu- typisch Schalenamöben als höherwertige Organismen • in 100x-Vergrößerung nur geringe Gesamtfädigkeit mit Kategorie 1 (einzelne Fadenorganismen nach Knoop) erkennbar, da durch den hohen Feststoffgehalt die mikroskopische Analytik er- schwert ist • signifikant erhöhter Anteil an gelartigen, sehr wasserreichen extrazellulären polymeren Substan- zen (EPS) mit Kategorie 2 - 3 (mittelmäßig viel viel, Tuschefärbung nach Knoop), Die trotz des dichten Schlammes erkennbare Rosa-Färbung des Schlammes nach Einfärbung mit Ruthenium-Rot weist ebenfalls auf vermehrt vorhandenes EPS hin. ⇒ EPS hat in der Regel negative Auswirkungen auf das Entwässerungsverhalten des Schlammes.

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5.5 Fazit Schlammkennwerte

Auf Basis der Probenahmen vom 16.07.2019 werden die wichtigsten Ergebnisse nachfolgend zusam- mengefasst. Detailliertere Angaben befinden sich in den vorangehenden Abschnitten.

Belebtschlammeigenschaften

• Die filtrierte Belebtschlamm-Probe (abfiltrierte Probe) befindet sich bezogen auf das Verhältnis K zu K bei dieser Stichprobe nahezu im Kalk-Kohlensäure-Gleichgewicht mit Tendenz B 8,2 S 4,3 zum Kalk aggressiven Bereich. Die unfiltrierte Belebtschlamm-Probe (nicht filtrierte Probe) befin- det sich deutlich im Kalk aggressiven Bereich. Der Deltawert SK zwischen der filtrierten und unfil- trierten Probe beträgt ca. 0,74 mmol/l, so dass in der Schlammflocke nahezu kein Kalkpuffer vor- handen ist, um bei Bedarf (Erhöhung der CO -Konzentration) in Lösung zu gehen, die Säureka- 2 pazität zu erhöhen und das KKG beizubehalten. ⇒ keine idealen Milieubedingungen für Bakterien und ggf. Auswirkungen auf Nitrifikation, ⇒ Stresssituationen für flocken- und fadenbildende Mikroorganismen, ⇒ erhöhte EPS-Produktion, ⇒ Wachstumsvorteile für Fadenbakterien, ⇒ negative Auswirkungen auf die Belebtschlammflockenstabilität • Insgesamt erhöhte Gesamtfädigkeit nach der Kristallviolett-Einfärbung mit Kategorie 4 - 5 (häufige – sehr häufige Fadenorganismen nach Knoop) vorhanden mit Microthrix parvicella als dominante Fadenbakterienspezies. • Es ist ein signifikant hoher Anteil an gelartigen, sehr wasserreichen extrazellulären polymeren Substanzen (EPS) mit Kategorie 4 (sehr viel, Tuschefärbung nach Knoop) vorhanden. Die viel- fach erkennbare intensive Rosa/Pink-Färbung des Schlammes nach Einfärbung mit Ruthenium- Rot weist ebenfalls auf sehr viel vorhandenes EPS hin. Die Entstehung von EPS ist vielfach auf die Milieubedingungen in der Belebungsstufe zurückzu- führen, da Bakterien (Flocken- und Fadenbildner) bei nicht optimalen Bedingungen in Stresssitu- ationen EPS bilden(z. B. unzureichende Nährstoffverhältnisse, Sauerstoffmangel, Toxine). Nach aktueller Literatur wird die EPS-Produktion der Bakterien ebenfalls durch eine unverhältnismäßig hohe Natriumkonzentration signifikant erhöht. Darüber hinaus besteht EPS gleichzeitig aus Pro- tein-/ Eiweißverbindungen, die ebenfalls durch besondere Abwasserinhaltsstoffe und ggf. durch eine Rückbelastung aus der Faulschlammentwässerung im System vorhanden sein können.

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Stadt Bergisch Gladbach, Systemauswahl Faulschlammentwässerung

Faulschlammeigenschaften

• Bei der Stichprobe vergleichsweise geringe Feststoffkonzentration im Primärschlamm-Faul- schlamm und Schlammart typische Feststoffkonzentration im Überschussschlamm-Faul- schlamm. Durch die statische Eindickung im Nacheindicker mit Zugabe von polymeren Flo- ckungsmitteln und entsprechendem Trübwasserabzeug vergleichsweise hohe Feststoffkonzent- ration im gemischten Faulschlamm Zulauf Entwässerung. Zur statischen Eindickung im Nacheindicker wird das selbe Polymerprodukt eingesetzt wie zur anschließenden Entwässerung. Möglicherweise werden die Entwässerungseigenschaften des Faulschlammgemisches durch diese Vorkonditionierung negativ beeinflusst, insbesondere bei einer Zentrifugenentwässerung für die sehr scherstabile Flocken erforderlich sind. Die hohe Feststoffkonzentration hat einen signifikanten Einfluss auf die Durchsatzmenge von Entwässerungsmaschinen, die wie Zentrifugen auf eine Durchsatzfracht bemessen werden. Gleichzeitig ist der Schlamm aufgrund der hohen Feststoffkonzentration erwartungsgemäß visko- ser als ein dünnerer Schlamm mit entsprechenden Auswirkungen auf eine optimale Einmischung des polymeren Flockungsmittels zur Konditionierung. • Der organische Anteil in den Faulschlammproben ist ungleichförmig und im Primärschlamm- Faulschlamm signifikant höher als im Überschussschlamm-Faulschlamm. Der organische Fest- stoffanteil der Mischprobe und im Zulauf zur Entwässerung liegt in einem unauffälligen, eher ge- ringen Bereich mit positiven Auswirkungen auf die Schlammentwässerungseigenschaften. • Der Sandanteil in den Faulschlämmen Überlauf Faulbehälter ist vergleichsweise gering. Das Analyseergebnis der Mischprobe beider Einzel-Faulschlämme ist nicht plausibel. Im Zulauf zur Entwässerung liegt ein unauffälliger Sandanteil vor. Der angestiegene Sandanteil ist durch die statische Eindickung und Abzug aus der Eindickerspitze erklärbar. Insbesondere bei einem hohen Sandanteil entstehen in der Regel positive Auswirkungen auf das Entwässerungsverhalten des Schlammes, wobei der Verschleiß in hochdrehenden Maschinen, wie Pumpen und Zentrifugen gleichzeitig erhöht wird. • zum Teil sehr hohe Konzentration organischer Säuren (Mischprobe Faulschlamm); Bezogen auf das Verhältnis organische Säuren zu organischer Feststoffkonzentration wird mit der Mischprobe Faulschlamm eine unzureichende Stabilisierung in der Faulungsstufe dokumen- tiert. Bezogen auf das Verhältnis Zulauf Entwässerung ist eine gute Stabilisierung gegeben. Hierbei muss berücksichtigt werden, dass es sich nicht um korrespondierende Proben handelt und der Schlamm vor der Entwässerung mehrere Tage gestapelt und weiter eingedickt wird. • zum Teil sehr hoher pH-Wert mit entsprechenden Auswirkungen auf ein erhöhtes Fällungspotential; • durch den Überschussschlamm-Faulschlamm hohe Leitfähigkeit, voraussichtlich auch in Folge der sehr hohen Ammoniumstickstoffkonzentration; • zum Teil sehr hoher Feinstanteil, siehe auch Abschnitt 5.4.3, Nach der statischen Eindickung des Faulschlammes mit Polymerkonditionierung wird erwar- tungsgemäß der geringste CST- und spez. CST-Wert dokumentiert. Durch die Polymerkonditio- nierung wird ein Großteil des Feinstanteils an die Schlammflocken gebunden. Gutachten FS-Entwässerung_V2.docx

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Für die Entwässerung des Schlammes ist die Verminderung des Feinstanteils positiv zu bewer- ten. Die Auswirkung der Polymerkonditionierung des Schlammes im Nacheindicker kann aber auch produktabhängig zu Auswirkungen auf die Wirksamkeit des Polymerproduktes im Entwäs- serungsprozess führen mit ggf. einem höheren pFM-Verbrauch oder einem schlechteren Entwäs- serungsergebnis in Hinblick auf die Austragsfeststoffkonzentration. • unauffälliger Fettanteil (lipophile Stoffe) und sehr geringer Eiweiß-Anteil; • unauffällige Chloridkonzentration; • hoher EPS-Anteil (Kategorie 2 - 3 nach Knoop und gemäß weiterer Einfärbung mit Ruthenium- Rot); • Fällungspotential: Im statisch eingedickten Faulschlamm ist eine vergleichsweise sehr hohe Calcium-Konzentration vorhanden, so dass ein hohes Potential für Calciumcarbonat-Ausfällung und -Ablagerungen be- steht. Die PO -P-Konzentration im Schlammwasser ist sehr gering. Es ist voraussichtlich nur von einer 4 sehr geringen, ungezielten, biologischen P-Elimination in der Belebungsstufe auszugehen. Bei den nachgewiesenen Konzentrationsverhältnissen ist auch bei einem pH-Anstieg nicht von MAP- Fällungen auszugehen. Zusammenfassend wird festgestellt, dass im Faulschlamm auf Basis der Stichprobe Juli 2019 ein Fällungspotenzial für CaCO im Bereich der Entwässerung vorhanden ist. Möglicherweise kann 3 es in den Zentratrohrleitungen oder im Zentratspeicher zu Ausfällungen und entsprechenden Ab- lagerungen kommen. Generell wird empfohlen bei Umrüstung auf eine Zentrifugenentwässerung, aber auch bei Erneu- erung einer Membranfilterpressenanlage zu Optimierung Dosierstellen für Belagsverhinderer vor- zusehen, um auf ggf. auftretende Betriebsprobleme durch Fällungsprodukte reagieren zu kön- nen.

⇒ ungleichförmige Sedimentations- und Kompressionseigenschaften in der Laborschleuder als Maß für das Entwässerungsverhalten der verschiedenen Faulschlämme mit einem sehr gut entwässerbarem Primärschlamm-Faulschlamm und einem sehr schlecht ent- wässerbarem Überschussschlamm-Faulschlamm ⇒ vergleichsweise gute Laborschleuderergebnissen für den mit Polymerzugabe statisch einge- dickten Misch-Faulschlamm Zulauf-Entwässerung Die optimale spez. pFM-Menge für eine Zentrifugenentwässerung ist vergleichsweise gering. LSA IV ≈ 110 g/l ⇒ spez. pFM ≤ 8 kgWS/MgTM ⇒ Prinzipiell wird festgestellt, dass bei dem nicht statisch eingedickten Faulschlamm die Schlam- mentwässerungseigenschaften durch Lagerung verschlechtert werden, während bei dem sta- tisch eingedickten - und dabei bereits mit Polymer konditioniertem Schlamm - die Entwässe- rungseigenschaften durch die weitere Lagerung positiv beeinflusst werden. Das vor Ort eingesetzte pFM-Produkt CL 12 N ist gut auf den Schlamm abgestimmt und ver- bessert überwiegend die Entwässerungseigenschaften im Vergleich zu dem hier eingesetzten Standard-Produkt. Ob durch die Vorkonditionierung mit dem gleichem pFM-Produkt zur stati-

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schen Eindickung im Nacheindicker die Entwässerungseigenschaften generell oder maschinen- system bezogen negativ beeinflusst werden, kann mit den durchgeführten Laborversuchen nicht festgestellt werden. Bei den Laborschleuderversuchen wurde der generelle Einfluss einer Eisenzugabe und erhöh- ter Einmischenergie untersucht. Es wird festgestellt, dass durch eine erhöhte Einmischenergie und/ oder die Zugabe von Eisenfällmitteln keine Verbesserung der Entwässerungseigenschaf- ten nachgewiesen wird. Ob hierdurch ggf. eine Verminderung der pFM-Menge möglich ist, wurde nicht untersucht. ⇒ In Abb. 17, Abschnitt 5.4.4 ist die Abhängigkeit zwischen Laborschleuderaustrag und dem großtechnisch zu erreichender Austragsfeststoffkonzentration grafisch dargestellt. Aktuell liegen die Stichproben, die von MFP2 genommen wurden, mit einer mittleren Austrags- feststoffkonzentration von rd. 27 %TR auf der Leistungsgeraden einer Standard-Maschine. Gemäß Auswertung der Betriebsdaten 2017 – 2018 liegen sonst Austragsfeststoffkonzentratio- nen von im Mittel ca. 29 – 30 %TR vor. Die mit den Betriebsdaten dokumentierte Leistung wird für Kammerfilterpressen erwartet. Bei einer optimal betriebene Membranfilterpresse ist bei den stichprobenhaft nachgewiesenen Ent- wässerungseigenschaften von einer Austragsfeststoffkonzentration im Bereich 32 – 34 %TR auszugehen. Gemäß Betriebsdaten werden diese Austragsfeststoffkonzentrationen nur zeit- weise erreicht. Die während der stichprobenhaften Leistungsdokumentationen nachgewiesene geringere, mitt- lere Entwässerungsleistung ist auf die Betriebsweise der Membranfilterpressen ohne Feststoff- messung im Zulauf und damit ohne frachtabhängige Polymerkonditionierung, sowie auf den Reparaturzustand der Membranfilterpressen und den Reinigungszustand bzw. die Standzeit der Filtertücher zurückzuführen. ⇒ Zusammenfassend wird unter Würdigung sämtlicher Untersuchungen der Schlammkennwerte Juli 2019 festgestellt, dass nach den hier vorliegenden Erfahrungen mit vergleichbaren Maschinen folgende Entwässerungsleistungen der verschiedenen Maschinen- systeme unter optimalen Betriebsbedingungen erwartet werden:

Tabelle 21: Prognose Faulschlamm-Entwässerung (Wiederholung)

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6. Zusammenstellung Eingangsgrößen für Faulschlammentwässerung

Nachfolgend sind die Eingangsgrößen zur Bemessung der abgestimmten Entwässerungsmaschinen- systeme zur Faulschlammentwässerung, sowie der voraussichtliche Betriebsmittelbedarf zur Ermitt- lung der Betriebskosten zur Bearbeitung einer Wirtschaftlichkeitsberechnung zusammengestellt.

Die Eingangsdaten wurden auf Basis der vorgelegten Betriebsdaten zum Schlammanfall 2017 - 2018 ausgewertet und in der gemeinsamen Besprechung mit der Planungsabteilung der Stadtverwaltung und der Betriebsleitung im Dezember 2019 vorgestellt, abgestimmt und festgelegt. In diesem Rahmen wurden auch die verschiedenen Ausrüstungsvarianten in Abhängigkeit verschiedener Betriebszeiten und unter Berücksichtigung der Betriebssicherheit in Verbindung mit dem möglichen Schlammanfall vereinbart. Letzte Angaben zu wirtschaftlichen Eingangsgrößen wurden dem IB Dr. Denkert Anfang Juli 2020 übermittelt. Demnach sind aktuell 113.085 Einwohner an das Klärwerk angeschlossen. Bis zum Jahr 2035 ist ein Zuwachs auf 120.000 Einwohner (+ 6,11%) auch im Schlammanfall zu berück- sichtigen.

Langfristig verfolgt die Stadt Bergisch Gladbach das Konzept, eine Entwässerungsanlage zu realisie- ren, ohne dafür einen 3-Schicht-Betrieb personell bereitstellen zu müssen.

In Abstimmung mit der Planungsabteilung der Stadtverwaltung und der Betriebsleitung (Besprechung Juli 2019) wurde festgelegt, dass für die Maschinensystemvariante Entwässerungszentrifugen fol- gende Lastfälle betrachtet werden sollen:

A) FS-Vorbehandlung: statische Eindickung mit pFM-Konditionierung

1. Bemessung Maschinengröße für Betrieb einer Zentrifuge über 5 Tage/ Woche, 24 Stunden/ Tag; Betriebssicherheit wird hergestellt mit einer Redundanz-Zentrifuge, Mindestanforderung: Bemessung für den Schlammanfall 85%-Perzentil
2. Bemessung Maschinengröße für Betrieb einer Zentrifuge über 5 Tage/ Woche, 12 Stunden/ Tag; Betriebssicherheit wird hergestellt mit einer Redundanz-Zentrifuge, erhöhte Schlammmengen können über Verlängerung der Betriebszeit auf bis zu 24 h/d ent- wässert werden oder Betrieb der Maschinen parallel, Mindestanforderung: Bemessung für den Schlammanfall Mittelwert

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Gutachten KW Beningsfeld Seite 52 (cid:73)(cid:78)(cid:71)(cid:69)(cid:78)(cid:73)(cid:69)(cid:85)(cid:82)(cid:66)(cid:220)(cid:82)(cid:79)(cid:32)(cid:68)(cid:82)(cid:46)(cid:45)(cid:73)(cid:78)(cid:71)(cid:46)(cid:32)(cid:82)(cid:65)(cid:76)(cid:70)(cid:32)(cid:68)(cid:69)(cid:78)(cid:75)(cid:69)(cid:82)(cid:84)

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B) FS-Vorbehandlung: Schlammstapelung ohne weitere Eindickung Bemessung Maschinengröße für Lastfälle 1 und 2 mit veränderter Schlammherkunft Für die Schlammstapelung stehen wie bisher NED I und zusätzlich NED II, in dem bisher die statische Eindickung des Faulschlammes erfolgte, zur Verfügung. Das Nutzvolumen von NED II beträgt nach Betriebsangaben 600 m³. Bezogen auf die täglichen Schlammfrachten in Tabelle 23 und Tabelle 24 ist von einem mittleren täglichen, uneingedickten Faulschlammanfall von rd. 300- 450 m³/d bei 5 d/Woche auszugehen. Bei einem täglichen Schlammanfall 7 d/ Woche ergibt es eine Menge von 215 – 320 m³/d. Damit ist in beiden Stapelbehältern ohne Trübwasserabzug voraussichtlich eine Gesamtvorhaltezeit für ca. 4 Tage gegeben.

Prinzipiell werden Entwässerungszentrifugen auf eine Durchsatzfracht bemessen. Für die Bemessung der Zentrifugen und Festlegung der Bemessungsfracht wird jeweils die mittlere Feststoffkonzentration gemäß Tabelle 23 verwendet. Begründung: • Da bei der aktuellen Faulschlammvorbehandlung die Feststoffkonzentration durch die statische Eindickung mit Polymerkonditionierung beeinflusst wird, ist durch den Trübwasserabzug auch di- rekt die verbleibende Schlammmenge beeinflusst. Entsprechend ist bei einer hohen Feststoffkon- zentration von einem verringerten Schlammanfall/ verringerten Schlammmenge auszugehen und bei einer erhöhten Schlammmenge von einer geringeren Feststoffkonzentration.  Die Lastsituation hohe Schlammmenge mit hoher Feststoffkonzentration ist daher eher unwahr- scheinlich und nicht bemessungsrelevant. • In einer Betriebssituation mit höherer Feststoffkonzentration sollte die Durchsatzfracht im Rahmen der Bemessungsfracht relativ konstant gehalten werden. Dafür muss die Durchsatzmenge ent- sprechend verringert werden. Damit die Anpassungen automatisch erfolgen, wird für einen opti- malen Betrieb der Einsatz einer betriebssicheren Online-Feststoffmessung und eine Frachtrege- lung der Entwässerungsmaschinen empfohlen. • Achtung: Die Bemessung der Maschinengröße auf Basis der Bemessungsfracht erfolgt für den opti- malen Betriebspunkt in Hinblick auf die maximale Dickstoff-Austragsfeststoffkonzentra- tion. Die absolute Durchsatzleistung der Zentrifugen ist gemäß Herstellerangaben (nominelle Leistung) höher und kann bei entsprechender Auslegung der begleitenden Verfahrenstechnik auch vollstän- dig ausgenutzt werden. Bei Betrieb mit erhöhter Durchsatzfracht ist jedoch von einer Verminde- rung der Entwässerungsleistung auszugehen! • Bei unverändertem Schlammanfall und höherer Feststoffkonzentration bestehen folgende Mög- lichkeiten: Die Betriebsmaschine wird mit erhöhter Durchsatzleistung über der Bemessungsfracht und o ggf. über dem optimalen Betriebspunkt betrieben.  Voraussichtlich wird es zu einer verminderten Entwässerungsleistung mit geringerer Dick- stoffaustragsfeststoffkonzentration und erhöhtem spez. pFM-Verbrauch kommen.

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Gutachten KW Beningsfeld Seite 53 (cid:73)(cid:78)(cid:71)(cid:69)(cid:78)(cid:73)(cid:69)(cid:85)(cid:82)(cid:66)(cid:220)(cid:82)(cid:79)(cid:32)(cid:68)(cid:82)(cid:46)(cid:45)(cid:73)(cid:78)(cid:71)(cid:46)(cid:32)(cid:82)(cid:65)(cid:76)(cid:70)(cid:32)(cid:68)(cid:69)(cid:78)(cid:75)(cid:69)(cid:82)(cid:84)

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Die Betriebsmaschine wird weiterhin mit der Bemessungsfracht betrieben. o  Hierdurch kommt es zu einer Verlängerung der Maschinenbetriebsdauer.  Für Lastfall 2 kann die Betriebsdauer auf > 12 Stunden verlängert werden oder die zweite Maschine parallel betrieben werden.  Für Lastfall 1 sind bereits Reserven in der Bemessung berücksichtigt, da der 85%-Schlammanfall angesetzt wurde. Sollte dennoch eine höhere Schlammfracht als die Bemessungsfracht optimal entwässert werden sollen, ist hier auch ein Parallelbetrieb der Redundanz-Maschine möglich.

6.1 Faulschlammmengen und -frachten

Auf Basis der Betriebsergebnisse Faulschlammentwässerung, siehe hierzu auch Abschnitt 4.2, wer- den für die überschlägige Neubemessung der gesamten Entwässerungsanlage im Rahmen dieses Gutachtens die Schlammmengen gemäß der aufgezeichneten Betriebsdaten in Verbindung mit den Laboranalysen 2018 verwendet. Damit ist von folgendem täglichen Schlammanfall bei einem Betrieb über 5 Arbeitstage/ Woche auszugehen. Hierzu wurden die täglichen Durchsatzmengen der Memb- ranfilterpressen 1 und 2 summiert. Hieraus wird die Prognosemenge mit einem Zuwachsfaktor von 1,0611 ermittelt

Tabelle 23: TAGES-Schlammmengen und Feststoffkonzentrationen gemäß BTB 2017-2018 hier: Tageswerte bei Betrieb 5d/ Woche

Tabelle 24: BASISDATEN zur Auslegung des Entwässerungsmaschinensystem ZENTRIFUGEN STUNDEN-Schlammmengen und -frachten

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Gutachten KW Beningsfeld Seite 54 (cid:73)(cid:78)(cid:71)(cid:69)(cid:78)(cid:73)(cid:69)(cid:85)(cid:82)(cid:66)(cid:220)(cid:82)(cid:79)(cid:32)(cid:68)(cid:82)(cid:46)(cid:45)(cid:73)(cid:78)(cid:71)(cid:46)(cid:32)(cid:82)(cid:65)(cid:76)(cid:70)(cid:32)(cid:68)(cid:69)(cid:78)(cid:75)(cid:69)(cid:82)(cid:84)

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Tabelle 25: BASISDATEN zur Auslegung des Entwässerungsmaschinensystem ZENTRIFUGEN STUNDEN-Schlammmengen und -frachten

Bei Betrachtung der Faulschlammvorbehandlung ohne statische Eindickung (Lastfälle B) muss für eine vergleichbare Bemessungsfracht mit den Lastfällen A (IST-Zustand FS-Vorbehandlung mit stati- scher Eindickung mit Polymerkonditionierung) die stündliche Durchsatzmenge der Zentrifuge entspre- chend erhöht werden.

Für die Variante Erneuerung der Membranfilterpressen werden die Voraussetzungen des IST- Zustandes berücksichtigt (Betrieb 5 Tage/ Woche, 24 h/ d im 3-Schicht-Betrieb, IST-Zustand FS- Vorbehandlung mit statischer Eindickung mit Polymerkonditionierung).

6.2 Bemessung der Maschinensysteme

Auf Basis der oben dargestellten Untersuchungsergebnisse der verschiedenen Laborkennwerte für die Faulschlammentwässerungseigenschaften ist in dem nachfolgenden Bild die Prognose und in der nachfolgenden Tabelle der zu erwartenden Austragsfeststoffkonzentration für die verschiedenen Ent- wässerungs-Maschinensysteme nach dem Laborschleuder-Kennwert dargestellt.

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Gutachten KW Beningsfeld Seite 55 (cid:73)(cid:78)(cid:71)(cid:69)(cid:78)(cid:73)(cid:69)(cid:85)(cid:82)(cid:66)(cid:220)(cid:82)(cid:79)(cid:32)(cid:68)(cid:82)(cid:46)(cid:45)(cid:73)(cid:78)(cid:71)(cid:46)(cid:32)(cid:82)(cid:65)(cid:76)(cid:70)(cid:32)(cid:68)(cid:69)(cid:78)(cid:75)(cid:69)(cid:82)(cid:84)

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Abb. 20: Abhängigkeit zwischen Prognosewert Laborschleuder und Austragsfeststoffkonzentration Entwässerungsmaschinen KW Beningsfeld mit Prognose (spez. pFM-Bedarf optimaler Laborschleuder-Austrag) Laborschleuderaustrag LSA IV = (TS*Laborschleudervolumen) / abgesetztes Volumen SV IV [g/l] ZEN: Zentrifuge, MFP: Membranfilterpresse

Tabelle 21: Prognose Faulschlamm-Entwässerung (Wiederholung)

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Gutachten KW Beningsfeld Seite 56 (cid:73)(cid:78)(cid:71)(cid:69)(cid:78)(cid:73)(cid:69)(cid:85)(cid:82)(cid:66)(cid:220)(cid:82)(cid:79)(cid:32)(cid:68)(cid:82)(cid:46)(cid:45)(cid:73)(cid:78)(cid:71)(cid:46)(cid:32)(cid:82)(cid:65)(cid:76)(cid:70)(cid:32)(cid:68)(cid:69)(cid:78)(cid:75)(cid:69)(cid:82)(cid:84)

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Die Prognosen für die verschiedenen Maschinensystem sind hier durch verschiedene großtechnische Betriebsversuche zur Klärschlammentwässerung auf anderen Kläranlagen belegt, z. B.:

• 2018, KA Schwelm, Wupperverband Betriebsversuch mit einer Schneckenpresse (Fa. IEA, SP-HF 06 XL) • 2017, KA Winterberg-Züschen/ KA Elkeringhausen, Stadtwerke Winterberg: Betriebsversuch mit einer Schneckenpresse (Fa. IEA, SP-HF 06 XL) • 2017, KA Rheinhausen/ LINEG: Betriebsversuch mit einer Zentrifuge (Hiller, DP 484), im Vergleich zur Betriebs-Zentri- fuge (Alfa Laval) • 2016, KA Moers-Gerdt/ LINEG: Betriebsversuche mit einer Zentrifuge (Hiller, DP 484) und einer Bandfilterpresse (Bellmer, WP Green K), im Vergleich zur Betriebs-Zentrifuge (Alfa Laval) • 2013, KA Mönchengladbach-Neuwerk/ Niersverband Betriebsversuche mit einer Zentrifuge (Hiller, DP 484) und einer Bandfilterpresse (Bellmer, WP Green K), im Vergleich zur Betriebs-Zentrifuge (Westfalia) • 2012, KA Lingen: Betriebsversuche mit einer Zentrifuge, im Vergleich zur Betriebs-Schlauchfilterpresse (Bucher) • 2011, ZKW Bremerhaven: Betriebsversuche mit Zentrifugen (Hiller und Westfalia) und einer Schneckenpresse (Fa. IEA) • 2007 – 2009, KA Leverkusen-Bürrig (Bayer/Currenta): Betriebsversuche mit zwei Zentrifugen, im Vergleich zu der Betriebs-Membranfilterpres- sen-Anlage (11 MFP)

Auf Basis der zuvor in Abschnitt 6.1 zusammengestellten Schlamm-Mengen und Feststofffrachten wurde alternativ zur Kammerfilterpresse/ Membranfilterpresse eine überschlägige Bemessung für das Maschinensystem Zentrifuge durchgeführt und in der nachfolgenden Tabelle zusammengestellt und grafisch im Lageplan skizziert. Abstimmungsgemäß wurden die weiteren im Markt verfügbaren Maschinensysteme Bandfilterpresse, Schneckenpresse und Schlauchfilterpresse nicht weiter berücksichtigt.

Nach hier im IB Dr. Denkert vorliegenden über 25-jährigen Erfahrungen wird der Betrieb einer Entwäs- serungszentrifuge für die maximale Dickstoff-Austragsfeststoffkonzentration bei guten Schlamment- wässerungseigenschaften mit maximal 70% der Durchsatzfracht- bzw. -mengenvorgaben des Herstel- lers empfohlen. Bei schlechteren Schlammentwässerungseigenschaften muss die Durchsatzleistung in Abhängigkeit der Schlammeigenschaften in Hinblick auf eine maximale Entwässerung weiter ver- mindert werden. Prinzipiell werden Entwässerungszentrifugen auf eine Durchsatzfracht bemes- sen.

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Gutachten KW Beningsfeld Seite 57 (cid:73)(cid:78)(cid:71)(cid:69)(cid:78)(cid:73)(cid:69)(cid:85)(cid:82)(cid:66)(cid:220)(cid:82)(cid:79)(cid:32)(cid:68)(cid:82)(cid:46)(cid:45)(cid:73)(cid:78)(cid:71)(cid:46)(cid:32)(cid:82)(cid:65)(cid:76)(cid:70)(cid:32)(cid:68)(cid:69)(cid:78)(cid:75)(cid:69)(cid:82)(cid:84)

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Nach hier vorliegenden Erfahrungen ergibt die Berechnung über das äquivalente Klärvolumen/ g-vo- lume eine sichere Übertragbarkeit der Ergebnisse zwischen einer optimal betriebenen Vergleichsma- schine und der jeweilig zu bewertenden Zentrifuge. Als Vergleichszentrifuge wird hier die Versuchs- zentrifuge DP 45E-422 mit Hydraulikantrieb, Fa. Hiller verwendet, da hierfür im IB Dr. Denkert viele langjährig erfasste Versuchs- und damit Vergleichsergebnisse vorliegen. Die Bemessung der erforderlichen Maschinengröße erfolgt mit Daten zur Maschinengeometrie der in Deutschland überwiegend vertretenden Hersteller auf dieser Basis und zusätzlich unter Einbeziehung der Schlammentwässerungseigenschaften gemäß Bestimmung im IB Dr. Denkert.

Die Grundlagen der Zentrifugen-Maschinentechnik und der scale-up Berechnungen werden hier nicht detailliert dargestellt und können bei Bedarf zusammenfassend erläutert werden. Die Berechnungen zum äquivalente Klärvolumen/ g-volume beziehen sich auf den zylindrischen Trommelteil der Hoch- leistungszentrifuge unter Berücksichtigung der im Betrieb dauerhaft zu verwendenden Trommeldreh- zahl und der daraus berechneten Schleuderziffer als Vielfaches der Erdbeschleunigung, die als Kraft auf das Schlammteilchen wirkt. Die Betriebs-Trommeldrehzahl kann bei den einzelnen Zentrifugen aus schwingungstechnischen Gründen oder schlammbedingt niedriger als die maximal mögliche Trommeldrehzahl sein. Bei der Bemessung wird von einer Schleuderziffer größer 3.000 * g ausgegan- gen. Die Leistung der Zentrifugen wird entscheidend vom Schneckendrehmoment bestimmt, das schlammabhängig zu bewerten ist. Hier muss die Zentrifuge mit einem Schneckenantrieb mit hohem dauerhaft zu betreibenden Schneckendrehmoment ausgerüstet sein.

Nachfolgend sind Scale-up Berechnungen in Bezug auf die Vergleichszentrifugen beispielhaft für Zentrifugenmodelle der Hersteller Hiller und Flottweg durchgeführt und zusammengestellt.

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Gutachten KW Beningsfeld Seite 58 (cid:73)(cid:78)(cid:71)(cid:69)(cid:78)(cid:73)(cid:69)(cid:85)(cid:82)(cid:66)(cid:220)(cid:82)(cid:79)(cid:32)(cid:68)(cid:82)(cid:46)(cid:45)(cid:73)(cid:78)(cid:71)(cid:46)(cid:32)(cid:82)(cid:65)(cid:76)(cid:70)(cid:32)(cid:68)(cid:69)(cid:78)(cid:75)(cid:69)(cid:82)(cid:84)

Stadt Bergisch Gladbach, Systemauswahl Faulschlammentwässerung Tabelle 26: Bemessung Maschinengröße mit Schlammkennwert LSA IV = 110 g/l (A: FS Zulauf Entwässerung nach statischer FS-Eindickung mit Polymer) bzw. LSA IV = 97 g/l (B: FS ohne statische Eindickung) (Ergebnis scale-up Berechnung Vergleich DP 45E-422, Q = 17,5 m³/h, LSA IV = 120 g/l)

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Gutachten KW Beningsfeld Seite 59 (cid:73)(cid:78)(cid:71)(cid:69)(cid:78)(cid:73)(cid:69)(cid:85)(cid:82)(cid:66)(cid:220)(cid:82)(cid:79)(cid:32)(cid:68)(cid:82)(cid:46)(cid:45)(cid:73)(cid:78)(cid:71)(cid:46)(cid:32)(cid:82)(cid:65)(cid:76)(cid:70)(cid:32)(cid:68)(cid:69)(cid:78)(cid:75)(cid:69)(cid:82)(cid:84)

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Auf Basis der im IB Dr. Denkert durchgeführten scale-up Berechnungen (Kennwert g-volume) mit den Daten zur Zentrifugengeometrie gemäß Datenbank IB Dr. Denkert ist für den Lastfall 1 (85%- Schlammmenge, 24 h/d) unabhängig davon ob der Faulschlamm zuvor statisch eingedickt wurde (A) oder nicht (B) eine Zentrifugenbaugröße mit einem Trommelinnendurchmesser von 470 – 480 mm erforderlich. Die voraussichtlich anfallende Durchsatzfracht von rd. 490 kgTR/h kann optimal entwäs- sert werden. Unter Berücksichtigung der Schlammentwässerungseigenschaften sollte diese Maschi- nengröße für eine maximale Austragsfeststoffkonzentration maximal mit einer Durchsatzfracht von rd. 570 kgTR/h (A) bzw. bei nicht statisch eingedicktem Faulschlamm (B) aufgrund der schlechteren Schlammentwässerungseigenschaften mit rd. 500 kgTR/h betrieben werden. Damit wäre auch die Entwässerung der im theoretisch maximal möglichen Lastfall - berechnet aus der theoretischen Schlammfracht mit 85%-Perzentil Schlammmenge und 85%-Perzentil Feststoffkonzent- ration (ca. 605 kgTR/h) - anfallenden Feststofffracht für Lastfall A) nahezu im optimalen Betriebspunkt möglich. Nominell kann diese Baugröße gemäß Herstellerangaben eine Fracht bis ca. 750 kgTR/h entwässern, sodass hier weitere Reserven vorhanden sind. Bei Betrieb mit erhöhter Durchsatzfracht sind entspre- chende Einbußen in der Entwässerungsleistung zu erwarten.

Für den Lastfall 2 (MW-Schlammmenge, 12 h/d) ist Zentrifugenbaugröße mit einem Trommelinnen- durchmesser von rd. 470 mm nicht ausreichend, weil der optimale Betriebspunkt überschritten wird. Nominell könnte auch hier die erforderliche Durchsatzfracht entwässert werden. Für eine maximale Entwässerungsleistung wird unabhängig davon ob der Faulschlamm zuvor statisch eingedickt wurde (A) oder nicht (B) der Einsatz der Zentrifugenbaugröße mit einem Trommelinnen- durchmesser von ca. 570 mm empfohlen. Die voraussichtlich anfallende Durchsatzfracht von rd. 650 kgTR/h kann optimal entwässert werden. Unter Berücksichtigung der Schlammentwässerungseigenschaften sollte diese Maschinengröße für eine maximale Austragsfeststoffkonzentration maximal mit einer Durchsatzfracht von rd. 950 kgTR/h (A) bzw. bei nicht statisch eingedicktem Faulschlamm (B) mit rd. 830 kgTR/h betrieben werden. Damit wäre auch die Entwässerung der theoretisch mit der 85%-Feststoffkonzentration anfallenden Feststofffracht (ca. 810 kgTR/h) sowohl im Lastfall A) als auch B) im optimalen Betriebspunkt möglich. Nominell kann diese Baugröße gemäß Herstellerangaben eine Fracht bis ca. 1.250 kgTR/h entwäs- sern, sodass hier weitere Reserven vorhanden sind. Bei Betrieb mit erhöhter Durchsatzfracht sind ent- sprechende Einbußen in der Entwässerungsleistung zu erwarten. Bei Betrieb mit nomineller Durchsatzleistung kann bei Akzeptanz eine verringerten Entwässerungsleis- tung auch der maximal mögliche Lastfall - berechnet aus der theoretischen Schlammfracht mit 85%- Perzentil Schlammmenge und 85%-Perzentil Feststoffkonzentration (ca. 1.210 kgTR/h) - mit einer Zentrifuge entwässert werden.

Vergleichbare Maschinengrößen werden auch von den Zentrifugenherstellern Westfalia, Alfa Laval und Andritz angeboten.

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Stadt Bergisch Gladbach, Systemauswahl Faulschlammentwässerung

Zusammenstellung der gemäß Bemessung empfohlenen Zentrifugenbaugrößen

Lastfall 1: 85%-Schlammmenge, 24 h/d, FS-Vorbehandlung mit/ ohne statische Eindickung

Tabelle 27: Bemessung Maschinengröße gemäß Bemessungsvorgaben Gew. Durchsatz-Mengen/ -Frachten Zentrifuge m³/h ≅ kgTM/h

im Normalbetrieb für max. Austrag Q : 16 - 20 ≅ 500 - 570 Betrieb maximaler Betriebsdurchsatz Q : ca. 20 - 30 ≅ 750 max (verfahrenstechnisch vorgesehen) nomineller, maximaler Durchsatz Q : ca. 20 - 30 m³/h ≅ 750 nominell (verfahrenstechnisch nicht vorgesehen)

Vorgaben:

1. Trommel-Durchmesser innen (d ) ≥ 470 mm Ti
2. Schleuderziffer Betrieb (z) ≥ 3.000 x g
3. Äquivalentes Klärvolumen/ g-volume (ÄQV) ≥ 600 m³

Lastfall 2: 85%-Schlammmenge, 24 h/d, FS-Vorbehandlung mit/ ohne statische Eindickung

Tabelle 28: Bemessung Maschinengröße gemäß Bemessungsvorgaben Gew. Durchsatz-Mengen/ -Frachten Zentrifuge m³/h ≅ kgTM/h

im Normalbetrieb für max. Austrag Q : 26 - 33 ≅ 830 - 950 Betrieb maximaler Betriebsdurchsatz Q : ca. 35 - 50 ≅ 1.250 max (verfahrenstechnisch vorgesehen) nomineller, maximaler Durchsatz Q : ca. 35 - 50 m³/h ≅ 1.250 nominell (verfahrenstechnisch nicht vorgesehen)

Vorgaben: 4. Trommel-Durchmesser innen (d ) ≥ 570 mm Ti 5. Schleuderziffer Betrieb (z) ≥ 3.000 x g 6. Äquivalentes Klärvolumen/ g-volume (ÄQV) ≥ 1.000 m³

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Gutachten KW Beningsfeld Seite 61 (cid:73)(cid:78)(cid:71)(cid:69)(cid:78)(cid:73)(cid:69)(cid:85)(cid:82)(cid:66)(cid:220)(cid:82)(cid:79)(cid:32)(cid:68)(cid:82)(cid:46)(cid:45)(cid:73)(cid:78)(cid:71)(cid:46)(cid:32)(cid:82)(cid:65)(cid:76)(cid:70)(cid:32)(cid:68)(cid:69)(cid:78)(cid:75)(cid:69)(cid:82)(cid:84)

Stadt Bergisch Gladbach, Systemauswahl Faulschlammentwässerung

7. Varianten für Faulschlammentwässerung

Auf Basis der in oben dargestellten Eingangsgrößen (Abschnitt 6) mit Auslegung des Maschinensys- tems Entwässerungszentrifuge werden nachfolgende Varianten für die zukünftige Faulschlamment- wässerung auf dem KW Beningsfeld detaillierter betrachtet.

• Variante 1: Erneuerung Membranfilterpressen (MFP)

• Variante 2: Systemumstellung auf Entwässerungszentrifugen (ZEN) Variante 2.1: Betrieb 1 ZEN mit 24 h/d zzgl. 1x Standby o Trommelinnendurchmesser ca. 470 mm [Lastfall A) 1: FS-Vorbehandlung: statische Eindickung mit pFM ] Variante 2.2: Betrieb 1 ZEN mit 12 h/d zzgl. 1x Standby o Trommelinnendurchmesser ca. 570 mm [Lastfall A) 2 FS-Vorbehandlung: statische Eindickung mit pFM] Variante 2.3: Betrieb 1 ZEN mit 24 h/d zzgl. 1x Standby o Trommelinnendurchmesser ca. 470 mm [Lastfall B) 1: FS-Vorbehandlung: ohne statische Eindickung] Variante 2.4: Betrieb 1 ZEN mit 12 h/d zzgl. 1x Standby o Trommelinnendurchmesser ca. 570 mm [Lastfall B) 2 FS-Vorbehandlung: ohne statische Eindickung]

Hierfür wird für jede Variante eine Kostenschätzung erstellt und anschließend eine vergleichende Wirt- schaftlichkeitsberechnung unter Berücksichtigung der Investitions- und Betriebskosten bearbeitet (Ab- schnitt 8). Es ist zu berücksichtigen, dass die Kostenschätzung nicht abschließend ist. Die jeweils ent- haltenen Kosten werden in den einzelnen Variantenbeschreibungen benannt.

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Gutachten KW Beningsfeld Seite 62 (cid:73)(cid:78)(cid:71)(cid:69)(cid:78)(cid:73)(cid:69)(cid:85)(cid:82)(cid:66)(cid:220)(cid:82)(cid:79)(cid:32)(cid:68)(cid:82)(cid:46)(cid:45)(cid:73)(cid:78)(cid:71)(cid:46)(cid:32)(cid:82)(cid:65)(cid:76)(cid:70)(cid:32)(cid:68)(cid:69)(cid:78)(cid:75)(cid:69)(cid:82)(cid:84)

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7.1 Variante 1: Erneuerung Membranfilterpressen (MFP)

Mit dieser Variante wird die Wiederherstellung einer Membranfilterpressenanlage vergleichbar mit dem IST-Zustand berücksichtigt.

Gemäß Angaben der Betriebsleitung und Planungsabteilung wurden die vorhandenen Kammerfilter- pressen Baujahr in den 1970ern in den 1990ern mit Membranfilterplatten aufgerüstet. Die vorhandene Maschinentechnik der gesamten Filterpressenanlage inkl. des Austragssystems bestehend aus Trogkettenförderer und Senkrechtförderer, sowie die Beschickungsperipherie ist abgängig und muss vollständig ersetzt werden. Zudem sollen Erneuerungen bzw. Erweiterungen verfahrenstechnischer Anlagenteile in Hinblick auf eine Optimierung der Entwässerungsleistung berücksichtigt werden. Ein neues Dickstoffsilo wird nicht berücksichtigt.

Nach hier vorliegenden Informationen ist das Entwässerungsgebäude und insbesondere die Außen- wände ebenfalls sanierungsbedürftig. Notwendige Sanierungsleistungen zur Erhaltung und Er- tüchtigung des Gebäudes werden hier nicht berücksichtigt.

Für den Bauablauf ist zu berücksichtigen, dass mit Außerbetriebnahme der bestehenden Membranfil- terpressen bis zur Inbetriebnahme der neuen Anlage die Faulschlammentwässerung über eine provi- sorische Entwässerungsanlage sicherzustellen ist. Hierfür ist ein Zeitraum von ca. 25 Wochen einkal- kuliert. Weitere Ausfall- und Überbrückungszeiten zur Instandsetzung des Gebäudes sind nicht berück- sichtigt. Ggf. können die Sanierungsarbeiten vor oder nach der Anlagenerneuerung im laufenden Be- trieb durchgeführt werden.

Für die Kostenschätzung und die vergleichende Wirtschaftlichkeitsberechnung wird nach aktuellem Bearbeitungsstand zunächst folgender Leistungsumfang betrachtet.

• Bautechnische Anpassungsarbeiten bestehend aus Baustelleneinrichtung mit Vorhaltung, stati- sche Überprüfungen der Halle zum Lastabtrag, anpassende Fundamentarbeiten, Durchbrüche und Kernlochbohrungen, sowie Abbruch- und Rückbauarbeiten • 2 neue Membranfilterpressen inkl. Erstausstattung Filtertücher, Ableitblechen, Wascheinheit mit Hochdruckpumpe und Membranstation Hierzu wurde mit den Eingangsbedingungen KW Beningsfeld ein Richtpreisangebot bei Fa. Andritz eingeholt (Stand 10/2019). Die Kostenschätzung Fa. Andritz (Budget-Angebot) liegt als Anlage 2 bei. Da diesen Kosten keine Detailplanung zugrunde liegt und keine Montagekosten enthalten sind, werden die Kosten um rd. 30% erhöht. Angaben zur Filterpresse: Pressenlänge 4 m, Plattengröße 1.200x1.200 mm, 63 Platten, 62 Kammern, Kammertiefe 30 mm, Pressvolumen 1.860 l, Filterfläche 142 m², Plattenmaterial PPH, Membranmaterial PPC/ PPH, Pressdruck 7 bar, Membrandruck 15 bar,

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Gutachten KW Beningsfeld Seite 63 (cid:73)(cid:78)(cid:71)(cid:69)(cid:78)(cid:73)(cid:69)(cid:85)(cid:82)(cid:66)(cid:220)(cid:82)(cid:79)(cid:32)(cid:68)(cid:82)(cid:46)(cid:45)(cid:73)(cid:78)(cid:71)(cid:46)(cid:32)(cid:82)(cid:65)(cid:76)(cid:70)(cid:32)(cid:68)(cid:69)(cid:78)(cid:75)(cid:69)(cid:82)(cid:84)

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• Erneuerung der Beschickungspumpen, Grobstoffzerkleinerer werden in der Kostenschätzung nicht berücksichtigt, da nach Betriebsan- gaben der Bestand weiter genutzt werden soll. • Erneuerung des Dickstoff-Abfördersystems analog IST-Zustand bestehend aus Trogkettenförderer, Querförderer als Bandförderer und Steilförderer als Lamellenförderer • Erneuerung der pFM-Aufbereitung zur Optimierung der Entwässerung nach Vorgaben der AwSV bestehend aus Polymerpumpen, Aufbereitungsanlage nach dem Prinzip einer Pendelan- lage mit Ansetzwasservorlage, Auffangwanne; Es wird davon ausgegangen, das der Vorratsbehälter für die polymere Handelsware ggf. an ei- nem anderem Standort weiter genutzt werden kann. Die erforderliche Anlagengröße wurde Variantenabhängig überschlägig bemessen. • Erneuerung der Messtechnik zur Optimierung der Entwässerung bestehend aus online-Feststoffmessungen nach dem Mikrowellenprinzip, Mengenmessung po- lymere Handelsware als Coriolis-Messung und verschiedene magnetisch-induktive Durchfluss- mengenmessungen und Füllstandsmessungen, • Da ein hohes Potential für Calciumcarbonat-Ablagerungen nachgewiesen wurde, wird die ent- sprechende Dosiertechnik für einen Belagsverhinderer berücksichtigt. In den laufenden Be- triebskosten wird die übliche Dosiermenge berücksichtigt. Durch die Zugabe von Belagsverhin- derern wird die Ablagerung von Fällungsprodukten in Rohrleitungen und Pumpen zuverlässig vermieden. Zudem können auch Ausfällungen in den Filtertüchern verhindert/ vermindert wer- den, was voraussichtlich die Waschzyklen und ggf. auch die Filtertuchstandzeit verlängert. • Erneuerung der verbindenden Rohrleitungen ab der Schnittstelle Entwässerungshalle mit ent- sprechenden Armaturen; Abschätzung auf Basis vergleichbarer Projekte • Erneuerung der Schaltanlage inkl. Kabeltrassen und Verkabelung, Anbindung an das Prozess- leitsystem und Abbruch der Altanlage, Abschätzung auf Basis vergleichbarer Projekte • pauschale Annahme für Ingenieurplanungskosten Objektplanung und Technische Ausrüstung

Für die Betriebskosten wird weiterhin von einem jährlichen Wechsel der Filtertücher ausgegangen und einer reinen pFM-Konditionierung ohne Zugabe weiterer Additive wie FeClSO . 4

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Gutachten KW Beningsfeld Seite 64 (cid:73)(cid:78)(cid:71)(cid:69)(cid:78)(cid:73)(cid:69)(cid:85)(cid:82)(cid:66)(cid:220)(cid:82)(cid:79)(cid:32)(cid:68)(cid:82)(cid:46)(cid:45)(cid:73)(cid:78)(cid:71)(cid:46)(cid:32)(cid:82)(cid:65)(cid:76)(cid:70)(cid:32)(cid:68)(cid:69)(cid:78)(cid:75)(cid:69)(cid:82)(cid:84)

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7.2 Variante 2: Systemumstellung auf Entwässerungszentrifugen (ZEN)

In dieser Variante wird die Umstellung von den vorhandenen 2 Membranfilterpressen auf das alternative Maschinensystem Entwässerungszentrifuge betrachtet.

Zur Entwässerung der anfallenden Schlammmenge ist unabhängig von der betrachteten Variante ge- mäß Bemessung jeweils nur eine Zentrifuge erforderlich. In Abstimmung mit der Planungsabteilung und Betriebsleitung wurde jedoch festgelegt, dass die Ent- wässerung zur Gewährleistung der Betriebssicherheit in jedem Fall zweistraßig mit einer Redundanz- Maschine auszuführen ist. Zudem sollen Erneuerungen bzw. Erweiterungen verfahrenstechnischer An- lagenteile in Hinblick auf eine Optimierung der Entwässerungsleistung berücksichtigt werden.

Hierzu wurden folgende Varianten in Bezug auf die Betriebsweise der Faulschlammentwässerung un- ter Berücksichtigung der Betriebszeit und dem resultierenden Schichtbetrieb, sowie der Faulschlamm- Vorbehandlung betrachtet:

Variante 2.1: Betrieb 1 ZEN mit 24 h/d zzgl. 1x Standby o Trommelinnendurchmesser ca. 470 mm [Lastfall A) 1: FS-Vorbehandlung: statische Eindickung mit pFM ] Variante 2.2: Betrieb 1 ZEN mit 12 h/d zzgl. 1x Standby o Trommelinnendurchmesser ca. 570 mm [Lastfall A) 2: FS-Vorbehandlung: statische Eindickung mit pFM] Variante 2.3: Betrieb 1 ZEN mit 24 h/d zzgl. 1x Standby o Trommelinnendurchmesser ca. 470 mm [Lastfall B) 1: FS-Vorbehandlung: ohne statische Eindickung] Variante 2.4: Betrieb 1 ZEN mit 12 h/d zzgl. 1x Standby o Trommelinnendurchmesser ca. 570 mm [Lastfall B) 2: FS-Vorbehandlung: ohne statische Eindickung]

Nach hier vorliegenden Informationen ist das Entwässerungsgebäude und insbesondere die Außen- wände ebenfalls sanierungsbedürftig. Notwendige Sanierungsleistungen zur Erhaltung und Er- tüchtigung des Gebäudes werden hier nicht berücksichtigt.

In der Aufstellungsskizze sind die beiden bemessungstechnisch erforderlichen Zentrifugenbaugrößen exemplarisch dargestellt.

Vorgesehen ist die Aufstellung der Zentrifugen über der verbleibenden Öffnung der Membranfilterpres- sen. Der Dickstoff-Austrag soll in Dickstoffpumpen abgeworfen werden und mit diesen Pumpen zum bestehenden Lagerort transportiert werden. Ein neues Dickstoffsilo ist in der Kostenschätzung nicht berücksichtigt.

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Gutachten KW Beningsfeld Seite 65 (cid:73)(cid:78)(cid:71)(cid:69)(cid:78)(cid:73)(cid:69)(cid:85)(cid:82)(cid:66)(cid:220)(cid:82)(cid:79)(cid:32)(cid:68)(cid:82)(cid:46)(cid:45)(cid:73)(cid:78)(cid:71)(cid:46)(cid:32)(cid:82)(cid:65)(cid:76)(cid:70)(cid:32)(cid:68)(cid:69)(cid:78)(cid:75)(cid:69)(cid:82)(cid:84)

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Abb. 21 beispielhafte Darstellung der Zentrifugenbaugrößen Variante 2

Die genaue Anordnung über den Öffnungen der Membranfilterpressen bzw. die Aufstellungshöhe auf einem Podest mit DS-Abwurf in DS-Pumpen mit Aufstellung im Obergeschoss oder direkt über der Öff- nung mit DS-Abwurf in DS-Pumpen mit Aufstellung im Kellergeschoss muss in einer Detailplanung un- tersucht werden. Ggf. erforderliche Kosten für ein Podest sind in der Kostenschätzung berücksichtigt.

Für den Bauablauf ist zu berücksichtigen, dass mit Außerbetriebnahme der bestehenden Membranfil- terpressen bis zur Inbetriebnahme der neuen Anlage die Faulschlammentwässerung über eine provi- sorische Entwässerungsanlage sicherzustellen ist. Hierfür ist ein Zeitraum von ca. 25 Wochen einkal- kuliert. Weitere Ausfall- und Überbrückungszeiten zur Instandsetzung des Gebäudes sind nicht berück- sichtigt. Ggf. können die Sanierungsarbeiten vor oder nach der Anlagenerneuerung im laufenden Be- trieb durchgeführt werden.

Für die Kostenschätzung und die vergleichende Wirtschaftlichkeitsberechnung wird nach aktuellem Bearbeitungsstand zunächst folgender Leistungsumfang betrachtet.

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Gutachten KW Beningsfeld Seite 66 (cid:73)(cid:78)(cid:71)(cid:69)(cid:78)(cid:73)(cid:69)(cid:85)(cid:82)(cid:66)(cid:220)(cid:82)(cid:79)(cid:32)(cid:68)(cid:82)(cid:46)(cid:45)(cid:73)(cid:78)(cid:71)(cid:46)(cid:32)(cid:82)(cid:65)(cid:76)(cid:70)(cid:32)(cid:68)(cid:69)(cid:78)(cid:75)(cid:69)(cid:82)(cid:84)

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• Bautechnische Anpassungsarbeiten bestehend aus Baustelleneinrichtung mit Vorhaltung, stati- sche Überprüfungen der Halle zum Lastabtrag, anpassende Fundamentarbeiten, Durchbrüche und Kernlochbohrungen, sowie Abbruch- und Rückbauarbeiten • 2 neue Entwässerungszentrifugen mit der jeweiligen Baugröße entsprechend der Bemessung für die jeweilige Variante 2.1 – 2.4 inkl. Zentrat- und Austragsschurre, DS-Absperrschieber, Schallschutzhaube und Abluftan- schlüssen, • Erneuerung der Beschickungspumpen, Grobstoffzerkleinerer werden in der Kostenschätzung nicht berücksichtigt, da nach Betriebsan- gaben der Bestand weiter genutzt werden soll. • Erneuerung des Dickstoff-Abfördersystems bestehend aus Exzenterschnecken-Dickstoffpumpen mit einem Mindestrohrleitungsdurchmes- ser DN 300 mit großen Rohrbögen • Erneuerung der pFM-Aufbereitung zur Optimierung der Entwässerung nach Vorgaben der AwSV bestehend aus Polymerpumpen, Aufbereitungsanlage nach dem Prinzip einer Pendelan- lage mit Ansetzwasservorlage, Auffangwanne; Es wird davon ausgegangen, das der Vorratsbehälter für die polymere Handelsware ggf. an ei- nem anderem Standort weiter genutzt werden kann. Die erforderliche Anlagengröße wurde Variantenabhängig überschlägig bemessen. Eine Aufstellungsskizze im KG ist nachfolgend abgebildet. • Erneuerung der Messtechnik zur Optimierung der Entwässerung bestehend aus online-Feststoffmessungen nach dem Mikrowellenprinzip, Mengenmessung po- lymere Handelsware als Coriolis-Messung und verschiedene magnetisch-induktive Durchfluss- mengenmessungen und Füllstandsmessungen, • Da ein hohes Potential für Calciumcarbonat-Ablagerungen nachgewiesen wurde, wird die ent- sprechende Dosiertechnik für einen Belagsverhinderer berücksichtigt. In den laufenden Be- triebskosten wird die übliche Dosiermenge berücksichtigt. Durch die Zugabe von Belagsverhin- derern wird die Ablagerung von Fällungsprodukten in Rohrleitungen und Pumpen zuverlässig vermieden. Zusätzlich wird Dosiertechnik für Entschäumer vorgesehen, da es auch bei Einsatz von pFM- Flüssigprodukten insbesondere bei einer Zentrifugenentwässerung produktabhängig zu einer intensiven Schaumbildung im Zentrat kommen kann mit Auswirkungen auf den Zentrifugenbe- trieb. • Erneuerung der verbindenden Rohrleitungen ab der Schnittstelle Entwässerungshalle mit ent- sprechenden Armaturen; Abschätzung auf Basis vergleichbarer Projekte • Erneuerung der Schaltanlage inkl. Kabeltrassen und Verkabelung, Anbindung an das Prozess- leitsystem und Abbruch der Altanlage, Abschätzung auf Basis vergleichbarer Projekte • pauschale Annahme für Ingenieurplanungskosten Objektplanung und Technische Ausrüstung

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8. Kostenschätzung und Wirtschaftlichkeitsberechnung

8.1 Kostenschätzung

Für jede Variante wurde eine Kostenschätzung erstellt. Es ist zu berücksichtigen, dass im Rahmen des Gutachtens nur die abgestimmten Anlagenteile berücksichtigt werden. Es handelt sich nicht um ab- schließende Projektkosten. Eine detaillierte Kostenberechnung kann nur im Rahmen einer detaillierten Ingenieurplanung erfolgen. Die jeweils enthaltenen Kosten sind in den einzelnen Variantenbeschreibungen erläutert, siehe Ab- schnitt 7.

Für die Variante 1 „Erneuerung Membranfilterpressen“ wurde mit den Eingangsbedingungen KW Be- ningsfeld ein Richtpreisangebot bei Fa. Andritz eingeholt (Stand 10/2019). Die Kostenschätzung Fa. Andritz (Budget-Angebot) liegt als Anlage bei. Da diesen Kosten keine Detailplanung zugrunde liegt und keine Montagekosten enthalten sind, werden die Kosten um rd. 30% erhöht.

Nachfolgend sind die Ergebnisse der Kostenschätzungen für die Varianten zusammengestellt. Die detaillierten Kostenschätzungen sind in Anlage 1 enthalten.

Nach der Kostenschätzung weist Variante 2.1 „Systemumstellung auf Entwässerungszentrifu- gen (Betrieb 24 h/d)“ knapp die geringsten Investitionskosten von rd. 1.809.000,- € netto / 2.153.000,- € brutto auf.

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Gutachten KW Beningsfeld Seite 69 (cid:73)(cid:78)(cid:71)(cid:69)(cid:78)(cid:73)(cid:69)(cid:85)(cid:82)(cid:66)(cid:220)(cid:82)(cid:79)(cid:32)(cid:68)(cid:82)(cid:46)(cid:45)(cid:73)(cid:78)(cid:71)(cid:46)(cid:32)(cid:82)(cid:65)(cid:76)(cid:70)(cid:32)(cid:68)(cid:69)(cid:78)(cid:75)(cid:69)(cid:82)(cid:84)

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Tabelle 29: Zusammenstellung Kostenschätzungen für verschiedene Varianten

Legende: MFP= Membranfilterpresse, ZEN = Zentrifuge

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Gutachten KW Beningsfeld Seite 70 (cid:73)(cid:78)(cid:71)(cid:69)(cid:78)(cid:73)(cid:69)(cid:85)(cid:82)(cid:66)(cid:220)(cid:82)(cid:79)(cid:32)(cid:68)(cid:82)(cid:46)(cid:45)(cid:73)(cid:78)(cid:71)(cid:46)(cid:32)(cid:82)(cid:65)(cid:76)(cid:70)(cid:32)(cid:68)(cid:69)(cid:78)(cid:75)(cid:69)(cid:82)(cid:84)

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8.2 Wirtschaftlichkeitsberechnung

Im Rahmen einer Wirtschaftlichkeitsberechnung mit der in der Abwassertechnik bewährten Annuitäten- methode werden die Varianten gegenübergestellt und vergleichend bewertet.

Es wird davon ausgegangen, dass die neuen Membranfilterpressen, sowie die begleitende Bautechnik und die Elektrotechnische Ausrüstung länger genutzt werden können, als eine Zentrifugeanlage. Daher wird für diese Anlagenteile der Abschreibungszeitraum in Abstimmung mit der Planungsabteilung Stadt Bergisch Gladbach und Betriebsleitung KW Beningsfeld auf 30 Jahre festgesetzt. Die weitere Verfah- renstechnik wird wie die Zentrifugenanlage über 15 Jahre abgeschrieben.

Eine dynamische Berechnung mittels KVR-Methode wird zunächst nicht durchgeführt. Diese berück- sichtigt den unterschiedlichen Wert der zu verschiedenen Zeitpunkten anfallenden Kosten, so dass Re- investitionen und eine zeitliche Entwicklung von Eingangsgrößen erfasst werden können.

In Abstimmung mit der Planungsabteilung Stadt Bergisch Gladbach und Betriebsleitung KW Benings- feld werden die nachfolgend zusammengestellten Kostenansätze für die Betriebskostenberechnung verwendet. Die Angaben zu den Beschaffungskosten polymere Handelsware sind nicht plausibel und wurden vom IB Dr. Denkert entsprechend hier vorliegender Vergleichsdaten angepasst.

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Gutachten KW Beningsfeld Seite 71 (cid:73)(cid:78)(cid:71)(cid:69)(cid:78)(cid:73)(cid:69)(cid:85)(cid:82)(cid:66)(cid:220)(cid:82)(cid:79)(cid:32)(cid:68)(cid:82)(cid:46)(cid:45)(cid:73)(cid:78)(cid:71)(cid:46)(cid:32)(cid:82)(cid:65)(cid:76)(cid:70)(cid:32)(cid:68)(cid:69)(cid:78)(cid:75)(cid:69)(cid:82)(cid:84)

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Tabelle 30: Eingangsgrößen Kostenfaktoren und kaufmännische Randbedingungen

Die Wirtschaftlichkeitsberechnungen sind komplett in Anlage 2 durchgeführt. Auf der Basis der in der Abwassertechnik gebräuchlichen Annuitätenmethode errechnen sich die Kapitalkosten und anschlie- ßend die Gesamt-Jahreskosten der verschiedenen Varianten zur Faulschlammentwässerung. i•

(

1+i )n Faktor k = ( ) (1+i)n −1

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Stadt Bergisch Gladbach, Systemauswahl Faulschlammentwässerung

Nachfolgend sind die weiteren Eingangsdaten in die Wirtschaftlichkeitsberechnung sowie die Ergebnisse für die verschiedenen Varianten zusammengestellt:

Tabelle 31: Eingangsdaten Wirtschaftlichkeitsberechnung Entwässerungsmaschinensysteme

26.000,-)

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Tabelle 32: Zusammenstellung der Ergebnisse nach der Annuitätenmethode

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Zur Verdeutlichung sind die verschiedenen Jahreskosten-Arten nachfolgend graphisch dargestellt. Die detaillierten Berechnungen sind in Anlage 2 enthalten.

Abb. 23: Ergebnisse Wirtschaftlichkeitsberechnung (Annuitätenmethode)

Die Ergebnisse der Wirtschaftlichkeitsberechnung basieren auf den in den Abschnitten 6 bis 7 benann- ten Eingangsgrößen und der getroffenen Annahmen sowie den hier vorliegenden aktuellen Richtpreis- angeboten verschiedener Maschinenhersteller, sowie aktueller Ausschreibungsergebnisse vergleich- barer Projekte.

Aus der vergleichenden Wirtschaftlichkeitsberechnung ergibt sich folgendes Ergebnis unter Berück- sichtigung von Investitionskosten gemäß Kostenschätzung:

Die Variante 1 „Erneuerung der zwei Membranfilterpressen mit Peripherie“ ist nach den Jahres- kosten knapp am wirtschaftlichsten. Zur Zentrifugenvariante 2.1 „2 Zentrifugen mit Trommelinnendurchmesser 470 mm, Betrieb 24 h/d“ errechnet sich eine Jahreskostendifferenz von rd. 16.000,- € brutto/a.

Unter Berücksichtigung der Planungstiefe auf dem Niveau Studie/ Vorplanung sind die beiden Varian- ten bei der geringen Jahresbetriebskostendifferenz als nahezu gleichwertig zu bewerten.

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Bei einer Systementscheidung sollten zusätzlich nachfolgende Punkte berücksichtigt werden:

• Amortisierungszeitraum Der Differenzbetrag der Investitionskosten inkl. Planungskosten bei den Varianten auf Rang 1 (Variante 1 „MFP“) und Rang 2 (Variante 2.1 „ Zentrifugen 470 mm, 24 h/d) der Wirtschaftlich- keitsbetrachtung liegt bei rd. 656.000,- € netto/ 781.000,- € brutto. Bei der berechneten Betriebskostendifferenz von rd. 16.000,- € brutto/a wird damit die Investiti- onskostendifferenz erst nach rd. 49 Betriebsjahren erwirtschaftet. Auch bei Ansatz eines länge- ren Abschreibungszeitraumes von 30 Jahren für die robustere Maschinentechnik der Membran- filterpressen im Vergleich zu der Zentrifugenanlage von 15 Jahren ist damit keine Amortisie- rung innerhalb des Abschreibungszeitraumes möglich. • Einfluss der Austragsfeststoffkonzentration auf die Jahresbetriebskosten und die Kostendifferenz In Abb. 24 ist die Sensitivitätsanalyse zur Austragsfeststoffkonzentration grafisch dargestellt. Es wurde eine Bandbreite der Austragsfeststoffkonzentrationen von 24 %TR – 35 %TR für die Va- rianten 1 und 2.1 untersucht. Das System Zentrifuge [Variante 2.1, LF A)1 2 Zentrifugen, 470 mm, 24h/d, FS statisch einge- dickt] wurde als Vergleichssystem mit linearen Bezugshorizonten verwendet. Hierfür wurde die Austragsfeststoffkonzentration im Bereich 28 – 30 %TR variiert, um entsprechende Schnitt- punkte mit der Variante 1 zu erzeugen. Die für die Membranfilterpressen prognostizierte Austragsfeststoffkonzentration von rd. 31 %TR ist mit einem großen schwarzen Kreis-Symbol deutlich markiert. Der sehr geringe Differenzbetrag Variante 2.1 (Zentrifugen) zu Variante 1 (MFP) beträgt brutto ca. 16.000,- €, so dass mit der Sensitivitätsanalyse (Abb. 24, gelber Pfeil) gezeigt wird, dass bereits bei dauerhafter Verminderung der mittleren Austragsfeststoffkonzentration der Memb- ranfilterpressen um 1 %TR, die Zentrifugenvariante um einen vergleichbaren Differenzbetrag wirtschaftlicher ist. • Betriebssicherheit Die Zentrifugenanlagen sind so ausgelegt (siehe Abschnitt 6.2), dass der gesamte tägliche Schlammanfall (auch unter Berücksichtigung der nur theoretisch maximal möglichen Kombina- tion aus 85%-Perzentil Schlammmenge und 85%-Perzentil Feststoffkonzentration) mit einer Zentrifuge entwässert werden kann. Damit ist eine vollständige Redundanz gegeben. Bei der Membranfilterpressenanlage ist dauerhaft der Parallelbetrieb der zwei Filterpressen er- forderlich, so dass bei Ausfalll einer Maschine bereits eine Schlammstapelung erfolgen muss. • Erläuterungen zur Betriebskostendifferenz Alle Zentrifugen-Varianten errechnen sich über die jährlichen Betriebskosten geringfügig bis deutlich teurer als die Erneuerung der Membranfilterpressen. Die Ursache liegt überwiegend in den deutlich höheren Kosten für den Mehrverbrauch an polymeren Flockungsmitteln und den höheren Entsorgungskosten aufgrund der etwas geringeren zu erwartenden Dickstoff-Feststoff- konzentration.

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• Alternative Möglichkeit zur Vermeidung von Ablagerungen aus Fällungsprodukten Um den dauerhaften Einsatz von Belagsverhinderern und den daraus resultierenden Betriebs- kosten zu vermeiden, hat sich auf anderen Kläranlagen die Installation einer Magnettechnik im Bereich der Beschickungsrohrleitung (Fluidliner, Fa. IFT) bewährt. Hierfür sind bei Entwässe- rungsaggregaten Investitionskosten von ca. 80.000,- € netto einzukalkulieren. Hierdurch wird die Rangfolge nicht beeinflusst.

Abb. 24: Sensitivitätsanalyse Austragsfeststoffkonzentration in der Wirtschaftlichkeitsberechnung

Für eine abschließende Systementscheidung für die zukünftige Faulschlammentwässerung KW Be- ningsfeld durch die Planungsabteilung Stadt Bergisch Gladbach und die Betriebsleitung KW Benings- feld sollten die zuvor benannten Punkte und weitere nicht-monetäre Faktoren berücksichtigt werden.

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10. Praxisbewährte Vorgehensweise zur Ersatzbeschaffung von

Entwässerungsmaschinen

Für die Planung von Eindick- und Entwässerungsmaschinen hat sich die nachfolgende Vorgehens- weise nach den nunmehr 30-jährigen Erfahrungen bewährt. In der Planungsphase findet eine sehr enge Abstimmung mit dem Betrieb der Kläranlage zur optimierten Maschinen- und Verfahrenstechnik unter Berücksichtigung der örtlichen Gegebenheiten statt. Zur Ausschreibung der gesamten Bau-, Ma- schinen- und EMSR-Technik wird ein sehr detailliertes Leistungsverzeichnis erstellt, um Diskussionen und Streitigkeiten mit dem AN und Nachträge zu vermeiden.

Es werden die leistungsrelevanten Kennwerte der aktuellen Klärschlammeigenschaften nach der von uns entwickelten Untersuchungsmethodik vor Ort erfasst. Die Schlammkennwerte werden mit der Ab- schätzung einer Bandbreite der möglichen Veränderungen der Schlammeigenschaften der Ausschrei- bung beigefügt und sind die Grundlage für die Abgabe der Garantiewerte der anbietenden Maschinen- lieferanten. Die Vertragsbedingungen und entsprechende Vertragsstrafen werden in der Ausschrei- bung entsprechend mit Bezug auf die Schlammeigenschaften formuliert. Die Schlammkennwerte sind die Grundlage für die Abgabe der Garantiewerte der anbietenden Maschinenlieferanten. Die Garantie- werte müssen vor Auftragserteilung in einem großtechnischen Betriebsversuch von jedem Bieter verifi- ziert werden. Im Leistungsverzeichnis werden weitergehende besondere maschinenspezifische Kenn- größen zur Beurteilung der Maschinengröße und Leistungsfähigkeit abgefragt und die optimale Verfah- renstechnik und Maschinentechnik im Hinblick auf einen wirtschaftlichen Betrieb der Gesamtanlage im besonderen Maß berücksichtigt und nach eigenen scale-up Berechnungen unter Berücksichtigung der Schlammeigenschaften verifiziert.

In den Vorbemerkungen zum Leistungsverzeichnis werden gemäß VOB § 9 die Vorgehensweise z.B. mit Durchführung von großtechnischen Garantieversuchen und zur Abnahme, sämtliche Bewertungs- kriterien und die spezifischen Kosten-Faktoren oder Erstellung einer Bewertungsmatrix und der Wirt- schaftlichkeitsberechnung ausführlich erläutert.

In der Wirtschaftlichkeitsberechnung werden die spezifischen Jahreskosten unter Berücksichtigung der örtlichen Schlammfrachten und der geplanten Betriebszeit, der Investitionskosten und der Betriebskos- ten aus den Garantiewerten Austrags-Feststoffkonzentration, spez. Flockungsmittel-Verbrauch, Ener- giebedarf und Durchsatzmenge berechnet und bewertet.

In einer übergeordneten Bewertungsmatrix können die nicht monetär zu beurteilenden Punkte wie z.B. Liefertermin, Materialwahl, Verfügbarkeit, Funktionssicherheit und Betriebssicherheit und die monetä- ren Punkte aus der Kosten- und Wirtschaftlichkeitsberechnung in Form eines Leistungsfähigkeits-/Kos- ten-Index erarbeitet werden. Hierbei wird eine prozentuale Verteilung der Wertigkeit der für die Beurtei- lung der Betriebssicherheit und Leistungsfähigkeit entscheidenden Parameter durchgeführt. Die zu be- wertenden Kriterien und die jeweiligen Gewichtungsfaktoren werden der Ausschreibung mit beigefügt.

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Bei der Planung von neuen Zentrifugen, Bandfilterpressen oder Schneckenpressen können bei Bedarf nach Submission großtechnische Betriebsversuche mit einer vergleichbaren Maschinengröße auf dem Klärwerk durchgeführt werden. Diese Garantieversuche werden von uns vorbereitet, betreut, ein eintä- giger Leistungsnachweis mit Erfassung der Schlammkennwerte durchgeführt und die Ergebnisse do- kumentiert. Wenn die vom Bieter benannten Garantiewerte im Betriebsversuch nicht erreicht werden, wird der Versuch gemäß der Position aus dem Leistungsverzeichnis nicht bezahlt. Danach erfolgt die endgültige Wirtschaftlichkeitsberechnung mit Vergabevorschlag für den wirtschaftlichsten Bieter nach VOB. Die Garantiewerte des Angebots werden auf Basis der Garantieversuche festgeschrieben.

Nach Inbetriebnahme und Optimierung der Betriebsmaschinen wird dann die Leistungsfähigkeit der Gesamtanlage Entwässerungsmaschine und Flockungsmittelanlage unter Berücksichtigung der aktuel- len Schlammeigenschaften von uns nachgewiesen als Basis für die Abnahme. Mit dieser Vorgehens- weise werden Streitigkeiten zu Garantieleistungen als Folge von veränderten Schlammeigenschaften vermieden.

Nach dieser Methode zur Systemauswahl unter Einbeziehung der Schlammkennwerte, Ausschrei- bungs-Methode, Angebots-Wertung (Bewertungsmatrix und Wirtschaftlichkeitsberechnung) oder zum Leistungsnachweis haben wir aktuell z.B. folgende Projekte bearbeitet: Klärwerk Seesen (ca. 40.000 EW), Faulschlamm Entwässerung - Zentrifuge, Klärwerk Herzogenrath (ca. 40.000 EW), Faulschlammentwässerung - Membranfilterpresse, Klärwerk Würselen (ca. 30.000 EW), Rohschlamm-Entwässerung - Membranfilterpresse, Klärwerk Köln-Langel (ca. 120.000 EW), Überschussschlamm-Eindickung - Siebreaktor, Klärwerk Köln-Langel (ca. 120.000 EW), Faulschlammentwässerung Membranfilterpresse, Klärwerk Mönchengladbach/Niersverband (730.000 EW), Überschussschlamm-Eindickung - Zentrifuge, Klärwerk Mönchengladbach/Niersverband (730.000 EW), Faulschlammentwässerung - Zentrifuge, Klärwerk Marienberg (ca. 18.000 EW), Überschussschlamm-Eindickung - Siebreaktor, Klärwerk Marienberg (ca. 18.000 EW), Faulschlammentwässerung - Zentrifuge, Klärwerk Wyk/F. (ca. 30.000 EW), Faulschlammentwässerung - Bandfilterpresse, Klärwerk Rhüden (ca. 10.000 EW), Überschussschlamm-Eindickung - Schneckenpresse, Klärwerk Langenhagen (ca.100.000 EW), Faulschlammentwässerung – Zentrifuge, Klärwerk Borken (ca. 30.000 EW), Faulschlammentwässerung – Zentrifuge, Klärwerk Rehburg-Loccum (ca. 30.000 EW), Rohschlamm-Entwässerung – Zentrifuge, Klärwerk Herford (ca. 220.000 EW), Faulschlamm/Rohschlamm-Entwässerung – Zentrifuge, Klärwerk Brühl (ca. 85.000 EW), Überschussschlamm-Eindickung – Siebreaktor, Klärwerk Niebüll (ca. 30.000 EW), Faulschlammentwässerung – Zentrifuge, Klärwerk Windeck-Rosbach (ca. 8.000 EW), Faulschlammentwässerung – Hochdruck-Bandfilterpresse, Klärwerk Ahlen (ca. 80.000 EW), Faulschlammentwässerung – Zentrifuge, Klärwerk Wangerooge (ca. 15.000 EW), Rohschlamm-Entwässerung – Zentrifuge, Klärwerk Rietberg (ca. 35.000 EW), Rohschlamm-Entwässerung – Zentrifuge, Klärwerk Münster (ca. 300.000 EW), Überschussschlamm-Eindickung – Betriebsversuche, Klärwerk Troisdorf (ca. 70.000 EW), Faulschlammentwässerung – Zentrifuge, Klärwerk Hilchenbach (ca. 30.000 EW), Rohschlamm-Entwässerung – Zentrifuge, Klärwerk Geldern/Niersverband (ca. 90.000 EW), Faulschlammentwässerung – Zentrifuge, Klärwerk Goch/Niersverband (ca. 90.000 EW), Faulschlammentwässerung – Zentrifuge, Klärwerk Schifflange/Luxemburg (ca. 90.000 EW), Faulschlammentwässerung – Zentrifuge, Klärwerk Burg/Wupperverband (ca. 120.000 EW), FS-Entwässerung – Kammfilterpresse mit FM-Kond. Klärwerk Gütersloh Obere Lutter/ AOL (ca. 380.000 EW), ÜS-Eindickung – Bandeindicker, Klärwerk Mönchengladbach/Niersverband (ca. 730.000 EW), ÜS-Eindickung – Zentrifuge,

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Klärwerk Seesen (ca. 30.000 EW), Faulschlamm Entwässerung – Zentrifuge, Klärwerk Grefrath/Niersverband (ca. 150.000 EW), ÜS-Eindickung – Bandeindicker, Klärwerk Grefrath/Niersverband (ca. 150.000 EW), ÜS-Eindickung – Siebband, Klärwerk Bürrig/Bayer Leverkusen (ca. 1.500.000 EW), RS-Entwässerung – Zentrifuge, Klärwerk Köln-Stammheim (ca. 1.500.000 EW),ÜS -Eindickung–Siebband, Klärwerk Hildesheim (ca. 240.000 EW), Faulschlamm-Entwässerung – Zentrifuge, Klärwerk DU-Rheinhausen/LINEG (ca. 180.000 EW), ÜS-Eindickung – Siebband, Klärwerk Kevelaer/Niersverband (ca. 35.000 EW), ÜS-Eindickung – Siebband, Klärwerk Alte Emscher/Emschergenossenschaft (ca. 500.000 EW), FS-Entw.–Zentrifuge, Auftrag ruht , Klärwerk Darmstadt / HSE (ca. 250.000 EW), ÜS-Eindickung – Bandeindicker Klärwerk Mönchengladbach/Niersverband (ca. 730.000 EW), ÜS-Eindickung – Bandeindicker Klärwerk Monheim / BRW (zentrale Entwässerungsanlage), FS-Entwässerung – Zentrifuge Klärwerk Windeck-Rosbach (ca. 20.000 EW), FS-Entwässerung – Zentrifuge Klärwerk Moers-Gerdt / LINEG (ca. 180.000 EW), ÜS-Eindickung – Bandeindicker. Klärwerk Solingen-Ohligs / BRW (ca. 130.000 EW), FS-Entwässerung – Zentrifugen, in Bearb. Klärwerk Saarbrücken-Burbach / EVS (ca. 200.000 EW), FS-Entwässerung – Zentrifugen, in Bearb. Klärwerk Neuss/ InfraStruktur Neuss (ca. 340.000 EW), ÜS-Eindickung – Zentrifugen, in Bearb. Klärwerk Ratingen / BRW (ca. 80.000 EW), FS-Entwässerung – Zentrifuge, in Bearb. Klärwerk Angertal / BRW (ca. 40.000 EW), FS-Entwässerung – Zentrifuge, in Bearb. Klärwerk Moers-Gerdt / LINEG (ca. 180.000 EW), FS-Entwässerung – Zentrifuge, in Bearb. Klärwerk DU-Reinhausen / LINEG (ca. 180.000 EW), FS-Entwässerung – Zentrifuge, in Bearb. Klärwerk Freudenberg (ca.38.000 EW), RohS-Entwässerung – Zentrifuge, in Bearb. Klärwerk Harsewinkel (ca. 50.000 EW), FS-Entwässerung – Zentrifuge, in Bearb.

Aufgrund dieser Methodik wird gemäß der Anforderungen der VOB die wirtschaftlichste Betriebsma- schine für die schlammspezifische Aufgabenstellung ausgewählt. Gleichzeitig werden die möglichen Veränderungen der Schlammeigenschaften bei der Beurteilung der Leistungsfähigkeit in ausreichen- dem Maß berücksichtigt.

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Stadt Bergisch Gladbach, Systemauswahl Faulschlammentwässerung

11. Zusammenfassung

Die Stadt Bergisch Gladbach beabsichtigt, auf dem KW Benigsfeld die vorhandenen Membranfilter- pressen durch neue Entwässerungsmaschinen zu ersetzen. Die Zielsetzung für dieses Gutachtens be- steht darin, unter Berücksichtigung der aktuellen Entwicklungen der Klärschlammentwässerungsma- schinen eine Entscheidungsfindung für eine betriebssichere und wirtschaftliche Entwässerungsanlage mit Hilfe einer Wirtschaftlichkeitsberechnung herbeizuführen und damit auch Klärschlammbehand- lungskosten auf dem KW Benigsfeld zu minimieren.

Im Rahmen der hier praxisbewährten Ingenieurleistungen wurde zunächst eine Bestandsaufnahme des IST-Zustandes und Schnittstellenklärung der derzeitigen Faulschlammentwässerung durchgeführt. Die leistungsrelevanten Kennwerte der aktuellen Belebtschlamm- und Faulschlammentwässerungsei- genschaften wurden erfasst. Diese besonderen Leistungen mit den praxisbewährten Untersuchungen der Kennwerte sind die Grundlagen für die Bewertung der vorhandenen Membranfilterpressen und der Flockungsmittel-Aufbereitungsanlage, sowie zur Bemessung der neuen Entwässerungsmaschinen mit Kostenschätzung und Wirtschaftlichkeit für den Variantenvergleich.

Die Ergebnisse sind nachfolgend kurz zusammengefasst, Details sind in den jeweiligen Abschnitten des Gutachtens zu finden.

Am 16.07.2019 erfolgte eine Besprechung mit der städtischen Planungsabteilung, der Betriebsleitung, dem Klärmeister und dem Betrieb Entwässerung zur vorhandenen Verfahrenstechnik und Leis- tungsfähigkeit der Gesamtanlage mit Sichtung und Probenahme Entwässerungsmaschinen. Die hierbei erfassten Daten sowie die wichtigsten leistungsrelevanten Einflussfaktoren auf die Schlammei- genschaften und die Faulschlammentwässerung sind tabellarisch zusammengestellt und nach den im IB Dr. Denkert vorliegenden 30 jährigen Erfahrungen qualitativ bewertet, siehe Abschnitt 4.1. Hiernach ergeben sich für das KW Beningsfeld 19 negative Bewertungen und 16 positive Bewertungen. Damit werden zusammenfassend die verfahrenstechnischen Einflüsse auf die Schlammeigenschaften ten- denziell hoch eingeschätzt und damit die Schlammeigenschaften tendenziell negativ bewertet.

Des Weiteren wurden die übergebenen Unterlagen, wie z. B. die Jahresberichte gesichtet und zielge- richtet gemäß der Aufgabenstellung ausgewertet, siehe Abschnitt 4.2. Es wird festgestellt, dass die zu jeder Charge im Betriebstagebuch hinterlegte Feststoffkonzentration eine Festwertvorgabe des Betrie- bes und damit eine Annahme ist. Damit sind die in den Tabellen zusammengestellten Rechenwerte Durchsatzfracht und spez. pFM-Verbrauch gemäß Betriebstagebuch nicht für die Bemessung des Ent- wässerungssystems zu verwenden! Für die überschlägige Neubemessung der gesamten Entwässe- rungsanlage im Rahmen dieses Gutachtens werden daher die Schlammmengen gemäß der aufge- zeichneten Betriebsdaten in Verbindung mit den zusätzlichen Feststoffkonzentrations-Laboranalysen 2018 verwendet.

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Stadt Bergisch Gladbach, Systemauswahl Faulschlammentwässerung

Im Rahmen der Bestandsaufnahme wurden im Juli 2019 die leistungsrelevanten Kennwerte der Faulschlammentwässerungseigenschaften erfasst, als Grundlage für die Bemessung der neuen Entwässerungsmaschine und der neuen Flockungsmittel-Aufbereitungsanlage. Zusätzlich wurde eine Belebtschlammprobe untersucht. Die Ergebnisse sind in Abschnitt 5 detailliert erläutert. Zusammenfassend wird festgestellt, dass in den stichprobenhaft erfassten Belebtschlammkennwerten einige Auffälligkeiten vorliegen, die das Entwässerungsverhalten des Faulschlammes zu diesem Zeit- punkt negativ beeinflussen. Dazu gehören ein ungünstiges Kalk-Kohlensäure-Verhältnis im kalk-ag- gressiven Bereich mit Auswirkungen auf ungünstige Milieubedingungen für die Mikroorganismen, eine signifikant hoher Anteil an extrazellulären, polymeren Substanzen (EPS) und eine erhöhte Chloridkon- zentration. Bei den untersuchten Faulschlammproben sind zusammensetzungsbedingt erwartungsgemäße Un- gleichförmigkeiten vorhanden. Verschiedene Auffälligkeiten sind vorhanden. Das Faulschlamm-Gemisch aus Primärschlamm-Faulschlamm und Überschussschlamm-Faul- schlamm, sowie der mit Polymerkonditionierung im Nacheindicker weiter eingedickte Faulschlamm Zu- lauf Entwässerung weisen insgesamt unauffällige, schlammtypische bzw. sogar sehr gute Entwässe- rungseigenschaften auf.

Auf Basis der Schlammkennwerte wird nachfolgende Leistungsfähigkeit der Entwässerungsmaschi- nensysteme Membranfilterpresse und Zentrifuge prognostiziert, jeweils bei optimalen Maschinenein- stellungen auch in Hinblick auf die Durchsatzleistung und bei optimalem maschinentechnischen Um- feld:

Tabelle 21: Prognose Faulschlamm-Entwässerung (Wiederholung)

Zur Bemessung der Entwässerungsanlage wurden die übermittelten Daten zum Schlammanfall und der Feststoffkonzentration zielgerichtet ausgewertet und in der gemeinsamen Besprechung mit der Planungsabteilung der Stadtverwaltung und der Betriebsleitung im Dezember 2019 vorgestellt, abge- stimmt und festgelegt. In diesem Rahmen wurden die verschiedenen Ausrüstungsvarianten in Abhän- gigkeit verschiedener Betriebszeiten und unter Berücksichtigung der Betriebssicherheit in Verbindung mit dem möglichen Schlammanfall vereinbart. Letzte Angaben zu wirtschaftlichen Eingangsgrößen wurden dem IB Dr. Denkert Anfang Juli 2020 übermittelt. Demnach sind aktuell 113.085 Einwohner an das Klärwerk angeschlossen. Bis zum Jahr 2035 ist ein Zuwachs auf 120.000 Einwohner (+ 6,11%) auch im Schlammanfall zu berücksichtigen.

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Stadt Bergisch Gladbach, Systemauswahl Faulschlammentwässerung

Für die Variante Erneuerung der Membranfilterpressen wurden die Voraussetzungen des IST- Zustandes berücksichtigt (Betrieb 5 Tage/ Woche, 24 h/ d im 3-Schicht-Betrieb, IST-Zustand FS- Vorbehandlung mit statischer Eindickung mit Polymerkonditionierung).

Für die Maschinensystemvariante Entwässerungszentrifugen wurden insgesamt 2 Lastfälle (Zentrifu- genbetrieb 24 h/d und 12 h/d) mit jeweils 2 Varianten zu Faulschlammvorbehandlung (IST-Zustand FS- Vorbehandlung mit statischer Eindickung mit Polymerkonditionierung und alternativ Schlammstapelung ohne weitere Eindickung). Die einzelnen Lastfall-Varianten sind in Abschnitt 6 beschrieben und die Be- messungsbedingungen zusammengestellt und erläutert. Die resultierenden Maschinengrößen am Beispiel der Zentrifugenhersteller Fa. Hiller und Fa. Flottweg sind in Abschnitt 6.2 detailliert aufgeführt und in Abschnitt 7 sind die einzelnen Varianten mit Aufstel- lungsbeispielen ausführlicher beschrieben. Zusammenfassend wird festgestellt: • Bei Einsatz von Zentrifugen für einen Betrieb mit einer Zentrifuge 24 h/d (Lastfalll 1) ist unab- hängig von der FS-Vorbehandlung eine Zentrifugenbaugröße mit einem Trommelinnendurch- messer von 470 – 480 mm erforderlich. Es sind soviel Reserven vorhanden, dass auch die Entwässerung der im theoretisch maximal möglichen Lastfall (85%-Perzentil Schlammmenge und 85%-Perzentil Feststoffkonzentration) anfallenden Feststofffracht bei statischer Eindickung des Faulschlammes nahezu im optimalen Betriebspunkt möglich ist. Nominell kann diese Baugröße gemäß Herstellerangaben eine Fracht bis ca. 750 kgTR/h entwässern, sodass hier weitere Reserven vorhanden sind. Bei Be- trieb mit erhöhter Durchsatzfracht sind entsprechende Einbußen in der Entwässerungsleistung zu erwarten. • Bei Einsatz von Zentrifugen für einen Betrieb mit einer Zentrifuge 12 h/d (Lastfalll 2) ist Zentrifu- genbaugröße mit einem Trommelinnendurchmesser von rd. 470 mm nicht ausreichend, weil der optimale Betriebspunkt überschritten wird. Nominell könnte die Bemessungsdurchsatzfracht entwässert werden. Für eine maximale Entwässerungsleistung wird unabhängig von der FS-Vorbehandlung der Einsatz der Zentrifugenbaugröße mit einem Trommelinnendurchmesser von ca. 570 mm empfohlen. Bei Betrieb mit nomineller Durchsatzleistung kann bei Akzeptanz eine verringerten Entwässe- rungsleistung auch der maximal mögliche Lastfall (85%-Perzentil Schlammmenge und 85%- Perzentil Feststoffkonzentration) mit einer Zentrifuge entwässert werden.

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Stadt Bergisch Gladbach, Systemauswahl Faulschlammentwässerung

Für die Kostenschätzung und Wirtschaftlichkeitsbetrachtung wurden folgenden Varianten berücksichtigt, siehe auch Abschnitt 8:

• Variante 1: Erneuerung Membranfilterpressen (MFP) • Variante 2: Systemumstellung auf Entwässerungszentrifugen (ZEN) 2.1: Betrieb 1 ZEN mit 24 h/d zzgl. 1x Standby Trommelinnendurchmesser ca. 470 mm [Lastfall A) 1: FS-Vorbehandlung: statische Eindickung mit pFM ] 2.2: Betrieb 1 ZEN mit 12 h/d zzgl. 1x Standby Trommelinnendurchmesser ca. 570 mm [Lastfall A) 2 FS-Vorbehandlung: statische Eindickung mit pFM] 2.3: Betrieb 1 ZEN mit 24 h/d zzgl. 1x Standby Trommelinnendurchmesser ca. 470 mm [Lastfall B) 1: FS-Vorbehandlung: ohne statische Eindickung] 2.4: Betrieb 1 ZEN mit 12 h/d zzgl. 1x Standby Trommelinnendurchmesser ca. 570 mm [Lastfall B) 2 FS-Vorbehandlung: ohne statische Eindickung]

Für jede Variante wurde eine Kostenschätzung erstellt. Es ist zu berücksichtigen, dass im Rahmen des Gutachtens nur die abgestimmten Anlagenteile berücksichtigt werden. Es handelt sich nicht um abschließende Projektkosten. Eine detaillierte Kostenberechnung kann nur im Rahmen einer detaillier- ten Ingenieurplanung erfolgen. Für die Variante 1 „Erneuerung Membranfilterpressen“ wurde mit den Eingangsbedingungen KW Be- ningsfeld ein Richtpreisangebot bei Fa. Andritz eingeholt (Stand 10/2019). Die Kostenschätzung Fa. Andritz (Budget-Angebot) liegt als Anlage bei. Da diesen Kosten keine Detailplanung zugrunde liegt und keine Montagekosten enthalten sind, werden die Kosten um rd. 30% erhöht.

Nach der Kostenschätzung weist Variante 2.1 „Systemumstellung auf Entwässerungszentrifugen (Be- trieb 24 h/d)“ knapp die geringsten Investitionskosten von rd. 1.809.000,- € netto / 2.153.000,- € brutto auf.

Bei der Wirtschaftlichkeitsberechnung wird davon ausgegangen, dass die neuen Membranfilterpres- sen, sowie die begleitende Bautechnik und die Elektrotechnische Ausrüstung länger genutzt werden können, als eine Zentrifugeanlage. Daher wird für diese Anlagenteile der Abschreibungszeitraum in Abstimmung mit der Planungsabteilung Stadt Bergisch Gladbach und Betriebsleitung KW Beningsfeld auf 30 Jahre festgesetzt. Die weitere Verfahrenstechnik wird wie die Zentrifugenanlage über 15 Jahre abgeschrieben.

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Aus der vergleichenden Wirtschaftlichkeitsberechnung ergibt sich folgendes Ergebnis unter Berück- sichtigung von Investitionskosten gemäß Kostenschätzung:

Die Variante 1 „Erneuerung der zwei Membranfilterpressen mit Peripherie“ ist nach den Jahres- kosten knapp am wirtschaftlichsten. Zur Zentrifugenvariante 2.1 „2 Zentrifugen mit Trommelin- nendurchmesser 470 mm, Betrieb 24 h/d“ errechnet sich eine Jahreskostendifferenz von rd. 16.000,- € brutto/a.

Unter Berücksichtigung der Planungstiefe auf dem Niveau Studie/ Vorplanung sind die beiden Varian- ten bei der geringen Jahresbetriebskostendifferenz als nahezu gleichwertig zu bewerten.

Für eine abschließende Systementscheidung für die zukünftige Faulschlammentwässerung KW Beningsfeld durch die Planungsabteilung Stadt Bergisch Gladbach und die Betriebsleitung KW Beningsfeld sollten die nachfolgenden Punkte und ggf. weitere nicht-monetäre Faktoren be- rücksichtigt werden.

• Amortisierungszeitraum Der Differenzbetrag der Investitionskosten inkl. Planungskosten bei den Varianten auf Rang 1 (Variante 1 „MFP“) und Rang 2 (Variante 2.1 „ Zentrifugen 470 mm, 24 h/d) der Wirtschaftlich- keitsbetrachtung liegt bei rd. 656.000,- € netto/ 781.000,- € brutto. Bei der berechneten Betriebskostendifferenz von rd. 16.000,- € brutto/a wird damit die Investiti- onskostendifferenz erst nach rd. 49 Betriebsjahren erwirtschaftet. Auch bei Ansatz eines länge- ren Abschreibungszeitraumes von 30 Jahren für die robustere Maschinentechnik der Membran- filterpressen im Vergleich zu der Zentrifugenanlage (15 Jahre) ist damit keine Amortisierung innerhalb des Abschreibungszeitraumes möglich. • Einfluss der Austragsfeststoffkonzentration auf die Jahresbetriebskosten und die Kostendifferenz Der sehr geringe Differenzbetrag Variante 2.1 (Zentrifugen) zu Variante 1 (MFP) beträgt brutto ca. 16.000,- €, so dass mit der Sensitivitätsanalyse gezeigt wird, dass bereits bei dauerhafter Verminderung der mittleren Austragsfeststoffkonzentration der Membranfilterpressen um 1 %TR, die Zentrifugenvariante um einen vergleichbaren Differenzbetrag wirtschaftlicher ist. • Betriebssicherheit Die Zentrifugenanlagen sind so ausgelegt (siehe Abschnitt 6.2), dass der gesamte tägliche Schlammanfall (auch unter Berücksichtigung der nur theoretisch maximal möglichen Kombina- tion aus 85%-Perzentil Schlammmenge und 85%-Perzentil Feststoffkonzentration) mit einer Zentrifuge entwässert werden kann. Damit ist eine vollständige Redundanz gegeben. Bei der Membranfilterpressenanlage ist dauerhaft der Parallelbetrieb der zwei Filterpressen er- forderlich, so dass bei Ausfalll einer Maschine bereits eine Schlammstapelung erfolgen muss. • Erläuterungen zur Betriebskostendifferenz Alle Zentrifugen-Varianten errechnen sich über die jährlichen Betriebskosten geringfügig bis deutlich teurer als die Erneuerung der Membranfilterpressen. Die Ursache liegt überwiegend in den deutlich höheren Kosten für den Mehrverbrauch an polymeren Flockungsmitteln und den

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höheren Entsorgungskosten aufgrund der etwas geringeren zu erwartenden Dickstoff-Feststoff- konzentration. • Alternative Möglichkeit zur Vermeidung von Ablagerungen aus Fällungsprodukten Um den dauerhaften Einsatz von Belagsverhinderern und den daraus resultierenden Betriebs- kosten zu vermeiden, hat sich auf anderen Kläranlagen die Installation einer Magnettechnik im Bereich der Beschickungsrohrleitung (Fluidliner, Fa. IFT) bewährt. Hierfür sind bei Entwässe- rungsaggregaten Investitionskosten von ca. 80.000,- € netto einzukalkulieren. Hierdurch wird die Rangfolge nicht beeinflusst.

Für weitergehende Fachberatungen im Rahmen der geplanten Faulschlammentwässerung und zur Be- gleitung großtechnischer Betriebsversuche stehen wir mit den hier vorliegenden über 30 jährigen Er- fahrungen zur Planung und Betrieb von Entwässerungsmaschinen gern zur Verfügung.

Bochum, September 2020

Dr.-Ing. Ralf Denkert Dipl.-Ing. Yvonne Reza-Tehrani

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A n l a g e n

Anlage 1: Kostenschätzung

Anlage 2: Richtpreisangebot Fa. Andritz

Anlage 3: Wirtschaftlichkeitsberechnung

Anlage 4: Zusammenstellung Personalaufwand Entwässerungsanlage

Stadt Bergisch Gladbach/ Betriebsleitung KW Beningsfeld

Anlage 5: Aufstellungsbeispiele für die betrachteten Maschinensysteme

zur Faulschlammentwässerung

Anlage 6: Weitere Grundlagen Klärschlammentwässerung und

Praxisbewährte Untersuchungsmethodik zur Beurteilung von

Klärschlammeigenschaften

Anlage 7: Grundlagen Maschinen- und Verfahrenstechnik zur Klär-

schlammentwässerung

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A1_Kostenschätzung.xlsx / KS Bergisch Gladbach (V2) / Stand 11.09.2020

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Confidential document. All rights reserved. No duplication or disclosure to third parties permitted without the written consent of ANDRITZ

Andritz Separation GmbH ⁄ Edmund-Rumpler-Strasse 6A ⁄ 51149 Cologne ⁄ Germany ⁄ p: +49 2203 5752 0 ⁄ f: +49 2203 5752 291 ⁄ separation.de@andritz.com ⁄ andritz.com Legal form: GmbH ⁄ Company seat: Cologne ⁄ Managing Director: Albrecht Zuther ⁄ Court of registry: Cologne ⁄ Company reg. no.: HRB 52 447 VAT (UID): DE 813863541 ⁄ Bank account: Commerzbank Iserlohn Bank code: 445 400 22 ⁄ Account no.: 571 02 15 ⁄ IBAN: DE45445400220571021500 ⁄ BIC (SWIFT): COBADEFF 445

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Blatt / Page 2 Angebot-Nr. / Quotation-No.: 3215525

Design calculation data

Based on the suspension data you have provided, we recommend the use of the filter press/es and accessory equipment described below. Data / values specified above are assumed design calculation data for which we cannot accept any guarantees. On the other hand, these data would have to be confirmed by pilot tests beforehand.

Image for illustration purposes only

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Blatt / Page 3 Angebot-Nr. / Quotation-No.: 3215525

Pos. 1 Andritz Membrane Filter Press Typ: AE1200MCWD

General data Filter plate size: 1200x1200 mm Design pressure: 15 barg Working length: 4000 mm No. of chambers: 62 pcs Extendable to: - pcs Chamber depth: 30 mm

Total press volume: ~ 1860 l

Extendable to: - l Total filtering area: ~ 142 m²

Extendable to: - m² via manifold and hoses; Hoses provided Membrane inflation connection: with screw attachments on one side. Inclu- ding safety device. Membrane inflation medium: Water

Filter plates

Material: Membranes / Carrier plates: PPC/PPH

Material: Chamber plates: PPH

Connection plates: Including head and air connection plate

Filtration pressure (at 23 °C) 7 bar Membrane inflation pressure 15 bar (at 23 °C): Deviations: according to p/T(t)-Diagram Cake washing / Cake drying: - Connections Slurry inlet I: Central DN 125

Slurry inlet II: n.a.

Filtrate discharge: 4x Closed DN 65 Via air connection plate with manual ball valve, non-return valve and hose bridge to Core blow inlet at the the cylinder stand. Material pipeline made shifting plate: of galvanized steel, non-return valve made of brass; Threaded connection at the cylin- der stand: DN 32

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Blatt / Page 4 Angebot-Nr. / Quotation-No.: 3215525

Filter cloths Material: Polyamide No. of cloths: 63 pcs Cloth fixing: Plastic loops Backing cloths Material: n.a. No. of cloths: n.a. pcs

Closure of filter pack Hydraulic unit AE1200, 5,5kW

Plate shifting device Electro mechanical

Surface protection Painting: Sandblasting acc. SA 2 1/2 DIN EN 12944 T.4 1 x base coat / 1 x intermediate coat 1 x top coat SikaCor EG 5 RAL 5017 (traffic blue) Total thickness: 160µm Head stand / shifting plate: Painted steel Side bars: Painted steel Hydraulic cylinder: Without ram boot Drip tray hydraulic cylinder: Without ram boot Plate shifting device: -

Accident prevention: Operating side: Light curtain for interruption and rope switch for restart, with additional safety guard alongside the filter press.

Non-operating side: Light curtain for interruption and rope switch for restart, with additional safety guard alongside the filter press.

Electrical equipment of the filter press:

Operating voltage: 400 V 3-phase / 50 Hz Control voltage: 24 V DC

Protection class: IP 55

Dimensions / Weight: See general drawing

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Blatt / Page 5 Angebot-Nr. / Quotation-No.: 3215525

Scope of supply Complete filter press as specified above, starting from the sludge inlet flange and ending with the filtrate discharge flange/s. Operating side: right or left (view from slurry inlet)

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Blatt / Page 6 Angebot-Nr. / Quotation-No.: 3215525

Functional description:

Design

Overhead beam construction made of high grade steel with:

• Best accessibility for filter press operator due to low orientated tie rods
• High mechanical stability as a result of 3-pont power transmission
• All connection points machined for parallelism and uniform thrust distribution.

Automatic plate pack closure

The automatic hydraulic system consists of the pushing cylinder consists of a double-acting piston with a hard chromium-plated piston rod and the hydraulic pumping system. Furthermore it includes the hydraulic pumping system, a hydraulic tank with a submersible hydraulic pump connected to a flange mounted electric motor, a pressure relief valve, control valves, a pressure gauge and the electric control. The submersible hydraulic pump is a high pressure double gear pump for ram movement and final closing pressure. The pump will be coupled to flanged electric motor. The hydraulic system will be self compensating to adjust the closure force to meet the possible expansion and contraction of the plate stack based on temperature changes.

Filter plate arrangement

The filter plates are suspended by bolt on hangers guided by means of staggered wheels mounted on tracks on the overhead beam. Due to the use of capsuled needle bearings with life-time lubrication costs and maintenance are reduced notably. In addition the low frictional coefficient allows an easy plate shifting even by hand. The suspension of the plate is designed to prevent pendulum movement of the plates during plate shifting to avoid cloth damage. There will be only one point of engagement between the shifting mechanism and plate hanger to prevent plate canting.

Plate shifting device

The multiple shifter mechanisms consists of a series of equally spaced carriages operated by means of at- tached chains. The carriages have flanged wheels that travel on a matching tracks mounted to the overhead beam. The carriages travel in one direction by means of an electric motor. Hooks in the multiple shifter car- riage engage the plate release mechanism which are part of the plate hanger assembly and allow the next plate in line to be transported. Once transport is complete the carriage hooks disengage from the plate and continue their one directional movement.

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Blatt / Page 7 Angebot-Nr. / Quotation-No.: 3215525

Pos. 2 Drip Tray

Executed as discharge flaps, installed below the filter plate pack for draining off any filtrate and/or wash water during cloth washing. The flaps will be tilted downwards for cake discharge. In this position they serve to guide the filter cake. In closed position the discharge flaps are slightly inclined to the launder(s).

Design Drive hydraulically

Material Drainage layer Polypropylene Supporting and functional elements Painted steel

Filtrate discharge Filtrate side launder/s non-integrated, on both sides Material Polypropylene

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Blatt / Page 8 Angebot-Nr. / Quotation-No.: 3215525

Pos. 3 Filter Cloth Washing Device

for automatic cleaning of the filter cloths

Design: Washing device built into the filter press, movable on two rails at the side bars, consisting of: carriage with two collecting pipes, spray nozzles inward facing to an individual plate, excessive splash pro- tection by means of brushes mounted on each spray bar.

Exact positioning of washing device by means of electronic sensors, high-pressure hose for water supply. The hose and power cables are guided in a flexible track mounted at the side bar on the non-operating side.

Specification Motor power of horizontal drive 0,37 kW Motor power of vertical drive 0,55 kW Type of protection IP55 Fully wired, controlled via filter press Cabling and control PLC

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Blatt / Page 9 Angebot-Nr. / Quotation-No.: 3215525

Pos. 4 High Pressure Wash Water Pump – Skid Unit

Plunger pump for operating the cloth washing device, consisting of:

• Base frame made of steel, galvanized
• Complete piping, including dry run protection, all valves, fittings and measuring devices
• Water storage tank, effective volume 1.5 m³, material PE

Technical data Medium Solid-free water Flow rate 230 dm³/min Installed electric power 45 kW Medium temperature max. 30 °C Feed pressure 100 bar Noise level >85 dB(A) Surface protection / paint finish Manufacturer standard

Dimensions / Weight (ca.) Length x Width x Height 2,8 x 1,65 x 1,85 m Empty weight 1750 kg

Customer connection points Discharge side high pressure hose DN 40 / PN 160 Tank inlet Sleeve 1 ½“ Tank overflow Sleeve 2“ Tank outlet Sleeve 1 ½“

Excluding Electrical installation / wiring

Aufstellort The skid unit must be installed on level ground!

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Blatt / Page 10 Angebot-Nr. / Quotation-No.: 3215525

Pos. 5 Membrane Inflation Station – Skid Unit

For inflating the membranes with clean water, consisting of: -Centrifugal pump

• Water storage tank, effective volume 1,5 m³, material PE, incl. level measurement
• Complete piping, including all valves, fittings and measuring devices
• Base frame (for pump, tank and piping), made of steel, galvanized
• With return suction

Technical data Medium Solid-free water Flow rate 10 m³/h Installed electric power 11 kW Feed pressure max. 15 bar Medium temperature max. 30 °C

Dimensions / Weight (ca.) Length x Width x Height 2,4 x 1,7 x 2 m Empty weight 950 kg

Customer connection points Discharge side to filter press DN 40 / PN 16 Tank inlet DN 40 / PN 10 Tank overflow Sleeve 2“ Tank outlet Sleeve 1 ½“

Excluding Instrument air supply Electrical installation / wiring

Aufstellort The skid unit must be installed on level ground!

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Blatt / Page 11 Angebot-Nr. / Quotation-No.: 3215525

Pos. 6 Electric Control Unit according Andritz Standard

For operating the membrane filter press Consisting of a control cabinet and the control elements for the equipment and their functions listed below: The electric control covers the following plant components:

• 1x control panel at the filter press with integrated Touch 9“ Color Touch TP900
• 1x Hydraulic power pack 5,5 kW
• 1x Plate transport 0,75kW
• 1x Discharge flaps
• 1x Light curtain on both side
• 1x Triple deck lamp signalling Collective fault / Light curtain interrupted / End of filtration
• 1x Alarm horn for collective fault
• 1x Hydraulic power pack excess pressure monitoring
• 1x Hydraulic oil filling level and temperature monitoring
• 1x Redundant residual pressure control device membrane pressure released
• 8x volt-free contacts <> customer control
• 1x Vertical drive motor washing device
• 1x Horizontal drive motor washing device

Control Layout: Control panel at the filter press to which all sensors and actors of the filter press are wired and which also accommodates the control and power parts. Safety technology realized via F-CPU.

The decentralized periphery and the operator panel are connected with the CPU by means of an Ethernet connection. PROFINET will be used as protocol.

Control panel mounted on filter press Size: 300 x 1000 x 1200 Depth x Width x Height Protection class: IP 55 Colour shade: RAL 7035 Arrangement: at the filter press Material: Andritz Standard Type of control: Siemens S7 CPU 1510SP F-1PN Ambient temperature: Maximum 35 °C Air moisture: Maximum 95% Condensation not allowed Type of network: TN-S net Inputs / outputs PLC: ET200SP Control panel type: Rittal Circuit technology type: Siemens Main switch type: Socomec Language: German/French

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Blatt / Page 12 Angebot-Nr. / Quotation-No.: 3215525

Applied planning tools: Plan preparation: COMOS Programming: TIA Portal Siemens

Control panel for all other offered plant components: for example:

• 1x Power part for high-pressure wash pump 45 kW (Star/Delta) (Included in Pos. 4)
• 1x Membrane inflation station 11 kW with frequency converter including required measurements

Size: 300 x 1600 x 2200 Depth x Width x Height Protection class: IP 55 Color shade: RAL 7035 Supply voltage: 3 x 400 Volt +/- 5 % Frequency: 50 Hz +/- 1 % Control voltage: 24 Volt DC Operator panel (HMI): 12” Touch Material: Andritz Standard Guidelines: EN60204 / EN61439 Ambient temperature: Maximum 35 °C Air moisture: Maximum 95% Condensation not allowed Decentralized periphery:ET 200SP Control panel type: Rittal Circuit technology type: Siemens Main switch type: Socomec Frequency converter type:ABB ACS880-01 Type of network: TN-S net

Applied planning tools: Plan preparation: COMOS Programming: TIA Portal Siemens

The control panel for plant components will be provided loose for local erection by the client. Cable connec- tions to the filter press and to the individual drives to be carried out by the client inclusive of material.

Documentation: Circuit diagram Layout diagram Parts list Cable plan Terminal diagram Cable overview plan Operating manual List of measuring points

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Blatt / Page 13 Angebot-Nr. / Quotation-No.: 3215525

001 Filter Press AE1200MCWD 2 239.780,00 479.560,00

002 Drip Tray 2 16.080,00 32.160,00

003 Filter Cloth Washing Device 2 20.810,00 41.620,00

004 High Pressure Wash Water Pump – Skid Unit 1 42.540,00 42.540,00

005 Membrane Inflation Station – Skid Unit 2 31.270,00 62.540,00

006 Electric Control Unit according Andritz Standard 2 25.000,00 50.000,00

Total: 708.420,00

Position in brackets ( ) are options and not including in total price.

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Blatt / Page 14 Angebot-Nr. / Quotation-No.: 3215525

Scope of supply and services/ CONTRACT Scope

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Blatt / Page 15 Angebot-Nr. / Quotation-No.: 3215525

1. Terms and Conditions Please understand that we will not acknowledge any general terms and conditions of purchase from you. The same applies if we fulfil delivery of the Scope of Supply or Services although we are aware of the existence of such terms and conditions.

2. Prices The prices in this quotation are firm and fixed for the goods to supply (the “Scope of Supply”) and the ser- vices to perform (the “Services”) (together “Contract Scope”), unless expressly stated otherwise. They shall be subject to appropriate adjustment if the Scope of Supply/Services changes. Net-Price means quotation price minus Services, packing, transport, finance costs and insurance premiums as far as they are quoted separately, and without VAT.

3. Pricing/ Risk of Loss The prices are quoted for EXW Spišská Nová Ves, Slovakia (INCOTERMS 2010) Andritz workshop deliv- ery as per INCOTERMS 2010, unpacked and not insured, and the risk of loss or damage shall be trans- ferred in accordance. Partial delivery is permitted. The statutory Value Added Tax (VAT) will be added and stated separately on the invoice; it is payable on receipt of the respective invoice.

4. Delivery period The delivery time is approx. 6-8 months after coming into force of a contract and shall be considered to be fulfilled if at its expiry delivery has been completed according to EXW (INCOTERMS 2010). The estimation of the delivery time is based upon today’s work load and non-binding until the date of delivery gets con- firmed in a contract award.

5. Price binding This offer is non-binding and constitutes only a preliminary proposal for the offered scope of supply and/or services. Upon client’s request we will submit a detailed and binding offer with a firm price.

6. Payment Terms and Conditions Payments shall be made after issuing of invoice according to following milestones: 30 % of the contract price payable within 10 days after conclusion of the Contract. 30 % of the contract price payable within 10 days after half of the delivery time, but at latest 6 months after conclusion of the Contract. 40 % of the contract price payable within 10 days after notification of readiness for shipment. Payments shall be made without any deductions such as discounts, bank charges, taxes, duties, fees, charges and other expenses and shall be considered received on the date when they are unconditionally credited to one of our bank accounts. If you are in delay with the payment of any amount due, we are entitled to claim interest, according to the 3- months EURIBOR- interest rate plus 5 % per annum. Payment for Services, if any, will be made after completion of the Services.

7. Set-off and Retention of Payments You may not set-off payment unless the underlying counterclaims have been recognized by us or have been adjudicated by judicial decision. The same applies for retention of payments which is moreover only admitted with regard to claims resulting from this Contract.

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8. Suspension Should you fail to effect a payment and/or to submit a Letter of Credit by the date(s) indicated in the Con- tract, we shall have the right to suspend immediately our performances under this Contract until the actual payment respectively submission of the Letter of Credit. The contractual time schedules and the prices shall be subject to separate agreement between you and us, as far as necessary.

9. Transport Packaging The transport packaging is done in conformity with our packaging standards which we are glad to submit to you upon request. We will

• provide suitable packaging for the Scope of Supply, if necessary
• mark the equipment according to your instructions
• provide the necessary shipping documents (invoice, packing lists);
• inform you by fax or email about readiness for dispatch respectively about the date of departure of the Scope of Supply mentioning weight, number of packages, value of the delivery. For overseas shipment the machine(s) will be containerised. The accompanying optionals and spare parts will be packed into seaworthy wood cases.

10. Start of Delivery Period Delivery periods are starting after the latest of the following conditions is fulfilled:

• written order as per quotation or signature of Contract as agreed,
• complete technical and commercial clarification,
• receipt of required data, declarations, supplies to be provided by you,
• compliance with all of your obligations of information about legal, official or other regulations at the place of delivery,
• receipt of all required official and other national and foreign authorizations (e.g. export, transit and import licenses and payment permits), they are to be requested by you unless the Contract is imposing their pro- curement on us,
• performance of any other kind of participation of your part for the execution of the Contract,
• Receipt of all payable payments and payment securities (e.g. bank guarantee or letter of credit) to be effected by you according to the payment terms. If a special calendar day has been fixed for the delivery of the Scope of Supply or carrying out of the Ser- vices, and the previous conditions are not fulfilled within the agreed deadline (or, if there is no such dead- line, within an reasonable deadline set by us in writing) for reasons outside of our responsibility, we may postpone the day of delivery of the Scope of Supply or the day of carrying out of the Services respectively. After the effectless expiry of a reasonable respite in written form we may rescind the Contract.

11. Default of Delayed Delivery or Services In case of a damage caused by delayed delivery of the Scope of Supply and/or delayed Services at our fault, you are entitled to claim, after a grace period of 11 working days, liquidated damages for every com- pleted calendar week of default

• of 0.5% of the Net-Contract Price of the affected part of the Scope of Supply or Services, limited to an aggregate maximum total of 5% of the Net-Contract Price for all cases of default of deliveries

of the Scope of Supply and Services, limited to a maximum amou for all cases of default with documentation, and limited to an aggregate maximum total of ontract Price for all cas-

es of default. Liquidated damages due to delay of parts which are not impeding successful start-up shall not be claimed. A statutory right to terminate the Contract may only be exercised if a reasonable period of grace, set by you in writing upon effectless expiry of a deadline after which you are entitled to claim the full scope of liquidat- ed damages, has expired without success. With the payment of liquidated damages the right of Contract termination shall be relinquished and likewise the entitlement to liquidated damages shall be relinquished with the termination of the Contract. The above-mentioned liquidated damage compensation and the right

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of termination are representing according to the opinion of the contracting parties an equitable compensa- tion for the existing risks of late deliveries and Services. Other claims for delayed deliveries or delayed Services, including but not limited to damages, shall be excluded (also in case of termination of the Con- tract), unless the delay is based on intentional or grossly negligent acts or omissions.

12. Delay In case the Contract execution is delayed, due to reasons not attributable to us, we shall have the right to claim for additional costs and we are entitled to postpone accordingly the deadlines to be observed by us. If the reasons are in your responsibility, we may - after effectless expiry of a reasonable time for elimination of the causes of the delay, notified in written form - terminate the Contract or, if the Contract can not be performed within the agreed deadlines, modify the contract price.

13. Legal Provisions, Governing Design and Manufacture and Services In respect of the manufacture of our Scope of Supply and the performance of our Services, we will comply with the relevant legal provisions applying to the whole of the Federal Republic of Germany, and in particu- lar governing safety requirements. It is your responsibility to ensure compliance with other provisions. We shall get informed by you about the legal, official and other regulations or by-laws at the place of deliv- ery. All changes in legal, official and other regulations or by laws having the force of law, which come into force after conclusion of the Contract, which have to be observed by us in the execution of the Contract are for your account. We shall get informed by you about the changes in due time and we will inform you about any resulting technical changes and impact. Additional costs resulting here from are for your account. The time schedule shall be amended, if necessary.

14. Approval of Documents In order to ensure Contract execution within the time schedule all documents, drawings and other docu- ments that have to be approved by you, have to be returned with approval or comments within 2 weeks. Delays in submission of documents and objections not attributable to us and affecting delay shall entitle us accordingly to postponement of our performance and adjustment of the contract price. We have to notify the intended modifications to you.

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15. Commissioning/Acceptance/Tests/Costs You shall not refuse the successful commissioning due to minor defects, which do not prevent the opera- tion of the Scope of Supply. There is no need for a formal acceptance of the Scope of Supply and Services, unless agreed otherwise. Also acceptance may not be refused for the above-mentioned reasons, neverthe- less your rights of warranty remain unaffected. The commissioning and the acceptance shall be confirmed in a protocol, signed by both parties. If any acceptance test, other test or inspection is agreed to be made, our costs (including raw material, consumables and utilities) of these tests and any repetition are to be born by you - excluding our travelling costs. If, for reasons not attributable to us, any agreed acceptance test, other test or inspection (for example commissioning start up or make-up test) of our Scope of Supply is not performed within 8 months after delivery (i.e. fulfilment of sellers obligations according to the agreed INCOTERMS) – respectively after noti- fication of readiness for shipment in caser the dispatch does not take place for reasons not attributable to us -, the acceptance, tests or inspection shall be deemed to be carried out successfully. The same shall apply mutatis mutandis in respect to Services to be performed by us. If the Scope of Supply is used for production or any other purposes, all kind of scheduled acceptance, completion and taking over is deemed to be carried out successfully. In both above mentioned cases we are entitled to issue a protocol which is binding for both parties. If any acceptance test, other test or inspection is agreed to be made, our costs (including raw material, consumables and utilities) of these tests and any repetition are to be born by you – excluding our costs in case a Factory Acceptance Test is agreed.

16. Operation Instructions Details of how to operate and maintain our Scope of Supply are contained in our operating instructions. These instructions are to be followed exactly in respect of the commissioning, operation and maintenance of our Scope of Supply and, in particular, as regards any safety devices.

17. Warranty (1) We shall be liable, to the extent described below, for defects in design, quality of material and work- manship, being in our responsibility, existing at the time of handover and influencing the functioning of the Scope of Supply. If we have assumed Services the following provisions shall apply accordingly. In case software specific provisions are agreed these shall take precedence. You shall immediately inform us about defects arising. Our instructions to avoid further damages must be adhered to. We shall receive the necessary time and opportunity to determine the reason for the defect and to rectify it. We shall have the duty and right to either at our discretion repair the defective parts or to deliver a new equipment. During rectification of defects the plant will be made available to us free of charge. For works at your site the necessary assistance and lifting devices shall be provided by you for free. The repair and/or delivery of new equipment are the exclusive remedy for breach of warranty. However, in urgent cases with risk for operation security (we must be informed immediately in these cases) as well in cases we are in delay with the rectification of a defect, you shall be entitled, after consulting us, to rectify the defect properly and expertly yourself or to instruct a third party therewith and to demand compensation for the necessary expenses incurred from us. We receive a report on the nature and scope of the defects and the work carried out. The defective parts are at our request to be made available to us on site free of charge. (2) We submit our offer for materials of construction, linings and sealing material without disposing of any knowledge with respect to their resistance against the special stress or wear by your process/product. We cannot accept any warranty claims in this respect unless expressly agreed upon in writing. The warranty shall exclude all defects due to reasons not in our sphere of influence (e.g. operation with other products than the specified ones, use of inappropriate consumables and lubricants, improper erec- tion/operation/maintenance (in particular, the requirements in the user manuals and other handling advices are to be adhered to) normal wear and tear, chemical impact, corrosion or caused by a third party or by

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Force Majeure. If the Scope of Supply has been manufactured according to design information, drawings or other specifications you provided, our warranty is limited to the correct execution of specifications. The rights shall be conditional upon you complying with the statutory duties of inspecting the delivery and notifying us of defects; if such duties are relevant, they shall apply accordingly in respect of the inspection of the presence of all separate elements in case of delivery of several goods. (3) The warranty period is limited to 12 months after putting into operation of the Scope of Supply up to a maximum of 18 months from the delivery of the Scope of Supply (i.e. fulfilment of sellers obligations ac- cording to the agreed INCOTERMS) respectively after notification of readiness for shipment in case the dispatch does not take place for reasons not attributable to us – in case the equipment consists of several functional units. For spare parts this period is 18 months from the time of installation, but not longer than 24 months from the delivery of the Scope of Supply respectively notification of readiness for shipment in aforementioned cases. The warranty period for parts repaired or replaced due to defects attributable to us extends by 12 months from the replacement/reparation. However the period for all such parts expires in any case 12 months after the expiration of the original warranty period. (4) Performance Warranty: The Performance Warranties, type/extent and duration of the warranty test, procedure(s) of measurement and consequences of non-fulfillment will be discussed and agreed later. However it is expressly understood and agreed that the term "performance warranty" and other similar terms are not to be considered as giving a guarantee (especially they do not constitute guarantees in the meaning of sections 443, 444 and 639 German Civil Code, so called “Beschaffenheits-" and/or "Halt- barkeitsgarantien"). Besides that the warranty shall exclude the fitness for purpose and any other process characteristics (they are not agreed qualities). The indications regarding performance, including technical and design data and lifetime of equipment, are for your information only and are not warranted or guaranteed. (5) The foregoing provisions apply mutatis mutandis if we negligently fail to provide any or provide faulty advice, regardless if the Contract was already concluded or not as well as in case of erroneous instructions and/or technical documentation given by us. (6) These provisions are secluding. Other claims for defects of quality, advices and instructions are exclud- ed, except in case of intention or gross negligence. As far as claims resulting from other legal causes are impossible to exclude, they are modified accordingly by the present clauses.

18. Guarantees Any terms used in the present Contract including annexes with regard to the Contract Scope (in particular in the descriptions of the Scope of Supply and Services, in definitions of characteristics and technical data), as well as all terms used in this context do not constitute guarantees of characteristics with the effect of aggravated liability; such guarantees are not granted by us. Instead, they mean (if they are part of the mu- tual agreement and if we are liable in this regard) descriptions and indications of the agreed quality and the agreed characteristics, for which our liability is limited to the warranty granted in the present Contract.

19. Storage Should warehouse storage become necessary for reasons not attributable to us or be desired by you, such storage shall be at your costs. Furthermore passing of risk takes place at the time the Scope of Supply is ready for dispatch for storage. We are authorized to insure the Scope of Supply at your cost, until you pro- vide evidence for existing storage insurance. Should the Scope of Supply not already be fully paid at the time of readiness for dispatch for storage, the outstanding payment amount shall be due immediately. Should the storage last for more than 6 months, you shall be obliged to take over the stored goods.

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20. Force Majeure "Force Majeure" shall mean all events beyond the reasonable influence or control of the Party claiming Force Majeure, which affect the performance of the Contract and which the respective Party could not rea- sonably have provided against, including but not limited to, acts of God, strikes, labor disputes, acts of war, terrorism, outbreaks of infectious disease, severe weather conditions, flood as well as delayed delivery of the Scope of Supply or Services of the subcontractors due to such events. Either party affected is entitled to suspend the performance of its respective obligations under the Contract if the fulfillment is impeded or unreasonably onerous due to Force Majeure, other than the obligation to make payments due hereunder, and has promptly notified the other party of such delay. Upon request of the other Party the affected Party will add a confirmation of the situation of Force Majeure by a Chamber of Commerce or any other compe- tent institution. All obligations that are affected by Force Majeure will be suspended for the period of Force Majeure and for such additional time as is required to resume the performance of the obligations, and all schedules will be adjusted accordingly. If the period of suspension of operations will extend to more than six (6) consecutive months or periods of suspension in total more than eight (8) months in any twelve (12) month period, then either party may terminate the Contract by written notice to the other party. No delay, non performance or termination by either party hereto caused by the occurrence of Force Majeure shall give rise to any claim, especially claim for damages, however all claims resulting from the period before the occurrence of the Force Majeure subsist without prejudice, and we may claim compensation for our costs and expenses incurred until this moment by the execution of the Contract, against providing of the work results.

21. General Limitation of Liability (1) The following limitations and exclusions of liability shall have the priority over any other provisions in this Contract and shall remain applicable also in case of any termination of this Contract. They shall also apply in favor of the liability of other companies of the Andritz Group, our executives, employees, representatives, agents, suppliers and subcontractors. The limitation of liability set forth above also forms the basis of our pricing and calculation. Our liability for damages requires an act or omission of negligence from our side. (2) In no event (including obligations of indemnification) we shall be liable to you or third parties for loss of use, loss of profit, loss of revenue, loss of production, loss by reason of plant shutdown, loss of future con- tracts, the inability to operate any facility or increased expense of plant operations, claims of customers, any indirect and/or consequential damage - irrespective of the legal basis - and in each case whether foreseea- ble or not, special or incidental. (3) Our total aggregate liability - irrespective of the legal basis (including but not limited to, claims based on warranty, indemnity, tort, strict liability, non-contractual liability) - shall not exceed 10% of the total contract price. (4) Our environmental remediation responsibility for other than for hazardous material we bring onto site of delivery is excluded and we shall have no liability for equipment or parts thereof, materials, structures or soil provided by you. (5) In aggregate the liquidated damages (and penalties, if any) set out in this Contract for delay and for fail- ure to achieve the performance warranties, if any, shall not exceed 8% of the total Net-Contract Price. (6) All liquidated damages (and penalties, if any) stipulated in this Contract, shall constitute the sole and exclusive remedy for these causes. (7) All claims from your side stipulated in this Contract, shall constitute the sole and exclusive remedy for these causes. (8) All our liabilities arising out of or in connection with this Contract shall expire at the latest 6 months after the expiry of the mechanical warranty period. (9) Claims for intentional or grossly negligent breach of obligations as well as negligent breach of obligations which result in damage to life, body or health shall remain unaffected by the limitations and exclusions of liability. Similarly, to that product liability cases are to be handled according to the mandatory applicable law (taking into account our Scope of Supply/ Services and the extent of our negligence or legal fault).

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22. Retention of Title You are entitled to resell the Scope of Supply in the course of your regular business. For this case you hereby assign all claims arising out of such resale in the amount of the unpaid contract price agreed be- tween us (incl. VAT), whether the Scope of Supply or parts of it were sold alone or together with other items. You shall be entitled to receive the payment on the assigned claims. To this end, we agree to not demand payment on the assigned claims as long as you comply with all your obligations for payment and do not become subject to an application for insolvency or similar proceedings; in this case we are entitled to ask for the notification of all assigned claims and the debtors as well as to request to forward all useful information and documents to us.

23. Property Right and Other Third-party Rights It is warranted by us, that our Contract Scope and its parts do not infringe any third-party patents, applica- ble in the country where the Scope of Supply shall be installed/the Services shall be rendered according to this Contract and in existence as of the date of conclusion of this Contract. If you are cautioned due to claimed infringement of such rights or claims are filed against you, you shall immediately inform us in writ- ing about these facts. Subject to the precondition that we get entitled and enabled by you to unlimited abil- ity to defend and settle the claim – i.e. you must not take any actions or omissions that affect the above mentioned claims or the infringement or the type and scope of damage and shall not acknowledge such claims, neither out of court or before the court nor make any other agreements toward the settlement of such disputes – we shall have the obligation and right to take the following measures according to our own choice and our own expenses:

• obtain the rights to use the respective part of the Contract Scope for you, or
• replace the infringing parts with non-infringing parts or modify them so that they do not infringe, or
• remove the infringing parts and refund the Net-Contract Price paid for them; if and so far as the Contract Scope has no value for you without these parts, we will retake the respective whole Contract Scope. Our further liability for the infringement of patents or other industrial property rights is excluded, except in case of intention or gross negligence. We shall not assume any warranty for the Contract Scope to be de- void of third-party rights in respect to the Scope of Supply being issued according to your specifications, to your alterations to the Scope of Supply, to your combinations with other goods, to the process applied or the product manufactured by you as well as not for any use deviating from the Contract/the documentation. Furthermore we are not liable for claims resulting from your distribution of the Scope of Supply to, or its use for the benefit of, any third party as well as not for claims resulting from your running the Scope of Supply, without our prior consent, after being notified to discontinue such use due to a third-parties claim. In these mentioned cases you will indemnify us and hold us harmless

24. Termination by Purchaser You are entitled to terminate the Contract, by written declaration, to the extent we are in culpable serious breach of a material contract obligation. In this case we shall refund any payments received for the parts of the Contract Scope affected by termination, and at our own expenses remove these parts. Any other claims of you shall be excluded, unless there is intentional or grossly negligent breach of obligations. The termina- tion may only be exercised if we have failed to rectify the breach of contract within a reasonable period set by you in writing and announcing the termination in case the period of grace expires without success. As far as termination is excluded in this Contract the aforesaid is not applicable. Additional rights for termina- tion do not exist unless explicitly agreed in the Contract for cases of delay or in a process warranty.

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25. Right of Withdrawal for Supplier We are entitled to finally refuse the continuation of the Contract performance in case you are not fulfilling your contractual obligations in reasonable time despite that they are due and you got summoned by us to do so or in case that it is already foreseeable before maturity that you can not or not in time fulfill your obli- gations due to a worsening of your financial situation or in case your payments will not benefit us at our location. Without prejudice to our claims for damage compensation, compensation of expenses and costs, the deliveries and Services which have already been realized must be paid in accordance with the clauses of the Contract. This does also apply with regard to the Contract Scope which you did not take in charge yet and with regard to measures of preparation which we have effected. Alternatively we can also claim restitution. All claims from your side are excluded.

26. Intellectual Property / Confidentiality Our offer /the Contract as well as information, data, documents and parts transmitted/disclosed by us on the occasion of their execution contain confidential information, both of a technical and commercial nature. You commit yourself to keeping them secret and to protecting them as business secrets, including but not limited to, not to disclose such information to third parties, not to duplicate it and not to use it by yourself for other purposes than the contractual use of the Scope of Supply and Services (especially not for own com- mercial purposes or other contractors) without our prior written consent. The obligation of confidentiality does not apply to information, documentation etc. for which it can be proved in written form that (i) it was already public before its transmission/disclosure, (ii) it has been made available by an authorized third party at any moment, (iii) it was already in your possession before the transmission/disclosure, (iv) it becomes public after its transmission/disclosure without your participation, (v) it must be disclosed due to legal obli- gation. Notwithstanding the forgoing exceptions, you agree not to disclose our information etc. to any third party in order to copy our Contract Scope or parts of it nor to copy it yourself. All information provided by us (in particular drawings, documents) remains our intellectual property and may be reclaimed by us at any time.

27. Software In case the Scope of Supply includes software, we grant to you a non-exclusive and non-transmissible right of its use, in machine-readable, object code form, on one system for the operation of the Contract Scope, unlimited in time and in territory and including its documentation. You agree that neither you nor any third party shall modify, reproduce, translate, reverse engineer, transfer from object code to the source code or decompile the software beyond the legally mandatory extent. You are entitled to make a single copy for backup purposes in accordance with our related operating documentation and provided that our confiden- tial and proprietary legend is included. You are not allowed to remove manufacturer's indications - in partic- ular copyright information - or to modify them without our prior express agreement. Unless otherwise pro- vided in this Contract, the fees for the software license are included in the Net-Contract Price. All other rights on and the property to the software and documentation, including all copies, are reserved by us/ by the software supplier. The issue of sub-licenses is not allowed. Upon breach of the foregoing license and in case of delay of payment we are entitled to terminate the license. In case of termination of the Con- tract also the license terminates. All copies of the software and the documentation shall be returned to us promptly after termination. We warrant that on the date of shipment of the software (1) the software media contains a true and correct copy of the software and are free from material defects; (2) we have the right to grant the license hereun- der; and (3) the software will function substantially in accordance with our related operating documentation. We disclaim any warranty that the operation of the software will be uninterrupted or error free. In case of defects we shall have the duty and right to either at our discretion repair or deliver a new software. If we cannot correct the nonconformity or deems correction to be commercially impracticable or prohibitively expensive, we and you are entitled to termination of this license; an equitable, pro rata share of the license fee paid (of the Net-Contract price if no fee is classified) is to be refunded. This warranty does not apply to software delivered by us but produced by others. The warranty for software produced by others shall be the

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warranty as stated by the software producer. The warranty period is limited to 6 months after putting into operation of the software up to a maximum of 18 months from the delivery (i.e. fulfilment of sellers obligations according to the agreed INCOTERMS) respectively after notification of readiness for shipment in case the transportation is not at our part or the dispatch does not take place for reasons not attributable to us – in case the delivery consists of several software items the foregoing shall apply to every single software. These quality warranty provisions are secluding. Other claims for defects of quality are excluded, except in case of intention or gross negligence. As far as warranty claims resulting from other legal causes are im- possible to exclude, they are modified accordingly by the present warranty clauses.

28. Export/Import Licenses The export of the Scope of Supply may be subject to approval by our national authorities. This authoriza- tion has to be obtained by us. This Contract is concluded under the suspensive condition of the attribution of the export permit. You have to notify to us, correctly and without need of special request, all information required for the at- tribution of the export permit, in particular the International import certificate which has been issued by the competent administration in the country of the operator. You have to obtain the import permit which could be required under certain circumstances.

29. Writing No cancellation of, amendments to or modifications of this Contract will be effective unless made in writing. The same will also apply to the waiver of this requirement for written form. A period preceding legal sanc- tions must be fixed in writing.

30. Severability If one of the provisions of this Quotation and its Appendices, if applicable, should be or become ineffective, this shall not impede the effectiveness of the rest of the provisions. Rather, the parties shall work together to add a legally permissible or effective provision, which is suited to achieve the intended commercial result of the ineffective provision, in place of the ineffective provision. The same applies to closing loopholes in the Contract.

31. Applicable Law This Contract shall be governed and construed in accordance with the material law of Switzerland. The United Nations Convention on Contracts for the International Sale of Goods (CISG) shall not be applicable in this context.

32. Arbitration/ Legal Venue The parties agreed that all disputes arising out of or in connection with this Contract, including any ques- tions regarding its existence and validity, which can not be settled by an amicable effort of the Parties shall be exclusively and finally settled under the Rules of Arbitration of the International Chamber of Commerce in Paris (ICC) by one or three arbitrators appointed in accordance with said rules. The place of arbitration shall be Zurich/Switzerland. The arbitral tribunal shall also decide on the matter of costs of the arbitration and on the allocation of expenditure among the respective Parties to the arbitration proceedings. The lan- guage of the arbitration shall be English. The arbitral award can be declared enforceable by ordinary court. Notwithstanding the foregoing provisions, in case a party wishes to seek interlocutory relief, the ordinary courts are in charge; place of jurisdiction shall be Zurich; however we are entitled to alternatively file suit at your place.

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(cid:73)(cid:78)(cid:71)(cid:69)(cid:78)(cid:73)(cid:69)(cid:85)(cid:82)(cid:66)(cid:220)(cid:82)(cid:79)(cid:32)(cid:68)(cid:82)(cid:46)(cid:45)(cid:73)(cid:78)(cid:71)(cid:46)(cid:32)(cid:82)(cid:65)(cid:76)(cid:70)(cid:32)(cid:68)(cid:69)(cid:78)(cid:75)(cid:69)(cid:82)(cid:84)

Betriebskostenberechnung Faulschlammentwässerung KW Benigsfeld, Systementscheidung

Y:\Bergisch Gladbach\KA Bergisch Gladbach\2019_KA Bergisch Gladbach - Wirtschaftlichkeitsberechnung ENTW\01_Bericht_Gutachten\versendete Unterlagen\A3_WB_Entwässerungssysteme-V2.xlsm\Daten - Bergisch Gl. Seite 1 von 2 Seiten

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(cid:73)(cid:78)(cid:71)(cid:69)(cid:78)(cid:73)(cid:69)(cid:85)(cid:82)(cid:66)(cid:220)(cid:82)(cid:79)(cid:32)(cid:68)(cid:82)(cid:46)(cid:45)(cid:73)(cid:78)(cid:71)(cid:46)(cid:32)(cid:82)(cid:65)(cid:76)(cid:70)(cid:32)(cid:68)(cid:69)(cid:78)(cid:75)(cid:69)(cid:82)(cid:84)

Betriebskostenberechnung Faulschlammentwässerung KW Benigsfeld, Sy

Y:\Bergisch Gladbach\KA Bergisch Gladbach\2019_KA Bergisch Gladbach - Wirtschaftlichkeitsberechnung ENTW\01_Bericht_Gutachten\versendete Unterlagen\A3_WB_Entwässerungssysteme-V2.xlsm\Daten - Bergisch Gl. Seite 2 von 2 Seiten

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1.500 3.000

1.400 2.800

1.300 2.600

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1.100 2.200

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100 200

0 0

2 MFP 1+1 ZEN 1+1 ZEN 1+1 ZEN 1+1 ZEN Betrieb 24 h/d (470 mm) (570 mm) (470 mm) (570 mm) mit stat. FS-EDBetrieb 24 h/d Betrieb 12 h/d Betrieb 24 h/d Betrieb 12 h/d mit stat. FS-EDmit stat. FS-ED

Variante 1 Variante 2.1 Variante 2.2 Variante 2.3 Variante 2.4

_Projekte\A3_WB_Entwässerungssysteme-V2.xlsm\Gesamt-JK Berg.Gl. ]a/€[ netsokserhaJ-tmaseG ednesuaT ednesuaT ]€[ netsoksnoititsevnI emmuS (cid:73)(cid:78)(cid:71)(cid:69)(cid:78)(cid:73)(cid:69)(cid:85)(cid:82)(cid:66)(cid:220)(cid:82)(cid:79)(cid:32)(cid:68)(cid:82)(cid:46)(cid:45)(cid:73)(cid:78)(cid:71)(cid:46)(cid:32)(cid:82)(cid:65)(cid:76)(cid:70)(cid:32)(cid:68)(cid:69)(cid:78)(cid:75)(cid:69)(cid:82)(cid:84)

KW Beningsfeld alle Angaben in netto

Jahreskosten FS-Entwässerung (Annuitätenmethode)

Jahres-Kapitalkosten

Weiterbehandlungskoste n Transport, Verbrennung Wartungs-/ Ersatzteilkosten/ UVV/ Tuchwechsel Wasserkosten gesamt

Konditionierungskosten

Belagsverhindererkosten

Energiekosten

Personalkosten

Summe Invest.

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(cid:73)(cid:78)(cid:71)(cid:69)(cid:78)(cid:73)(cid:69)(cid:85)(cid:82)(cid:66)(cid:220)(cid:82)(cid:79)(cid:32)(cid:68)(cid:82)(cid:46)(cid:45)(cid:73)(cid:78)(cid:71)(cid:46)(cid:32)(cid:82)(cid:65)(cid:76)(cid:70)(cid:32)(cid:68)(cid:69)(cid:78)(cid:75)(cid:69)(cid:82)(cid:84)

Sensitivitätsanalyse Austragsfeststoffkonzentration

FS-Entwässerung KW Beningsfeld

1.900.000

1.900.000

1.800.000

1.700.000

1.600.000

1.500.000

1.400.000

1.300.000

1.200.000

1.100.000

1.000.000

900.000 netsokserhajtmaseG ]a/€ otturb[ Variante 1, 2*MFP neu, stat. FS-ED

Variante 2.1, 2*ZEN (470mm), 28% TR, stat. FS- ED

Variante 2.1, 2*ZEN (470mm), 29% TR, stat. FS-ED

Variante 2.1, 2*ZEN (470mm), 30% TR, stat. FS-

900.000

_Projekte \Hilchenbach\A3_WB_Entwässerungssysteme-V2.xlsm\Feinanalyse Austrag Berg.Gl.\11.09.2020 00,42 00,52 00,62 00,72 00,82 00,92 00,03 00,13 00,23 00,33 00,43 00,53 30% TR, stat. FS- ED

Austragsfeststoffkonzentration [%TR]

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(cid:73)(cid:78)(cid:71)(cid:69)(cid:78)(cid:73)(cid:69)(cid:85)(cid:82)(cid:66)(cid:220)(cid:82)(cid:79)(cid:32)(cid:68)(cid:82)(cid:46)(cid:45)(cid:73)(cid:78)(cid:71)(cid:46)(cid:32)(cid:82)(cid:65)(cid:76)(cid:70)(cid:32)(cid:68)(cid:69)(cid:78)(cid:75)(cid:69)(cid:82)(cid:84)

Personalplanung für die Schlammentwässerung

Variante 1 Variante 2 Variante 3 Kammerfilterpresse 3 Zentrifuge 2 Zentrifuge Schichten Schichten Tagschicht Betriebszeit Anlage 24 h 16 h ‐ 24 h 24 h Personalbedarf (Anzahl Mitarbeiter) Anzahl 3 2 1 Anlagenbetrieb Arbeitszeit pro Tag h/ d 24 16 8 Zeit für Anlagenbetrieb h/ d 6 1 1 Zeit für Maschinenperipherie (Wartung, Reinigung, Trübwasser, Förderer, Silo etc.) h/ d 10 5 5 Anlagenbetrieb gesamt h/ d 16 6 6

Rest ‐ Zeit für allg. Tätigkeiten in anderen Bereichen (Unterstützungsarbeiten Schlosserei & KA, Laborproben, BW‐Anlage, Fremdfirmen, Laborproben) h/ d 8 10 2

Arb.‐ Stunden anlagengebunden gesamt h / Woche 80 30 30 Arb.‐ Stunden allg. Tätigkeiten in anderen Bereichen h / Woche 40 50 10

Personalkosten Brutto € / h 52,30 52,30 52,30 Personalkosten NS sind etwas höher

Kosten für reinen Anlagenbetrieb € / Woche 4.184 1.569 1 .569 Kosten für allg. Tätigkeiten in anderen Bereichen € / Woche 2.092 2.615 523

Störungsbeseitigung

Von Schicht vermiedene Bereitschafts‐ h (o. Ruhezeiten) h / Woche 21 10,5 0 Verbleibende Mehrbelastung 0 10,5 21 Mehrkosten durch zusätzl. Rufbereitschaftseinsätze € / Woche 0,00 549,15 1098,30

Wertabschlag Arbeit ausserhalb Regel‐AZ Kosten für allg. Tätigkeiten in anderen Bereichen €/ a 1 08.784 1 35.980 2 7.196 Alleinarbeit ausserhalb der Regel‐AZ ist weniger hoch zu bewerten daher ‐35% €/ a 25.129 23.797 ‐

Personalkosten Kosten Anlagenbetrieb pro Jahr €/ a 2 17.568 81.588 8 1.588 Kosten durch zusätzl. Bereitschaftseinsätze €/ a ‐ 28.556 5 7.112 Abschlag Alleinarbeit ausserhalb der Regel‐AZ €/ a 25.129 23.797 ‐ Summe €/ a 242.697 133.940 1 38.700

[Seite 122]

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Grundriss OG

Zentrifuge (Z.B. Fa. Hiller)

Typ : DP 574, Trommelinnendurchmesser 570 mm

Ca. Außenmaße LxBxH:

4110x1290x1133 mm

Alternativ DP 484, Trommelinnendurchmesser 480 mm

Ca. Außenmaße LxBxH:

3686x1503x1181 mm

DP 574 DP 484

Maßstab 1: 50

0m 0,5m 1,0m 1,5m 2,0m 2,5m

Nr. Änderungen geänd. am Name gepr. am Name

Stadt Bergisch Gladbach

KW Beningsfeld

Projekt:

Erneuerung der Faulschlammentwässerungsanlage

Planinhalt: Maßstab:

Aufstellungsplan 1: 50

Zentrifugen

Zeichnungs-Nr.:

1040_01_01.01

Gezeichnet: CHE INGENIEURBÜRO Juli 2020 DR.-ING. RALF DENKERT Datum:

D-44803 Bochum - Auf der Heide 8a Gesehen: DE Tel.: 0234/ 938 98 -0 FAX: -44 E-Mail: buero@drdenkert.de Juli 2020 Datum:

Bochum, den

Dr.-Ing. Ralf Denkert

Sämtliche Maße sind verantwortlich zu prüfen. Unstimmigkeiten sind dem Planverfasser unverzüglich mitzuteilen. Die Weitergabe der Pläne an Dritte ist nur mit schriftlicher Genehmigung des IB Dr. Denkert gestattet. Die Zeichnung entbindet nicht von der LV konformen und funktionsfähigen Ausführung der Gesamtanlage.

Projekte\ZeichnungenAutocad\Bergisch Gladbach\BG_BG_ENTW_VEP_630_01_01.01.dwg

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Grundriss UG

Polymeranlage (z.B. Fa. gvu technik)

Beschickungs- Beschickungs-

Typ: WB-4000

pumpe 2 pumpe 1

Ca. Außenmaße LxBxH: 4,40x2,20x2,70 m

Alternativ WB-3000

Ca. Außenmaße LxBxH: 3,80x1,90x2,70 m

Maßstab 1: 50

0m 0,5m 1,0m 1,5m 2,0m 2,5m

Nr. Änderungen geänd. am Name gepr. am Name

Stadt Bergisch Gladbach

KW Beningsfeld

Projekt:

Erneuerung der Faulschlammentwässerungsanlage

Planinhalt: Maßstab:

Aufstellungsplan 1: 50

pFM- Anlage

Zeichnungs-Nr.:

1040_01_02.01

Gezeichnet: CHE INGENIEURBÜRO Juli 2020 DR.-ING. RALF DENKERT Datum:

D-44803 Bochum - Auf der Heide 8a Gesehen: DE Tel.: 0234/ 938 98 -0 FAX: -44 E-Mail: buero@drdenkert.de Juli 2020 Datum:

Bochum, den

Dr.-Ing. Ralf Denkert

Sämtliche Maße sind verantwortlich zu prüfen. Unstimmigkeiten sind dem Planverfasser unverzüglich mitzuteilen. Die Weitergabe der Pläne an Dritte ist nur mit schriftlicher Genehmigung des IB Dr. Denkert gestattet. Die Zeichnung entbindet nicht von der LV konformen und funktionsfähigen Ausführung der Gesamtanlage.

Projekte\ZeichnungenAutocad\Bergisch Gladbach\BG_BG_ENTW_VEP_630_01_01.01.dwg

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Gutachten KW Beningsfeld Anlagen (cid:73)(cid:78)(cid:71)(cid:69)(cid:78)(cid:73)(cid:69)(cid:85)(cid:82)(cid:66)(cid:220)(cid:82)(cid:79)(cid:32)(cid:68)(cid:82)(cid:46)(cid:45)(cid:73)(cid:78)(cid:71)(cid:46)(cid:32)(cid:82)(cid:65)(cid:76)(cid:70)(cid:32)(cid:68)(cid:69)(cid:78)(cid:75)(cid:69)(cid:82)(cid:84)

Stadt Bergisch Gladbach, Systemauswahl Faulschlammentwässerung

Anlage 6: Weitere Grundlagen Klärschlammentwässerung und

Praxisbewährte Untersuchungsmethodik zur Beurteilung von

Klärschlammeigenschaften

Gutachten FS-Entwässerung_V2.docx

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Gutachten KW Beningsfeld Anlage 6 (cid:73)(cid:78)(cid:71)(cid:69)(cid:78)(cid:73)(cid:69)(cid:85)(cid:82)(cid:66)(cid:220)(cid:82)(cid:79)(cid:32)(cid:68)(cid:82)(cid:46)(cid:45)(cid:73)(cid:78)(cid:71)(cid:46)(cid:32)(cid:82)(cid:65)(cid:76)(cid:70)(cid:32)(cid:68)(cid:69)(cid:78)(cid:75)(cid:69)(cid:82)(cid:84)

Stadt Bergisch Gladbach, Systemauswahl Faulschlammentwässerung

Weitere Grundlagen zur Klärschlammentwässerung und

Praxisbewährte Untersuchungsmethodik zur Beurteilung von

Klärschlammeigenschaften

1.Die wichtigsten Einflussfaktoren auf die Schlammeigenschaften und

Leistungsfähigkeit einer Eindick-/Entwässerungsmaschine

1.1 Abwasserzusammensetzung

Die Abwasserzusammensetzung im Zulauf einer Kläranlage wird maßgeblich auch von den ange- schlossenen Industrie- und Gewerbebetrieben beeinflusst. Dabei haben nach den hier vorliegenden Erfahrungen insbesondere Abwassereinleitungen mit einem hohen organischen Anteil einen deutlichen Einfluss auf die Schlammzusammensetzung, wie z.B. aus Molkereien, Brauereien oder auch aus De- poniesickerwassereinleitungen. Zur Vergleichmäßigung der Industrie-Einleitungen ist eine biochemi- sche Vorbehandlung zu prüfen, in jedem Fall wird ein Speicher- und Ausgleichsbehälter entsprechen- der Größe in Abhängigkeit der Tagesmengen empfohlen.

Beispielsweise beinhaltet das Abwasser aus einer Molkerei in der Regel neben pH-Schwankungen aus den Spülvorgängen insbesondere einen hohen Eiweißanteil (gemessen als org. Stickstoff) und Fettan- teil. Auch wenn ein belüfteter Sandfang mit Fettfang vorhanden ist, gelangt voraussichtlich ein Großteil dieser emulgierten Bestandteile in die Abwasserreinigung und insbesondere auch in die Schlammbe- handlung. Aufgrund der Abbaukinetik und der zum weitgehenden biologischen Abbau dieser Substan- zen notwendigen Organismen-Population sind sowohl signifikante Auswirkungen auf die Leistungsfä- higkeit der aeroben Abwasserreinigung (Belebungsbecken) wie auch bei der anaeroben Schlammbe- handlung (Faulung) zu erwarten. Zur Minimierung der Auswirkungen empfehlen wir zielgerichtete Un- tersuchungen und verfahrenstechnische Maßnahmen zur Vermeidung von Störfällen und z.B. der mas- senhaften Entwicklung von Fadenbakterien und deren Wirkungen auf die gesamte Schlammbehand- lung für jeden Industrie-/Gewerbeeinleiter zur Optimierung der kommunalen Abwasserreinigung.

Gutachten FS-Entwässerung_V2.docx

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Gutachten KW Beningsfeld Anlage 6 (cid:73)(cid:78)(cid:71)(cid:69)(cid:78)(cid:73)(cid:69)(cid:85)(cid:82)(cid:66)(cid:220)(cid:82)(cid:79)(cid:32)(cid:68)(cid:82)(cid:46)(cid:45)(cid:73)(cid:78)(cid:71)(cid:46)(cid:32)(cid:82)(cid:65)(cid:76)(cid:70)(cid:32)(cid:68)(cid:69)(cid:78)(cid:75)(cid:69)(cid:82)(cid:84)

Stadt Bergisch Gladbach, Systemauswahl Faulschlammentwässerung

1.2 Wasserbindungskräfte

Die Ursache für den hohen Wassergehalt der Klärschlämme und dem damit zusammenhängenden technischen Aufwand bei der Schlammeindickung und -entwässerung ist das große Wasserbindever- mögen der Klärschlämme. Die verschiedenen Wasseranteile im Klärschlamm unterscheiden sich in Art und Stärke der Bindungskräfte zu den Feststoffen. Die Bindungskraft ist vergleichbar mit einer Zugkraft zwischen den Feststoffteilchen und den angelagerten Wassermolekülen.

Im Klärschlamm enthaltenes Wasser ist in unterschiedlicher Art und Stärke an den Feststoffen gebun- den. Man kann die folgenden Wasseranteile unterschieden:

• freies Wasser, das nicht an Schlammpartikel gebunden ist,

• gebundenes Wasser, das wiederum unterteilt wird in:

Zwischenraumwasser, das durch Kapillarkräfte zwischen Klärschlammpartikeln oder in Flocken o gebunden ist,

Oberflächenwasser, das durch Adhäsionskräfte gebunden ist, o in Hydrogelsystemen gebundenes Wasser, o Zellinnenwasser, das in Zellen enthalten ist bzw. Zellflüssigkeit oder inneres Kapillarwasser ist, o chemisch gebundenes Wasser, das auch als Kristallwasser (Hydratwasser) bezeichnet wird und o durch Ionenbindungen gebunden ist.

Der freie Wasseranteil stellt den größten Wasseranteil in einer Klärschlammsuspension dar. Das freie Wasser bewegt sich zwischen den einzelnen Feststoffpartikeln, ist nicht an diese angelagert oder ge- bunden und wird nicht durch Kapillarkräfte beeinflusst. Dieser freie Wasseranteil ist durch statische Schwerkraft oder durch das Aufbringen mechanischer Kräfte, z. B. im Zentrifugalfeld oder durch Filtra- tion abtrennbar. Die weiteren Wasserarten sind in der Regel nur durch thermische Verfahren zu entfer- nen. Durch weitergehende Verfahren der Konditionierung oder Schlammstrukturveränderung (z.B. Desintegrations-Verfahren, chemische Säure/Base-Verfahren, Hydrolyse-Verfahren) kann es zu einer Veränderung/Verschiebung der Wasseranteile kommen.

Nach neuen Untersuchungen und Beobachtungen muss möglicherweise davon ausgegangen werden, dass erhebliche Wassermengen in Klärschlämmen in Form von Gelen (sogenannte Hydrogele) gebun- den sind. Gelbildende Substanzen sind sowohl in aerob- als auch in anaerob-produzierten Schlämmen vorhanden. Hierzu gehören u.a. insbesondere Kohlehydrate und Proteine Diese Stoffe können durch das zugeführte Abwasser eingetragen werden, oder auch durch die Abwasserbakterien selbst produ- ziert werden (EPS). Die Anwesenheit dieser Substanzen und die besonderen Eigenschaften in Bezug auf die Wasserbindung und damit auch auf die Eindickung und Entwässerung wurden nachgewiesen. Polysaccharide und Proteine besitzen in ihrer wasserlöslichen Form Hydrogelstrukturen die ihre was-

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Gutachten KW Beningsfeld Anlage 6 (cid:73)(cid:78)(cid:71)(cid:69)(cid:78)(cid:73)(cid:69)(cid:85)(cid:82)(cid:66)(cid:220)(cid:82)(cid:79)(cid:32)(cid:68)(cid:82)(cid:46)(cid:45)(cid:73)(cid:78)(cid:71)(cid:46)(cid:32)(cid:82)(cid:65)(cid:76)(cid:70)(cid:32)(cid:68)(cid:69)(cid:78)(cid:75)(cid:69)(cid:82)(cid:84)

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serbindenden Eigenschaften unter folgenden Einflüssen verändern können: z.B. pH- Wert, Tempera- tur, Salzgehalt. Genaue Aufklärung über diese Art der Wasserbindung und dem damit verbundenen Einfluss auf die Eindick- und Entwässerbarkeit von Klärschlämmen muss durch künftige Forschungsar- beiten noch erbracht werden.

Die hohen Wassergehalte und die sich daraus ergebenden großen Schlammvolumina führen bei den verschiedenen Prozessen der Schlammbehandlung zu Erschwernissen und technischen Problemen sowie zu einem teilweise erheblichen baulichen, maschinellen und betrieblichen Aufwand.

Die Erkenntnisse über die Bindungskräfte zwischen den Schlammteilchen und dem Wasser sind ent- scheidend für die Möglichkeiten und Optimierungen der Konditionierung zur Fest-Flüssig-Trennung und für die Leistungsfähigkeit der Maschine.

Die jeweilige Menge des gebundenen Wassers und insbesondere die Intensität der zwischenmolekula- ren Bindekräfte (elektrostatische und Van-der-Waals-Kräfte) sind entscheidend abhängig von

• der Partikelgrößenverteilung; Kleinstpartikel haben eine sehr große spezifische Oberfläche mit kol- loidalen Eigenschaften und bestimmen die Anzahl von Zwischenräumen im Schlammkuchen, in den Wasser durch kapillare Kräfte gebunden ist, das maschinell nicht zu entfernen ist; • organischen Inhaltsstoffen, die eine sehr große spezifische Oberfläche haben, • den kolloidalen und gelartigen Bestandteilen, die besonders in organischen Überschussschlämmen und in Hydoxidschlämmen aus Phosphat-Fällungsschlämmen oder aus metallverarbeitenden Ab- wassereinleitungen enthalten sind und • dem Anteil an Fadenbakterien, die stark hydrophobe Zelloberflächen aufweisen, • dem Anteil an schleimigen Extrazellulären Polymeren Substanzen (EPS), die aufgrund ihrer star- ken Polarität nach außen negativ geladen sind und die Mikroorganismen und die gesamte Partikel- oberfläche umgeben.

Diese kolloidalen und gelartigen Partikel verursachen einen signifikanten Anstieg der Viskosität und behindern das Sedimentations- und Kompressionsverhalten der Schlämme, da die durch Grenzflä- cheneffekte verursachten elektrostatischen Abstoßungskräfte dominieren.

Sowohl bei der biologischen Abwasserreinigung als auch bei der Klärschlammstabilisierung vermindert sich durch den Abbau der organischen Substanzen vor allem der Anteil der kolloidalen und gelartigen Inhaltsstoffe, wobei die besonderen Abbau- und/oder Adsorptionsmechanismen im Bezug auf die Schlammzusammensetzung besonders beachtet werden müssen. Hierbei sind auch besondere Indust- rieeinleitung mit erhöhten Fett- und Eiweißanteilen von besonderer Bedeutung.

Um so höher die Wasserbindungskräfte zwischen den Schlammteilchen und dem Wasser sind, desto höher ist der Bedarf an Polymerem Flockungsmittel, desto geringer ist der Austrags-Feststoffgehalt

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Gutachten KW Beningsfeld Anlage 6 (cid:73)(cid:78)(cid:71)(cid:69)(cid:78)(cid:73)(cid:69)(cid:85)(cid:82)(cid:66)(cid:220)(cid:82)(cid:79)(cid:32)(cid:68)(cid:82)(cid:46)(cid:45)(cid:73)(cid:78)(cid:71)(cid:46)(cid:32)(cid:82)(cid:65)(cid:76)(cid:70)(cid:32)(cid:68)(cid:69)(cid:78)(cid:75)(cid:69)(cid:82)(cid:84)

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und umso geringer ist die Durchsatzleistung der Maschine bei der maschinellen Eindickung und insbe- sondere Entwässerung.

2.Veränderungen der Klärschlammeigenschaften

Die Leistungsfähigkeit sämtlicher Eindick- und Entwässerungsmaschinen wird im entscheidenden Maße von den Klärschlammeigenschaften bestimmt. Die zunehmenden Reinigungsanforderungen an die kommunale und industrielle Abwasserbehandlung mit den gesetzlich festgeschriebenen Reini- gungszielen zur Stickstoff- und Phosphorelimination verursachen nach hier vorliegenden Erfahrungen sowohl einen deutlichen Anstieg der zu behandelnden Klärschlammmengen infolge des verschlechter- ten Absetzverhaltens, wie auch eine deutliche Verschlechterung der Klärschlammentwässerungsei- genschaften. Nach den hier vorliegenden Untersuchungsergebnissen kommt es als Folge

• der Elimination von Grob- und Faserstoffen als Stützmaterial und Gerüstbildner in Siebbandrechen oder Feinsiebrechenmaschinen • des hohen Schlammalters und der dementsprechend langen mechanischen Scherbeanspruchung der Schlammflocken während der Belüftung bei der Nitrifikation/Denitrifikation, • der Installation von (Flockungs-)Filtrations-Stufen mit/ohne Zugabe von Fällmitteln, Polymeren Flo- ckungsmitteln und Kohlenstoffträgern (z.B. Methanol) zur Nitrifikation/Denitrifikation und Filtration der Schwebstoffe aus der Nachklärung, • des in der Regel deutlich prozentual erhöhten Überschussschlammanteils z. B. infolge einer ver- kürzten Vorklärung oder Wegfall einer Vorklärung bei Betrieb einer zweistufigen AB-Anlage, • des Mischungsverhältnisses der verschiedenen Schlammarten Primärschlamm und Überschuss- schlamm, • einer verlängerten Aufenthaltszeit von Rohschlämmen im Vorklärbecken oder statischen Eindicker auf Grund der einsetzenden Vorversäuerung mit einer zusammenhängenden Flockenauflösung (Hydrolyse), • einer maschinellen Eindickung von Überschussschlämmen mit Zugabe von großen Mengen an Po- lymerem Flockungsmittel, • einer nicht ausreichenden Faulzeit oder eines sehr hohen organischen Anteils im Rohschlamm mit einem entsprechend hohen organischen Anteil im Überschussschlamm, • einer nicht optimierten Konditionierung oder unzureichenden Einmischung der Konditionierungsmit- tel vor Entwässerungs-Maschinen, • hoher Anteil an Fadenbakterien und EPS (Extrazelluläre-Polymere-Substanzen) im Schlamm und • häufigen Pumpvorgänge oder Umwälzungen von Faulbehältern mit hochdrehenden Kreiselpum- pen,

in der Regel bei der maschinellen Entwässerung zu einem geringeren Feststoffaustrag, einem erhöh- ten Verbrauch an Polymeren Flockungsmitteln und evtl. einer verminderten Durchsatzmenge.

Gutachten FS-Entwässerung_V2.docx

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Gutachten KW Beningsfeld Anlage 6 (cid:73)(cid:78)(cid:71)(cid:69)(cid:78)(cid:73)(cid:69)(cid:85)(cid:82)(cid:66)(cid:220)(cid:82)(cid:79)(cid:32)(cid:68)(cid:82)(cid:46)(cid:45)(cid:73)(cid:78)(cid:71)(cid:46)(cid:32)(cid:82)(cid:65)(cid:76)(cid:70)(cid:32)(cid:68)(cid:69)(cid:78)(cid:75)(cid:69)(cid:82)(cid:84)

Stadt Bergisch Gladbach, Systemauswahl Faulschlammentwässerung

Generell muss festgestellt und gegenseitig von den Maschinenlieferanten und Klärwerksbetreibern ak- zeptiert werden, dass die erhöhten Anforderungen an die Abwasserreinigung sowohl im kommunalen wie im industriellen Bereich zu deutlichen Veränderungen der Klärschlammzusammensetzung führt. Daher erscheint es notwendig, gegenseitige Wechselwirkungen aus Abwasserzusammensetzung und Verfahrenstechnik der Abwasserreinigung und Klärschlammbehandlung zur Minimierung der Auswir- kungen ganzheitlich von firmenneutralen Fachleuten bewerten zu lassen. Hieraus ergeben sich nach den vorliegenden Erfahrungen in der Regel Möglichkeiten zur Betriebsoptimierung und damit auch deutliche Einsparungen an Betriebskosten.

Im Hinblick auf die Betriebskosten für die Klärschlamm-Entwässerung und die Klärschlamm-Entsor- gung kommt daher sowohl der Bewertung der Klärschlamm-Eindick- und -Entwässerungseigenschaf- ten und Möglichkeiten für deren Optimierung als auch der Klärschlamm-Konditionierung zukünftig eine entscheidende Bedeutung zu.

3.Bewertung aus Abwasserreinigungs- und Klärschlammbehandlungs-Ver-

fahrenstechnik

Die Leistungsfähigkeit von Abwasserreinigung und Schlammbehandlung wird im entscheidenden Maße von den Klärschlammeigenschaften bestimmt. Nach den hier vorliegenden Untersuchungser- gebnissen sind auf Grund der zunehmenden Reinigungsanforderungen an die kommunale und indust- rielle Abwasserbehandlung mit den gesetzlich festgeschriebenen Reinigungszielen zur Stickstoff- und Phosphor-Elimination nachfolgende Einflussfaktoren auf die Schlammeigenschaften zu berücksichti- gen.

Nachfolgende Verfahrensstufen und Kenngrößen werden ganzheitlich bewertet:

• Eliminationsleistung BSB5, CSB, ges. N, ges P, abfiltrierbare Stoffe, • Rechen/Siebrechen, • Sandfang, • Fett- und Ölfang, • Verfahrenstechnik Biologie und Belüftungsart, • Verfahrenstechnik Filtrations- oder Flockungsfiltrationsanlage, • Schlammalter, • Schlammindex, • Phosphat-Fällmittelmenge und -art, • Beckenform, Räumersystem und Aufenthaltszeit in Vorklärung und Nachklärung, • Anzahl und Typ der Schlammpumpen, • Primärschlamm/Überschussschlamm/Faulschlamm-TS und -Glühverlust, • Art der Schlammbehandlung, aerobe oder anaerobe Verfahren, • Faulschlammtemperatur (mesophil/thermophil),

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Gutachten KW Beningsfeld Anlage 6 (cid:73)(cid:78)(cid:71)(cid:69)(cid:78)(cid:73)(cid:69)(cid:85)(cid:82)(cid:66)(cid:220)(cid:82)(cid:79)(cid:32)(cid:68)(cid:82)(cid:46)(cid:45)(cid:73)(cid:78)(cid:71)(cid:46)(cid:32)(cid:82)(cid:65)(cid:76)(cid:70)(cid:32)(cid:68)(cid:69)(cid:78)(cid:75)(cid:69)(cid:82)(cid:84)

Stadt Bergisch Gladbach, Systemauswahl Faulschlammentwässerung

• pH, organische Säuren, Gasmenge und Gaszusammensetzung, • Umwälzung Faulung/Eindicker/Vorlagebehälter

4.Eigene Labormesswerte zur Beurteilung der Klärschlamm-Eindick- und

Entwässerungseigenschaften

Eigene Labormesswerte zur Beurteilung der Klärschlamm-Eindick- und Entwässerungseigenschaften

Tabelle 33: CHEMISCHE-PHYSIKALISCHE KENNWERTE • Feststoff-/Trockensubstanzkonzentration TS an der abfiltrierten Probe (Zulauf/Zentrat/Filtrat maschi- nelle Verfahren) nach DIN 38414 S10 Beiblatt 1 - 5.05, (Papierfilter aschefrei, schnell filtrierend, Durch- flussdauer ca. 9 bis 10 Sekunden – früher Fachbegriff Schwarzbandfilter) oder Trockenrückstand an der nicht abfiltrierten Schlammprobe (Zulauf/Austrag maschinelle Verfahren) nach DIN 38414/ DIN EN 12880 S2 – 2.01, • organischer Anteil als Glühverlust GV, nach DIN EN 12879 S3 – 2.01; früher DIN 38409 H1-3 1.87 / DEV S 3; • Bestimmung des Sandanteils als salzsäureunlöslicher Anteil HCl-unlöslich in % von Glührückstand GR; gemessen als Feldmethode; • organische Säuren als Essigsäureäquivalent HAcäq, gemessen als Feldmethode über Titration; • Säurekapazität KS4,3, gemessen an der abfiltrierten Probe über Titration, in Anlehnung an DIN 38409 H7–1 – 5.79; • Basenkapazität KB8,2, gemessen an der abfiltrierten Probe über Titration, in Anlehnung an DIN 38409 H7–2 – 5.79; • pH-Wert, gemessen mit WTW Laborgerät; • Leitfähigkeit, gemessen mit WTW Laborgerät; • Phosphatkonzentration, photometrische Bestimmung mittels Küvettentest in Photometer CADAS 50; • Chloridgehalt, photometrische Bestimmung mittels Küvettentest in Photometer CADAS 50; • Wasserhärte, Calcium- und Magnesium-Konzentrationen, photometrische Bestimmung mittels Küvettentest in Photometer CADAS 50; • Redox-Potenzial, gemessen mit WTW Laborgerät; • Schwefelwasserstoff H2S, gemessen nach Betriebsanleitung Schwefelwasserstoffselektive Messkette H2S-245-85-S7, Fa. Ingold; • Viskosität, visuelle Beurteilung, qualitative Bewertung nach Erfahrungen; • Mikroskopisches Bild mit verschiedenen Einfärbungen zum Nachweis der Population, Fadenbakterien, EPS und lipophile Stoffe;

• Schwerflüchtige lipophile Stoffe, Fremdanalyse Fach-Labor, Bestimmung nach DIN 38409 H56 - 5.81 • Protein-Eiweißgehalt, Fremdanalyse Fach-Labor, Bestimmung von organischem Stickstoff an der abfil- trierten Probe nach DIN EN 25663 und Umrechnung

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Gutachten KW Beningsfeld Anlage 6 (cid:73)(cid:78)(cid:71)(cid:69)(cid:78)(cid:73)(cid:69)(cid:85)(cid:82)(cid:66)(cid:220)(cid:82)(cid:79)(cid:32)(cid:68)(cid:82)(cid:46)(cid:45)(cid:73)(cid:78)(cid:71)(cid:46)(cid:32)(cid:82)(cid:65)(cid:76)(cid:70)(cid:32)(cid:68)(cid:69)(cid:78)(cid:75)(cid:69)(cid:82)(cid:84)

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Tabelle 34: SEDIMENTATIONS- EINDICK- und ENTWÄSSERUNGS-KENNWERTE

• Laborschleuder LSA-TS IV

• Capillary Suction Time spez. CST=CST/TS / CST - Mess-Zylinder Durchm. 20 mm

• Spezielle Scher-, Sedimentations- und Flockungsversuche

• Messung des strömungsinduzierten Potentials (streaming current detection [SCD])

• Weitergehende Konditionierungsversuche mit Zuschlagstoffen

Tabelle 35: FESTIGKEITSEIGENSCHAFTEN VON ENTWÄSSERTEM KLÄRSCHLAMM

• Penetrometer-Tragfähigkeit mit Umrechnung in Flügelscherfestigkeit

Derzeit sind hier ca. 8.760 Datensätze von ca. 244 verschiedenen Klärwerken und Schlammarten (Stand 01.09.2016) ausgewertet. Sämtliche Kennwerte sind auch im DWA Merkblatt M 383 „Klär- schlammkennwerte“ (Oktober 2008) enthalten und ausführlich beschrieben.

Nach diesen Untersuchungen hat sich gezeigt, dass nachfolgende Faktoren bei der Schlammeindi- ckung und insbesondere bei der Klärschlammentwässerung einen entscheidenden Einfluss auf die Durchsatzmenge der Maschine, den Austrags-Feststoffgehalt und auch auf den pFM-Verbrauch ha- ben:

• organischer Feststoff-Anteil (bestimmt als Glühverlust aus der Analyse des Glührückstands), • Sandanteil (gemessen als salzsäure-unlöslicher Anteil aus der Analyse des Glührückstands), • Feinstanteile im Schlamm infolge der hohen Wasserbindungskräfte, • Anteil an Fadenbakterien (z.B. Microthrix parvicella) infolge der hydrophoben (wasserabstoßenden) Eigenschaften, • Anteil an EPS (Extrazelluläre-Polymere-Substanzen) infolge der schleimigen/viskosen Eigenschaf- ten, • Eiweiß-(Potein-)und Fettanteil und • Anteil der Überschussschlamm- an Gesamtschlamm-Menge.

Das Erreichen eines hohen Druckes im Schlammbett einer Entwässerungsmaschine, das für einen ho- hen Feststoff-Austrag erforderlich ist, wird signifikant von diesen Faktoren bestimmt . Dabei ist die ge- genseitige Beeinflussung zu berücksichtigen. So wird z.B. der Glühverlust im Rohschlamm entschei- dend vom Anteil Überschussschlamm im Rohschlamm und der Glühverlust im Faulschlamm im ent- scheidenden Maß vom Glühverlust des Rohschlammes beeinflusst.

Aufgrund des hier vorhandenen sehr großen ausgewerteten Datenmaterials der verschiedenen Schlammarten und maschinellen Verfahren werden beispielsweise mit Hilfe dieser betriebspraktischen Untersuchungen der Schlammeigenschaften in Abhängigkeit der variablen Maschinenparameter für sämtliche verschiedene Eindick- und Entwässerungsmaschinen gesicherte Vorhersagen für nachfol- gende leistungsrelevante Kenngrößen erstellt:

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Gutachten KW Beningsfeld Anlage 6 (cid:73)(cid:78)(cid:71)(cid:69)(cid:78)(cid:73)(cid:69)(cid:85)(cid:82)(cid:66)(cid:220)(cid:82)(cid:79)(cid:32)(cid:68)(cid:82)(cid:46)(cid:45)(cid:73)(cid:78)(cid:71)(cid:46)(cid:32)(cid:82)(cid:65)(cid:76)(cid:70)(cid:32)(cid:68)(cid:69)(cid:78)(cid:75)(cid:69)(cid:82)(cid:84)

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• Austrags-Feststoffgehalt, • polymerer Flockungsmittel-Verbrauch, • Abscheidegrad, • Durchsatzleistung mit scale-up Faktoren.

Nach den hier vorliegenden langjährigen Erfahrungen werden bei optimaler Verfahrenstechnik im Um- feld der Entwässerungs-Maschine (z.B. Pumpen-Art und –Größe, pFM-Aufbereitung) und optimaler Maschineneinstellung (z.B. Durchsatzmenge Schlamm, Dosiermenge, Einmischenergie und Lösungs- konzentration Flockungsmittel) der Austrags-Feststoffgehalt im Bereich von +/- 1 % TR prognostiziert. Unter diesen Voraussetzungen und unter Berücksichtigung des erforderlichen Abscheidegrades von größer 98 % wird der polymere Flockungsmittel-Verbrauch im Bereich von +/- 1 kg/tTR vorhergesagt. Diese Genauigkeit wird erreicht, wenn die gesamte Verfahrenstechnik der Abwasserreinigung und Schlammbehandlung sowie die Rohabwasserbeschaffenheit und deren industrielle Beeinflussung be- kannt ist und die leistungsrelevanten Kenngrößen in die hier entwickelte Bewertungsmatrix der Ein- flussfaktoren auf die Schlammentwässerungseigenschaften eingeht.

Nach dieser Untersuchungsmethodik der verschiedenen Schlammkennwerte werden die Schlammei- genschaften ermittelt und damit ein Nachweis erbracht werden, ob eventuell Betriebsprobleme auf- grund der Klärschlammeigenschaften oder des verfahrenstechnischen Umfeldes der Entwässerungs- anlage (pFM-Anlage, Pumpen usw.) oder der gesamten Abwasserreinigung und Schlammbehandlung begründet sind.

Die verschiedenen Schlammkennwerte werden nachfolgend im Vergleich zu hier vorliegenden Erfah- rungen allgemein bewertet. Entsprechend der Aufgabenstellung werden teilweise nur ausgewählte Kennwerte bestimmt.

• Feststoffgehalt TS an der abfiltrierten Schlammprobe Der Feststoffgehalt der Schlammproben spiegelt das Sedimentations- und Eindickverhalten in Ab- hängigkeit der Aufenthaltszeit in den einzelnen Schlammbehandlungsstufen wieder.

• Organischer Anteil als Glühverlust GV Der Glühverlust [(GV = 100 – GR) in %] ist annähernd ein Maß für den organischen Anteil der Fest- stoffe. Der Glührückstand wird jedoch insbesondere vom Salzgehalt (z.B. aus den Phosphat-Fäll- mitteln) und Sandanteil im Schlamm beeinflusst. Diese wirken sich auf den prozentualen organi- schen Feststoffanteil (Analysewert des Glühverlustes) aus. Hierbei ist außerdem zu berücksichti- gen, dass es leicht, schwer und nicht abbaubare organische Bestandteile im Klärschlamm gibt. Da organische Stoffe normalerweise schlechter entwässerbar sind als anorganische Stoffe ist der GV ein wichtiges Merkmal. Organische Stoffe haben eine geringere Dichte, eine höhere Kompressibili- tät, eine höhere Oberflächenladung und binden Wasser stärker. Deshalb verschlechtert sich bei steigendem GV üblicherweise das Entwässerungsergebnis. Allerdings hängt dieses auch entschei- dend davon ab, woraus die organischen Stoffe bestehen (unterschiedliches Wasserbindevermögen

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Gutachten KW Beningsfeld Anlage 6 (cid:73)(cid:78)(cid:71)(cid:69)(cid:78)(cid:73)(cid:69)(cid:85)(cid:82)(cid:66)(cid:220)(cid:82)(cid:79)(cid:32)(cid:68)(cid:82)(cid:46)(cid:45)(cid:73)(cid:78)(cid:71)(cid:46)(cid:32)(cid:82)(cid:65)(cid:76)(cid:70)(cid:32)(cid:68)(cid:69)(cid:78)(cid:75)(cid:69)(cid:82)(cid:84)

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z. B. von Fasern, Fetten, EPS). Der Glühverlust stabilisierter Schlämme ist sowohl vom Glühverlust der Rohschlämme als auch vom Abbaugrad der Stabilisierung abhängig. Der Glühverlust allein er- laubt keine zuverlässige Prognose des Entwässerungsergebnisses.

Abb. 25: Abhängigkeit zwischen Glühverlust und Austrags-Feststoffgehalt Entwässerungsmaschine [Labordaten Ingenieurbüro Dr.Denkert]

• Bestimmung des Sandanteils als salzsäureunlöslicher Anteil HCl-unlöslich in % von Glüh- rückstand GR Zur quantitativen Beurteilung der Sandmengen innerhalb der Abwasserreinigung und Klärschlamm- behandlung werden Stichproben der einzelnen Teilströme untersucht. Hierbei wird zunächst der Feststoffgehalt und anschließend der Glührückstand als Maß für den mineralischen Anteil im Muffel- ofen ermittelt. Von dieser Probe wird dann eine spezielle Untersuchung des salzsäureunlöslichen Anteils bestimmt. Nach dieser Untersuchungsmethodik wird davon ausgegangen, dass der Rück- stand der mit Salzsäure behandelten Probe und anschließendem Glühen im Muffelofen der minera- lische Sandanteil ist. Diese qualitative Untersuchung ermöglicht keine detaillierte Bestimmung der Herkunft oder Spezifikation des mineralischen Anteils. Hierzu müsste eine Röntgen-Fluoreszens- Analyse (RFA) durchgeführt werden.

Der salzsäureunlösliche Anteil ist bei der Auswertung auf den Glührückstand bezogen und gilt als Maß für den Sandanteil im Schlamm. Der Wert ist u. a. in Abhängigkeit des Sandfanges zu bewer- ten und hat entsprechende Auswirkungen auf die Eindick- Entwässerungseigenschaften. Ein verrin- gerter Sandanteil verschlechtert infolge der fehlenden Drainagewirkung das Entwässerungsverhal- ten und kann damit zu einer Erhöhung des Flockungsmittelverbrauchs und einer Verminderung des Austrags-Feststoffgehalts führen, da die schlammbeschwerenden Anteile fehlen. Bei einem gerin- gen Sandanteil ist auch mit einem geringen Verschleiß an Maschinen und Pumpen zu rechnen. Für

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Gutachten KW Beningsfeld Anlage 6 (cid:73)(cid:78)(cid:71)(cid:69)(cid:78)(cid:73)(cid:69)(cid:85)(cid:82)(cid:66)(cid:220)(cid:82)(cid:79)(cid:32)(cid:68)(cid:82)(cid:46)(cid:45)(cid:73)(cid:78)(cid:71)(cid:46)(cid:32)(cid:82)(cid:65)(cid:76)(cid:70)(cid:32)(cid:68)(cid:69)(cid:78)(cid:75)(cid:69)(cid:82)(cid:84)

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die Beurteilung der Einflussfaktoren ist die Teilchengrößenverteilung der Sandanteile von entschei- dender Bedeutung.

• Organische Säuren als Essigsäureäquivalent HAcäq, gemessen als Feldmethode über Titra- tion Die organischen Säuren dienen als Maß für den Stabilisierungs- und Hydrolysezustand des Schlammes und deren Einfluss auf den Feinstanteil und die Wasserbindungskräfte. Bei einem sehr hohen Anteil an organischen Säuren ist infolge der eingesetzten Hydrolyse mit einer Auflösung des Flockenverbandes und entsprechender Erhöhung der Feinstanteile im Schlamm zu rechnen. Die Ergebnisse sind nicht vergleichbar mit den Untersuchungsergebnissen nach DIN DIN-38414, da mit der DIN-Methode nur die wasserdampfflüchtigen, organischen Säuren erfasst werden.

• Säurekapazität K , gemessen über Titration, an der abfiltrierten Probe S4,3 Die Säurekapazität als Maß für das Säure-Puffervermögen und damit für den Stabilisierungszu- stand ist in Abhängigkeit des Eindickgrades des Schlammes, des pH-Wertes, der Leitfähigkeit und der Wasserhärte zu bewerten. Eine zu geringe Säurekapazität im Belebungsbecken kann zu einer maßgeblichen Absenkung des pH-Wertes während der Nitrifikationsphase im Belebungsbecken führen, mit den entsprechenden Auswirkungen auf die biologischen Abbauvorgänge.

• Basenkapazität K , gemessen über Titration, an der abfiltrierten Probe B8,2 Die Basenkapazität als Maß für das Basen-Puffervermögen ist in Abhängigkeit des Eindickgrades des Schlammes, des pH-Wertes, der Leitfähigkeit, der Säurekapazität und der Wasserhärte zu be- werten. Dieser Parameter beschreibt den freien Kohlensäure-Anteil im Schlamm mit den entspre- chenden Auswirkungen z. B. auf die Schädigung von Beton-Bauwerken. Der freie Kohlensäureanteil im in der filtrierten Belebtschlamm-Probe sollte den Wert BK > 0,5 8,2 mmol nicht überschreiten, da die Kohlensäure sich ansonsten voraussichtlich hemmend oder selek- tierend auf die Besiedlung der Belebtschlammflocke auswirken kann.

• Kalk-Kohlensäure-Gleichgewicht Durch das Verhältnis Basenkapazität (freie Kohlensäure) zu Säurekapazität (gebundene Kohlen- säure) kann bestimmt werden, ob sich ein Schlamm oder Wasser im Kalk-Kohlensäure-Gleichge- wicht befindet. In jedem Fall sollte sich die Biomasse in der Belebungsstufe im Kalk-Kohlensäure- Gleichgewicht befinden, um optimale Milieuzustände zur Vermeidung/Verminderung einer massen- haften Entwicklung von Fadenbakterien im Belebungsbecken zu erreichen. Wenn dieses Kalk-Koh- lensäure-Gleichgewicht im Belebungsbecken nicht vorhanden ist, kann es als Folge der Rohabwas- serzusammensetzung und der Abbauvorgänge durch die zunehmende Versäuerung der Milieube- dingungen auf Grund einer Akkumulierung freier kalkaggressiver Kohlensäure zu negativen Auswir- kungen kommen. Ein kalkaggressives Milieu kann die Flockenstruktur durch Lösung des Calci- umcarbonats CaCO destabilisieren. Nach Fachliteratur ist es möglich, dass infolge eines CaCO - 3 3

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Gutachten KW Beningsfeld Anlage 6 (cid:73)(cid:78)(cid:71)(cid:69)(cid:78)(cid:73)(cid:69)(cid:85)(cid:82)(cid:66)(cid:220)(cid:82)(cid:79)(cid:32)(cid:68)(cid:82)(cid:46)(cid:45)(cid:73)(cid:78)(cid:71)(cid:46)(cid:32)(cid:82)(cid:65)(cid:76)(cid:70)(cid:32)(cid:68)(cid:69)(cid:78)(cid:75)(cid:69)(cid:82)(cid:84)

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Mangels die Flockenstruktur des Belebtschlammes zusammenbricht und sich die Absetzeigenschaf- ten verschlechtern. Des Weiteren können durch dieses Milieu die Lebensbedingungen in der Bio- zönose negativ verändert werden. Ein Calcium-Mangel im Biofilm kann unter Umständen besondere Wachstumsvorteile für fadenförmige Mikroorganismen bieten.

Zur Bewertung der Milieubedingungen in der Belebungsstufe wird das Verhältnis Säurekapazität zu Basenkapazität betrachtet. Hierfür werden die Analysen jeweils an der filtrierten Probe und an der unfiltrierten Gesamtprobe (inklusive Schlammflocken) durchgeführt, um ebenfalls die freie und ge- bundene Kohlensäure in der Schlammflocke zu berücksichtigen. Die Differenz zwischen dem abfil- trierten SK-Wert und dem nicht abfiltrierten SK-Wert ermöglichlicht eine Aussage über einen Kreide- bzw. Kalkpuffer, der sich in der Schlammflocke angereichert hat.

Eine Abscheidung von CaCO hat wahrscheinlich eher positiven Auswirkungen auf das Entwässe- 3 rungsverhalten; bei verstärkter CaCO -Ausfällung aus dem Schlamm Zulauf Entwässerungsma- 3 schine sind die Rohrleitungen, sowie die Maschine regelmäßig auf Ablagerungen zu überprüfen und ggf. geeignete Gegenmaßnahmen vorzusehen;

• Messungen pH-Wert, Redox-Potenzials, Schwefelwasserstoff-Konzentration, elektrische Leit- fähigkeit und Beurteilung Farbe pH-Wert, Redox-Potenzial (bei Bedarf) und Schwefelwasserstoff-Konzentration (bei Bedarf) werden als Maß für die Schlammzusammensetzung und den Stabilisierungsgrad in Abhängigkeit der Ab- wasserzusammensetzung, der Phosphat-Fällmittelzugabe bei der Abwasserreinigung, der Schlammlagerungsdauer und des Eindickgrades bewertet. Die elektrische Leitfähigkeit als Maß für den Salzgehalt ist in Abhängigkeit der Abwasserzusam- mensetzung, der Phosphat-Fällmittelzugabe bei der Abwasserreinigung und des Eindickgrades des Schlammes zu bewerten. Bei Faulschlämmen ist die Leitfähigkeit ebenfalls ein Hinweis auf die Höhe der Stickstoff-Rückbelastung. Anhand der Farbe und des Geruchs können Einflüsse aus der Lagerungszeit und deren Auswirkun- gen auf die Eindick- und Entwässerungseigenschaften festgestellt werden.

• Viskosität Die Viskosität des Schlammes hat einen signifikanten Einfluss auf die Eindick- und Entwässerungs- eigenschaften und insbesondere auch auf die Wirksamkeit des Flockungsmittels und deren optima- ler Einbringung in den Schlamm. Die Viskosität wird signifikant von der Schlamm-Vorbehandlung bestimmt. Eine maschinelle Überschussschlamm-Eindickung z.B. mit einer Zentrifuge ohne Zugabe von pFM oder eines Bandeindickers mit Zugabe von FM erhöht deutlich die Viskosität. Es wird hier eine qualitative Bewertung der Viskosität vorgenommen.

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Gutachten KW Beningsfeld Anlage 6 (cid:73)(cid:78)(cid:71)(cid:69)(cid:78)(cid:73)(cid:69)(cid:85)(cid:82)(cid:66)(cid:220)(cid:82)(cid:79)(cid:32)(cid:68)(cid:82)(cid:46)(cid:45)(cid:73)(cid:78)(cid:71)(cid:46)(cid:32)(cid:82)(cid:65)(cid:76)(cid:70)(cid:32)(cid:68)(cid:69)(cid:78)(cid:75)(cid:69)(cid:82)(cid:84)

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• Laborschleuder mit verschiedenen Drehzahlen mit Zugabe Standard-Flockungshilfs-mittel Die Laborschleuder-Ergebnisse sind ein Maß für das Sedimentations- und Kompressionsverhaltens der Schlämme und damit für das Eindick- und Entwässerungsverhalten. Nach der hier entwickelten Untersuchungsmethodik wird die Laborschleuder mit 80 ml Gläsern bei verschiedenen Drehzahlen für jeweils 3 Minuten betrieben. Die Schlammprobe wird mit verschiedenen pFM-Mengen und -Arten vorkonditioniert. Bezogen auf die Feststofffracht im Laborschleuderglas wird das spezifische La- borschleudervolumen als Erwartung für den Austrags-Feststoffgehalt (Laborschleuder-Austrag/ LSA) berechnet. Der elektro-optisch gemessene Lichtwert im Überstand der Laborschleuder bei Zu- gabe verschiedener Mengen an Flockungsmittel ist ein Maß die Zentrat-/Filtrat-Rückbelastung und damit für den Feinstanteil im Schlamm und den Bedarf an pFM in Abhängigkeit der gewünschten Abscheideleistung für verschiedene Maschinentypen. Als Standard-pFM wurde bis Dezember 2006 Ciba Z 66 bzw. Z7566 – Festprodukt verwendet, seit Januar 2007 Ciba Z 8140 - Festprodukt.

Auf Basis der grafischen Auswertung einer Drehzahl bei optimaler pFM-Dosiermenge und der lang- jährigen Erfahrungen werden die Maschinentypen Kammerfilterpresse, Membranfilterpresse, Band- filterpresse, Schneckenpresse, Schlauchfilterpresse, Zentrifuge und Hochleistungszentrifuge im Hinblick auf die zu erwartende Austrags-Feststoffkonzentration bewertet. Entsprechend der unter- schiedlichen mechanischen Belastungen in den verschiedenen Maschinentypen (Zentrifugations- oder Filtrationsverfahren) wird über die Bewertung der Überstands-Trübe die optimale spezifische polymere Flockungsmittel-Menge ermittelt.

Die Untersuchungen in der Laborschleuder werden auch zum Nachweis von Veränderungen des Sedimentations- und Kompressionsverhalten nach Aufbringen einer hohen Scherenergie zur Simu-

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Gutachten KW Beningsfeld Anlage 6 (cid:73)(cid:78)(cid:71)(cid:69)(cid:78)(cid:73)(cid:69)(cid:85)(cid:82)(cid:66)(cid:220)(cid:82)(cid:79)(cid:32)(cid:68)(cid:82)(cid:46)(cid:45)(cid:73)(cid:78)(cid:71)(cid:46)(cid:32)(cid:82)(cid:65)(cid:76)(cid:70)(cid:32)(cid:68)(cid:69)(cid:78)(cid:75)(cid:69)(cid:82)(cid:84)

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lation einer optimalen Einmischung pFM oder einer hohen Beanspruchung in einer Hochleistungs- zentrifuge, sowie unter Berücksichtigung verschiedener Konditionierungsverfahren z.B. mit Kalk oder Eisen-Fällmittel eingesetzt.

• CST-Messung (Zylinder 20 mm) in der Schlammprobe ohne Flockungsmittel zur Beurteilung der Filtrierbarkeit und der Feinstanteile im Schlamm CST-Messgerät: Der feststoffbezogene spezifische CST – Wert gilt nach der hiesigen Aus- 234,5 sec

wertungsmethodik als Maß für den Feinstanteil und dessen Einfluss auf Zeitmessung

den polymeren Flockungsmittelverbrauch, den zu erreichenden Feststoff- austrag und die Durchsatzmenge. Stoppkontakt

Startkontakt

Mess-Zylindr 20° mm • Lipophile Stoffe Der Analysenwert der lipophilen Stoffe, der die Menge der emulgierten, Schlamm Filterpapier suspendierten und der kolloidal oder gelösten Fettanteile einer Probe an- gibt, kann das Sauerstoffaufnahmevermögen eines Belebtschlammes Grundprinzip eines CST-Meßgerätes CST/11.94 und dessen Einfluss auf die Schlammeigenschaften, sowie der Fettanteil der organischen Masse direkt das Eindick- und Entwässerungsverhalten von Schlämmen entscheidend beeinflussen. Es wird der spez. Fettgehalt bezogen auf den organischen Feststoffgehalt bewertet.

• Protein-/Eiweißgehalt Der Protein- oder Eiweißanteil im Schlamm kann prinzipiell durch proteinhaltige Abwasserinhalts- stoffe oder über den Biomassenzuwachs der aeroben und anaeroben Mikroorganismen mit der Bil- dung von hochmolekularen, stark wasserbindenden Substanzen eingetragen werden. Diese Sub- stanzen lagern sich außerhalb der Bakterienzelle an und werden deshalb als extrazelluläre-poly- mere oder exopolymere Substanzen (EPS) bezeichnet. Exopolymere Substanzen bestehen haupt- sächlich aus verschiedenen langkettigen Polysaccharid- (Kohlenhydrat-) und Protein- (Eiweiß-) Ver- bindungen. Ein Hauptmerkmal der meisten hochmolekularen Verbindungen ist jedoch die Bildung eines dreidimensionales Netzwerkes, das in der Lage ist, große Mengen Wasser in den Zwischen- räumen einzulagern. Hierdurch entstehen signifikante Einflüsse auf die Klärschlammeigenschaften mit deren Auswirkungen auf die Leistungsfähigkeit und Wirtschaftlichkeit der Maschinen. Der Analy- senwert wird aus der an der abfiltrierten Probe ermittelten organischen Stickstoffkonzentration um- gerechnet.

• Chloridgehalt Es wurde beobachtet, dass sich bei sehr hohen Chloridkonzentrationen (Streusalze, Fällmittel, In- dustrieeinleiter) das Entwässerungsverhalten eines Schlammes negativ verändert, da Chloride Wasser binden und sich die dynamische Viskosität des Wassers verändert. Bei verschiedenen Ver- suchen hat sich gezeigt, dass dieser Einfluss im Austrags-Feststoffgehalt einer Entwässerungsma- schine 2-3% TR ausmachen kann. Der Einfluss sollte im Jahresgang betrachtet werden. Die Chlo- ridkonzentration kann vereinfacht auch durch die elektrische Leitfähigkeit erfasst werden.

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Gutachten KW Beningsfeld Anlage 6 (cid:73)(cid:78)(cid:71)(cid:69)(cid:78)(cid:73)(cid:69)(cid:85)(cid:82)(cid:66)(cid:220)(cid:82)(cid:79)(cid:32)(cid:68)(cid:82)(cid:46)(cid:45)(cid:73)(cid:78)(cid:71)(cid:46)(cid:32)(cid:82)(cid:65)(cid:76)(cid:70)(cid:32)(cid:68)(cid:69)(cid:78)(cid:75)(cid:69)(cid:82)(cid:84)

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• Einwertige Kationen (Ca/Na-Verhältnis) Aufgrund der Möglichkeit, über Brücken aus Biopolymeren eine Verbindung der negativ geladenen Bakterienoberflächen herzustellen, haben die extrazellulären polymeren Substanzen (EPS) eine sehr wichtige Funktion als Bestandteil der Belebtschlammflocken. In Abhängigkeit der Abwasserzu- sammensetzung und der Zugabe weiterer Hilfsstoffe sind in der EPS verschiedene Kationen enthal- ten, sodass die negativ Enden/ Randbereiche der EPS mit den negativ geladenen Oberflächen der Bakterien über Kationenbrücken verbunden werden. Die Neigung der Kationen zur Brückenbildung ist abhängig von der ionischen Ladung und der Größe der Hydrathülle. Daher werden die stabilsten Brücken durch zwei- und dreiwertige Kationen (Ca, Mg, Al, Fe) gebildet. Im Abwasser und damit im Belebtschlamm und in den Belebtschlammflocken sind jedoch auch einwertige Kationen (Na, K) vorhanden. Insgesamt führt eine hohe Konzentration an einwertigen Kationen zu einer vermehrten Verdrängung von zweiwertigen Kationen durch Ionentausch und nachfolgend zu Flockenzerfall.

Kationen im Belebtschlamm:

• Calcium, Magnesium zweiwertig natürliches Bestandteil des Trinkwassers:
• Natrium einwertig Abwasserbestandteil aus Waschmittel, Streusalz Fischverarbeitung, Brauereien, Deponien
• Kalium einwertig Abwasserbestandteil aus Deponien

Natrium ist der schlechteste Flockenbildner, weil es nur einwertig geladen ist, klein ist und die dickste Hydrathülle hat. Bezüglich der Flockulationskraft der Kationen ergibt sich folgende Reihen- folge: Ca2+ > Mg2+ > K+ > Na+

Nach hier aktuell vorliegenden Literaturquellen (Deutscher Inhaltsauszug von: Monovalent cations and their influence on activates sludge floc chemistry , structure and physical characteristics von Kara, F. et. al; Biotechnoloy and Bioengineering Volume 100, No. 2, June 1, 2008; übersetzt von K. Sölter, Bioserve GmbH) kann daher eine hohe Natriumkonzentration (einwertige Ionen) im Abwas- ser und damit im Belebungsbecken zu einer Destabilisierung der Belebtschlammflocken bis hin zum Flockenzerfall bzw. einer Behinderung der Flockenbildung führen. Gleichzeitig wird die EPS- Produktion signifikant erhöht, die Absetzgeschwindigkeit der Flocken vermindert, der ISV unabhän- gig von der Fadenbakterienentwicklung erhöht und das Entwässerungsverhalten signifikant ver- schlechtert. Wichtig hierbei ist das Verhältnis zwei- bzw. mehrwertiger zu einwertiger Ionen. Daher werden zumindest die Calcium- und Natriumkonzentration bestimmt und das Verhältnis von Calcium (zweiwertige Ionen mit sehr guten Auswirkungen auf die Flockenbildung) zu Natrium (ein- wertige Ionen mit schlechten Auswirkungen auf die Flockenbildung) berechnet. Ab einem Verhält- niswert < 0,6 ist von deutlichen, negativen Auswirkungen auf die Belebtschlammflockenstabilität auszugehen.

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Gutachten KW Beningsfeld Anlage 6 (cid:73)(cid:78)(cid:71)(cid:69)(cid:78)(cid:73)(cid:69)(cid:85)(cid:82)(cid:66)(cid:220)(cid:82)(cid:79)(cid:32)(cid:68)(cid:82)(cid:46)(cid:45)(cid:73)(cid:78)(cid:71)(cid:46)(cid:32)(cid:82)(cid:65)(cid:76)(cid:70)(cid:32)(cid:68)(cid:69)(cid:78)(cid:75)(cid:69)(cid:82)(cid:84)

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• Schlammindex Über den Zusammenhang zwischen dem ISV und dem erreichbaren Entwässerungsergebnis bzw. dem erforderlichen FM-Bedarf gibt es kaum Veröffentlichungen. Der ISV wird als Kenngröße für das Absetzverhalten von belebten Schlämmen genutzt. Für die Entwässerung von aerob stabilisierten Überschussschlämmen sollte der Parameter daher stets als Entwässerungskennwert dokumentiert werden. Ein hoher Schlammindex ISV (> 150 ml/g) ist aber auch ein Indiz für viele fadenförmige Mikroorganismen im belebtem Schlamm. Als Folge kann das Sedimentationsverhalten und somit das Eindick- und Entwässerungsverhalten aerob stabilisierter Schlämme beeinträchtigt sein. Ist hin- gegen der ISV sehr gering (< 90 ml/g) und werden vermehrt Trübstoffe im Ablauf der Nachklärung beobachtet, kann dies ein Indiz für ein gestörtes Kalk-Kohlensäure-Gleichgewicht sein. Dadurch kann die Flockenstruktur und die Entwässerbarkeit infolge des hohen Suspensaanteils beeinträch- tigt werden.

• SCD-Messung Bei der Klärschlammkonditionierung wird durch die Zugabe von Konditionierungsmitteln ein zweistu- figer, nicht trennbarer Prozess erwirkt. In einem ersten Schritt, der Koagulation, wird eine Destabili- sierung der Suspension herbeigeführt. Nach dem Ladungsausgleich kommt es zur Flockulation, d. h. durch Vernetzung bzw. Brückenbildung kommt es zur Makroflockenbildung. Die Destabilisierung entspricht somit der Verminderung der Oberflächenladung und der elektrostatischen Abstoßungs- kräfte. Das Zetapotenzial wird als Hilfsgröße zur Bestimmung des Konditionierungsmittelbedarfes herangezogen. Eine Alternative zur Bestimmung des Zetapotenzials ist die Messung des Strö- mungspotenzials.

Ein Messsystem zur Bestimmung der Ladungsverteilung ist die Messung des Strömungspotenzials. Die Messung erfolgt nach dem Prinzip des „streaming current detection“ (SCD), der Methode des strömungsinduzierten Potenzials. Wird in einer bestimmten Schlammmenge eine definierte Menge von kationischem Polymer eingetragen, verändert sich die Oberflächenladung des Systems. Aus der Titrationskurve aufgetragen als Streaming-Current-Einheiten (SCU) gegen den Polymerver- brauch, bezogen auf kg/tTS, können die Wirksamkeit eines Polymertyps, eine Abschätzung des Po- lymerbedarfs und wichtige Aussagen zur Flockenstabilität gewonnen werden. Für jeden Schlamm sind der Anstieg der Titrationskurve und der weitere Verlauf charakteristisch. Zur Charakterisierung eines Schlammes wird daher der Startwert und der spez. FM-Verbrauch bis zum Nulldurchgang dokumentiert. Hierfür wird das Messgerät auf reines Wasser (Umkehr-Osmose) geeicht und auf einen Wert von – 60 SCU voreingestellt.

Es wird darauf hingewiesen, dass es sich um einen Laborversuch handelt, der hinsichtlich des erfor- derlichen spez. pFM-Verbrauchs nicht direkt auf den großtechnischen Betriebseinsatz zu übertra- gen ist. Es können Veränderungen der Schlammeigenschaften bei Einsatz des gleichen polymeren Flockungsmittels oder die Wirkung unterschiedlicher pFM-Produkte bei der gleichen Schlammprobe qualitativ bewertet werden.

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Gutachten KW Beningsfeld Anlage 6 (cid:73)(cid:78)(cid:71)(cid:69)(cid:78)(cid:73)(cid:69)(cid:85)(cid:82)(cid:66)(cid:220)(cid:82)(cid:79)(cid:32)(cid:68)(cid:82)(cid:46)(cid:45)(cid:73)(cid:78)(cid:71)(cid:46)(cid:32)(cid:82)(cid:65)(cid:76)(cid:70)(cid:32)(cid:68)(cid:69)(cid:78)(cid:75)(cid:69)(cid:82)(cid:84)

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• Mikroskopuntersuchungen Von den Schlammproben werden Mikroskopuntersuchungen in verschiedenen Vergrößerungsfakto- ren durchgeführt und z. T. Farb-Mikroskopaufnahmen angefertigt.

• Kristallviolett-Färbung, zum Nachweis der Gesamtfädigkeit; • Gram-Färbung, zur Identifikation einzelner Fadenbakterien-Spezies; • Neisser-Färbung, zur Identifikation einzelner Fadenbakterien-Spezies; • Bestimmung von extrazellulären Polymeren Substanzen (EPS) mittels Standard Graph Tusche schwarz bzw. Ruthenium-Rot.

Für ausgewählte Proben können auch Schwefel-Einfärbungen oder weitere Färbemethode ange- wendet werden. Die Bestimmung der verschiedenen Fadenorganismen erfolgte gemäß den Bestim- mungsschlüssel nach D. H. Eikelboom „Handbuch für die mikroskopische Schlammuntersuchung“, 1999. Der Nachweis an EPS und die Bestimmung der Gesamtfädigkeit wird nach Knoop, S. „Unter- suchungen zum Vorkommen von Microthrix parvicella in Kläranlagen mit Nährstoffelimination“,1997 durchgeführt.

Tabelle 36: Bewertung mikroskopisches Bild nach Knoop

Die Mikroskopie-Untersuchungen dienen zur Bewertung der Flockenstruktur, der Fädigkeit und der weiteren Schlamminhaltsstoffe.

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• Erstellung von polymeren Flockungsmittel (pFM)-Bewertungskurven Für den hier entwickelten Laborversuch zum Nachweis der pFM-Lösungskonzentration wird vor Ort eine Probe der pFM-Dosierlösung entnommen und direkt leistungsrelevante Kennwerte gemessen. Zusätzlich wird eine Probe der pFM-Handelsware und des pFM-Ansatzwassers (Brauchwasser, Brunnenwasser oder Trinkwasser) abgefüllt, von denen ebenfalls direkt die Kennwerte bestimmt werden.

Im Labor erfolgte mit dem Ansatzwasser des Klärwerks oder mit Labor-Trinkwasser und der pFM- Handelsware der Ansatz verschiedener pFM-Lösungen mit unterschiedlicher Lösungskonzentration. Hierzu wurde ein standardisiertes Verfahren entwickelt, nach dem jeweils ein Liter pFM-Lösung auf- bereitet wird. Die Mindest-Reifezeit der pFM-Lösung beträgt 45 Minuten, während der die Lösung kontinuierlich mit einem Flügelrührer bei definierter Drehzahl abhängig von der Lösungskonzentra- tion durchmischt wird.

Die besonderen Kennwerte der verschiedenen Ansatzlösungen sind proportional zur verwendeten Lösungskonzentration und werden in der Grafik als Bewertungskurve dargestellt. Im Vergleich zur Differenz-Messung des vor Ort aufbereiteten Produktes kann beurteilt werden, ob das pFM-Produkt wie vorgesehen aufbereitet wird, ob die Durchmischung oder die Reifezeit der pFM-Anlage nicht ausreicht oder ob es zu Mehr- oder Minderdosierungen durch die pFM-Aufbereitung gekommen ist.

Der Vergleich mehrerer Bewertungskurven eines Produktes machen Aussagen zur Veränderung des Produktes (z. B. durch Alterung oder Zusätze) möglich. Hierbei sind Standardabweichungen der Messungen und Aufbereitung im Labor zu berücksichtigen.

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1. Grundlagen der verschiedenen Entwässerungssysteme

Nachfolgendes ist teilweise wörtlich zitiert aus Vortragsmanuskript Dr. Denkert „Einflüsse und Reale Leistungsbereiche der Klärschlamm-Entwässerung“, 8. DWA Klärschlammtage, Juli 2013 in Fulda und aus DWA Merkblatt M 366 „Maschinelle Schlammentwässerung“, Februar 2013 (Bearbeitung durch DWA AG KEK 2.4 Eindickung und Entwässerung – Sprecher Dr. Denkert).

Die verschiedenen Verfahren der Klärschlammentwässerung und deren Leistungsfähigkeit und Wirt- schaftlichkeit sind im DWA Merkblatt M 366 „Maschinelle Schlammentwässerung“ Februar 2013 aktua- lisiert. Das Merkblatt ist unter dem Gesichtspunkt des aktuellen Standes der Technik, der relevanten Gesetzgebung und der notwendigen betrieblichen Erfordernisse erarbeitet. Hiermit soll eine praxisbe- zogene Orientierungshilfe gegeben werden. Das DWA-Merkblatt richtet sich vor allem an den Praktiker auf der Kläranlage sowie an planende und ausführende Ingenieure und Techniker.

Die Grundlagen der Klärschlammentwässerung, neue Begriffe und Symbole sowie die Klärschlamm- konditionierung und sämtliche Entwässerungsmaschinensysteme sind im Merkblatt M 366 ausführlich erläutert. Nachfolgend werden der Gliederungspunkt Erfahrungen und Hinweise und Betriebsergeb- nisse und Strombedarf auszugsweise (teilweise wörtlich übernommen) dargestellt.

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Tabelle 37: Leistungsdaten verschiedener Entwässerungsmaschinen (DWA M 366)

1. TR im Zulauf zwischen 2 % und 7 %

2. Abhängig von Zugabemengen von Kalk und Eisen

3. Membranfilterpressen erreichen im Vergleich zu Kammerfilterpresse bei optimaler Betriebsweise und Konditionierung einen um 2 - 4 % höheren TR im Austrag; der Stromverbrauch von Membranfilterpressen ist etwas höher als der von Kammerfilterpressen

4. Stromverbrauch der Maschine bezogen auf Schlammdurchsatz bzw. Feststofffracht ohne Konditionierungsmittelmenge

5. Stromverbrauch wie 4), aber einschließlich des Stromverbrauchs der Beschickungspumpe und Konditionierungsanlage

6. Flockungsmittelverbrauch von Schlauchfilterpressen

7. Stromverbrauch von Membranfilterpressen

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1.1 Kammerfilterpressen/ Membranfilterpressen

Abb. 26: Membranfilterpresse in Brückenholmausführung (Quelle: Emschergenossenschaft/ Lippeverband)

Tabelle 38: Kenndaten von Kammer- und Membran-Filterpressen

1. Membranfilterpressen haben wegen zusätzlich erforderlicher Aggregate eine höhere Anschlussleistung.

Filterpressen werden in Kammerfilterpressen und Membranfilterpressen unterschieden. Zur Bemes- sung und vergleichenden Bewertung dienen der auf die Filterfläche bezogene hydraulische Durchsatz in (m³/h)/ m² und der Feststoffdurchsatz in (kgTM/h)/m², sowie die vergleichbaren Kennwerte bezogen auf das Kammervolumen.

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Die Leistung von Filterpressen ist auch abhängig vom Zustand der Filtertücher und der Profilierung der Filterplatten. Es ist deshalb erforderlich, die Tücher in periodischen Abständen, die sich nach den Be- triebsbedingungen richten, zu waschen. In der Regel ist dies nach 40 bis 150 Chargen erforderlich. Be- sonders bei einer Kalk-Konditionierung ist es darüber hinaus zweckmäßig, nach zwei bis drei Wasch- prozessen die Filterkammern mit 3 bis 5-prozentiger Salzsäure zu spülen, um Verkrustungen (z.B. Kalkausfällung) von den Tüchern und Filterplatten zu entfernen. Bei Konditionierung mit polymerem Flockungsmittel kann es zu Schlammanbackungen an den Filtertü- chern kommen, die einen erheblichen zusätzlichen Betriebs- und Reinigungsaufwand bedingen. Ur- sächlich hierfür ist häufig eine Über- oder Unterdosierung des Polymers oder ein nicht optimales Poly- merprodukt. Schlämme mit hohem Fett- oder Eiweißgehalt neigen zur Anbackung.

Abb. 27: Funktionsprinzip a) Kammerfilterpresse b) Membranfilterpresse (Quelle: Werkbild Fa. Andritz)

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Kammerfilterpressen und Membranfilterpressen unterscheiden sich im Wesentlichen durch die Platten- konstruktion. Bei Membranfilterpressen ist zwischen Filtertuch und Filterplatte zusätzlich eine Memb- rane angeordnet. Die Membranen vermindern das Kammerfiltervolumen gegenüber vergleichbaren Kammerfilterplatten um ca. 20 %. Dieser Verlust wird durch kürzere Press- und Chargenzeiten aus- geglichen. Nach dem Füll- und Pressvorgang konventioneller Art wird bei der Membranfilterpresse an- schließend die Membrane mit einem Pressmedium gefüllt (Luft oder Wasser). Der Druck hinter der Membrane steigt i.d.R. bis auf 15 bar (bei Sonderkonstruktionen bis 30 bar). Wegen dieser zusätzli- chen Nachpressung kann die Filtrierzeit verkürzt und ein um ca. 2 – 3 % höherer TR im Filterkuchen erreicht werden. Wegen der kürzeren Filtrationszeit kann bei gleichem Kammervolumen der Durchsatz erhöht werden. Die Filterkuchen sind weniger dick. Vorteilhaft ist außerdem der niedrigere Fülldruck (i.d.R. 8 statt 15 bar).

Membranfilterpressen erfordern zusätzliche Aggregate, z.B. eine Nachpresspumpe, Druckleitungen und Vorratsbehälter. Ihre Steuerung ist aufwendiger und die Investitionskosten sind höher.

Die Filterplatten bestehen in der Regel aus Grauguss (GGG 50) oder Polypropylen (PP). Filtertücher werden üblicherweise aus Polyamid-, Polyester- oder Polypropylen-Fäden gewebt. Üblicherweise wer- den monofile Polyamid-Gewebe eingesetzt, die auch kalandriert (erhitzt und gewalzt) sein können. Zwischen Filtertuch und Filterplatte wird bei großen Platten meist ein Stützgewebe eingezogen, um zu vermeiden, dass das Filtertuch in Rillen oder zwischen Noppen der Platte gedrückt und dadurch über- dehnt und beschädigt wird.

Zur Reinigung der Filtertücher und der dahinter befindlichen Hohlräume werden automatisch arbei- tende Abspritzeinrichtungen eingesetzt, die mit einem Spritzwasserdruck von 70 bis 100 bar arbeiten. Bei starker Tuchverschmutzung, insbesondere durch krustenbildende Kalkverbindungen, sind zusätz- lich Einrichtungen zum Reinigen der Filtertücher mit Säure notwendig.

Abb. 28 zeigt den zeitlichen Verlauf der Schlammzufuhr und des Drucks beim Betrieb einer Membran- filterpresse.

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Abb. 28: Schlammzufluss, Polymerdosierung und Druckverlauf beim Betrieb einer Membranfilterpresse (Quelle: Emschergenossenschaft / Lippeverband)

Die Qualität der Konditionierung hat größte Auswirkungen auf den Betrieb von Kammer- und Memb- ran-filterpressen. Die Art der des Konditionierungsmittels, die Konzentration der Gebrauchslösung, die spezifische Dosierung und häufig auch die Intensität der Einmischung bei Verwendung eines dynami- schen Inline-Mischers können optimiert werden. Im Gegensatz zur Entwässerung mit Zentrifugen wer- den bei Filterpressen in der Regel niedermolekulare polymere Flockungsmittel eingesetzt. Um das Konditionierungsmittel proportional zur Feststofffracht zu dosieren, ist eine kontinuierliche Überwa- chung des Feststoffgehalts des zugeführten Schlamms erforderlich. Um die Kuchenablösung vom Fil- tertuch zu verbessern, können zusätzlich Eisensalze oder sonstige Zuschlagstoffe zugegeben werden.

Es wird empfohlen, die Schlammbeschickung und Flockungsmitteldosierung druckabhängig zu steu- ern, um einen gleichmäßigen Kuchenaufbau zu erreichen und einen sogenannten „Bienenstich“ (au- ßen fest, innen flüssig) zu vermeiden.

Bei Membranfilterpressen kann der maximale Füll- und Membrandruck aufeinander abgestimmt wer- den, um die Filterkuchendicke, den Durchsatz und den Endfeststoffgehalt zu optimieren. In der Regel führt eine geringe Kuchendicke zu einem höheren Entwässerungsgrad, weil der Weg für das Wasser im Filterkuchen kürzer ist. Bei Membranfilterpressen kann neben der Fülldauer auch die Nachpress- dauer optimiert werden, um das Entwässerungsergebnis zu verbessern. Diese Steuerungsmöglichkeit ist besonders vorteilhaft bei schlecht filtrierbaren Schlämmen oder bei Schlämmen mit wechselnder Zusammensetzung.

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Neben den bereits genannten Faktoren beeinflussen auch die Art und der Zustand der Filtertücher so- wie die Kammertiefe das Entwässerungsergebnis.

Die Leistung von Kammer- und Membranfilterpressen ist abhängig von Klärschlammeigenschaften wie Feinstanteil, Fett- oder Eiweißgehalt sowie der Konditionierung. Auch die Filtertuchqualität hat einen großen Einfluss. Die Filtertuch-Durchlässigkeit begrenzt die Filtrationsgeschwindigkeit und damit den Schlammdurchsatz. Sie wird als Luft-Durchlässigkeit in l/dm²/min bei 2 mbar Prüfdruck bestimmt. Überschlägig gilt folgende Empfehlung: • Kalk-Eisen-Konditionierung: 800 – 1.500 l/dm²/min • Polymer-Konditionierung: 400 - 600 l/dm²/min

Bei Umstellung von Kalk-Eisen-Konditionierung auf Polymer-Konditionierung sollten die Filtertücher ausgetauscht werden. Zur Auswahl von Filtertüchern werden Versuche verschiedener Hersteller emp- fohlen, da die Qualität der Filtertücher unterschiedlich sind.

1.2 Entwässerungszentrifugen

Abb. 29: Gegenstromzentrifuge (Quelle: Werkbild Fa. Hiller)

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Tabelle 39: Kenndaten von Zentrifugen

Die Betriebssicherheit und Verfügbarkeit von Zentrifugen kann durch den Einsatz hochlegierter Stähle für produktberührte Maschinenteile gesteigert werden. Insbesondere bei aggressiven Schlämmen (z.B. mit hoher Chloridkonzentration), bei der Entwässerung von Rohschlamm im Einschichtbetrieb und bei langer Stillstandzeit sond rostferie Stähle beständiger als Normalstähle.

Einige Hersteller bieten Zentrifugen mit Steilkonus (15° – 20°) und verlängertem Trommelzylinder an. Da bei dieser Bauart das Klärvolumen größer ist, können derartige Zentrifugen einen größeren Durch- satz erreichen und dadurch ihren spezifischen Energieverbrauch vermindern. In der Regel ist eine Stauscheibe vor dem Konus erforderlich, um den Transport der Feststoffe über den Konus zu verbes- sern. Die Geometrie der Stauscheibe wird auf eine Feststofffracht bemessen.

Bei vergrößerter Schlammdurchsatzmenge wird die Aufenthaltszeit des Schlamms in der Trommel kür- zer und die Leistung der Zentrifuge schlechter. Wegen stärkerer Scherbeanspruchung steigen die An- forderungen an die Schlammkonditionierung (Art und Menge).

Um die Installation einer zu kleinen Zentrifuge zu vermeiden, sollten in Ausschreibungen Schlamm- durchsatzmenge, Feststofffracht und Trommeldurchmesser spezifiziert werden, vorzugsweise nach Durchführung und Auswertung großtechnischer Versuche.

Erforderlichenfalls wird insbesondere bei dem Maschinensystem mit Steilkonus und Stauscheibe die Installation eines Grobstoffzerkleinerers im Zulauf zur Zentrifuge und eine Feststoff-Frachtregelung empfohlen.

Die Lärmschutzmaßnahmen und die Vorgaben zur regelmäßigen Wartung der Zentrifugen sind zu be- achten.

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1.3 Bandfilterpressen

Abb. 30: Bandfilterpresse (Quelle: Werkbild Fa. Bellmer)

Tabelle 40: Kenndaten von Bandfilterpressen

Eine Bandfilterpresse kann nur dann mit optimalen Ergebnissen betrieben werden, wenn der Schlamm eine gleichmäßige Beschaffenheit hat. Dies kann durch eine Vergleichmäßigung in einem großen Vor- lagebehälter oder durch eine Steuerung des Schlammdurchsatzes und der Flockungsmitteldosierung nach der Feststofffracht erfolgen, was eine kontinuierliche Überwachung des Feststoffgehalts erfordert.

Qualität und Durchlässigkeit der Filterbänder haben einen großen Einfluss auf den Betrieb von Bandfil- terpressen und beeinflussen den Endfeststoffgehalt und Feststoff-Abscheidegrad. Ihre Zugfestigkeit begrenzt die Bandspannung und damit den Pressdruck. Der Abscheidegrad von Bandfilterpressen ist entscheidend davon abhängig, dass sich der Schlammkuchen gut von den Bändern löst. Bei einer fal- schen Dosierung von polymeren Flockungsmitteln, bei einem hohen Fett- oder Eiweiß-Anteil im Schlamm oder bei besonderen Ausfällungen (z.B. von Calciumcarbonat) kann es zum Verschmieren Gutachten FS-Entwässerung_V2.docx

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oder Verstopfen der Filterbänder kommen, wodurch sich der Wassergehalt im Filterkuchen und der Feststoffgehalt im Waschwasser erhöhen. Hierdurch verschlechtert sich die Leistung der Bandfilter- presse deutlich.

Je nach Schlammbeschaffenheit werden unterschiedliche Filterband-Qualitäten eingesetzt. Bei der Be- schaffung einer Bandfilterpresse sind ihre Leistung und Zuverlässigkeit von größerer Bedeutung als die Investitionskosten.

1.4 Schlauchfilterpressen

Abb. 31: Aufbau der Schlauchfilterpresse (Quelle: Werkbild Fa. Bucher)

Links - Füllen und Pressen, Mitte - Auflockern, Rechts – Enleeren Abb. 32: Betriebsphasen der Schlauchpresse (Quelle: Werkbild Fa. Bucher)

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Tabelle 41: Kenndaten von Schlauchfilterpressen (4 Baugrößen)

Schlauchfilterpressen eignen sich zum Entwässern von Klärschlämmen mit einem hohen Anteil an Fa- ser- und Strukturstoffen. Je nach Entwässerungseigenschaften dauert der gesamte Pressvorgang ei- ner Charge 70 – 180 Minuten. Nach einer weitergehenden Konditionierung (z.B. mit dem Kemicond- Verfahren), bei der EPS oxidiert und denaturiert werden, verbessert sich die Leistung der Maschine (Schaum, Cornel 2007). Wegen großer Scherkräfte während der Pressphase kann ein erhöhter Bedarf polymer Flockungsmittel erforderlich sein. Filter-Schläuche und Drainagekerne sind die wesentlichen Verschleißteile. Nach Herstellerangaben müssen sie nach ca. 1.000 Betriebsstunden chemisch (alka- lisch / sauer) gereinigt werden. Bei guten Entwässerungseigenschaften kann auch eine Spülung mit Wasser genügen. Hierfür dient ein CIP-System (clean in place). In Abhängigkeit von der Schlammzu- sammensetzung werden die Filterschläuche nach 2.500 – 3.000 Betriebsstunden und die Drainage- kerne nach 8.000 – 15.000 Betriebsstunden ausgetauscht. Der Personalaufwand und die Betriebskos- ten für die Reinigung und den Austausch der Verschleißteile sind entsprechend zu bewerten. Es gibt vier Baugrößen. Die größte SFP wurde Ende 2012 im Markt eingeführt.

Bisher sind nur wenige Schlauchfilterpressen auf Kläranlagen im Einsatz (in Deutschland derzeit nach Herstellerangaben 13 Maschinen). Weitere Betriebserfahrungen müssen gesammelt und bewertet wer- den, um die Leistung und Wirtschaftlichkeit der Maschinen besser beurteilen zu können.

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1.5 Schneckenpressen

Abb. 33: Prinzipskizze einer Schneckenpresse (Quelle: Werkbild Fa. Huber)

Tabelle 42: Kenndaten von Schneckenpressen verschiedener Hersteller

Wie bei den anderen Entwässerungsmaschinen, ist auch das Entwässerungsergebnis von Schnecken- pressen abhängig von der Qualität der Flockung. Eine Unterdosierung von polymerem Flockungsmittel führt zu einer geringeren Feststoffkonzentration im Schlammkuchen und einem verschlechterten Ab- scheidegrad. Eine Überdosierung führt zum Verschmieren des Siebkorbs und verminderten Durchsatz. In der Regel wird der höchste Feststoffgehalt in Austrag bei einem auf den Schlammdurchsatz bzw. die Feststofffracht bezogenen Auslastungsgrad von 50 – 70 % der Nennleistung erreicht, weil bei län- gerer Verweilzeit mehr Filtrat aus dem Schlamm gepresst wird. Der Feststoff-Abscheidegrad sollte überwacht werden.

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Wegen der geringen Drehzahl der Schnecke ist der Verschleiß gering. Die Maschine eignet sich auch zur Entwässerung abrasiver Schlämmen. Die an der Schneckenwendel befestigten Wischelemente werden nach 4000 - 6000 Betriebsstunden ausgetauscht. Weitere Betriebserfahrungen müssen gesammelt und bewertet werden, um die Leistung und Wirt- schaftlichkeit der Maschinen besser beurteilen zu können.

2. Betriebssicherheit und Explosionsschutz

Am 02.10.2002 trat die Betriebssicherheitsverordnung (BetrSichV) in Kraft. Die Europäische Richtlinie 94/9/EG (Atex-Richtlinie) wurde als 11. Verordnung zum Gerätesicherheitsgesetz (Explosionsschutz- verordnung, ExVO) in deutsches Recht überführt. Sie verbietet spätestens ab 01.07.2003 das Inver- kehrbringen und die Inbetriebnahme von Produkten, die nicht den strengen Anforderungen von An- hang II der Richtlinie 94/9/EG (ATEX 114, früher ATEX 95 bzw. ATEX 100a) entsprechen. Anhang II regelt die grundlegenden Anforderungen, die vom Hersteller von Geräten, Komponenten und Schutzsystemen zu beachten und in einem Konformitätsbewertungsverfahren (CE-Kennzeichen) nach- zuweisen sind.

Die ATEX-Richtlinie und die Betriebssicherheitsverordnung geben den Betreibern entsprechender An- lagen ein hohes Maß an Verantwortung für ihre Beschäftigten. Das gilt im Besonderen auch für Klär- schlammentwässerungsanlagen. Für Arbeitgeber, die Maschinen nicht in Verkehr bringen, sondern sie ihren Arbeitnehmern als Arbeitsmittel zur Verfügung stellen, gelten die Anforderungen der ATEX- Betriebsrichtlinie 1999/92/EG (kurz ATEX 137), die in der BetrSichV umgesetzt wurde.

Lieferanten von Maschinen und Maschinenteilen müssen die örtlichen Gegebenheiten berücksichtigen und geeignete Schutzmaßnahmen treffen, um zu verhindern, dass von ihren gelieferten Geräten und Maschinen Gefahren ausgehen. Auch der Hersteller ist verantwortlich für den Einsatz seiner Produkte. Das gilt gleichermaßen für Lohnentwässerer/Fremdfirmen. Betreiber, die Fremdfirmen mit Arbeiten und dem Einsatz von Geräten in explosionsgefährdeten Bereichen beauftragen, müssen die Einhaltung der Schutzvorschriften vertraglich festschreiben. Die Konformität der eingesetzten Geräte muss über ihre CE-Kennzeichnung kontrolliert werden.

Gemäß den Anforderungen der Explosionsschutzverordnung und der Unfallverhütungsvorschriften muss der Betreiber z. B. vor der Aufnahme von Arbeiten in explosionsgefährdeten Bereichen die Richt- linien-Konformität durch ein umfangreiches Explosionsschutz-Dokument nachweisen. Hieraus müssen nachfolgende Punkte ersichtlich sein und regelmäßig überarbeitet werden:

• Die Explosionsgefährdung ist untersucht und bewertet und angemessene Schutzmaßnahmen sind ergriffen; • Die Anlage ist hinsichtlich der Wahrscheinlichkeit des Auftretens explosionsfähiger Atmosphäre be- wertet und entsprechende Zonen (Ex-Pläne) sind festgelegt;

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• Die Anlage ist sicher gestaltet, wird sicher betrieben und gewartet (Eignung der Betriebsmittel, Rei- nigungs- und Wartungspläne, Betriebsanweisungen); • Organisatorische Maßnahmen sind ergriffen, z.B. sind die betroffenen Arbeitnehmer umfassend un- terwiesen.

Bei längerer Verweilzeit von Rohschlamm in Vorklärbecken, Eindickern oder Stapelbehältern können durch einsetzende Faulvorgänge brennbares Methan und toxischer Schwefelwasserstoff gebildet wer- den. Dasselbe gilt für Faulschlamm aus Faulbehältern, der ausgasen und bei einer Nachfaulung weite- res Faulgas bilden kann, insbesondere dann, wenn er nicht abkühlt.

Bei Entwässerungsmaschinen muss der Betriebszustand und der Stillstand sowie die Situation in der Maschinenhalle berücksichtigt werden. Während des Betriebs kann eine explosionsgefährdete Atmo- sphäre in der Maschine entstehen, wenn der zu entwässernde Schlamm brennbare Bestandteile ent- hält und freisetzt. Das Selbstentzündungsvermögen kann z.B. durch eine Flammpunktuntersuchung festgestellt werden. Für den Maschinen-Stillstand sollten entsprechende Betriebsvorgaben festgelegt werden; eine technische Lüftung kann erforderlich sein.

Für eine abschließende Gefährdungsbeurteilung gemäß Betriebssicherheitsverordnung mit einer Ex- Zonen-Einteilung ist ein entsprechendes Gutachten durch einen Sachverständigen zu erstellen. Es wird empfohlen, das Gutachten während der Entwurfs-/ Ausführungsplanung zu beauftra- gen. Alternativ kann die ausführende Firma im Rahmen der Werksplanung ein entsprechendes Gut- achten beistellen. Ergebnisabhängig sind im Rahmen der Ausführung ggf. ergänzende technische Schutzmaßnahmen umzusetzen.

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3. Verfahrenstechnik Aufbereitungsanlagen für

polymere Flockungsmittel

Voraussetzung für eine gute Konditionierung ist nicht nur die Auswahl eines geeigneten organischen polymeren Flockungsmittels und die Bestimmung der erforderlichen Dosiermengen, sondern insbeson- dere auch dessen optimale Aufbereitung und Dosierung. Nachfolgend sind die wichtigsten Punkte für eine optimale Ausführung von Flockungsmittel-Aufbereitungsanlagen auch im Hinblick auf die Som- mer-Winterschlammproblematik zusammengestellt, siehe auch DWA-M 350.

• Möglichkeit einer Aufbereitung von Flüssig- und Festprodukten Polymer, um in Abhängigkeit der Schlammeigenschaften eine betriebliche Optimierung vornehmen zu können und die nicht absehba- ren Veränderungen infolge der zukünftigen Produktentwicklungen berücksichtigen zu können. Dann kann in den Wintermonaten bei verschlechterten Entwässerungseigenschaften z.B. ein besser ge- eignetes Flüssig-Flockungsmittel eingesetzt werden. • Empfohlen wird die Aufbereitung einer 0,1 – 0,2 %-igen Lösungskonzentration im Hinblick auf eine ausreichend groß dimensionierte Aufbereitungsanlage, auch für verschlechterte Schlammeigen- schaften. Durch diese geringe Lösungskonzentration wird unter Berücksichtigung der Viskositätsei- genschaften des Polymers eine optimale Einmischung auch in einen kalten Winterschlamm erreicht. Hier ist eine schlammangepasste Einmischenergie sicherzustellen. • Es wird die Polymer-Aufbereitung in einer Zwei-Kammer-Anlage empfohlen. Bei der Installation ei- ner Polymer-Lösestation z.B. mit einer Zahnradpumpe kann sich die Reifezeit verkürzen, wobei die Möglichkeit der Installation eines nachgeschalteten Reife- und Dosierbehälters empfohlen wird. • Bei einer Zwei-Kammer-Anlage sollte zur optimalen Aufbereitung der Flockungshilfsmittel und voll- ständigen Produktreifung (Freisetzen der Ladung und Entfaltung/Reifung der Polymerkette) für Flüssig- und Festprodukt-Polymer eine gesamte Reifezeit von mindestens 45 Minuten nach Dosie- rung FM-Handelsware und Ansatzwasser eingehalten werden. Auf diese Mindestreifezeit ist die Aufbereitungsanlage zu bemessen. Bei sehr kalten Temperaturen des Ansetzwassers kann sich die Reifezeit deutlich verlängern. In Abhängigkeit des Polymer-Produktes kann es zu einer Verschlech- terung der Ladungsfreisetzung bei kalten Ansetzwassertemperaturen kommen, so dass dann mög- licherweise ein anderes Produkt einzusetzen ist. • Nach aktuellen Untersuchungen und Erfahrungen ist für eine optimale Produktreifung eine ausrei- chende Durchmischung der angesetzten FM-Dosierlösung über die gesamte Reifezeit von mindes- tens 45 Minuten sicherzustellen. Das gilt insbesondere bei kalten Ansetzwassertemperaturen und auch für FM-Pulverprodukte. Unter Berücksichtigung der angesetzten Lösungskonzentration und Rührflügelart ist eine optimale Rührwerksleistung in den Ansetzbehältern erforderlich. • Aufbereitung mit feststofffreiem Trink- oder Brunnenwasser; Verdünnung evtl. mit Brauchwasser; die Beschaffenheit des Ansetzwassers beeinflusst die Qualität der Aufbereitung entscheidend; eine

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Gutachten KW Beningsfeld Anlage 7 (cid:73)(cid:78)(cid:71)(cid:69)(cid:78)(cid:73)(cid:69)(cid:85)(cid:82)(cid:66)(cid:220)(cid:82)(cid:79)(cid:32)(cid:68)(cid:82)(cid:46)(cid:45)(cid:73)(cid:78)(cid:71)(cid:46)(cid:32)(cid:82)(cid:65)(cid:76)(cid:70)(cid:32)(cid:68)(cid:69)(cid:78)(cid:75)(cid:69)(cid:82)(cid:84)

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erhöhte Leitfähigkeit behindert die Ladungsausbildung; ideal sind Ansetzwassertemperaturen zwi- schen 20 – 25 °C, max. 30 °C. • Die Aufbereitungsanlage sollte bei Abschalten der Entwässerungsmaschine leergefahren werden, da die aufbereitete Dosierlösung in der Regel nach einem Zeitraum von mehr als 4 Stunden deut- lich an Wirksamkeit verliert. Es ist ein optimiertes Steuerungskonzept der gesamten Aufbereitungs- anlage erforderlich. • Optimierte Einmischung der FM-Handelsware in das Ansetzwasser und der FM-Dosierlösung in den zu entwässernden Schlamm; in Abhängigkeit der jeweiligen Temperatur und der Schlammeigen- schaften ist teilweise eine hohe Einmischenergie erforderlich. Diese kann in statischen oder dyna- mischen Inline-Mischern erreicht werden. • Die gesetzlichen und rechtlichen Anforderungen insbesondere nach WHG und der neuen „Verord- nung über Anlagen zum Umgang mit wassergefährdenden Stoffen“ (AwSV – derzeit in Entwurfsfas- sung vom 26.2.2014) sind besonders zu berücksichtigen.

Dosierstellen polymerer Flockungsmittel

Es wird empfohlen, im Betrieb nachfolgend benannte drei Dosierstellen für die Einmischung der aufbe- reiteten Dosierlösung in den Schlamm verfahrenstechnisch vorzusehen und dann zu erproben.

• Zugabe vor der Schlammpumpe,

• Zugabe in einen statischen oder dynamischen Inline-Mischer zwischen Schlammpumpe und Maschine,

• Zugabe in die Maschine oder in einen direkt vorgeschalteten Mischungsreaktor (bei Eindick-Ma- schinen).

Durch mehrere Dosierstellen ist es möglich, die Konditionierung optimal den Schlammeigenschaften anzupassen (z.B. mehrstufige Konditionierung mit Eisensalzen oder Coagulanten). Um eine gleichbleibende Mischgüte zu bekommen, greift man häufig auf statische Mischer zurück. Dieser Mischertyp beinhaltet keine beweglichen Teile und unterliegt somit fast keinem Verschleiß. Die Mischgüte wird durch die Anzahl und die Geometrie der Mischelemente bestimmt.

Eine Über- und Unterdosierung an Flockungshilfsmittel ist im Hinblick auf deren Auswirkungen auf die Durchsatzmenge, den Austrags-Feststoffgehalt und die Abscheideleistung ist zu vermeiden.

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Gutachten KW Beningsfeld Anlage 7 (cid:73)(cid:78)(cid:71)(cid:69)(cid:78)(cid:73)(cid:69)(cid:85)(cid:82)(cid:66)(cid:220)(cid:82)(cid:79)(cid:32)(cid:68)(cid:82)(cid:46)(cid:45)(cid:73)(cid:78)(cid:71)(cid:46)(cid:32)(cid:82)(cid:65)(cid:76)(cid:70)(cid:32)(cid:68)(cid:69)(cid:78)(cid:75)(cid:69)(cid:82)(cid:84)

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3.1 Rechtliche Grundlagen zur Aufbereitung von polymeren Flockungsmitteln

Nach Wasserhaushaltsgesetz (WHG) § 62 und Anhang 2 und 4 der Verwaltungsvorschrift wasserge- fährdende Stoffe (VwVwS) vom 27. Juli 2005 sind die in der Klärschlammbehandlung eingesetzten po- lymeren Flockungsmittel wie folgt eingestuft:

• WGK 1: Kationenstärke ≤ 15 % und Restmonomergehalt < 0,1 % • WGK 2: Kationenstärke > 15 %

Für die Klärschlamm-Eindickung und -Entwässerung werden in der Regel polymere Flockungsmittel mit einer Kationenstärke > 15 % eingesetzt, die in die WGK 2 fallen. Da polymere Flockungsmittel für die Schlammbehandlung mit Wasser (Trinkwasser oder Brauchwasser) verdünnt und in einer entspre- chenden fachgerechten verfahrenstechnischen Anlage (Anlage zum Herstellen, Behandeln und Ver- wenden von wassergefährdenden Stoffen – HBV-Anlage) aufbereitet werden, handelt es sich während und nach der Aufbereitung um ein Gemisch.

Seit dem 01.08.2017 ist die neue Bundesverordnung „Verordnung über Anlagen zum Umgang mit wassergefährdenden Stoffen (AwSV)“ in Kraft. In Anlage 1 sind Regelungen zur Einstufung von Stof- fen und Gemischen als nicht wassergefährdend und in Wassergefährdungsklasse enthalten. Als Be- wertungsmethode werden den R-Sätzen oder Gefahrenhinweisen Bewertungspunkte und Vorsorge- punkte zugeordnet, über die eine Einordnung in die WGK erfolgt. Es wird davon ausgegangen, dass keine grundlegend veränderte Einstufung der für die Klärschlamm-Eindickung und -Entwässerung ver- wendeten polymeren Flockungsmittel entsteht.

Gemische werden unter folgenden Bedingungen in WGK 1 (gemäß AwSV, Anhang 1, 5.2.3) eingestuft:

1. Es sind krebserzeugende Komponenten enthalten, auch wenn der Massenanteil krebserzeugen- der Stoffe < 0,1% ist.
2. Der Massenanteil eines enthaltenen, nichtkrebserzeugenden Einzelstoffes der WGK 2 ist ≥ 0,2 %.
3. Der Massenanteil der Summe aller enthaltenen, nichtkrebserzeugenden Einzelstoffe der WGK 2 ist < 5%.
4. Der Massenanteil der Summe aller enthaltenen Einzelstoffe der WGK 1 ist > 3%.
5. Das Gemisch erfüllt nicht die Voraussetzung für eine Einstufung als nicht wassergefährdend.
6. Ggf. muss bei einzelnen Stoffen mit hoher aquatischer Toxizität ein M-Faktor berücksichtigt wer- den, mit dem der prozentuale Gehalt des Stoffes multipliziert werden und entsprechend höher gewichtet bei der Massenermittlung berücksichtigt werden muss.

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Gutachten KW Beningsfeld Anlage 7 (cid:73)(cid:78)(cid:71)(cid:69)(cid:78)(cid:73)(cid:69)(cid:85)(cid:82)(cid:66)(cid:220)(cid:82)(cid:79)(cid:32)(cid:68)(cid:82)(cid:46)(cid:45)(cid:73)(cid:78)(cid:71)(cid:46)(cid:32)(cid:82)(cid:65)(cid:76)(cid:70)(cid:32)(cid:68)(cid:69)(cid:78)(cid:75)(cid:69)(cid:82)(cid:84)

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Damit werden z. B. Gemische mit einem Massenanteil der Summe aller enthaltenden Einzelstoffe mit WGK 2 < 0,2 % und gleichzeitig mit WGK 1 < 3% in keine Wassergefährdungsklasse eingeteilt, wenn keine krebserzeugenden Stoffe, keine nicht identifizierten Stoffe, keine Stoffe mit unbekannten wasser- gefährdenden Eigenschaften sowie keine Dispergatoren oder Emulgatoren enthalten sind . Im praktischen Betrieb der Polymer-Aufbereitung auf Klärwerken wird in der Regel eine Lösungskon- zentration im Bereich von 0,1 – 0,5 % bezogen auf die polymere Wirksubstanz aufbereitet. Danach er- geben sich nachfolgende Einstufungen in Abhängigkeit von der eingesetzten Lösungskonzentration mit deren Einfluss auf die Anforderungen der Anlagentechnik:

• WGK 2: Handelsware (siehe auch Sicherheitsdatenblatt) • WGK 1: aufbereitete Gebrauchslösung (≥ 0,2 % Massenanteil polymere Wirksubstanz) bzw. aufbereitete Gebrauchslösung aus Flüssig-Polymer < 0,19% Massenanteil polymere Wirksubstanz aufgrund der Verwendung von Dispergatoren • keine WGK aufbereitete Gebrauchslösung aus Pulver-Polymer < 0,19% Massenanteil polymere Wirksubstanz

Polymer-Aufbereitungsanlagen sind in der Regel für die Aufbereitung verschiedener Gebrauchslö- sungskonzentrationen und den Einsatz von Pulver- und Flüssigprodukten ausgelegt. Deshalb müssen im Allgemeinen die Anforderungen für den Umgang mit wassergefährdenden Stoffen der WGK 1 be- rücksichtigt werden.

Gemäß Abschnitt 3, § 62 Wasserhaushaltsgesetz (WHG) müssen Anlagen zum Umgang mit wasser- gefährdenden Stoffen so gebaut und betrieben werden, dass keine Verunreinigung oder nachteilige Veränderung der Gewässer zu besorgen ist. Seit dem 01.08.2017 müssen die Aufbereitungsanlagen der Bundesverordnung „Verordnung über Anlagen zum Umgang mit wassergefährdenden Stoffen (AwSV)“. Die bisher gültigen Verwaltungsvorschriften (VV-VAwS-Land), die sich insbesondere auf die nachfolgenden „Technischen Regeln für wassergefährdende Stoffe (TRwS)“ beziehen, sind weiterhin gültig. Eine Überarbeitung dieser Verwaltungsvorschriften zur Anpassung an die neue AwSV durch die Länder bzw. zur Vereinheitlichung auf Bundesebene steht noch aus.

• Arbeitsblatt DWA-A 779, TRwS 779: Allgemeine Technische Regelungen Die TRwS 779 gilt für Anlagen zum Umgang mit wassergefährdenden flüssigen und festen Stoffen. • Arbeitsblatt ATV-DVWK-A 780, TRwS 780: Oberirdische Rohrleitungen Teil 1: Rohrleitungen aus metallischen Werkstoffen, Teil 2: Rohrleitungen aus polymeren Werkstoffen • Arbeitsblatt DWA-A 785, TRwS 785: Bestimmung des Rückhaltevermögens bis zum Wirksamwerden geeigneter Sicherheitsvorkeh- rungen – R1

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Gutachten KW Beningsfeld Anlage 7 (cid:73)(cid:78)(cid:71)(cid:69)(cid:78)(cid:73)(cid:69)(cid:85)(cid:82)(cid:66)(cid:220)(cid:82)(cid:79)(cid:32)(cid:68)(cid:82)(cid:46)(cid:45)(cid:73)(cid:78)(cid:71)(cid:46)(cid:32)(cid:82)(cid:65)(cid:76)(cid:70)(cid:32)(cid:68)(cid:69)(cid:78)(cid:75)(cid:69)(cid:82)(cid:84)

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• Arbeitsblatt DWA-A 786, TRwS 786: Ausführung von Dichtflächen (Schwerpunkt Beton) • Arbeitsblatt DWA-A 787, TRwS 787: Abwasseranlagen als Auffangvorrichtung

Die Betriebssicherheitsverordnung und die zahlreichen einschlägigen Vorschriften und Regeln der ge- setzlichen Unfallversicherung zur Vermeidung von Gefährdungen oder Unfällen sind zu beachten (ins- besondere: BGV/GUV-V A1 „Grundsätze der Prävention“, BGV/GUV-V C5 „Abwassertechnische Anla- gen“). Die Beschäftigten sind regelmäßig über Unfall- und Gesundheitsgefahren und die entsprechen- den Maßnahmen zur Gefahrenbeseitigung zu unterweisen. Ausführliche Informationen hierzu geben unter anderem die BGI/GUV-I 8653 „Sicherheit und Gesundheitsschutz im Abwasserbereich – Unter- weisungshilfen“ oder GUV-I 8755 „Beurteilung von Gefährdungen und Belastungen am Arbeitsplatz in Abwasserentsorgungsbetrieben“.

Zur Festlegung der erforderlichen Anzeigepflicht, Eignungsfeststellung, Fachbetriebspflicht und des Sachverständigengutachtens erfolgt in der AwSV eine Einteilung der Anlagen in Gefährdungsstufen in Abhängigkeit der betroffenen Wassergefährdungsklassen und des Anlagengesamtvolumens. Gemäß AwSV § 39 sind für Polymeraufbereitungsanlagen die nachfolgenden Einstufungen maßgebend:

Tabelle 43: Gefährdungsstufen für Polymeraufbereitungsanlagen (DWA M 350)

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Gutachten KW Beningsfeld Anlage 7 (cid:73)(cid:78)(cid:71)(cid:69)(cid:78)(cid:73)(cid:69)(cid:85)(cid:82)(cid:66)(cid:220)(cid:82)(cid:79)(cid:32)(cid:68)(cid:82)(cid:46)(cid:45)(cid:73)(cid:78)(cid:71)(cid:46)(cid:32)(cid:82)(cid:65)(cid:76)(cid:70)(cid:32)(cid:68)(cid:69)(cid:78)(cid:75)(cid:69)(cid:82)(cid:84)

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4. Maßnahmen zur Verminderung der Temperatureinflüsse

Die Temperatur des zu entwässernden Schlammes hat einen signifikanten Einfluss auf das Entwässe- rungsverhalten. Daher wird empfohlen, eine Temperaturabkühlung in einem vorgeschalteten Schlammspeicher oder Eindicker zu vermeiden, um z.B. die Temperatur eines Faulbehälters annä- hernd zu erhalten. Hierdurch ist mit einer geringeren Schlammviskosität gegenüber des abgekühlten Faulschlammes zu rechnen, wodurch die Entgasung im Schlammspeicher und die Wasserabgabe in der Entwässerungsmaschine beschleunigt und damit verbessert wird. Hierfür ist eine ausreichende Au- ßen-Isolierung des Stapelbehälters und ggf. eine zusätzliche Abdeckung des Behälters erforderlich. Ein entsprechender wärmegedämmter Schlammspeicher kann auch bei entsprechenden Schlammei- genschaften zur Beruhigung und adsorptiven Bindung von Feinststoffen führen und damit die Entwäs- serungseigenschaften verbessern.

Je nach Schlammeigenschaften kann eine niederthermische Konditionierung (Temperatur 40 – 60°C) zu einer Verbesserung der Entwässerungsleistung führen. Hierbei vermindert sich mit steigender Tem- peratur, z.B. durch Nutzung von Abwärme aus einem Blockheizkraftwerk oder einer Trocknungsan- lage, unter ansonsten gleichen Randbedingungen die Viskosität der Klärschlämme. Gleichzeitig kann es zur Denaturierung der EPS-Proteine durch die Erwärmung kommen. Kopp 2013 berichtet von ent- sprechenden Laboruntersuchungen mit einer Schlammvorerwärmung von 20 °C auf 45 °C mit Verbes- serung der Austragsfeststoffkonzentration um 1,8 – 6 %TR im Mittel 2,8 % TR und von großtechni- schen Versuchen durch Abkühlung eines Faulschlammes aus einem wärmeisolierten Behälter mit ei- ner höheren Austragsfeststoffkonzentration von + 2-3 %TR des Schlammes mit der normalen meso- philen Faulbehältertemperatur gegenüber dem abgekühlten Schlamm. Nach Labor-Untersuchungen im IB Dr. Denkert zeigte die nachträgliche Erwärmung von verschiede- nen Faulschlämmen, die schon einmal im Schlammspeicher abgekühlt waren, keine Verbesserung der Entwässerungseigenschaften. Daher wird empfohlen, zunächst mit dem jeweiligen Klärschlamm Vor- versuche durchzuführen.

Darüber hinaus wird empfohlen, das polymere Flockungsmittel möglichst mit einem entsprechend war- men Ansetzwasser aufzubereiten. Je nach Ansetzwasserart wird hierdurch eine weitere Abkühlung in der Mischung von Flockungsmittel und Klärschlamm vermindert. Es wird empfohlen, einen Wärmetau- scher für eine vorgesehene Ansetzwassertemperatur von ca. 20 – 25 °C vorzusehen. Je nach Wasser- herkunft kann es in den Wintermonaten erforderlich sein, eine Temperaturdifferenz von ca. 12 - 15°C und mehr auszugleichen. Um die Wirksamkeit des Flockungsmittels nicht zu gefährden, muss sicher- gestellt werden, dass das Ansetzwasser nicht über eine in der Steuerung vorzugebende Temperatur von 30 °C erwärmt wird. Zur Erwärmung des Ansetzwassers kann ein Gegenstrom-Rohrmantelwärme- tauscher mit Wärmeschutzisolierung eingesetzt werden, in dem heißes Wasser aus dem vorhandenen Heizungskreislauf oder einer anderen Wärmquelle (z.B. Abwärme aus BHKW) verwendet wird. Über

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Gutachten KW Beningsfeld Anlage 7 (cid:73)(cid:78)(cid:71)(cid:69)(cid:78)(cid:73)(cid:69)(cid:85)(cid:82)(cid:66)(cid:220)(cid:82)(cid:79)(cid:32)(cid:68)(cid:82)(cid:46)(cid:45)(cid:73)(cid:78)(cid:71)(cid:46)(cid:32)(cid:82)(cid:65)(cid:76)(cid:70)(cid:32)(cid:68)(cid:69)(cid:78)(cid:75)(cid:69)(cid:82)(cid:84)

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die Mantelfläche des Wärmetauschers wird die Abstrahlungsverlustwärme des Heizwassers in das An- setzwasser übertragen. Die Vor- und Rücklauf-Rohrleitungen aus dem Heizkreislauf der Kläranlage müssen isoliert ausgeführt werden.

Wärme- tauscher

Ansetzwasser- Speicher

Abb. 34 Beispiel Ausführung Ansetzwasser-Wärmetauscher zur Polymer-Aufbereitung [Quelle IB Dr. Denkert]

Abb. 35 Beispiel Ausführung Ansetzwasser-Wärmetauscher zur Polymer-Aufbereitung [Quelle IB Dr. Denkert]

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Gutachten KW Beningsfeld Anlage 7 (cid:73)(cid:78)(cid:71)(cid:69)(cid:78)(cid:73)(cid:69)(cid:85)(cid:82)(cid:66)(cid:220)(cid:82)(cid:79)(cid:32)(cid:68)(cid:82)(cid:46)(cid:45)(cid:73)(cid:78)(cid:71)(cid:46)(cid:32)(cid:82)(cid:65)(cid:76)(cid:70)(cid:32)(cid:68)(cid:69)(cid:78)(cid:75)(cid:69)(cid:82)(cid:84)

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5. Systeme zur kontinuierlichen Feststoffgehaltsmessung von Klär-

schlämmen

Nachfolgend werden verschiedene Messsysteme zur kontinuierlichen Feststoffgehaltsmessung von Klärschlämmen vorgestellt. Zur Feststellung der Eignung der unterschiedlichen Systeme werden ent- sprechende Betriebsversuche empfohlen. Bei allen Systemen müssen zur Eichung und zur Überprü- fung der Messgenauigkeit des Messsystems regelmäßig Vergleichsproben im Labor mit verschiedenen Analyseverfahren auf den Feststoffgehalt mit und ohne Berücksichtigung des Salzgehaltes analysiert werden.

• optische Trübemessung Das Messsystem basiert darauf, dass eine von Infrarotsendern ausgestrahlte Anregungsstrahlung unter einem definierten Winkel auf das Messmedium trifft. Die Partikel im Medium erzeugen eine Streustrahlung, welche unter verschiedenen, aber definierten Winkeln auf Streulichtempfänger trifft. Durch unterschiedliche Weglängen und Messwinkel entstehen unterschiedliche Streulichtsig- nale. Eine optimierte Anordnung von Sendern und Empfängern führt zu einer Kurvenschar von Messsignalen, die ein rechnerisch ermitteltes, proportionales Signal zur Feststoffkonzentration er- möglichen. Angeboten werden optische Trübemessungen z. B. Hach Lange. Das Modell Solitax Highline ist zurzeit Markt führend. Nach hier vorliegenden Betriebserfahrungen ist dieses Messsystem auch für den Einsatz in Faul- schlämmen gut geeignet, in Abhängigkeit der speziellen Schlammeigenschaften ist jedoch eine unterschiedlich häufige, manuelle Reinigung der Messsonde durch das Betriebspersonal bis hin zu mehrmals täglich erforderlich, um dauerhaft zuverlässige Messergebnisse zu generieren.

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Abb. 36: optische Trübe-Messung, Fa. Hach Lange, Solitax Highline [Quelle: Foto IB Dr. Denkert]

• Mikrowellenmessverfahren Das Messprinzip beruht darauf, dass eine Mikrowelle durch eine geeignete Wellenführung an das Messgut gebracht wird, diese durch das Messgut abhängig von der Dielektrizitätskonstante verän- dert und wieder detektiert wird. Das Messsignal wird anschließend mit dem Referenzsignal, wel- ches über einen zweiten Kanal über ein Referenzkabel verläuft, verglichen. Dadurch werden die Phase und die Dämpfung als direktes Maß für den Feststoffgehalt des Schlammes herangezogen. Zur Feststoffgehaltsmessung ist ein spezieller Mikrowellenapplikator/ Mikrowellen-Messzelle erfor- derlich, der auf den zu messenden Schlamm abgestimmt ist, damit die Wechselwirkung der emit- tierten Mikrowelle mit dem Messgut möglichst groß ist. Hierzu muss der Applikator in das Rohrlei- tungssystem (Flanschankopplung) eingebracht werden. Die Messzelle besteht aus einem Edel- stahlkörper mit glattwandiger und abriebfester Teflon-Auskleidung. Durch diesen Aufbau ragen keinerlei Einbauten in die Rohrleitung herein. Sehr gute Ergebnisse wurden in vom IB Dr. Denkert betreuten Maßnahmen mit Mikrowellenmess- zellen von Fa. Valmet erreicht.

• Radiometrisches Messverfahren Das Messsystem beruht darauf, dass die von einem Gammastrahler emittierte Strahlung beim Durchgang durch Materie geschwächt wird. Diese Schwächung ist abhängig vom Messweg und von der Dichte des Messgutes. Bei konstantem Messweg ist die Schwächung der Strahlung ein Maß für die Dichte des Messgutes und kann für die Messung des Feststoffgehalts in Klärschläm- men unabhängig von Farbe, Temperatur, Druck und chemischen Eigenschaften eingesetzt wer-

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Gutachten KW Beningsfeld Anlage 7 (cid:73)(cid:78)(cid:71)(cid:69)(cid:78)(cid:73)(cid:69)(cid:85)(cid:82)(cid:66)(cid:220)(cid:82)(cid:79)(cid:32)(cid:68)(cid:82)(cid:46)(cid:45)(cid:73)(cid:78)(cid:71)(cid:46)(cid:32)(cid:82)(cid:65)(cid:76)(cid:70)(cid:32)(cid:68)(cid:69)(cid:78)(cid:75)(cid:69)(cid:82)(cid:84)

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den. Als Detektor wird ein Szintillationszähler mit NaJ-Kristall verwendet. Durch die Strahlung wer- den im Kristall Lichtblitze erzeugt, deren Anzahl proportional zur Intensität des Strahlenfeldes ist. Durch optische Kopplung des Kristalls mit einem Fotomultiplier ist die Umwandlung der Lichtblitze in elektrische Impulse möglich. Bei Einsatz von sehr empfindlichen Detektoren lässt sich die erfor- derliche Strahleraktivität verringern. Eine Zusatzabschirmung schützt vor Messstörungen aufgrund von Schwankungen der Umgebungsstrahlung. Die radioaktiven Strahlenquellen sind Edelstahlkap- seln eingeschweißt, so dass keine radioaktiven Substanzen austreten können und eine Kontami- nation des Messprodukts verhindert wird. Insgesamt ist die radiometrische Messmethode ver- gleichsweise wartungsarm. Bei Einsatz des Messsystems ist aufgrund des verwendeten radioakti- ven Materials ein speziell geschulter Sicherheitsbeauftragter zur Überwachung des Gerätes erfor- derlich. Angeboten werden radiometrische Messsystem z. B. von Berthold Technologies GmbH. Das Messsystem wird aktuell wegen der erhöhten Anforderungen mit einem Sicherheitsbeauftrag- ten und wegen der nachgewiesenen Ungenauigkeiten kaum noch kommunal auf Kläranlagen ein- gesetzt.

• Coriolis-Massendurchflussmesser Das Messsystem basiert auf der kontrollierten Erzeugung von Corioliskräften. Diese Kräfte treten in einem System immer dann auf, wenn sich gleichzeitig gradlinige und drehende Bewegungen überlagern. Die Größe der Corioliskraft hängt von der bewegten Masse, deren Geschwindigkeit und somit vom Massendurchfluss ab. Zur Messung der Corioliskräfte wird ein Rohrbogen mit Mag- neten in Schwingungen versetzt. Die im Leerzustand gleichzeitig schwingenden Rohrschenkel weisen im durchflossenen Zustand von einander ab. Durch die montierten Magnete, die in einer angrenzenden Spule eine bewegungsproportionale Spannung induzieren wird die Schwingungs- abweichung in Form einer Phasenabweichung messbar. Der Phasenwinkelversatz ist das Maß für den Massestrom. Zur rechnerischen Kompensation von Temperatureffekten wird die Temperatur des Messrohres erfasst. Insgesamt zeichnen sich Coriolis-Massendurchflussmesser durch ihre hohe Genauigkeit mit einer Abweichung von ca. 0,1 % vom Messwert aus. Angeboten werden Coriolis-Massendurchflussmesser z. B. von Endress+Hauser. Nach hier vorliegenden Betriebserfahrungen kommt es bei diesem Messsystem zu signifikanten Abweichungen bei sehr ungleichförmigen Schlammzusammensetzungen mit sehr unterschiedli- chen Salzkonzentrationen. Dann ist häufig keine zufrieden stellende Eichung des Messsystems durchführbar.

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Gutachten KW Beningsfeld Anlage 7 (cid:73)(cid:78)(cid:71)(cid:69)(cid:78)(cid:73)(cid:69)(cid:85)(cid:82)(cid:66)(cid:220)(cid:82)(cid:79)(cid:32)(cid:68)(cid:82)(cid:46)(cid:45)(cid:73)(cid:78)(cid:71)(cid:46)(cid:32)(cid:82)(cid:65)(cid:76)(cid:70)(cid:32)(cid:68)(cid:69)(cid:78)(cid:75)(cid:69)(cid:82)(cid:84)

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Abb. 37: Coriolis-Messung im Bypass, Versuchsanlage Fa. Ciba 2007 [Quelle: Foto IB Dr. Denkert]

Generell sollten alle Messsysteme nicht direkt in die Schlammleitung eingebaut werden. Zur Verbesse- rung der Messergebnisse empfiehlt sich der Einbau in eine Bypassleitung. Zur Vermeidung von Gas- blasen, die bei allen Verfahren die Messergebnisse verfälschen können, kann so der Schlamm mit ei- ner Exzenterschneckenpumpe gegen ein Ventil gefördert und auf diese Weise ein Gegendruck größer 5 bar erzeugt werden.

Nach den im IB Dr. Denkert vorliegenden Erfahrungen wird festgestellt, dass bei den Klärschlämmen, die nicht für eine optische Trübemessung geeignet sind, bevorzugt das Mikrowellen-Messsystem er- probt werden sollte.

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