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Biogasanlage - Anlagenschema

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Annahme – und Aufbereitung

Abfallströme

Der Anfall der in der Biogasanlage zu übernehmenden Substrate charakterisiert sich wegen der touristischen Ausrichtung nahezu aller Gemeinden durch eine hohe saisonale Schwankung - sowohl der Menge als auch der Zusammensetzung.

Um die langfristige Wirtschaftlichkeit der Anlage sicherzustellen wurde bei der Planung und Ausschreibung zusätzlich größter Wert darauf gelegt, eine Vielzahl verschiedenster Abfallarten annehmen zu können.
Nominal wurde folgendes Abfallgerüst betrachtet:

ABFALLSTROM JAHRESMENGE [MG/A] TROCKENRÜCKSTAND IM MITTEL [%]
Biogene Abfälle 8.000 30%
Küchen- und Speiseabfälle 2.500 22%
Klärschlamm 4.500 22%
Fettabscheiderinhalte 2.000 20%
Flüssige Abfälle aus der
Nahrungsmittelindustrie
1.000 11%
GESAMT: 18.000  

Um Abfälle in dieser Zusammensetzung zu behandeln, ist eine Nassvergärung unumgänglich. Vorab musste jedoch auch das Annahmekonzept und die Aufbereitung für eine solche Flexibilität ausgelegt werden.

 

Annahme- und Aufbereitung

Der Annahmebereich in der Biogasanlage hat daher folgende Annahmelinien und Aufbereitungsschritte für die unterschiedlichen Abfallströme vorgesehen:

ABFALLART ANNAHME AUFBEREITUNG
Biogene Abfälle Flachbunker Vorzerkleinerung mit Schraubenmühle
  Nach Vorzerkleinerung Zwischenlagerung
im Tiefbunker
BTA® Hydromechanische Aufbereitung (Pulper + GRS)
Küchen- und Speiseabfälle (in LKW angeliefert) Tiefbunker  
Küchen- und Speiseabfälle (in MGB`s angeliefert) Lagerplatz für MGB`s
(60 l, 120 l und 240 l)
Kippvorrichtung für MGB`s
(inkl. anschließender Durchlaufwaschanlage)
Zwischenlagerung im Tiefbunker
BTA® Hydromechanische Aufbereitung (Pulper + GRS)
Klärschlamm Anmaischbehälter Direkt zum Suspensionsspeicher
Fettabscheider Inhalte Siebkörper; Rohrbegleitheizung Direkt zum Suspensionsspeicher
Flüssige Abfälle aus der Nahrungsmittelindustrie Annahmekupplung
Anmaischbehälter
Direkt zum Suspensionsspeicher

 

Hydromechanische Aufbereitung

Während die störstofffreien Abfallströme ggf. nach einer Anmaischung direkt zum Suspensionsspeicher gepumpt werden, erfolgt für störstoffhaltige Abfälle in der BTA® Hydromechanischen Aufbereitung die effiziente Abtrennung der Störstoffe von der vergärbaren organischen Fraktion.

Dies geschieht in zwei Schritten:
Im BTA® Abfall Pulper werden zunächst die Einsatzstoffe mit Prozesswasser versetzt und die natürlichen Kräfte des Auftriebs und der Sedimentation zur Auftrennung des Abfallgemischs in seine Fraktionen genutzt. Darüber hinaus werden nicht lösliche organische Bestandteile mittels Scherkräften zerfasert und in Suspension gebracht, so dass ein hoher Aufschlussgrad erreicht werden kann. Die organische Suspension wird über ein Sieb von 10 mm abgezogen, so dass die gröberen Störstoffe im Pulper verbleiben.

Die Schwerstoffe (bspw. Steine, Knochen) werden über eine Schwerstoffschleuse abgetrennt. Die Fraktion wird mit Prozesswasser gewaschen um verbleibende Organik zurückzugewinnen.
Zum Schluss werden die Leichtstoffe (wie Kunststoffe, Folien, Textilien, holziges Material, etc.) wiederum über ein externes Trennsystem (LRS Schnecke) zu einer Entwässerungspresse geführt, um den TS-Gehalt auf ca. 40% zu erhöhen.

Nach dem BTA® Abfall Pulper enthält die Organik-Fraktion noch Sand und feine Störstoffe. Zu deren sicheren Entfernung wird die BTA® Gritabscheidung eingesetzt. Durch die Zentrifugalkräfte im Hydrozyklon wird ein mit Grit angereicherter Schlamm als Unterlauf in das Klassierrohr ausgetragen und sedimentiert nach unten in die Gritbox, wobei der Gehalt an organischen Partikeln im Grit durch Aufstromwasser maximal reduziert wird. Der Abscheidegrad beträgt je nach Parametrierung über 98 %.

So kann eine saubere, leicht handhabbare organische Suspension erzeugt und nachgeschaltete Anlagenkomponenten zuverlässig hinsichtlich Verschleiß, Versandung, Sedimenten und Blockaden geschützt werden.

 

 

Vergärung

In diesem spezifischen Projekt haben sich die STRABAG Umweltanlagen GmbH und BTA International GmbH entschlossen, gemeinsam anzubieten, wobei die Firma STRABAG für die Vergärung verantwortlich zeichnet.

Die Vergärung erfolgt als mesophile Nassvergärung in einem LARAN®-Schlaufenreaktor, der sich durch ein Umwälzsystem charakterisiert, das eine Gaseinpressung in ein zentral angeordnetes Doppelmantelleitrohr beinhaltet, mit dem eine vertikale Durchmischung des Reaktors mittels Schlaufenströmung erreicht wird. Der Wärmeeintrag erfolgt ebenfalls über das Doppelmantelleitrohr. Dieser patentierte Prozess, mit einer mittleren Verweildauer von ca. 25 Tagen im Reaktor, gewährleistet eine hohe Prozessstabilität und erhöht den Gesamtumsatz an Bioorganik. Unterstützt wird dieses System noch zusätzlich durch ein hydraulisches Umwälzsystem mit speziellen Düsen zur Bodenumwälzung und Schwimmdeckenzerstörung sowie der Möglichkeit zur Schwimmschlamm-Entnahme.

Das Schwimmschlamm-Entnahmesystem besteht aus einem im Inneren des Schlaufenreaktors installierten Schwimmschlammkasten. Durch Anstauen des Gärreaktors steigt der Wasserspiegel und der Schwimmschlamm wird über den Schwimmschlammkasten ausgeschleust.

Wesentliches Merkmal des LARAN®-Schlaufenreaktors ist, dass keine beweglichen Einbauten im Inneren des Gärreaktors erforderlich sind.

Die Befüllung erfolgt aus einem Suspensionsspeicher, der zum Mengenausgleich zwischen Abfallannahme und Reaktorbeschickung dient. Die Entnahme der vergorenen Abfallsuspension erfolgt über einen weiteren Pufferbehälter, in den auch der Schwimmschlamm gelangt.

 

 

Gärrest- und Prozesswasserbehandlung

Der Gärrest wird zur Entwässerung mit einer Zentrifuge zugeführt, die in den ehemaligen Annahmebereich für den Bioabfall in der Rottehalle der MBA ZEMKA integriert wurde.

Das Zentrat wird zu ca. 50% ohne weitere Behandlung zum Anmaischen der Abfälle bzw. Schlämme zurückgeführt. Das verbleibende Zentrat wird über eine Filtrationsstufe (Microstrainer) zur weitgehenden Abtrennung der suspendierten Feststoffe geführt. Das so gewonnene Prozesswasser wird ca. zu 30% im Prozess als Spülwasser zurückgeführt.

Das Überschusswasser wird in einer internen Kläranlage vorbehandelt, für die Machowetz & Partner verfahrenstechnisch verantwortlich zeichnen. Aufgrund des zu erwartenden hohen N-Gehaltes und des niedrigen C/N Verhältnisses wird an dieser Stelle das DEMON-Verfahren eingesetzt, um den Bedarf an einer zusätzlichen C-Quelle zu eliminieren. Erst dann kann das so verbleibende Überschusswasser in die benachbarte Kläranlage eingeleitet werden.

 

 

Biogasverwertung

Ein schlüssiges, möglichst flexibles Konzept für die Nutzung des erzeugten Biogases war ein weiterer zentraler Faktor für die langfristige Wirtschaftlichkeit einer Anlage. Verantwortlich für die Vermarktung des aus dem Abfall erzeugten Biogases in der Anlage Zell am See ist die Salzburg AG. Es wird erwartet, dass ca. 2 Millionen Nm³ Biogas mit einem Methangehalt von über 60% pro Jahr erzeugt werden.

Verschiedene Nutzungsmöglichkeiten werden für das erzeugte Biogas vorgesehen:

 

Tauern Spa Kaprun

Der Hauptabnehmer des erzeugten Biogases ist das Tauern SPA in Kaprun in ca. 2,5 km Entfernung, wo das Biogas mit Hilfe eines eigenen Heizkessels in Wärme umgewandelt wird.


Biogasvollaufbereitung

Der Wärmeverbrauch in der Therme weist (jahreszeitliche) Schwankungen auf. Überschüssiges Biogas wird daher noch in einer Biogasvollaufbereitungsanlage der Salzburg AG zu Erdgasqualität aufbereitet und in das öffentliche Erdgasnetz eingespeist.

Es stellen sich daher bereits besonders hohe Anforderungen an die Rohbiogasqualität, insbesondere:

  • Das erzeugte Biogas wird über eine externe Biogasentschwefelung geführt, um den H2S-Gehalt auf einen Wert von unter 100 ppm zu reduzieren.
  • Da die nach der Biogasvollaufbereitung geforderte Gasqualität für das erdgasäquivalente Biomethan nur sehr niedrige Inertanteile (O2, N) zulässt, muss die Entschwefelungsanlage in den Phasen der gewünschten Erdgasnetzeinspeisung mit Reinst-Sauerstoff betrieben werden.
  • Das Biogas wird über eine Biogastrocknungsanlage geführt, in welcher der Taupunkt-Sollwert des Biogases gleitend nach kontinuierlichen Erdtemperaturmessungen auf bis zu -5°C abgesenkt wird, um eine Kondensatbildung in der Biogasleitung zur Tauerntherme (ca. 2,5 km) sicher zu verhindern. Dies erfolgt in einer dreistufigen Kondensationstrocknung, in der das Biogas mit Umgebungsluft, Kaltwasser und Kaltsole entsprechend abgekühlt wird.


Mit einem Energie-Ertrag von jährlich ca. 14 GWh liefertdie Biogasanlage ZEMKA einen deutlichen Beitrag zur Energiewende und Erreichung der Klimaziele in der Region. Diese Energiemenge entspricht dem jährlichen Heizenergieverbrauch von knapp 1.000 Haushalten oder dem jährlichen Treibstoffbedarf von rund 600 Erdgas PKW. Dadurch können ca. 3.000 Tonnen CO2 /Jahr eingespart werden. Seit Ende 2013 wird Biogas in Richtung Kaprun/Tauern SPA geliefert.

 

 

Ausblick

Die Flexibilität einer Abfallvergärungsanlage, nicht nur bezüglich einer schwankenden Abfallzusammensetzung, sondern auch hinsichtlich der Behandlung zusätzlicher, zum Teil unterschiedlichster Abfallströme, hat eine zentrale Bedeutung nicht nur für die Prozessstabilität sondern auch für die langfristige Wirtschaftlichkeit der Anlage. Nicht minder wichtig für den Erfolg dieser Anlage ist ein schlüssiges, möglichst flexibles Konzept für die effiziente Nutzung des erzeugten Biogas. Die Quantität und Qualität des erzeugten Biogases entspricht den Erwartungen.

Die Biogasanlage in Zell am See vereint eine hohe Substratflexibilität mit einem innovativen Biogasnutzungskonzept. Mit ihrem Bau verfolgt die Betreiber-Gesellschaft gleich mehrere Ziele. Neben dem Beitrag zur Energiewende und Erreichung der Klimaziele, decken die Initiatoren des Projektes die gesamte kommunale Wertschöpfungskette ab; wie z.B. optimale Nutzung der regionalen Ressourcen, Stärkung der Wirtschaft, Sicherung der Arbeitsplätze und gesicherte und stabile Entsorgungskosten für Bevölkerung und ansässige Wirtschaft.
Die Kooperation der Gemeinden, ZEMKA, Salzburg AG und Tauern SPA gilt als Vorzeigebeispiel für die regionale Versorgung durch Ökoenergie.