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Leistung und Kosten des Membran‐ Bioreaktor Verfahrens ... · DWA‐WWK O/2 Wozu eine Membran?...

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DWAWWK O/2 Kassel, 14.11.2012 DWAWasserWirtschaftsKurs O/2 „Kommunale Abwasserbehendlung“ Kassel, 13. bis 15. November 2012 Kassel, 13. bis 15. November 2012 Leistung und Kosten des MembranLeistung und Kosten des Membran BioreaktorVerfahrens (MBR Verfahren) (MBRVerfahren) 14. November 2012 FranzBernd Frechen, Universität Kassel Bundessieger in der Folie 1 Fachgebiet Siedlungswasserwirtschaft (FG SWW) Leiter: Univ.Prof. Dr.Ing. F.B. Frechen www.uni-kassel.de/fb14/siwawi Bundessieger in der Kategorie „Gesellschaft“
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DWA‐WWK O/2Kassel, 14.11.2012

DWA‐WasserWirtschafts‐Kurs O/2„Kommunale Abwasserbehendlung“Kassel, 13. bis 15. November 2012Kassel, 13. bis 15. November 2012

Leistung und Kosten des Membran‐Leistung und Kosten des MembranBioreaktor‐Verfahrens

(MBR Verfahren)(MBR‐Verfahren)

14. November 2012Franz‐Bernd Frechen, Universität Kassel

Bundessieger in der

Folie 1 Fachgebiet Siedlungswasserwirtschaft (FG SWW)

Leiter: Univ.‐Prof. Dr.‐Ing. F.‐B. Frechen www.uni-kassel.de/fb14/siwawi

Bundessieger in der Kategorie „Gesellschaft“

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DWA‐WWK O/2Kassel, 14.11.2012Übersicht

Einführung Verfahrensbeschreibung Betrieb und Bemessung Leistungsfähigkeit Vor‐ und Nachteile Kosten Beispiele Zusammenfassung

Folie 2 Fachgebiet Siedlungswasserwirtschaft (FG SWW)

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DWA‐WWK O/2Kassel, 14.11.2012Wozu eine Membran?

Ersatz der konventionellen, schwerkraftbedingten Phasen‐trennung fest/flüssig in der Nachklärung durch eine Phasen‐trennung mittels Membran als Barriere

Folie 3 Fachgebiet Siedlungswasserwirtschaft (FG SWW)

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DWA‐WWK O/2Kassel, 14.11.2012Phasentrennung durch Membranen

Ersatz der konventionellen, schwerkraftbedingten Phasen‐trennung fest/flüssig in der Nachklärung durch eine Phasen‐trennung mittels Membran als Barriere

V f h h i h F l Verfahrenstechnische Folgen:Die Nachklärung wird überflüssig Es sind höhere TS‐Gehalte möglich: statt 3 g/L bis 5 g/L  nun bis 15 g/L

Daher sind kleinere Belebungsbecken möglich

Folie 4 Fachgebiet Siedlungswasserwirtschaft (FG SWW)

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DWA‐WWK O/2Kassel, 14.11.2012

Konv BV

Verfahrensvergleich

Konv. BV ...

Belebungs‐becken

Nachklä‐rung

XTS,BB ≈ 4 g/L

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Konv BV mit Erweiterung BB

Verfahrensvergleich

Konv. BV mit Erweiterung BB ...

ErweiterungBelebungs‐

becken

Belebungs‐becken

Nachklä‐rung

XTS,BB ≈ 4 g/L

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DWA‐WWK O/2Kassel, 14.11.2012

Konv BV mit Erweiterung BB+NK

Verfahrensvergleich

Konv. BV mit Erweiterung BB+NK …

ErweiterungBelebungs‐

becken

Belebungs‐becken

Nachklä‐rung

XTS,BB ≈ 4 g/L

Folie 7 Fachgebiet Siedlungswasserwirtschaft (FG SWW)

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DWA‐WWK O/2Kassel, 14.11.2012

Konv BV mit Erweiterung BB+NK und Filter

Verfahrensvergleich

Konv. BV mit Erweiterung BB+NK und Filter ...

ErweiterungBelebungs‐

becken

Belebungs‐becken

Nachklä‐rung Filtration

XTS,BB ≈ 4 g/L

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Konv BV mit Erweiterung BB+NK und Filter+Desinfektion

Verfahrensvergleich

Konv. BV mit Erweiterung BB+NK und Filter+Desinfektion...

ErweiterungBelebungs‐

becken

Belebungs‐becken

Nachklä‐rung Filtration

Desin‐fektion

XTS,BB ≈ 4 g/L

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Konv BV mit Erweiterung BB+NK und Filter+Desinfektion

Verfahrensvergleich

Konv. BV mit Erweiterung BB+NK und Filter+Desinfektion...

ErweiterungBelebungs‐

becken

Belebungs‐becken

Nachklä‐rung Filtration

Desin‐fektion

XTS,BB ≈ 4 g/L

MBR

... oder MBR‐Verfahren

MBR

XTS,BB ≈ 10 g/L

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DWA‐WWK O/2Kassel, 14.11.2012Begriffe

Membranen sind teildurchlässige Strukturen, die nicht für alle Komponenten eines Fluids permeabel sind [nach MELIN und RAUTENBACH]

M d ll ll Si b i kl i Lö h Modellvorstellung: Sieb mit ganz kleinen Löchern …. Als Trenntechnik in der Industrie seit langem geläufig Di K bi ti d bi l i h Ab i i it Die Kombination der biologischen Abwasserreinigung mit 

Membranen wird als MBR=MembranBioReaktor bezeichnet Was landläufig als „Membranbelebungsverfahren“ bezeichnet Was landläufig als „Membranbelebungsverfahren  bezeichnet 

wird, ist genau genommen das MBR‐Verfahren

Folie 11 Fachgebiet Siedlungswasserwirtschaft (FG SWW)

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DWA‐WWK O/2Kassel, 14.11.2012Membran als physikalische Barriere

Filtrations‐wirksame

Roh‐wasser

Filtrat, Reinwasserwirksame 

Deckschichtwasser Reinwasser

Feststoffe (organisch, an‐organisch, Bakterien u.a.) Membran

Folie 12 Fachgebiet Siedlungswasserwirtschaft (FG SWW)

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typische Porenweite 20 bis 100 nm (0,02 bis 0,10 µm)

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DWA‐WWK O/2Kassel, 14.11.2012Charakterisierung von Membranen

Bakterien

Viren

Ionen Cryptosporidien

Molekulargewicht [kDa] 0 3 50 500 2 000

Pestizide

Kolloide

Feststoffe gemäß DIN‐Filtration (0,45 µm)

E.coli

100200

Molekulargewicht [kDa] 0,3 50 500 2.000

Umkehrkörniges

Filter-Membranfiltration

ck[bar]

10

100

Nano‐filtration

Umkehr‐osmose

material, Siebe,

Rechen

Druc

1 Mikrofiltration

Ultra‐filtration

Raum

P tik l öß [ ]0,0001 0,001 0,01 0,1 1 10

0,1100

Raum‐filtration

Folie 13 Fachgebiet Siedlungswasserwirtschaft (FG SWW)

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Partikelgröße [µm]Üblicher Bereich für MBR

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DWA‐WWK O/2Kassel, 14.11.2012Betriebsweisen von Membranen

Dead‐end‐Filtration

Deckschicht

Dead end Filtration(statische Filtration)

PermeatFeed

MembranMembran

DeckschichtdickeQ,s

Permeatstrom

t

Folie 14 Fachgebiet Siedlungswasserwirtschaft (FG SWW)

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Rückspülung

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DWA‐WWK O/2Kassel, 14.11.2012Betriebsweisen von Membranen

Dead‐end‐Filtration Crossflow‐Filtration

Deckschicht

Dead end Filtration(statische Filtration)

Crossflow Filtration(dynamische Filtration)

Deckschicht

PermeatFeed PermeatFeed

MembranMembran

DeckschichtdickeQ,s

P t tQ,s

Membran

Permeatstrom

Permeatstrom

Deckschichtdicket

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RückspülungDeckschichtdicke

t

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DWA‐WWK O/2Kassel, 14.11.2012Membranmaterial, Bauformen von Membranmodulen

Membranmaterialien: organisch: PVDF, PES, PAN, PE u.a.m. anorganisch: keramische Membranen

Folie 16 Fachgebiet Siedlungswasserwirtschaft (FG SWW)

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DWA‐WWK O/2Kassel, 14.11.2012Membranmaterial, Bauformen von Membranmodulen

Membranmaterialien: organisch: PVDF, PES, PAN, PE u.a.m. anorganisch: keramische Membranen

Bauformen: Bauformen:

Folie 17 Fachgebiet Siedlungswasserwirtschaft (FG SWW)

Leiter: Univ.‐Prof. Dr.‐Ing. F.‐B. Frechen www.uni-kassel.de/fb14/siwawi

P l a t t e n m o d u l

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DWA‐WWK O/2Kassel, 14.11.2012Membranmaterial, Bauformen von Membranmodulen

Membranmaterialien: organisch: PVDF, PES, PAN, PE u.a.m. anorganisch: keramische Membranen

Bauformen: Bauformen:

Folie 18 Fachgebiet Siedlungswasserwirtschaft (FG SWW)

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H o h l f a s e r m o d u lP l a t t e n m o d u l

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DWA‐WWK O/2Kassel, 14.11.2012Plattenmodule

Martin Martin SystemsSystems

KubotaKubotaKubotaKubota

KubotaKubota

Folie 19 Fachgebiet Siedlungswasserwirtschaft (FG SWW)

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HuberHuberBusseBusse

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DWA‐WWK O/2Kassel, 14.11.2012Hohlfasermodule

Hohlfasermodul Zenon

H hlf d l Mit bi hi

Folie 20 Fachgebiet Siedlungswasserwirtschaft (FG SWW)

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Hohlfasermodul Mitsubishi RayonHohlfasermodul Koch Hohlfasermodul USFilters

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DWA‐WWK O/2Kassel, 14.11.2012Modulspezifische Dimensionen

Parameter Einheit Größe

Filterfläche pro Filtrationseinheit m²/FE 240 bis 2 880 Vorbereitung)

Filterfläche pro Filtrationseinheit  m /FE 240 bis 2.880spez. Filterfläche pro Grundfläche im eingebauten Zustand – „Foot Print“

m²/m² 70 bis 180 

‐Verfahren“ (in

 

Zustand  „Foot Print

Packungsdichte AMem,spez. der Module im eingebauten Zustand

m²/m³ 15 bis 75

bran

‐Bioreaktor‐

erforderliche Wassertiefeder Membranbecken

m 2,5 bis 5,0

A‐M 227„M

emb

Merkblatt DWA

Folie 21 Fachgebiet Siedlungswasserwirtschaft (FG SWW)

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Aus 

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DWA‐WWK O/2Kassel, 14.11.2012Betriebsweisen

lumen

Zyklus

Filtration Pause umen

Zyklus

Filtration Rückspülung Vorbereitung)

ermeatvol Filtration Pause

rmeatvol Filtration Rückspülung

‐Verfahren“ (in

 

Pe Pe

bran

‐Bioreaktor‐

A‐M 227„M

emb

Zeit Zeit

Merkblatt DWA

Folie 22 Fachgebiet Siedlungswasserwirtschaft (FG SWW)

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Aus 

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DWA‐WWK O/2Kassel, 14.11.2012Verfahrensvarianten

Belebungsbecken

Zulauf Rezirkulation

Permeat

Belebungsbecken

V

Filtrationseinheiten

Vorbereitung)

integriertes MBR-SystemCrossflow-BelüftungÜberschuss-schlamm

VBB

‐Verfahren“ (in

 

Belebungsbecken Membranbecken

schlamm

bran

‐Bioreaktor‐

Zulauf Rezirkulation

PermeatVBB

Filtrationseinheiten

A‐M 227„M

emb

Überschuss-

Crossflow-Belüftung

separates MBR-System

VMB

BB

Merkblatt DWA

Folie 23 Fachgebiet Siedlungswasserwirtschaft (FG SWW)

Leiter: Univ.‐Prof. Dr.‐Ing. F.‐B. Frechen www.uni-kassel.de/fb14/siwawi

Rücklaufschlamm schlamm

Aus 

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DWA‐WWK O/2Kassel, 14.11.2012Grundannahmen zur Bemessung

Die reaktionskinetischen Leistungen entsprechen in der Regel denen konventioneller belebter Schlämme.

Der Schlammanfall unterscheidet sich hinsichtlich der Feststoffmasse nicht vom Schlammanfall konventioneller Belebungsanlagen. Vo

rbereitung)

g g Das Bemessungsschlammalter in Membranbelebungsanlagen bewegt sich

im üblichen Bereich konventioneller Belebungsanlagen, da den Feststoff‐gehalten in den Belebungsbecken bzw. an den Membranen Grenzen gesetzt ‐V

erfahren“ (in

 

gehalten in den Belebungsbecken bzw. an den Membranen Grenzen gesetzt sind.

Membranbelebungsanlagen sind mit den üblichen Verfahren zur CSB Elimination br

an‐Bioreaktor‐

CSB‐Elimination Nitrifikation Stickstoffelimination simultanen aeroben Schlammstabilisierung sowie A‐

M 227„M

emb

simultanen aeroben Schlammstabilisierung sowie mit Verfahren zur biologischen und chemischen Phosphorentfernung

ohne Einschränkungen kombinierbar.

Merkblatt DWA

Folie 24 Fachgebiet Siedlungswasserwirtschaft (FG SWW)

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Aus 

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DWA‐WWK O/2Kassel, 14.11.2012Kenngrößen

Transmembrandruck: TMP = PS – PP je nach Membranmodul‐

typ; bis 0,750 bar, P

Ps hydrostatischer Druck am Sensoryp; , ,

typisch etwa 0,250 bar

Flux: ifi h Fil l j Flä h d Z i i h i (j ²

Permeat

Pp

spezifischer Filtratvolumenstrom je Flächen‐ und Zeiteinheit (je m² Membranfläche, je Stunde)

Einheit: L/(m²h)maßgebliche hydraulische Bemessungsgröße typisch 5 L/(m²h) bis zu 35 L/(m²h)

Permeabilität: Permeabilität: Kenngröße zur Beschreibung der Durchlässigkeit einer Membran. Quotient 

aus dem Brutto‐Permeatflux und dem Transmembrandruck Einheit: L/(m²hbar)

Folie 25 Fachgebiet Siedlungswasserwirtschaft (FG SWW)

Leiter: Univ.‐Prof. Dr.‐Ing. F.‐B. Frechen www.uni-kassel.de/fb14/siwawi

Einheit: L/(m hbar). 

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DWA‐WWK O/2Kassel, 14.11.2012Beispiel Permeabilitätsverlauf

Folie 26 Fachgebiet Siedlungswasserwirtschaft (FG SWW)

Leiter: Univ.‐Prof. Dr.‐Ing. F.‐B. Frechen www.uni-kassel.de/fb14/siwawi

Drensla, K.: Chemische Reinigung  von getauchten Niederdruck‐Hohlfasermembranen  auf großtechnischen kommunalen MBR‐Anlagen, 2013

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DWA‐WWK O/2Kassel, 14.11.2012Hydraulische Bemessung

1 0

0,8

0,9

1,0

Stunde

Woche

Tag

0 5

0,6

0,7

uxmax[‐]

Mittel

MonatWoche

Muster

0,3

0,4

0,5

Flux/Flu

0 0

0,1

0,2

F

0,00 5 10 15 20 25

Temperatur [°C]

Folie 27 Fachgebiet Siedlungswasserwirtschaft (FG SWW)

Leiter: Univ.‐Prof. Dr.‐Ing. F.‐B. Frechen www.uni-kassel.de/fb14/siwawi

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DWA‐WWK O/2Kassel, 14.11.2012Hydraulische Bemessung

AMem = Qbem / vF,bem in m² (Gl. 4)Mem bem F,bem

mit: AMem m² erforderliche MembranflächeQ l/h Bemessungswassermenge Vo

rbereitung)

Qbem l/h BemessungswassermengevF,bem l/(m²h) Bemessungspermeatflux zum Ende der Nutzungszeit

‐Verfahren“ (in

 

Weitere Hinweise zur Bemessung von MBR‐Anlagen sieheIWA Regional Conference on Membrane Technology andW t R I t b l br

an‐Bioreaktor‐

Water Reuse, Istanbul,18. bis 22. Oktober 2010 

A‐M 227„M

emb

Merkblatt DWA

Folie 28 Fachgebiet Siedlungswasserwirtschaft (FG SWW)

Leiter: Univ.‐Prof. Dr.‐Ing. F.‐B. Frechen www.uni-kassel.de/fb14/siwawi

Aus 

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DWA‐WWK O/2Kassel, 14.11.2012Fluxabfall durch Belagbildung: Fouling

Belag auf einer Kapillarmembrane vor der chem. Spülung

BakterienzelleAggregate: Silizium,Calcium,

Kohlenstoff, Sauerstoff 

fadenförmige Bakterien

10 μmREM Bild mit 2.500 facher Vergrößerung

Folie 29 Fachgebiet Siedlungswasserwirtschaft (FG SWW)

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μg gQuelle: Erftverband

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DWA‐WWK O/2Kassel, 14.11.2012Zwischen‐ und Hauptreinigung (Prinzip)

HR HRZR ZR ZR ZR ZR ZR ZR ZR ZR ZR ZR ZR

Vorbereitung)

bilität

‐Verfahren“ (in

 

Perm

eab

bran

‐Bioreaktor‐

A‐M 227„M

emb

Zeit

Merkblatt DWA

Folie 30 Fachgebiet Siedlungswasserwirtschaft (FG SWW)

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Aus 

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DWA‐WWK O/2Kassel, 14.11.2012Möglichkeiten der Chemischreinigung

Folie 31 Fachgebiet Siedlungswasserwirtschaft (FG SWW)

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Drensla, K.: Chemische Reinigung  von getauchten Niederdruck‐Hohlfasermembranen  auf großtechnischen kommunalen MBR‐Anlagen

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DWA‐WWK O/2Kassel, 14.11.2012Problem auch: Verzopfungen ...

können auftreten bei

Hohlfaser‐ aber auch PlattenmodulenHohlfaser aber auch Plattenmodulen

by: Wessex Water

Folie 32 Fachgebiet Siedlungswasserwirtschaft (FG SWW)

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DWA‐WWK O/2Kassel, 14.11.2012Abhilfe:

Entweder optimierte Abwasservorbehandlung, siehe

oder Abwasserzwischensiebung AZS (bei separaten Systemen):

Folie 33 Fachgebiet Siedlungswasserwirtschaft (FG SWW)

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DWA‐WWK O/2Kassel, 14.11.2012Etwas zur Hydraulik in separaten Systemen

Permeate

Inlet Int. recycle

NFC

DNMLSS 10 g/L

MLSS 12 g/L

Excess sludgeReturn sludge

Folie 34 Fachgebiet Siedlungswasserwirtschaft (FG SWW)

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DWA‐WWK O/2Kassel, 14.11.2012Etwas zur Hydraulik in separaten Systemen

Reduzierung des TSReduzierung des TS-Gehaltes

IR = 400%

Int. recycle 600%500%Permeate

Inlet100%

NFC

DNMLSS 10 g/L 100%

MLSS 12 g/L

Excess sludgeReturn sludge RS = 500%

Folie 35 Fachgebiet Siedlungswasserwirtschaft (FG SWW)

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DWA‐WWK O/2Kassel, 14.11.2012Etwas zur Hydraulik in separaten Systemen

Zulauf Rezirkulation

MembranbeckenMBR

Permeat

Zulauf Rezirkulation

BR S

XTS,MBR

D  N N

X TS,MB

X TS,AZ

S

AZS

ÜSSRücklaufschlamm

XTS,MB

Rücklaufschlamm

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DWA‐WWK O/2Kassel, 14.11.2012Effekt der TS‐Verringerung auf den RS‐Volumenstrom

200%

175%

no intermediate sieving

MLSS(IntS) = 0.75 * MLSS(AT)

MLSS(I tS) 0 50 * MLSS(AT)n %

150%

MLSS(IntS) = 0.50 * MLSS(AT)

MLSS(IntS) = 0.25 * MLSS(AT)

LSS A

T in

100%

125%

SSM

T/ M

L

75%

MLS

50%0 1 2 3 4 5

return sludge flow (related to inlet flow)

Folie 37 Fachgebiet Siedlungswasserwirtschaft (FG SWW)

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return sludge flow (related to inlet flow)

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DWA‐WWK O/2Kassel, 14.11.2012Verfahrensvergleich – Leistungsfähigkeit

Parameter MBAkonventionelle Belebungsanlage

ohne Erweiterungen mit Erweiterungeng g

Feststoffe 0 mg/l 10 bis 15 mg/l 3 bis 8 mg/l

CSB < 30 mg/l 40 bis 50 mg/l 30 bis 40 mg/l

mikrobiologischeQualität*)

Badegewässer‐qualität ‐‐‐ Badegewässer‐

qualität

*) bezüglich EU Richtlinie 76/160/EWG) bezüglich EU‐Richtlinie 76/160/EWG

Folie 38 Fachgebiet Siedlungswasserwirtschaft (FG SWW)

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Aus Merkblatt DWA-M 227„Membran-Bioreaktor-Verfahren“ (in Vorbereitung)

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DWA‐WWK O/2Kassel, 14.11.2012Leistungsfähigkeit

Beispiel KA Rödingen (3000 EW)

Parameter Zulauf Ablauf Überwachungswert Elimina tionsra temg* L-1 mg* L-1 mg* L-1 %

CSB 430 < 25 35 > 94,2

BSB5 ca. 250 < 5 8 > 98

N ges 58 < 10 92

N H 4-N 25 < 1 2 99,4

N O3-N < 10

Pges ca. 11 0,5 86,5

PO P bis 10 < 0 2PO4-P bis 10 < 0,2

AOX < 50 50

Folie 39 Fachgebiet Siedlungswasserwirtschaft (FG SWW)

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DWA‐WWK O/2Kassel, 14.11.2012Leistungsfähigkeit

Beispiel KA Varsseveld/NL, Werte Februar 2005 bis September 2005

ParameterParameter ZulaufZulauf PermeatPermeat ηη

mg/lmg/l mg/lmg/l %%

CSBCSB 835835 2424 9797

Gesamt N Gesamt N *)*) 5959 3.23.2 9595

NHNH44--NN 3030 < 0,1< 0,1 999944

NONOxx--NN -- 2,32,3 --

Gesamt PGesamt P **)**) 16 416 4 3 63 6 7878Gesamt P Gesamt P )) 16,416,4 3,63,6 7878

<< 0,1 NTU<< 0,1 NTU*)*) Ohne OptimierungOhne Optimierung

Folie 40 Fachgebiet Siedlungswasserwirtschaft (FG SWW)

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**)**) Keine Chemikaliendosierung Keine Chemikaliendosierung

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DWA‐WWK O/2Kassel, 14.11.2012Investitionskosten (Ausrüstungstechnik ohne Bau)

10 000

8.000

10.000h)] Vorbereitung)

6.000

en [€/(m³/h

‐Verfahren“ (in

 

4.000

sche

 Koste

bran

‐Bioreaktor‐

2.000spezifis

A‐M 227„M

emb

0

0 500 1.000 1.500 2.000

B fl [ ³/h] Merkblatt DWA

Folie 41 Fachgebiet Siedlungswasserwirtschaft (FG SWW)

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Bemessungszufluss [m³/h]

Aus 

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DWA‐WWK O/2Kassel, 14.11.2012Investitionskosten – Vergleich

Rödingen / 1999 / 3,000 p.e. Nordkanal / 2004 / 80,000 p.e.

23%38% 37%28%

g / / , p / / , p

27%12% 28%

7%

Glessen / 2008 / 9,000 p.e.CAS system

39%15%

12%Civil works

mechanical55%

45%

34%electric/automation

MBR system Civil works machinery/electric/automation

Folie 42 Fachgebiet Siedlungswasserwirtschaft (FG SWW)

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automation

© Brepols, C. Operating large scale membrane Bioreactors for Municipal Wastewater Treatment, IWAP, 2011

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DWA‐WWK O/2Kassel, 14.11.2012Membranspezifische zusätzliche Betriebskosten

spez. Energiebedarf spz. Kosten Gesamtkostenniedrig hoch niedrig hoch niedrig hoch i Mniedrig hoch niedrig hoch niedrig hoch i.M.

€Ct/m³ €Ct/m³ €Ct/m³

Crossflow‐Belüftung kWh/m³ 0,20 0,75 2,00 7,50 4,75

P t t kti dPermeatextraktion und  Rezirkulationen

kWh/m³ 0,08 0,15 0,80 1,50 1,15

zusätzliche Druckbelüftung

kWh/m³ 0,08 0,10 0,80 1,00 0,90

Chemikalien €/m² a 0,20 1,10 0,18 1,00 0,59

Membranersatz bei5 a Standzeit

€/m² 40 80 7,31 14,618 22

Membranersatz bei10 a Standzeit

€/m² 40 80 3,65 7,31

Gesamt:   5 a Standzeit 11,09 25,62

8,22

15 61

Aus:Frechen, F.-B. Upgrading CAS systems using MBR technology – invited special talk –MBR Asia 2010 Bangkok 26-27 April 2010

10 a Standzeit 7,44 18,31Annahmen: 0,10 €/kWh, jahresmittlerer Flux 12,5 L/(m² • h)

15,61

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MBR Asia 2010, Bangkok, 26-27 April 2010unter Nutzung der Zahlen aus dem Merkblatt DWA-M 227„Membran-Bioreaktor-Verfahren“ (in Vorbereitung)

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DWA‐WWK O/2Kassel, 14.11.2012Membranspezifische zusätzliche Betriebskosten

Crossflow‐Belüftung4,75 €Ct/m³

P

Membran‐ersatz

/ ³ Permeat‐extraktion und  Rezirkulationen1 15 €Ct/m³

8,22 €Ct/m³

1,15 €Ct/m

zusätzliche Druckbelüftung0 90 €Ct/m³Chemikalien

Aus:Frechen, F.-B. Upgrading CAS systems using MBR technology – invited special talk –MBR Asia 2010 Bangkok 26-27 April 2010

0,90 €Ct/mChemikalien0,59 €Ct/m³

Folie 44 Fachgebiet Siedlungswasserwirtschaft (FG SWW)

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MBR Asia 2010, Bangkok, 26-27 April 2010unter Nutzung der Zahlen aus dem Merkblatt DWA-M 227„Membran-Bioreaktor-Verfahren“ (in Vorbereitung)

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DWA‐WWK O/2Kassel, 14.11.2012Vorteile des Membranbelebungsverfahrens

Hervorragende Abbauleistungen bzgl. der Kohlenstoffe und Nährstoffe u.a. durch Partikelrückhalt

Weitestgehende Entkeimung, Badegewässerqualität, W i d dWasserwiederverwendung

Kleine Bauwerke, geringer Platzbedarf, leicht umbaubar H h B t i b i h h it k i S hl bt i b d h Bläh d Hohe Betriebssicherheit, kein Schlammabtrieb durch Bläh‐ und 

Schwimmschlamm Unabhängig von den Absetzeigenschaften des Schlamms Unabhängig von den Absetzeigenschaften des Schlamms Ausgezeichnet geeignet für Ertüchtigung bestehender Anlagen

Folie 45 Fachgebiet Siedlungswasserwirtschaft (FG SWW)

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DWA‐WWK O/2Kassel, 14.11.2012Nachteile des Membranbelebungsverfahrens

Meist höhere Investitionskosten Höhere Betriebskosten wegen hohen Energiebedarfs für die 

Cross‐flow‐Belüftung Sorgfältige Vorreinigung nötig, um Verstopfungen und 

Verblockungen zu verhindern W i B k l i i i b di t t Wegen geringerer Beckenvolumina prinzipbedingt etwas 

anfälliger gegen Stoßbelastungen (Meist) technisch aufwendiger, benötigt geschultes Personal (Meist) technisch aufwendiger, benötigt geschultes Personal Chemischreinigung und Chemikalienlager nötig Empfindlich gegen membranschädigende Stoffep g g g

Folie 46 Fachgebiet Siedlungswasserwirtschaft (FG SWW)

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DWA‐WWK O/2Kassel, 14.11.2012Inhalt des Merkblatts DWA‐M 227

1 Anwendungsbereich2 Begriffe3 Beschreibung des Membranbioreaktorverfahrens (MBR‐Verfahren)4 Mechanische Vorbehandlung5 Planung und Bemessung6 Reinigungsstrategien7 Konstruktion und Ausschreibung8 Inbetriebnahme9 Hinweise für den Betrieb von MBR‐Anlagen10 Einsatz der Membrantechnik in kleinen Kläranlagen

d b h k l kl l11 Einsatz der Membrantechnik in Kleinkläranlagen12 Kläranlagenertüchtigung mit dem MBR‐Verfahren13 Kosten

Siehe auch CEN/CWA Document 15897:20‐11‐2008 Submerged Membrane Bioreactor (MBR) Technology

Folie 47 Fachgebiet Siedlungswasserwirtschaft (FG SWW)

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DWA‐WWK O/2Kassel, 14.11.2012Membranfiltration – Beispiel Kaarst

gefordertegAblaufqualität:COD 90BOD 20NH N 10NH4‐N 10Ntot 18Ptot 0.2alles in  [mg/l][ g/ ]

Folie 48 Fachgebiet Siedlungswasserwirtschaft (FG SWW)

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DWA‐WWK O/2Kassel, 14.11.2012Membranfiltration – Beispiel Kaarst

gefordertegAblaufqualität:COD 90BOD 20NH N 10NH4‐N 10Ntot 18Ptot 0.2alles in  [mg/l][ g/ ]

Folie 49 Fachgebiet Siedlungswasserwirtschaft (FG SWW)

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DWA‐WWK O/2Kassel, 14.11.2012Membranfiltration – Beispiel Kaarst

gefordertegAblaufqualität:COD 90BOD 20NH N 10NH4‐N 10Ntot 18Ptot 0.2alles in  [mg/l][ g/ ]

Folie 50 Fachgebiet Siedlungswasserwirtschaft (FG SWW)

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DWA‐WWK O/2Kassel, 14.11.2012KA Swanage/UK

Folie 51 Fachgebiet Siedlungswasserwirtschaft (FG SWW)

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DWA‐WWK O/2Kassel, 14.11.2012KA Swanage/UK

Folie 52 Fachgebiet Siedlungswasserwirtschaft (FG SWW)

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DWA‐WWK O/2Kassel, 14.11.2012

KA St. Peter ob Judenburg/A ‐ 1.500 E (IBN 2002)

Upgrading – Teichkläranlage

KA St. Peter ob Judenburg/A   1.500 E (IBN 2002)

b lüft t T i hAb‐RechenPump‐

Qdwf/Qmax 9 / 15 [m³/h]V 950 m³ V 96 m³

belüfteter Teich setz‐zone

MBRRechen 5 mm

Pumpwerk

945 m²HF memBCOD 180 Mischwasser‐

speicher

BCOD 180BBOD 90BN 16   [kg/d]

Schlamm‐speicher

Folie 53 Fachgebiet Siedlungswasserwirtschaft (FG SWW)

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DWA‐WWK O/2Kassel, 14.11.2012Upgrading – Teichkläranlage

KA St. Peter ob Judenburg/A ‐ 1.500 E (IBN 2002)KA St. Peter ob Judenburg/A   1.500 E (IBN 2002)Folie 54 Fachgebiet Siedlungswasserwirtschaft (FG SWW)

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DWA‐WWK O/2Kassel, 14.11.2012Upgrading – Teichkläranlage

KA St. Peter ob Judenburg/A ‐ 1.500 E (IBN 2002)KA St. Peter ob Judenburg/A   1.500 E (IBN 2002)Folie 55 Fachgebiet Siedlungswasserwirtschaft (FG SWW)

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DWA‐WWK O/2Kassel, 14.11.2012Schlussbemerkungen

Die Membrantechnologie ist  deutlich leistungsfähiger, aber im „Äpfel‐Birnen‐Vergleich“ nach wie vor teurer als konventionelle Verfahren. Daher werden in absehbaren Zeiträumen konventionelle Verfahren nicht verdrängt werdenkonventionelle Verfahren nicht verdrängt werden.

Wenn besondere Anforderungen gelten, so auch wenn über Water Re‐Use nachgedacht wird, verdient sie aber zu Recht das ate e Use ac gedac t d, e d e t s e abe u ec t dasPrädikat „Schlüsseltechnologie“.

Höhere Jahreskosten (Stichwort Membranersatz, negative Energiebilanz) sowie einige betriebliche Aspekte zeigen, dass noch erheblicher Forschungsbedarf gegeben ist.

Zu beobachten wird der Einsatz als der Nachklärung Zu beobachten wird der Einsatz als der Nachklärung nachgeschaltete Einheit (Bondorf‐Hailfingen, Merklingen, Geiselbullach, Brescia, USA, Australien, ...) sein.

Folie 56 Fachgebiet Siedlungswasserwirtschaft (FG SWW)

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