Vorlage - VO/23/20050/65
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Sachverhalt:
1. Ausgangssituation Aktuelle Anlagentechnik
Bei der bestehenden Zentrifugen-Anlage im Klärwerk sind fünf Zentrifugen im Einsatz. Für die Überschussschlamm-Eindickung sind drei Zentrifugen in Betrieb und zwei Zentrifugen für die Entwässerung des Klärschlamms. Die fünf Zentrifugen sind seit dem Jahr 2004 in Betrieb. Als Voraussetzung für die Behandlung des Überschlussschlamms aus der biologischen Reinigungsstufe in der Schlammfaulung muss der Feststoffgehalt von ca. 1 % auf ca. 8 % erhöht werden. Die drei Überschussschlamm-Zentrifugen weisen keine relevanten Verschleißschäden auf, da der Überschussschlamm keine abrassiven Stoffe enthält und können mit den notwendigen Instandhaltungs- und Reparaturmaßnahmen noch weiter betrieben werden. Für die Entwässerung des ausgefaulten Klärschlamms bis zu einem Feststoffgehalt von ca. 25 %, werden zwei Entwässerungs-Zentrifugen eingesetzt. Nach einer Nutzungsdauer von ca. 14 Jahren mussten bei beiden Entwässerungszentrifugen aufgrund der erheblichen Verschleißerscheinungen vom Hersteller umfangreiche Reparaturmaßnahmen ausgeführt werden, um den Betrieb der Anlage weiterhin zu ermöglichen. Nach einer weiteren Grundinspektion der beiden Zentrifugen durch die Fa. Flottweg im Jahr 2022 wurde festgestellt, dass der Materialabtrag bei den Zentrifugen soweit fortgeschritten ist, dass eine nochmalige Instandsetzung technisch und wirtschaftlich nicht mehr sinnvoll ist. Eine Erneuerung der Zentrifugen-Anlage inklusive der dazugehörigen Elektrotechnik ist daher dringend notwendig.
Um eine Entwässerung des ausgefaulten Klärschlamms in der Zentrifuge zu ermöglichen, muss dem Klärschlamm ein Flockungshilfsmittel zudosiert werden. Das Flockmittel bewirkt eine Agglomeration der Schlammteilchen und bewirkt damit, dass das im Schlamm gebundene Wasser freigesetzt und abgetrennt werden kann. Das Flockungshilfsmittel wird in einer separaten Anlage hergestellt. Aus einer Pulverware und der Zugabe von Wasser wird eine Lösungskonzentration von ca. 0,3 % angesetzt. Die Anlage zur Aufbereitung des Flockungsmittels ist seit 1988 in Betrieb. Aufgrund des Anlagenalters sind keine Ersatzteile für die Technikkomponenten mehr verfügbar. Der Betrieb der Anlage kann nur noch durch Notreparaturen aufrechterhalten werden. Eine Erneuerung der gesamten Anlage für die Aufbereitung des Flockungsmittels ist daher ebenfalls notwendig.
Betriebserfahrungen in einer Versuchsanlage mit einer neuen Zentrifugen-Technik
Die Betriebserfahrungen der letzten Jahre haben gezeigt, dass bei einer Erneuerung der Zentrifugen die Entwässerungsleistung ein wesentliches Kriterium im Hinblick auf die Wirtschaftlichkeit für die Auswahl eines Fabrikats ist. Im Jahr 2021 wurden mit einer mobilen Versuchsanlage die Entwässerung des ausgefaulten Schlammes im Vergleich zu den vorhandenen Zentrifugen getestet. Die Ergebnisse zeigen, dass mit der neuen Zentrifugen-Technik ein deutlich höherer Entwässerungsgrad erreicht werden kann. So konnte im Parallelbetrieb bei der bestehenden Zentrifuge ein Feststoffgehalt von ca. 25 % erreicht werden und im Vergleich dazu bei der neuen Zentrifuge ein Feststoffgehalt von bis zu 30 %. Unter Berücksichtigung der Verwertungskosten für den entwässerten Schlamm können durch die Erhöhung des Feststoffgehaltes um einen Prozentpunkt die Verwertungskosten durch die geringeren Mengen um ca. 100.000 € pro Jahr reduziert werden. Damit würden sich mit einer Zentrifugen Anlage der neuen Generation bei den derzeitigen Verwertungspreisen Einsparungen von bis zu 500.000 € pro Jahr ergeben.
Betrieb während der Umbauphase
Der Betrieb der Entwässerungszentrifugen findet im Normalbetrieb rund um die Uhr über sieben Tage statt, da bei dem kontinuierlichen Betrieb der Schlammfaulung der ausgefaulte Schlamm ständig entwässert und aus der Anlage ausgeschleust werden muss. Eine Unterbrechung des Betriebes während der Erneuerungsmaßnahme ist daher nicht möglich. Um die Entwässerung des Faulschlammes während der Umbauphase zu gewährleisten, wäre grundsätzlich der Einsatz einer mobilen Leihanlage möglich. Die Mietanlage müsste während des Zeitraums für den Rückbau der Altanlage, Errichtung der Anlagentechnik und der Elektrotechnik über einen Zeitraum von ca. 12 Monaten betrieben werden. Für die Mietzeit von einem Jahr würden Kosten in Höhe von ca. 120.000 € brutto anfallen. Zudem würde sich der Aufwand für den Abtransport des entwässerten Klärschlammes erhöhen, da der Schlamm in der Umbauphase nicht mehr über die bestehende Siloanlage verladen werden könnte. Für die zusätzlich notwendigen Abfuhrleistungen der Abrollcontainer würden weitere Kosten von ca. 60.000 € brutto pro Jahr entstehen. In der Summe würden somit für ein Provisorium zur Schlammentwässerung zusätzliche Kosten von ca. 180.000 € brutto entstehen. Um diese erheblichen Mehrkosten zu vermeiden, wurden vom Ing. Büro Miller mehrere Varianten untersucht, bei der auf eine Übergangslösung für die Schlammentwässerung verzichtet werden kann.
2. Entwurfsplanung des Ing. Büros Miller Planungsgrundlagen
Die Schlammentwässerung stellt eine zentrale Funktion innerhalb der Verfahrenskette der Schlammbehandlung dar. Dabei besteht zwischen der Zentrifugen-Anlage und der Flockmittel-Ansetzstation ein unmittelbarer funktioneller Zusammenhang. Daher müssen Planungen für die Erneuerung der beiden Anlagenteile eng aufeinander abgestimmt werden. Bei der Auslegung der Anlagentechnik werden daher hohe Anforderungen bezüglich
gestellt.
Anforderungen an die Leistungsfähigkeit der Zentrifugen
Für die Entwässerung des Klärschlammes werden derzeit zwei Zentrifugen mit einer Durchsatzleistung von je 25 m³/h eingesetzt. Aufgrund der ständigen Zunahme der Belastung des Klärwerks haben auch die zu behandelnden Schlammmengen zugenommen. Im Regelbetrieb sind für die Entwässerung des täglichen Schlammanfalls ständig zwei Zentrifugen im Einsatz. Betriebsbedingte Ausfallzeiten wegen Reparatur- oder Wartungsarbeiten führen regelmäßig zu erheblichen Betriebsproblemen in der gesamten Schlammbehandlung, da der Schlamm nicht aus dem Gesamtsystem ausgeschleust werden kann. Daher ist bei der Dimensionierung der neuen Zentrifugen die Durchsatzleistung ein wesentlicher Aspekt. Um die notwendige Betriebssicherheit mit einer erhöhten Anlagenverfügbarkeit bei der Schlammentwässerung und damit für die gesamte Schlammbehandlung wiederherzustellen, wurde die Durchsatzleistung einer Zentrifuge von mindestens 50 m³/h gewählt. Damit könnte mit einem Aggregat der gesamte Schlammanfall entwässert werden, wenn die zweite Zentrifuge wegen Wartung oder Reparaturarbeiten nicht zur Verfügung stehen sollte.
Anforderungen an die Flockmittel Ansetzstation
Als Voraussetzung für ein optimales Entwässerungsergebnis, muss neben den Einstellungen der Betriebsparameter der Zentrifugen auch ein Flockungshilfsmittel mit einer definierten gleichbleibenden Qualität zur Verfügung gestellt werden. Bei der Erneuerung der Anlagentechnik für die Aufbereitung des Flockungsmittels soll weiterhin der Einsatz von einem Pulverprodukt zum Einsatz kommen. Die Art der Verfahrenstechnik hat sich in der Vergangenheit im Vergleich zu Flüssig-Produkten als stets betriebssicher und wirtschaftlich erwiesen. Die Herstellung des Flockmittels erfolgt derzeit in einer sogenannten Durchlaufanlage, bei der kontinuierlich das pulverförmige Flockmittel mit Wasser vermischt wird. Diese Art der Anlagentechnik hat jedoch den Nachteil, dass durch Kurzschlussströmungen in den Behältern die geforderte Reifezeit von ca. 30 Minuten nicht erreicht wird und dadurch die Entwässerung des Faulschlammes nicht im Optimum betrieben werden kann. Um hier eine Verbesserung zu erreichen, wird künftig eine neue Technik mit einer Pendel- Anlage, die aus zwei getrennten Behältern besteht, zum Einsatz kommen. Dabei wird in einem Behälter mit einer definierten Menge an Flockmittelpulver und der entsprechenden Wassermenge eine exakte Konzentration des Flockungsmittels mit einer Wirksubstanz von 0,3 % hergestellt, das erst nach einer Reifezeit von 30 Minuten zum Einsatz kommt. In einem zweiten Behälter erfolgt dann der gleiche Prozess zur Herstellung des Flockungshilfsmittels, der nach einer zeitlichen Taktung mit dem Behälter Nr. 1 das Flockungsmittel zur Verfügung stellt
Da die neue Pendelanlage aufgrund der größeren Behälter nicht mehr in vorhandenen Räumlichkeiten im Keller der Zentrifugen Halle untergebracht werden kann, muss diese Anlage in das Gebäude der ehemaligen Schlammentwässerung verlegt werden. Zudem ist ein Rückbau der bestehenden Anlage im Betrieb nicht möglich, da die vorhandene Flockmittelansetzstation bis zum Betriebsende der bestehenden Zentrifugen-Anlage funktionsfähig sein muss.
Anforderungen an die Elektro-, Mess- und Steuertechnik
In der vorhandenen Zentrifugen-Halle sind die maschinentechnischen und auch die dazu notwendigen elektrotechnischen Anlagen in den jeweiligen Räumen installiert. Bei der Erneuerung von ca. 30 Schaltschränken besteht das Problem, dass der Bestand bis zum Ende des Betriebes der Zentrifugen und der Nebenaggregate benötigt wird. Die Schaltschränke für die Neuanlage können aufgrund der beengten räumlichen Verhältnisse nicht zusätzlich in den bestehenden Räumen errichtet werden. Nach einer intensiven Prüfung der Situation kann das Raumproblem nur durch ein zusätzliches Gebäude für die Elektrotechnik an die Zentrifugen-Halle an der Ostseite der Zentrifugen-Halle gelöst werden. Die Schaffung eines neuen Gebäudes für die Elektrotechnik hat zudem den Vorteil, dass die bestehende Anlage ohne Eingriff in die E-Technik und damit betriebssicher bis zur endgültigen Außerbetriebnahme genutzt werden kann. In dem neuen Gebäude kann die neue E-Technik installiert werden und ermöglicht damit einen sehr kurzen Zeitraum für den Wechsel der Altanlage auf die Neuanlage.
Anbau an die Zentrifugen-Halle
Für die Aufstellung von ca. 30 neuen Schaltschränken wird an der Ostseite der Zentrifugen- Halle daher ein zusätzliches Gebäude errichtet. Hierbei handelt es sich um ein ebenerdiges Gebäude (Breite ca. 3 m, Länge ca. 12 m, Höhe ca. 3,0 m) das als Betonfertigteilkonstruktion ausgeführt wird. In dem Gebäude wird die gesamte Elektrotechnik für die neue Zentrifugen-Anlage und auch für den Bestand der Eindickzentrifugen neu errichtet.
Nutzung der bisherigen Betriebsräume
In dem bestehenden Gebäude sind derzeit Räumlichkeiten für die Lagerung von Flockungsmittel, ein Laborraum für die speziellen Analysen von Betriebsparametern für die Schlammentwässerung und ein Elektroraum vorhanden. Mit der Neuordnung der Anlagentechnik in der Zentrifugen-Halle, dem Anbau für die Elektrotechnik und die Verlegung der Flockmittelansetzstation in das Gebäude der ehemaligen Schlammentwässerung ergeben sich nun Möglichkeiten, die ständigen Arbeitsplätze für die Beschäftigten in der Schlammentwässerung zu verbessern. Künftig steht ein Büroraum für die Beschäftigten der Schlammentwässerung zur Verfügung, im dem auch die Verladung und Abfertigung der LKW erfolgen kann. Der Laborraum erhält zukünftig eine ausreichende Größe und Ausstattung für die Durchführung der speziellen Analysen für die Schlammbehandlung.
Erneuerung der Anlagenperipherie
Mit der Erneuerung der Anlagentechnik in der Zentrifugen-Halle und der Flockmittelstation in der ehemaligen Schlammentwässerung müssen auch die dazugehörigen Anlagenkomponenten wie Rohrleitungen, Schieber und Pumpen neu installiert bzw. erneuert werden. Die Leistungen werden in Rahmen der Maßnahmen ausgeführt.
3. Kostenberechnung Im Rahmen der Entwurfsplanung wurde vom Ing. Büro eine entsprechende Kostenberechnung für die Erneuerung der Zentrifugen-Anlage und für die Flockmittel- Ansetzstation erstellt. Darin sind im Wesentlichen folgende Leistungen enthalten.
Zentrifugen Anlage
Bauarbeiten 270.000 € Aufrechterhaltung des Betriebes (Provisorien) 100.000 € Demontagearbeiten 120.000 € Pumpen und Rührwerke 260.000 € Schlammentwässerung (Zentrifugen) 520.000 € Rohrleitungen und Armaturen 418.000 € Schlammaustrag (Feststoffförderung) 221.000 € Elektro- und MSR-Technik 1.300.000 € Dokumentation 23.000 € Wartung 39.000 € ____________ Summe Zentrifugen Anlage netto 3.271.000 € + 19% Mehrwertsteuer 621.490 € ____________ Summe brutto 3.892.490 € +25% BNK + Rundung 1.007.510 € ___________ Gesamtkosten 4.900.000 €
Flockmittel Ansetzstation
Roh- Ausbauarbeiten 120.000 € Krananlage 60.000 € Polymerdosierung (Behälter, Mischer) 454.000 € Elektro- und MSR Technik 270.000 € Dokumentation 15.000 € Wartung 12.000 € ____________ Summe Flockmittel Ansetzstation netto 931.000 € + 19% Mehrwertsteuer 176.890 € ____________ Summe brutto 1.107.890 € +25% BNK + Rundung 292.110 € ___________ Gesamtkosten 1.400.000 €
Die Gesamtkosten der Zentrifugen Anlage und der Flockmittel Ansetzstation betragen somit ca. 6,3 Mio. €.
4. Kosten, Beteiligung der Anschlussgemeinden Entsprechend den vertraglichen Regelungen der Zweckvereinbarungen werden die Anschlussgemeinden an den Investitionskosten grundsätzlich entsprechend ihrer jeweiligen Abwasserkontingente beteiligt.
Die Investitionskosten werden demnach wie folgt aufgeteilt:
Anschlussgemeinden (32,25 %) = 2.031.750 € Stadt Regensburg (67,75 %) = 4.268.250 € ____________ Summe: 6.300.000 €
5. Zeitplan Für die beiden Erneuerungsmaßnahmen werden zeitgleich die Vergabeverfahren der jeweiligen Gewerke durchgeführt, damit die Ausführung der Anlagentechnik auch zeitlich koordiniert werden kann. Für die Erneuerung der Anlagentechnik ist folgender Zeitplan vorgesehen:
Ausführungsplanung Juli 2023 Vergabeverfahren September 2023 Auftrag Dezember 2023 Beginn Ausführung März 2024 Ende Ausführung Juni 2025
6. Haushalt, Finanzierung Im Investitionsprogramm 2022 – 2026 stehen nachfolgende Haushaltsmittel zur Verfügung. Im Rahmen der Fortschreibung der Haushalts- und Investitionsplanung 2023 – 2027 werden zusätzliche Bedarfe durch Einsparungen und/ oder Verschiebungen bei anderen Maßnahmen saldoneutral gegenzufinanzieren sein.
Der Ausschuss empfiehlt / Der Stadtrat beschließt: Die Zentrifugen-Anlage und die Flockmittelstation für das Klärwerk werden nach Maßgabe des Sachverhalts und im Rahmen der verfügbaren Haushaltsmittel erneuert.
Anlagen:
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