Wärmerückgewinnung aus Abwasser

Der Wärmeunterschied im Vergleich zur Umgebungstemperatur macht das Abwasser zur lohnenden Energiequelle. In den letzten Jahren sind die technischen Verfahren zur Nutzung dieses Potenzials hierzulande laufend optimiert worden. Mit ihrer Forschung und der Vernetzung von Fachleuten aus verschiedenen Disziplinen hat die Eawag zum Fortschritt und zur führenden Rolle der Schweiz auf diesem Gebiet beigetragen.

Allein in den Schweizer Haushalten fallen täglich rund 1,2 Millionen Kubikmeter Abwasser an. Ein Teil davon ist zuvor durch Boiler, Solarkollektoren, Wasch­maschinen oder Geschirrspüler erhitzt worden und auch als Abwasser immer noch warm. Würde man das gesamte Abwasser im Inland laufend um nur 1 °C abkühlen, entspräche das einer Leistung von rund 300 Megawatt. Ohne näher auf die Frage der Wirt­schaftlichkeit einzugehen, liesse sich aus unserem Abwasser der Heizenergie­bedarf von über 300000 Haushalten decken. So kann etwa die landesweit leistungs­stärkste Anlage des Energieverbunds Schlieren ZH – mit gerei­nigtem Abwasser aus der nahen ARA Werdhölzli – im Endausbau jährlich 5 Millionen Liter Heizöl ersetzen oder umgerechnet 9000 Minergie-Wohnungen versorgen.

In der Praxis schränkt die Lage zahlreicher Kläranlagen abseits der Siedlungen die Wärmenutzung nach der ARA aber vielerorts ein, weil die Entfernung zu den Energiebezügern zu gross ist. Je nach Versorgungsgebiet ist es deshalb ökologisch sinnvoll, die Abwärme bereits dem ungeklärten Abwasser zu entziehen. Dies kann in hauseigenen Anlagen von grösseren Überbauungen oder Betrieben mit einem erhöhten Warmwasserverbrauch geschehen, wo die Energie dem rund 20 Grad warmen Abwasser zum Beispiel in einem Zwischenspeicher entnommen wird. Bei ausreichendem und einigermassen konstantem Abwasserfluss kommt auch eine Wärmenutzung im Kanalisationsnetz in Frage. Dabei wird der Wärmetauscher direkt in die Abwasserleitung eingebaut. Die Pioniere aus der Heizungsbranche, welche in den 80er-Jahren die ersten solchen Anlagen installierten, unterschätzten dabei jedoch die Wirkung der Schmutzstoffe im Abwasser auf die Leistung der Wärmetauscher. Wie Messungen der Eawag gezeigt haben, kann die Energieübertragung durch den sich bildenden Biofilm bereits nach wenigen Tagen um bis zu 40 Prozent reduziert werden. Laborversuche ergaben jedoch auch, dass eine kurzfristige Erhöhung der Fliessgeschwindigkeit die unerwünschte Sielhaut zumindest teilweise wieder abschwemmt. Bei einer wöchentlichen Spülung erreichte der untersuchte Wärmetauscher immer wieder mehr als 80 Prozent seiner ursprünglichen Leistung.

Abwasserenergienutzung ist im Gebäude, in der Kanalisation oder nach der Kläranlage möglich

Der Wärmeentzug aus dem ungeklärten Abwasser sollte die Reinigungsleistung der Mikro­organismen in der Kläranlage nicht herabsetzen. Dies gilt vorab für den biologischen Abbau von Stickstoff. Damit die als kritisch geltende Wassertemperatur von mindestens 8 Grad in der ARA nicht unterschritten wird, hat die Eawag für Ingenieure und Planer ein interaktives Simulations­programm entwickelt. Anhand von einfachen Kenngrössen wie Temperatur, Durchfluss, Distanz zur Kläranlage und Topografie des Kanalisationssystems lassen sich mit dem Modell TEMPEST die Dynamik und der Verlauf der Abwassertemperatur von einer geplanten Wärmerück­gewinnungsanlage bis zur ARA bestimmen und damit die zulässige Wärmeentnahme berechnen.

Literatur

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Wanner, O., Clavadetscher, P. and Siegrist H. (2005). Auswirkungen der Abwasserabkühlung auf den Kläranlagenbetrieb. Gas Wasser Abwasser, 2, 111-118.

Wanner, O., Panagiotidis, V., Clavadetscher, P. and Siegrist, H. (2005). Effect of Heat Recovery from Wastewater on Nitrification and Nitrogen Removal in Activated Sludge Plants. Wat. Res., 39, 4725-4734.

Dürrenmatt, D.J. and Wanner, O. (2008). Simulation of the wastewater temperature in sewers with TEMPEST. Wat. Sci. Technol. 57(11), 1809-1815.

Wanner, O. (2009). Wärmerückgewinnung aus Abwasser: Wärmetauscherverschmutzung – Auswirkungen und Gegenmassnahmen. Schriftenreihe der Eawag Nr. 19 [pdf, 6.7 MB]