Roche gewinnt Energie aus Abwasser

Energieautarke und hocheffiziente industrielle Abwasserreinigung

Roche betreibt am Standort Penzberg seit 1978 eine biologische Abwasserreinigungsanlage (ARA) in der alle Abwasserströme des Werkes zentral behandelt und in die Loisach, einen Nebenfluss der Isar, eingeleitet werden (Direkteinleiter). In den letzten beiden Jahren wurde die Anlage um eine anaerobe Vorstufe zur Abwasserreinigung sowie zur Produktion von Biogas erweitert.  Die Industriekläranlage von Roche Penzberg produziert damit mehr Energie als sie für die Reinigung der Abwässer aufwendet: Sie ist energieautark und hocheffizient.

Von Beginn an wurde auf Effizienz geachtet. So sorgen vier getrennte Kanalsysteme im Werk dafür, dass die Abwässer bedarfsgerecht und somit mit möglichst wenig Energieeinsatz gereinigt werden. Regenwasser wird separat gesammelt und muss deshalb nicht mitbehandelt werden (naturnahes Regenrückhalte-Becken). Die ARA ist spezialisiert auf die Abwässer aus der biotechnologischen Produktion am Standort und erfüllt durch ihren effizienten Reinigungsprozess ganzjährig die Anforderungen der EU-Badegewässerrichtlinie (Richtlinie 2006/7/EG). Die Prozesse werden  permanent mittels modernster Online-Analytik überwacht.

Die Abwasserreinigungsanlage von Roche. Quelle: Roche Diagnostics GmbH
Die Abwasserreinigungsanlage von Roche. Quelle: Roche Diagnostics GmbH

In den Jahren 2005 bis 2009 wurde die ARA zu einer der modernsten Membranbelebungsanlagen Europas umgebaut und erweitert - in Kombination mit einer vorgeschalteten Hochleistungs-Reinsauerstoffbiologie. Auf einer Fläche von lediglich ca. 13.000 m² kann somit Abwasser gereinigt werden, dessen Fracht einer mittleren Stadt entspricht (ca. 115.000 Einwohnergleichwerte). In der Folge wurde die ARA im Jahr 2009 vom Bayerischen Ministerium für Umwelt an die zuständige EU-Behörde in Sevilla gemeldet und in die Liste der Anlagen für „Best Available Technology“ aufgenommen.

Das Projekt „Anaerobe Abwasserreinigung zur Energieproduktion“ umfasste folgende Schwerpunkte:

  • Geändertes Abwasser- und Abfallmanagement durch zusätzliche Einleitung von wässrigen organischen Altlösungsmitteln in die Abwasserbehandlung. Hierdurch entfielen die Kosten der Entsorgung für diese Altlösemittel.
  • Bau einer anaeroben Abwasserbehandlungsanlage zur Erzeugung von Biogas (Methan).
  • Erzeugung von Strom und Wärme durch Verbrennung des Methangases in einem Blockheizkraftwerk (BHKW) mit hocheffizienter Abwärmenutzung.
  • Einspeisung des Stroms in das Werksnetz.
  • Aufbau eines Nahwärmenetzes und Anbindung von Produktionsgebäuden (dadurch Substitution von energetisch hochwertigem Dampf).

Abwasser- und Abfallmanagement

Im Werk Penzberg fallen jährlich ca. 30.000 m³ hochkonzentrierte Abwässer aus der biotechnologischen Produktion an, die bisher über eine aerobe Hochleistungsstufe biologisch vorbehandelt und mittels einer nachgeschalteten Membranbelebungsanlage gereinigt wurden. Zusätzlich wurden ca. 3.000 m³ wässrige organische Altlösungsmittel extern über entsprechende Fachfirmen kostenpflichtig entsorgt. Im Rahmen des Projektes wurde zunächst die biologische Abbaubarkeit dieser organischen Lösungsmittel unter anaeroben Bedingungen nachgewiesen. Diese Altlösemittel konnten somit in den Abwasserweg umgeleitet werden.

Anaerobe Abwasserbehandlung

Nach Durchführung einer Machbarkeitsstudie, eines Pilotversuchs sowie einer Wirtschaftlichkeitsbetrachtung fiel die Entscheidung zum Bau einer anaeroben Abwasserbehandlungsanlage mittels eines Hochleistungs-EGSB-Bioreaktors (Expanded Granular Sludge Blanket) mit 480 m³ Volumen. Die Anlagenkapazität im ersten Ausbauschritt beträgt 6.500 kg CSB pro Tag (CSB = Chemischer Sauerstoffbedarf, ein Wert für die Schmutzfracht in der Wasserwirtschaft), bei einer hydraulischen Verweilzeit von ca. 4 Tagen und einem CSB-Abbaugrad von mehr als 95 %. Die Kohlenstoffabbaukapazität der ARA wurde so um 50 % erhöht. Pro Jahr werden nun aus dem Abwasser ca. 1 Million m³ Biogas mit einem mittleren Methangehalt von ca. 73 % erzeugt und dem BHKW zugeführt. Darüber hinaus spart der neue Prozess Betriebsmittel, insbesondere Reinsauerstoff, ein.

Die Skizze zeigt die Abwasserreinigungsanlage mit den einzelnen Prozessschritten. Abkürzungen: HBA = hochkonzentriertes Betriebsabwasser, LMA = wässrige Lösungsmittel, BA = Betriebsabwasser, FA = Fäkalabwasser, RA = Regenwasser, A = automatische Umschaltung, MAB = Misch- und Ausgleichsbecken, Neutra = Neutralisation, EGSB = Expanded Granular Sludge Blanket-Reaktor (siehe auch Link weiter oben im Text), HLB = Hochleistungsbiologie, BB = Biologiebecken, BHKW = Blockheizkraftwerk, MF = Membranfiltrationsbecken. Quelle: Roche Diagnostics GmbH
Die Skizze zeigt die Abwasserreinigungsanlage mit den einzelnen Prozessschritten. Abkürzungen: HBA = hochkonzentriertes Betriebsabwasser, LMA = wässrige Lösungsmittel, BA = Betriebsabwasser, FA = Fäkalabwasser, RA = Regenwasser, A = automatische Umschaltung, MAB = Misch- und Ausgleichsbecken, Neutra = Neutralisation, EGSB = Expanded Granular Sludge Blanket-Reaktor (siehe auch Link weiter oben im Text), HLB = Hochleistungsbiologie, BB = Biologiebecken, BHKW = Blockheizkraftwerk, MF = Membranfiltrationsbecken. Quelle: Roche Diagnostics GmbH

Energieerzeugung aus Biogas

Das Methangas wird in einem Blockheizkraftwerk mit 969 kW Gesamtfeuerungsleistung und einem elektrischen Wirkungsgrad von 40 % verbrannt. Die elektrische Energie (ca. 2.700 MWh/Jahr) wird direkt in die Trafostation der Kläranlage eingespeist und führt zu einem stromautarken Betrieb der Abwasserreinigungsanlage. Der Überschuss wird in das Werksstromnetz gespeist. Die Abwärme des BHKW`s  (ca. 2.800 MWh/ Jahr) wird in ein neu erstelltes Nahwärmenetz eingespeist, versorgt so vier Gebäude im Werk und reduziert entsprechend den Dampfbedarf dieser Gebäude (Einsparung des fossilen Brennstoffs Erdgas).