Wasseraufbereitung entwickelt sich zu einem immer wichtigeren Aspekt bei der Wasserbewirtschaftung. Daher ist es entscheidend zu wissen, worauf es bei der Wahl des kosteneffizientesten Wiederaufbereitungssystems ankommt – sowohl im Hinblick auf die Anfangsinvestitionskosten als auch auf die langfristigen Betriebskosten. Forschungsberichte von Xylem zeigen nun, wie Kunden auf Grundlage unterschiedlicher Behandlungsmethoden, des geplanten Verwendungszwecks sowie der Größe der Anlage eine optimale Lösung finden können.
Xylem und das Schwedische Institut für Umweltforschung (IVL) begannen 2012 mit einem umfassenden Forschungsprojekt zum Thema Wasseraufbereitung. Hierbei ging es darum, Klarheit über die Kosten für den Bau von Wasseraufbereitungsanlagen, deren Betriebskosten über einen Zeitraum von 20 Jahren sowie die Frage der aus Umweltsicht effizientesten Lösung zu erhalten.
Aleksandra Lazic, Senior Process Engineer R&D Treatment bei Xylem ist seit Anfang an in dieses Forschungsprojekt involviert. Laut Aleksandra Lazic sind die Lebenszykluskosten (LCC) ein wichtiges Mess- und Entscheidungsinstrument beim Bau oder der Aufrüstung einer nachhaltigen Wasseraufbereitungsanlage. Die LCC, um die es in diesem Artikel geht, umfassen Kapitalkosten (CAPEX) und Betriebskosten (OPEX).
Ergebnis 1: Betriebskosten können auf Sicht teurer sein als Kapitalkosten
Die Forscher führten zunächst eine Pilotstudie im Hammarby Sjöstadsverk durch, in die acht unterschiedliche Aufbereitungslinien eingingen. Danach wurde eine vollständige Modellierung von vier unterschiedlichen Abwasserarten in Anlagen von drei unterschiedlichen Größen durchgeführt: 20 000 PE, 100 000 PE und 500 000 PE. Die Modellierung, die auf Marktbedingungen in Spanien basiert, zeigte, dass bei Anlagen größer als 100 000 PE nicht etwa CAPEX, sondern OPEX den größten Anteil der Gesamtlebenszykluskosten ausmachen.
„Dies ist wirklich eine interessante und wichtige Erkenntnis, da sich viele nur auf die Anfangsinvestitionskosten konzentrieren, d. h. auf das, was sie heute bezahlen“, erklärt Lazic. „Das Forschungsergebnis zeigt jedoch, dass die Anfangsinvestitionskosten keinen geeigneten Indikator für eine nachhaltige wirtschaftliche Lösung darstellen. Vielmehr ist es erforderlich, sich die langfristigen Betriebskosten anzusehen, um die tatsächlichen Lebenszykluskosten zu ermitteln. Mit dieser Information können wir Kunden, die an nachhaltigen Lösungen interessiert sind, zeigen, wie sie für ihre Anlagengröße langfristig die geringsten Kosten erreichen können.“
Ergebnis 2: Die Größe der Anlage ist bei der Ermittlung der kosteneffizientesten nachhaltigen Lösung von Bedeutung
„Die Größe der Anlage spielt eine entscheidende Rolle“, fährt Lazic fort. „Zum Beispiel kann in der Landwirtschaft die gleiche Qualität des Abwassers mithilfe zweier unterschiedlicher Arten von Ausrüstung produziert werden – einem Dual-Media-Filter mit zwei Filtermedien oder einem Scheibenfilter. Wenn ein Kunde mit der kleinsten Anlagengröße von 20 000 PE, die in dieser Studie berücksichtigt wurde, vor allem an einer kostengünstigen Lösung interessiert ist, bietet sich eine Scheibenfilterlinie an, auch wenn hier Chemikalien eingesetzt werden müssen. Bei zunehmender Größe der Anlage konnten wir feststellen, dass der Einsatz von Dual-Media-Filtern die Lebenszykluskosten senkt.“
Wir haben für die Lebenszykluskosten eine Informationsmatrix entwickelt“, fährt Lazic fort. „Auf Grundlage der Größe der Anlage, der regionalen Anforderungen und dem Interesse, auf nachhaltige Art Kosten zu senken, können wir die Kunden dabei unterstützen, eine Lösung zu finden, die ihren Anforderungen entspricht.“
Ergebnis 3: Die zweite Aufbereitungsstufe ist beim Bau und im Betrieb am teuersten
Beim Bau einer Wasseraufbereitungsanlage sind zusätzlich zu den herkömmlichen Wasseraufbereitungsstufen auch eine dritte Reinigungsstufe und eine Desinfektionsstufe erforderlich. Die Forschungsergebnisse zeigen, dass die größten Anfangsinvestitionskosten vor allem durch die Baukosten bedingt sind, während die langfristigen Betriebskosten durch die Sekundärreinigungsstufe verursacht werden.
„Um zu verstehen, welcher Teil des Aufbereitungsprozesses die meisten Kosten generiert, untersuchten wir sämtliche Stufen, angefangen von der Vorreinigung über die Desinfektion bis zur Schlammaufbereitung“, fährt Lazic fort. „Der Grund hierfür war, dass wir in Erfahrung bringen wollten, worauf wir uns bei F&E besonders konzentrieren müssen, um die Lebenszykluskosten zu senken. Hierbei stellten wir fest, dass der größte Kostenanteil bei der Sekundärstufe, SBR, anfällt.“
SBR steht für 65 Prozent der gesamten Kapitalinvestition für eine Anlage, gefolgt von der Schlammaufbereitung und der Dual-Media-Schwerkraftfiltration mit je neun Prozent und der UV-Behandlung mit zwei Prozent. Das bedeutet, dass die Verbesserung der Wassergüte auf Reinwasserqualität die LCC nur um wenige Prozent erhöht. Außerdem zeigte sich, dass bei der Betrachtung der Betriebskosten einer Anlage über 20 Jahre der Energieverbrauch 56 Prozent der Gesamtkosten ausmacht. Die Hälfte dieser Energie wird von der SBR verbraucht.
„Wir empfehlen die Optimierung der Sekundärstufe, um die optimale Nachhaltigkeit bei der Aufbereitung zu erreichen“, sagt Lazic. „Diese Erkenntnisse haben dazu geführt, dass wir weiter an der Sekundärstufe arbeiten, damit wir deren Platzbedarf und Energieverbrauch reduzieren können. Beispielsweise haben wir diese Forschungsergebnisse dafür genutzt, den Platzbedarf unserer ICEAS SBR Solution um 15 Prozent zu reduzieren, was CAPEX um 10–15 Prozent reduziert.”
Xylem hat zudem eine Prozesssteuerung für seine ICEAS SBR Lösung mit der Bezeichnung OSCAR entwickelt. Als Folge der Arbeiten in der Anlage in Hammarby wurden zusätzliche Steuerungsmodule entwickelt, die den Energieverbrauch um 20 Prozent und OPEX um 10–15 Prozent gesenkt haben.