Abwasserbehandlung in Sulaibiya

Einige der Membranelemente der Pflanze vor Ort; Sulaibiya ist die weltweit größte Anlage zur Wasseraufbereitung auf der Basis von Umkehrosmose/Ultrafiltrationsmembranen.

Der Bau der Anlage begann im Juli 2002 und wurde im November 2004 abgeschlossen. Die anfängliche Kapazität beträgt bis zu 375.000 m³/Tag und soll in Zukunft auf 600.000 m³/Tag erweitert werden.

Diagramm des allgemeinen Aufbaus des Werks Sulaibiya.

Die Umkehrosmoseanlage besteht aus 42 Skids mit jeweils 72 Druckbehältern und jeweils sieben Membranmodulen.

Schematisches Ablaufdiagramm der wichtigsten Behandlungsschritte in der neuen Anlage.

Die Anlage verfügt über eine Gesamtfläche der Ultrafiltrationsmembran (UF) von 304.640 m². in 68 Kufen angeordnet.

Der Verteiler für einen der Stripptürme; Die Anlage verfügt über sechs solcher Entgasungstürme, um CO2 aus dem Permeat zu entfernen.

Ein Teil der neuen Zufuhrleitung wartet auf die Installation. Das Projekt erforderte umfangreiche Rohrleitungen mit großem Durchmesser zur Beförderung von Roh-, Fertig- und Soleströmen.

Der Standort im September 2003. Die Entwurfs- und Bauphase umfasst 30 Monate der 30-jährigen Konzession.

Bilder vom Projekt; Die Anlage in Sulaibiya ist die größte ihrer Art weltweit und dürfte den Verbrauch von nicht erneuerbarem Wasser in Kuwait insgesamt um mehr als 80 % reduzieren.

Obwohl das Produktwasser für nicht trinkbare Zwecke bestimmt ist, wird es auf Trinkwasserqualität aufbereitet. Das UF-System erreicht eine vollständige Entfernung suspendierter Feststoffe und eliminiert praktisch Bakterien und Viren.

Kurz nach ihrer Fertigstellung im November 2004 wurde die Abwasserbehandlungs- und Rückgewinnungsanlage von Sulaibiya bei den Global Water Awards 2005 als „Abwasserprojekt des Jahres“ ausgezeichnet. Die Jury bezeichnete die Anlage als „aussagekräftige Aussage über die Zukunft der Wasserressourcen im gesamten Nahen Osten und Nordafrika“ und ist derzeit die mit Abstand größte Anlage ihrer Art weltweit, die Umkehrosmose (RO) und Ultrafiltration nutzt (UF) membranbasierte Wasserreinigung.

Mit einer anfänglichen Tageskapazität von bis zu 375.000 m³ – und geplant für eine Erweiterung auf 600.000 m³/Tag in der Zukunft – bereitet Sulaibiya Abwasser auf Trinkwasserqualität für nicht trinkbare Zwecke in der Landwirtschaft, Industrie und Grundwasserspeicheranreicherung auf. Die Anlage wurde offiziell im März 2005 eingeweiht und im Dezember wird das erste Produktwasser geliefert. Bei vollem Betrieb wird die Anlage voraussichtlich 26 % des gesamten Wasserbedarfs Kuwaits ausmachen und den jährlichen Bedarf aus nicht trinkbaren Quellen von 142 Millionen m³ auf 26 Millionen m³ reduzieren.

Das Projekt ist auch insofern bemerkenswert, als es die erste Transaktion dieser Größenordnung ist, die ausschließlich von inländischen Banken finanziert wird und deren Gesamtprojektkosten sich auf 130 Millionen KD (430 Millionen US-Dollar) belaufen. Das Darlehen in Höhe von 114,25 Mio. KD (377 Mio. USD) über 25 Jahre ist die größte Kredittransaktion in kuwaitischen Dinar aller Zeiten und stellt ein Verhältnis von Schulden zu Eigenkapital von 85:15 dar.

Das Ministerium für öffentliche Arbeiten vergab den Build-Own-Transfer-Auftrag (BOT) an die Utilities Development Company (UDC), eine Zweckgesellschaft im Besitz der Kharafi Group – einem der größten Auftragnehmer der Region – und Ionics. Obwohl die Vorauswahl im Oktober 1998 stattfand und die Angebote im April 2000 eingingen, verzögerte eine letztendlich erfolglose Klage wegen Aspekten des Ausschreibungsverfahrens die formelle Vertragsunterzeichnung bis Mai 2001.

Die Konzession hat eine Laufzeit von 30 Jahren und umfasst 30 Monate Planung und Bau sowie 27,5 Jahre Betrieb und Management. Der gewonnene Wassertarif betrug 0,47 US-Dollar/m³ und die prognostizierten Einnahmen für UDC über die Vertragslaufzeit belaufen sich auf über 2 Milliarden US-Dollar.

Zwei große Probleme führten zur Umsetzung des Projekts zur Abwasserbehandlung und -rückgewinnung in Sulaibiya. Erstens hatte die bestehende Kläranlage in Ardiya ihre Kapazitätsgrenze erreicht, und da es keinen Spielraum für eine Erweiterung gab, erforderten die zunehmenden Abwassermengen die Bereitstellung alternativer Behandlungsanlagen. Zweitens reichen die Brackwasserressourcen des Landes mittlerweile nicht mehr aus, um den wachsenden Bedarf an nicht trinkbarem Wasser zu decken. Das Projekt wurde als integrierte Antwort zur Lösung dieser beiden Probleme konzipiert.

Die Ardiya-Anlage fungiert als Vorbehandlungsstufe und nimmt das zufließende Abwasser auf, siebt und entfettet es. Eine 25 km lange Hauptzuleitung leitet den vorgereinigten Abfluss zur neuen Kläranlage Sulaibiya, wo er nach Trinkwasserstandards aufbereitet wird. Die Sulaibiya-Anlage selbst besteht aus drei Elementen – biologischer Nährstoffentfernung, RO/UF-Membranen und Schlammbehandlung. Eine neue 1 km lange Produktwasserleitung transportiert das fertige Abwasser vor der Verwendung zum nahegelegenen Brackwasser-Sammelzentrum, während der Soleüberlauf des Membransystems über eine weitere neue 25 km lange Leitung zum bestehenden Ardiya-Abflusskanal ins Meer zurückgeführt wird. Im Rahmen der damit verbundenen Arbeiten wurde auch eine neue Pumpstation errichtet.

Über zehn Pipelines speisen Abwasser aus Kuwait-Stadt und der Umgebung in den Einlass des Ardiya-Werks. Vier parallele Reihen von 6-mm-Stufensieben entfernen grobe Partikel und eine belüftete Sandkammer schließt Sand und Splitt bis zu einer Partikelgröße von 0,2 mm aus. Zwei 20.000 m³ große runde Puffertanks gleichen die Schwankung des Zuflusses aus, die zwischen 5.000 m³/h und 31.250 m³/h schwankt, um den Durchfluss auf einen Bereich zwischen 10.000 m³/h und 20.000 m³/h zu regulieren. Rührwerke in den Puffertanks halten eine Strömungsgeschwindigkeit von mehr als 0,3 m/s aufrecht, um Sedimentationsprobleme zu vermeiden.

Alle Gebäude sind abgedeckt und ein Wäschersystem dient zur Aufbereitung der abgesaugten Luft, um Geruchsbelästigungen vorzubeugen.

Die bestehende Pumpstation in Ardiya verfügte über sechs Parallelpumpen und zwei zusätzliche Standby-Pumpen, was einer Kapazität von 20.000 m³/h entspricht. Um den um 50 % höheren Enddurchfluss zu bewältigen, erforderte das Systemdesign die Installation von vier weiteren Pumpen. Darüber hinaus wurden zum Schutz der neuen Hauptspeiseleitung am Ausgang der Pumpstation 18 Wasserschlossgefäße mit einem Volumen von jeweils 130 m³ errichtet.

Dieses besteht aus drei parallelen Rohren aus duktilem Gusseisen mit einem Nenndurchmesser von 1,4 m, einer Auskleidung mit sulfatbeständigem Zement und einer 500-Mikrometer-Epoxidharz-Dichtungsschicht. Entlang der Rohrstrecke befinden sich zwei Leitungsventilkammern, 13 Entlüftungsstationen und zehn Auswaschkammern.

Das Behandlungssystem wurde entwickelt, um organische Stoffe zu entfernen, die Nitratfreisetzung zu minimieren, den Phosphatabfluss zu reduzieren, um Ablagerungen in der dritten Reihe der Umkehrosmose-Membranen zu vermeiden, und um Strömungsschwankungen im sekundären Abwasser vor den Membranen zu glätten.

Eine Zufluss- und Verteilerkammer nimmt das zufließende Abwasser auf und vermischt es mit dem Rückwasser aus der Ultrafiltration und dem Überstand aus der Schlammbehandlung. Von hier aus wird es in die Belebungsbecken verteilt. Es gibt neun Belebungsbecken mit einem Gesamtvolumen von 208.900 m³, die anaerobe, anoxische und aerobe Behandlungszonen bieten.

Die Prozessleistung wird in den Belebungsbecken optimiert, um die Behandlungsziele zu erreichen. Ein Teil des Belebtschlamms aus der anaeroben Zone wird in die RAS-Denitrifikationskammer überführt und dient dort als Kohlenstoffquelle. Wenn kein verfügbarer Sauerstoff vorhanden ist, löst sich Phosphat wieder auf, um später in den aeroben Zonen mit erhöhter Geschwindigkeit wieder in die Biomasse eingebaut zu werden – die sogenannte „Luxusaufnahme“. Dies bedeutet zwar, dass hohe Phosphatkonzentrationen auftreten, wenn die gemischte Flüssigkeit in die anoxische Zone eintritt, es führt jedoch anschließend zu der erforderlichen Phosphatreduzierung, die zum Schutz der RO-Membranen erforderlich ist. Darüber hinaus wird nitrifizierter Belebtschlamm in die anoxische Zone zurückgeführt, um die Nitratkonzentration in der aeroben Zone niedrig zu halten, was zu den erforderlichen niedrigeren Werten im Sekundärabwasser führt.

Schließlich fließt die gemischte Flüssigkeit von der aeroben Zone zu den neun sekundären Klärbecken mit einem Durchmesser von 52,5 m und einer Tiefe von 4,8 m, wo sie in sekundäres Abwasser und RAS getrennt wird.

Der Durchfluss wird dadurch ausgeglichen, dass der Füllstand in den Belebungsbecken und Nachklärbecken um ±0,5 m schwanken kann und durch Durchflusskontrollkammern hinter den Nachklärbecken gesteuert wird.

Schlamm wird behandelt, um ein Material zu erhalten, das für eine uneingeschränkte landwirtschaftliche Nutzung geeignet ist. Dazu muss er trocken, mit einem geringen organischen Gehalt und frei von Krankheitserregern sein. Zur Wasserentfernung werden sieben Schwerkraftbandeindicker und 120 Schlammtrocknungsbetten eingesetzt, während der organische Anteil durch vier 8.000 m³ große Aerobic-Fermenter reduziert wird. Das resultierende Produkt wird anschließend mehr als sechs Monate gelagert, bevor es zur Verwendung freigegeben wird.

Die UF/RO ist darauf ausgelegt, 85 % des Zuflusses zurückzugewinnen und die restlichen 15 % als Sole ins Meer abzuleiten. Sie entfernt restliche Schadstoffe, gelöste Feststoffe und Krankheitserreger aus dem sekundären Abwasser, um Trinkwasser in Trinkwasserqualität zu erzeugen.

Das vordere Ende des Systems besteht aus fünf 60-µm-Scheibenfiltern und einem 8.000 m³ großen sekundären Abwasserbecken, das als Ansaug- und chemischer Konditionierungstank für die UF-Pumpen dient.

Die UF-Anlage ist in 68 Skids mit jeweils 32 Druckbehältern angeordnet und verfügt über eine Gesamtmembranfläche von 304.640 m². Die Querstrom-Dead-End-Membranen werden durch eine chemisch verstärkte Rückspülung mit einer primären Säurewäsche gereinigt, gefolgt von einer Chlorspülung, falls erforderlich.

Das Filtrat fließt in ein 6.000 m³ großes Becken, bevor es zur RO-Anlage gepumpt wird. Diese besteht aus 24 Skids der ersten Reihe, 12 Skids der zweiten Reihe und sechs Kufen der dritten Reihe, die jeweils 72 20-cm-Druckbehälter enthalten und mit sieben Membranmodulen von 20 cm x 1 m pro Behälter ausgestattet sind. Die erste Gruppe wird von sechs Gruppen zu je vier Pumpen mit sechs völlig unabhängigen Sumpfpumpen gespeist, die zweite von sechs Gruppen zu je zwei Pumpen und die dritte von sechs Pumpen. Alle Förderpumpen haben eine Kapazität von 780 m³/h. Die Anlage ist mit einem In-situ-Reinigungssystem ausgestattet.

Sechs Luftstripping-Tower-Entgaser entfernen CO2 aus dem Permeat und eine Chlordosieranlage ist ebenfalls Teil der Anlage.

Der Auftrag wurde vom kuwaitischen Ministerium für öffentliche Arbeiten vergeben und verwaltet. Der Hauptauftragnehmer ist UDC – im gemeinsamen Besitz der Kharafi Group (75 %) und Ionics (25 %). Das Philipp Holzmann Kharafi Sulaibiya Joint Venture (PHKSJV) war EPC-Auftragnehmer für die Planung und den Bau des gesamten Projekts. ILF Consulting war für das Projektdesign und Ionics Italba für die Membranaufbereitungsanlage verantwortlich. Kharafi National hat in Zusammenarbeit mit United Utilities den O&M-Vertrag mit einer Laufzeit von 27,5 Jahren abgeschlossen, wobei Ionics für das Membransystem verantwortlich ist.

Die National Bank of Kuwait (NBK), die Gulf Bank und die Bank of Kuwait and the Middle East arrangierten die Finanzierung, wobei NBK als Facility Agent fungierte. ABN Amro war Finanzberater von UDC. PKF fungierte als Finanzmodellprüfer für die Kreditgeber und die Entwurfsprüfung und technische Due Diligence wurden von Halcrow durchgeführt.

Die Rechtsberatung kam von Allen & Overy, Shearman & Sterling und Al-Essa, Al-Bader & Partners. Willis und Arab Commercial Enterprises berieten im Versicherungsbereich. Camp Dresser & McKee und KEO International Consultants fungierten als technische Berater und Bauleiter. Rohrleitungen und interner Zement/Epoxidharz wurden von Xinxing Ductile Iron Pipes und Rohrkupplungen von Viking Johnson geliefert. ITT Industries war für die Planung, den Bau und die Inbetriebnahme des Belüftungs-, Pump- und Mischsystems verantwortlich und Norit lieferte die Ultrafiltrationsmembrantechnologie. WL Delft Hydraulics führte die dynamische hydraulische Analyse durch.