Idee:
Das Thema meiner Abschlussarbeit im Fachbereich Bioingenieurwesen entstand aus der Idee, durch den Einbau einer Ammonium-Nitrat-Sonde und die dazugehörige Online-Steuerung den Energieverbrauch einer Kläranlage < 5.000 Einwohner zu senken. Allein in Bayern gibt es insgesamt rund 900 Anlagen ähnlicher Kapazität, mit einer Gesamtausbaugröße von insgesamt 2,3 Millionen Einwohnerwerten. Daraus ergibt sich die große Relevanz dieses Untersuchungsprojektes.
Ein schonender Umgang mit Ressourcen wird in Zukunft immer wichtiger. Ständig steigende Energiekosten und die Bereitstellung von Energie sind nur einige Punkte, die in Zukunft dominant werden. Ziel ist, mit Energie möglichst sparsam umzugehen. Kläranlagenbetreiber, die sich bereits heute auf eine Modernisierung einlassen, erreichen frühzeitig Kosteneinsparung und werden in Zukunft immer größeren Nutzen daraus ziehen.
Innovative Anlagen, wie die Kläranlage dieses Untersuchungsprojekts, nehmen eine Vorreiterrolle ein und sollten als Beispiel für Anlagen dieser Ausbaugröße wahrgenommen werden.
Die Anforderungen an die Reinigungsleistung auch kleinerer Kläranlagen werden immer differenzierter und komplexer. Gemeinden werden große Anstrengungen unternehmen müssen, um die Reinigungsleistungen ihrer Kläranlagen den zukünftigen Anforderungen anzupassen. Besonders wichtig ist, dass der optimale Betrieb dieser Anlagen mit minimalem Energieaufwand und umweltschonend erfolgt. Ständige Modernisierungen und permanent kritische Reflexion der Systemabläufe sind hierzu notwendig. Beim Einbau einer Steuerung ist für eine Gemeinde von etwa 3.000 Einwohner im Hinblick auf die zunächst hohen Investitionskosten relevant, ob diese Modernisierung sinnvoll ist und mit welcher Amortisationsdauer der Kosten zu rechen ist. Ferner soll untersucht werden, ob die Innovation mit einer Ammonium-Nitrat-Sonde auch zu höherer Betriebssicherheit und zur Verbesserung der Ablaufwerte führt.
Untersuchungsobjekt:
Als Untersuchungsobjekt diente eine Kläranlage circa 50 Kilometer nordwestlich von München. Bei dem eingeleiteten Abwasser in die Kläranlage handelt es sich überwiegend um kommunales Schmutzwasser. Die Anlage wird als Schreiber-Gegenstromanlage mit aerober Schlammstabilisierung betrieben und hielt schon zu Projektbeginn die Grenzwerte prozessstabil ein. Die Belüftung der biologischen Reinigung soll in Zukunft so gesteuert werden, dass Nitrifikation und Denitrifikation automatisiert ablaufen. Bei Belastungsspitzen im Zulauf, insbesondere beim Parameter Ammonium- Stickstoff soll die Belüftungszeit und somit die Nitrifikationszeit automatisch verlängert werden.
Der Einbau sowie die Inbetriebnahme der Ammonium-Nitrat-Sonde fand Ende November 2011 statt. Für die neue Steuerungstechnik ist eine genaue Bestimmung der Sauerstoffkonzentration im Belebungsbecken von großer Bedeutung, deshalb wurde im Rahmen der Modernisierung, auch die Sauerstoffsonde ersetzt. So bilden die Sonden zur Ermittlung der relevanten Onlineparameter NH4-N, NO3-N und O2 eine Einheit, um mit der erneuerten Steuerungstechnik einen möglichst optimalen O2-Eintrag in die biologische Reinigungsstufe sicherzustellen, ähnlich der Kläranlagen großer Städte.
Ergebnisse:
Abbildung 1: Ammonium-, Nitrat-, Nitrit-Stickstoff im Ablauf
Die Versuchskläranlage ist vom Wasserwirtschaftsamt verpflichtet, die nötigen Ablaufanalysen einmal im Monat durchzuführen. Dieser Rhythmus ist bei Anlagen dieser Ausbaugröße durchaus üblich. Um eine zur Beurteilung repräsentativere Datenmenge zu erhalten, wurde der Rhythmus der Analysen im Ablauf der Kläranlage ab September 2011 auf zweimal pro Woche angehoben.
Die durch den Einbau der Ammonium-Nitrat-Sonde und der dazugehörigen Steuerungstechnik eingeleitete Veränderung der Bedingungen im Belebungsbecken sorgte für eine Verbesserung der gemessenen Ablaufwerte in Bezug auf den abwasserabgabenrelevanten Parameter Nges. Dies hat positive Auswirkungen auf den Vorfluter und ist ein aktiver Beitrag zum Umweltschutz. Darüber hinaus kann auch mit einer Senkung der Abgaben nach dem Abwasserabgabengesetz für den Parameter Nges. gerechnet werden.
Abbildung 2: Kilowattstunden Gebläseanteil in Bezug auf die Vergleichsmonate der letzten fünf Jahre
Nach dem Einbau der Ammonium-Nitrat-Sonde und der dazugehörigen Steuerungstechnik konnte der Stromverbrauch für den Betrieb der Gebläse der biologischen Reinigungsstufe der Kläranlage in erfreulichem Umfang reduziert werden. Zur Hochrechnung der Energieersparnis dienten als Basis zum Untersuchungszeitraum Dezember 2011 bis Februar 2012 analog die Monate Dezember bis Februar der fünf vorangegangen Jahre.
Fazit:
Die im Rahmen des Untersuchungsprojekts durchgeführte Modernisierung der Kläranlage (3.000 EW) ist ein großer Erfolg für den Umweltschutz. Sie führt zu einer deutlichen Entlastung des Vorfluters und vergrößert die Kapazität der Anlage. Unter ökonomischen Gesichtspunkten ist die Optimierung der Anlage, allein im Hinblick auf die Energieersparnis, eine rentable Investition. Darüber hinaus ist auf Grund der Verringerung des Parameters Nges. im Ablauf der Kläranlage mit zukünftigen Einsparungen an Abgabekosten nach dem Abwasserabgabegesetz zu rechnen.
Sollten Sie Interesse an dieser Abschlussarbeit (Note 1,0) haben und diesen Erfahrungsbericht über den Verlauf sowie die detaillierten Ergebnisse des Projekts kennenlernen wollen, so stehe ich gerne zur Verfügung. Es kann auch ein Exemplar gegen Aufwandsentschädigung erworben werden.
Vielen Dank für Ihr Interesse.
Autor:
Ralf Feuchtenberger, cand. Bioingenieur (FH)
Kontaktmöglichkeit:
klaeranlagenoptimierung@gmx.de
