Kommen die Mikroorganismen im Bio-Sensor mit toxischen Stoffen in Berührung, so ändern die rot fluoreszierenden Bakterien im Glasrohr ihre Farbe. Die Messsonde zeigt die Fluoreszenzintensität an.

Trinkwasser ist eines der am strengsten überwachten Lebensmittel. Dennoch ist auch das Versorgungsnetz nicht gegen Unfälle, Verschleiß oder gezielte Anschläge gefeit. Ein minutenschnelles Warnsystem für Gifte und andere gesundheitsschädliche Stoffe im Wasser könnte künftig sofort Alarm schlagen, wenn Gefahr droht.
Farblos soll es sein, kühl, geruchslos und geschmacklich einwandfrei. Es darf keine Krankheitserreger enthalten und die Gesundheit nicht schädigen. Trinkwasser wird deshalb in regelmäßigen Abständen einer Reihe von Screenings unterzogen. Ergänzend zu diesen Tests entsteht derzeit im Projekt »AquaBioTox« ein System für eine ständige Trinkwasserüberwachung in Echtzeit.

Derzeit beschränken sich die in der Trinkwasserverordnung vorgeschriebenen Untersuchungen auf Stichproben, die oft erst nach Stunden Ergebnisse liefern und stets auf bestimmte Substanzen zugeschnitten sind. Herzstück des AquaBioTox-Systems ist hingegen ein Bio-Sensor, der auf ein breites Spektrum potenziell gefährlicher Substanzen reagiert und bereits nach wenigen Minuten anspricht. Er arbeitet nach dem Vorkoster-Prinzip: Von der Hauptleitung wird etwas Trinkwasser in einer abzweigenden Fallstrecke durch den Sensor geleitet, der zwei verschiedene Bakterienstämme sowie Säugetierzellen enthält. Während die mikroskopisch kleinen Bakterien durch ihre große Oberfläche einen raschen Stoffaustausch gewährleisten und innerhalb von Minuten auf toxische Substanzen reagieren, sichern die Säugetierzellen durch ihre Verwandtschaft zum menschlichen Organismus das Ergebnis ab und erweitern gleichzeitig das Reaktionsspektrum. »Wir haben verschiedene Stoffklassen getestet, die im Wasser vorkommen könnten, dies aber nicht tun sollten, und bislang hat unser Sensor auf jede dieser Substanzen reagiert«, berichtet Dr. Iris Trick vom Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGB in Stuttgart, die den Bio-Sensor gemeinsam mit ihrer Kollegin Dr. Anke Burger-Kentischer entwickelt hat.

Die Mikroorganismen im Sensor wurden so verändert, dass sie ein rot fluoreszierendes Protein erzeugen. Kommen sie mit toxischen Stoffen in Berührung, verändert sich die Fluoreszenz. Ein am Karlsruher Fraunhofer-Institut für Optronik, Systemtechnik und Bildauswertung IOSB entwickeltes, hochsensitives Kamerasystem mit Auswerteeinheit registriert selbst kleinste Veränderungen der Fluoreszenz und bewertet diese automatisch. »Die Überwachungseinheit lernt mittels maschineller Lernverfahren aus historischen Daten, welche Schwankungen der physikalischen, chemischen und biologischen Parameter normal sind. Zeigt sich ein auffälliges Muster in den Signalen, schlägt es Alarm«, erklärt Dr. Thomas Bernard, Gruppenleiter vom IOSB. Der Bio-Sensor reagiert auf kleinste Mengen gefährlicher Substanzen. »Unser Sensor kann sehr geringe Konzentrationen nachweisen«, sagt Trick. Klassische Gifte wie Cyanid oder Rizin, aber auch Pflanzenschutzmittel oder toxische Stoffwechselprodukte von Bakterien können in Konzentrationen von Nanogramm pro Liter tödlich sein.

Um den Bio-Sensor dauerhaft betreiben zu können, müssen optimale Lebensbedingungen für die Mikroorganismen sichergestellt werden. Die Forscher vom IOSB haben dafür ein System entwickelt, das automatisch wichtige Parameter wie Temperatur und Nährstoffzufuhr überwacht und regelt. Weiterer Bestandteil des Aqua-BioTox-Systems ist ein Daphnien-Toximeter des Kieler Projektpartners bbe Moldaenke – die Wasserflöhe reagieren besonders sensibel auf Nervengifte. Das Monitoringsystem wird derzeit in einer stillgelegten Leitungsstrecke auf dem Gelände der Berliner Wasserbetriebe getestet – einem weiteren Projektpartner. Ziel ist es, das System so klein und kostengünstig zu machen, dass sich ein miteinander kommunizierendes Netzwerk aus Sensoreinheiten an sensiblen Stellen über das Trinkwassernetz verteilt installieren lässt.

Weitere Informationen:
http://www.fraunhofer.de/presse/presseinformationen/2010/12/trinkwasser-bio-sensor.jsp

Mit neuer Membran Einsatz von Chemikalien minimieren

DBU fördert Projekt mit 108.000 Euro
Hamburg. Wasser ist für den Menschen der lebenswichtigste Rohstoff. Es von Bakterien und Viren frei zu halten, ist dafür die zentrale Voraussetzung. Die Desinfektion des kostbaren Guts ist also eine entscheidende Frage – auch in der Schifffahrt. Um das in großen Tanks gelagerte Trinkwasser für die Gesundheit unbedenklich aufzubereiten, wird hier meistens zu chemischen Verfahren gegriffen, oft etwa zu Chlor. Die Firma Aqua free Membrane Technology (Hamburg) erforscht aktuell ein Verfahren, das den Einsatz von Chemikalien drastisch mindern kann. Mit Hilfe einer neuartigen Membran soll Keimen beim Füllen der Tanks erst gar kein „Einlass“ gewährt werden. Die Deutsche Bundesstiftung Umwelt (DBU) unterstützt das Vorhaben mit rund 108.000 Euro. „Die Förderung nachhaltiger Chemie ist ein Schwerpunkt unserer Arbeit. Dazu gehört auch, den Einsatz von Chemikalien durch innovative Verfahren zu verringern“, erklärt DBU-Generalsekretär Dr. Fritz Brickwedde.

Wenn Frachter und Schiffe in Häfen Frischwasser aufnehmen, ist das Risiko, dass dabei Krankheitserreger in die Tanks gelangen, groß. Statt Verunreinigungen mit chemischen Verfahren zu vermeiden, will die Aqua free Membrane Technology nun eine neue Filtertechnik entwickeln. Durch eine spezielle Membran hindurch soll das Wasser künftig in die Speicher eingefüllt werden. Diese dünnen, aber sehr stabilen Röhrchen befinden sich in einem Model, das vor das Wasserrohr gesetzt wird und so die Keime vollständig abfängt. „Der Einsatz von Chlor oder anderen desinfizierenden Chemikalien kann dadurch drastisch gemindert werden“, hebt Projektleiter Dr. Stephan Brinke-Seiferth hervor.

Nach mehrfachem Gebrauch will die Firma das innovative Filtersystem wieder zurücknehmen und es für den nächsten Einsatz neu aufbereiten. „Dadurch stellen wir sicher, dass die Membran immer zu hundert Prozent funktionstüchtig ist“, betont Brinke-Seiferth. Problematisch sei bei der Anwendung einer solchen Technik bislang gewesen, dass die Module sehr feinporig waren und der Prozess des Filterns dementsprechend lange dauerte. „Die Membran, die wir nun entwickeln, soll beides können: Die Bakterien zurückhalten und gleichzeitig einen schnellen Durchfluss möglich machen“, erklärt Brinke-Seiferth. In einem ersten Schritt sollen nun Prototypen mit verschiedenen Membranen entstehen. Nach Versuchen im Labor werden dann der Bau einer Anlagentechnik und der Feldtest folgen, so der Projektleiter. Die Filter könnten künftig auf Containerschiffen genauso wie auf Segelbooten zum Einsatz kommen.

Das im Jahr 1999 als Start-up-Projekt an der Technischen Universität Hamburg-Harburg gegründete Unternehmen verfügt über eine langjährige Erfahrung in der Membrantechnologie und trägt mit seinen Produkten bereits im medizinischen Bereich zur verbesserten Hygiene bei. Lässt sich die in der Medizin angewandte Technik nun auch auf die Schifffahrt übertragen, kann für den DBU-Generalsekretär damit zu einer optimalen Trinkwassersicherheit beigetragen werden – „bei gleichzeitigem Schutz der Ressourcen und verminderten Einsatz von Chemie“.

Weitere Informationen:
http://www.dbu.de/123artikel30839_335.html

Die Schlammwässer

Einleitung
Die Stickstoff-Rückbelastung der Schlammwässer aus kommunalen
Kläranlagen mit Schlammfaulung macht etwa 15
bis 25 % der Gesamtstickstofffracht im Rohabwasser des
Zulaufs aus. In den meisten Fällen wird dieser zusätzliche
Stickstoff aus der Schlammbehandlung in der biologischen
Stufe durch Nitrifikation und Denitrifikation abgebaut. Ausgelastete Kläranlagen oder Anlagen mit saisonalen Belastungen haben hier oftmals Probleme, die Grenzwerte einzuhalten.
Dies liegt häufig an einem zu geringen Sauerstoffeintrag
bei der Nitrifikation, es kann aber auch am nötigen
Kohlenstoff oder ausreichenden Beckenvolumen bei der Denitrifikation fehlen.
Bevor jedoch zusätzliche Investitionen für den Ausbau der
bestehenden biologischen Stufe geplant werden, sollte die
Möglichkeit einer separaten Behandlung dieser Schlammwässer
geprüft werden. Hier stehen mittlerweile interessante
Verfahren zur Wahl, die in der Praxis mit Erfolg eingesetzt wurden.
Definition der Schlammwässer
Die Schlammwässer aus unterschiedlichen Prozessen werden wie folgt bezeichnet:

Stoffliche Rückbelastungen
Kohlenstoff-Rückbelastung
In der Schlammfaulung werden bis zu 60 % des organischen
Materials abgebaut. Der dabei anfallende CSB im Filtratwasser
liegt, je nach Anteil der Menge an Primär- oder Überschussschlamm,
bei ca. 400 bis 800 mg/l. Da dieser großteils
inerte CSB nur zu einem geringen Teil biologisch abbaubar
ist, wird letztlich die CSB-Konzentration im Ablauf ansteigen.
Bei einem durchschnittlichen Mengenverhältnis des
Schlammwassers zum Zulauf der Kläranlage von 1 zu 100
entsprechen 100 mg/l CSBinert im Schlammwasser einer
Konzentrationserhöhung im Ablauf von ca. 1 mg/l. Die Rückbelastung
des CSB hat ansonsten für die Abwasserreinigung
keine weitere Bedeutung.

Phosphor-Rückbelastung
Bei der chemisch-physikalischen Phosphorelimination ist
die P-Rückbelastung in der Regel vernachlässigbar gering.
Bei der Bio-P-Elimination wird das biologisch gebundene
Phosphat im Faulbehälter wieder vollständig freigesetzt.
Durch chemisch-physikalische Prozesse wie Adsorption
und Fällung wird es aber wieder refixiert. Daher ist
auch diese Rückbelastung nicht als problematisch anzusehen.
Bei heute üblichen Phosphorgehalten im Überschussschlamm
von etwa 2,5 % ist eine P-Rückbelastung
von selten mehr als 5 %, bezogen auf die Rohabwasserfracht,
zu erwarten.

Stickstoff-Rückbelastung
Die Stickstoff-Rückbelastung aus der Schlammentwässerung
hat für die Stickstoffelimination in der biologischen Stufe,
sowohl für die Nitrifikation als auch für die Denitrifikation,
Auswirkungen. Die Stickstoff-Rückbelastung aus dem Filtratwasser
kann dabei mit etwa 1,5 g…mehr:
http://www.kan.at/upload/medialibrary/KA-Betriebs-Info4-2010.pdf

Autor
Christian Fimml
Betriebsleiter
Abwasserverband Achental-Inntal-Zillertal
6261 Strass i. Z., Österreich
Tel. ++43 (0)52 44/6 51 18-11
E-Mail: fimml@aiz.at

Ein optimaler Nährstoffabbau

Östlich von Würzburg liegt die Ortschaft Albertshofen mit 2200 Einwohnern. Die Kläranlage wurde 1969 als Belebungsanlage ohne Vorklärung mit getrennter Schlamm-stabilisierung gebaut. Die Anlage wurde für 7.200 EW ausgelegt, weil das Abwasser eines Gemüseverarbeitungsbetriebs mit gereinigt werden sollte. Sie erbrachte von An-fang an einen hervorragenden Wirkungsgrad beim Kohlenstoffabbau und bei der Nitrifikation. Eine weitergehende Reinigung mit einer Denitrifikation oder mit biologi-schem Phosphatabbau war nicht vorgesehen und wurde seinerzeit auch vom Gesetzgeber nicht gefordert. Weil die Kläranlage im Lauf der Zeit immer öfter überlastet war, baute der Gewerbebetrieb 1992 eine innerbetriebliche Abwasservorreinigung mit dem Erfolg, dass die Belastung der Kläranlage erheblich zurückging. In den folgenden Jahren ging aber auch die Produktion des Betriebs immer weiter zurück, und schließlich wurde der Betrieb 2001 vollständig geschlossen. Somit war die Kläranlage deutlich unterbelastet. Inzwischen hatte der Gesetzgeber für Kläranlagen der Größenklasse 4 und 5 Grenzwerte für Gesamtstickstoff und für Phosphor eingeführt; ebenso als Schadstoffparameter im Abwasserabgabengesetz, also durchaus Argumente, auch bei kleineren Anlagen über eine Elimination dieser Stoffe nachzudenken. Ich fragte mich also, wie ich die freigewordene Kapazität meiner Kläranlage hierfür nutzen konnte. Um es vorweg zunehmen – im Lauf der Jahre ist es uns durch schrittweise Umbaumaßnahmen gelungen, mit relativ kleinen Eingriffen und wenig Geldaufwand eine gute Denitrifikation und auch eine biologische P-Elimination zu erzielen. Hier die Beschreibung der Umbaumaßnahmen: Ursprünglich war keine Sauerstoffeintragsregelung vorhanden. Die Gebläse wurden nach Erfahrungswerten von Handein- und ausgeschaltet. Im Jahr 1995 bauten wir ein stationäres Sauerstoffmessgerät ein, so dass die Gebläse nun nachdem tatsächlich vorhandenen Sauerstoffgehalt im Belebungsbecken gesteuert werden konnten. Nach etlichen Versuchen bezüglich des Sauerstoffeintragswerts und des idealen Standorts der Messsonde fanden wir heraus, dass eine optimale Wirkung dann erreicht wird, wenn die Belüfter im ersten Drittel des Belebungsbeckens stark gedrosselt werden. Wir ließen also nur noch so viel Luft einperlen, dass sich der Schlamm nicht absetzt und sich mit dem Zulauf und dem Rücklaufschlamm vermischt. Seitdem hat sich eine dauerhafte Denitrifikation eingestellt. Im Jahr 2002 wurde das Belebungsbecken entleert, um Ab-lagerungen zu entfernen. Bei dieser Gelegenheit bauten wir zwischen der schwach belüfteten Denitrifikationszone und dem stark belüfteten Teil des Belebungsbeckens eine Trennwand aus Beton ein Der Effekt war verblüffend. Durch die saubere Trennung von sauerstofffreiem und sauerstoffhaltigem Beckenteil stellte sich in der Denitrifikationszone eine stabile biologische P-Eliminierungein. Vor dem Einbau der Trennwand kam es zwar gelegentlich für ein paar Tage auch zu Bio-P-Eliminierung, die Wirkung war aber nie stabil …mehr lesen Sie in:

Betriebsinfo Informationen für das Betriebspersonal von Abwasseranlagen Heft 3-2010

Autor
Hermann Uhl
Obmann der NachbarschaftKitzingen/West
Hindenburgstraße 2
D-97320 Albertshofen
Tel. ++49 (0)93 21/3 68

Ausgangssituation
Die Kläranlage Oberes Prümtal mit 20 00 EGW (Rheinland-
Pfalz) hat 1989 den Betrieb aufgenommen. Die Anlage ist
an ein Mischsystem angeschlossen. Bei Regenereignissen
steigt der Zulauf von 30 l/s auf 110 l/s. Dadurch kommt es
zu einer Verlagerung des belebten Schlamms aus den Belebungsbecken in das Nachklärbecken. In der Nachklärung (Volumen 1400 m³, Beckentiefe ca. 3 m) kam es deshalb
immer wieder zu einem kritischen Anstieg des Schlammspiegels
bis hin zum Schlammabtrieb (Abbildung 1). Es gibt
verschiedene Möglichkeiten, auf Schlammverlagerung und
Schlammabtrieb zu reagieren. Die konventionellen Methoden
führten jedoch nicht zu einem befriedigenden Ergebnis,
wie folgende Beschreibung zeigt.

Erhöhter Überschussschlammabzug
Es bietet sich zunächst an, die Menge an abgezogenem Überschussschlamm
zu erhöhen, um die Schlammmenge im System
zu reduzieren. Dies wurde auch verschiedentlich als
Notbehelf durchgeführt. Eine solche Maßnahme führt jedoch
zu einer Verringerung der biologischen Kapazität und zudem
zu schwankenden Bedingungen für die Biozönose im
Belebungsbecken. Da es erstrebenswert ist, die biologischen
Bedingungen im Belebungsbecken möglichst konstant zu
halten, ist es nicht günstig, eine große Menge an belebtem
Schlamm auf einen Schlag abzuziehen.

Erhöhte Rücklaufschlammförderung
Um der Schlammverlagerung in das Nachklärbecken entgegenzuwirken,
kann auch die Rücklaufschlammförderung
erhöht werden. Die Schlammmenge verringert sich dadurch
jedoch nur kurzfristig im Nachklärbecken, da die hydraulische
Belastung im Belebungsbecken und Nachklärbecken
zusätzlich erhöht wird. Es kann sogar zu einem weiteren
Schlammanstieg im Nachklärbecken kommen. Durch diese
Maßnahmen hat sich keine Verbesserung der Situation eingestellt.
Betrachtung der Gesamtschlammmenge
Um die biologische Stufe als Gesamtsystem beurteilen zu
können, darf man bei der Prüfung des biologischen Zustands
nicht nur das Belebungsbecken betrachten. Auch das Nachklärbecken
oder die Gesamtmenge des im System befindlichen
Schlamms ist mit einzubeziehen.
Um den Schlammspiegel zu überwachen und auf diese
Betriebssituationen reagieren zu können, installierten wir
deshalb im Nachklärbecken eine Schlammspiegelmessung.
Auf diese Weise können wir jetzt den Schlammanteil abschätzen
und die gesamte Menge an Schlamm wie folgt berechnen:
TSBB • VBB = 4 kg/m³ • 1700 m³ = 6800 kg
TSRLS • Schlammhöhe • ANKB = 11,5 kg/m³ • 0,85 m • 400 m²
= 3910 kg
MBB + MNB = 10 710 m³
Die Menge an Schlamm im Nachklärbecken ist zwar nur grob
geschätzt, da der Verdünnungsfaktor …mehr:-
http://www.kan.at/upload/medialibrary/KA-Betriebs-Info4-2010.pdf

Autoren
Helmut Haas, Abwassermeister
Kläranlage Oberes Prümtal
Verbandsgemeinde Prüm
Dipl.-Ing. Norbert Meyer
BITControl GmbH