Energieeinsparung ist das Thema unserer Zeit. Wenn gleichzeitig die Reinigungsleis-tung einer Kläranlage verbessert wird ist das revolutionär.

Zur diesjährigen IFAT präsentiert die WVE GmbH ein innovatives System zum Betrieb von Belebungsbecken am Fallbeispiel der Kläranlage Kaiserslautern.

Beschreibung:
Betriebs- und Energieoptimierung durch Systemänderung der biologischen Reinigungsstufe (Umbau: März 2008 – November 2008, Ausbaugröße: 210 000 EW).
Die Stadtentwässerung Kaiserslautern betreibt auf der Zentralkläranlage Kaiserslautern drei Belebungsbecken mit einem Gesamtvolumen von 22.500 m³ zur biologischen und weitergehenden Abwasserreinigung. Altersbedingt stand der Tausch der feinblasigen Membranbelüfter an. Bei der Variantenprüfung fiel die Entscheidung auf das „System MESSNER“, welches das gesamte bisher im Einsatz befindliche Verfahren grundlegend ändert. Die Betriebsweise wurde von einer kaskadierten, vorgeschalteten Denitrifikation auf eine Rohrströmungstechnologie mit intermittierender Stickstoffelimination in Verbindung mit einer flächendeckenden Belüftung ohne Rührwerk und interner Rezirkulation umgestellt. Die Bestandsbelüftung wurde durch die hocheffizienten MESSNER-Plattenbelüfter ersetzt und alle Rührwerke in den Belebungsbecken wurden entfernt.

Bezüglich der Reinigungsleistung wurde eine NGes-Konzentration im Ablauf der Kläranlage von < 10 mg/l sowie eine Verringerung des Energieverbrauchs der Turboverdichter von 20% garantiert. Weitere Einsparungen sollten durch Wegfall der Rührwerke erzielt werden. Bewertung:
Durch die neue Betriebsweise und MSR-Technik wurde eine Energieeinsparung weit über die garantierten Werte hinaus im Bereich der Turboverdichter von 40% erzielt. Hinzu kommen noch weitere Einsparungen durch die entfallenen 42 Rührwerke von ca. 420 MWh/a. Das garantierte Reinigungsziel NGes < 10 mg/l wird sicher eingehalten. Weitere positive Effekte sind: Entfallene Instandhaltungs- und Wiederbeschaffungskosten der Rührwerke, verfahrensbedingt zu keiner Jahreszeit Probleme mit Fadenbakterien und Schaumbildung auf den Belebungsbecken und im Faulbehälter, Verbesserung des Schlammindizes, stark reduzierte Schwimmschlammbildung auf den Nachklärbecken, bessere Stabilisierung des Schlamms im Faulbehälter, Steigerung der Entwässerbarkeit des Faulschlamms, um die wesentliche Vorteile zu nennen. Nach fast einem Jahr Betriebszeit der zuerst umgebauten Biologie ist erkennbar, dass in den Bereichen Energie und Reinigungsleistung, trotz der bereits erreichten Werte noch weiteres Potential durch Optimierung der Mess-, Steuer- und Regeltechnik besteht - insbesondere durch die nun vorhandene Überkapazität der Turboverdichter. Dieses System steigert nicht nur die Effizienz in den Bereichen Energie und Reinigungsleistung, es kann bei vorhandenen Anlagen auch aufwendige Neubaumaßnahmen wie z. B. die Schaffung von zusätzlichem Beckenvolumen überflüssig machen. Weiterhin hat die WVE GmbH Dienstleistungen in den Bereichen Polymervertrieb, Regenerative Energien sowie Wasser- und Abwassermanagement in ihrem Portfolio. Besuchen sie unsere Internetseite www.wve-kl.de.

WVE GmbH Kaiserslautern
Blechhammerweg 50
67659 Kaiserslautern
Tel: 0631-7500573

Der Abwasserzweckverband Heidelberg umfasst die Städte Heidelberg, Eppelheim und Neckargemünd sowie die Gemeinde Dossenheim. Er ist zuständig für die Abwasserableitung und die Abwasserreinigung im Verbandsgebiet. Hauptaufgabe ist daher der Betrieb des Großklärwerkes mit einer Ausbaugröße von 380.000 E + EGW. Die Anlage ging 1983 in Betrieb und war ursprünglich ausgelegt auf den Abbau der organischen Abwasserinhaltsstoffe CSB und BSB sowie des Phosphors mittels Simultanfällung durch
Eisenchloridsulfat. Die zusätzlichen Anforderungen an die Nährstoffelimination, insbesondere von Stickstoff, wurde in Heidelberg  durch Verfahrensoptimierung erfüllt. Durch Verkürzung und Umbau der Vorklärung in Grobentschlammung und anoxische Zonen ließ sich der Stickstoffablaufwert von 13 mg/l einhalten. Zudem stellte sich eine biologische P-Elimination ein, die 2005 durch eine chemische P-Elimination ersetzt wurde. Gründe und Betriebserfahrungen sind im Nachfolgenden zusammengestellt.

Nach Umbau der Vorklärung in Grobentschlammung und anoxische Zonen stellte sich neben der gezielten Stickstoffentfernung gleichzeitig eine biologische Phosphorelimination
ein. Ein Verfahrensbild ist in Abb. 1 dargestellt. Mit dieser Betriebsweise wurde die Anlage bis 2005 betrieben.

Biologische P-Elimination
Unterstützt und positiv beeinflusst wurde dieser Prozess durch die Abwasserzusammensetzung. Im Einzugsgebiet der Kläranlage befindet sich ein Lebensmittebetrieb, der Fruchtsäfte
und Fruchtsaftkonzentrate herstellt. Das Abwasser des Betriebes war sehr hoch belastet mit leicht abbaubaren Kohlenstoffverbindungen (70.000 EGW). Zur Unterstützung und Sicherstellung des Ablaufwertes wurden Fällmittel in der Größenordnung von 0,3 mol Fe pro mol P zugegeben. Unter
diesen Voraussetzungen ist es gelungen, einen P-Ablaufwert von kleiner 1 mg/l einzuhalten. Bei mittleren Zulaufkonzentrationen von 9 mg P/l betrug der Ablaufwert bei dieser
Betriebsweise 0,7 mg P/l im Jahresdurchschnitt.

Im Jahr 2005 veränderte sich die Abwasserzusammensetzung im Zulauf der Kläranlage deutlich. Der Lebensmittelbetrieb hatte eine eigene Vorbehandlungsanlage gebaut, was zu einer deutlichen Reduzierung der Abwasserfracht bzw. Belastung, insbesondere der leicht abbaubaren Kohlenstoffverbindungen führte (Tabelle1). Die biologische P-Elimination war unter
diesen Umständen nicht aufrechtzuerhalten. Neben der reduzierten Zulauffracht machten insbesondere auch Belastungsschwankungen am Wochenende Probleme. Versuche einer belastungs- und/oder zuflussabhängigen Zudosierung von C-Quellen führten nicht zum Erfolg, so dass man sich
entschied, die Phosphorelimination wieder auf chemischem Wege zu betreiben.

Chemische P-Elimination
Die Umstellung von biologische auf chemische P-Elimination erfolgte im Jahr 2005. Bei analogen Zulaufwerten wie vor der Umstellung von 9 mg P/ l betrug der Ablaufwert im Jahresmittel
0,45 mg P/l. Als Fällmittel wurde bzw. wird Eisen-IIIChloridsulfat in der Größenordnung von 1,4 Mol Fe pro Mol P eingesetzt.

Vergleich biologische versus chemische P-Elimination
Im Nachfolgenden sind erste Erfahrungen und Daten der unterschiedlichen Verfahren zusammengestellt. In den Jahren 2003 und 2004 erfolgte die P-Elimination wie beschrieben auf biologische, im Jahr 2006 auf rein chemische Weise. Die Umstellung geschah im Jahr 2005. Nach einem Jahr Betrieb
hat die Umstellung im Wesentlichen folgende Faktoren beeinflusst: Prozessstabilität, Fällmittelmenge, Schlammmenge, Entwässerungseigenschaften des Faulschlamms (Flockungsmittelmenge und Entwässerungsgrad).

Den ganzen Bericht lesen Sie unter:
http://www.die-wasserlinse.de/download/ausgabe_1210/wl12_komplett.pdf

Zusammenfassung
Der Abwasserzweckverband hat im Jahr 2005 die biologische durch die chemische P-Elimination ersetzt. Dies hat sich sehr positiv auf die Prozessstabilität ausgewirkt. Hinsichtlich der Kosten lässt sich nach einem Betriebsjahr eine leichte Steigerung um etwa 1,2 Cent/m³ gebührenfähige Abwassermenge
feststellen. Sowohl bei der Prozessstabilität als auch bei der Kostenbetrachtung handelt es sich um erste Erkenntnisse, die in der Folgezeit noch weiter betrachtet und vertieft werden müssen.

Autor:
Dipl.-Ing. Jürgen Weber
Abwasserzweckverband Heidelberg

Ein weltweit einzigartiges Filtrationssystem für die biologische Abwasserreinigung und Wasseraufbereitung wurde jetzt auf der Mittelmeerinsel Malta installiert. Das Besondere an der Technologie: Nanobeschichtete keramische Flachmembranen fischen sämtliche Bakterien und Einzeller aus dem Wasser.

Malta hat ein natürliches Problem: Laut Vereinten Nationen ist es das wasserärmste Land der Erde. Zwischen April und September gibt es im Durchschnitt kaum mehr als zehn Regentage, zudem hat der Mittelmeerstaat weder Flüsse noch Seen. Während Malta früher von Wasserimporten aus dem benachbarten Italien und vom Grundwasser abhängig war, setzen die Verantwortlichen mittlerweile auf Meerwasserentsalzung und Abwasserfiltration.
Ein wichtiger Schritt in diese Richtung wurde in der vergangenen Woche unternommen: Der staatliche Wasserkonzern Water Service Corporation (WSC) hat mit der saarländischen ItN Nanovation AG, einer Beteiligung der Frankfurter Nanostart AG, ein Gemeinschaftsunternehmen gegründet. Das Ziel: Produktion und Markteinführung von Abwasseraufbereitungscontainern auf Basis keramischer Flachfiltermembranen. ItN hofft mittelfristig, den gesamten Mittelmeerraum mit der patentierten Technik beliefern zu können.

Erste Muster des Containers sind auf Malta bereits erfolgreich in Betrieb genommen worden. Nun beginnt die Serienproduktion. „Wir müssen noch einige praktische Erprobungen abschließen“, schränkte Lutz Bungeroth, Vorstandsvorsitzender von ItN Nanovation, ein. Bis Ende 2012 aber soll auf Malta eine Serienproduktion mit einer jährlichen Kapazität von rund 100 Containern aufgebaut werden.
Die dezentralen Containerkläranlagen wurden in den vergangenen zwölf Monaten von deutschen und maltesischen Ingenieuren gemeinsam entwickelt. Als Grundgerüst dienen dabei 20-Fuß-Standard-Seefrachtcontainer, die mit mehreren Modulen des patentierten CFM-Systems ausgestattet sind.
Das Filtrationssystem für die biologische Abwasserreinigung und Wasseraufbereitung ist weltweit einzigartig. „Das Besondere an unserer Technologie sind nanotechnologisch aktive keramische Schichten auf herkömmlichen keramischen Körpern“, erläuterte Bungeroth.

Die Verwendung der neu entwickelten keramischen Flachmembran kommt dabei dem Reinigungsprozess zugute. „Die Porengröße ist so gering, dass keine Bakterien oder andere Einzeller mehr durchpassen“, so Bungeroth. Das Material ist hitzebeständig und hat eine längere Lebensdauer als vergleichbare Membranen aus Kunststoff.

Die knapp 100 000 € teuren Abwassercontainer können ohne großen Aufwand auf der gesamten Insel installiert werden. Hotels, öffentliche Einrichtungen und vor allem abgelegene Dörfer sollen davon profitieren.

In den Ortschaften Bahrija und Bidnija wird das Abwasser derzeit noch in Jauchegruben gesammelt und täglich per Tanklaster geleert. „Die neuen Anlagen müssen dagegen nur alle zwei Monate gereinigt werden“, sagte Mark Muscat, Geschäftsführer des maltesischen Wasserkonzerns WSC. Jeder Container könne 45 m³ Abwasser/Tag bearbeiten.
Die Anlagen zur Wasserwiederwendung gelten als wartungsarm, robust und kostengünstig und die Qualität des filtrierten Brauchwassers ist durchaus hoch. „Das Wasser ist zwar theoretisch trinkbar, sollte aber ausschließlich zur Bewässerung sowie zur industriellen Herstellung von Zement benutzt werden“, erklärte der leitende Ingenieur Christof Gränitz.

Die Filtration soll u. a. verhindern, dass das Grund- und Trinkwasser durch ungeklärtes Abwasser kontaminiert wird. „Die Abtrennung der Biomasse und der darin enthaltenen Mikroorganismen ist eine der Hauptaufgaben, die wir mit den Containern erledigen“, so Gränitz. Das gelingt mit einer Kombination aus Festbettreaktoren und Belebtschlammverfahren.

Ein weiterer wichtiger Aspekt, der die Wasserversorgung auf Malta betrifft, ist die Meerwasserentsalzung. Drei Umkehrosmoseanlagen bereiten aus Salzwasser Trinkwasser. Eigentlich wäre auch hierfür eine Vorfiltration durch die Keramikmembranen notwendig – doch weil Malta auf Kalksteinfelsen gebaut ist, findet diese auf natürliche Weise statt.

Für ItN Nanovation gibt es an dieser Stelle also keine Absatzmöglichkeiten. Seine Technologien will das Unternehmen aber in einem Joint Venture mit Saudi-Arabien erproben. Geplant ist zunächst eine Anlage zur Trinkwasseraufbereitung, in der 14 000 m³ Brunnenwasser pro Tag mit den Umkehrosmosemembranen vorfiltriert werden. Später ist die Gesamtausstattung der Anlage mit einer wesentlich höheren Kapazität geplant.

Aus Sicht von Experten könnte dies ein positives Zeichen für die Zukunft sein. „Kein Lebensbereich wird in Zukunft von den Auswirkungen der Nanotechnik unberührt bleiben“, prophezeit Wolfgang Heckl, Physik-Professor an der Technischen Universität München. Und gerade im sensiblen Bereich des Trink- und Grundwassers sei es notwendig, auf die modernsten Technologien zu setzen.

HOLGER PAULER

http://www.vdi-nachrichten.de/vdi-nachrichten/aktuelle_ausgabe/akt_ausg_detail.asp?cat=2&id=48444&source=homepage

Projektlaufzeit: 01/2010-12/2010

Bearbeiter:
Dipl.-Ing. Oliver Gretzschel

Abwasser und der bei der Abwasserbehandlung anfallende Klärschlamm stellen in vielen Fällen ein noch ungenutztes Energiepotenzial dar. Die Wirtschaftlichkeit abwassertechnischer Anlagen wird wesentlich von der Energieeffizienz und den Klärschlammverwertungs- bzw. -entsorgungskosten beeinflusst. Ein wirksames Stoffstrommanagement auf der Kläranlage ist daher gefordert, um die energetischen Res-sourcen des Abwassers bzw. des Klärschlammes zu nutzen und die zu entsorgenden Klärschlammmen-gen zu reduzieren, ohne jedoch die Ablaufqualität des behandelten Abwassers negativ zu beeinflussen. Der hierfür entscheidende Verfahrensschritt in kommunalen Abwasserreinigungsanlagen ist die Stabilisierung des Klärschlamms. Hier unterscheidet man im Wesentlichen zwei grundsätzliche Möglichkeiten: Bei der simultanen aeroben Schlammstabilisierung erfolgt die Stabilisierung im Verlauf der Abwas-serreinigung. Den Belebtschlammorganismen wird durch die Bemessung der Belebungsbecken auf ein hohes Schlammalter (t = 25 d) sowie eine geringe Schlammbelastung (<=0,05 kg BSB5/kg TS/d) nur wenig Nahrung in Form von BSB zur Verfügung gestellt. Die Belebtschlammorganismen veratmen zum Überleben ihre eigene Zellsubstanz. Die organische Substanz im Klärschlamm wird aufgezehrt und der resultierende Schlamm weist nach der Stabilisierung eine organische Trockensubstanz oTS von ca. 50 bis 55 % auf. Bei Bemessung der Anla-gen auf eine gemeinsame aerobe Stabilisierung sind große spezifische Beckenvolumina (i. d. R. 300 l/E) erforderlich. Das Verfahren der anaeroben Schlammstabilisierung (Faulung) beruht hingegen darauf, dass den Belebtschlammorganismen durch die Bemessung der Anlagen auf ein Schlammalter von ca. 10 bis 12 d resp. eine Schlammbelastung von 0,15 kg BSB5/kg TS/d relativ viel organische Substanz als Nahrung zugeführt wird. Hierdurch enthält der abgezogene Überschussschlamm noch einen hohen Anteil an organischer Substanz; in der Regel ca. 70 %. Der abgezogene Überschussschlamm wird dann (meist nach einer Voreindickung) zusammen mit dem Schlamm aus der Vorklärung (Primärschlamm) einem Faulbe-hälter zugeführt. Hier entsteht in einem 4-stufigen Prozess Biogas (Faulgas). Dieses kann dann z. B. über ein Blockheizkraftwerk mit einem elektrischen Wirkungsgrad von 30 bis 35 % verstromt werden. Die hie-raus resultierende Wärme kann z. B. zur Aufheizung des Schlammes und des Faulturms genutzt werden. In der Ingenieurpraxis gab es in der Vergangenheit relativ klare Grenzen, wann das Verfahren der aeroben Schlammstabilisierung und wann eine Schlammfaulung zu realisieren ist. Diese Grenzen ergaben sich aus wirtschaftlichen Gesichtspunkten, wobei hierbei aufgrund der in der Vergangenheit niedrigen Energiekosten vorwiegend die Investitionskosten, sowie verfahrenstechnische Aspekten betrachtet wur-den. Der Einsatzbereich der anaeroben Schlammstabilisierung in Abhängigkeit von der Anschlussgröße kann Bild 1 entnommen werden. Die Abbildung verdeutlicht, dass bei Anlagengrößen von < 20 000 EW in der Vergangenheit fast aus-schließlich Anlagen mit simultaner aerober Schlammstabilisierung konzipiert wurden, während der Einsatzbereich für Faulungsanlagen erst bei Ausbaugrößen von mehr als 30 000 EW begann. Die in den vergangenen Jahren eingetretenen Entwicklungen - insbesondere die steigenden Energiepreise, veränderte gesetzliche Rahmenbedingungen sowie technische Neuentwicklungen im Zusammenhang mit Biogasanlagen - haben zu einer Verschiebung dieser vorge-nannten Grenzen geführt und machen somit eine Neubewertung der Einsatzbereiche für die Schlamm-faulung erforderlich. Dies gilt insbesondere für Rheinland-Pfalz, wo ca. 681 Kläranlagen mit Anschluss-größen < 30 000 EW betrieben werden, davon liegen 440 Anlagen bei einer Anschlussgröße von mehr als 1 000 EW. Hierbei ist auch die Fragestellung zu behandeln, wie Anlagen mit Klärschlammfaulung inkl. der erforderlichen Infrastruktur wie Faulbehälter, Gasspeicher, gegebenenfalls Prozesswasserbehandlung usw. im Bereich einer Ausbaugröße von 10 000 bis 30 000 EW kostengünstig, aber dennoch betriebssicher, um-gesetzt werden können. Ziel dieser Studie ist es, das in Rheinland-Pfalz tatsächlich vorhandene und nutzbare Optimierungspotenzial bei Umstellung von Kläranlagen mit gemeinsamer aerober Schlammstabilisierung auf Anlagen mit anaerober Schlammfaulung im Sinne eines integrativen Ansatzes betreffend Energieeffizienz, Wasser-wirtschaft / Gewässerschutz (Ablaufqualität), Abfallwirtschaft (Klärschlammmenge) und Wirtschaftlichkeit aufzuzeigen. Das Projekt besteht aus zwei Modulen. Der vorliegende Bericht umfasst Modul 1, das grundlegende Untersuchungen beinhaltet. Modul 2 widmet sich anschließend weitergehenden Untersuchungen, die u. a. eine Analyse und Beschreibung unterschiedlicher Bau- und Betriebsformen, eine Konzeptentwicklung zur Umstellung auf Faulungsbetrieb, eine Prüfungsmethodik zur Umstellung sowie die Untersuchung einer Modellanlage umfassen. Finanzierende Institution(en): Ministerium für Umwelt, Forsten und Verbraucherschutz Rheinland-Pfalz Partner-Institution(en): Universität Luxemburg, Siedlungswasserwirtschaft und Wasserbau, Prof. Dr.-Ing. Jo Hansen, Ingenieurgesellschaft Dr. Sickmann + Partner GmbH Quelle: http://gandalf.arubi.uni-kl.de/index.php?link=projekte&parea=2&pid=0156