Ein EU-finanziertes Forschungsprojekt hat ein mutiertes Gen identifiziert, das zu Nikotinabhängigkeit führt. Dabei handelt es sich um die bestimmte Variante eines menschlichen Gens, das als Nikotinrezeptor funktioniert und sich auf das Rauchverhalten auswirkt. Etwa die Hälfte der Menschen mit europäischer Abstammung trägt mindestens eine Kopie dieser genetischen Variante in sich. Zwar spielt sie keine Rolle, ob jemand mit dem Rauchen anfängt – jedoch erschwert sie das Aufhören. Das europäische Projekt namens GENADDICT (Genomik, Mechanismen und Behandlung von Sucht) wurde vom 6. EU-Rahmenprogramm für Forschung und vom U.S. National Institutes of Health mit 8,1 Millionen Euro gefördert. Auch eine deutsche Arbeitsgruppe beteiligt sich an der integrierten, multidisziplinären Forschergemeinschaft.
EU-Forschungskommissar Janez Potočnik sagte: „Dieser Durchbruch ist dem Fachwissen und dem Engagement der europäischen Wissenschaftler zu verdanken, aber auch deren zunehmender Zusammenarbeit. Die Europäische Union unterstützt die Gesundheitsforschung seit über 20 Jahren und wir sehen jetzt klar den Nutzen dieser Zusammenarbeit. Dadurch werden weitere entsprechende Maßnahmen in diesem Zusammenhang ergänzt, die von der Europäischen Kommission im Bereich der öffentlichen Gesundheit gefördert werden“.
Bislang war weitgehend unbekannt, weshalb manche Menschen leichter nikotinabhängig werden und somit unter anderem ein um 30 Prozent erhöhtes Lungenkrebsrisiko und andere Krankheiten riskieren. Die Ergebnisse gelten als Meilenstein für die Identifizierung genetischer Risikofaktoren und der Gene, die an Sucherkrankungen beteiligt sind. GENADDICT führt bei der Identifizierung der für diese und andere Suchterkrankungen verantwortlichen Gene die Arbeit von führenden öffentlichen und privaten Forschungseinrichtungen in Europa zusammen. In dem Projekt arbeiten zwölf Arbeitsgruppen aus sieben europäischen Ländern. Die beteiligte deutsche Arbeitsgruppe gehört der Organisation „Life&Brain GmbH“ an.
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http://ec.europa.eu/deutschland/press/pr_releases/index_7699_de.htm
Forscher entdecken Rauchergen
Klärgasgewinnung und Energieerzeugung aus Klärgas
Ein Viertel der Kläranlagen Baden-Württembergs gewinnt bei der Klärschlammbehandlung Klärgas. Während die Anzahl dieser Klärwerke in den letzten 10 Jahren relativ stabil blieb, stieg die Zahl der Kläranlagen mit eigener Stromerzeugung deutlich. Dabei wird das Klärgas mehrheitlich am Standort der Kläranlage zur Energieerzeugung eingesetzt und die erzeugte Energie überwiegend selbst verbraucht. Die erzeugte Strommenge stieg seit 1998 in Baden-Württemberg stärker als in Deutschland insgesamt. Im Ortenaukreis befinden sich die meisten Kläranlagen mit Klärgasgewinnung und Stromerzeugung im Land. Wenn in Baden-Württemberg von erneuerbaren Energien die Rede ist, denken viele zunächst an die Wasserkraft, die bei der Stromerzeugung mit 60 % den größten Anteil an den erneuerbaren Energien stellt. Auch die Sonnen- und Windkraftenergie haben in der Öffentlichkeit einen relativ hohen Bekanntheitsgrad. Weniger präsent ist hingegen die Strom- und Wärmeerzeugung aus Klärgas, welche überwiegend in den Kläranlagen selbst erfolgt. In Kläranlagen fällt im Abwasserreinigungsprozess Schlamm an. Wird die Behandlung dieses Rohschlamms unter Ausschluss von Sauerstoff (sogenannte anaerobe Stabilisierung) vorgenommen1, entsteht in den Faulbehältern Klärgas. Es enthält als energetisch wichtigste Komponente das Methangas, außerdem Kohlendioxid, Wasserstoff und einige Spurengase. Der Methangasanteil liegt in den baden-württembergischen Kläranlagen im Mittel bei 65 %. Für die Energieerzeugung kann es zum Beispiel in Heizwerken oder Blockheizkraftwerken eingesetzt werden. Aufgrund des hohen Methangehaltes ist Klärgas besonders klimaschädlich und darf nicht in die Atmosphäre entlassen werden.
Den ganzen Bericht lesen Sie unter: http://www.statistik.baden-wuerttemberg.de/Veroeffentl/Monatshefte/PDF/Beitrag08_03_11.pdf#search=%22stromerzeugung%22
Bundesländerspezifische Potenziale von Blockheizkraftwerken und Brennstoffzellen auf Kläranlagen in Deutschland
Dr. Markus Blesl, Michael Ohl
Klärgas, ein Nebenprodukt kommunaler Kläranlagen, kann zur Produktion von Strom und Wärme genutzt werden. Derzeit werden dafür deutschlandweit mehr als 700 Blockheizkraftwerke eingesetzt. Im Folgenden wird das technische Potenzial der Klärgasverstromung durch Brennstoffzellen bzw. Blockheizkraftwerke (BHKW) in Deutschland ermittelt. Das technische Potenzial umfasst die bei gegebenem Klärgasaufkommen auf Kläranlagen in Deutschland maximal installierbaren Kapazitäten der verschiedenen Technologien zur Klärgasverstromung und die damit gewinnbaren Strommengen. Beispielsweise können mit dem aktuellen Klärgasaufkommen in Deutschland1 durch den Einsatz von Brennstoffzellen pro Jahr 1,23 TWh Strom erzeugt werden, wodurch die Emissionen um mehr als 700 000 Tonnen Kohlendioxid pro Jahr (CO2/a) gesenkt werden könnten. Die vorliegende Untersuchung ist ein Projekt der Universität Stuttgart, durchgeführt im Statistischen Landesamt Baden-Württemberg im Rahmen des Forschungsdatenzentrums. Klärgasnutzung und Stromerzeugung in Deutschland In über 1 100 kommunalen Kläranlagen in Deutschland fielen im Jahr 2004 insgesamt mehr als 4 400 GWh Klärgas an. Dieses Nebenprodukt der Abwasserreinigung kann zur Produktion von Strom und Wärme genutzt werden, womit der Energiebedarf von Kläranlagen zumindest teilweise gedeckt werden kann. Hierzu werden derzeit auf mehr als 700 Kläranlagen motorische Blockheizkraftwerke (BHKW) eingesetzt, mit denen 2004 eine kumulierte Stromproduktion von 865 GWh ermöglicht wurde. Mit der Brennstoffzelle schickt sich nun eine neue Technologie an, den BHKW Konkurrenz zu machen. Im nachfolgenden Beitrag werden die technischen Potenziale des Brennstoffzelleneinsatzes auf deutschen Kläranlagen für einzelne Bundesländer ermittelt. Gleichzeitig wird auch die Frage behandelt, welche Spielräume der etablierten BHKW-Technologie bleiben bzw. welche Möglichkeiten des BHKW-Einsatzes bisher ungenutzt blieben. Um das vorhandene Potenzial der Nutzung von Klärgas2 in Brennstoffzellen abzuschätzen, werden alle Kläranlagen mit anaerober, das heißt sauerstoffloser, Schlammstabilisierung erfasst, da nur diese Klärgas produzieren. Kläranlagen werden größenmäßig nach Einwohnerwerten (EW) kategorisiert. Die EW-Zahl besteht aus der Einwohnerzahl des Einzugsgebiets und den Einwohnergleichwerten, die unter anderem das Abwasseraufkommen aus der Industrie beziffern. Die Kläranlagen werden in Größenklassen von 1 (unter 1 000 EW) bis 5 (über 100 000 EW) eingeteilt. Zur besseren Einordnung wurde die Größenklasse 4 (10 000 bis 100 000 EW) für die Potenzialbestimmung in die Unterklassen 4a (10 000 bis 50 000 EW) und 4bc (über 50 000 bis 100 000 EW) differenziert. Da kleinere Kläranlagen überwiegend den Schlamm aerob, das heißt unter Sauerstoffeinsatz und damit ohne Klärgasanfall, stabilisieren, kommen in Deutschland nur 1 156 von insgesamt ca. 6 600 Kläranlagen für die Potenzialabschätzung infrage. Auf diesen Kläranlagen werden jährlich rund 4 400 GWh Klärgas produziert (Tabelle 1). Der größte Anteil der Klärgasproduktion (64 %), der installierten BHKW-Leistung und der erzeugten Strommengen entfällt auf die Kläranlagen der Klasse 5. Die Klasse 4a besitzt aufgrund der höheren Anlagenzahl eine höhere kumulierte Klärgasproduktion als Klasse 4bc.
1 Die Werte beziehen sich auf das Jahr 2004.
2 Angaben aus der Klärgasstatistik in Verbindung mit der Statistik der öffentlichen Abwasserbehandlung 2004. Statistische Ämter des Bundes und der Länder; Forschungsdatenzentren, Stuttgart, 2006.
Dr.-Ing. Markus Blesl ist Leiter der Fachgruppe „Energiesystem- und Technikanalyse“ am Institut für Energiewirtschaft und Rationelle Energieanwendung (IER) der Universität Stuttgart.
Dipl.-Ing. Michael Ohl ist Wissenschaftlicher Mitarbeiter am gleichen Institut.
Bei den ersten Demonstrationsprojekten mit der neuen Technologie Brennstoffzelle standen noch grundsätzliche technische Fragen im Mittelpunkt. Mittlerweile wurden in diesen Punkten Fortschritte erzielt, sodass nun auch die Nutzung biogener Brennstoffe untersucht wird. Den Anfang machte bereits im Jahr 2000 eine PAFC (phosphoric acid fuel cell, Phosphorsäurebrennstoffzelle), die auf einem Kölner Klärwerk installiert wurde. In den Folgejahren wurden vor allem MCFC (molten carbonate fuel cell, Schmelzkarbonatbrennstoffzelle) zur Nutzung biogener Gase installiert, zuletzt 2007 auf einer Stuttgarter Kläranlage.
Umwelt, Verkehr, Tourismus
Statistisches Monatsheft Baden-Württemberg 3/2008 49 Die Klassen 1 bis 3 spielen wegen der geringen Anzahl an Anlagen und des geringen Klärgasaufkommens keine nennenswerte Rolle bei der Klärgasverstromung. Die sich aus diesen Daten ergebenden Potenziale für den Neubau und die kapazitive Optimierung bereits bestehender Stromerzeugungsanlagen auf Kläranlagen werden in den folgenden Abschnitten thematisiert. Bestimmung des technischen Neubaupotenzials von Anlagen zur Klärgasverstromung Obwohl ein Betrieb von BHKW auf Kläranlagen wirtschaftlich möglich ist, wird heute noch in 430 der betrachteten 1 156 Kläranlagen das Klärgas höchstens zur Wärmeerzeugung in Kesseln genutzt. Bei der Ermittlung des technischen Neubaupotenzials werden alle Kläranlagen ohne eigene Stromerzeugung berücksichtigt. Als Untergrenze für die BHKW-Leistung werden 25 kW zugrunde gelegt. Bei einer entsprechenden Auslegung kann eine Jahresnutzung von 7 500 Volllaststunden erreicht werden. Unter diesen Rahmenbedingungen beträgt das Neubaupotenzial von BHKW 34,8 MW mit einer Stromproduktion von 261 GWh/a (Tabelle 2). Ein besonders hohes technisches Neubaupotenzial für BHKW ergibt sich mit 221 zusätzlichen Anlagen für die Klasse 4a. Trotz der geringeren Anzahl von 33 Anlagen entfällt jedoch das größte Neubaupotenzial auf die Klasse 5 mit einer elektrischen Leistung von 16,6 MW und einer möglichen Stromerzeugung von 122 GWh/a. Brennstoffzellen haben zwar einen höheren elektrischen Wirkungsgrad als BHKW, erreichen aber wegen der höheren Mindestanlagengröße (250 kW) nur ein ähnlich großes Neubaupotenzial wie BHKW-Anlagen. 26 Kläranlagen ohne Kennzahlen klärgasproduzierender Kläranlagen in Deutschland 2004 T1 nach Größenklassen Größenklasse EW-Bereich Ausbau-EW Anlagen Davon mit BHKW Klärgasproduktion Inst. BHKWKapazität.
Mehr Gas, weniger Schlamm
Neues Homogenisator/Dekanter-Verfahren optimiert Biogasgewinnung
Westfalia Separator biogasplus erhöht die Biogasausbeute um 25 Prozent und senkt die Schlammmenge um den gleichen Wert. Die intelligente Kombination von Homogenisatoren und Dekanterzentrifugen öffnet der Klärschlamm-Aufbereitung eine neue Dimension der Wirtschaftlichkeit. Das neue Kombinationsverfahren Westfalia Separator biogasplus verknüpft Niederdruck-Homogenisatoren von GEA Niro Soavi und Dekanter der Westfalia Separator Umwelttechnik zu einer effizienten Prozesslinie ohne Schnittstellen. Der gesamte Prozess liegt in den Händen von Westfalia Separator Umwelttechnik. Der Kunde erhält damit sowohl seine individuelle Lösung als auch alle Komponenten der bewährten Plug and Play-Funktionseinheiten aus einer Hand. Westfalia Separator biogasplus lässt sich einfach durch die Installation eines externen Kreislaufs am Faulbehälter realisieren. Bevor der Dekanter den Faulschlamm optimal entwässert, wird der Faulschlamm mit dem Niederdruck-Homogenisator aufbereitet. Der Schlamm wird dabei unter Druck durch ein Homogenisier-Ventil geführt, um die Agglomerate aufzuspalten und die Mikroorganismen wieder zu vereinzeln, d.h. zu homogenisieren. Auf diese Weise vergrößert sich die Reaktionsfläche, was wiederum zu einer erhöhten Gas-Produktion und einer verminderten Schlamm-Menge führt. Der Druck wird bei diesem Verfahren so gewählt, dass die Zellen intakt bleiben, nicht aufgeschlossen oder desintegriert werden. Die Faulzeiten sind geringer, bei der Entwässerung werden weniger Flockungshilfsmittel benötigt und es gibt keine erhöhte CSB-Rückbelastung. Westfalia Separator biogasplus reduziert zudem schlammstrukturbedingte Betriebsstörungen wie Schwimm- und Blähschlamm oder ein Schäumen des Faulbehälters nachhaltig. Bei einem Neubau minimieren sich die Kosten um bis zu 25 Prozent durch das geringer benötigte Faulbehälter-Volumen. Auch bei der Nachrüstung bestehender Anlagen ergeben sich kurze Amortisationszeiten. Dabei wird das Westfalia Separator biogasplus-Konzept optimal an die Gegebenheiten vor Ort angepasst.
News und Presseinformationen
15.04.2008
Editing:
Westfalia Separator GmbH
PR/Media
Tel: +49 2522 77-2172
Der gezähmte Drache
Forscher der TU Berlin entwarfen umweltgerechtes Konzept zum Wasser-Recycling im Olympischen Park von Peking
„Grün“ sollen die Spiele in Peking werden, das haben sich die Chinesen fest vorgenommen. Kein einfaches Ziel angesichts der extrem umweltbelasteten chinesischen Metropole. Die Luftqualität wird mithilfe kurzfristiger Einschränkungen und Verordnungen verbessert. Für das Wasser bedurfte es schon einer längerfristigen Anstrengung. Wasserforscher der TU Berlin haben einen großen Anteil daran. Nach mehrjährigen Pilotversuchen in Pekinger Klärwerken wird nun das wiederaufbereitete Abwasser in den 75 Hektar großen „Drachensee“ auf dem olympischen Gelände eingelassen. An der Umsetzung des Recycling-Konzepts waren die TU-Forscher beteiligt.
„Wasser ist schon länger knapp in Peking“, erläutert der TU-Wasserreinhaltungsexperte Prof. Dr. Martin Jekel. „Die Stadt ist in den letzten Jahren dynamisch gewachsen. Bei den relativ geringen Niederschlägen und hohen Förderraten sind die Grundwasserpegel seit 1980 um jährlich ein bis zwei Meter gefallen.“ Zur Olympiade will Peking aber mit großzügigen Grün- und Wasserflächen beeindrucken, ohne die Grundwasserressourcen weiter zu belasten. Da musste ein nachhaltiges Recycling-Konzept her.
China definiert Standards
Es wurden zwischen 2000 und 2007 also 17 neue Klärwerke in der Umgebung gebaut, die das kommunale Abwasser sammeln und zur Wiederverwendung aufbereiten sollen. Dadurch konnte das städtische Abwasser, das 1998 nur zu 22 Prozent behandelt wurde, nun zu 90 Prozent behandelt werden. Davon sollen nun 50 Prozent in verschiedenen Bereichen der Stadt wiederverwendet werden, zum Beispiel in Springbrunnen. Auch definierten die chinesischen Behörden inzwischen Qualitätsstandards für das aufbereitete Abwasser, die beispielsweise bei den Grenzwerten für koliforme Bakterien nur geringfügig über den US-Standards liegen.
Das Projekt „Nachhaltiges Wasserkonzept und dessen Anwendung für den Olympischen Park 2008“, koordiniert von der DHI-Wasy GmbH, führte die TU Berlin in Zusammenarbeit mit den Pekinger Abwasserbetrieben (Beijing Drainage Group), der Tsinghua University und dem Brandenburger Institut für angewandte Gewässerökologie durch, gleichermaßen gefördert vom deutschen (BMBF) und vom chinesischen Forschungsministerium (MOST).
Bedacht werden musste, dass das Wasser im See, der nur ein bis zwei Meter tief ist, sich zeitweilig auf bis zu 30 Grad Celsius aufheizt. Der nördliche begrünte und bewaldete Teil des Parks soll neben den Seen ebenfalls mit Recyclingwasser bewässert werden. Außerdem wird das recycelte Wasser im zentralen Bereich der Spielstätten und Sportlerunterkünfte für Toilettenspülungen sowie als Springbrunnenwasser eingesetzt. Mit einem Membranbioreaktorverfahren (MBR) werden nun Kohlenstoff, Stickstoffverbindungen und Phosphat biologisch entfernt. Nach dem Passieren der Membran ist das Filtrat praktisch partikelfrei und kann für die Bewässerung eingesetzt werden. Für die Seen muss allerdings mehr Phosphat entfernt werden, um Algenwachstum zu vermeiden. „Das erreichen wir durch ein speziell von uns entwickeltes Material auf Basis von granuliertem Eisenhydroxid, abgekürzt GEH“, erklärt Martin Jekel.
Spezial-Uferfiltrat für die Drachenseen
Das GEH wird inzwischen durch eine Unternehmensausgründung bereits weltweit zur Trinkwasseraufbereitung und Arsenentfernung vertrieben. Für die Pekinger Drachenseen wurde weiterhin ein spezielles Uferfiltrat-Verfahren zur Entfernung von Partikeln, Bakterien und organischen Verbindungen vorgeschlagen. Das Phosphatverfahren wird den Chinesen noch viele Jahre umweltgerechtes Wirtschaften ermöglichen. Das mit Phosphaten aufgeladene GEH-Material kann nämlich nach entsprechender Regeneration der Rückstände zu Dünger aufbereitet werden. Und auch die TU-Wasserforscher bleiben dran: Ein Folgeprojekt steht in den Startlöchern.
Dr. Kristina R. Zerges, Presse- und Informationsreferat
Technische Universität Berlin
26.05.2008
Weiterführende Links:
Homepage des Projektes „Nachhaltiges Wasserkonzept und dessen Anwendung für die Olympischen Spiele 2008 – TP 4: Abwasserbehandlung und -wiederverwendung“: itu107.ut.tu-berlin.de/peking08/
Homepage des Projektes Nachhaltiges Wasserkonzept für den Olympischen Park, Beijing 2008: www.olympic-water.com:
www.pressestelle.tu-berlin.de/medieninformationen/
Weitere Informationen:
http://www.pressestelle.tu-berlin.de/newsportal
http://www.pressestelle.tu-berlin.de/medieninformationen/
http://www.itu107.ut.tu-berlin.de/peking08/
http://www.olympic-water.com
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Rente mit 67? Mehr als die Hälfte der Arbeitnehmerinnen fühlen sich fit genug!
58 Prozent der Arbeitnehmerinnen in Deutschland glauben, Ihrer Arbeit auch mit 67 Jahren noch gewachsen sein zu können, 42 Prozent sehen dabei Schwierigkeiten – das ist das Ergebnis einer repräsentativen Studie des Instituts für Gerontologie an der Technischen Universität Dortmund im Auftrag von INQA. Befragt wurden insgesamt 1.800 weibliche Arbeitskräfte der Jahrgänge 1947 bis 1964. Das Ziel der Studie „Rente mit 67 – Voraussetzungen zur Weiterarbeitsfähigkeit älterer Arbeitnehmerinnen“: Frühzeitig mögliche Problembereiche zu identifizieren, um Personal-verantwortlichen aber auch den Beschäftigten selbst Handlungsmöglichkeiten aufzuzeigen.
Dass die Studie nur die weiblichen Beschäftigten in den Mittelpunkt stellt, kommt nicht von ungefähr: Frauen haben nach wie vor geringere Entwicklungs- und Aufstiegsmöglichkeiten als Männer, sie verdienen weniger und sind vielfach in der Situation, Kindererziehung bzw. Pflegearbeit und Beruf zu vereinbaren. Frauen arbeiten außerdem eher in Teilzeit oder in zeitlich begrenzten Arbeitsverhältnissen und sind in der Regel schlechter gegen soziale Risiken abgesichert. „Gelingt es nicht, Frauen ausreichend beim Erreichen der neuen Altersgrenze von 67 Jahren zu unterstützen, droht nicht nur ein unzureichendes Alterseinkommen für die Betroffenen, auch der Wirtschaft insgesamt gehen dringend benötigte Arbeitskräfte verloren“, erläuterte INQA-Sprecher Dr. Rainer Thiehoff am Montag bei der Vorstellung der Studie, deren Idee und Projektbegleitung auf den INQA-Initiativkreis „30, 40, 50plus – Älterwerden in Beschäftigung“ zurückgeht.
Als besondere Hindernisse bei der Rente mit 67 sehen die Befragten ihre gesundheitlichen Voraussetzungen, vorherrschende Arbeits-bedingungen, die persönliche bzw. familiäre Situation sowie die Qualifikation. Auch wenn sich die Beschäftigten selbst in der Pflicht sehen, aktiv zu werden: von den Unternehmen erwarten sie vor allem Maßnahmen im Bereich der Gesundheitsförderung und Qualifizierung. Weitere interessante Ergebnisse der Studie beziehen sich auf die Aktivitäten, denen Arbeitnehmerinnen schon heute nachkommen, um ihre Arbeitsfähigkeit zu erhalten sowie Unterschiede zwischen Branchen und Statusgruppen. „INQA wird die Studie zum Anlass nehmen, den Wissenstransfer im Bereich der Beschäftigungsfähigkeit zu forcieren und passgenaue Informationsangebote zu machen“, so Thiehoff.
INQA ist ein Zusammenschluss von allen, die in Deutschland für eine neue Qualität der Arbeit eintreten. Beteiligt sind zahlreiche Organisationen – vom Bund und den Ländern bis hin zu Unternehmen, Gewerkschaften, Stiftungen und Sozialversicherungsträgern. Das Motto von INQA lautet: „Wertschöpfung durch Wertschätzung“. Dahinter steckt der Gedanke, dass Deutschland nur dann im globalen Wettbewerb bestehen kann, wenn es effizientes und effektives Wirtschaften mit einer mitarbeiterorientierten Unternehmenskultur verbindet. INQA wurde vom Bundesministerium für Arbeit und Soziales initiiert und wird operativ von der Bundesanstalt für Arbeitsschutz und Arbeitsmedizin (BAuA) begleitet.
Ole Lünnemann, Referat für Öffentlichkeitsarbeit
Technische Universität Dortmund
Pressemitteilung vom 20.05.2008
Kontakt:
Prof. Dr. Gerhard Naegele, Ruf: 755-2870/-2826
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Tier-Antibiotika: Mit der Gülle auf die Felder
Mehrere tausend Tonnen Antibiotika werden jedes Jahr in der EU vor allem an landwirtschaftliche Nutztiere wie Schweine, Rinder oder Geflügel verabreicht. Die Tiere scheiden bis zu 90 Prozent davon unverändert wieder aus; mit dem Mist oder der Gülle landen die hochreaktiven Wirkstoffe dann auf den Feldern. Seit 2005 untersuchen deutsche Forscher am Beispiel der weit verbreiteten Tierantibiotika Sulfadiazin und Difloxacin, was mit den Medikamenten danach passiert. Nach ersten Erkenntnissen scheinen die Substanzen aus dem Boden nicht in das Grundwasser zu gelangen. Allerdings beobachteten die Wissenschaftler eine Anreicherung resistenter Mikroorganismen. Das Verbundprojekt unter Federführung der Landwirtschaftlichen Fakultät an der Universität Bonn geht nun in die zweite Runde: Die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) fördert es für weitere drei Jahre.
Wenn man einen Acker mit Sulfadiazin-belasteter Gülle düngt, verschwindet das Medikament wie von Zauberhand: Schon nach wenigen Tagen lässt sich nur noch die Hälfte der ursprünglich ausgebrachten Substanz mit Wasser aus dem Erdreich herauslösen, nach einem Monat scheint gar kein Sulfadiazin mehr im Boden vorhanden zu sein. Mit anderen Antibiotika sieht das ähnlich aus. Doch wirklich „weg“ sind die Tierarzneien nicht: „Ein kleiner Anteil wird augenscheinlich in mikroskopisch feinen Bodenporen eingeschlossen und kann dort vermutlich viele Jahre überdauern“, erklärt der Bonner Bodenkundler Professor Dr. Wulf Amelung. Biologisch aktiv scheinen die Substanzen in dieser Form nicht mehr zu sein. Die Bonner Wissenschaftler werden nun unter anderem untersuchen, ob Sulfadiazin aus den Bodenporen wieder freigesetzt werden kann und wenn ja, unter welchen Bedingungen.
Amelung ist der neue Sprecher der Forschergruppe „Tierarzneimittel in Böden“, die von der DFG seit 2005 gefördert wird. Zusammen mit Kollegen aus Aachen, Berlin, Braunschweig, Dortmund, Jülich, München, Osnabrück und Trier und mit praktischer Unterstützung der Lehr- und Forschungsstation Frankenforst untersuchen die Wissenschaftler, ob Sulfadiazin und Difloxacin im Boden Schaden anrichten können. Denn diese Tierantibiotika können Bodenbakterien hemmen bzw. abtöten und damit das natürliche Mikroorganismen-Gleichgewicht und die daran gekoppelten Nährstoffkreisläufe empfindlich stören. Zudem besteht die Gefahr, dass sich im Boden resistente Bakterien anreichern und später vielleicht ihre Resistenzgene an menschliche Krankheitserreger weiter geben. Darüber hinaus könnten Tierantibiotika über den Boden ins Grund- und Trinkwasser gelangen und schließlich vom Menschen direkt aufgenommen werden. „Zumindest für die von uns untersuchten Zielstoffe halten wir diesen Weg allerdings inzwischen für unwahrscheinlich“, betont Amelung.
Was die Resistenzbildung anbelangt, können seine Kollegen und er allerdings keine Entwarnung geben. „Schon mit der Gülle gelangen resistente Bakterien aufs Feld“, sagt er. Dank der Nährstoffe in den Tierexkrementen können sich die Mikroben dort überdies gut vermehren. „Im Oberboden beobachten wir daher eine Anreicherung von Gen-Resistenzen“, erklärt Amelung.
Interessanterweise sorgen bestimmte Boden-Mikroorganismen sogar von sich aus für Sulfadiazin-Nachschub. Weil Rinder und Schweine das Medikament bereits verstoffwechseln, enthält die Gülle neben dem eigentlichen Antibiotikum auch diverse Ab- und Umbauprodukte. Bodenbakterien können daraus wieder funktionsfähiges Sulfadiazin zurückbauen und so vorübergehend seine Konzentration im Boden weiter erhöhen.
Pressemitteilung 29.05.2008
Frank Luerweg, Abteilung Presse und Kommunikation
Rheinische Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn
Kontakt:
Professor Dr. Wulf Amelung
Institut für Nutzpflanzenwissenschaften und Ressourcenschutz (INRES)
Universität Bonn
Telefon: 0228/73-2780 oder -81
Email: wulf.amelung@uni-bonn.de
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Ein neues und effektives Verfahren zur Regenwasserbehandlung mit hohem Wirkungsgrad zeigen Bayreuther Hydrologen
Ein neues und effektives Verfahren zur Regenwasserbehandlung mit hohem Wirkungsgrad zeigen Bayreuther Hydrologen
Am Lehrstuhl Hydrologie der Universität Bayreuth wurde in Zusammenarbeit mit der Privatwirtschaft ein neuartiges Filtersubstrat konzipiert, das höchste Wirkungsgrade bei der Elimination von Phosphor aus Abwasser und Regenwasserabflüssen aufweist. Grundlage der Phosphatrückhaltung ist ein neuer Prozess der Phosphat-Festlegung Mehr unter
Ex-Schutz auf Kläranlagen
Informationen rund um das Thema Ex-Schutz auf Kläranlagen:
Zur Anwendung abwassertechnischer Kennzahlen im praktischen Kläranlagenbetrieb
Dr.-Ing. G. Seibert-Erling, Kerpen
1 Einleitung
Abwassertechnische Kennzahlen spielen bei der Bemessung und beim Betrieb von Kläranlagen eine wichtige Rolle. Die traditionell bekannten Kennzahlen resultieren aus theoretischen Berechnungen, aus experimentellen Untersuchungen, aus statistischen Auswertungen von Betriebsdaten und aus empirischem Wissen. In den letzten 10 Jahren haben sich eine Reihe neuer Kennzahlen etabliert, resultierend aus unterschiedlichen Projekten zur Optimierung des Energieverbrauchs und der Betriebskosten sowie aus behördlichen Forderun-gen für die Überwachung; auch der verstärkte Einsatz der Simulation hat einige neue Kenngrößen hervorgebracht.
Die Anwendung dieser Kennzahlen im praktischen Kläranlagenbetrieb bereitet oft Probleme, entweder weil die Rechenvorschrift oder die Datenbasis nicht eindeutig definiert ist, oder weil nicht alle Einflussgrößen zur Beschreibung eines technischen Zusammenhanges erfasst sind. Beispielsweise hat sich die Flächenbeschickung zur Beschreibung der Belastbarkeit eines Nachklärbeckens nur bedingt als geeignet erwiesen, da es trotzt Einhaltung des vorgegebenen Bemessungswertes zum Schlammabtrieb kommen kann, insbesondere als Folge hydraulischer Belastungsstöße.
Ein weiterer typischer Mangel bei der Anwendung von Kennzahlen ergibt sich bei auf die Einwohnerbelastung bezogenen Kenngrößen. Hier wird oft nicht angegeben, ob die Ausbaugröße oder die tatsächliche Belastung gemeint ist. Entsprechend abgeleitete spezifische Energieverbräuche oder Kosten können dann sehr stark abweichen.
Zu kritisieren ist auch der zuweilen lässige Umgang bei der Verdichtung und statistischen Auswertung von Betriebsdaten. Ein sehr häufig vorkommender Fehler ist die unzulässige Mittelwertbildung für Datenreihen, bei denen singuläre Werte für die Bewertung ausschlaggebend sind. Wenn beispielsweise der monatliche 15-Minuten-Höchstlastwert des Stromverbrauchs die Abrechnung bestimmt, dann ist ein Mittelwert aus den gemessenen Daten wenig hilfreich. Ebenfalls ergibt es keinen Sinn, den Mittelwert der Sauerstoffgehalte mehrerer Belebungsbecken zu bilden. Was nützt ein Mittelwert von 2 mg/l, wenn das eine Becken mit 4 mg/l unwirtschaftlich überbelüftet wird und in dem anderen Becken anaerobe Zustände vorherrschen. Es soll nicht wenige Kläranlagen geben, die sogar nach dem Mittelwert der Sauerstoffgehalte in unterschiedlichen Becken geregelt werden. Es ist kaum vorstellbar, dass dies zu akzeptablen Betriebsergebnissen führt. Ein scheinbar korrekter Mittelwert ergibt sich auch, wenn der Sauerstoffgehalt morgens zu hoch und nachmittags zu niedrig ist. Im übertragenen Sinne würde niemand akzeptieren, dass die Radmuttern seines Autos lediglich im Mittel mit dem vorgegebenen Drehmoment angezogen sind; hier ist es lebenswichtig, dass der Wert für jede einzelne Schraube stimmt.
2 Kennzahlen und Kennzahlensysteme
2.1 Herkunft und Verwendung von Kennzahlen
Jede technische oder wirtschaftlich orientierte Fachdisziplinen verwendet Kennzahlen oder verfügt sogar über mehr oder weniger ausgefeilte Kennzahlensysteme (Bild 1). Nach einer allgemeinen Definition dienen diese dazu, quantitativ erfassbare Sachverhalte in komprimierter Form wiedergeben zu können. Man unterscheidet im allgemeinen – absolute Kennzahlen (Summe, Differenzen), – relative Kennzahlen (Bezugsgrößen), – aggregierte (verdichtete) Informationen. Daneben werden Kennzahlen auch dazu verwendet, sich schnell einen Überblick zu ver-schaffen und dazu bewusst auf eine detaillierte Zustandserfassung zu verzichten und nur einen kleinen Ausschnitt des insgesamt Erfassbaren wiederzugeben.
Bild 1: Gliederung von Kennzahlen und Kennzahlensystemen
| • absolute Kennzahlen | • Operationalisierungs- funktion |
• Verdichtungsgrad | • mathematisch verknüpft |
| • relative Kennzahlen | • Anregungsfunktion | • Bezugsrahmen | • systematisch verknüpft |
| • aggregierte Informationen |
• Vorgabefunktion | • Zweck | • empirisch begründet |
| • Steuerungsfunktionen | • Bildungsrichtung | ||
| • Kontrollfunktionen |
Kennzahlen unterscheidet man nach unterschiedlichen Kriterien, nach ihrer Funktion in:
| • | Operationalisierungsfunktion Bildung von Kennzahlen zur Operationalisierung von Zielen und deren Erreichung (Leistungen), z.B. Energieverbrauch, Abwassergebühren |
| • | Anregungsfunktion Laufende Erfassung von Kennzahlen zur Erkennung von Auffälligkeiten und Veränderungen, z.B. Schlammeigenschaften, Abwasserzusammensetzung |
| • | Vorgabefunktion Ermittlungen kritischer Kennzahlenwerte als Zielgrößen für Teilbereiche, z.B. Verschleißgrenzen für Aggregate |
| • | Steuerungsfunktionen Verwendung von Kennzahlen zur Vereinfachung der Prozessführung, z.B. der β-Wert für die Phosphat-Fällung |
| • | Kontrollfunktion Laufende Erfassung von Kennzahlen zur Erkennung von Soll-Ist-Abweichungen, z.B. Prozesswerte O2, TS und spezifische Energieverbräuche einzelner Aggregate |
Hinsichtlich der Art von Kennzahlen unterscheidet man:
| • |
nach dem Verdichtungsgrad |
| • | nach dem Bezugsrahmen Lokale Kennzahlen ←→ globale Kennzahlen |
| • | nach dem Zweck Kennzahlen als vereinfachte Abbildungen der Realität als Mittel zur Erkenntnisgewinnung, deskriptive Kennzahlen ←→ normative Kennzahlen |
| • | nach der Bildungsrichtung Kennzahlen als Verdichtung komplexer Zusammenhänge (bottom-up) gegen Kennzahlen als logisch abgeleitete Abbildung der komplexen Realität (top-down) |
2.2 Fehler bei der Anwendung von Kennzahlen
Kennzahlen sind oft wichtige Planungs- und Entscheidungsgrundlagen. Es darf aber nicht übersehen werden, das sie mit einer Reihe von Problemen behaftet sein können, die ihre Anwendung einschränken oder sogar verbieten. Dem großen Vorteil von Kennzahlen, große und schwierig zu überschauende Datenmengen zu wenigen aussagekräftigen Größen verdichten zu können, steht die Schwierigkeit gegenüber, die gesamten zur Verfügung stehenden Informationen so zu strukturieren, dass gerade die relevante Erkenntnis ohne Nebenwirkungen und Seiteneffekte abgefiltert wird. Folgende Fehler können üblicherweise auftreten:
| • | Erzeugung einer Kennzahleninflation Es werden zu viele Kennzahlen gebildet, deren Aussagekraft im Verhältnis zum Aufwand für ihre Ermittlungen letztlich zu gering ist und schon von anderen Kennzahlen abgedeckt wird. |
| • | Fehler bei der Kennzahlendefinition Die zur Bildung der Kennzahlen herangezogenen Daten sind sehr genau zu spezifizieren und exakt abzugrenzen. Insbesondere bei Kennzahlen, die nicht allein statische oder stationäre Zusammenhänge oder Größen enthalten, ist die Zeitabhängigkeit eindeutig zu beschreiben. Darüber hinaus ist in vielen Fällen ausschlaggebend, ob zur Ermittlung von Messgrößen direkte oder indirekte Messverfahren oder sogar Berechnungsgrößen verwendet werden. |
| • | Mangelnde Konsistenz von Kennzahlen Die Verwendung mehrerer Kennzahlen in einem Kennzahlensystem darf nicht zu einem Widerspruch führen. Es dürfen nur solche Größen zueinander in Beziehung gesetzt werden, zwischen denen ein ursächlicher Zusammenhang besteht. Fehlende Konsistenz kann ansonsten zu gravierenden Fehlentscheidungen führen. |
Aus den vorhergehend angesprochenen Grenzen der Anwendbarkeit von Einzelkennzahlen ergibt sich die Notwendigkeit einer integralen Festlegung von Kennzahlen als sog. Kennzahlensystem. Ziel ist dabei, Mehrdeutigkeiten in der Interpretation zu vermeiden und die Abhängigkeiten zwischen einzelnen Systemelementen besser zu beschreiben.
2.3 Kennzahlensysteme
Als Kennzahlensystem bezeichnet man die systematische Zusammenstellung von Einzelkennzahlen, die in einer ursächlichen Beziehung zueinander stehen, sich ergänzen und insgesamt auf ein übergeordnetes Ziel ausgerichtet sind. Dabei unterscheidet man im wesentlichen 3 generelle Systemformen:
| • | Mathematisch verknüpftes Kennzahlensystem Ein solches Kennzahlensystem liegt vor, wenn die Einzelkennzahlen durch mathematische Operationen miteinander verknüpft sind. Der Vorteil solcher Systeme ist die unbestreitbare Exaktheit und Genauigkeit. Nachteilig ist, dass die Übersichtlichkeit und Aussagefähigkeit dadurch stark eingeschränkt wird, dass sehr viele Hilfswerte als „mathematische Brücken“ in Kauf genommen werden. Gerade für mit Messfehlern behaftete Betriebsdaten ergeben sich dadurch nur mit großem Aufwand behebbare Schwierigkeiten. Ein typisches Bespiel ist die Simulation; darauf wird weiter unten noch näher eingegangen. |
| • | Systematisch verknüpftes Kennzahlensystem Hier wird von einem Oberziel ausgehend ein System von Kennzahlen gebildet, das nur die wesentlichen Entscheidungen mit einbezieht. Somit lassen sich nach Ermittlung der einzelnen Kennzahlen die Auswirkungen auf das Oberziel unmittelbar erkennen. Ein Beispiel dafür ist die energetische Optimierung von Kläranlagen. |
| • | Empirisch begründetes Kennzahlensystem Noch zielgerichteter als beim systematisch verknüpften Kennzahlensystem wird beim empirisch begründeten Kennzahlensystem vorgegangen. Es beschränkt sich genau auf die Funktionen, die das Erfolgsziel auch tatsächlich beeinflussen. Ein solches System zeichnet sich dadurch aus, dass man bei komplexen Entscheidungen durch einen zweifachen Reduktionsprozess von der Realität zur modellmäßigen Abbildung durch aggregierte Kennzahlen gelangt und sich dann bei der Kennzahlenbildung auf die Erfolgs- oder entscheidungsrelevanten Bestandteile konzentriert. Ein anschauliches Beispiel dafür ist die Ermittlung der Abwasserabgabe. Hier wird aus der täglichen Zulaufwassermenge die Jahresschmutzwassermenge ermittelt und dann durch die Bewertung der Schädlichkeit einzelner Parameter und unter Berücksichtigung der Einhaltung der Überwachungswerte eine einzige Zahl ermittelt, die aus der Sicht des Gesetzgebers die Leistungsfähigkeit der Kläranlage wiederspiegelt. |
3 Abwassertechnische Kennzahlen und ihre Einsatzfelder
Kennzahlen und Kennzahlensysteme sind in der Abwassertechnik für eine Vielzahl von Bereichen und Aufgaben bekannt. Einige davon werden nachfolgend beschrieben und in Bezug auf die vorherigen Definitionen erläutert.
Bild 2: Kennzahlen in der Abwassertechnik
| • | die Bemessung von Kläranlagen Grundlage für die Bemessung ist das Arbeitsblatt ATV A131. Im Grunde handelt es sich dabei um ein empirisch begründetes Kennzahlensystem, welches jedoch seit der letzten Überarbeitung allmählich zu einem mathematisch verknüpften System mutiert. Dies gilt insbesondere für die Bemessung der Belebung, die im Gegensatz zu früher heute schon teilweise auf Bilanzgleichungen für die wichtigsten Stoffgruppen basiert. |
| • | die Simulation Im Bereich der Simulationstechnik hat sich das IAWQ-Modell als Standard durchgesetzt. Hier handelt es sich eindeutig um einen streng mathematische orientiertes Kennzahlensystem. Die Schwierigkeiten, ein solches Modell an die praktischen Gegebenheiten des Kläranlagenbetriebes mit allen Unwägbarkeiten bezüglich der Abwasserzusammensetzung und der auftretenden Messfehler anzupassen, sind in entsprechenden Erfahrungsberichten oft genug beschrieben worden. |
| • | die energetische Optimierung Bei der energetische Optimierung nach dem Handbuch „Energie in Kläranlagen“ des Landes Nordrhein-Westfalen [1] handelt es sich um einen systematisch verknüpftes Kennzahlensystem. Die dort beschriebene Methode der „Feinanalyse“ befasst sich mit der energetischen Gesamteffizienz der Kläranlagen. Sie bezieht verfahrenstechnische und betriebliche Daten in die Auswertung ein, filtert die energetisch relevanten Informationen aus und liefert dann sehr schnell die gewünschte Information. Ziel der Feinanalyse ist, die energetische Effizienz der Kläranlage zu steigern und die Wirtschaftlichkeit der einzelnen Maßnahmen nachzuweisen. |
| • | das Benchmarking Beim Benchmarking wird angestrebt, die Wirtschaftlichkeit der Anlagen durch systematische Vergleiche zu prüfen und zu verbessern. Dazu müssen einzelne vergleichbare Bereiche identifiziert, die Bestmarken ermittelt und die Ursachen für die Unterschreitung gefunden werden, um dann die Betriebs- und Prozessführung an das Vorbild der jeweils Besten anzupassen. |
Den genannten Bereichen ist zu eigen, das sie zwar auf betrieblichen Daten aufsetzen, die statistisch ausgewertet und von Ausreißern bereinigt wurden; letztlich bleiben es aber Planungsinstrumente, mit denen das Betriebspersonal oft nur während der Datenerhebung intensiver in Kontakt kommt.
4 Anwendung von Kennzahlen im praktischen Betrieb
Wirklich interessant wird es, wenn Kennzahlen im praktischen Kläranlagenbetrieb angewendet werden, beispielsweise um die Bemessungswerte zu überprüfen oder um Leistungskennwerte zu ermitteln. Das Dilemma beginnt häufig schon bei der Datenerfassung, weil die in den letzten Jahren stattgefundene inflationäre Entwicklung der Kennzahlen einen exponentiellen Anstieg der zu speichernden Datenmenge nach sich gezogen hat. Im Zeitalter billigen Speicherplatzes ist das eine leicht zu erfüllende Forderung. In den wenigsten Fällen sind die Daten jedoch auf Konsistenz und auf Plausibilität geprüft. Nach einer groben Einschätzung aufgrund von Erfahrungswerten dürfte nur der kleinste Teil der Daten uneingeschränkt weiterverwendbar sein. Ein größerer Teil ist meist noch mit vertretbarem Aufwand rekonstruierbar. Mehr als die Hälfte ist der Daten landet in der Regel auf dem Datenfriedhof, weil die Werte fehlerhaft sind oder überhaupt nicht benötigt werden (Bild 3).
Bild 3: Erfahrungswerte zur Qualität gespeicherter Daten
Die konventionellen Kennzahlen sind für den Betrieb von Kläranlagen nur bedingt geeignet. Insofern bietet auch die darauf basierende Protokollierung nach ATV M260 keine weitere Unterstützung. In Ermangelung eines speziellen betrieblichen Kennzahlensystem haben deshalb viele Betriebsleiter eigene Excel-Tabellen entwickelt, in denen die ihrer Erfahrung nach wichtigsten Größen ermittelt werden. Diese Kenngrößen sind teilweise anlagenbezogen und deshalb nicht ohne weiteres mit anderen Kläranlagen vergleichbar. Sie sind aber zuweilen hilfreicher zur Bewertung des Betriebsverhaltens als die aus der Bemessung bekannten Werte. Vielfach interessiert gar nicht der absolute Vergleich mit anderen Anlagen, sondern die relative Änderung eines Zustandes über der Zeit für die spezielle Anlage. Das hat etwas mit den aus der Messtechnik bekannten Begriffen Genauigkeit und der Reproduzierbarkeit zu tun: Für die Ermittlung der Abwasserabgabe ist bei der Durchflussmessung die absolute Genauigkeit keine Frage. Dagegen kommt es bei der täglichen Bestimmung des Schlammvolumens auf die Reproduzierbarkeit an, weil gerade bei dieser Art von Messungen der sog. „Nasenfaktor“ einen nicht unerheblichen Einfluss auf das Messergebnis hat.
Im folgenden wird an zwei Beispielen auf die Anwendung von Kenngrößen in der betrieblichen Praxis eingegangen.
4.1 Kenngrößen des Systems Belebung – Nachklärung
Das System Belebung – Nachklärung ist bezüglich des Parameters Schlamm bzw. Feststoffe als Einheit zu behandeln. Obwohl darauf schon seit mehr als 30 Jahren hingewiesen wird [2], basieren die meisten bekannten Kennzahlen immer noch auf einer nach Bauwerken getrennten Betrachtung. Nach dem Arbeitsblatt ATV A131 sind die wichtigsten Kenngrößen:
| • | der Trockensubstanzgehalt in der Belebung TSBB und im Rücklaufschlamm TSRS, |
| • | das Rücklaufverhältnis RV = QRS/Q, |
| • | die Flächenbeschickung qA, |
| • | die Schlammvolumenbeschickung qSV, |
| • | das Vergleichsschlammvolumen VSV, |
| • | der Schlammindex ISV. |
Die Flächenbeschickung ist ursprünglich der Quotient aus dem Durchfluss im Zulauf des Beckens und der durchströmten Fläche und wurde vor ca. 40 Jahren zur Beurteilung vertikal durchströmter Becken eingeführt. Dort entspricht sie der resultierenden Strömungsgeschwindigkeit in der vertikalen Hauptströmungsrichtung. Später wurde diese Kenngröße aber auch für Rund- und Längsbecken verwendet, obwohl die maßgebliche Strömungsgeschwindigkeit sich nicht mehr allein aus der Oberfläche, sondern aufgrund der horizontalen Strömung auch aus der Beckentiefe ergibt; zudem ist die Wirkungsrichtung der Schwerkraft bei diesen Becken nicht mit der Hauptströmungsrichtung identisch. Als Folge daraus ergeben sich zur Bewertung des eigentlich interessierenden Absetzverhaltens je nach Beckentyp unterschiedliche Vergleichszahlen. Die Flächenbeschickung soll heute bei horizontal durchströmten Becken 1,6 m/h, bei vertikal durchströmten Becken 2,0 m/h nicht übersteigen. Die Schlammvolumenbeschickung soll je nach Beckentyp einen Wert von 500 – 650 l/(m2 h) unterschreiten.
Nachdem in den letzten 10-20 Jahren zahlreiche bautechnische Optimierungen an Nachklärbecken vorgenommen wurden und trotzdem in den letzten Jahren trotzdem häufiger Probleme mit Schlammabtrieb aufgetreten sind, darf sicherlich auch noch einmal die Frage erlaubt sein, ob denn die bekannten Kenngrößen die richtigen sind. Zumindest deuten die Ergebnisse der von Botsch durchgeführten Untersuchungen mittels Strömungssimulation [3] darauf hin, dass zur Beschreibung der Leistungsfähigkeit bei instationärer Belastung die konventionellen Kenngrößen nicht ausreichen. Dies ist nicht weiter verwunderlich, weil die bekannten Kenngrößen überwiegend aus statistischen Auswertungen von Messergebnissen im stationären Zustand abgeleitet sind. Er hat deshalb neue Kenngrößen wie Schlammfüllungsgrad, Ausnutzungsgrad und Trockensubstanz-Füllungszeit eingeführt.
Weiterhin ist zwischenzeitlich belegt, dass eine zeitabhängige Veränderung der Schlammeigenschaften auftritt, deren Ursachen allerdings noch nicht genauer bekannt sind. Beispiels-weise wurde von Marx experimentell nachgewiesen, dass der Schlammindex die Absetzeigenschaften nur sehr unzureichend beschreibt [4]. Durch Aufzeichnung des zeitlichen Verlaufs der Absetzkurve stellte er fest, dass Schlammproben nach den vorgeschriebenen 30 Minuten Absetzzeit zwar das gleiche Schlammvolumen hatten, dass aber die Absetzgeschwindigkeit in den ersten Minuten deutlich variieren kann. Aus diesem Grund wird schon heute auf vielen Kläranlagen neben dem 30-Minuten-Schlammindex auch der 7-Minuten-Schlammindex bestimmt, der mit der Belastung der Nachklärung in den meisten Fällen wesentlich besser korreliert. Besonders interessant dürfte in diesem Zusammenhang die Neuentwicklung von Online-Messgeräten für den Schlammindex sein, die zudem den zeitlichen Verlauf der Absetzkurve automatisch erfassen können. Weitere Erkenntnisse sind auch vom Vergleich dieser Messungen mit Schlammkonzentrationsprofilen in den Nachklärbecken zu erwarten.
Eine wichtige Kenngröße des Systems Belebung – Nachklärung ist die Gesamtschlammmenge, also die gesamte im System befindliche Feststoffmasse. Sie bestimmt nach großtechnischen Untersuchungen das dynamische Verhalten des Schlammkreislaufes und die Belastungsgrenze der Nachklärung. Ihre Einführung in das Regelwerk ist mehrfach gescheitert, nicht zuletzt wegen der bauwerksbezogenen Betrachtung.
4.2 Kenngrößen für die Belüftung
Der Sauerstoffverbrauch setzt sich nach ATV A131 zusammen aus dem Verbrauch für die Kohlenstoffelimination OVd,C und gegebenenfalls dem Bedarf für Nitrifikation OVd,N sowie der Einsparung an Sauerstoff aus der Denitrifikation OVd,D. Mit den Stoßfaktoren fC und fN erhält man daraus den Sauerstoffverbrauch für die Tagesspitze OVh. Der Sauerstoffbedarf unter Betriebsbedingungen ergibt sich durch Multiplikation mit dem Sauerstoffzufuhrfaktor α unter Berücksichtigung der Differenz aus Betriebskonzentration und Sättigungskonzentration. Mit dem prozentualen Anteil des Sauerstoffs in der Luft und der Einblastiefe ergibt sich dann die entsprechende Luftmenge im Normzustand. Die Verdichtergröße und die erforderliche Ansaugluftmenge erhält man schließlich aus der Auslegungsgleichung für den jeweiligen Verdichtertyp. Wichtigste Einflussgröße ist die Druckdifferenz im System, die sich aus dem Druckverlust der Armaturen, Rohrleitungen und Belüfterelemente zusammensetzt; daneben gehen der Absolutdruck, die Temperatur und die Feuchte in die Berechnung ein.
Ein Vergleich von Auslegungs- und Betriebswerten ist nicht ohne weiteres möglich. Zum einen wird bei der Bemessung ein konstanter Sauerstoffgehalt unterstellt, der im praktischen Betrieb durch eine Regelung eingehalten werden muss. Die entscheidende Größe für die Beurteilung ist allerdings nicht der Sauerstoffgehalt, sondern die Luftmenge, die als Stellgröße im Regelkreis auftritt. Da gemeinhin die Erfassung der Luftmenge eigentlich bis heute als weniger wichtig eingestuft wird und zuverlässige Messgeräte nicht billig sind, wird meist darauf verzichtet.
Wie wertvoll die Erfassung nicht nur der Luftmenge, sondern auch energetischer Größen, wie die elektrische Leistung der Verdichter, zur Beurteilung des Belüftungssystems sein kann, soll im folgenden anhand der Messergebnisse einer großtechnischen Anlage dargestellt werden.
Bild 4: Regelungsergebnisse und Kenngrößen der Belüftung KA Oftringen (Schweiz)
Eine höchst sensible Kennzahl für die Lufterzeugung und -verteilung ist die auf die elektrische Wirkleistung der Verdichter bezogene Luftmenge. Dieser einfach und online zu ermittelnde Wert ist zwar für jede Kläranlage aufgrund der Belastung, der Bauausführung und der anlagentechnischen Ausrüstung unterschiedlich, er zeigt aber für die einzelne Anlage jede Unregelmäßigkeit im Belüftungssystem sofort und deutlich an. Man erkennt unmittelbar, ob Verdichter in Bereichen mit schlechtem Wirkungsgrad betrieben werden; bei geplatzten Belüfterelementen oder Leckagen an Schiebern und Rohrleitungen macht diese Kurve sogar einen regelrechten Sprung.
Im Bild 4 sind für die Belüftungsregelung der KA Oftringen (Schweiz), eine Kläranlage mit einer Ausbaugröße von 250.000 EW und 70-80% Industrieanteil, der Druck in der Sammelleitung und die Luftmenge dargestellt. Es ist dort eine Druckkonstantregelung mit von den Öffnungsgraden der Schieber abhängigem variablem Druck (Gleitdruckregelung) in Betrieb. Die elektrische Leistung der Gebläse wird als Momentanwert erfasst und ebenfalls aufgezeichnet. Aus diesen einfach zu ermittelnden Werten kann dann die spezifische Leistung, quasi der momentane energetische Aufwand für die Lufterzeugung, berechnet werden. Diese Kenngröße ist in der Abwassertechnik bisher nicht üblich, weil sie für unterschiedliche Kläranlagen nicht vergleichbar ist. Für die KA Oftringen ist sie jedoch ein wichtiger Wert für die Beurteilung des gesamten Belüftungssystems. Die Sensitivität gegen geringste Änderungen ist so groß, dass ungünstige Wirkungsgradbereiche der Turboverdichter, eine Belegung oder Schäden an den EPD-Membranen oder Störungen im Bereich der Regelung sofort auffallen. Eine weitere interessante Kurve ist der Druckverlust der Belüfter, der durch ein automatisches Mess- und Regenerierungsprogramm im laufenden Kläranlagenbetrieb täglich ermittelt wird. Damit kann eine Belagsbildung der Belüfter frühzeitig und zuverlässig erkannt werden.
Beim Belüftungssystem kommt es generell darauf an, kleinste und teilweise schleichende Veränderungen des technischen Betriebszustandes von Verdichtern, Luftleitungen, Belüftern, Steuerungen und Regelungen möglichst einfach zu erkennen und zu beurteilen, um Verschlechterungen möglichst sofort entgegenzuwirken. Nicht zuletzt vor dem Hintergrund der Diskussion um die Belagsbildung auf EPD-Membranen und die damit einhergehende Reduzierung der Leistungsfähigkeit des Belüftungssystems hat sich gezeigt, dass es bei dem Herzstück der Kläranlage an praktikablen betrieblichen Kennzahlen fehlt, sonst hätte dieser Effekt von den Betreibern wesentlich früher bemerkt werden müssen.
5 Schlussfolgerung und Ausblick
In der Abwassertechnik werden mehrere Kennzahlensysteme verwendet, die allerdings nur begrenzt aufeinander abgestimmt und konsistent sind. Die vorhandenen Systeme zur Bemessung, zur Simulation und zur Optimierung werden in ihrer Betrachtung zunehmend differenzierter und bescheren immer neue Kennzahlen. Diese inflationäre Entwicklung ist mit einiger Sorge zu sehen. Häufig ist es auch so, dass aus den Ergebnissen neuerer Forschungsarbeiten interessante neue Kennzahlen resultieren; man muss dann aber auch fragen, ob die bisher verwendeten Kennzahlen weiterhin erforderlich sind. Vor allem führt die Inflation der Kenngrößen zu gigantischen Datenmengen, die zu deren Berechnung notwen-dig sind. Man gewinnt zunehmend den Eindruck, dass die Zeit reif ist für eine Konsolidierungsphase und eine Abstimmung der vorhandenen Systeme aufeinander.
Für den Kläranlagenbetrieb existiert grundsätzlich kein spezielles Kennzahlensystem. Die Kenngrößen aus der Bemessung sind hier nur eingeschränkt verwendbar. Sie basieren nur selten auf betriebsüblichen und online messbaren Daten; ihre Ermittlung ist entsprechend aufwändig. Grundsätzlich ist deshalb zu fragen, welchen Nutzen diese Daten für den Betrieb bringen, oder ob nicht andere und einfacher zu ermittelnde Größen aufgrund der Verfügbarkeit der Basiswerte besser geeignet sind. Insbesondere ist abzuwägen, ob die Vergleichbarkeit mit anderen Kläranlagen oder die relative Veränderung in Bezug auf die betrachtete Anlage wichtiger zu beurteilen sind.
Literatur
| [1] | Müller, E.A., Kobel, B., Seibert-Erling, G. et al.: Energie in Kläranlagen, Handbuch sowie Grob- und Feinanalysen, Ministerium für Umwelt- und Naturschutz, Landwirtschaft und Verbraucherschutz Nordrhein-Westfalen, Düsseldorf 1999 |
| [2] | Merkel, W.: Untersuchungen über das Verhalten des belebten Schlammes im System Belebungsbecken – Nachklärbecken Gewässerschutz – Wasser – Abwasser, Heft 5, 1971 |
| [3] | Botsch, B.: Hydraulische Kennwerte für Nachklärbecken – Definition und Vergleich mit Angaben des Arbeitsblattes ATV-A131 Korrespondenz Abwasser 45 (1998), S. 1289-1300 |
| [4] | Marx, W.: Verfahrenstechnische Optimierung durch den Einsatz von Prozessmesstechnik Beitrag zum Seminar „Die transparente Kläranlage“ im Frühjahr 1999 |
Anschrift des Autors:
Ingenieurbüro Becker + Gedusch
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