Eine der größten Aufgaben beim Betrieb der biologischen Abwasserreinigung ist die Stickstoffelimination. Durch die gezielte Zugabe der Internen Stickstofffrachten können Betriebskosten an externen C-Quellen eingespart werden. Ebenso ist es möglich die Stickstoffbelastung zur Biologie bei einem Regenereignis zu mindern und Ammoniumspitzen zu vermeiden.
Je nach Anlagenart beträgt der Anteil der Internen Stickstofffracht zur biologischen Stufe im Tagesmittel bis 25%. Die Hauptquellen für die Rückbelastung sind der Trübwasserabzug von den Nacheindickern sowie Filtrat bzw. Zentrat aus der maschinellen Schlammentwässerung. Die Konzentrationen betragen oft über 1.000 mg/l TKN. Die Konzentrationen aus einer Schlammtrocknung sind meist noch höher. Die Zugabe erfolgt sehr häufig direkt nach der Entwässerung in den Zulaufbereich der Kläranlage. Ist der Zulaufprobenehmer nach der Einleitung dieser Stoffströme installiert muss beachtet werden, dass die Interne Rückbelastung doppelt gemessen wird. Die Zugabe in den Zulaufbereich hat weiterhin den Nachteil, dass in den Vorklärbecken so genannte Stickstoffspeicher angelegt werden. Dort wird bei niedriger Zulaufmenge und direkter Zugabe der Rückbelastung eine hohe Konzentration an Stickstoff erreicht. Bei einem Regenstoß wird dieses hochkonzentrierte Wasser der Internen Rückbelastung sehr schnell in die Biologie verdrängt. Diese Frachten können dabei das Dreifache des Tagesdurchschnitts erreichen. Zusätzlich kommt etwas später noch die hohe Fracht des Spülstoßes aus dem Kanalnetz hinzu. Dies führt zu Spitzen bei den Ablaufwerten von Ammonium.
Bei einem ungünstigen Verhältnis von leicht abbaubarem Kohlenstoff zu Stickstoff ist die Zugabe von externen C-Quellen notwenig, um die Grenzwerte für den anorganischen Stickstoff einzuhalten. Durch die Zugabe von Internen Stickstofffrachten zu Zeiten, an denen der leicht abbaubare Kohlenstoff für die Denitrifikation fehlt, entstehen dadurch hohe Kosten.

Grafik: Schwankungen der Stickstofffracht zur Biologie ohne Speicherung der Internen Stickstoffquellen

Als gute Lösung der beiden Probleme hat sich die Speicherung der Internen Stickstofffrachten und spätere Zugabe direkt zur biologischen Reinigung herausgestellt. Um den Inhalt der Speicherbecken zu begrenzen sollten nur die Wässer mit hohen Konzentrationen an Stickstoffverbindungen aufgefangen werden. Eine Speicherkapazität des anfallenden Wassers der Internen Rückbelastung von 1 bis 2 Tagen ist völlig ausreichend. Die Zugabe sollte dann mittels einer Pumpe gezielt zur biologischen Reinigung erfolgen. Die Einleitstelle in die Biologie sollte so gewählt werden, dass die Wässer der Internen Rückbelastung vom Probenehmer am Ablauf der Vorklärbecken miterfasst werden. Sind diese Wässer stark mit Feststoff belastet, sollte dieser durch Absetzten zuerst abgetrennt werden. Als sinnvoll hat sich eine Pumpe mit Frequenzumrichter und Mengenmessung herausgestellt. Dadurch kann jederzeit die zugegeben Fracht angepasst werden. Bei einem einsetzenden Regen wird die Zugabe sofort unterbrochen und die Stossbelastung zur Biologie ist um den Anteil der Internen Rückbelastung gemindert. Nach dem Spülstoß kann der Speicher dann abgearbeitet werden. Ein ungünstiges Verhältnis zwischen leicht abbaubarem Kohlenstoff und Stickstoff ergibt sich meist an Wochenenden. Eine Aussetzung der Zugabe der Internen Stickstofffrachten an den Schwachlastzeiten verbessert das Kohlenstoff/Stickstoff Verhältnis und die Zugabe von externen C-Quellen kann vermieden oder reduziert werden. In aller Regel sind auf Anlagen, die externe C-Quellen zugeben On-Line Messgeräte für Ammonium und NOx-N vorhanden. Durch die Kenntnis der Messwerte lässt sich die Zugabe nahezu ideal an die Gegebenheiten anpassen.

Tabelle: Beispiel für die Bewirtschaftung der Internen Rückbelastung aus der Schlammbehandlung

Fazit: Durch die gezielte Zugabe der Wässer der Internen Rückbelastung aus der Schlammbehandlung werden Stickstoffspitzen zur Biologie vermindert und Spitzen in den Ammoniumauslaufwerten vermieden oder reduziert. Durch die Vergleichmäßigung des Verhältnisses von leicht abbaubarem Kohlenstoff zu Stickstoff kann die Zugabe von externen Kohlenstoffquellen deutlich verringert werden. Speichermöglichkeiten durch leer stehende Eindicker oder Becken sind auf der Kläranlage sehr oft vorhanden. Lediglich eine Leitung zum Ablauf der Vorklärbecken muss noch verlegt werden. Dieser Aufwand lohnt sich jedoch recht schnell.

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Autor: CS