Kommunale und industrielle Kläranlagen

Optimierung von Kläranlagen durch Systemanalyse

Das Fraunhofer IGB verfügt über langjährige Erfahrung in der Entwicklung und Optimierung von aeroben und anaeroben Reinigungsprozessen für kommunale und industrielle Kläranlagen. In zahlreichen Projekten wurden durch systematische Analyse und spezifische Messungen Prozesse wie Nitrifikation, Denitrifikation oder die Biogasproduktion verschiedener Kläranlagen, aber auch deren Gesamtbetrieb, wesentlich verbessert. Dadurch konnten kostenintensive Umbaumaßnahmen vermieden werden.

Der Lösungsansatz des Fraunhofer IGB beginnt mit der sorgfältigen Auswertung der Betriebstagebücher. Hierbei bestimmen wir nicht nur die üblichen Auslegungsparameter, sondern analysieren die Funktion der Kläranlage durch prozessorientierte Vorgehensweisen und Darstellungsformen auch in allen Teilbereichen der Anlage. In vielen Fällen ist zusätzlich ein spezifisches Messprogramm durchzuführen, mit dessen Hilfe wir die Leistungsfähigkeit der vorhandenen Reinigungsstufen bestimmen. Auf diese Weise können individuelle Lösungen gefunden werden, welche die Kläranlagen kostengünstig auf den Stand der Technik bringen und die Leistung der Kläranlage den gesetzlich vorgeschriebenen Werten anpassen. Diese Vorgehensweise hat sich vielfach bewährt, da kostenintensive Erweiterungen von Kläranlagen unnötig wurden.

Biologische Verfahren werden um weitere Verfahren ergänzt, wenn es beispielsweise darum geht, auch anorganische Stoffe wie Phosphate oder Ammoniumsalze aus Abwasser zurückzugewinnen.

Kostengünstige Erweiterung von Kläranlagen durch spezifische Auslegung

Das Prinzip des Belebtschlammverfahrens für die Klärtechnik wurde schon 1914 von Arden und Lockett publiziert. Das ursprüngliche Reinigungsziel der Kläranlagen bestand in der Eliminierung der organischen Fracht. In den Jahren von 1969 bis 1993 konnte beispielsweise die organische Restverschmutzung öffentlicher Kläranlagen in Baden-Württemberg von ca. 75 000 Tonnen BSB5 auf unter 10 000 Tonnen BSB5 gesenkt werden. Dennoch tragen die Nährstoffe Stickstoff (N) und Phosphor (P) zur Eutrophierung der Binnengewässer und Randmeere bei und die Trinkwassergewinnung wird durch Nitrat belastet.

Seit dem 1. Januar 1989 wurden deshalb in den Abwasserverwaltungsvorschriften zum Wasserhaushaltsgesetz für kommunale Abwasserbehandlungsanlagen verschärfte Grenzwerte auch für Stickstoff und Phosphor festgelegt. Hiervon sind die meisten Kläranlagen betroffen, da sie ursprünglich nur zur Eliminierung von Kohlenstoff ausgelegt wurden und die Entfernung von N und P weiterer Maßnahmen bedarf.

Herkömmliche Vorgehensweise

Die Auslegung von Kläranlage erfolgt üblicherweise durch Ingenieurbüros gemäß den Arbeitsblättern der Abwassertechnischen Vereinigung (ATV). Obwohl im Arbeitsblatt A 131 der ATV darauf hingewiesen wird, dass eine Analyse der Betriebstagebücher zur Bestimmung der Auslegungsdaten zu empfehlen ist, wird in vielen Fällen lediglich ein mehrtägiges Messprogramm durchgeführt und hinsichtlich der benötigten Auslegungsdaten ausgewertet. Je nach Umfang der so berechneten notwendigen Erweiterungen der Kläranlage belaufen sich die resultierenden Anlagekosten in vielen Fällen auf mehrere Millionen DM bis hin zu einigen 10 Millionen DM.

Lösungsansatz des IGB

In Anbetracht solcher Investitionssummen wertet das Fraunhofer IGB trotz erhöhtem Zeit- und Kostenaufwand die Betriebstagebücher im Vorfeld sorgfältig aus. Hierbei werden nicht nur die in der ATV vorgesehenen Auslegungsparameter bestimmt, sondern die Funktion der Kläranlage durch prozesstechnische Vorgehensweisen und Darstellungsformen auch in den Teilbereichen der Anlage ermittelt. Häufig ist zusätzlich ein spezifisches Messprogramm durchzuführen, mit dessen Hilfe die Leistungsfähigkeit der vorhandenen Anlage bestimmt werden kann.

Diese Vorgehensweise ist zwar teurer als die übliche, aber sie ist in Anbetracht der möglichen Kostenersparnis bei der Erweiterung von Kläranlagen trotzdem sinnvoll. Denn nur so können individuelle Lösungen gefunden werden, welche die Kläranlagen kostengünstig auf den Stand der Technik bringen. Insgesamt können durch dieses Vorgehen erhebliche Summen eingespart werden.

Erfahrungen in der Praxis

Das Fraunhofer IGB hat mittlerweile an zahlreichen kommunalen aber auch industriellen Abwasserreinigungsanlagen ihr Konzept in die Tat umgesetzt. In allen Fällen konnte die Leistung der Kläranlage unter angemessenem Kosteneinsatz optimiert und den gesetzlich vorgeschriebenen Werten angepasst werden.

Referenzprojekte

Kosteneinsparung bei Erweiterung der Kläranlage Tauberbischofsheim

Vielen Kläranlagen fehlen noch die technischen Einrichtungen für die Stickstoff-Eliminierung. Im hier vorgestellten Beispiel konnte die kommunale Kläranlage der Stadt Tauberbischofsheim die geforderten Einleitwerte für Ammonium- und Gesamtstickstoff nicht zuverlässig einhalten.

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Verhinderung der Schaumbildung im Faulturm der Kläranlage des AZV Heidelberg

Das Fraunhofer IGB stellte fest, dass filamentöse Mikroorganismen den Schaum verursachen. Als Ursache für das saisonale Auftreten der fädigen Mikroorganismen wurde der Sauerstoffeintrag in die vermeintlich anoxische Denitrifikationszone erkannt. Durch geeignete Maßnahmen konnte die Entstehung der fädigen Organismen deutlich reduziert und somit die Schaumbildung vermindert werden.

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