Prozeßstabilität und Kosten der Biofiltration am Beispiel der Kläranlage Herford

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1 Prozeßstabilität und Kosten der Biofiltration am Beispiel der Kläranlage Herford Dr.-Ing. M. Gassen Hydro-Ingenieure GmbH, Düsseldorf Die Biofiltration, d.h. die Filtration von Abwasser mit einer geplanten zusätzlichen biologischen Reinigungsleistung, hat sich aus den Filtrationsverfahren der Trinkwasseraufbereitung bzw. der Abwasserbehandlung entwickelt. Federführend waren französische Firmen. Zuerst wurden Biofiltrationsverfahren eingesetzt, um zusätzliche Belastungen auffangen zu können oder um eine zusätzliche Restreinigung des Abwassers zu erzielen. Die ersten Anlagen wurden deshalb dort gebaut, wo entweder saisonale Belastungen vorkamen oder eine zusätzliche Restreinigung unabhängig von der Filtrationswirkung erzielt werden sollte. In Deutschland wurden eine ganze Reihe Anlagen gebaut, um eine zusätzliche Nitrifikation hinter den Belebungsverfahren zu erzielen. Dieser Effekt war vor allem dann gut zu erzielen, wenn aufgrund der geforderten Phosphorgrenzwerte auf jeden Fall eine Filtration gebaut werden sollte. Die größte Filtrationsanlage mit einer Fläche von rd m 2 befindet sich auf der Kläranlage Köln-Stammheim. Mittlerweile haben sich Biofiltrationsverfahren als eigenständige Abwasserreinigungsverfahren durchgesetzt. Sie werden nicht mehr alleine eingesetzt, um nachgeschaltet, d.h. hinter anderen biologischen Verfahren Abwasser zu reinigen, sondern auch als eigenständige biologische Kläranlagen zur Vollreinigung des Abwassers. Auf dem Markt existieren verschiedene Verfahren. Die Filter werden sowohl im Aufstrom- als auch im Abstrombetrieb gefahren. Auch kontinuierliche Filter sind im Einsatz. Einen Überblick über solche Anlagen in Deutschland ergibt sich aus der Tabelle 1. Dort sind rd. 20 Anlagen aufgeführt, die zur Zeit in Betrieb oder in Bau sind. Der Tabelle ist auch zu entnehmen, daß alle oben bereits beschriebenen Einsatzmöglichkeiten sowohl zur Vollreinigung als auch für nachgeschaltete Reinigungsstufen im Einsatz sind.

2 Ort Größe Art der Reinigung Lieferant Stand EW Herford Vollreinigung OTV in Betrieb Lemgo nachg. Nitrifikation+ Denitrifikation Wabag in Betrieb Ahlen Vollreinigung Ph. Müller in Betrieb Marburg nachg. Denitrifikation CT in Betrieb Frankfurt ca.1,2 Mio. nachg. Denitrifikation Ph. Müller in Betrieb Wiesbaden Vollreinigung CT in Betrieb Biebrich Duisburg- Huckingen Vollreinigung CT in Betrieb Rostock nachg. Nitrifikation+ Denitrifikation Ph. Müller in Betrieb Gütersloh ca nachg. Denitrifikation Wabag in Betrieb Obere Lutter Nordhorn nachg. Nitrifikation+ Denitrifikation Lurgi in Betrieb Vlotho Vollreinigung Ph. Müller in Betrieb Mechernich nachg. Nitrifikation+Denitrifikation Lurgi in Betrieb Arensburg nachg. Nitrifikation+ Denitrifikation Ph. Müller in Betrieb Mettmann nachg. Nitrifikation+ VA TECH in Bau Denitrifikation WABAG Celle nachg. Denitrifikation VA TECH in Betrieb WABAG Ratzeburg nachg. Nitrifikation+ Denitrifikation Waterlink in Betrieb Lütjebrode nachg. Denitrifikation Waterlink in Betrieb Baybachtal nachg. Denitrifikation Waterlink in Betrieb Hückelhoven nachg. Nitrifikation Waterlink in Betrieb Rietberg nachg. Denitrifikation Waterlink in Betrieb Tabelle 1: Festbettreaktoren in Deutschland

3 Bei der Kläranlage Herford handelt es sich um die erste Kläranlage in Deutschland, bei der die komplette biologische Reinigungsstufe über Biofiltration erfolgt. Die wesentlichen Auslegungsdaten sind in der Tabelle 2 aufgeführt. Dimensionierung der Abwasserreinigung Wassermenge Tagesdurchfluß m 3 /d Spitze Trockenwetter m 3 /h Spitze Regenwetter m 3 /h Frachten im Zulauf CSB BSB 5 N ges AFS P ges kg/d kg/d kg/d kg/d 420 kg/d Zulaufkonzentration (99 %-Fraktile) CSB BSB 5 TKN AFS P ges mg/l 924 mg/l 126 mg/l 703 mg/l 18 mg/l Max. Ablaufkonzentration CSB BSB 5 NH 4 -N N anorg AFS P ges Tabelle 2: Auslegungsdaten Herford 65 mg/l 15 mg/l 3 mg/l 15 mg/l 20 mg/l 0,8 mg/l Die Anlage unterscheidet sich deutlich von den üblichen Kläranlagenbauten in Deutschland. Aufgrund der örtlichen Gegebenheiten mußte die gesamte Kläranlage abgedeckt werden. Eine sehr groß dimensionierte Abluftbehandlung sorgt dafür, daß die geforderten Grenzwerte bei der umgebenden Bebauung nicht überschritten werden (Abb. 1).

4 Abbildung 1: Luftbild der Kläranlage Herford, Biofiltration im oberen Bereich Der Schemaplan (Abb. 2) zeigt die generellen Verfahrensstufen der Anlage. Nach dem Zulauf aus dem Kanalsystem über eine Sicherheitskammer (1) passiert das Abwasser einen Grobrechen (2). Ein Zulaufpumpwerk (3) fördert den Abwasserstrom in einen Sandfang (4). Dem Sandfang folgt ein Feinstrechen (5) und die mechanische Vorreinigung in Form einer Vorfällung über Koagulation (6) und der Lamellenabscheider (7). Dann erfolgt die Verteilung auf die Biofiltration (10) und die Beschickung mit dem Rezirkulat.

5 Abbildung 2: Kläranlage Herford - Schemaplan

6 Die Biofiltration selbst besteht aus 16 großen Filtern mit jeweils 113 m 2 Filterfläche (8). Nachgeschaltet folgt eine weitere Fällstufe (9), bevor das Abwasser die Anlage verläßt. Die Schlammbehandlung und die Beseitigung der Reststoffe erfolgt konventionell. Die Schlammbehandlung selbst ist abgesehen von der Schlammeindickung nicht im gezeigten Gebäude untergebracht, sondern wird auf dem alten Standort durchgeführt. Die Biofiltration selbst erfolgt in sogenannten Biostyr-Reaktoren. Dies ist eine Sonderform der Filtration, bei dem das Filtermaterial aus Styroporkugeln besteht. Diese Art der Filtration war im Trinkwasserbereich eingesetzt und wurde für die Abwasserreinigung adoptiert. In den Abb. 3 und 4 ist der Biostyr in Betrieb und bei der Rückspülung dargestellt. Die Besonderheit des Biostyr liegt darin, daß die Nitrifikation und die Denitrifikation in einem Filterbett durchgeführt werden kann. Abbildung 3: Biostyr Betrieb

7 Abbildung 4: Biostyr Spülung Der Biostyr wurde von der französischen Firma OTV, die zum Vivendi-Konzern gehört, entwickelt. Nach Angaben der OTV werden mittlerweile rd. 6,5 Mio. EW mit Biostyr-Anlagen entsorgt (Tabelle 3). Darunter sind sehr kleine Kläranlagen aber auch für europäische Verhältnisse sehr große Kläranlagen. Der Biostyr und damit die Biofiltration spielt also zumindest international eine durchaus beachtliche Rolle.

8 BIOSTYR References Comm Year WWTP Country Capacity EH Flow m 3 /d Type of treatment 1997 Alanya Turquie N II 1999 Altenrhein Suisse N/DN 1998 Araches France N II 1995 Assens Danemark N II 1999 Barcelonnette France N II 1998 Biarritz Anglette France N II 1995 Blagnac France N/DN Boulogne France N/DN + post DN 1992 Cergy France N II 1998 Colombes France N III 1999 Colombiers France C II 1998 Davyhulme GB N III 1993 Evreux France N III 2000 Fazakerley GB N III 1994 Frederikshavn Danemark N/DN + post DN 2000 Freeport USA N III 1999 Frielas Portugal C III 2001 Genève Suisse N II 1997 Herford Allemagne N/DN 1994 Hobro Danemark N/DN 1998 Hobro extension Danemark N/DN + post DN 1998 Kauhojoki Finlande N III 2000 Lagny T3 + T4 France post DN 2000 Lagny T4 France N/DN 2001 Le Mans France N/DN 1995 Lyon St. Fons France N III Lyss Suisse N/DN 1995 Mairager Danemark N/DN + post DN 1994 Melun France N/DN 1997 Neuchatel Suisse C II 2000 Northfield USA N II 1992 Nyborg Danemark N/DN 1998 Nyborg extension Danemark N/DN + post DN 2001 Oldham GB N III 1999 Pargas Finlande N/DN + post DN 1999 Pianscarolo Suisse N III 1996 Rambouillet France N/DN 1995 Rome Italie N II 1990 St Jean d Illac France N/DN 2000 St Peters USA N II 2000 Tolouse Ginestous France N III NII: N III: N/DN: nitrification secondaire nitrification tertiare nitrification / dénitrification Tabelle 3: Referenzen zu Biostyr-Anlagen

9 Die Anlage in Herford ist nun seit mehreren Jahren in Betrieb und es läßt sich beurteilen, ob die in diese Technik gesetzten Erwartungen erfüllt werden konnten. Zuerst einige Bemerkungen über die Vor- und Nachteile der Biofiltrationsverfahren. Verfahrenstechnische Vor- und Nachteile wurden von Kroiss [1] zusammenfassend gegenübergestellt. Dabei ist zu berücksichtigen, daß Betriebserfahrungen mit Biofiltern im Jahre 1994 noch nicht vorlagen. Es wäre wünschenswert, wenn gelegentlich überprüft würde, ob die theoretischen Vor- und Nachteile der Biofiltration sich in der Praxis verifizieren lassen. Auf die Kosten und die Betriebserfahrungen mit der Biofiltration in Herford soll im folgenden eingegangen werden. Zuerst einige Zahlen zu den Investitionskosten. Die Kläranlage Herford wurde 1989 konzipiert. Zum Vergleich diente die ursprünglich vorgesehene Kläranlage ca. 4 km entfernt. Dort war eine konventionelle neue Kläranlage geplant. Der Kostenvergleich im Rahmen der Entwurfsbearbeitung zeigte damals, daß sich die Kosten der Biofiltration am alten Standort trotz der höheren Aufwendungen für die Abluftbehandlung und die Kapselung der Anlage nicht unterschieden von den Kosten einer neuen Anlage 4 km entfernt. Der Kostenvergleich basierte auf den damals üblichen Ansätzen für Bau- und Maschinentechnik. Im Rahmen eines internationalen Ausschreibungsverfahrens erhielt ein Konsortium, bestehend aus der französischen OTV, der deutschen Firma OKW und dem Herforder Bauunternehmen Dickenbrok, den Zuschlag für eine Gesamtsumme von ca. 114,5 Mio. DM brutto. Der Zuschlag erfolgte auf der Basis einer Systemausschreibung. Das genannte Konsortium erhielt den Zuschlag nicht aufgrund des niedrigsten Angebotspreises, sondern aufgrund des insgesamt überzeugenden technischen Konzeptes. Die Gesamtkosten wurden im Rahmen der Ausschreibung aufgeteilt in die Kosten für die Maschinentechnik, die E-Technik, die Bautechnik sowie die Anbindung an die vorhandene Anlage und den Abbruch der Altanlage. Die Kosten sind zusammengestellt in Tabelle 4.

10 Maschinentechnik E-, MSR-, PL-Technik Bautechnik Anbindung an Altanlage Abbruch Altanlage Investionskosten (netto): MWSt. 15 % Investionskosten (brutto): ,00 DM ,00 DM ,00 DM ,00 DM ,00 DM ,00 DM ,75 DM ,75 DM Tabelle 4: Investitionskosten Die Investitionskosten insgesamt mögen aus heutiger Sicht hoch sein. Sie lagen zum damaligen Zeitpunkt aber nicht außerhalb der üblichen spezifischen Kosten für den Bau einer neuen Kläranlage. Auf der Basis der heute üblichen Kosten sowohl für den Bauteil als auch für die Maschinentechnik dürften die gesamten Investitionskosten deutlich niedriger liegen. Bezogen auf die angeschlossenen Einwohnerwerte in Höhe von EW liegt der spezifische Investitionspreis von natürlich höher als bei dem heute sehr niedrigen Preisniveau für kommunale Kläranlagen. Zwei Besonderheiten in Herford sind dabei zu erwähnen, damit bei Vergleichen korrekte Zahlen herangezogen werden. Zum einen wurde im Hinblick auf die Zulaufkonzentration und auf die Zulauffrachten von 99 %-Werten ausgegangen und nicht, wie allgemein üblich, von der 85 %-Fraktile. Diese deutliche Verschärfung erfolgte im Einvernehmen mit den Aufsichtsbehörden, weil es sich im Falle Herford um die erste Anlage dieses Typs in Deutschland handelte und zusätzliche Sicherheiten bezüglich der Leistungsfähigkeit und der Genehmigungsfähigkeit bestehen sollten. Zum zweiten ist zu berücksichtigen, daß aufgrund des Standortes Investitionen notwendig waren, die bei Kläranlagen außerhalb eines besiedelten Gebietes nicht notwendig sind. So sind allein die Kosten für die Abluftbehandlung in der Anlage, bestehend aus einem umfangreichen System zur Be- und Entlüftung und zwei Straßen zur Abluftbehandlung, mit rd. 10,3 Mio. DM netto zu berücksichtigen. Zusätzlich sind für einen Vergleich die Kosten der Anbindung an die Altanlage in Höhe von 2,9 Mio. DM netto abzuziehen. Die schon beschriebenen erwähnten heutigen Investitionskosten bei kommunalen Kläranlagen beziehen sich nicht nur auf die konventionelle Technik sondern auch auf die Biofiltration. Betrachtet man nur die spezifischen Kosten für die Filtereinheiten insgesamt, so kann festgehalten werden, daß sich die spezifischen Kosten von ,00 bis ,00 DM in den Achtziger Jahren auf heutige Zahlen von

11 18.000,00 bis ,00 DM/m 2 Filterfläche reduziert haben. Rechnet man die gesamten Investitionskosten in Herford in Höhe von 114,5 Mio. DM auf die installierte Filterfläche mit einer Größe von m 2 um, ergibt sich ein spezifischer Preis in der Größenordnung von rd ,00 DM/m 2. Hier zeigt sich, daß sich die Biofiltration in den letzten 10 Jahren erheblich weiter entwickelt hat, so daß deutlich günstigere Marktpreise zu erzielen sind. Die meisten Untersuchungen bzw. Kostenvergleichsrechnungen ergeben, daß heute die Biofiltration im allgemeinen nur noch geringfügig teurer ist als eine konventionelle Kläranlage. Wenn allerdings Randbedingungen vorliegen wie in Herford, wo eine konventionelle Technik nicht oder nur sehr schwierig zu realisieren ist, oder erhebliche Probleme aufgrund des Standortes mit den Platzverhältnissen oder der Abluftbehandlung zu erwarten sind, ist die Biofiltration nicht nur kostenneutral, sondern durchaus auch kostengünstiger als konventionelle Technik. Zum Vergleich sind in der Tabelle 5 einige charakteristische Zahlen aufgeführt, die der Ruhrverband veröffentlicht hat. Auf die Betriebskosten soll gleich noch eingegangen werden. Die Investitionskosten der dort genannten Kläranlagen liegen spezifisch zwischen 690,00 und 1.140,00 DM/EW. Dies zeigt, daß die spezifischen Baukosten zu diesem Zeitpunkt deutlich höher lagen als heute und die Investitionskosten für Herford durchaus im vergleichbaren Rahmen liegen. Charakteristische Daten der beschriebenen Kläranlagen bezogen auf 1994 Kläranlage Kleusheim Neuenrade Hattingen Duisburg-Kaßlerfeld Ausbaugröße EW Baukosten DM/EW Betriebskosten DM/(EW*a) Verbrauch an externer Energie kwh/(ew*a) Mitarbeiter pro EW nach Imhoff/Bode/Evers ,2 1,4 1,9 0,9 geschätzt 2/3 für Belebung kwh/(ew*a) Garantiewerte für Festbettanlagen Tabelle 5: Ausbaugröße EW Stromverbrauch nur Biologie kwh/(ew*a) Vergleichskennzahlen Ahlen Herford

12 Bei der Einführung der Technik der Biofiltration war auch unklar, in welchem Rahmen sich die Betriebskosten bewegen. Wesentliche Kosten im Rahmen des Betriebs einer Anlage sind die Personalkosten, die Stromkosten und die Aufwendungen für Betriebsmittel. Auf diese Zahlen soll im folgenden eingegangen werden. Vorweg noch einige Informationen über die aktuelle Auslastung der Anlage, weil auch diese Zahl bei einem Vergleich der Kosten von Bedeutung ist. In Tabelle 6 sind die Auslegungsdaten für einige Parameter und die maximalen Ist- Belastungen während der Abnahme der Anlage eingetragen. Die maximale Trockenwettermenge liegt etwas niedriger als die Auslegungstrockenwettermenge. Bei Mischwasserzufluß wird natürlich, wie verlangt, die entsprechende maximale Mischwassermenge in die Kläranlage übernommen. Zulaufmenge Trockenwetter [m 3 /h] Regenwetter [m 3 /h] Tagesfrachten bei Trockenwetter CSB [kg/d] NH 4 -N [kg/d] Stundenfrachten bei Trockenwetter CSB [kg/h] NH 4 -N [kg/h] Ist max. Auslegung Auslastung [%] % % % % % % Tabelle 6: Aktuelle Belastungsdaten Gegenüber den Messungen im Jahrzehnt vor der Auslegung der jetzigen Anlage ist die Kohlenstofffracht niedriger als vorhergesagt. Dies liegt im wesentlichen an der veränderten gewerblichen Struktur im Einzugsgebiet. Das Herforder Abwasser war und ist auch heute noch stark durch gewerbliche Einleitungen geprägt. Dieser Einfluß ist allerdings heute deutlich niedriger als noch vor 10 Jahren. Die Stickstofffrachten liegen allerdings höher als prognostiziert und erreichen in der Tageshöchstspitze bis zu 86 % der Auslegungskapazität. Betrachtet man die maximalen Stundenfrachten, so ist die Anlage sowohl beim CSB als auch beim Ammonium deutlich höher belastet. Beim Ammonium tritt sogar eine Überschreitung der Auslegungsgröße ein.

13 Es ist also festzuhalten, daß die Kläranlage im Mittel zwischen 75 und 85 % ausgelastet ist und damit der Soll-Auslegung unter Berücksichtigung der von vornherein vorgesehenen Reserven entspricht. In der Tabelle 7 ist die Personalstärke der Kläranlage aufgetragen. Es wird unterschieden zwischen der Soll-Personalstärke laut Angaben des Bieters und dem Ist-Zustand. Insgesamt werden auf der Anlage 13 Mitarbeiter beschäftigt. Personalstärke laut Bieterangaben Betriebsleiter 1 Techniker 3 Facharbeiter 4 Hilfskräfte 5 Gesamt: 13 Personalstärke Ist-Zustand Betriebsleiter Ver- und Entsorger Schlosser E-Technik (Meister) (Geselle 1 2 ) Labor 2 3 Hilfskräfte Gesamt: 13 Tabelle 7: Personalstärke Ein wesentlicher Diskussionspunkt bei der Wirtschaftlichkeit von Biofiltrationsanlagen ist neben dem Personaleinsatz der Stromverbrauch. In der Tabelle 8 ist der Stromverbrauch der Kläranlage Herford während der Leistungsfahrt aufgezeichnet. Der Stromverbrauch wurde für die drei Bereiche Vorreinigung, das ist der Bereich vom Zulauf bis hinter die Fällungsanlage, für den Bereich Biostyr, also die eigentliche biologische Reinigung, und den Bereich Actiflo gesondert ermittelt. Außerdem erfolgte die Erfassung des gesamten Stromverbrauchs. Die Differenz von 320 kwh ergab sich für die gesamte Abluftbehandlung. Der spezifische Stromverbrauch lag im Mittel bei 0,72 kwh/m 3 behandeltem Abwasser. Aus den Aufzeichnungen für den Zulauf ist zu entnehmen, daß während der Leistungsfahrt im wesentlichen Trockenwetterzuläufe existierten mit Regenwettereinflüssen im wesentlichen an 3 Tagen.

14 Zulauf Rohabwasser m 3 /d Verbrauch Vorreinigung kwh Verbrauch Biosytr kwh Verbrauch Actiflo kwh Gesamtverbr auch kwh spez. Verbrauch gesamt kwh/m ,42 0,63 0,56 0,72 0,60 0,35 0,43 0,59 0,73 0,64 0,60 0,71 0,78 0,86 0,84 0,86 1,04 1,02 0,99 1, ,72 Tabelle 8: Stromverbräuche Betrachtet man nur den mittleren Stromverbrauch der biologischen Reinigung, erhält man einen spezifischen Wert von 0,36 kwh/m 3 und betrachtet man die gesamte Anlage, reduziert allerdings den Gesamtverbrauch um den Verbrauch der Abluftanlage, die üblicherweise für Vergleiche herausgerechnet werden muß, ermittelt sich ein spezifischer Verbrauch von 0,46 kwh/m 3. Der Vergleich von spezifischen Kennziffern verschiedener Kläranlagen ist problematisch, wenn man die Basis der einzelnen Daten nicht kennt. Vor allem ist es problematisch bei einem Bezug auf die Einwohnerwerte, wenn nicht bekannt ist, ob mit der Einwohnerzahl die Ausbaugröße der Anlage gemeint ist oder die wirklich angeschlossenen Einwohnerwerte und auf welcher Basis diese Einwohnerwerte wirklich gerechnet wurden. Zusätzlich zur Tabelle 5 sind in Tabelle 9 einige Angaben aus der Literatur über Energieverbräuche aufgeführt. In Tabelle 5 werden Zahlen von 24 bis 49 kwh/ew*a genannt, und in der Tabelle 9 je nach Art der Kläranlage für den gesamten Stromverbrauch 17 bis 39 kwh/ew*a. Die Angaben zeigen, daß die spezifischen

15 Stromverbräuche auf den Anlagen durchaus sehr stark differenzieren können. Dies ist auch nicht verwunderlich, weil Kläranlagen individuell geplant und gebaut werden und sehr unterschiedliche Leistungsmerkmale vorliegen. Belebung kwh/(e*a) zusätzlich für die Gesamtanlage 18 % (ohne Abluft und Filter) gesamt kwh/(e*a) Stabilisierung kwh/(e*a) zusätzlich 15 % gesamt kwh/(e*a) Energiekosten insgesamt ca. 10 % der Gesamtkosten Jung/Wagner Tabelle 9: Energieverbräuche Nimmt man im vorliegenden Fall für die Kläranlage Herford die Zahlen aus der Leistungsfahrt und rechnet sie über die Wassermenge um, so ergeben sich Vergleichszahlen zu Literaturwerten. Diese Umrechnung ist möglich, weil während der Leistungsfahrt fast ausschließlich Trockenwetterbedingungen herrschten. Bei einem spezifischen Wasseranfall pro Einwohner von 150 l/d produzierte ein Einwohner ca. 55 m 3 Abwasser/a. Auf der Basis dieser Vergleichszahl errechnen sich Stromverbräuche für die gesamte Kläranlage in Höhe von 39,6 kwh/ew*a, für die Anlage ohne die Abluftanlage 26,6 kwh/ew*a und für die Biologie alleine 19,9 kwh/a. Da bei Biofiltrationsanlagen ein Großteil des Stromverbrauches über die zufließende Abwassermenge definiert ist, darf ein solcher Vergleich herangezogen werden. Auf der anderen Seite ist es notwendig, auch einen Vergleich über die verarbeitete Schmutzfracht zu erstellen. Rechnet man eine mittlere Belastung über die Parameter CSB, BSB und N ges. für den Versuchszeitraum, setzt dies in Verhältnis zu dem spezifischen Wert von 150 l/ew*d, der für die ersten Berechnungen angesetzt

16 wurde, so ist der spezifische Verbrauch mit dem Faktor 2 hochzurechnen. Dies bedeutet, daß der gesamte Stromverbrauch, bezogen auf den so errechneten Einwohnergleichwert bei rd. 80 kwh/ew*a liegt, für die Gesamtanlage ohne die Abluftbehandlung bei 53 kwh/ew*a und für die biologische Reinigung alleine bei 40 kwh/ew*a. Diese Zahlen geben die Situation während der Leistungsfahrt wider, bei der es nicht darum ging, die Betriebswerte zu optimieren hinsichtlich des Stromverbrauches, sondern hinsichtlich der Reinigungsleistung. In der Zwischenzeit wurden große Fortschritte hinsichtlich der Stromminimierung vorgenommen. An dieser Stelle seien noch einige Bemerkungen zum Energieverbrauch auf Kläranlagen und deren Auswirkung auf die Gesamtkosten erlaubt. Die ermittelten Energiekosten lagen im Falle der Leistungsfahrt in Herford bei rd. 17 % der gesamten Betriebskosten und bei 5 % der Jahreskosten. Dies deckt sich durchaus mit Angaben aus der Literatur, die von 10 bis 15 % der Stromkosten an den Betriebskosten sprechen. Dabei ist zu berücksichtigen, daß diese Zahlen aus der Zeit vor der Liberalisierung des Energiemarktes kommen. Aufgrund der teilweise drastischen Reduzierung der Strompreise für Kläranlagen in den letzten 2 Jahren dürften sich sämtliche prozentualen Zahlen gravierend verändert haben. Selbst wenn, wie im Falle Herford, die Betriebskosten immerhin 30 % der Jahreskosten betragen, davon die Energiekosten 17 % vor der Liberalisierung und ca. lediglich 11 % nach der Liberalisierung, zeigt sich das mögliche Einsparpotential bei den Energiekosten. 11 % von 30 % der Gesamtkosten sind ca. 3 % der Gesamtkosten. Die Größe des Rationalisierungspotentials ist also relativ klein. Entscheidend für die Gesamtkosten einer Kläranlage sind die Finanz- oder kalkulatorischen Kosten mit ca. 70 % wie im Falle Herford. Bewertet man die heutige Situation des Energieverbrauchs auf der Kläranlage Herford, stellt sich heraus, daß der Stromverbrauch höher ist als im Durchschnitt bei Belebungsanlagen, aber bei den Gesamtkosten der Anlage nicht die entscheidende Rolle spielt.

17 Kapitalkosten mit 6 % Zins 15 a für Ausrüstung 50 a für Bauteil ,30 DM/a Betriebskosten - Betriebsmittel - Personal - Energie - Reparatur und Wartung baulich 0,5 % maschinell 3 % elektrotechnisch 1,5% Summe Betriebskosten Jahreskosten (brutto) Tabelle 10: Jahreskosten ,00 DM/a ,00 DM/a ,00 DM/a ,94 DM/a ,60 DM/a ,00 DM/a ,54 DM/a ,84 DM/a In der Tabelle 10 sind die Betriebs- und Jahreskosten zusammenfassend aufgeführt worden. Die Kapitalkosten wurden vereinfacht mit einem Zinssatz von 6 % beaufschlagt und die Anlagen auf 15 bzw. 50 Jahre abgeschrieben. Die wirkliche Ermittlung der Kapitalkosten erfolgt aufgrund der Historie der Anlage und auf der Basis der gewählten Finanzierung komplexer. Bei den Betriebskosten wurden die Kosten für Betriebsmittel, Personal und Energie aufgrund der aktuellen Aufzeichnungen zusammengestellt. Die Ansätze für Reparatur und Wartung sind aufgrund der gewählten durchschnittlichen Ansätze deutlich höher als die Kosten, die zur Zeit aufgrund des Alterszustandes der Anlage anfallen. Die wirklichen Betriebskosten liegen zur Zeit also niedriger.

18 Investitionen bezogen auf EW Abwasser und EW Schlammbehandlung ohne Schlammbehandlung mit Schlammbehandlung Jahreskosten bezogen auf EW (ohne Schlammbehandlung) davon Betriebskosten davon Kapitalkosten Stromverbrauch Kosten pro m 3 behandeltes Abwasser davon Betrieb davon Kapital 458,00 DM/EW 549,00 DM/EW 24,16 DM/(EW*a) 56,99 DM/(EW*a) 28 kwh/(ew*a) ca. 2,00 DM/m 3 0,60 DM/m 3 1,40 DM/m 3 Tabelle 11: Spezifische Kosten (brutto) In der Tabelle 11 sind einige spezifische Kosten berechnet worden. Dabei beziehen sich die Investitionen für den Abwasserbereich auf eine Ausbaugröße von EW und für den Schlammbereich auf eine Ausbaugröße von EW. Für die Ermittlung der spezifischen Jahreskosten wurde der Auslastungsgrad von EW gewählt. Die abwasserspezifischen Kosten beziehen sich auf die wirklich in der Anlage behandelte Abwassermenge. Es ist darauf hinzuweisen, daß die vom Bürger vereinnahmte Abwassergebühr mit diesen spezifischen Zahlen natürlich nicht übereinstimmt, da die Berechnungsbasis anders ist. Abschließend noch einige Informationen über die Reinigungsleistung bzw. die Stabilität der Anlage: In einigen Grafiken sind Zu- und Ablaufparameter für den CSB, den Stickstoff und den Phosphor aufgetragen (Abbildungen 5 bis 8). Die Daten wurden während der Leistungsfahrt erhoben. Datenbasis waren Analysen aufgrund von 2-h-Mischproben rund um die Uhr für einen Zeitraum von 14 Tagen. Aus der Zulaufganglinie für die Abwassermenge ist zu ersehen, daß es sich im wesentlichen um Trockenwettertage handelte.

19 Zulaufmenge [m³/h] Datum Abbildung 5: Zulaufmenge CSB Zulauf CSB Ablauf CSB hom [mg/l] [Datum] Abbildung 6: CSB-Ganglinien

20 50 45 NH4-N, N anorg. [mg/l] Ammonium Zulauf Ammonium Ablauf N anorg Ablauf Datum Abbildung 7: Stiockstoff-Ganglinien 12,0 10,0 8,0 Phosphor ges. Zulauf Phosphor ges. Ablauf Phosphor [mg/l] 6,0 4,0 2,0 0,8 0, [Datum] Abbildung 8: Phosphor-Ganglinien

21 Die beschriebenen Überwachungswerte für die Parameter CSB, Stickstoff und Phosphor wurden deutlich eingehalten. Es bleibt zum Abschluß noch festzustellen, daß sich die Mitarbeiter sehr gut an die neue Technik gewöhnt haben und mittlerweile auf die Anforderungen der Anlage auch bei Störungen oder schwierigen Betriebszuständen sicher reagieren können. Der Betrieb von Biofiltrationsanlagen ist damit zwar anders, aber auch nicht problematischer als der Betrieb einer konventionellen biologischen Reinigung.

22 L i t e r a t u r v e r z e i c h n i s [1] Kroiss, H.: Vergleichende Betrachtung von Belebungs- und Festbettverfahren für die biologische Abwasserreinigung awt, abwassertechnik, Heft 4, 1994