Praxisvergleich von biologischen Kleinkläranlagen derzeitiger Stand in Deutschland

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1 Praxisvergleich von biologischen Kleinkläranlagen derzeitiger Stand in Deutschland Dipl.-Ing. Andrea Straub FH Lausitz, Versorgungstechnik FG Abfall- und Siedlungswasserwirtschaft Cottbus Heute besteht für ländliche Bereiche, deren Anschluss an die öffentliche Abwasserreinigung unökonomisch ist, die Möglichkeit, die biologische Kleinkläranlage zur Abwasserreinigung nach dem Stand der Technik und daher als Dauerlösung einzusetzen. Die zugelassenen biologischen Kleinkläranlagen beweisen auf dem Prüffeld, dass sie Abwasser unter verschiedenen Einleitebedingungen (z. B. Urlaubszeit, Badewannenstoß) reinigen können und dabei die vom Gesetzgeber geforderten Grenzwerte einhalten. Die Prüffeldbedingungen spiegeln jedoch nicht jedes einzelne häusliche Abwasser wider. Zudem erfolgt die Prüfung unter optimalen Bedingungen hinsichtlich der Wartung. Es gibt im praktischen Betrieb einer Kleinkläranlage eine Vielzahl an Einflussfaktoren auf deren Funktionstüchtigkeit und Leistungsfähigkeit. Die Aufteilung in Bild 1 wurde nach dem Haupteinflussbereich gewählt, auch wenn es zwischen den einzelnen Akteuren Querbeziehungen gibt. Zum Beispiel hängt die Wartungsqualität zwar von der Wartungsfirma ab, der Betreiber kann sich jedoch die Firma aussuchen. wird die Wartungshäufigkeit der Kleinkläranlage durch die Behörde festgelegt, deren Einhaltung aber zum Teil nicht kontrolliert und von den Wartungsfirmen aufgrund der Vielzahl an Mitbewerbern nach Wunsch des Betreibers angeboten. Damit haben auf die Wartungshäufigkeit Behörden, Betreiber sowie Wartungsfirmen einen Einfluss. sei hier der erhöhte Stromverbrauch genannt, der von Hersteller und Wartungsfirma beeinflusst wird. Überdimensionierte Aggregate seitens der Hersteller oder Nichtanpassung der Belüftung durch die Wartungsfirma (z. B. durch Belüften der Kläranlage unter den erhöhten Einfahreinstellungen oder Fahren der Anlage mit Sauerstoffwerten oberhalb 5 mg/l) führen für den Betreiber zu erhöhten Stromverbräuchen. Durch Desinformation und falsche Einstellungen neigen die Endverbraucher oft dazu, die Belüftung teilweise oder ganz abzuschalten.

2 Kontrollfunktion: Behörde/Verband - Überwachung der Einhaltung der Einleitebedingungen Hersteller - Verfahrenstechnik (Wahl geeigneter Aggregate, Stromverbrauch) - Einsatz ausfallminimierter Anlagentechnik (Langlebigkeit, verschleißarme/-freie Teile) - Wartungsarme Technik - Vermeidung störanfälliger Teile - Anpassbarkeit an Auslastung - automatische Problemerkennung und meldung - Probenahmetechnik - abwasserresistentes Behältermaterial - für technische Laien kurze, verständliche, schnell erfassbare Betriebsanleitungen und Hinweise - kundenfreundliche Anlagentechnik (Lärmschutz) - Investitionskosten - Informative Weiterbildungslehrgänge - verständliche, konstruktiv durchdachte Einbau- und Wartungsanweisungen Betreiber - Einleitung (Quantität, Qualität) - Bildung (Kenntnisstand) - Wartungsvertrag (-häufigkeit, Inhalt der Wartung) - Eigenüberwachung - Mitarbeit (Schlammentsorgung, Einhaltung eingestellter Parameter wie Belüftungszeit) KKA Einbau - Einweisung - korrekter Einbau (Fehlanschlüsse, Gefälle, Tiefen, Querlüftung) Umwelt Wartung - Wartungsqualität (Qualifikation, Engagement, Arbeitsgeräte, Zeit) - Probenahmequalität (Ort, Zeit, Lagerung, Transport) - Information des Betreibers (Schlamm) - Betriebskosten (Stromverbrauch) - Äußere Einflüsse wie Witterung Bild 1: Einflussfaktoren auf die Funktionstüchtigkeit von Kleinkläranlagen (KKA) Biologische Kleinkläranlagen, deren Abwässer meist mechanisch und anschließend biologisch gereinigt werden, sind seit Mitte der neunziger Jahre verstärkt in Betrieb. Somit kann auf eine mehr als zehnjährige Erfahrung im praktischen Betrieb von Kleinkläranlagen zurückgegriffen werden. Hier werden einige Ergebnisse aus einer Untersuchung zur Funktionstüchtigkeit von Kleinkläranlagen unter praktischen Bedingungen dargestellt. Grundlagen der Untersuchung Das Datenmaterial wurde von öffentlichen Institutionen (z. B. Wasserbehörden, Hochschulen), Herstellern mit Wartungsangebot und Fremdwartungsfirmen bereitgestellt. Es lagen unterschiedlich umfangreiche Informationen von elf verschiedenen Anlagentypen vor, die mit der ausgewerteten Anlagen- und Messwerteanzahl in Tabelle 1 dargestellt sind. 68 % der Daten stammen von Wartungsfirmen, 26 % von Herstellern, die eine Wartung anbieten, und 6 % von öffentlichen Institutionen aus ganz Deutschland, mit Ausnahme der Bundesländer Saarland, Hessen, Rheinland-Pfalz sowie Hamburg und Bremen.

3 Tab. 1: Anzahl und Typen der untersuchten Anlagen bis 53 EW Anlagentyp Anzahl der Anlagen Anzahl der Messwerte Abwasserteich Belebungsanlage, konventionell durchströmt Bodenkörperfilteranlage, Launhardtreaktor Festbett, überstaut, belüftet Membranbelebungsanlage 2 16 Pflanzenkläranlage, horizontal durchströmt Pflanzenkläranlage, vertikal durchströmt SBR-Anlage Scheibentauch-/ Rotationstauchkörper Schwebe-/Wirbelbett-Anlage Tropfkörperanlage Insgesamt Einzelne Anlagentypen sind nur regional stark vertreten. Die Messwerte zu den Abwasserteichen stammen aus dem Raum Niedersachsen und Nordrhein-Westfalen, die der Bodenkörperfilter aus Bayern. Tropfkörper und Pflanzenkläranlagen befinden sich am längsten auf dem Markt. Einzelne Daten dieser Anlagentypen liegen seit 1992 vor. SBR-Anlagen und Schwebe-/Wirbelbett-Anlagen sind als Anlagen mit neuerem Know-how zwar noch nicht so lange auf dem Markt vertreten, erleben jedoch wegen der Nachrüstbarkeit in modernisierte Sammelgruben und des Preises einen enormen Aufschwung. Membrananlagen werden nicht weiter untersucht, da sie aufgrund der fehlenden Notwendigkeit und Anforderungen an die Abwasserreinigung derzeit noch als Einzelanlagen einzustufen sind. 73 % des vorliegenden Datenmaterials stammt von Anlagen unter acht angeschlossenen Einwohnern, so dass die Ergebnisse eine Aussage über die Leistungsfähigkeit von Kleinkläranlagen bis zu einer Größe eines Zweifamilienhaushaltes gestatten. Nur die Abwasserteiche (26 %), konventionell durchströmte Belebungsanlagen (55 %) und die Scheiben-/ Rotationstauchkörperanlagen (50 %) werden seltener für kleinere Anlagen eingesetzt. Die ausgewerteten Daten stammen von Anlagen, die vor 2005 eine wasserrechtliche Erlaubnis erhielten. Demzufolge standen für diese die Forderungen nach einer dreimaligen Wartung im Jahr sowie dem Nachweis von CSB und BSB 5 einmal im Jahr (DIN 4261 T. 4, 1984). Unvollständige Daten, wie zum Beispiel das Fehlen der Einwohnerwerte, führten zu einer Minimierung der auswertbaren Datensätze. Typische Ablaufwerte von Kleinkläranlagen Jedes häusliche Abwasser ist ein Unikat. Es ist inhaltlich und zeitlich stark different auch innerhalb einer Einleitegemeinschaft. Neben den Gewohnheiten zur Körperpflege und der Benutzung des WC s haben auch die Menge und die Häufigkeit der eingeleiteten Wasch-, Reinigungs- und Desinfektionsmittel und deren Inhaltsstoffe, Medikamente, die Entsorgung fester organischer Reststoffe (Lebensmittel), heizungstechnische Anlagenabläufe (Kondensate aus Brennwertkesseln), veraltete Rohrsysteme (Schwermetallgehalte), Kochgewohnheiten (Fette) sowie die persönlichen Umstände wie Arbeitslosigkeit oder Rentnerdasein einen Einfluss auf die Qualität und Quantität des eingelei-

4 teten Abwassers in eine Kleinkläranlage. Daher schwanken Zulaufkonzentrationen und -mengen wie auch die des Ablaufs haushaltstypisch. Die in Tabelle 2 und 3 gemittelten Ablaufwerte werden stark durch die maximalen Ablaufwerte, die Einzelwerte darstellen, beeinflusst. Die Mittelwerte decken sich größtenteils mit den in der Literatur zu findenden Praxiswerten (FLASCHE, 2002). Für Abwasserteiche, konventionell durchströmte Belebungsanlagen und SBR-Anlagen wurden hinsichtlich des CSB höhere Mittelwerte als bei FLASCHE und bei SPATZIERER (1998) ermittelt, wobei die aus der Untersuchung ermittelten Medianwerte in den dort angegebenen Konzentrationsbereichen liegen. Die konventionell durchströmten Belebungsanlagen weichen deutlich in ihren durchschnittlichen Ablaufwerten von den geforderten Grenzwerten ab. Auch die Bodenkörperfilter halten mit 46 mg/l im Mittel den BSB 5 -Grenzwert nicht ein. Die vertikal durchströmten Pflanzenkläranlagen, Wirbel-/ Schwebebett- und Tropfkörperanlagen weisen die besten Durchschnittsablaufwerte auf. Die hohen CSB-Ablaufwerte deuten schwer oder nicht abbaubare Inhaltsstoffe wie Tenside an, welche z. B. erst nach 28 Tagen zu 80 % abgebaut sein müssen (OECD 301 D, 1981). Allerdings bleibt zu beachten, dass die Mittelwerte stark von Probenausreißern beeinflusst werden und die Ablaufwerte Momentanaufnahmen der Anlagen darstellen. Einen bedeutenden Einfluss auf das Ergebnis der Analyse hat die Probenahme (Ort und Zeitpunkt der Probenahme), der Transport und die Lagerung der Probe. Tab. 2: CSB-Ablaufwerte der verschiedenen Anlagentypen in der Praxis bis 8 EW in mg/l Anlagentyp Maximum Mittelwert Median 80 % Perzentil 85 % Perzentil 90 % Perzentil Abwasserteich Belebungsanlage, konventionell durchströmt Bodenkörperfilteranlage, Launhardtreaktor Festbett, überstaut, belüftet Pflanzenkläranlage, horizontal durchströmt Pflanzenkläranlage, vertikal durchströmt SBR-Anlage Scheibentauch-/ Rotationstauchkörper Schwebe-/Wirbelbett-Anlage Tropfkörperanlage

5 Tab. 3: BSB 5 -Ablaufwerte der verschiedenen Anlagentypen in der Praxis bis 8 EW in mg/l Anlagentyp Maximum Mittelwert Median Abwasserteich Belebungsanlage, konventionell durchströmt Bodenkörperfilteranlage, Launhardtreaktor 80 % Perzentil 85 % Perzentil 90 % Perzentil Festbett, überstaut, belüftet Pflanzenkläranlage, horizontal durchströmt Pflanzenkläranlage, vertikal durchströmt SBR-Anlage Scheibentauch-/ Rotationstauchkörper Schwebe-/Wirbelbett-Anlage Tropfkörperanlage Einfluss der Wartungshäufigkeit auf die Einhaltung der Grenzwerte Eine ordnungsgemäße Wartung erhöht die Reinigungsleistung sowie Funktionstüchtigkeit einer Kleinkläranlage (FLASCHE, 2002; FELDE ET AL., 2000; OTTO, 2000; RESCH, 1995; HOHEISEL, 2000; FELDE ET AL., 2001, SPATZIERER,1998). Für die hier ausgewerteten Anlagen stand die Forderung der dreimaligen Wartung. Trotzdem wurde von den Betreibern deutschlandweit in 69 % der untersuchten Fälle nur eine einmalige Wartung beauftragt. 9 % der Anlagen wurden zweimal, 14 % der Anlagen dreimal gewartet. Die Messdaten der ungewarteten Anlagen stammen aus der behördlichen Überwachung des südlichen Brandenburgs, wobei die Anlagen nach dem Zufallsprinzip ausgewählt wurden. Der Grund für die Diskrepanz der Wartungshäufigkeit zwischen der staatlichen Forderung und den Aufträgen der Betreiber ist im fehlenden Kataster (Überblick über vorhandene Anlagen), in der unregelmäßigen Information über den Stand der Wartung und der Messwerte durch die Betreiber und der mangelhaften Kontrolle seitens der Behörden zu suchen. Ohne großen Aufwand lassen sich die Parameter CSB und BSB 5 bestimmen, die mit ihren Grenzwerten auch in der Abwasserverordnung (ABWV, 2004) wiederzufinden sind. Sofern keine besonderen Einleitebedingungen (Trinkwasserschutzzone, erhöhter Grundwasserstand, sensibler Vorfluter) vorliegen, werden die Grenzwerte der Größenklasse 1 mit einem CSB von 150 mg/l und einem BSB 5 von 40 mg/l für den Ablauf der Kleinkläranlagen vorgeschrieben und sind in regelmäßigen Beprobungen nachzuweisen. In Bild 2 ist der Einfluss der Wartungshäufigkeit auf die Ablaufqualität nach Größenklasse 1 dargestellt, wobei von links nach rechts mit zunehmender Wartungshäufigkeit sortiert wurde. Aus Gründen der Übersichtlichkeit wurden Anlagen, die sich in ihrer Funktionalität ähneln, zusammengefasst. Die Werte innerhalb der Säulen geben die Anzahl der Messwerte wieder. Die Abwasserteiche mit mehr als einmaliger Wartung sind Anlagen bis 53 EW, da keine Messwerte für Anlagen kleiner 8 EW vorhanden waren. Bei den Schwebe-/Wirbelbettanlagen sind Anlagen eines Herstellers vorherrschend, bei den anderen Anlagentypen sind Messwerte einer Vielzahl von Herstellern in die Betrachtung eingegangen. Herstellerbedingte Unterschiede bei gleichem Verfahren sowie die Spezifika bei den Probenahmen gingen nicht in die Betrachtung ein.

6 100% 90% kein WV 2x/a 1x/a 3x/a 80% Anteil an Anlagen, die beide Grenzwerte einhalten 70% 60% 50% 40% 30% 20% % 0% Schwebe-/ Wirbelbett Tropfkörper Belebung/ SBR-Anlage Festbett/ Scheibentauchkörper Pflanzenkläranlagen Bodenkörperfilter Abwasserteich Bild 2: Einhaltung der Grenzwerte in Abhängigkeit der Wartungshäufigkeit bis 8 EW (WV = Wartungsvertrag) Deutlich erkennbar ist, dass besonders die Funktionstüchtigkeit der technischen Anlagen von der Wartungshäufigkeit abhängt. Während von den technischen Anlagen ohne Wartungsvertrag (WV) mit Ausnahme der Tropfkörper nur 50 % die geforderten Grenzwerte einhalten, sinkt mit steigender Wartungshäufigkeit der Anteil an Ausfällen. Problembereiche, die vom Betreiber selten erkannt werden, wie eine verminderte Belüftung, werden bei einem kürzeren Wartungszyklus schneller erfasst und behoben. Ausnahmen stellen hier die Schwebe-/Wirbelbettanlagen und die Tropfkörper dar. Deren Ablaufwerte liegen unabhängig von der Wartungshäufigkeit bei über 80 % innerhalb der Grenzwerte. Eine Erhöhung der Wartungshäufigkeit bringt hier keine deutliche Verbesserung der Ablaufleistung. Bei den Schwebe-/Wirbelbettanlagen kann es an der Wartungsorganisation des Herstellers und seinen spezialisierten Wartungsfirmen liegen, da die Anlagen eines Herstellers 77 % aller Messwerte ausmachen. Die Tropfkörper beweisen auch bei einer hohen Anzahl an Herstellern ihre Zuverlässigkeit durch gleichbleibend gute Ablaufwerte. Die Werte werden nicht deutlich von den technisch belüfteten Anlagentypen mit einer dreimaligen Wartung überholt. Eine sehr hohe Zuverlässigkeit bieten die naturnahen Abwasserreinigungsverfahren, wie Pflanzenkläranlagen sowie Bodenkörperfilter. Mit einer einmaligen Wartung halten etwa 90 % der Anlagen die Grenzwerte ein. Die extreme Verringerung des Anlagenanteils von Pflanzenkläranlagen bei der zweimaligen Wartung ist auf den Anlagentyp zurückzuführen. Alle 32 Anlagen sind horizontal durchströmte Pflanzenkläranlagen. Schon SCHMAGER ET AL. (2000) stellten fest, dass vertikal durchströmte Pflanzenkläranlagen zuverlässiger arbeiten und deutlich bessere Ablaufwerte erreichen als horizontal durchströmte Pflanzenkläranlagen. Dies wird auch durch die eigene Untersuchung bestätigt (Tabellen 2 und 3). Bei den Abwasserteichen ist das Ergebnis als Tendenz zu betrachten, da hier nur eine geringe Anzahl an Messwerten vorlag.

7 Würden für die bestehenden Anlagen verschärfte Grenzwerte (z. B. 90 mg/l CSB und 20 mg/l BSB 5 ) gefordert, sinkt der Anteil an Anlagen, die diese Grenzwerte einhalten, um etwa 30 % bis 40 %. Bei den Pflanzenkläranlagen und Bodenkörperfilter war eine Verschlechterung des Anteils um 15 % ermittelbar, während bei SBR-Anlagen sowie Belebungsanlagen eine Abnahme um 47 % zu verzeichnen war. Die Anlagen sind derzeit nicht auf eine verschärfte Reinigungsforderung eingestellt, so dass in diesem Fall die Wartung bzw. Einstellung der Anlage intensiver durchgeführt werden muss. Wird nur ein Grenzwert überschritten und der andere eingehalten, ist der überschrittene Wert meist der CSB (Tabelle 4). Bis zu 21 % der Einzelwertüberschreitungen treten bei den Belebungs- /SBR-Anlagen auf. Im Mittel werden bei 12 % der Anlagen zwar der CSB-Grenzwert überschritten, jedoch die BSB 5 -Ablaufwerte eingehalten. Ursache dafür kann die Zufuhr schwer oder nicht abbaubarer Stoffe (z. B. Wasch- und Reinigungsmittel) sein. Trotzdem gibt es bis zu 2 % der Anlagen, die den BSB 5 nicht einhalten, aber den CSB. Da meist die Zulaufwerte der Anlagen nicht bekannt sind, kann nicht abgeschätzt werden, ob zum Zeitpunkt der Probenahme im Ablauf die BSB 5 -Fracht im Zulauf ungewöhnlich hoch oder die des CSB ungewöhnlich niedrig war. Tab. 4: Anteil an Anlagenüberschreitung eines Grenzwert-Parameters bis 8 EW Anlagentyp CSB > 150 mg/l BSB 5 40 mg/l Anlagenanteil CSB 150 mg/l BSB 5 > 40 mg/l Abwasserteich 19 % 0 % Belebung/SBR-Anlage 21 % 1 % Festbett/Scheibentauchkörper 13 % 2 % Pflanzenkläranlagen/Bodenkörperfilter 8 % 2 % Schwebebett 10 % 0 % Tropfkörper 9 % 2 % Einfluss des Probenahmezeitpunktes Die mikrobielle Tätigkeit sowie die Sauerstoffkonzentration in Kleinkläranlagen sind entscheidend von der Temperatur abhängig. Es ist daher zu vermuten, dass der Abbau der organischen und stickstoffhaltigen Frachten in den Anlagen je nach Typ von äußeren Witterungsbedingungen (Temperatur, Regen) abhängig ist. Bei abnehmenden Temperaturen müsste eine Veränderung der Ablaufkonzentration zu erwarten sein. In Bild 3 ist der Anteil an Anlagen, die beide Grenzwerte einhalten, bezogen auf den Probenahmezeitraum dargestellt. Die Definitionen zur Jahreszeit beziehen sich auf die in der ABWV (2004) festgelegten Zeiträume für die Stickstoffbeprobung Mai bis Oktober (hier Sommer), bei denen man von einer Abwassertemperatur von über 12 C ausgeht.

8 100% Anteil an Anlagen, die beide Grenzwerte einhalten 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% Sommer Winter % Schw ebe-/ Wirbelbett Tropfkörper Belebung/ SBR-Anlage Festbett/ Scheibentauchkörper Pflanzenkläranlagen Bodenkörperfilter Abw asserteich Bild 3: Einfluss der Probenahmezeit auf die Ablaufkonzentrationen (bis 8 EW) Die meisten Anlagen werden aus Gründen der Wartungsfreundlichkeit (z. B. leicht zu öffnende Deckel, arbeitsfreundliche Umgebungstemperaturen) und der Einbauzeiten der Anlagen im Zeitraum zwischen Mai und Oktober gewartet. Der Einbauzeitpunkt der Anlagen ist an die Witterung angepasst. Die Wartung nach der Einfahrphase der Anlage beginnt meist ein Jahr nach dem Einbau, da der größte Teil der Anlagen (Bild 2) nur einmal gewartet wird. Die naturnahen Verfahren weisen im Winter niedrigere Ablaufwerte als im Sommer auf, da zu dieser Zeit keine Beeinflussung durch Verdunstung auftritt und gleichzeitig das Abwasser aufgrund von Regenereignissen verdünnt wird (SCHMAGER ET AL., 2000). Die beprobten technischen Anlagen halten ebenfalls im Winter deutlich öfter die Grenzwerte ein. Die Unterschiede bei Tropfkörper- und Schwebe-/Wirbelbettanlagen zwischen Sommer- und Winterprobenahme sind gering. Die Erhöhung des Winteranteils bei den Tropfkörpern könnte in der besseren natürlichen Belüftung aufgrund größerer Temperaturgefälle in der Anlage liegen. Im Sommer wird diese nur über eine ausreichende Rezirkulation erreicht. MÜLLER ET AL. (2007) fanden heraus, dass der Energieverbrauch bei Schwebe-/Wirbelbettanlagen in der Praxis um 50 % höher als der vom Hersteller angegebene ist. Möglicherweise werden so durch eine ausreichende Sauerstoffzufuhr die Ablaufwerte verbessert, so dass im Gegensatz zu den anderen technisch belüfteten Anlagen keine Diskrepanz zwischen Winter- und Sommerbeprobung auftritt. Größere Unterschiede gibt es bei Belebungs- und SBR-Anlagen sowie überstauten Festbett- und Scheibentauchkörperanlagen. Hier überwiegt der einmal gewartete Anteil an Anlagen. Ursachen für die Unterschiede zwischen Sommer und Winter könnten bei diesen technischen Anlagen sein:

9 unterschiedliche Abwasserzusammensetzung durch jahreszeitlich bedingte Änderungen in den Lebensgewohnheiten, z. B. o Dusch- und Badegewohnheiten, o Urlaubszeiten, -reisen, jahreszeitlich bedingte hydraulische Belastungen, z. B. o Zulauf von Drainagewasser (bewusster oder unbewusster Fehlanschluss), o Regen- oder Tauwasserzuläufe über Deckelbereiche, o Überschwemmungswasser, da Anlagen aufgrund des einzuhaltenden Gefälles gern an Tiefpunkten gebaut werden oder die Hanglage des Grundstücks es nicht anders erlaubt, variierende Biofilmdicke und damit mögliche Bildung von anaeroben/anoxischen Zonen innerhalb des Biofilms, Temperatureinfluss auf Boden und Abwasser, wechselnde Belüftungsintensität, durch die eine ständige Durchmischung und somit eine schnellere Abkühlung des Abwassers im Winter erfolgt, Die Vielzahl und die Variabilität der Einflussfaktoren ermöglicht es hier nicht, die erhaltenen Ergebnisse umfassend zu interpretieren. Hier müssen weitere zielgerichtete Untersuchungen durchgeführt werden, um den Einfluss der einzelnen Faktoren zu ermitteln. Einfluss der Wartungsqualität auf die Funktionstüchtigkeit der Anlage Aus den Daten konnten keine exakten Aussagen zur Wartungsqualität gewonnen werden, da es hierfür noch keine objektiv bestimmbaren Faktoren gibt. Eine qualifizierte Wartung kann nicht nur am Vorhandensein von technischen Messgeräten oder der Kenntnis ihrer Bedienung gemessen werden. Die Wartungsqualität hängt ebenfalls vom nicht kontrollierbaren Engagement der Wartungsfirma ab. Allerdings wiesen in Gesprächen auch eine Anzahl von engagierten Wartungsfirmen latente Mängel zu den biologische Abläufen in einer Kleinkläranlage auf, die dann zu Verständnisproblemen führten. Hier ist lediglich anhand der Ablaufwerte eine Abschätzung möglich, ob eine gewünschte Wartungsqualität erreicht werden kann. Unter der Annahme, dass Hersteller die Schwachstellen ihrer Anlagen kennen und aufgrund ihrer planerischen Kenntnisse ein Know-how besitzen, um Probleme zielgerichtet lösen zu können, wurde überprüft, in wie weit sich die Ablaufwerte der Hersteller, die selbst Wartung betreiben, von denen der Fremdfirmenwartung unterscheiden.

10 100% 90% Fremdwartung Herstellerwartung Antei an Anlagen, die beide Grenzwerte einhalten 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% % 0% Schw ebe-/wirbelbett Tropfkörper Belebung/ SBR-Anlage Festbett/ Scheibentauchkörper Pflanzenkläranlagen Bild 4: Einhaltung der Grenzwerte in Abhängigkeit von der Wartungsfirma (bis 8 EW) In Bild 4 ist erkennbar, dass der Anteil an Daten von Herstellern mit Wartung vergleichsweise gering ist, abgesehen von den Pflanzenkläranlagen und Tropfkörpern. Tendenziell werden die belüfteten Anlagen durch den Hersteller etwas besser gewartet als durch die Fremdfirmen, wobei hier nur ein geringer Unterschied von maximal 5 % zu verzeichnen ist. Der hohe Anteil an funktionstüchtigen Schwebe-/Wirbelbettanlagen bei der Fremdwartung zeugt von einer intensiven Einarbeitung der Wartungsfirmen durch den Hersteller. Die Pflanzenkläranlagen werden oft von den Herstellern dieser Anlagen betreut. Die Wartung erscheint aufgrund eines minimalen technischen Aufwandes in der Anlage selbst unkomplizierter zu sein, da Hersteller- und Fremdfirmenwartung einen ähnlich hohen Anteil an funktionierenden Anlagen aufweisen. Entsprechend verhält es sich mit den Tropfkörperanlagen. Das lässt auch hier die Vermutung zu, dass gerade das Einstellen des Sauerstoffgehaltes und die Schlammrückführung entscheidend für die Funktionstüchtigkeit der Anlagen sind und diese komplex zusammenwirken. Eine Verbesserung der Wartungsqualität kann nur erreicht werden, wenn ein Qualitätsmanagement auch von den Behörden gefordert wird und durchsetzbar ist. Dieses Qualitätsmanagement, welchem sich die Wartungsfirmen regelmäßig unterwerfen, sollte als erstes die Zertifizierung beinhalten und durch eine jährliche Weiterbildungsverpflichtung fortgeführt werden. Der uneingeschränkte Wissensaustausch zwischen öffentlichen Institutionen, Herstellern und den Wartungsfirmen ist zwingend notwendig und sollte gefördert werden, zumal sich die Anzahl der Anlagentypen und damit die verfahrenstechnische Bandbreite ständig erhöht. Die Weiterbildung muss inhaltlich auf die Wartung in Betrieb befindlicher Anlagen und deren Probleme ausgerichtet sein.

11 Einfluss der Auslastung der Anlagen auf deren Funktionstüchtigkeit Die Auslastung der Anlagen lässt sich in großem Umfang nur anhand der technischen Kleinkläranlagen bestimmen, da diese für bestimmte Anlagengrößen genormt sind. Bei den naturnahen Verfahren waren die realen Anlagengrößen nicht bekannt. Nur etwa die Hälfte der Anlagen fährt mit Normallast laut angeschlossener und ausgelegter Einwohnerwerte (Bild 5). Allerdings wird hier nicht der Abwasseranfall mit betrachtet, da dieser für die meisten Anlagen unbekannt war. Die Auslegungsmenge für diese Anlagen betrug 150 l/(e d) (DIN 4261 T. 2, 1984). Der deutsche durchschnittliche Trinkwasserverbrauch liegt derzeit bei etwa 126 l/(e d) (STATISTISCHES BUNDESAMT, 2006), wobei im ländlichen Bereich der Verbrauch unter 80 l/(e d), manchmal sogar bis unter 50 l/(e d) sinken kann (JAKOBICK, 2005; SCHALK ET AL., 2006). Damit werden selbst nach angeschlossenen Einwohnern ausgelastete Anlagen mit weniger Abwasser beaufschlagt und fahren demzufolge hier schon hydraulisch in Unterlast % > 100 % 1% 3% 25 % 27% % 44% 25% % Bild 5: Anteil an Anlagen unterschiedlicher Auslastung (bis 8 EW) Die Tabelle 5 zeigt die Einhaltung der Grenzwerte in Abhängigkeit der Auslastung der Anlagen. Betrachtet wurden über Anlagenmesswerte bekannter Auslegungs- und Anschlussgröße bis 8 EW. An die Anlagen in Überlast waren maximal drei Einwohner mehr, als die standardisierte Größe vorgab, angeschlossen. Die Anzahl dieser Anlagen ist äußerst gering, so dass hier die Aussage statistisch nicht gesichert ist. Sie zeigt jedoch die Tendenz, dass eine Überlastung der Anlagen sich ungünstig auf die Ablaufwerte auswirkt. Für die Auslastung zwischen 26 % und 100 % stand eine ausreichend hohe Anzahl an Daten (über 200 je Typ und Auslastungsbereich) bei den überstauten, belüfteten Festbetten, SBR-Anlagen, Schwebe-/Wirbelbett- sowie Tropfkörperanlagen zur Verfügung.

12 Tab. 5: Einfluss der Anlagenauslastung auf den Betrieb standardisierter technischer Anlagen (bis 8 EW) Auslastung bis 25 % Anteil an Anlagen, die beide Grenzwerte einhalten 26 bis 50 % 51 bis 75 % 76 bis 100 % Überlast Anzahl Messwerte Belebungsanlage Bodenkörperfilteranlagen Festbettanlagen, überstaut, belüftet SBR-Anlagen Scheibentauchkörper Schwebe-/Wirbelbettanlagen Tropfkörperkläranlagen *) Anzahl Messwerte < % 53 % 57 % 100 % *) 91 % *) 89 % 91 % 79 % 63 % 74 % 93 % 79 % 74 % 64 % 50 % 87 % 77 % 82 % 83 % 89 % 91 % 90 % 75 % 95 % 92 % 86 % 79 % 67 % Bei den Anlagen im Unterlastbereich unter 25 % hält ein hoher Anteil an Anlagen die Grenzwerte ein. Die Verweilzeiten werden bei diesen geringen Zulaufmengen äußerst lang, so dass auch schwer abbaubare Stoffe noch abgebaut werden können. Schwebe-/Wirbelbettanlagen funktionieren unabhängig von ihrer Auslastung gleichbleibend gut. Die Funktion der Belebungsanlagen verbessert sich mit steigender Auslastung, erreicht jedoch in Summe nie mehr als einen funktionierenden Anteil von 60 %. Dieser Anlagentyp zeigt damit nur eine ungenügende Reinigungsleistung. Bei allen anderen Anlagentypen nimmt der funktionstüchtige Anlagenanteil mit steigender Auslastung ab. Ursachen sind je nach Typ in der steigenden Zulauffracht (SCHALK ET AL., 2006), in der mangelhaften Sauerstoffversorgung, in zu geringen Trockensubstanzgehalten im biologischen Becken aufgrund ungenügender Abstimmung des Schlammabzugs oder in zu geringer Rezirkulation zu suchen. Die häufig in der Literatur (BARJENBRUCH ET AL., 2004; ENGLERT ET AL., 2005) genannte Störanfälligkeit der Tropfkörper bei hohen Belastungen und Stoßbelastungen, möglicherweise verursacht durch eine dadurch auftretende mangelhafte Sauerstoffversorgung, konnte bestätigt werden. Zusammenfassung Von über Kleinkläranlagen mit mehr als Messwerten wurden die Ablaufwerte hinsichtlich des Einflusses der Wartungshäufigkeit, der -qualität, des Probenahmezeitpunktes und der Auslastung untersucht. Die hier dargestellten Ergebnisse wurden auf Anlagen bis zu 8 EW bezogen, da diese Anlagengröße etwa 73 % aller Werte stellte. Ohne Wartung sind die meisten technischen Kleinkläranlagen nur bedingt leistungsfähig, da selbst kleine Störungen zu einem Totalverlust der Reinigungsleistung auf Dauer führen können. Pflanzenkläranlagen, Bodenfilter sowie Schwebe-/Wirbelbettanlagen erreichen mit einer einmaligen Wartung eine hohe Zuverlässigkeit. 80 % der Tropfkörper garantieren unabhängig von der War-

13 tungshäufigkeit die Grenzwerte und weisen sich mit einer einmaligen Wartung ebenfalls als zuverlässig aus. Bei technischen Kleinkläranlagen mit Belüftungseinrichtungen wird entgegen der neuesten Zulassungsgrundsätze vom DIBT (2005) eine dreimalige Wartung empfohlen. Bei diesen Anlagentypen stellt sich der Sauerstoffgehalt in der Anlage als limitierender Faktor dar und sollte in kürzeren Abständen, ebenso wie der Trockensubstanzgehalt, überprüft werden. Der Sauerstoffeinfluss auf die Anlagendynamik wird durch den Vergleich von Sommer- zu Wintermesswerten bestätigt. Allerdings kommen Belebungsanlagen im Durchströmverfahren mit den Fracht- und hydraulischen Schwankungen im häuslichen Bereich nicht zurecht und sind daher nicht als Kleinkläranlagen bis 8 EW zu empfehlen. Im Unterlastbereich funktionieren viele technische Kleinkläranlagen aufgrund der geringen Zulaufmengen und der sich daraus ergebenden Erhöhung der Verweilzeit zufriedenstellend. Steigt die Auslastung der Anlage jedoch an, arbeiten nur noch Schwebe-/Wirbelbettanlagen über den restlichen Auslastungsbereich konstant gut. Alle anderen Anlagentypen verzeichnen mit steigender Auslastung einen messbaren Abfall der Leistungsfähigkeit. Die Wartungen durch die Hersteller führen infolge des Wissens über die Anlagenspezifik zu mehr funktionierenden Kleinkläranlagen als bei der Wartung durch die Fremdfirmen. Hier ist eine verbesserte Informationspolitik seitens der Hersteller zwingend notwendig. Die Weiterbildung der Fremdfirmen durch die Hersteller muss auf die Wartung und praxisrelevante Problemfälle bei den Kleinkläranlagen abgestimmt sein. Für eine Kontrolle der Umsetzung der Wartung sind die Behörden verantwortlich. Sie sollten konsequent eine Überwachung aller Anlagen anhand von Wartungsberichten und Stichprobenkontrollen durchführen und entsprechende Maßnahmen zur Einhaltung der Werte durchsetzen. Bei entsprechender Kontrolle werden die Betreiber für ihre Kleinkläranlage sensibilisiert. Literatur ABWV (2004): Verordnung über Anforderungen an das Einleiten von Abwasser in Gewässer (Abwasserverordnung AbwV), vom AL JIROUDI, D. (2005): Vor-Ort-Vergleich von technischen und naturnahen Kleinkläranlagen bei gleichen Untersuchungsbedingungen. Diss. an der Universität Rostock, Umweltingenieurwesen, 2005 BARJENBRUCH, M.; AL JIROUDI, D. (2004): Vergleich von Kleinkläranlagen Ergebnisse vom Demonstrationsfeld Dorf Mecklenburg. Tagungsband zur 5. Rostocker Abwassertagung Dezentrale Abwasserentsorgung, 2004, DIBT (2005): Zulassungsgrundsätze für allgemeine bauaufsichtliche Zulassungen für Kleinkläranlagen. Deutsches Institut für Bautechnik Berlin, 2005 DIN 4261 T. 2 (1984): Kleinkläranlagen: Anlagen mit Abwasserbelüftung Anwendung, Bemessung, Ausführung und Prüfung. Beuth Verlag Juni 1984 (zurückgezogen) DIN 4261 T. 4 (1984): Kleinkläranlagen: Anlagen mit Abwasserbelüftung Betrieb und Wartung. Beuth Verlag Juni 1984 (zurückgezogen)

14 ENGLERT, R.; KÄMPFER, W. (2005): Zustandserfassung von Kleinkläranlagen in Thüringen Ergebnisse einer Studie. Tagungsunterlagen der DWA Landesverbandstagung Sachsen/Thüringen Wasserwirtschaft in Thüringen und Sachsen 2005 in Erfurt, FELDE, K. V.; BURMESTER, M. (2001): Betrieb und Überwachung von Kleinkläranlagen. Kommunale Umwelt-AktioN U.A.N., Mai 2001 FELDE, K. V.; BURMESTER, M.; VOLLMER (2000): Wartung von Kleinkläranlagen. KA 47 (2000) 12, FLASCHE, K. (2002): Einsatzmöglichkeiten und Leistungsfähigkeit von Kleinkläranlagen. ISAH Heft 120 (2002), Hannover HOHEISEL, K. (2000): Erfahrungen einer Behörde bei der Überwachung von Kleinkläranlagen mit biologischer Stufe. KA 47 (2000) 10, JAKOBICK, T. (2005): Trinkwasserverbrauch im ländlichen Bereich. Diplomarbeit an der FH Lausitz, FG Abfall- und Siedlungswasserwirtschaft, unveröffentlicht, 2005 MÜLLER, M.; STRAUB, A.; HEINE, A. (2007): Leistungsfähigkeit und Wirtschaftlichkeit von Kleinkläranlagen. Zur Veröffentlichung in wwt 07 (2007) vorgesehen OECD 301 D (1981): Ready biodegradability: closed bottle test (OECD 301 D). OECD Guideline for testing of chemicals, May 1981 OTTO, U. (2000): Entwicklungen beim Einsatz von Kleinkläranlagen. GWA Heft 175 (2000), Aachen RESCH, H. (1995): Betrieb und Wartung von Kleinkläranlagen. WAP 6 (1995), SCHALK, T.; KÜHN, V. (2006): Praxis der Nachprüfung von Kleinkläranlagen. Jahrbuch Kleinkläranlagen 2006 des DWA-Landesverbandes Sachsen/Thüringen, SCHMAGER, C.; HEINE, A. (2000): Leistungsfähigkeit von Pflanzenkläranlagen eine statistische Analyse. gwf Wasser Abwasser 141 (2000) 5, SPATZIERER, G. (1998): Betriebserfahrungen und -ergebnisse von Klein- und kleinen Kläranlagen in Österreich. Dresdener Berichte der TU Dresden Bd. 12 (1998), Dresden STATISTISCHES BUNDESAMT (2006): Wasserverbrauch weiter leicht rückläufig. Pressemitteilung vom 20. Jan Autorin: Dipl.-Ing. Andrea Straub FH Lausitz, Versorgungstechnik, Lehrgebiet Abfall- und Siedlungswasserwirtschaft Lipezker Str Cottbus Tel: 0355/

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