Membran-Kläranlage Ihn Laienbericht. Entsorgungsverband Saar, Tel / , Postfach , Saarbrücken,

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1 Membran-Kläranlage Ihn Laienbericht Entsorgungsverband Saar, Tel / , Postfach , Saarbrücken, 1

2 Die Kläranlage Ihn Modellprojekt für den Einsatz innovativer Kläranlagen-Technik im ländlichen Raum Der Entsorgungsverband Saar hat die Membran-Kläranlage Ihn, die im August 2006 fertig gestellt wurde, im Rahmen eines Pilotprojektes gemeinsam mit mehreren Kooperationspartnern realisiert: Entwickelt und konzipiert wurde der neuartige Kläranlagen-Typ, der sich speziell für den Einsatz im ländlichen Raum eignet, von der Saarbrücker Gesellschaft für umweltkompatible Prozesstechnik (upt), die auch die wissenschaftliche Begleitung des Projektes durchführte. Die hessische Firma BAMAG hat die Membran-Belebungsanlage gebaut. Auf Grund ihres Prototyp-Charakters wurde der Bau der Kläranlage mit EU- und Landesmitteln gefördert. An den Investitionskosten in Höhe von insgesamt 1,8 Millionen Euro beteiligte sich das saarländische Umweltministerium mit rund Euro. Auch die europäische Union förderte das Projekt im Rahmen des EU-LIFE-Programmes mit rund Euro. Aus den erzielten Betriebsergebnissen lassen sich Richtwerte für die optimale Anlagenauslegung und Prozessführung sowie für die Kalkulation der Investitions- und Betriebskosten ähnlicher Anlagen ableiten. Der EVS wird die Ergebnisse aus dem Pilotprojekt in der Gemeinde Wallerfangen dazu nutzen, die Einsatzfähigkeit des Membranverfahrens sowohl im Rahmen von Neubauten als auch im Hinblick auf kurzfristig umsetzbare Sanierungen und Optimierungen zu prüfen. Der Bau der Membran-Kläranlage wurde gefördert durch: Gesamtansicht der Kläranlage Ihn. Die Membranfiltration ist im Funktionalgebäude neben dem Belebungsbecken untergebracht. 2

3 Die Kläranlage Ihn - erste kommunale Membran-Kläranlage im Saarland In der Kläranlage Ihn werden die Abwässer von rund 700 Einwohnern der Wallerfanger Ortsteile Leidingen und Ihn gereinigt. Es ist die erste kommunale Kläranlage des Entsorgungsverbandes Saar, die mit innovativer Membrantechnik ausgerüstet ist - und der bundesweit erste Prototyp einer Kläranlage, die aus einer Kombination von belüftetem Teich und nachgeschalteter Membranbiologie besteht. Der belüftete Klärteich dient der Vorreinigung des Abwassers und fungiert zugleich bei Niederschlägen als Pufferbecken für das Regenwasser. Die Pufferung des Mischwassers im Teich als naturnahe, kostengünstige Anlageneinheit ermöglicht eine Reduzierung der Wassermenge, die zur zweiten hochtechnischen Anlagenstufe weitergeleitet wird. Dadurch können im Vergleich zu rein technischen Membran-Kläranlagen Betriebskosten eingespart werden. Die Ablaufwerte der Kläranlage Ihn liegen weit unter den gesetzlich vorgeschriebenen Grenzwerten für das Einleiten von Abwasser in Gewässern. Durch den Einsatz der Membranfiltration ist die Keimbelastung des gereinigten Wassers so gering, dass es die EU-Richtlinie für die Wiederverwendung als Brauchwasser erfüllt. Davon profitiert am Standort Ihn der in einem wertvollen Auengebiet gelegene Ihner Bach, in den nur noch bestens gereinigtes Wasser eingeleitet wird. Die Ihner kläranlage liegt in der Gemeinde Wallerfangen im Landkreis Saarlouis 3

4 So funktioniert die Abwasserreinigung in der Kläranlage Ihn Das Mischwasser (Abwasser und Regenwasser) aus den Ortschaften Ihn und Leidingen wird jeweils über eine Druckleitung zur Kläranlage gepumpt. Bei starken Niederschlägen wird ein Teil des Mischwassers im Kanalnetz zwischengespeichert und verzögert der Kläranlage zugeführt. Dazu dienen ein Regenüberlaufbecken in Leidingen und ein Staukanal in Ihn mit einem - vergleichsweise geringen - Volumen von jeweils 60 m³. Der größte Teil des Regenwassers wird kostengünstig im Vorteich der Kläranlage behandelt. 1. Anlagenstufe: Belüfteter Klärteich und Feinrechen Über einen Regenüberlauf gelangt das Abwasser zuerst in den Einlaufbereich des belüfteten Teiches, in dem gröbere Feststoffe wie Sand, Geröll und Kies auf den Boden absinken. Leichtere Feststoffe (Fette, Hygieneartikel), die an der Oberfläche schwimmen, werden durch eine zwischen Einlaufbauwerk und Teich angeordnete Tauchwand zurückgehalten und können später entfernt werden. Vom Einlaufbauwerk fließt das Abwasser weiter in den belüfteten Teich, in dem sich der Schlamm am Beckenboden absetzen kann. Neben dieser mechanischen Reinigung erfolgt im Vorteich eine biologische Teilreinigung des Abwassers durch Bakterien, die natürlich im Mischwasser vorkommen. Sie bauen organische Belastungen im Abwasser ab. Dazu benötigen die Bakterien Sauerstoff, der über einen Oberflächenbelüfter in das Wasser eingetragen wird. Vom Teich aus wird das teilgereinigte Abwasser über ein Pumpwerk zur Feinsiebanlage im Betriebsgebäude gefördert, die kleinste Feststoffe aus dem Abwasser siebt. Anschließend fließt das Abwasser im freien Gefälle in das Belebungsbecken. Anlagenstufe 1: Belüfteter Klärteich 4

5 2. Reinigungsstufe: Belebungsbecken und Membranfiltration Belebungsbecken Im Belebungsbecken erfolgt unter verfahrenstechnisch optimierten Bedingungen eine weitergehende biologische Reinigung des Abwassers. Dazu ist das Belebungsbecken in zwei verschiedene Zonen eine belüfte und eine unbelüftete unterteilt, in denen unterschiedliche Abbauprozesse stattfinden: In der belüfteten, sauerstoffreichen Zone bauen aerobe Bakterien die organischen Kohlenstoffverbindungen ab und wandeln Ammonium zu Nitrat um (Nitrifikation). Ein weiterer Abbau des Nitrates erfolgt in der unbelüfteten Zone durch anaerobe Bakterien, die unter sauerstoffarmen Bedingungen den im Nitrat chemisch gebundenen Sauerstoff abspalten. Der dabei entstehende gasförmige Stickstoff entweicht in die Luft, in der er sowieso Hauptbestandteil ist, so dass es zu keiner Umweltbeeinträchtigung kommt. Damit diese beiden Schritte zum Abbau von Stickstoffen - die Nitrifikation und die Denitrifikation im ständigen Wechsel stattfinden, wird das Abwasser durch die Becken rezirkuliert. Nach der biologischen Behandlung enthält das Wasser noch die Biomasse (Bakterienflocken), kleine Keime und Krankheiterreger, die in der Membrananlage heraus gefiltert werden. Feinrechen und Membranfiltration sind im Gebäude untergebracht. Die Belebung und Lagerung von Schlämmen erfolgt im kombinierten Fertigteilbehälter (rechts.). 5

6 Membranfiltration Die Membranfiltration besteht aus zwei getrennten Membranbehältern, in denen Hunderte von Hohlfaser- Membranen gespannt sind. Die zweistraßige Ausführung der Anlage ermöglicht auch dann einen dauerhaften Betrieb, wenn die Membrane in einer der beiden Kammern einer Intensivreinigung unterzogen werden. Verfahrensübersicht Membranfiltration Das Wasser wird von außen nach innen durch die Membrane gesaugt. Dabei werden Stoffe, die größer als die nur wenige Tausendstel Millimeter kleinen Poren der Membranen sind, vollständig auf der Außenseite der Membranen zurückgehalten. Das bestens gereinigte Klarwasser wird auf der Innenseite der Membrane abgeleitet und über eine Ablaufmessung dem Ihner Bach zugeführt. Ein Teil des Wassers wird zur Reinigung der Membranmodule verwandt, die in regelmäßigen Abständen erfolgen muss, um die Durchlässigkeit der Module aufrecht zu erhalten. Anlagenstufe 2: Membranfiltration mit zwei Membran-Modulen 6

7 Reinigungsleistung Zusammenfassung Von der Inbetriebnahme Ende August 2006 bis April 2007 wurde die Anlage lediglich mit Abwasser aus Leidingen beschickt, seit Mai 2007 sind beide Ortsteile angeschlossen. Die mechanische Vorreinigung im Teich ist ausgesprochen gut. Im Bereich des Trommelsiebs fällt nur in sehr geringem Umfang Siebgut an. Die nachfolgende Membranbiologie insbesondere die Filtration wird auf diese Art und Weise sehr gut geschützt. Hinsichtlich des CSB wurde auch bei maximaler Belastung eine Reinigungsleistung im Vorteich von mehr als 50 % erreicht, seit beide Ortschaften an die Kläranlage angeschlossen sind. In der unten stehenden Tabelle sind die Ablaufwerte der Anlage den Grenzwerten bzw. den Mindestanforforderungen laut Anhang 1 Kommunalabwasserrichtlinie gegenübergestellt. Die Kläranlage Ihn weist nicht nur einen stabilen Betrieb sondern auch eine sehr gute Reinigungsleistung auf. Sowohl die Mindestanforderungen als auch die verschärften anlagenspezifischen Grenzwerte werden von den erreichten Ablaufwerten signifikant unterschritten. Die im Ablauf der Kläranlage Ihn festgestellten Keimzahlen unterschreiten gemäß unabhängigen Untersuchungen der zuständigen Prüfbehörde die Vorgabewerte der EU-Badegewässerrichtlinie deutlich. Mit dem LAGOON MEMB-Konzept wurde in Ihn ein neuartiges Konzept zur Mischwasserbehandlung umgesetzt und erprobt. Das Konzept hat sich vor dem Hintergrund der positiven Betriebsergebnisse und erfahrungen bewährt. Hervorzuheben sind in diesem Zusammenhang: - Guter Feststoffrückhalt im Teich - Keine Verstopfungen des Siebes - Keine Verstopfung, Verblockung oder Verzopfung Membrane - Gute Ablaufwerte - Gute Keimelimination Das Konzept hat sich als wirtschaftlich erwiesen. Der spezifische Energieverbrauch der Gesamtanlage in Abhängigkeit vom Abwasserdurchsatz durch die Membranbiologie beträgt im Mittel 1,35 kwh/m 3. Das LAGOON MEMB-Konzept ist nicht nur geeignet, um aus kommunalem Abwasser Brauchwasser zur Wiederverwendung zu gewinnen. Es stellt zudem eine gute Lösung für sensible Einzugsgebiete (z.b. Trinkwassereinzugs- oder Wasserschutzgebiete), Einleitungen in leistungsschwache Vorfluter oder bei Ortschaften im ländlichen Raum ohne geeignete Vorfluter dar. Somit ist nicht nur eine regionale Übertragbarkeit gegeben, sondern auch ein Transfer auf andere Aufgabenstellungen einer geordneten Abwasserentsorgung möglich. Parameter Einheit Ablaufwerte Grenzwerte Sept April 2007 (Stichproben) Mittelwerte Mai Feb laut Genehmigung Mindestanforderungen CSB mg/l 9,2 8,3 < 90 < 150 BSB 5 mg/l 3,5 1,8 < 15 < 40 NH 4 -N mg/l 0,8 0,1 < 10 NO 3 -N mg/l 10,1 7,9 P ges mg/l 1,8 1,4 ph - 7,8 7,8 6,0-8,5 6,0-8,5 Tabelle 1: Gegenüberstellung Mittelwerte Kläranlagenablauf (Stichproben) / Grenzwerte 7

8 Technische Daten der Kläranlage Ihn Betreiber: Entsorgungsverband Saar Gesamtkosten (einschl. Planung, Bau und wissenschaftlicher Betreuung): 1,8 Mio. Euro Finanzierung/Kostenaufteilung: - Fördermittel Europäische Union: Euro - Fördermittel Ministerium für Umwelt: Euro - Eigenanteil Ensorgungsverband Saar: Euro - Eigenanteil BAMAG: Euro - Eigenanteil upt: Euro Fertigstellung: August 2006 Ausbaugröße: 700 Einwohnerwerte - Ihn: 472 Einwohnerwerte - Leidingen: 189 Einwohnerwerte - Leidingen (französischer Teil): 30 Einwohnerwerte - Reserve: 9 Einwohnerwerte Verfahrenstyp: Belüfteter Teich mit nachgeschalteter Membranbiologie Entwässerungssystem im Sammlernetz: Hydraulische Belastung: Täglicher Trockenwetterzufluss: 161 m³/d Max. Trockenwetterzufluss: 3,7 l/s Max. Regenwetterzufluss: 28,9 l/s Max. Zufluss zur Membranbiologie: 4,0 l/s Mischwasserkanalisation Schmutzfrachten im Zulauf: CSB: 84,0 kg/d BSB5: 42,0 kg/d Stickstoff gesamt: 7,7 kg/d NH4-N: 5,1 kg/d Phosphor gesamt: 1,3 kg/d Mindestanforderungen für das Einleiten von Abwasser in Gewässern CSB: 150 mg/l BSB5: 40 mg/l NH4-N: kein Grenzwert Stickstoff gesamt: kein Grenzwert Fisch-Eitest: 2 ph-wert: 6,0 8,5 Grenzwerte für die Kläranlage Ihn CSB: 90 mg/l BSB5: 15 mg/l NH4-N: 10 mg/l Stickstoff gesamt: 25 mg/l Fischgiftigkeit:: 2 ph-wert: 6,0 8,5 Die Ablaufwerte der Kläranlage Ihn bleiben weit unter den gesetzlichen Mindestanforderungen. Darüber hinaus erfüllt die Kläranlage Ihn die Anforderungen der EU-Richtlinie 76/160 über die Qualität der Badegewässer (Brauchwasserqualität). 8

9 Verfahrenstechnischer Aufbau der Anlage Regenwasserbehandlung: Stauraumkanal in Ihn mit 60 m³ Regenüberlaufbecken in Leidingen mit 60 m³ Regenwasserbehandlung erfolgt größtenteils im Vorteich der Kläranlage Ihn Zulauf: 1 Pumpwerk in Leidingen: Fördermenge 9,2 l/s Druckleitung Da 140 zur Kläranlage, ca m 1 Pumpwerk in Ihn: Fördermenge 19,7 l/s Druckleitung Da 160 zur Kläranlage, ca m 1. Anlagenstufe: Belüfteter Abwasserteich Gesamtvolumen: m³ davon: m³ Abwasserreinigung <> m³ Aufstauvolumen zur Regenwasserbehandlung m³ Schlammstapelraum 2. Anlagenstufe: Membranbiologie Zwischenpumpwerk 4 l/s Feinsiebrechen, Spaltweite 0,75 mm Belebungsbecken: Gesamtvolumen: 100 m³ Denitrifikation: 0-50 m³ Nitrifikation: m³ Trockensubstanzgehalt : <12 kg/m³ Schlammalter: > 25 d Gebläse: 2 Gebläse (1 davon Reserve) Sauerstoffeintrag über Drehkolbengebläse: 300 m³/h Schlammbehandlung Membranmodule: Ultrafiltration mit einer Porengröße von 0,05 μm Membranfläche: 2 x 350 m² Fluss durch die Membran: 25 l(m² x h) Fluss durch die Membran im Rückspülmodus: 45 l/(m²x h) Filtratpumpen: 1 Drehkolbenpumpe je Membrankammer Förderrichtung umkehrbar Förderleistung im Filtrationsmodus: 8,74 m³/h Förderleistung im Rückspülmodus: 17,47 m³/h Schlammspeicher für Membranfiltration 250 m³ des Gesamtvolumens vom Abwasserteich als Schlammabsetzraum Automatischer Probenehmer Ablaufmessung (IDM) 9

10 Einzugsgebiet der Kläranlage Ihn 10

11 Verfahrensschema der Membran-Kläranlage Ihn 11

12 Lageplan der Membran-Kläranlage Ihn EVS Entsorgungsverband Saar Tel / Postfach Saarbrücken Kläranlage Ihn Leidinger Straße Wallerfangen Broschüren-Stand: Juni