DWA-Bayern Lehrerbesprechung Dr- Schreff

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1 DWA-Bayern Lehrerbesprechung 2010 Stickstoffrückbelastung Quellen Relevanz Lösungsansätze Dr.-Ing. Dieter Schreff Dr- Schreff

2 Gesamtschema Abwasser- und Schlammbehandlung Interne Kreislaufströme = Rückbelastung! VKB Biologie NKB N (PS): mg/g otr P (PS): 7 13 mg/g otr Eindickung N (ÜS): mg/g otr P (ÜS): mg/g otr Fremdschlamm Co-Fermentation Faulung Entwässerung Trocknung

3 Kläranlage mit Faulung Schlammalter t TS =10 18 d Rückbelastung! Getrennte, anaerobe Schlammstabilisierung

4 Kläranlage ohne Faulung Simultane, aerobe Schlammstabilisierung Schlammalter t TS 25 d Dr- Schreff

5 Interne Rückbelastung durch Schlammbehandlung Bd,N [kg NH4-N/d] Trend: Bd,N (EW) = 0,0015 * EW - 53,08 R2 = 0,8634 Interne Rückbelastung durch Schlammbehandlung (1) zwischen 10 und 20 % bezogen auf den Zulauf beim Stickstoff und Phosphor (2) Hydraulische Rückbelastung zu vernachlässigen (bei komm. KA) (3) Abhängig von der Art der Schlammbehandlung ( ) Anlagengröße [EW] Quelle: Grömping, M., Haeske, J., Kolisch, G.: Separate Teilstrombehandlung von Prozesswasser der Schlammentwässerung kommunaler Kläranlagen in Deutschland - Vorstellung ausgeführter Anlagen. In: Stickstoffrückbelastung. Enviro Consult, Aachen, 1998

6 Interne Kreislaufströme Relevanz Schlammeindickung (statisch oder MÜSE) Wenig Stickstoff, bei statischer ED und bio-p: erhöhte Phospor-Rückbelastung Größter Anteil an hydraulischer Rückbelastung Trübwasser aus Faulung (= anaerobe Schlammstabilisierung) Nur bei diskontinuierlicher Betriebsweise Zentrat/Filtrat aus Schlammentwässerung Kaum CSB, allerdings schwer-abbaubare Anteile Hohe Stickstoffkonzentration ( mg/l) abhängig von TR, otr, etc. Ggf. unregelmäßiger Anfall (Entwässerungszeiten!) Brüden aus Schlammtrocknung Entfällt bei Niedertemperaturtrocknungssystemen

7 Auswirkungen auf die Abwassereinigung (Hauptstrom) Nitrifikation: ifik ti - mehr Beckenvolumen wegen Stoßbelastungen bzw. erhöhtem Schwankungsfaktor (maximale/mittlere Fracht) - ebenso erhöhter Sauerstoffbedarf - ggf. erhöhte Ablaufkonzentrationen + Bewirtschaftung + 24h-SEW-Betrieb Denitrifikation: - mehr Beckenvolumen wg. schlechterem C/N-Verhältnis - ebenso erhöhte Rezirkulation (bei VDN) bzw. verlängerte anoxische Phasen - ggf. erhöhte Ablaufkonzentrationen + Teilstrombehandlung + Dosierung C-Quelle

8 Bewirtschaftung der Prozessabwässer Mengenausgleich über 24 Stunden Primärschlamm (aus Vorklärung) Polymerdosierung Faul- behälter Zentrifugen Schlammlagerung Überschuss- Schlamm (vom Voreindicker) Alternativ: Zudosierung in den Nachtstunden, Aht Achtung: N/C-Verhältnis! Pufferbehälter Regeleinheit Zulauf KA

9 Verfahrensübersicht Biologische Verfahren Physikalische Verfahren Ziel: N-Elimination (N/DN) Nitrifikation (nur N) Nitritation/Denitritation (Sharon) Deammonifikation Verfahren: Belebtschlamm (Belebung, SBR, Chemostat) Biofilm (Tropfkörper, Wirbelbett) Ziel: N-Elimination mit Wertstoffrückgewinnung Verfahren: Luftstrippung mit saurer Wäsche Dampfstrippung MAP-Fällung (ph-wert-verschiebung) + Akzeptanz + kein Reststoffanfall + Temporärer Betrieb möglich + geringere Investitionskosten

10 Chemisch-physikalische Verfahren Dampfstrippung im Unterdruck - Wärmebedarf (T ca. 130 C) - hoher Laugebedarf (NaOH) - Produktverwertung ( Starkwasser ) Luftstrippung mit saurer Wäsche - Wärmebedarf - hoher Laugebedarf (NaOH) und Säurebedarf (H 2 SO 4 ) - Produktverwertung ( Ammoniumsulfat ) Quelle: Spittal_Strippung_Saure_Waesche.pdf MAP*)-Fällung (bei bio-p-anlagen) *) Magnesium-Ammonium-Phosphat - P-Rückgewinnung (Dünger!) - hoher Chemikalienbedarf (MgO bzw. MgCl 2, H 2 PO 4 ) - Trennung durch Hydrozyklon für Produktverwertung (MAP)

11 Biologische Behandlung mit SBR-Verfahren ( konventionell konventionell, N/DN) Hilfsmitteldosierung (Methanol, Fällmittel, Entschäumer und Brauchwasserbesprühung) SBR 1 Trübwasser Druckbelüftung (3 Drehkolbengebläse) Vorlage SBR 2 Ablauf Zentrat t Speicher SBR 3 Schlamm

12 Biologie alternativ: Nitritation - Denitritation 1 mol NO 3-25% weniger Sauerstoff 40% weniger Kohlenstoff CO 2 29gCSB 2,9 (Biomasse) 1 mol NO 2-1,4 mol O 2 1 mol NO 2-34 g CSB (Substrat) 10 g CSB (Biomasse) 1 mol NH 4 + 0,5 mol N 2 Umsetzung mit SBR-Verfahren, Steuerung über ph-wert, z.b. ARA Strass (A)

13 Biologie alternativ: Deammonifikation Umsetzung mit Biofilmoder SBR-Verfahren, z.b. KA Hattingen (D), Heidelberg (D), Zürich (CH) 1 mol NO 3-60% weniger Sauerstoff 100% weniger Kohlenstoff 1 mol NO 2-1,14 mol H + CO 2 Partielle Nitritation 0,8 mol O 2 1 mol NO2-60% Anaerobe Ammonium- 1 mol NH % oxidation 0,44 mol N 2-0,11 mol NO 3 CO 003molH 2 0,03 +

14 Vergleich konventionelle neue biologische Verfahren Neue biologische Verfahren: - Deutlich geringere Betriebskosten (Strom ca. 2,5-3,0 kwh/m³, keine C-Quelle erforderlich, kein/kaum ÜS) - Hohe Umsatzraten, dadurch reduzierte Reaktorvolumina -Vergleichbare Investitionskosten, ggf. erhöhte Anforderungen an die maschinellen Einrichtungen (Variationsbreite der Gebläse, etc.) und ggf. Isolation der Reaktoren - Sensitivität der Mikroorganismen gegenüber ph-wert bzw. Pufferkapazität, Temperatur, etc. noch nicht ausreichend untersucht (Betriebsstabilität?) - maximal erreichbare Stickstoffelimination ca. 80% -allgemeine Verfügbarkeit (Bemessung/Betrieb, Lizenzen)

15 Zusammenfassung (1) Interne Rückbelastung stammt aus unterschiedlichen Quellen, wurde und wird oft unterschätzt t oder vergessen. Kritisch nur bei getrennter, (an)aerober Schlammstabilisierung. Vorwiegend gilt dies für Stickstoff (10 20 % der Zulaufbelastung), teilweise aber auch beim Phosphor (insbesondere bei bio-p- Anlagen). Verbesserung durch verlängerte Entwässerungszeiten und/oder durch Bewirtschaftung der Prozesswässer (z.b. Q = konst.). Teilstrombehandlung sinnvoll, wenn a) hohe h bzw. schwankende interne Rückbelastung vorhanden ist b) Kohlenstoffmangel im Hauptstrom (d.h. niedriges C/N-Verhältnis) c) umfangreiche Ausbaumaßnahmen im Hauptstrom dadurch zu vermeiden sind

16 Zusammenfassung (2) Konventionelle - biologische Verfahren zur Teilstrombehandlung (z.b. N/DN mit SBR) laufen betriebsstabil b t bil ohne großen MSR-Aufwand; allerdings hohe Betriebskosten (Strom + C-Quelle) Moderne - biologische Verfahren (über Nitrit bzw. Deammonifikation) weisen deutliche Vorteile hinsichtlich der Betriebskosten auf, hier allerdings (noch) erhöhter MSR-Aufwand. Chemisch-physikalische Verfahren (Luftstrippung mit saurer Wäsche) haben ebenfalls hohe Betriebskosten (Chemikalien), allerdings ist hier ein Kostenausgleich durch Wertstoffgewinnung (Dünger) möglich; darüber hinaus sind hier kurzfristige In- /Außerbetriebnahme möglich. Die Notwendigkeit und Wirtschaftlichkeit von Maßnahmen zur Prozesswasserbewirtschaftung bzw. behandlung muss für jede Kläranlage im Einzelfall untersucht und bewertet werden, wobei i.d.r. eine Mindestgröße sinnvoll ist.