Phosphor-Elimination auf kleinen Kläranlagen

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1 Phosphor-Elimination auf kleinen Kläranlagen 16. Fachtagung DWA-Landesverband H/RP/S, Emmelshausen, Dr.-Ing. Ralf Hasselbach

2 Einführung 2

3 Einführung Einfluss von Phosphor auf Gewässer Phosphor: Wesentlicher Nährstoff Eutrophierung in Gewässern Abwasserverordnung: Grenzwerte für die Emission von Phosphor Größenklasse Ausbaugröße Grenzwert 1-3 < EW / EW 2 mg/l 5 > EW 1 mg/l 3

4 Einführung Kläranlagen im Saarland Istzustand 44 besetzte Zentralkläranlagen 96 unbesetzte Trabantenkläranlagen 33 Kläranlagen der Größenklasse 4 und 5: rd. 87 % der Anschlussgröße P-Fällung vorhanden 4

5 Phosphor-Fällung auf kleinen Kläranlagen Mögliche Problemstellungen und Schwierigkeiten Fällmittel Wassergefährdende Stoffe begrenzte Haltbarkeit hohe spezifische Kosten geringer Liefermengen Dosierung Dosiertechnik für kleine Mengen und Turbulenzen zur Einmischung erforderlich Personalaufwand und Arbeitssicherheit Anforderungen an Lagerbehälter und Aufstellflächen Anlieferung und Zufahrt 5

6 Einführung Ziele der EU-Wasserrahmenrichtlinie (EU-WRRL) Richtlinie 2000/60/EG des Europäischen Parlamentes und des Rates vom 23.Oktober 2000 zur Schaffung eines Ordnungsrahmens für Maßnahmen der Gemeinschaft im Bereich der Wasserpolitik Ziele (Art. 4.1 EU-WRRL): guter ökologischer und chemischer Zustand aller natürlichen Oberflächengewässer in der EU guter chemischer Zustand für künstliche und natürliche, aber erheblich veränderte Gewässer guter chemischer und mengenmäßiger Zustand des Grundwasserkörpers 6

7 Einführung Ziele der EU-Wasserrahmenrichtlinie (EU-WRRL) Wann ist der Zustand eines Gewässers gut? 7

8 EU-Wasserrahmenrichtlinie Motivation für P-Fällung auf kleinen Kläranlagen Situation im Saarland 8

9 Gewässergüte Klassifizierung vor EU-Wasserrahmenrichtlinie Gewässergütekarte 2008 GWK

10 Umsetzung EU-Wasserrahmenrichtlinie Stand im Saarland - Betrachtungsräume Oberflächenwasserkörper des Saarlandes und Zuordnung EVS-Maßnahmen 10

11 Umsetzung EU-Wasserrahmenrichtlinie im Saarland Ergebnis Bestandsaufnahme 2014 Gesamtbewertung ökologischer Zustand Zustand Anzahl der Oberflächenwasserkörper Anzahl (%) Länge (km) sehr gut (1) Länge (%) gut (2) ,1 4,96 mäßig (3) ,8 19,60 unbefriedigend (4) ,1 25,54 schlecht (5) ,6 47,54 keine 1 1 5,2 0,50 Bewertung RP, Lux ,1 1, ,9 100 Negative Bewertung nahezu flächendeckend durch PAK und Hg nicht abwasserbürtig! 11

12 Umsetzung EU-Wasserrahmenrichtlinie Schema zur Ableitung der Maßnahmen im Saarland 12

13 Umsetzung EU-Wasserrahmenrichtlinie Übersicht über die Art der Maßnahmen Maßnahmen im Bereich der Gewässerentwicklung (Hydromorphologie) zur Verbesserung der Durchgängigkeit im Bereich der Siedlungswasserwirtschaft Herstellung Vollanschluss an Kläranlagen Reduzierung Fremdwasserproblematik Minimierung von Schadstoffeinträgen durch Grenzwertverschärfungen im Bereich der Landwirtschaft administrative Art (Beratung, Fortbildung, Förderprogramm) 13

14 Festlegung des Maßnahmenprogramms Grundlage Immissionsbetrachtungen Abwasserverordnung: Mindestanforderungen für Emissionen EU-Wasserrahmenrichtlinie: Immissionsbetrachtungen zur Bewertung der chemischen Gewässergüte Vorgehensweise bei Immissionsbetrachtungen Vergleich von Konzentrationen chemischer Parameter im Gewässer mit Orientierungswerten bei mittlerem Abfluss Wesentliche Parameter (mit Orientierungswerten gemäß LAWA) Gesamtphosphor (0,1 mg/l) Ammoniumstickstoff (0,4 mg/l) 14

15 Entwurf des 2. Bewirtschaftungsplans Maßnahmen auf Kläranlagen des EVS aus Immissionsbetrachtungen Maßnahmen- Nr. Gewässername Defizit Maßnahme vorhanden II-2002 Todbach zu hohe Phosphorbelastung II-2006 II-2016 II-2030 II-2051 II-2052 II-2069 II-2081 III-2003 Niederlinxweiler Sulzbach / Gerechbach Lautenbach Sinnerbach / Schiffweiler Mühlbach Erbach zu hohe organische Belastung, zu hohe Phosphorbelastung mangelnde Nitrifikation, zu hohe Phosphorbelastung zu hohe Phosphorbelastung zu hohe Phosphor- und Stickstoffbelastung Kläranlage Baltersweiler: Nachrüstung der mit einer P-Fällung Kläranlage Remmesweiler: Sanierung KA mit Nitrifikation und P-Fällung Kläranlage Lautenbach: Sanierung KA - Verbesserung der Nitrifikation und Nachrüstung einer P-Reduzierung Kläranlage Sinnerthal: Optimierung der P-Fällung Kläranlage Homburg: Optimierung der P-Reduzierung technische KA ohne P-Fällung (1990) Teichkläranlage (2002)./. sanierungsbedürftige Kläranlage (1972) technische KA mit P-Fällung (1998) technische KA mit P-Fällung (2004) vom EVS geplante Maßnahme Änderung durch Maßnahmenplan MUV./. komplette P-Fällung Neubau am Standort für Nitri/Deni./../. Technische KA mit P-Fällung komplette P-Fällung Optimierung Regelung P-Fällung Optimierung Regelung P-Fällung optimierungsbedürftige Nitri- Kläranlage Homburg: Optimierung der Nitrifikation technische KA mit Optimierung Erbach./. fikation + Denitrifikation und der Denitrifikation P-Fällung (2004) Sauerstoffeintrag Ammoniumbelastung, Kläranlage Erfweiler-Ehlingen: Sanierung KA mit Technische KA mit Mandelbach Mit geringeren Teichkläranlage (1992) Phosphorbelastung Kosten im./. Nitrifikation Wirtschaftsplan und P-Reduzierung vorgesehen: P-Fällung Kläranlage Winterbach Technische KA ohne Blies Kläranlage Winterbach: KA Tropfkörper (1976)./. sanierungsbedürftig P-Fällung Grenzwertverschärfung bei zur Sanierung anstehenden Kläranlagen: 6 organische Belastung, Kläranlage Ommersheim: Sanierung KA mit Technische KA mit Saarbach Tropfkörper (1976)./. Nährstoffe Nitrifikation und P-Reduzierung und Denitrifikation P-Fällung III-2004 Saarbach Phosphorbelastung III-2015 III-2016 Gesamtzahl der Maßnahmen: 31 Im Wirtschaftsplan vorgesehen und z.t. bereits im Bau: Sanierung bereits abgeschriebener Kläranlagen: 10 Nicht im Wirtschaftsplan vorgesehen: Sulzbach / Ruhbach Sulzbach Stickstoffbelastung, Phosphorbelastung Stickstoffbelastung, Phosphorbelastung Kläranlage Eschringen: Optimierung der P-Reduzierung KA Ruhbachtal: Sanierung KA mit Stickstoff und Phosphor-Reduzierung sowie Denitrifikation KA Jägersfreude: Optimierung der Nitrifikation, der Phosphor-Reduzierung sowie der Denitrifikation technische KA mit P-Fällung (2007) Nachrüstung von bestehenden Kläranlagen mit P-Elimination: 14 Tropfkörper (1964) KA mit erneuerter biologischen Stufe./. Technische KA mit P-Fällung Optimierung P- und N-Elimination einer bestehenden Kläranlage: 1 Austausch Belüftungssystem Optimierung Regelung P-Fällung./. Optimierung Regelung P-Fällung III-2019 Wahlbach Phosphorbelastung Kläranlage Lummerschied: Nachrüstung mit einer P-Fällung technische KA mit P-Fällung (1999)./. Optimierung Regelung P-Fällung III-2020 Wahlbach Phosphorbelastung Kläranlage Holz: Nachrüstung mit einer P-Fällung technische KA mit P-Fällung (1996)./. Optimierung Regelung P-Fällung Auszug aus Maßnahmenplan mit Bewertung im Hinblick auf EVS Wirtschaftsplan 15

16 Betriebsergebnisse zur P-Elimination auf kleinen Kläranlagen 16

17 Konzentration [mg/l] P-Elimination auf kleinen Kläranlagen ( EW) Vergleich unterschiedlicher Anlagentypen P-Bilanz nach Anlagentyp Pzu Pab 8,00 7,00 6,00 5,00 4,00 Abbaugrad 65,7 % Abbaugrad 43,1 % Abbaugrad 77,3 % Abbaugrad 57,7 % Abbaugrad 62,3 % 3,00 2,00 1,00 0,00 Belebung Scheibentauchkörper Pflanzenkläranlage (Lava) Anlagentyp Pflanzenkläranlage (Rundkorn) SBR 17

18 P-Elimination auf kleinen Kläranlagen ( EW) Vergleich unterschiedlicher Anlagentypen Ohne Phosphorfällung: Bei technischen Kläranlagen mittlere Eliminationsrate > 60% mit P-Fällung bei Mehrkosten Grenzwert von 2 mg/l einzuhalten Notwendigkeit P-Fällung im Einzelfall zu begründen Naturnahe Kläranlagen mit Vorteich mittlere Eliminationsrate > 40% Ergänzung mit P-Fällung Umbau und Mehrkosten DWA-Regelwerk: keine Vorgaben zu Fällung auf Teich-, STK- und Pflanzenkläranlagen Forschungsbedarf 18

19 Einlaufbauwerk Belüfteter Vorteich Lamellenseparator Scheibentauchkörper Erprobung P-Fällung auf naturnahen Kläranlagen Teich-Scheibentauchköperanlage Sinz 19

20 Erprobung P-Fällung auf naturnahen Kläranlagen Teich-Scheibentauchköperanlage Sinz Anordnung der Dosierstellen Dosierstelle 1 Einlaufbauwerk Dosierstelle 2 Belüfteter Vorteich Dosierstelle 3 vor Scheibentauchkörper Dosierstelle 4 vor Lamellenseparator Nachfällung als Versuch 20

21 Erprobung P-Fällung auf naturnahen Kläranlagen Teich-Scheibentauchköperanlage Sinz Ergebnisse Dosierstelle 1: Einlaufbauwerk Bereich ohne Turbulenzen schlechte Einmischung hoher Fällmittelbedarf, lediglich zeitweise Ablaufwerte P ges < 2 mg/l, Fällmittelablagerungen im Einlaufbauwerk Dosierstelle 3: vor Scheibentauchkörper zeitweise Ablaufwerte P ges < 1 mg/l, stabil < 2 mg/l Ablösung biologischer Rasen auf Scheiben Einbruch Ablaufwerte (u.a. CSB) Keine stabile Einhaltung von P-Grenzwerten Dosierstelle 2: Belüfteter Vorteich Bessere Durchmischung als bei Dosierstelle 1 geringerer Fällmittelbedarf, keine Ablagerungen nur anfänglich stabile Werte P ges < 1 mg/l Ablösung biologischer Rasen auf Scheiben Einbruch Ablaufwerte (u.a. CSB) Dosierstelle 4: vor Lamellenseparator zeitweise Ablaufwerte P ges < 1 mg/l, stabil < 3 mg/l (abhängig von Dosiermenge) Verblockung Lamellenseparator durch Bildung großer Flocken (zu geringer Lamellenabstand) Austrag CSB ohne ständige Reinigung Lamellenseparator 21

22 Erprobung P-Fällung auf naturnahen Kläranlagen Teich-Scheibentauchköperanlage Sinz Fazit aus Dosierung an 4 Stellen der bestehenden Kläranlage STK-Anlage und Lamellenseparator nicht zur P-Fällung bemessen Dosierung vor Scheibentauchkörperanlage oder Lamellenseparator ohne bauliche Veränderungen bei unbesetzten Kläranlagen kaum praktikabel. Stabilität? Risiken? Bemessung der Nachklärung (Lamellenseparator) bei Neubaumaßnahmen für P-Fällung Ergänzung bestehende Anlagen um Nachfällung Sicherer Betrieb ohne Personalmehraufwand Mehrkosten bei Bau und Betrieb 22

23 Erprobung P-Fällung auf naturnahen Kläranlagen Teich-Scheibentauchköperanlage Sinz Ergebnisse der Versuche zur Nachfällung Nachfällung: Funktion bei geeigneter Oberflächenbeschickung und Absetzvolumen gegeben Bemessungsvorgaben auf Basis eines einzelnen Versuchs nicht zu entwickeln Forschungsbedarf Weiterer Versuch zu P-Elimination: Einsatz nachgeschalteter Lavsandbodenfilter 23

24 Erprobung P-Fällung auf naturnahen Kläranlagen Versuche Bayerisches Landesamt für Umwelt Ergebnisse der Versuche zur Nachfällung Kläranlage H. (500 EW) Absetzteich Scheibentauchkörper Dortmundbrunnen Nachklärteich Dosierstelle: Ablauf STK P-Eliminationsrate Absetzteich/STK: ca. 40 % (ohne Fällung) Grenzwert von 2 mg/l mit Nachfällung bei erhöhtem Betriebsaufwand einzuhalten Im Vergleich zu den Ansätzen gemäß A 202 erhöhter Fällmittelbedarf 24

25 P-Elimination auf kleinen Kläranlagen - ein zielführender Weg? 25

26 Immissionsbetrachtungen zur P-Belastung von Gewässern Varianten bei der Herangehensweise Wahl des Immissionsaufpunkts a) Betrachtung jeder einzelnen Einleitstelle (bzw. Kläranlage) b) Betrachtung Gewässerteileinzugsgebiete Wahl der Bezugsmenge bei der Gewässerbetrachtung (1) Mittlerer Niedrigabflusswert MNQ (2) Mittlere Wasserführung MQ 26

27 Immissionsbetrachtungen zur P-Belastung von Gewässern Beispiel: Betrachtungsraum obere Blies KA Güdesweiler II-5 Einzugsgebiet obere Blies KA Bliesen KA Winterbach 27

28 Immissionsbetrachtungen zur P-Belastung von Gewässern Beispiel: Betrachtungsraum obere Blies Ausgangssituation 9,5% 13,6% Kläranlage Variante Inbetriebnahme P ab [mg/l] ᴓ Güdesweiler Belüftete Teiche ,59 76,9% Winterbach Tropfkörperanlage ,90 Bliesen Belebungsanlage ,81 Bliesen ( EW) Güdesweiler (1.600 EW) Winterbach (2.300 EW) Kosteneffiziente Maßnahme Optimierung P-Fällung KA Bliesen (Ablaufmittelwert April - Dezember 2014: 0,40 mg/l) 28

29 Kosteneffizienz von Maßnahmen Ist es wirtschaftlich sinnvoll auf kleinen Kläranlagen Phosphor zu eliminieren? Ausgangssituation im Saarland: 33 Kläranlagen der Größenklasse 4 und 5 rd. 87 % der Anschlussgröße P-Fällung vorhanden Nachrüstung kleiner unbesetzter Trabantenkläranlagen: Betrachtung von Frachten und Kosten Sinn zu hinterfragen 29

30 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! 30