Diplomarbeit zur Erlangung des Grades eines Diplomingenieurs erstellt von Miriam Lanzrath

Transkript

1 Einsatz des Hilfsstoffes DOSFOLAT in Abwasserreinigungsanlagen zur Leistungssteigerung und Kostensenkung am Beispiel der Kläranlage Bonn-Duisdorf Diplomarbeit zur Erlangung des Grades eines Diplomingenieurs erstellt von Miriam Lanzrath Köln, im Februar 2007

2 Diplomarbeit Einsatz des Hilfsstoffes DOSFOLAT (Folsäure) in Abwasserreinigungsanlagen zur Leistungssteigerung und Kostensenkung am Beispiel der Kläranlage Bonn-Duisdorf Erstellt von Miriam Lanzrath, Matr.-Nr.: Burgstr Sankt Augustin Betreuer : 1. Prüfer: Dr.- Jörg Strunkheide 2.Prüfer : Prof. Dr.- Ing. Rainer Feldhaus

3 Inhaltsverzeichnis INHALTSVERZEICHNIS ABBILDUNGSVERZEICHNIS III TABELLENVERZEICHNIS V ABKÜRZUNGSVERZEICHNIS VI 1 BEDEUTUNG UND ZIELSETZUNG EINLEITUNG AUFGABENSTELLUNG 3 2 ÜBERBLICK ÜBER INNOVATIVE HILFSSTOFFE CHEMISCHE HILFSSTOFFE Tensidpräparate BIOLOGISCHE HILFSSTOFFE Bakterienpräparate Enzympräparate Vitaminpräparate: Folsäure BIOCHEMISCHE KOMBINATIONSPRODUKTE Das C-N-P-Verfahren BIOPHYSIKALISCHE KOMBINATIONSPRODUKTE Kombinationsprodukt mit Nanopartikeln 19 3 PRAXISVERSUCH MIT DEM HILFSSTOFF DOSFOLAT XS AUSSTATTUNGSMERKMALE DER KLÄRANLAGE BONN-DUISDORF WIRKMECHANISMEN UND EINSATZKRITERIEN DES HILFSSTOFFES DOSFOLAT Wirkmechanismen Versuchszeitraum Dosierung Dosierstelle & Dosiereinrichtung Verfahrensumstellung Meßstellen & Meßparameter BELASTUNGSSITUATION DER KLÄRANLAGE BONN-DUISDORF Chemischer Sauerstoffbedarf Biochemischer Sauerstoffbedarf Phosphat Phosphor PO 4 -P (ortho Phosphat - Phosphor) PHYSIKALISCHE PARAMETER Feststoffgehalte Schlammalter Glühverlust Schlammvolumenindex Temperatur CHEMISCHE PARAMETER 42 Seite I

4 Inhaltsverzeichnis ph-wert FAULGASPRODUKTION ABLAUFWERTE Chemischer Sauerstoffbedarf Ablaufwerte der Nährstoffe ERGEBNISSE DER ZUSATZANALYTIK Gesamter organisch gebundener Kohlenstoff TOC Schwermetalle Arsen Blei Cadmium Chrom Kupfer Nickel Quecksilber Zink ÜBERSCHUßSCHLAMMREDUKTION Berechnung über die spezifische biologische Überschußschlamm-produktion getrennt für beide Straßen Berechnung über die absoluten Überschußschlamm - Feststoffmassen getrennt für beide Straßen im Versuchszeitraum Januar bis Mai Vergleich der Ergebnisse mit der Überschußschlammproduktion in den Referenzzeiträumen 2005 und WIRTSCHAFTLICHKEITSBETRACHTUNG 68 4 ZUSAMMENFASSUNG FEHLER! TEXTMARKE NICHT DEFINIERT. LITERATURVERZEICHNIS 73 EIDESSTATTLICHE ERKLÄRUNG 75 DANKSAGUNG 76 ANHANG 77 Anhang 1: Versuchsdaten Januar bis Juni Anhang 2: Referenzdaten Januar bis Juni Anhang 3: Prüfbericht zur Zusatzanalytik 95 Anhang 4: Massenbilanzen anhand der Mittelwerte 100 Seite II

5 Abbildungsverzeichnis Abbildungsverzeichnis In den Abbildungen rot gekennzeichnete Werte und Trendlinien kennzeichnen immer Werte der Versuchsstraße oder Werte im Versuchszeitraum. Blau hingegen sind alle Referenzwerte oder Referenzzeiträume. Kapitel 1 Abbildung 1.1: Schwimmschlamm verursacht durch Microthrix 2 Abbildung 1.2: Komponenten des ganzheitlichen Systems 3 Kapitel 2 Abbildung 2.1: Grundsätzlicher Aufbau eines Tensid-Moleküls 6 Abbildung 2.2: Typischer Aufbau einer Zellmembran 7 Abbildung 2.3: Dispergierung von Öltröpfchen durch Tenside 8 Abbildung 2.4: mikroskopische Aufnahme eines Zangenrädertierchens 8 Abbildung 2.5: Enzymatische Metabolisierung von polymeren Substanzen 12 Abbildung 2.6:Bildung von Tetrahydrofolsäure 14 Abbildung 2.7: C-Bilanz a) bei konventioneller und b) bei C- N - P Verfahrensführung 15 Abbildung 2.8: Vergleich der C N P O Verhältnisse bei konventioneller und C-N-P Verfahrensführung 17 Abbildung 2.9: Schematische Darstellung eines katalytisch beschichteten Nanoteilchens _ 19 Kapitel 3 Abbildung 3.1: Lageplan der Kläranlage Bonn-Duisdorf 24 Abbildung 3.2: Dosiereinrichtung 27 Abbildung 3.3: Dosierstelle im Rücklaufschlammschacht 27 Abbildung 3.4: Entwicklung des ÜS - Abzuges 29 Abbildung 3.5: CSB-Belastung im Zulauf der Belebung 33 Abbildung 3.6: BSB 5 -Belastung im Zulauf der Belebung 34 Abbildung 3.7: PO 4 -P Konzentration im Zulauf der Belebung 35 Abbildung 3.8: NH 4 -N Konzentration im Zulauf der Belebung 35 Abbildung 3.9: Entwicklung des TS BB 36 Abbildung 3.10: Entwicklung des TS ÜS 36 Abbildung 3.11: Entwicklung des Schlammalters 37 Abbildung 3.12: Entwicklung des Glühverlustes 38 Abbildung 3.13: Entwicklung des Schlammindex 39 Seite III

6 Abbildungsverzeichnis Abbildung 3.14: Temperaturverlauf Versuchszeitraum Januar bis Juni Abbildung 3.15: Temperaturverlauf Referenzzeitraum Januar bis Juni Abbildung 3.16: Entwicklung des ph - Werts im Zulauf Belebung und Ablauf der Filtration_ 42 Abbildung 3.17: Entwicklung der Faulgasproduktion 43 Abbildung 3.18: Entwicklung der CSB - Ablaufwerte der Filtration 44 Abbildung 3.19: NH 4 -N Konzentration im Ablauf der Filtration 46 Abbildung 3.20: NO 3 -N Konzentration im Ablauf der Filtration 47 Abbildung 3.21: TNb- Konzentration im Ablauf der Filtration 47 Abbildung 3.22: PO 4 P - Konzentration im Ablauf der Filtration 48 Abbildung 3.23: Entwicklung des TOC - Gehalts im Feststoff des Überschußschlamm 50 Abbildung 3.24: Entwicklung des TOC - Gehalts im Filtrat des Überschußschlamm 50 Abbildung 3.25: Entwicklung des Parameters Arsen im Überschußschlamm 54 Abbildung 3.26: Entwicklung des Parameters Arsen im Ablauf der Nachklärung 54 Abbildung 3.27: Entwicklung des Parameters Arsen im entwässerten Schlamm 54 Abbildung 3.28: Entwicklung des Parameters Blei im Überschußschlamm 55 Abbildung 3.29: Entwicklung des Parameters Blei im Ablauf der Nachklärung 55 Abbildung 3.30: Entwicklung des Parameters Blei im entwässerten Schlamm 55 Abbildung 3.31: Entwicklung des Parameters Cadmium im Überschußschlamm 56 Abbildung 3.32: Entwicklung des Parameters Cadmium im Ablauf der Nachklärung 56 Abbildung 3.33: Entwicklung des Parameters Cadmium im entwässerten Schlamm 56 Abbildung 3.34: Entwicklung des Parameters Chrom im Überschußschlamm 57 Abbildung 3.35: Entwicklung des Parameters Chrom im Ablauf der Nachklärung 57 Abbildung 3.36: Entwicklung des Parameters Chrom im entwässerten Schlamm 57 Abbildung 3.37: Entwicklung des Parameters Kupfer im Überschußschlamm 58 Abbildung 3.38: Entwicklung des Parameters Kupfer im Ablauf der Nachklärung 58 Abbildung 3.39: Entwicklung des Parameters Kupfer im entwässerten Schlamm 58 Abbildung 3.40: Entwicklung des Parameters Nickel im Überschußschlamm 59 Abbildung 3.41: Entwicklung des Parameters Nickel im Ablauf der Nachklärung 59 Abbildung 3.42: Entwicklung des Parameters Nickel im entwässerten Schlamm 59 Abbildung 3.43: Entwicklung des Parameters Quecksilber im Überschußschlamm 60 Abbildung 3.44: Entwicklung des Parameters Quecksilber im Ablauf der Nachklärung 60 Abbildung 3.45: Entwicklung des Parameters Quecksilber im entwässerten Schlamm 60 Abbildung 3.46: Entwicklung des Parameters Zink im Überschußschlamm 61 Abbildung 3.47: Entwicklung des Parameters Zink im Ablauf der Nachklärung 61 Abbildung 3.48: Entwicklung des Parameters Zink im entwässerten Schlamm 61 Abbildung 3.49:Aufsummierung des ÜS-Abzug in der Versuchs- und Referenzstraße 64 Abbildung 3.50: Aufsummierung des ÜS - Abzug im Versuchs- und Referenzzeitraum 66 Seite IV

7 Tabellenverzeichnis Tabellenverzeichnis Kapitel 3 Tabelle 3.1: Standardparameter 30 Tabelle 3.2: Zusatzparameter 31 Tabelle 3.3: Vergleich der mittleren Ablaufkonzentrationen der Filtration 45 Tabelle 3.4: Grenzwerte für Schwermetalle im Filtrat aus Indirekteinleiterverordnung 52 Tabelle 3.5: Massenbilanz der Versuchsstraße für den Zeitraum Januar bis Mai Tabelle 3.6: Massenbilanz der Referenzstraße für den Zeitraum Januar bis Mai Tabelle 3.7: Massenbilanz der gesamten Belebung für den Referenzzeitraum Tabelle 3.8: Massenbilanz der gesamten Belebung für den Referenzzeitraum Tabelle 3.9: Ermittlung des wirtschftlichen Ertrages 69 Seite V

8 Kapitel 1: Bedeutung und Zielsetzung 1.1 Einleitung Abkürzungsverzeichnis AFG % Ausfaulgrad AFG-oTR % Ausfaulgrad bezogen auf die organische Trockenmasse AFG-TR % Ausfaulgrad bezogen auf die Trockenmasse BG Bestimmungsgrenze BSB kg/d Biochemischer Sauerstoffbedarf CSB mg/l Chemischer Sauerstoffbedarf EPS Extrazelluläre Polymere Substanzen EW Einwohnergleichwerte GV % Glühverlust ISV ml/g Schlammindex RF ÜS Überschußschlamm Reduktionsfaktor SB t TS Schlammbestand THF Tetrahydrofolsäure TOC mg/l Gesamter organisch gebundener Kohlenstoff TS g/l Trockensubstanzgehalt TS BB g/l Trockensubstanzgehalt im Belebungsbecken TS R kg Feststoffmasse im Belebungsbecken TS RS g/l Trockensubstanzgehalt des Rücklaufschlamm TS ÜS g/l Trockensubstanzgehalt des Überschußschlamm t TS d Schlammalter tts, 0 d mittleres Schlammalter ÜS Überschußschlamm ÜS R kg/d Überschußschlammproduktion V BB m³ Volumen des Belebungsbecken V ÜS m³/d Überschußschlamm- Abzugsmenge Seite VI

9 Kapitel 1: Bedeutung und Zielsetzung 1.1 Einleitung 1 Bedeutung und Zielsetzung 1.1 Einleitung Mit den gesetzlichen Vorgaben zur Klärschlammdeponierung die seit 2005 nach der Technischen Anleitung (TA) Siedlungsabfall in Kraft getreten sind, entfällt die Deponierung als Entsorgungsweg. Das Verbot für die Deponierung von Abfällen mit einem Glühverlust > 5 Masse - %, betrifft somit alle Klärschlämme. Dies führt für alle Schlämme zur relativ teuren Verbrennung als Vorbehandlung vor der Ablagerung. Die landwirtschaftliche Verwertung von Klärschlamm entfacht eine intensive Diskussion insbesondere unter dem Gesichtspunkt der ökologischen Vertretbarkeit. Es werden noch neue Vorschriften zur Verminderung von Krankheitserregern/Giftstoffen in der menschlichen Nahrungskette erarbeitet. Auch der Neuentwurf der EU-Klärschlammrichtlinie sieht eine Verschärfung der Schadstoffgrenzwerte vor. Dies führt zu einer Anhebung der Kosten für diesen Verwertungsweg, der derzeit noch zu den günstigsten zählt [15]. Somit stehen immer weniger Entsorgungsmöglichkeiten immer mehr zu entsorgenden Schlammassen gegenüber. Auf den Bereich der Schlammbehandlung und entsorgung entfallen 30 bis 50 % der Betriebskosten einer Kläranlage [9]. Infolgedessen erklärt sich von selbst, daß alle Verfahren, die den Anfall von Klärschlamm reduzieren, sowohl im Belebtschlammverfahren als auch im Faulungsprozeß, unter Kosten- und Umweltaspekten günstige Auswirkungen haben. Zudem gibt das Kreislaufwirtschafts- und Abfallgesetz (Krw/AbfG) vor, daß die Vermeidung über die Verwertung und die Entsorgung von Abfällen gestellt wird [15]. Auch die Absicherung der Abnahme und Vergütung von Strom aus Faulgas durch das Erneuerbare Energien Gesetz (EEG) sollte nicht außer Acht gelassen werden. Erneuerbare Rohstoffe wie die schnell wachsende Biomasse erlangen neben Solarenergie, Windenergie und Wasserkraft immer mehr an Bedeutung zur Substitution fossiler Energieträger. Insbesondere unter dem Gesichtspunkt der Verknappung und Verteuerung von Öl und Gas. [9] Das Energiepotential aus Abwässern kommunalen Ursprungs wird in Deutschland mit 5*10³ GWh/Jahr beziffert. [12] Die energetische Nutzung des Methans aus natürlichen mikrobiellen Stoffwechselprozessen ist in der Wasserwirtschaft bekannt, wurde jedoch bisher nicht intensiviert und fast ausschließlich zur Deckung des Eigenenergiebedarfs angewandt. Die Kläranlagen in Deutschland haben im Rahmen der Erfüllung der Wasserrahmenrichtlinie einen hohen Entwicklungsstand erreicht bzw. werden diesen in Kürze erreichen. Nur führte die Inbetriebnahme neuer Anlagen immer wieder zu bisher nicht bekannten Betriebserfahrungen. Beispielsweise traten durch die Umstellung des Belebtschlammprozesses, auf die Prozeßziele Stickstoff- und Phosphorelimination, Probleme mit Schwimmschlamm durch Bildung fadenförmiger Bakterien an den Belebtschlammflocken (u.a. Microthrix) auf. Durch den Einschluß von Gas führt dies zu einer aufgeblähten Schlammflocke, die statt sich am Boden der Nachklärung abzusetzen, an der Oberfläche treibt. Seite 1

10 Kapitel 1: Bedeutung und Zielsetzung 1.1 Einleitung Abbildung 1.1: Schwimmschlamm verursacht durch Microthrix Im Bereich der Abwasser- und Schlammbehandlung wurde zwar versucht, in der Natur ablaufende Prozesse teilweise zu kopieren und in entsprechende technische Prozesse umzusetzen. Fakt ist aber, daß bei der technischen Abbildung offenbar übersehen wurde, daß die Natur sich weiterer Komponenten wie Tenside, Enzyme, Biokatalysatoren, Vitamine usw. bedient, die sich im gegenwärtigen Klärwerkprozeß nicht bzw. in einer nicht hinreichenden Konzentration wiederfinden. Aus dem Bereich der Pharmazie und Biotechnologie existieren hier viele Denkansätze, die zum Teil in den Abwasserreinigungsprozeß einfließen können. Hier ist die Wissenschaft gefordert, geeignete Denkansätze und Innovationen aufzugreifen und deren praktische Umsetzung im Klärwerkbereich zu untersuchen. [14] Die Skepsis gegenüber Innovationen ist in Deutschland im Vergleich zu anderen Ländern groß, so daß meist an bekannten und bewährten Technologien festgehalten wird, die in den einschlägigen Regelwerken zu finden und in der Praxis weit verbreitet sind. Zum einen liegt das an den mangelhaft ausgereiften Produkten manch windiger Hersteller, die mit fiktiven Referenzen für ihre Produkte werben. Zum anderen sind Betreiber von Abwasseranlagen mit der Fülle an neuen, innovativen Produkten am Markt überfordert, und warten erst einmal ab um zu sehen, was sich bewährt, um unerwünschte Auswirkungen oder unbekannte Wechselwirkungen mit anderen Produkten zu vermeiden. Die erhöhten Anforderungen an die Qualität des zu reinigenden Abwassers und den Umweltschutz, die steigenden Schlammassen, die rückläufigen Entsorgungsmöglichkeiten und die vorherrschenden Betriebsprobleme, verbunden mit dem heutzutage ausschlaggebenden Ziel, Kosten zu sparen, führen dazu, daß doch immer mehr Kläranlagenbetreiber biologische Hilfsstoffe auf ihren Kläranlagen einsetzen. Seite 2

11 Kapitel 1: Bedeutung und Zielsetzung 1.2 Aufgabenstellung 1.2 Aufgabenstellung Biologische Abwasserreinigungsanlagen nach dem Belebtschlammverfahren arbeiten nur bedingt unter kontrollierten Bedingungen (schwankende Abwasserparameter, mangelnde Anlagenoptimierung). Die Mikroorganismen finden daher in der Regel keine optimalen Bedingungen vor, insbesondere schnell wechselnde Bedingungen mit hoher Sauerstoffzufuhr können zu ungünstigen Betriebseigenschaften (Blähschlamm, Sedimentationsprobleme etc.), hohen Betriebskosten durch hohen Energieeinsatz, hohe Schlammentsorgungskosten und Kosten für weitere Maßnahmen führen. Zur Verbesserung der Bedingungen werden häufig vermeidbare Umbau- bzw. Erweiterungsmaßnahmen in Angriff genommen, ohne im Vorfeld zu prüfen, inwieweit der Einsatz von Hilfsstoffen (Tenside, Folsäure, Enzyme, Kalk etc.) zur Unterstützung der Prozeßtechnologie zielführend sein kann. In unterschiedlichem Umfang kann durch Hilfsstoffe die für die Abbauprozesse erforderliche aktive Biomasse erhöht werden. Wesentliches Ziel gegenwärtiger Arbeiten ist es, einen Handlungskatalog zu erstellen, um die Innovationen im Bereich der Technologie der Abwasserbehandlungsanlagen in ein ganzheitliches Konzept zu integrieren. Es deckt die Bereiche Hilfsstoffe, Technische Ausstattung und Steuerungs- und Regelungsverbesserungen einzeln und in ihrer Wechselwirkung zueinander im Sinne einer Gesamtoptimierung ab. Der Einsatz von Hilfsstoffen (Gruppe I) dient zur Unterstützung der Prozeßtechnologie. Die Ausstattung der Kläranlagen (Gruppe II) umfaßt die baulichen und die maschinentechnischen Komponenten einschließlich der elektrotechnischen Ausrüstung. Durch Modifikation der Steuerungs- und Regelungstechnik (Gruppe III) sollte es möglich sein, Kläranlagenablaufwerte deutlich zu verbessern, Energie und somit Kosten im Betrieb der Belebungsanlage einzusparen. [17] GRUPPE I Einsatz von Hilfsstoffen Erstellung und Umsetzung des ganzheitlichen Konzeptes GRUPPE II Verbesserung der Ausstattung von Kläranlagen GRUPPE III Steuerungs- und Regelungsverbesserungen Abbildung 1.2: Komponenten des ganzheitlichen Systems Seite 3

12 Kapitel 1: Bedeutung und Zielsetzung 1.2 Aufgabenstellung Im Rahmen dieser Diplomarbeit sind folgende Punkte im Bezug auf die erste Gruppe, den Hilfsstoffen, zu bearbeiten und zu dokumentieren: In einer Literaturrecherche ist ein strukturierter Überblick über Möglichkeiten des Einsatzes von Hilfsstoffen in Abwasserreinigungsanlagen zur Leistungssteigerung und Kostensenkung (Reduktion von Überschuß- und Faulschlamm, Erhöhung der Prozeßstabilität etc.) zu geben. Der mit dem Hilfsstoff DOSFOLAT XS auf der Kläranlage Bonn-Duisdorf durchgeführte Praxisversuch ist wie folgt zu analysieren: Die Wirkmechanismen und die Einsatzkriterien (Dosierstelle, menge, Verfahrensumstellung etc.) des im Praxisversuch eingesetzten Hilfsstoffes DOSFOLAT XS sind eingehend zu beschreiben. Die Betriebsergebnisse der zweistraßigen Anlage (Straße 1 mit DOSFOLAT XS; Straße 2 ohne DOSFOLAT XS) sind hinsichtlich der folgenden Fragestellungen zu analysieren: Wie hoch ist die erzielte Überschußschlammreduktion? Konnte die Leistungsfähigkeit (Prozeßstabilität) der Kläranlage (B-Stufe) erhöht werden? Wie verändern sich die Schlammeigenschaften unter dem Einfluß von DOSFOLAT XS sowohl im Überschußschlamm als auch im zu entsorgenden Schlamm, da häufig die Frage aufkommt, ob existierende Klärschlammentsorgungswege beibehalten werden können? Wie verändert sich der Glühverlust (GV)? Wie verändert sich der Organische Kohlenstoff TOC im Schlamm? Bilanzierung der Schwermetalle im Schlamm (Feststoff) und in der flüssigen Phase (ggf. Aufkonzentration von Schadstoffen etc.) Bilanzierung der Schwermetalle im Ablauf der Kläranlage Bedeutet weniger Überschußschlamm auch weniger Faulgas, oder wird dies durch die längere Aufenthaltszeit im Faulbehälter kompensiert? Kann eine Reduktion der Stickstoffablaufwerte (ggf. auch der CSB-Werte) erzielt werden? Wie stellt sich die Gesamtwirtschaftlichkeit unter Einbeziehung der Teilprozesse der Schlammbehandlung (Entwässerungskosten in je Tonne Feststoff) und -entsorgung (Entsorgungskosten in je Tonne Feststoff) dar? Seite 4

13 Kapitel 2: Überblick über innovativen Hilfsstoffen 2 Überblick über innovative Hilfsstoffe In diesem Kapitel wird in einer umfangreichen Literatur- und Internetrecherche ein strukturierter Überblick über Möglichkeiten des Einsatzes von Hilfsstoffen in Abwasserreinigungsanlagen zur Leistungssteigerung und Kostensenkung gegeben. Es wird nicht das Produkt, sondern die Wirksubstanzen eines Produktes in den Vordergrund der Betrachtungen gestellt. Der Vollständigkeit halber werden in der ersten Übersicht auch Hilfsstoffe erwähnt, die nicht mehr als innovativ gelten, sondern sich im Kläranlagenbetrieb bewährt haben. Im weiteren wird nicht weiter auf diese Produkte eingegangen. Der Einsatz von Hilfsstoffen läßt sich hinsichtlich ihrer Natur grundsätzlich in drei Gruppen aufgliedern: Chemische Hilfsstoffe Biologische Hilfsstoffe Physikalische Hilfsstoffe Sowie deren Kombinationsprodukte Zu den Chemischen Hilfsstoffen zählen: o o o Tensidpräparate Eisensalze Aluminiumsalze Zu den Biologischen Hilfsstoffen zählen: o Bakterienpräparate o Präparate mit Nähr- und Mangelstoffen z.b. Folsäure o Algenpräparate Alginat, Polyuronid aus Braunalgen. Es tauchen immer wieder Algenpräparate am Markt auf, Referenzen konnten jedoch keine gefunden werden, deshalb werden sie hier nicht weiter erwähnt. Sie sollen zur Förderung der Sauerstoffübertragung beitragen. o Enzympräparate Zu den Physikalischen Hilfsstoffen zählen: o o o o Nanopartikel Aktivkohle Kalk Bentonit Bisher wurden auf Kläranlagen Hilfsstoffe überwiegend zur chemischen Phosphorelimination und der maschinellen Schlammentwässerung isoliert eingesetzt. Kombinationspräparate und Präparate mit erweiterten Prozeßzielen gewinnen aber immer mehr an Bedeutung und werden nachfolgend genauer beschrieben. Seite 5

14 Kapitel 2: Überblick über innovative Hilfsstoffe 2.1 Chemische Hilfsstoffe 2.1 Chemische Hilfsstoffe Tensidpräparate Wirkmechanismen Im menschlichen Körper helfen Tenside bei der Verdauung, sie werden in Form von Gallenseife produziert. Im Abwasser sind Tenside aus Wasch- und Reinigungsmitteln vorhanden, sie sind aber schon nach einer Aufenthaltszeit von etwa drei Stunden im Abwassersystem abgebaut. Ihre Einzelbestandteile sind zwar noch im Wasser enthalten, ihre tensidischen Eigenschaften gehen aber durch die Abspaltung des lipophilen (fettliebenden) vom hydrophilen (wasserliebenden) Molekülteil verloren. [14] In Abbildung 2.1 ist der Aufbau eines Tensidmoleküls dargestellt. Je nach der Ladung des hydrophilen Teils lassen sie sich in anionische, kationische, amphotere und nichtionische Tenside unterteilen. Abbildung 2.1: Grundsätzlicher Aufbau eines Tensid-Moleküls Das beim Bioserve - Verfahren eingesetzte Produkt LIPISOL ist eine Kombination aus nichtionischen Tensiden (tierische oder pflanzliche Fette) und stoffwechselanregenden Substanzen (z.b. Thymian). Seite 6

15 Kapitel 2: Überblick über innovative Hilfsstoffe 2.1 Chemische Hilfsstoffe 1. Herabsetzung des Zellmembran-Transportwiderstandes durch Einlagerung von Tensid-Molekülen in die Zellmembran Alle Membranen bestehen aus Proteinen und Lipiden (Phospholipid = Biotensid). Der grundsätzliche Aufbau einer Zellmembran ist in der Abbildung 2.2 dargestellt. Dabei zeigt sich, daß die Lipide in einer Doppelschicht angeordnet und Proteine in verschiedenen Formen in die Membran eingelagert sind. Nach außen ragen die Fortsätze verschiedener Glycolipide und Lipoproteide. Eine Membran ist demnach außen wasserlöslich und innen fettlöslich. Typisch für die beim Bioserve-Verfahren eingesetzten Tenside ist, daß sie in Wechselwirkungen mit der Zellmembran der Abwasserbakterien treten. Durch Adsorption bzw. Komplexbildung können Tenside die Struktur der Zellmembran verändern. Je nach Art und Konzentration der eingesetzten Tenside kommt es zu einer Einlagerung der Tenside in die Membran und dadurch zu einem verringerten Transportwiderstand oder zu einer irreversiblen Schädigung der Zellmembran. Das Bioserve-Verfahren nutzt diesen Effekt in kontrolliertem Umfang im Rahmen der Abwasserreinigung, um eine Intensivierung des biologischen Abbaus des Belebtschlammes zu erzielen. Abbildung 2.2: Typischer Aufbau einer Zellmembran 2. Koaleszenzhemmung der Luftblasen Mikroorganismen sind in der Lage sich direkt an Luftbläschen anzuschließen. Da Tenside koaleszenzhemmend auf Luftblasen wirken, bleiben wesentlich mehr sehr kleine Blasen länger im Belebungsbecken und können so in Kontakt mit den Mikroorganismen treten. Dies führt zu einer deutlichen Verbesserung der Sauerstoffversorgung, die jedoch mit Sauerstoffmeßsonden nicht feststellbar ist, da die Konzentration an gelöstem Sauerstoff durch Tenside in der Regel nicht erhöht wird. Seite 7

16 Kapitel 2: Überblick über innovative Hilfsstoffe 2.1 Chemische Hilfsstoffe 3. Dispergierung der nicht mischbaren Kohlenstoffverbindungen Der Einsatz von Tensiden führt zu einer Dispergierung (siehe Abbildung 2.3) der im Abwasser befindlichen, mit Wasser nicht mischbaren Kohlenstoffverbindungen (v.a. Fette). Durch die Dispersion dieser Stoffe in feinste Tröpfchen wird die Angriffsfläche für Mikroorganismen um ein Vielfaches erhöht. Diese können mit Hilfe der Tenside direkt über ihre Zellmembran mit den dispergierten Tröpfchen in Kontakt treten. Abbildung 2.3: Dispergierung von Öltröpfchen durch Tenside 4. Desintegration des Belebtschlammes an der Dosierstelle Die relativ hohe Tensid - Konzentration an der Dosierstelle bewirkt bei einigen Zellen eine Zerstörung der Zellmembran, so daß der Zellinhalt freigesetzt und als Substrat von den anderen Bakterien eliminiert wird. [15] Durch den weitergehenden und schnelleren Abbau der Abwasserinhaltsstoffe und den Abbau von Teilen des Belebtschlammes haben höher organisierte vorzugsweise räuberische Organismen (z.b. Zangenrädertierchen, Abbildung 2.4) verbesserte Überlebenschancen. Die ansteigende Zahl der räuberischen Organismen hat zur Folge, daß ein Großteil der verfügbaren Nahrungsenergie in CO2 und nicht in Biomasse umgewandelt wird, da sie zum Beutefang viel Nahrung wegen des hohen Energieverbrauchs benötigen. Der Überschußschlammanfall wird so deutlich reduziert. Abbildung 2.4: mikroskopische Aufnahme eines Zangenrädertierchens Seite 8

17 Kapitel 2: Überblick über innovative Hilfsstoffe 2.1 Chemische Hilfsstoffe Dosierung Die zu dosierende Menge an LIPISOL orientiert sich an der mittleren CSB - Fracht im Zulauf der Belebung. Bei einer Anlage mit Faulturm werden in der Regel 1,5 Liter LIPISOL Konzentrat pro Tag und EW Belastung zugegeben. Bei einer Anlage ohne Faulturm normalerweise 2 Liter. Das Produkt braucht vor der Dosierung nicht verdünnt werden. In der Praxis wird jedoch zur Vereinfachung des Pumpvorganges mit einer LIPISOL - Verdünnung von 1:1 gearbeitet. Die Zusammensetzung und Menge wird nach der jeweiligen Aufgabenstellung und Kläranlage variiert. Dosierstelle Die Dosierung erfolgt mit einer Dosierpumpe in den Rücklaufschlammschacht, wenn eine ausreichende Turbulenz gegeben ist. Kann diese nicht gewährleistet werde, ist ein Zugang in die Rücklaufschlammleitung zu legen. Verfahrensumstellung Anders als bei anderen Verfahren erfolgt die Steuerung des Bioserve - Verfahrens mit Hilfe von Bioindikatoren (Mikroorganismen). Sie geben Aufschluß hinsichtlich der Parameter Schlammbelastung, Sauerstoffversorgung und Schlammalter. Sobald sich eine ausreichend große Anzahl höher organisierter Mikroorganismen im System eingestellt hat, ist der Schlammabzug [kg TS/d] schrittweise zu reduzieren. Dabei sollte der Trockensubstanz- Gehalt im Belebungsbecken konstant bleiben. Versuchsergebnisse Die Auswertung bisheriger Betriebsversuche mit LIPISOL belegen, daß grundsätzlich positive Auswirkungen von LIPISOL auf die relevanten Prozeßziele zu erwarten sind. So wurde auf den verschiedenen Kläranlagen das Schlammalter zwischen 10 und 33% erhöht, dadurch wurden Beckenkapazitäten freigeschalten. Die Prozeßstabilität wurde durch den Rückgang von Betriebsprobleme verursachenden Fadenbakterien bedeutend erhöht. Die Stickstoffablaufwerte und der Schlammindex wurden reduziert und somit die Schlammabsetzeigenschaften verbessert. Der Überschußschlamm reduzierte sich je nach Anlage zwischen 20 und 37,5 % und der spezifische Überschußschlammanfall zwischen 20 und 37,5 %. Die mikroskopische Kontrolle des Belebtschlammes ergab eine Verdreifachung der Rädertierchenpopulation innerhalb zwei Wochen als Indikator für die Ausbildung höherorganisierter Lebensformen. Die beim Entwässerungsprozeß eingesetzten Hilfsstoffe konnten deutlich reduziert werden und es wurde eine höhere Ausnutzung des Sauerstoffes in der Belebung durch Erhöhung des aktiven Biomassenanteils im System realisiert. [15, 20] Seite 9

18 Kapitel 2: Überblick über innovative Hilfsstoffe 2.2 Biologische Hilfsstoffe 2.2 Biologische Hilfsstoffe Bakterienpräparate Das Produkt Histosol OP- BIO 10 der Firma Ekolution besteht aus selektiv adaptierten Bakterienstämmen, einem Trägermaterial auf Ligninbasis und Mikro- und Makro-Nährstoffen. Es wurde entwickelt um Abwasser- und Schlamminhaltsstoffe, Geruchsentwicklung und Korrosionserscheinungen in abwassertechnischen Anlagen deutlich zu reduzieren. Wirkmechanismen Das Trägermaterial auf Ligninbasis ist hoch reaktiv und kann rund das tausendfache der eigenen Masse an Schmutzstoffen bzw. Gasen absorbieren. Es wird insbesondere zur Reduzierung geruchsbildender Komponenten wie Schwefelwasserstoff und Merkaptane eingesetzt. Die Bakterienstämme (rund 90 Mrd. Mikroorganismen je Liter Histosol) sind in der Lage, biologisch schwer abbaubare Inhaltsstoffe wie Proteine, Stärke, Zellulose, sowie Fette und Öle zu eliminieren. Der weitergehende Abbau organischer Fraktionen führt im anaeroben Milieu meist zu einer Erhöhung der Faulgasproduktion. Die Mikro- und Makronährstoffe dienen zur Stimulierung der Biozönose zur Intensivierung des Abbaus organischer Fraktionen. Dosierung Die Initialdosierung erfolgt in Höhe von 400 bis 500 ppm bezogen auf die täglich dem Faulbehälter zugeführte Rohschlammenge. Danach sinkt die Dosiermenge auf 40 bis 50 ppm. Dosierstelle Die Dosierung erfolgt in die Rohschlammansaugleitung des Faulbehälters. Versuchsergebnisse In einem großtechnischen Versuch wurde eine Faulgasmehrproduktion von rund 10 % festgestellt, die eine Reduktion des Feststoffgehalts im Faulschlamm von 18% bewirkte. Der Wirkungsgrad der Feststoff-Elimination liegt in derselben Größenordnung, wie die Faulgasmehrproduktion, allerdings sollte man dem System zur vollständigen Optimierung bis zu einem Jahr Zeit lassen. [14] Seite 10

19 Kapitel 2: Überblick über innovative Hilfsstoffe 2.2 Biologische Hilfsstoffe Enzympräparate Enzyme werden zur Behandlung von Primärschlamm und Rohschlamm in der anaeroben Schlammstabilisierung mit dem Ziel einer verbesserten Faulung und Reduktion des Schlammanfalls eingesetzt. Sie sind auch hilfreich zur Verbesserung des Absetz- und Entwässerungsverhaltens. Bei der Primärschlammbehandlung werden in der Regel hydrolytisch wirkende Enzyme wie z.b. Zellulasen, Proteasen oder Carbohydrasen verwendet. Im Faulbehälter werden Hydrolyseenzyme zum weitergehenden Abbau und zur Erhöhung der Gasproduktion eingesetzt. [2] Entscheidungskriterien, ob sich der Einsatz von Enzymen zur Faulungsoptimierung lohnt, sind neben der Zusammensetzung des Rohschlamms (Fettanfall, Industrieanteil) der aktuelle Ausfaulgrad, die Verweilzeit und der aktuelle Bedarf an Flockungshilfsmitteln. [9] Auf dem Markt werden von mehreren Firmen Enzympräparate angeboten, einige sind nachfolgend mit der Dosierung aufgeführt: Die Firma BioPract stellt das Präparat METHA PLUS S/L 120 her. Die Dosierungsmenge beträgt 10 g des substratangepassten cellulolytischen Enzympräparates MethaPlus pro m³ Klärschlamm. [11] Das Enzymstufenpräparat CELLUFERM das von der Firma Schmidt Umwelttechnik, Köln vertrieben wird besteht aus drei Komponenten, dem Hauptpräparat CELLUFERM, dem Präparat Cf-Bioaktiv und dem Proteinhydrolysator HYDRO pro. Das Präparat wird aus den drei Komponenten gemischt und täglich in einer Konzentration von 12 bis 18 g/m³ dem Rohschlamm zudosiert. [18] Mit den Produkten ENCOSOL und NOVAPLUS M der NovaBiotic Dr. Fechter GmbH werden Enzyme zudosiert, die durch die autochthonen Schlammikroorganismen nicht gebildet werden, wie z.b. ß-Glucanasen oder Cellulasen. Die Dosiermenge richtet sich nach der organischen Trockenmasse (otr) des Rohschlamms. Sie liegt je nach otr und Schlammanfall zwischen 2,5 und 15 l/d. Eine neue Entwicklung der Firma NovaBiotic Dr. Fechter GmbH sind rekombinante Enzyme. Diese werden mittels genetisch optimierter Mikroorganismen hergestellt, sie sind preiswerter und aktiver. Die Enzymmischung NOVAREKO enthält u. a. Lipasen und kann bei Kläranlagen, die z.b. ihren Fettfang in den Faulturm entleeren oder keinen Fettfang haben, zu einer deutlichen Steigerung der Wirtschaftlichkeit beitragen. Die Lipasen bauen die Fette zu Glycerin und Fettsäuren ab, die wiederum von den anderen Enzymen umgesetzt werden. Gute Ergebnisse, die mit üblichen Enzympräparaten auf Kläranlagen erwirkt wurden konnten mit diesem Präparat noch gesteigert werden. [9] Seite 11

20 Kapitel 2: Überblick über innovative Hilfsstoffe 2.2 Biologische Hilfsstoffe Wirkmechanismen Enzyme sind Biokatalysatoren (Proteine), d.h. sie ermöglichen oder beschleunigen die Umsetzung oder Aufspaltung eines Stoffs, ohne dabei selbst verbraucht zu werden. Sie werden von lebenden Zellen gewonnen, sind in ihrer Wirkungsweise jedoch nicht an das Vorhandensein ihrer Produzenten gebunden. Die anaerobe Schlammstabilisierung läßt sich in vier Phasen einteilen, bei denen das organische Material durch Mikroorganismen abgebaut wird. Polymere Substanzen werden in der Hydrolysephase von Enzymen gespalten, diese niedermolekularen Substanzen (Zucker, Aminosäuren, Alkohole, Säuren) können dann von den Mikroorganismen verwertet und in Energie für eine optimale Abbauleistung umgesetzt werden. In der nachfolgenden Versäuerungsphase werden die Spaltprodukte zu organischen Säuren, Alkoholen, Wasserstoff (H 2 ) und Kohlendioxid (CO 2 ) umgesetzt. Durch acetogene Bakterien entsteht aus diesen Produkten Essigsäure (Acetogene Phase). Am Ende des Prozesses werden die organischen Bestandteile in der methanogenen Phase partiell als Substrat metabolisiert und so Methan (CH 4 ) gebildet, welches zur Energiegewinnung genutzt werden kann (Abbildung 2.5). Die im Klärschlamm enthaltenen hydrolysestabilen Verbindungen, wie Polysaccharide, hochmolekulare Eiweiße und Lipoproteine sind biologisch schwer abbaubar. Sie werden zum Teil über den Primärschlamm eingetragen (schwer lösliche Cellulosefasern, Fette etc.) oder durch gramnegative Bakterien im Überschußschlamm ausgestoßen (schleimige extrazelluläre polymere Substanzen EPS). Der Überschußschlamm enthält zudem noch anorganische Bestandteile wie Calciumcarbonat (CaCO 3 ). Die enzymatische Hydrolyse von langkettigen Kohlenstoffverbindungen stellt somit einen limitierenden Faktor in der Stoffabbaukette bei der Schlammfaulung dar. [18] Es sind zu wenig natürliche Enzyme vorhanden um genügend Spaltprodukte (Mono- und Oligosaccharide) für die Mikroorganismen zur Energieumwandlung bereit zustellen. [4] Aus diesem Grund werden nur schlechte Wirkungsgrade erreicht, wie eine Auswertung von Stoffbilanzen der Schlammfaulung in über 60 Kläranlagen in Deutschland nach Kühl [9] ergab. Danach liegen die durchschnittliche Ausfaulgrade bei nur 33,8% der Trockenmasse (AFG-TR) und 48,2% der organischen Trockenmasse (AFG-oTR). Abbildung 2.5: Enzymatische Metabolisierung von polymeren Substanzen Seite 12

21 Kapitel 2: Überblick über innovative Hilfsstoffe 2.2 Biologische Hilfsstoffe Des weiteren reagieren Enzyme substratspezifisch, hierdurch sind in der Anwendung unerwünschte Nebenreaktionen, Abbauprodukte oder Auswirkungen auf die Anlagentechnik auszuschließen. Dosierstelle Die Enzymmischung wird mittels handelsüblicher Membranpumpen oder manuell dem Rohschlamm vor dem Faulturm oder direkt in den Faulbehälter (in die Umwälzschlammleitung) zudosiert. Eine mögliche Dosierstelle ist auch die maschinelle Überschußschlammeindickung. Versuchsergebnisse Die aufgezeigten Ergebnisse der Betriebsversuche bestätigen, daß sich der Faulungsprozeß durch den kontrollierten Einsatz eines abgestimmten Enzympräparates deutlich verbessern läßt. In Versuchen auf Kläranlagen mit in Reihe geschalteten Faulbehältern wurde ein Faulbehälter außer Betrieb genommen. Im Ergebnis wurden nicht nur dieselben Ausfaulgrade erreicht, sondern sie konnten noch gesteigert werden. Beim Parallelbetrieb wurden die Enzyme nur in einen Faulbehälter dosiert um im direkten Vergleich die Wirksamkeit des Produkts nachzuweisen. Es konnte in mehreren Fällen der Abbau von Verzopfungen nachweislich auf die Wirkung der Enzyme zurückgeführt werden. In einem anderen Fall verschwand durch den Einsatz von Celluferm die regelmäßig auftretende Schwimmschlammdeckenbildung. Durch den Einsatz der Enzyme ergab sich somit eine erhöhte Betriebsstabilität der Faulungsanlagen. Vom Beginn der Dosierung fällt die Trockensubstanzkonzentration auf ein neues Gleichgewichtsniveau, was zu einem geringeren Bedarf an Konditionierungsmitteln führt. Im Einsatzzeitraum des Produkts Celluferm hat sich der Polymereinsatz um 30 % reduziert. Die Reduktion des Verbrauchs an Flockungshilfsmitteln ist auch auf die bessere Entwässerbarkeit des Faulschlammes zurückzuführen. Des Weiteren konnte die Durchsatzleistung der Entwässerungszentrifuge knapp verdoppelt werden. Durch die Verringerung des Glühverlusts im ausgefaulten Schlamm stiegen die Ausfaulgrade in den Versuchszeiträumen um 25% bezogen auf die gesamte TS-Fracht und um 17% bis 20% bezogen auf die organische TS-Fracht. [9] Die Gasproduktion konnte deutlich verbessert werden, je nach Dosierung (8, 12 oder 18 g/m³) teilweise um bis zu 40%. Dies führt zu einer besseren Energiebilanz der Schlammbehandlung. [13, 18] Seite 13

22 Kapitel 2: Überblick über innovative Hilfsstoffe 2.2 Biologische Hilfsstoffe Vitaminpräparate: Folsäure Vitamine als essentielle Nahrungsbestandteile sorgen unter anderem für die Aufrechterhaltung von Stoffwechselfunktionen und für das Zellwachstum. Jedem Vitamin kommt hierbei eine besondere Aufgabe zuteil. Folsäure wird vielfach als Mangelvitamin bezeichnet und ist in der Embryonalentwicklung unentbehrlich. Die einzelnen Grundbausteine der Folsäure finden auch Verwendung als Bestandteil von Hormonen und Insektenfarbstoffen, wichtiger Bakterienwuchsstoff und Transmitter im zentralen Nervensystem. Reine Folsäure existiert in der Natur nicht. Sie stellt ein reines Kunstprodukt der Isolierung dar und kommt nur in Lebensmitteln vor, die mit Folsäure angereichert wurden, z.b. in Müsli, Salz und Mehl. Die Folsäure läßt sich in die Gruppe der wasserlöslichen B-Vitamine einordnen und kennzeichnet eine Gruppe von über 100 Verbindungen mit sehr ähnlichen Eigenschaften - die Folate. Als Folate bezeichnet man die in der pflanzlichen und tierischen Nahrung vorkommenden Folsäure-Derivate, wohingegen mit dem Begriff Folsäure lediglich die Pteroylmonoglutaminsäure gemeint ist. Wirkmechanismen bei Stoffwechselvorgängen Die Folsäure ist in ihrer aktiven Form an wichtigen Stoffwechselprozessen beteiligt, die sich in den Proteinstoffwechsel und in den Nukleinstoffwechsel gliedern lassen. Die biologisch aktiven Formen der Folsäure sind 5,6,7,8-Tetrahydrofolsäure (THF) und deren Derivate. Beim Abbau und Bildung verschiedener Aminosäuren wirken Folsäure - Coenzyme mit. Folsäure hat einen wichtigen Einfluß auf die DNA - Synthese und auf die Proteinbiosynthese und damit eine große Bedeutung für die fundamentalen Lebensvorgänge, so daß sich ein Folsäure-Mangel in Form spezifischer Störungen bemerkbar macht. [16] Abbildung 2.6:Bildung von Tetrahydrofolsäure Auf die Dosierstelle, Dosiermenge und Versuchsergebnisse des Hilfsstoffes Folsäure wird im Dritten Kapitel näher eingegangen. Seite 14

23 Kapitel 2: Überblick über innovative Hilfsstoffe 2.3 Biochemische Kombinationsprodukte 2.3 Biochemische Kombinationsprodukte Das C-N-P-Verfahren Das C-N-P - Verfahren der Firma HeiENTEC Dr. Heimann Umwelttechnik GmbH, Langgöns setzt bei der Regelung der Atmungsaktivität, über die externe Sauerstoffzufuhr, der Mikroorganismen an. Gleichzeitig werden die Lebensbedingungen durch die Einstellung eines geeigneten C: N: P-Verhältnisses und weiterer Anlagenparameter optimiert. Es wird davon ausgegangen, daß eine Vielzahl von Problemen hauptsächlich dadurch entsteht, daß unkontrollierte, stark wechselnde oder ungünstige Lebensbedingungen für die Mikroorganismen zu geringer Prozeßstabilität und unbefriedigender Reinigungsleistung führen. Als Konsequenz setzt das C-N-P - Verfahren darauf, daß sich bei Schaffung günstiger und weitgehend konstanter Lebensbedingungen eine für das Verfahrensziel geeignete Biozönose einstellt. Bei konventioneller Verfahrensführung einer Belebungsanlage wird der überwiegende Teil des Kohlenstoffs als CO 2 über den Gaspfad ausgetragen. (Abbildung 2.7 a). Dies erfordert einen entsprechend hohen Sauerstoffeintrag von ca. 6-7 t. Ein geringerer Teil der Kohlenstoffeliminierung wird durch Austrag im Überschußschlamm realisiert. Die C-N-P-Strategie realisiert die Kohlenstoffeliminierung zum überwiegenden Teil durch Eintrag in den Überschußschlamm und verminderten Sauerstoffeinsatz von jetzt nur noch 3,5 4 t. (Abbildung 2.7 b): KONVENTIONELLE VERFAHRENSFÜHRUNG C-N-P - STRATEGIE Zulauf Biologie O- 2 Eintrag Austrag als CO kg C Zulauf Biologie O- 2 Eintrag 3, 5-4 Austrag als CO kg C 1000 kg C 6-7 t Austrag im Überschußschlamm 150 kg C Zum Vorfluter kg C Ges. Masse 2-2,5 t TS 1000 kg C t Austrag im Überschussschlamm 100 kg C Zum Vorfluter kg C Ges. Masse 1,2-1,5 t TS Abbildung a Abbildung b Abbildung 2.7: C-Bilanz a) bei konventioneller und b) bei C- N - P Verfahrensführung Seite 15

24 Kapitel 2: Überblick über innovative Hilfsstoffe 2.3 Biochemische Kombinationsprodukte Dosierung Dieser Effekt läßt sich nicht allein durch Verminderung des Sauerstoffeintrags bewerkstelligen. Zunächst muß erst der Sauerstoffbedarf der Mikroorganismen vermindert werden. Hierfür setzt das C-N-P - Verfahren spezielle Hilfsstoffe der ENTEC - Serie ein, die proportional zur TOC - (ersatzweise CSB -) Fracht im Zulauf der Biologie bzw. in die Schlammrückführung dosiert werden. Typische Dosiermengen liegen zwischen kg ENTEC/t TOC bzw kg ENTEC/t CSB. Wirkmechanismen Grundsubstanz sind veredelte Aluminium hydroxid - chloride, die eine sehr große, hydrophobe innere Oberfläche haben. Die Grundverbindung liegt in Form von Makrokationen ( Cluster ) vor. Diese haben die Eigenschaft, im Abwasser eine sehr stabile, große Flocke zu bilden. Durch das gute Separationsverhalten haben sie einerseits eine Funktion als ideales Fällungs-/Flockungsmittel zum anderen bietet die große Oberfläche eine ideale Bewuchsfläche für einen Mikroorganismenrasen und ermöglicht daher die Ansiedlung der anspruchsvollen langsam wachsenden Spezies. Durch adsorptive Effekte bieten die Cluster eine Speicherfunktion für die Nährstoffe des Abwassers. In Zeiten hoher Substratkonzentrationen entziehen sie einen großen Teil der Nährstoffe dem unmittelbaren Zugriff der Mikroorganismen. Sinkt zu einem späteren Zeitpunkt die Substratkonzentration, so bilden die Cluster eine Nahrungsmittelreserve, die jedoch nicht mehr so leicht zugänglich ist und daher insbesondere von den langsam wachsenden, bei der Reinigung effektiveren Organismen genutzt werden kann. Diese haben dadurch bessere, gleichmäßigere Lebensbedingungen und können die unerwünschten, schnell wachsenden Spezies zurückdrängen. Damit braucht man gleichzeitig bei Spitzenbelastung nicht mehr so viel Sauerstoff, und in wenig belasteten Zeiträumen besteht nicht mehr die Gefahr der Überlüftung, da nun die Nahrungsmittelreserve verarbeitet wird. Während sich diese Effekte auch mit anderen adsorptiv wirkenden Substanzen realisieren ließen, wird der entscheidende Optimierungsschritt durch zusätzliche polymere Aminozucker realisiert: Sie verhindern die unerwünschte Autolyse, da sie dem Substrat strukturell ähneln und es so zu einer Konkurrenzsituation um die Anbindungsstelle am Enzym kommt und damit zu einer Hemmung der enzymatischen Reaktionen. Bei geschickter Anpassung an die Gegebenheiten läßt sich die Situation so beeinflussen, daß zwar die Abwasserinhaltsstoffe abgebaut werden, die Autolyse jedoch weitestgehend unterbleibt insgesamt ergibt sich ein gleichmäßigerer Abbau der Abwasserinhaltsstoffe, der auch mit geringerem Sauerstoffeintrag auskommt. Das Zurückdrängen der Schlammautolyse soll also den Erhalt der Biomasse, ein höheres Schlammalter, eine geringere Schlammbelastung und eine Förderung der gewünschten Mikroorganismen bewirken. Seite 16

25 Kapitel 2: Überblick über innovative Hilfsstoffe 2.3 Biochemische Kombinationsprodukte Verfahrensumstellung In dieser Situation mit gleichmäßigem Abbau unter geringerem Sauerstoffbedarf würde ein gleich bleibend hoher Sauerstoffeintrag praktisch eine Überlüftung bedeuten. Die eingetragene Sauerstoffmenge wird daher dem tatsächlichen Bedarf angepaßt, d.h. schrittweise reduziert. Anhand der gemessenen Ablaufwerte, insbesondere der Stickstoffkomponenten, kann man erkennen, wieviel Sauerstoff benötigt wird. Da die Stickstoffwerte stets schnell reagieren, sind sie ohne weiteres als Regelgröße tauglich, ein nachhaltiger Anstieg der Ablaufwerte ist nicht zu befürchten, wenn man die Sauerstoffzufuhr vorsichtig herabsetzt. Versuchsergebnisse Mit den beschriebenen Maßnahmen ist eine Vergleichmäßigung und Erniedrigung der Ablaufwerte für Kohlenstoffverbindungen (TOC, CSB, BSB 5 ), sowie für Stickstoffverbindungen, insbesondere der kritischen Parameter NH 4 -N und NO 3 -N, zu erzielen. Weiterhin ist von einer Eliminierungswirkung für Phosphor auszugehen, was zunächst zwanglos durch den Aluminium-Gehalt der ENTEC - Produkte erklärt werden kann. Bei näherer Betrachtung findet man jedoch, daß typischerweise ß-Faktoren von 0,5 und darunter zu verzeichnen sind. Dies wiederum ist abhängig von der Höhe des Sauerstoffeintrags. Das Überschußschlamm - Volumen nimmt ab, da der Schlamm hydrophober wird, die Flockenstruktur sich verbessert, das Auftreten von Fadenorganismen vermindert wird und Absetzverhalten und Entwässerbarkeit sich verbessern. KONVENTIONELLE VERFAHRENSFÜHRUNG C-N-P - STRATEGIE Die Abnahme der ÜS - Masse ist vor allem auf die geringere Masse an chemisch gebundenem Sauerstoff zurückzuführen, wie in Abbildung 2.9 deutlich zu erkennen ist. Sie beträgt zwischen 30 und 50%. Eine stetige Zunahme des Kohlenstoffgehalts (bis auf > 40 %) und Zunahme des C/N- Verhältnisses (bis auf Werte von 8-10) und des CSB/TOC - Verhältnisses (auf > 4) führt dazu, daß der Schlamm wesentlich weniger Sauerstoff enthält, und somit weiter oxidierbar ist. Ferner ist mit einem verminderten Sauerstoff- und Energieverbrauch zu rechnen. O div. P N C CSB/TOC = 2-3 CSB/TOC > 4 C/N 3-4 C/N 8-10 O div. P N C Abbildung 2.8: Vergleich der C N P O Verhältnisse bei konventioneller und C-N-P Verfahrensführung Seite 17

26 Kapitel 2: Überblick über innovative Hilfsstoffe 2.3 Biochemische Kombinationsprodukte Bei Versuchen wurden wesentlich weniger Betriebsstörungen durch Fadenbakterien festgestellt. Es konnten nachhaltige Verbesserungen des Schlammindex und des Absetzverhaltens erzielt werden. Resultat ist in den meisten Fällen ein ganzjährig unter 100 ml/g (vielfach bei ml/g) liegender Schlammindex, verbunden mit einer höheren Absetzgeschwindigkeit des Schlamms. Dies führt naturgemäß zu geringerer Abtriebsgefahr im Nachklärbecken und damit zu höherer hydraulischer Kapazität. Die verursachte Verminderung der ÜS - Produktion, führt zu einer Erhöhung des rechnerischen Schlammalters. Weiterhin ist zu berücksichtigen, daß sich der Anteil der belebten Biomasse im Schlamm erhöht, so daß sich das effektive Schlammalter noch weiter erhöht. Die Schlammbelastung ändert sich zunächst nicht durch die oben beschriebene Indexabsenkung. Es besteht jedoch die Möglichkeit, den TS-Gehalt in weiteren Grenzen zu variieren und damit eine geeignete Schlammbelastung einzustellen. Die C-N-P Verfahrensführung führt zu einer signifikanten Erhöhung der Anlagenkapazität in Bezug auf abgebaute Frachten. Damit sind bezogen auf das Belebungsbecken - problemlos mittlere Raumbelastungen von 1,2 kg {CSB} /m³ d möglich, mit geringfügigen Einschränkungen auch Raumbelastungen von 1,8 kg {CSB} /m³ d. Diese Angaben gelten für normales häusliches Abwasser. Als Nebenbedingung ist eine Aufenthaltszeit im Belebungsbecken von 3 4 h anzusetzen. [6] Seite 18

27 Kapitel 2: Überblick über innovative Hilfsstoffe 2.4 Biophysikalische Kombinationsprodukte 2.4 Biophysikalische Kombinationsprodukte Kombinationsprodukt mit Nanopartikeln Die Firma inocre kombiniert in ihrem Produkt reacre Mikroorganismen, Biopolymere und Nährstoffe mit Nanopartikeln. Mit der reacre - Produktgruppe lassen sich für verschiedenste Anwendungen mikrobiologische Kombinationsprodukte aus verschiedenen Komponenten Maßschneidern. Wirkmechanismen Die patentierte Wirkungsweise von reacre beruht auf der Erzeugung von aktivem Sauerstoff an katalytisch beschichteten Nanoteilchen. Diese bilden an ihrer Oberfläche Leiterbahnen aus, an deren Kreuzungspunkten es zu Lichtreaktionen kommt. Durch die Photokatalytische Erzeugung von aktivem Sauerstoff werden die Zellwände von schwer abbaubaren, organischen und toxischen Substanzen angegriffen (Photolyse). Abbildung 2.9: Schematische Darstellung eines katalytisch beschichteten Nanoteilchens Eine speziell ausgewählte Lebensgemeinschaft von Mikroorganismen zusammen mit Biopolymeren und Mikronährstoffen sorgt für einen schnellen, weitgehenden und nachhaltigen Abbau von nur schwer abbaubaren Substanzen. Die Mikroorganismen benötigen die Nährstoffe als Nahrungsbasis und Coenzyme. Die konjugierten, funktionellen Biopolymere dienen zum Schutz der Mikroorganismen und zur Stabilisierung des Produktes. Sie setzen sich aus Milchsäure Polymeren und Chitosan - Lactat zusammen, beschleunigen die natürlichen Flockungsvorgänge und heben die Hemmungen durch Schwermetalle auf. Die Mikroorganismen gewinnen ihre Startenergie durch Methanoxidation und aus der Reduktion von Sulfat. Sie sind so entwickelt worden, daß sie sich ihrer Umgebung anpassen und im System die notwendigen Enzyme bilden um die Zellwände der Biomasse aufzubrechen (Hydrolyse). Spezielle Mikroorganismen (anaerobe, anoxische und aerobe) sorgen für einen schnellen Abbau der frei werdenden Substanzen (Zellbruchstücke, Zellflüssigkeit). Der zunächst gehemmte biologische Abbau wird beschleunigt, Schadstoffe werden weitgehend und nachhaltig abgebaut. Seite 19

28 Kapitel 2: Überblick über innovative Hilfsstoffe 2.4 Biophysikalische Kombinationsprodukte Dosierung Die typische Dosierung ist 10 bis 100 ml reacre pro m 3 Zulauf. Als Erstbeimpfung ca. 100 ml reacre pro m 3 Beckenvolumen. Reacre darf nicht verdünnt werden und soll nur in den Originalbehältern gelagert werden. Dosierstelle Die Wirkung von reacre entfaltet sich sowohl im Innern der Belebtschlammflocken im Belebungsbecken, in einem anaeroben Milieu (Faulturm), als auch im durchmischten Klärschlammspeicher vor der Entwässerung. Es kann manuell oder mit Hilfe von Dosierpumpen zugegeben werden. Reacre darf nicht in Verbindung mit Desinfektionsmitteln angewandt werden, da diese die Mikroorganismen schädigen und die Wirkung herabsetzen. Versuchsergebnisse Durch reacre entsteht eine stabile, gegen Streßfaktoren wie extreme Abwassertemperaturen und Einleitungen von Hemmstoffen (toxische und schwer abbaubare Stoffe, Fett, Proteine etc.) immune Biologie. Diese sorgt für einen optimalen Ablauf der empfindlichen Vorgänge bei Nitrifikation / Denitrifikation und der biologischen Phosphor-Eliminierung. Ist der Abbau des CSB durch toxische Stoffe oder schwer abbaubare Substanzen gestört, kann die optimale Menge an organischer Substanz nicht in Biogas umgesetzt werden, sondern verbleibt im Schlamm und bereitet Probleme bei der nachfolgenden Entwässerung und Entsorgung. Die Auswertung zahlreicher Praxisversuche auf kommunalen und industriellen Kläranlagen führte zu dem Ergebnis, daß die Leistungsfähigkeit der Kläranlagen gesteigert, die Reststoffe (Überschuß- und Faulschlamm, entsorgte Klärschlammenge) und Hilfsmittel (Polymer, Eisen etc.) sowie die Kosten reduziert werden können. Durch den Einsatz von reacre konnte ein Anstieg des TS-Gehaltes im Klärschlamm nach der Entwässerung nachgewiesen werden. Gleichzeitig wurde der Glühverlust gesenkt. Dies führte bei manchen Anlagen zu einer Biogasmehrproduktion von über 30% und zu einer Reduzierung des zu entsorgenden Klärschlammes um bis zu 40%. Eine Beseitigung von störendem Schaum und Schwimmschlamm im Eindicker sowie in der Belebung konnte beobachtet werden. Die Entwässerung wurde in vielen Fällen entlastet, das Schlammalter erhöht und somit eine positive Wirkung auf die Stabilisierung der Abbauleistung der Kläranlage erbracht. Durch reacre wird der Abbau von Stickstoffverbindungen, Phosphorverbindungen, kritischem CSB und Organik optimiert und die Widerstandsfähigkeit der biologischen Reinigungsanlage gegen toxische Stöße und Zulaufschwankungen erhöht. Die Kosten der Abwasserbehandlung und Schlammentsorgung werden damit drastisch reduziert. [7, 8] Seite 20

29 3.1 Ausstattungsmerkmale der Kläranlage 3 Praxisversuch mit dem Hilfsstoff Dosfolat XS 3.1 Ausstattungsmerkmale der Kläranlage Bonn-Duisdorf Einzugsgebiet & Einwohnerwerte Das Einzugsgebiet der Kläranlage Bonn-Duisdorf umfaßt die Bonner Ortsteile Duisdorf und teilweise Lengsdorf, sowie die Ortsteile Witterschlick, Volmershoven, Gielsdorf, Impekoven und Oedekoven der Gemeinde Alfter mit insgesamt Einwohnerwerten (EW). Die EW berücksichtigen die angeschlossenen Einwohner und die Industrie, das Malteser Krankenhaus auf dem Hardtberg, einen prognostizierten Einwohnerzuwachs und eine Fäkalienannahme aus den umliegenden Klärgruben. Abwassermengen Die Kläranlage reinigt jährlich 2,6 Millionen Kubikmeter Schmutzwasser aus einem Mischsystem. Der Trockenwetterzufluß beträgt bis zu 143 Liter/Sekunde. Bei Regen verdoppelt sich der Zufluß auf 286 Liter/Sekunde mit Niederschlagswasser von zirka 340 Hektar befestigter Fläche. Außer in den Wintermonaten können täglich bis zu 30 Kubikmeter Fäkalschlamm mitgereinigt werden. Abwasserreinigung Die Abwasserreinigung auf der Kläranlage Bonn-Duisdorf erfolgt in zwei Stufen auf zwei Strassen. In zweistufigen Anlagen wiederholt sich die Belebung, dies kann auch in verschiedenen Formen sein. Sie werden gebaut, wenn eine weitergehende Nitrifikation mit hoher Prozeßstabilität gefordert ist, beispielsweise bei einem hohen Anteil an organischen Verschmutzungen aus der Nahrungsmittelindustrie. Dann gibt es eine zweite gesonderte Nitrifikationsstufe. Das dafür erforderliche höhere Schlammalter bei insgesamt deutlich geringerem Volumenstrom im Vergleich zu einstufigen Belebungsanlagen ist leichter sicherzustellen. Zweistufige Belebungen gibt es in unterschiedlichen Modifikationen, in Duisdorf wird das Adsorptions-Belebungsverfahren (AB-Verfahren) praktiziert. Es unterscheidet sich von den anderen Betriebsweisen durch eine hohe Schlammbelastung in der ersten Stufe, wobei die Schlammkreisläufe der beiden Stufen strikt voneinander getrennt sind. Dies bedeutet eine eindeutige Trennung der Lebensgemeinschaften. Seite 21

30 3.1 Ausstattungsmerkmale der Kläranlage Die A-Stufe Die A-Stufe eignet sich gut zum Abbau der Kohlenstoffverbindungen, zur Phosphorelimination und zur Nitrifikation. Aus der Rechenanlage gelangt das von Grobstoffen gereinigte Abwasser in den belüfteten Sand- und Schwimmschlammfang, der mit einer Sauerstoffzufuhr ausgestattet ist und somit gleichzeitig als Hochlastbelebung genutzt wird. Durch die Rückführung des Belebtschlammes aus der A-Stufe erreicht man hier eine Vermehrung der Mikroorganismen, die die gelösten Schmutzstoffe in absetzbaren Schlamm umwandeln. Danach gelangt das Abwasser in die Zwischenklärbecken, in denen Bandräumer den auf dem Boden abgelagerten Schlamm abtransportieren: entweder als Rücklaufschlamm in das Anaerobbecken oder als Überschußschlamm in den Voreindicker. Mit dem aus dem Kreislauf entnommenem Überschußschlamm wird gleichzeitig auch das Phosphat entfernt. Aus der Zwischenklärung gelangt ein Viertel der Abwassermenge zu den Tropfkörpern, hier werden Lavasteine mit dem vorgeklärten Abwasser berieselt, an deren Oberfläche sich ein biologischer Rasen aus Kleinstlebewesen bildet. Das restliche Abwasser verläßt die A-Stufe und gelangt in die zweite Stufe. In dem Anaerobbecken werden das Abwasser aus den Tropfkörpern und der Rücklaufschlamm aus der Zwischenklärung behandelt. Hier geben die Mikroorganismen Phosphor durch den Sauerstoffabschluß an das so angereicherte Abwasser ab. Dieses wird wieder zurück in die Hochlastbelebung geführt, was bei den Mikroorganismen zu vermehrter Aufnahme von Phosphor aus dem Abwasser durch den Wechsel zwischen anaerobem und aerobem Zustand führt. Die B-Stufe Der zweite Teilstrom aus der Zwischenklärung gelangt in die Schwachlastbelebung, der ersten Station der B-Stufe. Sie ist in vier Abschnitte unterteilt, der erste Abschnitt ist die Anaerobzone (Dephosphatierung). Hier geben die Mikroorganismen unter Sauerstoffausschluß Phosphor ab, ähnlich dem Aerobbecken in der A-Stufe. Der Rücklaufschlamm der B-Stufe wird hier eingeleitet. In der anschließenden Denitrifikationszone, die aus zwei hintereinandergeschalteten Kaskaden besteht, erfolgt unter Sauerstoffausschluß die Stickstoffoxidation. Durch das anaerobe Milieu entnehmen die Bakterien den Sauerstoff aus dem Abwasser und wandeln so Nitrat in elementaren Stickstoff um, der dann in die Atmosphäre entweicht. ½ H 2 O + NO 3-5 CO /2 O + ½ N 2 + OH - Seite 22

31 3.1 Ausstattungsmerkmale der Kläranlage Die dritte Zone ist die Denitrifikations - /Nitrifikationszone auch Flexi - Zone genannt. Sie kann durch abschaltbare Belüfterelemente je nach Bedarf als Nitrifikations - oder Denitrifikationsbecken betrieben werden. Aus der Flexi - Zone gelangt das Abwasser in die Nitrifikationszone, hier wird durch Belüftung ein aerober Zustand erzeugt. In dieser Umgebung finden der Abbau von Kohlenstoffverbindungen und die Umwandlung von Ammoniumstickstoff (NH 4 -N) über Nitrit (NO 2 -N) zu Nitrat (NO 3 -N) statt. NH ,5 O 2 Nitrosomonas NO H 2 O + 2 H + NO ,5 O 2 Nitrobacter - NO 3 NH 4 + 2,0 O 2 Nitrifikanten NO H 2 O + 2 H + Da man aber elementaren Stickstoff haben möchte, muß eine Rezirkulation des Ablaufes in die Denitrifikation erfolgen. In der Nitrifikation erfolgt die biologische Phosphorelimination durch den Milieuwechsel. Die biologische Phosphatelimination wird durch eine chemische Phosphatelimination, durch Zugabe von Fällmittel in die Belebungsbecken, unterstützt. Es werden flüssige Eisenund Aluminiumsalze sowie Kalkmilch zur Fällung benutzt. Der belebte Schlamm wird aus der Schwachlastbelebung in die Nachklärbecken geleitet. Der dort abgesetzte Schlamm wird als Rücklaufschlamm zurück in die Schwachlastbelebung geführt, um die Schlammenge konstant zu halten. Der nicht mehr benötigte Schlamm wird in den Voreindicker geleitet. Filtration Aus dem Ablauf der B-Stufe ist zum Rückhalt der feinstverteilten Abwasserinhaltsstoffe (Suspensa) eine Filtrationseinheit nachgeschaltet um die festgelegten Reinigungsziele sicher zu erreichen. Der Filter setzt sich aus einer Stützschicht aus Kies, einer ersten Filterschicht aus Quarzsand und einer zweiten Filterschicht aus Blähschiefer zusammen. Das biologisch gereinigte Abwasser durchläuft den Filter von oben nach unten. Ein Teil des Filtratwassers wird gespeichert und zur Rückspülung des Filters benutzt. Von hier aus fließt das gereinigte Abwasser durch eine Meßstation, zur Überwachung der Reinigungsleistung, über die Ablaufleitung zum Hauptsammler und weiter über den Randkanal in den Rhein. Seite 23

32 3.1 Ausstattungsmerkmale der Kläranlage Klärschlammbehandlung Der aus dem Abwasserreinigungsprozeß abgezogene Überschußschlamm wird in zwei Faulbehälter gepumpt. Zuvor findet die maschinelle Vorentwässerung zur Schlammengenreduzierung zuerst im Voreindicker und dann in der Siebbandpresse statt. Nach der Ausfaulzeit von 21 Tagen erfolgt eine abschließende Entwässerung des ausgefaulten Schlammes mittels Hochleistungszentrifuge. Der entwässerte Schlamm wird in Containern der Klärschlammverbrennungsanlage auf der Kläranlage Bonn - Salierweg zugeführt oder zur Kompostierung und Rekultivierung verwendet. Das bei der Faulung entstandene Faulgas wird gespeichert und zum Betrieb der Blockheizkraftwerke (BHKW) genutzt. Zusätzlicher Fremdenergiebedarf wird über Erdgas abgedeckt. Das hochbelastete Prozeßwasser aus der Schlammentwässerung wird mittels Kalkfällung neutralisiert und zum Schutz der Mikroorganismen vor Stoßbelastungen dosiert in den Abwasserkreislauf zurückgeführt. Die Abluft aus den abgedeckten Bauwerken wird durch einen Biofilter (Rindenmulch) geblasen und somit zur Minderung der Geruchsemission gereinigt. [5] Abbildung 3.1: Lageplan der Kläranlage Bonn-Duisdorf Seite 24

33 3.2 Wirkmechanismen & Einsatzkriterien 3.2 Wirkmechanismen und Einsatzkriterien des Hilfsstoffes DOSFOLAT Wirkmechanismen In Studien wurde nachgewiesen, daß 65 % aller Kläranlagen einen Vitaminmangel aufweisen. [1] Folsäure steht dabei an erster Stelle. Da Folsäure aufgrund mangelnder Stabilität in wäßriger Lösung nicht in ausreichender Menge vorhanden ist wirkt sie sich limitierend auf die Stoffwechselvorgänge im Prozeß aus. Folsäure wird als Nährstoff benötigt, und in der lebenden Zelle zu dem CoenzymF umgewandelt. Sie wird für den Eiweiß- und Nukleinsäurestoffwechsel benötigt und regelt als stabilisierte 5,6,7,8-Tetrahydrofolsäure den C1-Kohlenstoffwechsel, also den Abbau von Ameisensäure und Sauerstoff zu Kohlendioxid und Wasser. DOSFOLAT XS enthält nicht nur ausreichend Folsäure, sondern zusätzliche biochemische Co-Faktoren, die durch Synergismus eine rasche Umstellung der Stoffwechselaktivität im Belebtschlamm bewirken und somit den Wirkungsgrad des Abbaus signifikant erhöhen. Dies führt zu einem höheren Anteil aktiver Biomasse im System und einer Verminderung anfallender toter Biomasse und damit zur Reduzierung der Überschußschlamm - Produktion. Ohne Folsäure würden die Stoffwechselvorgänge in der Zellmembran trotz ausreichender Luftzufuhr deutlich langsamer ablaufen. Wichtige Teile der Biozönose arbeiten ohne Folsäure ersatzweise mit einem mehrstufigen, langsamen Urzeitstoffwechsel - wie er beispielsweise in der Tiefsee vorherrscht. Bei einer Reihe von Mikroorganismen wurde der Einfluß von Folsäure auf die Wachstumsrate durch Optimierung des Stoffwechsels und der Zellvermehrung nachgewiesen. Durch die Anwesenheit von Folsäure kann ein Stoffwechselweg abgeschaltet werden und dadurch die Kapazität für andere Stoffwechselvorgänge erhöht werden. [10] Da das Vitamin durch Oxidation, Reduktion, Schwermetalle, Wärme und Licht zerstört wird wurde speziell für die Biotechnologie eine für die Zellen verfügbare doppelt stabilisierte Form entwickelt. [1] Die Bioverfügbarkeit kann dadurch beinahe um verdoppelt werden Versuchszeitraum Der Versuch wurde am 9. Januar 2006 gestartet. Der Versuchszeitraum betrug sechs Monate. Die letzten, für diese Auswertung relevanten Versuchsdaten sind vom 12. Juni Da aber eine Zwischenklärung zeitweise außer Betrieb genommen wurde und eine Kaskade in der Straße 2 der B-Stufe zeitweise abgeschaltet werden mußte, konnten die Versuchsdaten des Monats Juni 2006 nicht mit in die Auswertungen einfließen. Seite 25

34 3.2 Wirkmechanismen & Einsatzkriterien Dosierung Das DOSFOLAT XS wurde auf die mittlere CSB-Fracht kontinuierlich über 24 Stunden zugegeben. Wenn kein Mischsystem vorhanden ist, kann die Dosiermenge auch auf den mittleren Trockenwetterzufluß berechnet werden. Die erforderliche Dosfolat XS - Dosiermenge ermittelte sich bei einer mittleren CSB- Fracht von 201 mg CSB/l dies ist der Vorjahresmittelwert - wie folgt: - Initialdosierung in den ersten 15 Tagen mit 0,6 Liter DOSFOLAT/Tonne CSB Das Produkt aus der mittleren Abwasserzuflußmenge und dem mittleren CSB- Gehalt ergibt den CSB-Tageswert in Tonne CSB/Tag: m³ g CSB t CSB = 0, 694 d m³ d Daraus ergibt sich die Tagesdosis des DOSFOLAT XS - Konzentrats in l/d zu: t CSB l Dosfolat 0,694 0,6 = 0,42 d t CSB Bei einer vorgegebenen Verdünnung von 1:400 ergibt sich eine zu dosierende DOSFOLAT - Lösung von 168 Litern pro Tag bzw. 7 l pro Stunde: l 0, = 168l d - Betriebsdosierung ab dem 16. Tag mit 0,13 Liter DOSFOLAT/ Tonne CSB. Tagesdosis des DOSFOLAT XS - Konzentrats in l/d zu: t CSB l Dosfolat 0,694 0,13 = 0,09 d t CSB zu dosierende tägliche DOSFOLAT Lösung: l 0, = 36l bzw. 1,5 l pro Stunde: d Zur Herstellung der DOSFOLAT - Lösung mit einer Konzentration von 1:400 werden 2,5 Liter Dosfolat XS in den Dosierbehälter gegeben und mit enthärtetem Wasser bis auf Liter aufgefüllt. Diese Menge ist in der Startphase für ca. eine Woche ausreichend, für die Betriebsdosierung jedoch zuviel und muß dementsprechend verringert werden, da die Lösung nur ca. eine Woche haltbar ist und danach nicht mehr verwendet werden sollte. Während der Betriebsdosierung sollte also beispielsweise eine Lösung aus 0,6 Litern Dosfolat XS hergestellt werden. l d l d Seite 26

35 3.2 Wirkmechanismen & Einsatzkriterien Dosierstelle & Dosiereinrichtung Für die Untersuchung wurde das Produkt DOSFOLAT XS nur in eine Straße der B-Stufe, der Versuchsstraße eingebracht. Die andere Strasse diente als Referenzstraße, sie wurde ohne die Zugabe der stabilisierten Folsäure weiterbetrieben. Da die Dosierstelle zur intensiven Einmischung der Folsäure eine ausreichende Turbulenz aufweisen muß, wurde der Rücklaufschlammschacht hierfür gewählt. Er ist direkt neben dem Rücklaufschlammpumpwerk, in dessen Betriebsgebäude der DOSFOLAT XS- Dosiertank, die Dosierpumpe und die Enthärtungsanlage untergebracht wurden. Die im Rücklaufschlammschacht angebrachte Fällmitteldosierstelle für die Phosphorelimination mit einer Eisen II chlorid - Lösung (Kronofloc) mußte in den Ablauf der Versuchsbelebungsstraße verlegt werden, damit sie sich nicht mehr in unmittelbarer Nähe der Folsäure-Dosierstelle befand, um gegenseitige Beeinflussungen der beiden Hilfsstoffe auszuschließen und einen reibungslosen Ablauf zu gewähren. Abbildung 3.2: Dosiereinrichtung Abbildung 3.3: Dosierstelle im Rücklaufschlammschacht Seite 27