Biologische Schlammwasserbehandlung mit SBR-Anlagen und sonstigen Verfahren

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1 Biologische Schlammwasserbehandlung mit SBR-Anlagen und sonstigen Verfahren Dieter Schreff

2 Charakteristik der internen Rückbelastung Bei Systemen mit getrennter, anaerober Schlammbehandlung Signifikante Stickstoffrückbelastungen durch interne Prozessabwässer 10-20% interne Rückbelastung bezogen auf N im Zulauf Höhe der Rückbelastung abhängig von Aufbau der KA (einstufig/zweistufig), otr-abbau in der Faulung, Annahme Fremdschlämme/Co-Substrate

3 Unterschiedliche Rückbelastungen durch Teilströme 1. Schlammeindickung: meist gering mit N belastet keine nennenswerte interne Rückbelastung jedoch größter Teil der hydraulischen Rückbelastung 2. Trübwasser aus der Faulung (?) 3. Zentrat bzw. Filtrat aus Schlammentwässerung Maßgebender Anteil der Rückbelastung Typische Ammonium-Konzentrationen mg NH 4 -N/l kaum CSB (CSB:TKN < 1) 4. Brüdenkondensat aus Schlammtrocknung Charakteristik der Prozessabwässer: Hohe N-Konzentrationen Erhöhte und relativ ausgeglichene Temperaturen Geringer Volumenstrom Häufig schwankender Anfall im Wochenverlauf

4 Auswirkungen auf die Bemessung und den Betrieb Nitrifikation im Hauptstrom Belastungsspitzen bei Ermittlung des Sauerstoffbedarfs ggf. berücksichtigen Möglichkeit zur Dämpfung der Spitzen: a) Verlängerung der Entwässerungszeiten b) Bau und Betrieb eines Prozesswasserspeichers Für Bemessung von Biofilmsystemen ist erhöhte N-Fracht zu berücksichtigen Denitrifikation im Hauptstrom Erhöhter N-Gesamtfracht führt zu ungünstigem N/BSB 5 -Verhältnis Anteil an Denitrifikationsvolumen muss erhöht werden Alternativ: externe C-Quelle (Betriebskosten!)

5 Verfahrenstechnische Lösungsansätze 1. Bewirtschaftung/Speicherung Verbesserung der Situation durch gezielte Zugabe der Prozessabwässer Pufferbehälter mit Belüftung für Teilabbau an N-Fracht zu Nitrit 2. Prozesswasserbehandlung Festlegen des Behandlungsziels ggf. Reststoffentsorgung ( Wertstoff ) vorab klären Wirtschaftlichkeit einer separaten Anlage untersuchen

6 Verfahrenstechnische Lösungsansätze Biologische Verfahren Ziel: N-Elimination (N/DN) Nitrifikation (nur N) Nitritation/Denitritation (Sharon) Deammonifikation Ziel: Physikalische Verfahren N-Elimination mit Nährstoffrückgewinnung (N-Dünger) Verfahren: Belebtschlamm (Belebung/Nachklärung, SBR, Chemostat) Biofilm (Tropfkörper, Wirbelbett) Verfahren: Luftstrippung mit saurer Wäsche Membranstrippung Dampfstrippung MAP-Fällung

7 Biologische Verfahren - Nitrifikation/Denitrifikation geeignete Technologie zur Behandlung von Prozesswasser, jedoch auf Grund ungünstigem CSB/N-Verhältnis externe C-Quelle nötig oft als SBR-Verfahren ausgeführt Stabiles, leistungsfähiges Verfahren (Umsatzraten ca. 0,3-0,4 kg N/m³ x d) hoher Sauerstoffbedarf für Nitrifikation (Strombedarf Gebläse!) Sauerstoffeinsparung möglich, wenn anstatt der vollständigen Nitrifikation eine Teilnitritation stattfindet (limitierend oft Säurekapazität)

8 Biologische Verfahren Deammonifikation (1) Ist eine partielle Nitritation zu Nitrit mit anschließender anaerober Oxidation des verbleibenden Ammoniums mit Nitrits zu elementarem Stickstoff, dabei hohes Schlammalter für Planctomyceten erforderlich Theoretische Eliminationsleistung max. 90% Bis zu 50% des Sauerstoffbedarfs können eingespart werden, keine C-Quelle erforderlich. Probleme oft durch unerwünschte Nitratbildung (vergl. N/DN), Möglichkeit um Nitritoxidation zu verhindern: Auswaschung der NOBs durch Einstellung eines geringen aeroben Schlammalters bei hohen Temperaturen (Selektion, vergl. DEMON-Verfahren) Ausnutzung der unterschiedlichen Sensibilität gegenüber Ammoniak Limitierung des Wachstums der NOBs durch geringe Sauerstoffgehalte und/oder Intervallbelüftung

9 Biologische Verfahren Deammonifikation (2)

10 Biologische Verfahren Deammonifikation (3) Unterscheidung der Verfahrensvarianten in 1. Belebtschlamm- oder Biofilmsysteme 2. Einstufige Verfahren (z.b. DEMON, CANON, PNAA) 3. Zweistufige Verfahren (z.b. Sharon/Anamox, Terra-N-Verfahren, AnitaMox) Für die Bemessung des Reaktorvolumens stehen noch keine anerkannten Regeln zur Verfügung. Bisher Dimensionierung meist über Raumbelastung bzw. Raum-Umsatzleistung. Lange Inbetriebnahmephasen!

11 Raumumsatzleistung [kg-n/m³xd] Biologische Verfahren Deammonifikation (4) 1,2 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 0,0 Vergleich der Umsatzraten in verschiedenen Anlagen mit Deammonifikation in Europa

12 Biologische Verfahren Deammonifikation (5) Vereinfachtes Schema zweistufiges Sharon/Annamox-Verfahren

13 Biologische Verfahren- Deammonifikation (6) Speicher SBR M M M M M Feststoffentnahme (Bestand) Beschickungspumpe (geplant) Belüfterplatten Einstufige SBR-Anlage Gebläse

14 Biologische Verfahren- Deammonifikation (7)

15 Spez. Stromverbrauch (kwh/kg DN) Biologische Verfahren- Deammonifikation (8) Pilotanlage ZKA Ingolstadt ( ) SBR 1 (N/DN): SBR 2+3 (Deammo): bei 4000 kg Stickstoffumsatz/Monat 4,0 kwh/kgn abgebaut bei 2000 kg Stickstoffumsatz/Monat 2,0 kwh/kgn abgebaut 9,0 8,0 7,0 6,0 5,0 4,0 3,0 2,0 1,0 0, Stickstoffumsatz kg DN pro Monat SBR 1 SBR 2 SBR 3 Fazit: 1) Stromeinsparung ca. >50% 2) Spezifischer Stromverbrauch sinkt mit Auslastung

16 Verfahrensvergleich zwischen N/DN und Deammonifikation Kriterien Nitrifikation/ Deammonifikation Denitrifikation Temperatur (Optimum) C C Sauerstoffbedarf (Nitrifikation/Nitritation) Kohlenstoffbedarf (Denitrifikation) 4,7 kg O2 / kg NH4-N 3,4 kg O2 / kg NH4-N für ca. ½ N-Fracht 2,9 kg CSB /kg NO3 - N-Elimination < 95 % < 90 % N- Umsatzleistung (Praxis) 0,3 kg/m³ x d < 0,5 kg/m³ x d Schlammalter > 15 d (N) < 2 d (AOB) > 30 d (Anamox)

17 Fazit Rückbelastung = maßgebender Stoffstrom bei anaerober Schlammbehandlung und Entwässerung Prozesswasserbehandlung dann, wenn keine wirtschaftliche Hauptstrombehandlung möglich, oder verfahrenstechnisch problematisch. Gute Erfahrungen zur biologischen Prozesswasserbehandlung mit konventionellen Verfahren Nitrifikation/Denitrifikation mit externer C-Quelle Neues Verfahren Deammonifikation weist deutliche Vorteile in puncto Betriebskosten (Strom und Kohlenstoffquelle) auf. Bisherige Erfahrungen zeigen unterschiedliche Leistungsfähigkeiten und Prozessstabilität, grundsätzliches Prozessverständnis wächst... Umbau bestehender Prozesswasserbehandlungsanlagen ist möglich, wichtig hierbei Geduld und motiviertes Betriebspersonal.

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