Säurekapazität in der Belebung einer Kläranlage

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1 LV Bayern, Besprechung der Lehrer Kläranlagen-Nachbarschaft 2014 Säurekapazität in der Belebung einer Kläranlage Dipl.-Ing. Annette Schlicher, Struktur- und Genehmigungsdirektion Süd, Regionalstelle Wasserwirtschaft, Abfallwirtschaft, Bodenschutz, Neustadt a. d. Weinstraße Besprechung der Lehrer der bayerischen Kanal- und Kläranlagen- Nachbarschaften, 12./ Landshut

2 Säurekapazität? Karbonathärte? Säurebindungsvermögen? ph- Wert?

3 LV Bayern, Besprechung der Lehrer Kläranlagen-Nachbarschaft 2014 Definitionen und Bestimmung

4 Definitionen und Bestimmung ph-wert ph = - log [ H + Konzentration] ph = 8 bedeutet 10-8 = 0, mol/l H + Ionen ph = 2 bedeutet 10-2 = 0,01 mol/l H + Ionen

5 Bestimmung der Säurekapazität durch Titrieren

6 LV Bayern, Besprechung der Lehrer Kläranlagen-Nachbarschaft 2014 Beschreibung aus dem Grundkurs

7 DWA Kläranlagennachbarschaft Bestimmung der Säurekapazität K S 4,3 Probenahme Belebung (Nitrifikation) filtriert mit Faltenfilter Durchführung 100 ml Abwasserprobe werden mit 0,1-molarer Salzsäure (HCl) bis zu einem ph-wert von 4,3 titriert. Dieser Wert muss länger als 2 Minuten bestehen. Der Verbrauch an HCl entspricht der Säurekapazität in mmol/l. Folie aus : Das Kalk-Kohlensäure-Gleichgewicht in der biologischen Abwasserreinigung, Fa. KRONOS

8 Bestimmung durch Schnelltest LCK362 Säurekapazität Ks 4,3 Küvetten-Test Messbereich 0,5-8 mmol/l

9 Was bewirkt die Säurekapazität im Abwasserreinigungsprozess?

10 Säurekapazität K s = Puffer Was ist ein Puffer? Woraus besteht der Puffer im Abwasser?

11 Säurekapazität K s = Puffer Puffer: Bestreben einer Lösung bei Zugabe von Säure oder Lauge den ph- Wert konstant zuhalten. Im Abwasser wesentlich: Kohlensäure Puffer

12 Kohlensäure-Puffer Kohlensäure kommt im Abwasser in verschiedenen Formen vor: CO 2 (aq) + H 2 O H + + HCO 3 - HCO 3 - H + + CO 3 2-

13 Stoffmengenanteil [%] LV Bayern, Besprechung Lehrer Kläranlagen-Nachbarschaften 2014 Abhängigkeit der Kohlensäure-Ionenkonzentration vom ph-wert CO 2 + H 2 O (H 2 CO 3 ) HCO 3 - CO ph-wert Folie aus : Das Kalk-Kohlensäure-Gleichgewicht in der biologischen Abwasserreinigung, Fa. KRONOS

14 Beispiel der Unterschiedlichkeit der Säurekapazität im Abwasser (Spens, Vedewa, Stuttgart 1992)

15 Einheiten Parameter Dimension Umrechnung Säurekapazität K S mmol/l 1 Hydrogencarbonat HCO 3 mg/l 61 Deutsche Härte o dh 2,8

16 Säurekapazität in der Kläranlage Wie kommt der Puffer/die Säurekapazität im Abwasser zustande? Welche biologischen und chemischen Vorgänge beeinflussen ihn?

17 DWA Kläranlagennachbarschaft Säurekapazität in der Kläranlage Fällmittel Belebung Ks 4,3 KA-Zulauf DeNi NI Nachklärung Ablauf ÜS RS

18 Säurekapazität im Kläranlagenzulauf: K s4,3 des Trinkwassers (1 5 mmol/l) Reinigungsmittel Haushalt ( 2 mmol/l) Hydrolyse von org. Stickstoff org. geb.n NH 4+ + HCO 3 - (50 mg/l NH 4 + umgew. ergeben 3,5 mmol K s4,3 )

19 Trinkwassergewinnung in der Südpfalz

20 Säurekapazität im Kläranlagenzulauf - Trinkwasser Wasserwerk Kuhardt 15,5 dh = 5,5 mmol/l, hart, ph 7,47 Wasserwerk Germersheim 14,8 dh = 5,2 mmol/l, hart, ph 7,76 Wasserwerk Kaiserslautern: 4,21 dh = 0,75 mmol/l, weich Trinkwasser Landshut Ges.härte 20,2 dh = 7,2 mmol/l, hart, ph 7,24

21 Säurekapazität im Kläranlagenzulauf: K s4,3 des Trinkwassers (1 5 mmol/l) Reinigungsmittel Haushalt ( 2 mmol/l) Hydrolyse von org. Stickstoff org.geb.n NH 4+ + HCO - 3 (50 mg/l NH4-N umgewandelt 3,5 mmol K s4,3 )1) 1) Karl Svardal, Institut für Wassergüte und Abfallwirtschaft, Technische Universität Wien; Chemische-physikalische Gleichgewichte und ihre praktische Bedeutung für den Betrieb von Abwasserreinigungsanlagen

22 Säurekapazität Kläranlagenzulauf Hydrolyse von org. N org. geb. N NH 4+ + HCO 3 - (50 mg/l NH 4 umgew. 3,5 mmol/l K s4,3 ) GKA Rülzheim : NH4-N Zulauf: 34 mg/l 2,4 mmol/l KA Germersheim: NH4-N Zulauf: 43 mg/l 3,0 mmol/l

23 Säurekapazität Kläranlagenzulauf KA-Zulauf Säurekapazit ät [mmol/l] Säurekapazität [mmol/l] Säurekapazität [mmol/l] Säurekapazität [mmol/l] Säurekapazität [mmol/l] Trinkwasser Hydrolyse N org. (rechn.) Reinigungsmitt el (Literatur.) Summe (rechn.) gemessen im KA-Zulauf Rülzheim 5,5 2,4 2 9,9 10,7 Germersheim 5,2 3,0 2 10,2 12,6

24 DWA Kläranlagennachbarschaft Säurekapazität in der Kläranlage Fällmittel Ks 4,3 Ks 4,3 DeNi Nitri Nachklärung Ablauf ÜS RS

25 Stoffmengenanteil [%] LV Bayern, Besprechung Lehrer Kläranlagen-Nachbarschaften 2014 Änderung Säurekapazität durch Denitrifikation NO CO 2 + 0,5 H 2 O 0,5 N 2 + 2,5 O + HCO CO 2 + H 2 O (H 2 CO 3 ) OH - OH - HCO 3 - Aufbau Säurekapazität CO Abnahme CO ph-wert Folie aus : Das Kalk-Kohlensäure-Gleichgewicht in der biologischen Abwasserreinigung, Fa. KRONOS

26 Stoffmengenanteil [%] LV Bayern, Besprechung Lehrer Kläranlagen-Nachbarschaften 2014 Änderung Säurekapazität durch Nitrifikation NH O HCO 3 - NO CO H 2 O H CO 2 + H 2 O (H 2 CO 3 ) HCO 3 - Abbau Säurekapazität CO Zunahme CO H ph-wert Folie aus : Das Kalk-Kohlensäure-Gleichgewicht in der biologischen Abwasserreinigung, Fa. KRONOS

27 Änderung der Säurekapazität durch biologische Reaktionen Prozess Nitrifikation pro 1 kg N nitrifiziert Denitrifikation von 1 kg N denitrifiziert Säurekapazität - 0,14 mmol/l + 0,07 mmol/l

28 DWA Kläranlagennachbarschaft Säurekapazität im Verlauf der Abwasserreinigung Fällmittel Nachklärung Ks 4,3 DeNi Nitri Ablauf ÜS RS

29 Änderung der Säurekapazität in der Belebung durch chemische Fällung Me 3+ + H 2 PO 4 - MePO 4 +2 H + Me 3+ + HPO 4 2- MePO 4 + H + Durch Überdosierung des Fällmittels Me 3+ + H 2 0 Me (OH) H +

30 Stoffmengenanteil [%] LV Bayern, Besprechung Lehrer Kläranlagen-Nachbarschaften 2014 Änderung Säurekapazität durch saure Fällmittel Me 3+ + H 2 PO - 4 MePO 4 +2 H + 2 H HCO - 3 H 2 O + CO H CO 2 + H 2 O (H 2 CO 3 ) HCO 3 - Abbau Säurekapazität CO Zunahme CO H ph-wert Folie aus : Das Kalk-Kohlensäure-Gleichgewicht in der biologischen Abwasserreinigung, Fa. KRONOS

31 Änderung der Säurekapazität in der Belebung durch chemische Fällung Kalk oder auch alkalische Fällmittel heben die Säurekapazität an.

32 K S4,3 [mmol/l] DWA Kläranlagennachbarschaft Einfluss der P- Elimination auf die Säurekapazität ,35-0,36-0,29 0, Fe3+ für 5 mg P/l Al3+ für 5 mg P/l PAC für 5 mg P/l NaAl(OH)4 für 5 mg P/l Folie aus : Das Kalk-Kohlensäure-Gleichgewicht in der biologischen Abwasserreinigung, Fa. KRONOS

33 K S4,3 [mmol/l] DWA Kläranlagennachbarschaft Einfluss der P- und Nitrifikation auf die Säurekapazität ,35-0,36-0,29 0,36-2 Nitri von 30 mg NH4-N/l ,29 Fe3+ für 5 mg P/l Al3+ für 5 mg P/l PAC für 5 mg P/l NaAl(OH)4 für 5 mg P/l Folie aus : Das Kalk-Kohlensäure-Gleichgewicht in der biologischen Abwasserreinigung, Fa. KRONOS

34 K S4,3 [mmol/l] DWA Kläranlagennachbarschaft Einfluss der P- und N-Elimination auf die Säurekapazität 3 2 2,2 1 0, ,35-0,36-0, ,29 NI von 30 mg NH4-N/l DN von 30 mg NO3-N/l Fe3+ für 5 mg P/l Al3+ für 5 mg P/l PAC für 5 mg P/l NaAl(OH)4 für 5 mg P/l Folie aus : Das Kalk-Kohlensäure-Gleichgewicht in der biologischen Abwasserreinigung, Fa. KRONOS

35 Wie viel Säurekapazität muss sein? Kritisch: Säurekapazität < 2 mmol/l

36 DWA Kläranlagennachbarschaft Folgen zu geringer Säurekapazität - Schädigung der Flocke - Wachstumsvorteile für Fadenbakterien - Reduzierung von Reaktionsgeschwindigkeiten - Betonkorrosion

37 Folgen zu geringer Säurekapazität Schädigung der Flocke (aus Zur Nitrifikation von Abwässern mit geringer Säurekapazität, Teichgräber, Essen, KA 2,91)

38 Säurekapazität und NH 4 -Abbau (aus Einfluss der Säurekapazität auf die Abbauleistung biol. Abwasserreinigungsanlagen, Schönherr et. al, Universität der Bundeswehr München, 2007)

39 Betonkorrosion

40 Maßnahmen bei zu geringer Säurekapazität Denitrifikation erhöhen Dosierung von Alkalien Wahl des Fällmittels

41 Fotos aus dem praktischen Teil der NB-Veranstaltung

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44 Danke für ihre Aufmerksamkeit Dipl.-Ing. Annette Schlicher Regionalstelle Wasserwirtschaft, Abfallwirtschaft, Bodenschutz STRUKTUR- UND GENEHMIGUNGSDIREKTION SÜD Karl-Helfferich-Straße 22; Neustadt Telefon ; Telefax