Arbeitshilfe des DWA-Landesverbandes Baden Württemberg für die Treffen der Kläranlagen-Nachbarschaften zum Thema Funktionsstörungen auf Kläranlagen Kap. 4: Reinigungsziel Nitrifikation 4.2 Erhöhte Ammonium-Werte im Ablauf beim Belebungsverfahren Arbeitshilfe des DWA-Landesverbandes Baden Württemberg für die Treffen der Kläranlagen-Nachbarschaften zum Thema Funktionsstörungen auf Kläranlagen Kap. 4: Reinigungsziel Nitrifikation 4.2 Erhöhte Ammonium-Werte im Ablauf beim Belebungsverfahren 1

4.1Allgemeines4 „Warum sind erhöhte Ammonium-Ablaufwerte gefährlich?“ Ammonium-AblaufwerteToxizität von AmmoniakGefahrenpotential 2

4.1 Allgemeines4  Ammonium-AblaufwerteToxizität von AmmoniakGefahrenpotential Frage :  Können erhöhte Ammonium-Werte im Ablauf der Kläranlage (  3 mg/L) wirklich zu Fischsterben führen? Zum besseren Verständnis ein wenig Theorie: 3

4.1Allgemeines: Fischgiftigkeit Ammonium/Ammoniak 4 Ammonium (NH 4 + ) und Ammoniak (NH 3 ) liegen in Wasser in einem Lösungs- gleichgewicht vor: NH 4 + ⇌ NH 3 + H + nicht fisch- fisch- giftig giftig Der Anteil des gelösten Ammoniaks ist direkt vom pH-Wert abhängig: (NH 4 + ) : (NH 3 ) pH-Wert = : 1  fast nur Ammonium, kaum Ammoniak pH-Wert = 9,5 1 : 1  gleich viel Ammonium und Ammoniak Ammonium-AblaufwerteToxizität von AmmoniakGefahrenpotential 4

4.1Allgemeines: Fischgiftigkeit Ammonium/Ammoniak 4 Der Anteil des gelösten Ammoniaks ist außerdem von der Temperatur abhängig: Bei einem bestimmten pH-Wert steigt der Ammoniakgehalt mit zunehmender Temperatur an. Hierzu eine Grafik  Ammonium-AblaufwerteToxizität von AmmoniakGefahrenpotential 5

4.1Allgemeines: Fischgiftigkeit Ammonium/Ammoniak 4 Ammonium-AblaufwerteToxizität von AmmoniakGefahrenpotential NH 4 -N/NH 3 toxisch im Gewässer NH 4 -N in wasserrechtlicher Erlaubnis begrenzt NH 4 -N  Schmutzwasser  Trübwasser (Faulschlamm, Eindicker) 6

4.1Allgemeines: Fischgiftigkeit Ammonium/Ammoniak 4 Während Ammonium für Pflanzen und Tiere unschädlich ist, ist Ammoniak fischgiftig. Tödlich: Karpfen ab 1,2 mg/L NH 3 Forellen ab 0,6 mg/L NH 3 Jungfisch ab 0,4 mg/L NH 3 Fischbrut ab 0,2 mg/L NH 3 Schädigung von: Karpfen ab 0,02 mg/L NH 3 Forellen ab 0,01 mg/L NH 3 Fischbrut ab 0,006 mg/L NH 3 Ammonium-AblaufwerteToxizität von AmmoniakGefahrenpotential 7

4.1Allgemeines4 Auf der Kläranlage wird der Ablaufwert für Ammonium photometrisch bestimmt. Problemfall: Ammoniumgehalt über wasserrechtlicher Erlaubnis! Ammonium-AblaufwerteEigenkontrolleAnalytik 8

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SchrittMögliche Ursachen1. Vertiefungsebene 2. Vertiefungsebene 3. Vertiefungsebene Gegenmaßnahmen Probenahme Sauerstoffzufuhr gestört Instandsetzung O 2 -Regelung gestört nein ja 2.1 richtige Probenahmestelle 2.2 Analysen korrekt O 2 -Gehalt zu niedrig Instandsetzung fehlerhafte Proben AnalytikMess-/Analysen- fehler bei der Best. von NH 4 -N richtige Probenahme Analyse korrekt durchführen Sauerstoff O 2 -Messung gestört Instandsetzung Belebung Schlammalter aerobes Schlammalter zu gering ÜS-Abzug zu hoch ÜS-Abzug vermindern ja Schlammabtrieb NKB nein ja vgl ff Schlammbelastung Schlamm- belastung zu hoch ÜS-Abzug vermindern ja nein Erhöhte Ammonium-Werte im Ablauf (Belebungsanlagen) 4 10

O 2 -Gehalt zu niedrig4 Ammonium-AblaufwerteBelebungSauerstoff Vertiefungs -ebene Kapitel Nr. Schritt mögliche Ursache Thema von Kapitel 4 Fragestellung bzw. Prüfparameter bzw. Gegenmaßnahme 11

4.1 Allgemeines4 Es wurden erhöhte Ammonium-Werte im Ablauf gemessen – Ammonium-AblaufwertePraxisleitfadenÜberleitung  Schrittweise Fehlersuche mit Hilfe des Praxisleitfadens der DWA 12

SchrittMögliche Ursachen1. Vertiefungsebene 2. Vertiefungsebene 3. Vertiefungsebene Gegenmaßnahmen Probenahme Sauerstoffzufuhr gestört Instandsetzung O 2 -Regelung gestört nein ja 2.1 richtige Probenahmestelle 2.2 Analysen korrekt O 2 -Gehalt zu niedrig Instandsetzung fehlerhafte Proben AnalytikMess-/Analysen- fehler bei der Best. von NH 4 -N richtige Probenahme Analyse korrekt durchführen Sauerstoff O 2 -Messung gestört Instandsetzung Belebung Schlammalter aerobes Schlammalter zu gering ÜS-Abzug zu hoch ÜS-Abzug vermindern ja Schlammabtrieb NKB nein ja vgl ff Schlammbelastung Schlamm- belastung zu hoch ÜS-Abzug vermindern ja nein Erhöhte Ammonium-Werte im Ablauf (Belebungsanlagen) 4 13

2.1*richtige Probenahme4 Verwechslung der Proben (Probenahmestelle/Beschriftung)? ▪ Probenreste der letzten Probe ▪ verschmutztes Probenahmegefäß ▪ Probenahme nicht bestimmungsgemäß ▪ Proben nicht gekühlt bzw. nicht stabilisiert ▪ Überlauf des Sammelgefäßes Ammonium-AblaufwerteProbenahmefehlerhafte Probenahme  vgl. Kap. 2, Seite 12 14

SchrittMögliche Ursachen1. Vertiefungsebene 2. Vertiefungsebene 3. Vertiefungsebene Gegenmaßnahmen Probenahme Sauerstoffzufuhr gestört Instandsetzung O 2 -Regelung gestört nein ja 2.1 richtige Probenahmestelle 2.2 Analysen korrekt O 2 -Gehalt zu niedrig Instandsetzung fehlerhafte Proben AnalytikMess-/Analysen- fehler bei der Best. von NH 4 -N richtige Probenahme Analyse korrekt durchführen Sauerstoff O 2 -Messung gestört Instandsetzung Belebung Schlammalter aerobes Schlammalter zu gering ÜS-Abzug zu hoch ÜS-Abzug vermindern ja Schlammabtrieb NKB nein ja vgl ff Schlammbelastung Schlamm- belastung zu hoch ÜS-Abzug vermindern ja nein Erhöhte Ammonium-Werte im Ablauf (Belebungsanlagen) 4 15

2.2*Analyse korrekt durchführen4 ▪ Probe filtrieren (Membran-, Glasfaser-, Faltenfilter) ▪ Analysenvorschrift kontrollieren/beachten ▪ Doppelbestimmung ▪ richtige Küvette ? ▪ Messbereich ▪ Reaktionszeit / Reaktionstemperatur ▪ Verfallsdatum der Reagenzien Ammonium- AblaufwerteAnalytik Mess-/Analysefehler bei der Bestimmung von NH 4  vgl. Kap. 2, Seite 12 16

4.1Allgemeines 4 Probenahme und Analyse waren korrekt – offenbar ist die Nitrifikation gestört.  Ammonium-AblaufwerteEinflussfaktorenNitrifikation Frage :  Welche Faktoren beeinflussen die Nitrifikation? Noch ein wenig Theorie zum besseren Verständnis 17

Nitrifikation 1. Sauerstoff 2. Schlammalter (Temperatur ) 5. Gift- und Hemmstoffe 3. pH-Wert (Säurekapazität) 4.TKN-TKN- Frachtspitzen 6. Zulauf Abwasser Betrieb 4.1 Allgemeines: Einflussfaktoren der Nitrifikation 4 18

4.1Allgemeines: Nitrifikation 4 Die Nitrifikation erfolgt in 2 Schritten: Nitrosomonas: NH 4 +  1,5 O 2  NO 2 -  H 2 O  2H + Ammonium Nitrit Nitrobacter: NO 2 -  0,5 O 2  NO 3 - Nitrit Nitrat Nitrosomonas und Nitrobacter sind nitrifizierende Bakterien (Nitrifikanten). Ammonium-AblaufwerteBelebungSauerstoff und pH 19

4.1Allgemeines: Nitrifikation 4 Gesamtgleichung der Nitrifikation: NH 4 +  2 O 2  NO 3 -  H 2 O  2H +  Die Nitrifikation benötigt viel Sauerstoff.  Durch die Freisetzung von Wasserstoff-Ionen sinkt der pH-Wert. Ammonium-AblaufwerteBelebungSauerstoff und pH 20

4.2Erhöhte Ammonium-Werte im Ablauf (Belebungsanlage) 4 Als erster und wichtigster Parameter wird der Sauerstoffgehalt im Nitrifikationsteil überprüft Ammonium-AblaufwerteBelebungSauerstoff Frage :  Wie sahen die O 2 -Konzentrationen in den letzten 48 h vor den NH 4 -N-Überschreitungen aus? 21

O 2 -Gehalt zu niedrig 4  Beurteilung der letzten 48 Betriebsstunden: O 2 -Gehalt von 0,8 – 1,2 mg/L ist ausreichend  Ist die Messung „repräsentativ“? richtige Messstelle:  nicht am Ende eines längs durchströmten Beckens  nicht zu nah am Kreiselbelüfter  Oberflächenbelüfter: 1m über Beckensohle  Sohlbelüftung: 1m unter Wasserspiegel  Wartung der Messelektrode ordnungsgemäß? Ammonium-AblaufwerteBelebungSauerstoff 22

4.2Erhöhte Ammonium-Werte im Ablauf (Belebungsanlage)4 In den letzten 48 h traten immer wieder längere Phasen mit weniger als 0,8 mg O 2 /L auf: Ammonium-AblaufwerteBelebungSauerstoff  Kontrolle der Sauerstoffeintragsregelung 23

O 2 -Regelung gestört 4 O 2 -Sollwert überprüfen, ggfs. erhöhen O 2 -Führungselektrode überprüfen  Position geeignet ?, Wartungszustand bei intermittierender Denitrifikation:  oberen und unteren Grenzwert des Regelbereiches überprüfen! Bei Betrieb mit intermittierender Denitrifikation sind folgende Zeitintervalle üblich (grobe Richtwerte): t DN = min t N = min Ammonium-AblaufwerteBelebungSauerstoff 24

4.2Erhöhte Ammonium-Werte im Ablauf (Belebungsanlage) 4 Es wurde keine Beanstandung bei der Sauerstoffeintragsregelung gefunden: Ammonium-AblaufwerteBelebungSauerstoff  Kontrolle aller Einrichtungen zur Sauerstoffzufuhr 25

O 2 -Zufuhr gestört4 ▪ Defekte an Verdichtern bzw. Oberflächenbelüftern ▪ Verstopfung der Ansaugfilter bei Gebläsen ▪ verstopfte Belüfter-Elemente ▪ Undichtigkeiten im Druckluftsystem (Rohrleitungen, Belüfter) ▪ Kondenswasser in den Luftleitungen Ammonium-AblaufwerteBelebungSauerstoff 26

4.2Erhöhte Ammonium-Werte im Ablauf (Belebungsanlage)4 Es wurde kein Fehler im Bereich der Sauerstoffversorgung gefunden: Ammonium-AblaufwerteBelebungSchlammalter  Kommen wir zu einer weiteren Randbedingung der Nitrifikation, die besonderen Einfluss hat – dem Schlammalter 27

4.1Allgemeines: Aerobes Schlammalter 4 Die nitrifizierenden Bakterien gewinnen ihre Stoffwechselenergie nicht aus dem Abbau von Kohlenstoffverbindungen (autotrophe Bakterien). Die Vermehrungsrate ist stark abhängig von der Temperatur im Belebungs- becken! Ammonium-AblaufwerteBelebungSchlammalter Durch die Nutzung anderer Energiequellen vermehren sich Nitrifikanten nur sehr langsam. 28

4.1Allgemeines: Aerobes Schlammalter 4 Damit sich ausreichend Nitrifikanten im belebten Schlamm anreichern können, ist die Einhaltung eines aeroben Mindestschlammalters (t TS,aerob  d  ) erforderlich. Dies ist die mittlere Aufenthaltszeit einer Belebtschlammflocke im aeroben Teil des Belebungsbeckens. Ammonium-AblaufwerteBelebungSchlammalter 29

4.2Erhöhte Ammonium-Werte im Ablauf (Belebungsanlage)4 Das aerobe Schlammalter kann berechnet werden. Ammonium-AblaufwerteBelebungSchlammalter  Zuerst die Formel – sieht schlimmer aus, als es ist ! 30

aerobes Schlammalter zu gering4 V N  Nitrifikationsvolumen  m 3  ▪ anteilige Belüftungszeit über Tag oder ▪ belüftete Zone (bei vorgeschalteter DN) TS BB = Trockensubstanz im belebten Schlamm  kg/m 3  (Q d  X TS, AN )  Schlammverlust bei Schlamm- abtrieb ▪ abfiltrierbare Stoffe im Ablauf NKB ▪ Soll  20 mg/l (Trübung  8 NTU) ▪ normalerweise vernachlässigbar klein Q ÜS = Menge Überschussschlamm  m 3 /d  Ammonium-AblaufwerteBelebungSchlammalter 31

aerobes Schlammalter zu gering4 V BB  Volumen Belebungsbecken  m 3  t N = Belüftungsdauer für Nitrifikation  min  t Zyk. = Dauer Gesamtzyklus (N+DN)  min  TS BB = Trockensubstanz im belebten Schlamm  kg/m 3  (Q d  X TS, AN )  Schlammverlust bei Schlamm- abtrieb Q ÜS = Menge Überschussschlamm  m 3 /d  Ammonium-AblaufwerteBelebungSchlammalter 32

aerobes Schlammalter zu gering4 Ammonium-AblaufwerteBelebungSchlammalter Anmerkung: Falls die Belüftungspausen bzw. das unbelüftete Volumen deutlich mehr als 50% der Tageszeit bzw. des gesamten Volumens betragen, kann es zu  Blähschlamm  Unzureichender Stabilisierung  Einbußen der Nitrifikationsleistung ! kommen. 33

4.2Erhöhte Ammonium-Werte im Ablauf (Belebungsanlage)4 Zum besseren Verständnis Ammonium-AblaufwerteBelebungSchlammalter  hier ein Rechenbeispiel 34

aerobes Schlammalter zu gering4 Ammonium-AblaufwerteBelebungSchlammalter 35

4.2Erhöhte Ammonium-Werte im Ablauf (Belebungsanlage)4 Das aktuell eingehaltene Schlammalter muss mit dem Bemessungswert verglichen werden. Hier kommt die Temperatur im Belebungsbecken ins Spiel. Ammonium-AblaufwerteBelebungSchlammalter  Berechnung Mindestschlammalter (Bemessung) 36

aerobes Schlammalter zu gering4 Ammonium-AblaufwerteBelebungSchlammalter 37

aerobes Schlammalter zu gering 4 aerobes Ist-Schlammalteraerobes Mindest-Schlammalter (Soll-Schlammalter) Ammonium-AblaufwerteBelebungSchlammalter T BB  C 

4.2Erhöhte Ammonium-Werte im Ablauf (Belebungsanlage)4 Das aerobe Mindestschlammalter beträgt 8 Tage – eingehalten werden aber nur 6, 3 Tage  vielleicht wurde zu viel Überschussschlamm abgezogen. Ammonium-AblaufwerteBelebungSchlammalter  Kontrolle Überschussschlamm-Abzug 39

ÜS-Abzug zu hoch4 ▪ Überprüfung der abgezogenen ÜS-Menge ▪ Überprüfung des Schlammvolumens vor/nach dem Abzug (Differenz max. 25%) ▪ ÜS-Pumpe kontrollieren ▪ ÜS-Ablaufschieber geschlossen? Ammonium-AblaufwerteBelebungSchlammalter 40

4.2Erhöhte Ammonium-Werte im Ablauf (Belebungsanlage)4 Die Menge an abgezogenem Überschussschlamm ist korrekt Ammonium-AblaufwerteBelebungSchlammalter Frage :  Wodurch kann das Schlammalter noch gesenkt worden sein? 41

Schlammabtrieb NKB4 ▪ CSB- und P ges -Werte im Ablauf erhöht ?  vgl ff oder Kap. 11 (Blähschlamm) Ammonium-AblaufwerteBelebungSchlammalter 42

4.2Erhöhte Ammonium-Werte im Ablauf (Belebungsanlage)4 Das Mindest-Schlammalter wird eingehalten: Ammonium-AblaufwerteBelebungpH-Wert  Überprüfung des pH-Wertes im Belebungsbecken 43

pH-Wert zu hoch / zu gering pH-Messung gestört 4 (Anmerkung: pH-Wert zu hoch  9,0 - pH-Wert zu niedrig  6,6) ▪ pH-Messgerät überprüfen ▪ Kontrollmessung mit Handgerät oder pH-Papier Ammonium-AblaufwerteBelebungpH-Wert 44

4.2Erhöhte Ammonium-Werte im Ablauf (Belebungsanlage)4 Die Messung des pH-Wertes im Ablauf des Belebungsbeckens bzw. des Nachklärbeckens stimmt – der korrekt gemessene pH-Wert liegt längere Zeit unter 6,6. Ammonium-AblaufwerteBelebungSäurekapazität  Überprüfung der Säurekapazität im Belebungsbecken  rechnerisch oder  Küvettentest 45

4.1Allgemeines: Säurekapazität 4 In der Belebungsanlage wird der pH-Wert im wesentlichen durch das Kalk-Kohlensäure-Gleichgewicht gepuffert. Das Maß für die Pufferkapazität des Abwassers bezeichnet man als Säurekapazität K S 4,3 (mmol HCO 3 - /L) K S 4,3 im Zulauf gewöhnlich 4 – 10 mmol HCO 3 - /L K S 4,3 im Ablauf gewöhnlich mind. 1,5 mmol HCO 3 - /L Ammonium-AblaufwerteBelebungSäurekapazität 46

4.1Allgemeines: Säurekapazität 4 In der Belebungsanlage wird der pH-Wert im wesentlichen durch das Kalk- Kohlensäure-Gleichgewicht gepuffert. Kohlensäure reagiert zu Hydrogencarbonat + 1 Wasserstoff-Ion und weiter zu Kohlendioxid und Wasser: H 2 CO 3 ⇌ HCO 3 − + H + ⇌ CO 2 + H 2 O Kohlensäure Hydrogen- Wasserstoff- Kohlen- Wasser carbonat Ion dioxid Weil das Hydrogencarbonat H + -Ionen „abfängt“, hält es den pH-Wert stabil und wirkt als Puffer. Ammonium-AblaufwerteBelebungSäurekapazität 47

4.1Allgemeines: Säurekapazität 4 Verbrauch von Säurekapazität durch Nitrifikation: Bei der Nitrifikation werden pro Mol Ammonium (NH 4 + )  2 Mol Wasserstoff- Ionen (H + ) freigesetzt: NH O 2 ⇌ NO H 2 O + 2 H + Zur Pufferung dieser Wasserstoff-Ionen werden 2 Mol Säurekapazität K S 4,3 verbraucht: 2 H HCO 3 - ⇌ 2 CO H 2 O Ammonium-AblaufwerteBelebungSäurekapazität 48

4.1Allgemeines: Säurekapazität 4 Lösungsgleichgewicht: 2 H HCO 3 - ⇌ 2 CO H 2 O Sammelt sich CO 2 im belebten Schlamm an, wird das Gleichgewicht auf die linke Seite verschoben, d.h. Wasserstoff-Ionen sammeln sich an  der pH-Wert sinkt. Wird das entstandene CO 2 durch vermehrte Belüftung ausgeblasen (= Strippen), verschiebt sich das Gleichgewicht auf die rechte Seite:  die Wasserstoff-Ionen werden gebunden (sofern die Säurekapazität ausreicht)  der pH-Wert steigt. Ammonium-AblaufwerteBelebungSäurekapazität 49

4.1Allgemeines: Säurekapazität 4 kritische Säurekapazität: Säurekapazität wird durch Nitrifikation und saure Phosphat-Fällmittel verbraucht. kritischer Wert im Ablauf des Belebungsbeckens K S 4,3  1,5 mmol HCO 3 - /L Achtung: pH-Wert BB anhaltend  6,6  Zerfall der Belebtschlamm-Flocke  Schlammabtrieb Ammonium-AblaufwerteBelebungSäurekapazität  Verlust an langsam wachsenden Nitrifikanten 50

4.2Erhöhte Ammonium-Werte im Ablauf (Belebungsanlage)4 Die Kontrolle hat ergeben, dass die Säurekapazität unter 1,5 mmol/L liegt. Ammonium-AblaufwerteBelebungSäurekapazität Frage :  Wie kann die Säurekapazität angehoben werden? 51

Säurekapazität zu gering4 Ammonium-AblaufwerteBelebungSäurekapazität 52

4.2Erhöhte Ammonium-Werte im Ablauf (Belebungsanlage)4 Die Überprüfung hat ergeben, dass die Säurekapazität ausreichend ist. Ammonium-AblaufwerteBelebungTKN-Belastung  Möglicherweise hat ein stoßartiger Stickstoffeintrag die Belebungsanlage übermäßig belastet ? 53

4.1Allgemeines: TKN-Fracht-Spitzen 4 TKN = Gesamtstickstoff nach Kjeldahl Berechnung: In Abhängigkeit von den zur Verfügung stehenden Messwerten (Eigenkontrolle), kann die TKN-Fracht auf verschiedene Weisen berechnet oder überschlagen werden:  N ges, ZB  Gesamtstickstoff im Zulauf Belebung (ZB)  Ammonium-Stickstoff Ammonium-Ablaufwerte BelebungTKN-Belastung TKN  N ges,ZB – (NO 3 -N)  (NO 2 -N) Nitrat-Stickstoff Nitrit-Stickstoff TKN  NH 4 -N ∗ 1,4 Ammonium-Stickstoff 54

4.1Allgemeines: TKN-Fracht-Spitzen 4 interne Ursachen:  Zentrat / Filtrat aus der Schlammentwässerung  Faulschlamm (Trübwasser, Überlauf) externe Ursachen:  Abwirtschaftung von RÜBs  Spülstoss aus dem Kanal  Industrielle Einleiter  Saisonale Spitzen  Fäkalschlämme  überregionale touristische Ereignisse (Sport-, Stadtfeste)  Deponiesickerwasser Ammonium-Ablaufwerte BelebungTKN-Belastung 55

4.2Erhöhte Ammonium-Werte im Ablauf (Belebungsanlage)4 Die Überprüfung hat ergeben, dass es zu außerordentlichen Stickstoff-Spitzen in die Belebung gekommen ist. Ammonium-AblaufwerteBelebungTKN-Belastung Frage :  Welche Gegenmaßnahmen kann man ergreifen, um die Nitrifikationsleistung kurzfristig zu verbessern? 56

TKN-Fracht zu hoch4 kurzfristig: ▪ Luftzufuhr kurzfristig erhöhen (bis 3,5 mg O 2 /L) ▪ ggfs. Vergrößerung des belüfteten Beckenvolumens (Belüftung DN-Zone) ▪ TS BB erhöhen (ÜS-Abzug drosseln) mittelfristig: ▪ kontrollierte Abwirtschaftung von RÜBs ▪ ggfs. Zwischenspeicherung und gezielte Abwirtschaftung interner Prozesswässer aus der Schlammentwässerung ▪ ggfs. Zwischenspeicherung und gezielte Abwirtschaftung externer Abwässer (Fäkalien, Deponiesickerwasser) Ammonium-AblaufwerteBelebungTKN-Belastung 57

4.1Allgemeines: TKN-Fracht-Spitzen 4 langfristige Vermeidung von Überbelastung:  Bestimmung Gesamtstickstoff nach Kjeldahl (TKN) bei Mischwasserzufluß  Tagesganglinien für TKN an verschiedenen Wochentagen  Spitzenlastzeiten der Kläranlage kennenlernen  systematische Bestimmung des TKN externer Abwässer Ammonium-Ablaufwerte BelebungTKN-Belastung 58

4.2Erhöhte Ammonium-Werte im Ablauf (Belebungsanlage)4 Die Überprüfung der Betriebsparameter der Belebungsanlage hat keine Hinweise auf die Fehlerquelle erbracht. Ammonium-AblaufwerteZulaufÜberleitung  Jetzt muss nach möglichen Ursachen im Zufluss der Kläranlage gesucht werden (Abwasserbeschaffenheit ). 59

Mischwasserzufluss4 Doppelbelastung:  kurzzeitige NH 4 -N-Frachtspitze aus dem Kanal + hydraulische Verdrängung von NH 4 -N aus der Vorklärung  Verdrängung von belebtem Schlamm in die Nachklärung (Verlust an Nitrifikanten) Ammonium-Ablaufwerte ZulaufHydraulik 60

4.1Allgemeines: Mischwasserzufluss 4 steigende Konzentration von NH4-N im Ablauf infolge Mischwasserzuflusses (Schwentner) Ammonium-Ablaufwerte ZulaufHydraulik 61

erhöhte Kohlenstofffracht4  z.B. Weinbau-Kampagne, Einleitung von Essigsäure oder Ethanol (leicht abbaubare C-Verbindungen)  Problem: installierte Belüftungskapazität reicht nicht aus  O 2 -Gehalt zu niedrig  Maßnahme: falls möglich  Reserve-Aggregat zuschalten Ammonium-Ablaufwerte ZulaufC-Fracht 62

Verminderung alpha-Wert (  ) 4 Definition  : Grenzflächenfaktor (Sauerstoffübertragung vor allem bei Belüftung mit Druckluft  Sauerstoffertrag) (DWA-M 209) Beobachtung: z.B. unerwartete Schaumbildung an Stellen turbulenter Strömung Ursache:  Tenside im Zulauf zur Belebung Gefahr:  Sauerstoffübergang bei Druckluftbelüftung vermindert Maßnahme: falls möglich  Reserve-Aggregat zuschalten Ammonium-Ablaufwerte ZulaufTenside 63

Hemmung der Nitrifikation4 Beobachtung: im Zulauf zur Biologie (letzte 48 Std.)  erhöhter Salzgehalt  erhöhte Leitfähigkeit  ungewöhnlicher pH-Wert  hohe CSB-Werte Frage: Ist die Nitrifikation durch „Giftstoffe“ gehemmt oder sogar ganz zum Erliegen gekommen?  Aktivitäts-Test im Labor (nur bei akut hohen Ammoniumwerten im Ablauf der Belebungsanlage) Ammonium-Ablaufwerte ZulaufHemmstoffe 64

Laborversuch zur Hemmung der Nitrifikation4 Laborversuch: Aktivitätstest 10 l Belebtschlamm (mind. 10 mg NH 4 -N/L erforderlich!) werden im Labor unter definierten Randbedingungen belüftet: ▪ O 2 -Gehalt  ≥ 1,5 mg/L ▪ pH-Wert  ≥ 6,7 ▪ Säurekap.  ≥ 1,5 mmol/L (Kontrolle mit Labormessgeräten)  Probenahme: alle 30 Minuten / max. 0,5 L  Probe filtrieren (Faltenfilter)  Bestimmung NH 4 -N im Filtrat Erwartung ohne Hemm-/Giftstoffe, d.h. Nitrifikation ungestört ▪ NH 4 -N nimmt von Probe zu Probe ab ▪ nach 2-3 Std. Werte gegen 0 Ammonium-Ablaufwerte ZulaufHemmstoffe 65

Laborversuch zur Hemmung der Nitrifikation4 Aktivitätstest Nitrifikation negativ: Beobachtung:  NH 4 -N- Messwerte nehmen nicht oder nur sehr langsam ab  Nitrifikation gehemmt bzw. völlig unterdrückt Maßnahmen:  Belüftung intensivieren  ÜS-Abzug drosseln  keine N-haltigen Prozesswässer  Ursachenforschung (Zulauf, Rückstellproben, evtl. Sielhaut- oder Faulschlamm-Untersuchung in Spezial-Labor) Ammonium-Ablaufwerte ZulaufHemmstoffe 66

Hemmung der Nitrifikation4 Häufige Giftstoffe:  Cyanid  Toluol  diverse Schwermetalle  Pestizide  Thioharnstoff  Herbizide Ammonium-Ablaufwerte ZulaufHemmstoffe 67

Zusammenfassung 68

Mögliche Ursachen für erhöhte Ammoniumwerte im Ablauf Zusammenfassung BetriebAnlageAbwasser Probenahme /Analytikaerobes BeckenvolumenMischwasser Regelbereich O 2 -Steuerunginstallierte GebläseleistungSchmelzwasser (Temperatur) Einstellung GebläseleistungBelüftertechnik hohe TKN-Fracht/ extern: ▪ Fäkalien ▪ Deponiesickerwasser ▪ Spülstoss aus dem Kanal ▪ Tourist. Großveranstaltungen (Turniere, Feste, Saisonstart) ▪ Vorfall Landwirtschaft BelüftungszeitenSteuer- /Regeltechnik belüftetes Beckenvolumen hohe TKN-Fracht /intern: ▪ Schlammentwässerung (Filtrat) ▪ RÜB Säurekapazität (pH, P-Fällung) Industrielle Einleiter (Giftstoffe) Schlammalter (ÜS-Abzug) TKN-Fracht im Tagesgang/Wochengang 69

Zusammen-fassung Betriebliche Sofortmaßnahmen zur Verbesserung der Nitrifikation 4 bei zu niedriger Säurekapazität:  Kalkmilch dosieren  evtl. Fällmittel zur P-Elimination wechseln Ammonium-Ablaufwerte BetriebSäurekapazität 70

Zusammen- fassung Betriebliche Sofortmaßnahmen zur Verbesserung der Nitrifikation 4 bei zu niedrigem Schlammalter:  Überschussschlamm-Abzug drosseln  TS-Gehalt in der Belebung erhöhen  N-haltiges Prozessabwasser (extern/intern) zwischenspeichern  zusätzliche Belastung der Nitrifikation vermeiden Ammonium-Ablaufwerte BetriebSchlammalter 71

Zusammen- fassung Betriebliche Sofortmaßnahmen zur Verbesserung der Nitrifikation 4 bei Sauerstoffmangel:  Belüftung/Gebläseleistung kurzfristig erhöhen:  verbessertes Wachstum Nitrifikanten (O 2 -Versorgung)  Strippen CO 2 (Stabilisierung pH-Wert)  aerobe Zone vergrößern (z.B. Belüftung DN-Zone) bzw. Belüftungs- intervall verlängern Ammonium-Ablaufwerte BetriebSauerstoff 72

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