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 Handout für die Teilnehmer 1

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- 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 2

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) 3

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

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 5

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 6

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 7

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. 8

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

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 10

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 11

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 12

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 13

Zusammen-fassung Betriebliche Sofortmaßnahmen zur Verbesserung der Nitrifikation 4 bei zu niedriger Säurekapazität:  Kalkmilch dosieren  evtl. Fällmittel zur P-Elimination wechseln Ammonium-Ablaufwerte BetriebSäurekapazität 14

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 15

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 16