Dr- Schreff DWA-Bayern – Lehrerbesprechung 2010 Stickstoffrückbelastung Quellen ● Relevanz ● Lösungsansätze Dr.-Ing. Dieter Schreff

Dr- Schreff Gesamtschema Abwasser- und Schlammbehandlung VKBBiologie NKB Eindickung FaulungEntwässerung Trocknung Interne Kreislaufströme = Rückbelastung! N (PS): 25 – 50 mg/g oTR P (PS): 7 – 13 mg/g oTR N (ÜS): 90 – 120 mg/g oTR P (ÜS): 25 – 80 mg/g oTR Fremdschlamm Co-Fermentation

Dr- Schreff Kläranlage mit Faulung Getrennte, anaerobe Schlammstabilisierung Rückbelastung! Schlammalter t TS = 10 – 18 d

Dr- Schreff Kläranlage „ohne“ Faulung Simultane, aerobe Schlammstabilisierung Schlammalter t TS ≥ 25 d

Dr- Schreff Interne Rückbelastung durch Schlammbehandlung Quelle:Grömping, M., Haeske, J., Kolisch, G.: Separate Teilstrombehandlung von Prozesswasser der Schlammentwässerung kommunaler Kläranlagen in Deutschland - Vorstellung ausgeführter Anlagen. In: Stickstoffrückbelastung. Enviro Consult, Aachen, 1998 Interne Rückbelastung durch Schlammbehandlung … (1)zwischen 10 und 20 % bezogen auf den Zulauf beim Stickstoff und Phosphor (2)Hydraulische Rückbelastung zu vernachlässigen (bei komm. KA) (3)Abhängig von der Art der Schlammbehandlung (…)

Dr- Schreff Interne Kreislaufströme – Relevanz Schlammeindickung (statisch oder MÜSE) Wenig Stickstoff, bei statischer ED und bio-P: erhöhte Phospor-Rückbelastung Größter Anteil an hydraulischer Rückbelastung Trübwasser aus Faulung (= anaerobe Schlammstabilisierung) Nur bei diskontinuierlicher Betriebsweise Zentrat/Filtrat aus Schlammentwässerung Kaum CSB, allerdings schwer-abbaubare Anteile Hohe Stickstoffkonzentration (600 – mg/l) abhängig von TR,  oTR, etc. Ggf. unregelmäßiger Anfall (Entwässerungszeiten!) Brüden aus Schlammtrocknung Entfällt bei Niedertemperaturtrocknungssystemen

Dr- Schreff Auswirkungen auf die Abwassereinigung (Hauptstrom) Nitrifikation: -mehr Beckenvolumen wegen Stoßbelastungen bzw. erhöhtem Schwankungsfaktor (maximale/mittlere Fracht) -ebenso erhöhter Sauerstoffbedarf -ggf. erhöhte Ablaufkonzentrationen Denitrifikation: -mehr Beckenvolumen wg. schlechterem C/N-Verhältnis -ebenso erhöhte Rezirkulation (bei VDN) bzw. verlängerte anoxische Phasen -ggf. erhöhte Ablaufkonzentrationen + Bewirtschaftung + 24h-SEW-Betrieb + Teilstrombehandlung + Dosierung C-Quelle

Dr- Schreff Bewirtschaftung der Prozessabwässer Alternativ: Zudosierung in den Nachtstunden, Achtung: N/C-Verhältnis! Primärschlamm (aus Vorklärung) Überschuss- Schlamm (vom Voreindicker) Polymer- dosierung Regeleinheit Zentrifugen Faul- behälter Zulauf KA Pufferbehälter Schlamm- lagerung Mengenausgleich über 24 Stunden

Dr- Schreff Verfahrensübersicht Biologische Verfahren Ziel: N-Elimination (N/DN) Nitrifikation (nur N) Nitritation/Denitritation (Sharon) Deammonifikation Verfahren: Belebtschlamm (Belebung, SBR, Chemostat) Biofilm (Tropfkörper, Wirbelbett) Physikalische Verfahren Ziel: N-Elimination mit Wertstoffrückgewinnung Verfahren: Luftstrippung mit saurer Wäsche Dampfstrippung MAP-Fällung (pH-Wert-Verschiebung) + Temporärer Betrieb möglich + geringere Investitionskosten + Akzeptanz + kein Reststoffanfall

Dr- Schreff Chemisch-physikalische Verfahren Dampfstrippung im Unterdruck - Wärmebedarf (T ca. 130°C) - hoher Laugebedarf (NaOH) - Produktverwertung („Starkwasser“) MAP*)-Fällung (bei bio-P-Anlagen) *) Magnesium-Ammonium-Phosphat - P-Rückgewinnung (Dünger!) - hoher Chemikalienbedarf (MgO bzw. MgCl 2, H 2 PO 4 ) - Trennung durch Hydrozyklon für Produktverwertung (MAP) Luftstrippung mit saurer Wäsche -Wärmebedarf -hoher Laugebedarf (NaOH) und Säurebedarf (H 2 SO 4 ) -Produktverwertung („Ammoniumsulfat“) Quelle: Spittal_Strippung_Saure_Waesche.pdf

Dr- Schreff Biologische Behandlung mit SBR-Verfahren („konventionell“, N/DN) Hilfsmitteldosierung (Methanol, Fällmittel, Entschäumer und Brauchwasserbesprühung) Speicher Zentrat Trübwasser SBR 1 Vorlage Schlamm Ablauf Druckbelüftung (3 Drehkolbengebläse) SBR 3 SBR 2

Dr- Schreff Biologie – alternativ: Nitritation - Denitritation 1 mol NH 4 + 0,5 mol N 2 1 mol NO mol NO 2 - 1,4 mol O 2 CO 2 → 2,9 g CSB (Biomasse) 34 g CSB (Substrat) → 10 g CSB (Biomasse) 25% weniger Sauerstoff 40% weniger Kohlenstoff Umsetzung mit SBR-Verfahren, Steuerung über pH-Wert, z.B. ARA Strass (A)

Dr- Schreff Biologie – alternativ: Deammonifikation 1 mol NH 4 + 0,44 mol N 2 0,11 mol NO mol NO mol NO 2 - Partielle Nitritation 0,8 mol O 2 CO 2 0,03 mol H + 1,14 mol H + CO 2 Anaerobe Ammonium- oxidation 60% weniger Sauerstoff 100% weniger Kohlenstoff 60% 40% Umsetzung mit Biofilm- oder SBR-Verfahren, z.B. KA Hattingen (D), Heidelberg (D), Zürich (CH)

Dr- Schreff Vergleich konventionelle – neue biologische Verfahren Neue biologische Verfahren: -Deutlich geringere Betriebskosten (Strom ca. 2,5-3,0 kWh/m³, keine C-Quelle erforderlich, kein/kaum ÜS) -Hohe Umsatzraten, dadurch reduzierte Reaktorvolumina -Vergleichbare Investitionskosten, ggf. erhöhte Anforderungen an die maschinellen Einrichtungen (Variationsbreite der Gebläse, etc.) und ggf. Isolation der Reaktoren -Sensitivität der Mikroorganismen gegenüber pH-Wert bzw. Pufferkapazität, Temperatur, etc. noch nicht ausreichend untersucht (Betriebsstabilität?) - maximal erreichbare Stickstoffelimination ca. 80% - allgemeine Verfügbarkeit (Bemessung/Betrieb, Lizenzen)

Dr- Schreff Zusammenfassung (1) ►Interne Rückbelastung stammt aus unterschiedlichen Quellen, wurde und wird oft unterschätzt oder vergessen. ►Kritisch nur bei getrennter, (an)aerober Schlammstabilisierung. ►Vorwiegend gilt dies für Stickstoff (10 – 20 % der Zulaufbelastung), teilweise aber auch beim Phosphor (insbesondere bei bio-P- Anlagen). ►Verbesserung durch verlängerte Entwässerungszeiten und/oder durch Bewirtschaftung der Prozesswässer (z.B. Q = konst.). ►Teilstrombehandlung sinnvoll, wenn a) hohe bzw. schwankende interne Rückbelastung vorhanden ist b) Kohlenstoffmangel im Hauptstrom (d.h. niedriges C/N-Verhältnis) c) umfangreiche Ausbaumaßnahmen im Hauptstrom dadurch zu vermeiden sind

Dr- Schreff Zusammenfassung (2) ►Konventionelle - biologische Verfahren zur Teilstrombehandlung (z.B. N/DN mit SBR) laufen betriebsstabil ohne großen MSR-Aufwand; allerdings hohe Betriebskosten (Strom + C-Quelle) ►„Moderne“ - biologische Verfahren (über Nitrit bzw. Deammonifikation) weisen deutliche Vorteile hinsichtlich der Betriebskosten auf, hier allerdings (noch) erhöhter MSR-Aufwand. ►Chemisch-physikalische Verfahren (Luftstrippung mit saurer Wäsche) haben ebenfalls hohe Betriebskosten (Chemikalien), allerdings ist hier ein Kostenausgleich durch Wertstoffgewinnung (Dünger) möglich; darüber hinaus sind hier kurzfristige In- /Außerbetriebnahme möglich. ►Die Notwendigkeit und Wirtschaftlichkeit von Maßnahmen zur Prozesswasserbewirtschaftung bzw. –behandlung muss für jede Kläranlage im Einzelfall untersucht und bewertet werden, wobei i.d.R. eine Mindestgröße sinnvoll ist.