Funktionsstörungen auf Kläranlagen 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 Thema des heutigen Treffens ist : „Wie geht man vor, wenn die Ammonium-Werte im Ablauf des Belebungsbeckens den Überwachungswert überschreiten?“

„Warum sind erhöhte Ammonium-Ablaufwerte gefährlich?“ 4.1 Allgemeines 4 „Warum sind erhöhte Ammonium-Ablaufwerte gefährlich?“ Ammonium-Ablaufwerte Toxizität von Ammoniak Gefahrenpotential Thema des heutigen Nachbarschaftstreffen sind erhöhte Ammoniumwerte im Ablauf von Belebungsanlagen.

4.1 Allgemeines 4  Ammonium-Ablaufwerte Toxizität von Ammoniak Gefahrenpotential Frage: Können erhöhte Ammonium-Werte im Ablauf der Kläranlage ( 3 mg/L) wirklich zu Fischsterben führen? Zum besseren Verständnis ein wenig Theorie: Es stellt sich die Frage, ob es durch erhöhte Ammoniumwerte wirklich zu Fischsterben kommen kann. Hierzu betrachten wir die Theorie.

Fischgiftigkeit Ammonium/Ammoniak 4.1 Allgemeines: Fischgiftigkeit Ammonium/Ammoniak 4 Ammonium (NH4+) und Ammoniak (NH3) liegen in Wasser in einem Lösungs-gleichgewicht vor: NH4+ ⇌ NH3 + H+ nicht fisch- fisch- giftig giftig Der Anteil des gelösten Ammoniaks ist direkt vom pH-Wert abhängig: (NH4+) : (NH3) pH-Wert = 7 300 : 1  fast nur Ammonium, kaum Ammoniak pH-Wert = 9,5 1 : 1  gleich viel Ammonium und Ammoniak Ammonium-Ablaufwerte Toxizität von Ammoniak Gefahrenpotential Folie selbsterklärend http://www.leguan.com/?Content=Methoden/Gewaesser/Ammonium

Fischgiftigkeit Ammonium/Ammoniak 4.1 Allgemeines: 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-Ablaufwerte Toxizität von Ammoniak Gefahrenpotential Folie selbsterklärend

Fischgiftigkeit Ammonium/Ammoniak 4.1 Allgemeines: Fischgiftigkeit Ammonium/Ammoniak 4 Ammonium-Ablaufwerte Toxizität von Ammoniak Gefahrenpotential NH4-N Schmutzwasser Trübwasser (Faulschlamm, Eindicker) NH4-N/NH3 toxisch im Gewässer NH4-N in wasserrechtlicher Erlaubnis begrenzt Erläuterung der Grafik: Dargestellt ist das Verhältnis von Ammonium zu Ammoniak bei verschiedenen pH-Werten (verschiedene „Bänder“) und bei verschiedenen Temperaturen (obere/mittlere/untere Linie eines „Bandes“) Wichtig ist, dass eine Schädigung der Fischbrut schon bei sehr viel niedrigeren Konzentrationen eintritt, als die tödliche Vergiftung, d.h. ohne sichtbare Anzeichen im Vorfluter! Deshalb gibt es einen Grenzwert in der wasserrechtlichen Erlaubnis. Welche internen Prozesswässer auf der Kläranlage enthalten eine hohe Ammoniumfracht: Neben dem eigentlichen Schmutzwasser vor allem das Wasser aus der Schlammbehandlung !! .

Fischgiftigkeit Ammonium/Ammoniak 4.1 Allgemeines: Fischgiftigkeit Ammonium/Ammoniak 4 Während Ammonium für Pflanzen und Tiere unschädlich ist, ist Ammoniak fischgiftig. Tödlich: Karpfen ab 1,2 mg/L NH3 Forellen ab 0,6 mg/L NH3 Jungfisch ab 0,4 mg/L NH3 Fischbrut ab 0,2 mg/L NH3 Schädigung von: Karpfen ab 0,02 mg/L NH3 Forellen ab 0,01 mg/L NH3 Fischbrut ab 0,006 mg/L NH3 Ammonium-Ablaufwerte Toxizität von Ammoniak Gefahrenpotential Konkrete Konzentrationen, bei denen von einer Schädigung bzw. tödlichen Vergiftung des Fischbestandes (Fischbrut/Jungfische/erwachsene Tiere) auszugehen ist (aus der Abbildung).

Ammonium-Ablaufwerte 4.1 Allgemeines 4 Auf der Kläranlage wird der Ablaufwert für Ammonium photometrisch bestimmt. Problemfall: Ammoniumgehalt über wasserrechtlicher Erlaubnis! Ammonium-Ablaufwerte Eigenkontrolle Analytik Zurück zur Kläranlage: Angenommen, es wurden erhöhte Ammoniumwerte im Ablauf der Kläranlage gemessen – der photometrische Test war positiv. Frage: Was ist zu tun?  Schrittweise Fehlersuche mit Hilfe des Praxisleitfadens bietet sich an.

Das schrittweise Vorgehen ist im Praxisleitfaden in zwei Übersichtstabellen auf den Seiten 30 – 32 übersichtlich zusammengefasst. Die Teilnehmer werden aufgefordert, die Tabellen aufzuschlagen oder zur Hand zu nehmen. Bei Bedarf werden vom Lehrer DIN A3 Kopien zur Verfügung gestellt.

4 Erhöhte Ammonium-Werte im Ablauf (Belebungsanlagen) Schritt Mögliche Ursachen 1. Vertiefungsebene Gegenmaßnahmen 2. Vertiefungsebene 3. Vertiefungsebene Probenahme fehlerhafte Proben 2.1 richtige Probenahmestelle richtige Probenahme nein ja Analyse korrekt durchführen nein Analytik Mess-/Analysen-fehler bei der Best. von NH4-N 2.2 Analysen korrekt ja Belebung Sauerstoff 4.2-101 O2-Gehalt zu niedrig 4.2-201 O2-Regelung gestört Instandsetzung ja nein nein 4.2-301 Sauerstoffzufuhr gestört Instandsetzung 4.2-102 O2-Messung gestört ja Instandsetzung Anhand der Tabelle wird der Aufbau und die Benutzung der Tabelle erläutert: Schritt – in welchem Aufgabenbereich der Kläranlage suche ich nach dem Fehler Mögliche Ursache – was wird untersucht/überprüft? Vertiefungsebenen – wonach schaue ich zuerst (1.Ebene) bzw. danach (2. und 3 Vertiefungsebene) Das Vorankommen erfolgt in Form einer Ja/Nein-Entscheidung. Um die PP-Präsentation für die Teilnehmer übersichtlicher zu gestalten, werden die Punkte der Übersichtstabelle Schritt für Schritt behandelt. nein Schlammalter 4.2-103 aerobes Schlammalter zu gering 4.2-202 ÜS-Abzug zu hoch ÜS-Abzug vermindern ja nein 4.2-302 Schlammabtrieb NKB vgl. 3.2.101 ff nein Schlammbelastung 4.2-104 Schlamm- belastung zu hoch ja ÜS-Abzug vermindern

Ammonium-Ablaufwerte Fragestellung bzw. Prüfparameter bzw. Gegenmaßnahme Vertiefungs-ebene Kapitel Nr. 4.2-101 O2-Gehalt zu niedrig 4 Ammonium-Ablaufwerte Belebung Sauerstoff So werden die Einzelschritte in der PP-Präsentation dargestellt (Beispiel für den Folienaufbau): Die Gestaltung ist so gut wie möglich an die Tabelle angeglichen, damit die Teilnehmer der Präsentation anhand ihrer Übersichtstabelle gut folgen können. Thema von Kapitel 4 mögliche Ursache Schritt

Ammonium-Ablaufwerte 4.1 Allgemeines 4 Es wurden erhöhte Ammonium-Werte im Ablauf gemessen – Ammonium-Ablaufwerte Praxisleitfaden Überleitung Schrittweise Fehlersuche mit Hilfe des Praxisleitfadens der DWA Es wurden also erhöhte Ammonium-Werte im Ablauf gemessen – Wie gehe ich jetzt mit Hilfe des Praxisleitfadens weiter vor?

4 Erhöhte Ammonium-Werte im Ablauf (Belebungsanlagen) Schritt Mögliche Ursachen 1. Vertiefungsebene Gegenmaßnahmen 2. Vertiefungsebene 3. Vertiefungsebene Probenahme fehlerhafte Proben 2.1 richtige Probenahmestelle richtige Probenahme nein ja Analyse korrekt durchführen nein Analytik Mess-/Analysen-fehler bei der Best. von NH4-N 2.2 Analysen korrekt ja Belebung Sauerstoff 4.2-101 O2-Gehalt zu niedrig 4.2-201 O2-Regelung gestört Instandsetzung ja nein nein 4.2-301 Sauerstoffzufuhr gestört Instandsetzung 4.2-102 O2-Messung gestört ja Instandsetzung Schritt 1: Ich überprüfe die Probenahme Mögliche Ursache: Fehler schon bei der Probenahme Wie erfolgt die Probenahme richtig (Gegenmaßnahme) nein Schlammalter 4.2-103 aerobes Schlammalter zu gering 4.2-202 ÜS-Abzug zu hoch ÜS-Abzug vermindern ja nein 4.2-302 Schlammabtrieb NKB vgl. 3.2.101 ff nein Schlammbelastung 4.2-104 Schlamm- belastung zu hoch ja ÜS-Abzug vermindern

Verwechslung der Proben (Probenahmestelle/Beschriftung)? 2.1* richtige Probenahme 4 Verwechslung der Proben (Probenahmestelle/Beschriftung)? ▪ Probenreste der letzten Probe ▪ verschmutztes Probenahmegefäß ▪ Probenahme nicht bestimmungsgemäß ▪ Proben nicht gekühlt bzw. nicht stabilisiert ▪ Überlauf des Sammelgefäßes Ammonium-Ablaufwerte Probenahme fehlerhafte Probenahme Einzelne Punkte erläutern Hinweis: Die Ausführungen zur richtigen Probenahme sind im Praxisleitfaden ausführlich in Kapitel 2 dargestellt (deshalb Verweis auf Kap.2 im gelben Kasten) bzw. Nummer 2.1 in der oberen, linken Ecke. Hat die Überprüfung ergeben, dass bei der Probenahme alles richtig gemacht wurde  nächster Schritt in der Übersichtstabelle  vgl. Kap. 2, Seite 12

4 Erhöhte Ammonium-Werte im Ablauf (Belebungsanlagen) Schritt Mögliche Ursachen 1. Vertiefungsebene Gegenmaßnahmen 2. Vertiefungsebene 3. Vertiefungsebene Probenahme fehlerhafte Proben 2.1 richtige Probenahmestelle richtige Probenahme nein ja Analyse korrekt durchführen nein Analytik Mess-/Analysen-fehler bei der Best. von NH4-N 2.2 Analysen korrekt ja Belebung Sauerstoff 4.2-101 O2-Gehalt zu niedrig 4.2-201 O2-Regelung gestört Instandsetzung ja nein nein 4.2-301 Sauerstoffzufuhr gestört Instandsetzung 4.2-102 O2-Messung gestört ja Instandsetzung Bei der Probenahme ist alles richtig gemacht worden – jetzt überprüfe ich die chemische Analyse im Labor (Schritt 2). Mögliche Ursache: Mess- oder Analysefehler bei der Ammonium-Bestimmung nein Schlammalter 4.2-103 aerobes Schlammalter zu gering 4.2-202 ÜS-Abzug zu hoch ÜS-Abzug vermindern ja nein 4.2-302 Schlammabtrieb NKB vgl. 3.2.101 ff nein Schlammbelastung 4.2-104 Schlamm- belastung zu hoch ja ÜS-Abzug vermindern

Analyse korrekt durchführen 2.2* Analyse korrekt durchführen 4 ▪ Probe filtrieren (Membran-, Glasfaser-, Faltenfilter) ▪ Analysenvorschrift kontrollieren/beachten ▪ Doppelbestimmung ▪ richtige Küvette ? ▪ Messbereich ▪ Reaktionszeit / Reaktionstemperatur ▪ Verfallsdatum der Reagenzien Ammonium- Ablaufwerte Analytik Mess-/Analysefehler bei der Bestimmung von NH4 Einzelpunkte erläutern  vgl. Kap. 2, Seite 12

Ammonium-Ablaufwerte 4.1 Allgemeines 4 Probenahme und Analyse waren korrekt – offenbar ist die Nitrifikation gestört.  Ammonium-Ablaufwerte Einflussfaktoren Nitrifikation Frage: Welche Faktoren beeinflussen die Nitrifikation? Diese Folie nutzen, um die Teilnehmer ins Gespräch einzubeziehen – Ideen/Vorschläge der Teilnehmer sammeln. Noch ein wenig Theorie zum besseren Verständnis

Nitrifikation 4.1 Allgemeines: Einflussfaktoren der Nitrifikation 4 2. Schlammalter (Temperatur) 1. Sauerstoff 3. pH-Wert (Säurekapazität) Nitrifikation 6. Zulauf TKN- Frachtspitzen Einflussfaktoren in der Reihenfolge ihrer Bedeutung Farbliche Unterschiede zeigen an, ob die Einflüsse durch den Betrieb der Anlage bedingt sind (Orange) oder ob sie Abwasserbedingt sind (blau) Zu den Faktoren Sauerstoff und pH-Wert bzw. Säurekapazität kann mit den folgenden Folien die Theorie zur Nitrifikation erläutert werden. Entweder normal weiter in der Präsentation Oder Einzelne Themenfelder anklicken und direkt dorthin springen. 5. Gift- und Hemmstoffe Betrieb Abwasser

Ammonium-Ablaufwerte 4.1 Allgemeines: Nitrifikation 4 Die Nitrifikation erfolgt in 2 Schritten:   Nitrosomonas: NH4+  1,5 O2  NO2-  H2O  2H+ Ammonium Nitrit Nitrobacter: NO2-  0,5 O2  NO3- Nitrit Nitrat Nitrosomonas und Nitrobacter sind nitrifizierende Bakterien (Nitrifikanten). Ammonium-Ablaufwerte Belebung Sauerstoff und pH Die Nitrifikation findet in 2 Teilschritten statt - bei jedem Schritt wird Sauerstoff benötigt. Außerdem entstehen in Schritt 1 Wasserstoff-Ionen, d.h. der pH-Wert ändert sich. Im Folgenden werden die Teilgleichungen zu einer Gesamtgleichung zusammengefasst.

Ammonium-Ablaufwerte 4.1 Allgemeines: Nitrifikation 4 Gesamtgleichung der Nitrifikation:   NH4+  2 O2  NO3-  H2O  2H+  Die Nitrifikation benötigt viel Sauerstoff. Durch die Freisetzung von Wasserstoff-Ionen sinkt der pH-Wert. Ammonium-Ablaufwerte Belebung Sauerstoff und pH Folie selbsterklärend

Erhöhte Ammonium-Werte im Ablauf (Belebungsanlage) 4.2 Erhöhte Ammonium-Werte im Ablauf (Belebungsanlage) 4 Als erster und wichtigster Parameter wird der Sauerstoffgehalt im Nitrifikationsteil überprüft Ammonium-Ablaufwerte Belebung Sauerstoff Frage: Wie sahen die O2-Konzentrationen in den letzten 48 h vor den NH4-N-Überschreitungen aus? Wichtig: Zur Beurteilung der Situation soll der Sauerstoffgehalt in den letzten 2 Tagen vor der Überschreitung kontrolliert werden.

Beurteilung der letzten 48 Betriebsstunden: 4.2-101 O2-Gehalt zu niedrig 4 Beurteilung der letzten 48 Betriebsstunden: O2-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-Ablaufwerte Belebung Sauerstoff Folie selbsterklärend

Erhöhte Ammonium-Werte im Ablauf (Belebungsanlage) 4.2 Erhöhte Ammonium-Werte im Ablauf (Belebungsanlage) 4 In den letzten 48 h traten immer wieder längere Phasen mit weniger als 0,8 mg O2/L auf: Ammonium-Ablaufwerte Belebung Sauerstoff  Kontrolle der Sauerstoffeintragsregelung Folie selbsterklärend

Ammonium-Ablaufwerte 4.2-201 O2-Regelung gestört 4 O2-Sollwert überprüfen, ggfs. erhöhen O2-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): tDN = 30 - 40 min tN = 60 - 90 min Ammonium-Ablaufwerte Belebung Sauerstoff Folie selbsterklärend

Erhöhte Ammonium-Werte im Ablauf (Belebungsanlage) 4.2 Erhöhte Ammonium-Werte im Ablauf (Belebungsanlage) 4 Es wurde keine Beanstandung bei der Sauerstoffeintragsregelung gefunden: Ammonium-Ablaufwerte Belebung Sauerstoff Kontrolle aller Einrichtungen zur Sauerstoffzufuhr Folie selbsterklärend

Ammonium-Ablaufwerte 4.2-301 O2-Zufuhr gestört 4 ▪ Defekte an Verdichtern bzw. Oberflächenbelüftern ▪ Verstopfung der Ansaugfilter bei Gebläsen ▪ verstopfte Belüfter-Elemente ▪ Undichtigkeiten im Druckluftsystem (Rohrleitungen, Belüfter) ▪ Kondenswasser in den Luftleitungen Ammonium-Ablaufwerte Belebung Sauerstoff Folie selbsterklärend

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

Ammonium-Ablaufwerte 4.1 Allgemeines: 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-Ablaufwerte Belebung Schlammalter Durch die Nutzung anderer Energiequellen vermehren sich Nitrifikanten nur sehr langsam. Folie selbsterklärend

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

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

aerobes Schlammalter zu gering 4.2-103 aerobes Schlammalter zu gering 4 VN  Nitrifikationsvolumen m3 ▪ anteilige Belüftungszeit über Tag oder ▪ belüftete Zone (bei vorgeschalteter DN) TSBB = Trockensubstanz im belebten Schlamm kg/m 3 (Qd  XTS, AN)  Schlammverlust bei Schlamm- abtrieb ▪ abfiltrierbare Stoffe im Ablauf NKB ▪ Soll  20 mg/l (Trübung  8 NTU) ▪ normalerweise vernachlässigbar klein QÜS = Menge Überschussschlamm m3/d Ammonium-Ablaufwerte Belebung Schlammalter Formel Stück für Stück erläutern Beginnen mit (Qd  XTS,AN) – dieser Teil betrifft einen möglichen Schlammabtrieb aus der Nachklärung und sollte vernachlässigbar klein, also 0 sein Der Info-Button führt zur Formel für den Betrieb einer intermittierenden Denitrifikation.

Erhöhte Ammonium-Werte im Ablauf (Belebungsanlage) 4.2 Erhöhte Ammonium-Werte im Ablauf (Belebungsanlage) 4 Zum besseren Verständnis Ammonium-Ablaufwerte Belebung Schlammalter hier ein Rechenbeispiel Folie selbsterklärend

aerobes Schlammalter zu gering 4.2-103 aerobes Schlammalter zu gering 4 Ammonium-Ablaufwerte Belebung Schlammalter Ein einfaches Rechenbeispiel Die Berechnung ergibt: Das Schlammalter beträgt zur Zeit 6,3 Tage.

Erhöhte Ammonium-Werte im Ablauf (Belebungsanlage) 4.2 Erhöhte 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-Ablaufwerte Belebung Schlammalter Berechnung Mindestschlammalter (Bemessung) Folie selbsterklärend

aerobes Schlammalter zu gering 4.2-103 aerobes Schlammalter zu gering 4 Ammonium-Ablaufwerte Belebung Schlammalter Formel und Rechenbeispiel erläutern Feststellung: Zur sicheren Einhaltung des wasserrechtlich erlaubten Ablaufwertes muss das aerobe Schlammalter mindestens 8 Tage betragen. Hinweis: Der Info-Button führt zum direkten Formelvergleich Ist-Schlammalter/Mindestschlammalter.

Erhöhte Ammonium-Werte im Ablauf (Belebungsanlage) 4.2 Erhöhte 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-Ablaufwerte Belebung Schlammalter Kontrolle Überschussschlamm-Abzug Folie selbsterklärend

Ammonium-Ablaufwerte 4.2-202 ÜS-Abzug zu hoch 4 ▪ Überprüfung der abgezogenen ÜS-Menge ▪ Überprüfung des Schlammvolumens vor/nach dem Abzug (Differenz max. 25%) ▪ ÜS-Pumpe kontrollieren ▪ ÜS-Ablaufschieber geschlossen? Ammonium-Ablaufwerte Belebung Schlammalter Folie selbsterklärend

Erhöhte Ammonium-Werte im Ablauf (Belebungsanlage) 4.2 Erhöhte Ammonium-Werte im Ablauf (Belebungsanlage) 4 Die Menge an abgezogenem Überschussschlamm ist korrekt Ammonium-Ablaufwerte Belebung Schlammalter Frage: Wodurch kann das Schlammalter noch gesenkt worden sein? Folie selbsterklärend – Frage zur Beteiligung der Teilnehmer nutzen!

Ammonium-Ablaufwerte 4.2-302 Schlammabtrieb NKB 4 ▪ CSB- und Pges-Werte im Ablauf erhöht ?  vgl. 3.2.101 ff oder Kap. 11 (Blähschlamm) Ammonium-Ablaufwerte Belebung Schlammalter Folie selbsterklärend Unkontrollierter Verlust an Nitrifikanten durch Schlammabtrieb

Erhöhte Ammonium-Werte im Ablauf (Belebungsanlage) 4.2 Erhöhte Ammonium-Werte im Ablauf (Belebungsanlage) 4 Das Mindest-Schlammalter wird eingehalten: Ammonium-Ablaufwerte Belebung pH-Wert Überprüfung des pH-Wertes im Belebungsbecken Folie selbsterklärend

pH-Wert zu hoch / zu gering 4.2-105 4.2-106 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-Ablaufwerte Belebung pH-Wert Folie selbsterklärend

Erhöhte Ammonium-Werte im Ablauf (Belebungsanlage) 4.2 Erhöhte 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-Ablaufwerte Belebung Säurekapazität Überprüfung der Säurekapazität im Belebungsbecken  rechnerisch oder  Küvettentest Folie selbsterklärend

Ammonium-Ablaufwerte 4.1 Allgemeines: 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 KS 4,3 (mmol HCO3-/L) KS 4,3 im Zulauf gewöhnlich 4 – 10 mmol HCO3-/L KS 4,3 im Ablauf gewöhnlich mind. 1,5 mmol HCO3-/L Ammonium-Ablaufwerte Belebung Kurze Erläuterung zur Säurekapazität Der Info-Button erklärt den Reaktionsmechanismus zum Kalk-Kohlensäure-Gleichgewicht ausführlicher.

Ammonium-Ablaufwerte 4.1 Allgemeines: Säurekapazität 4 kritische Säurekapazität: Säurekapazität wird durch Nitrifikation und saure Phosphat-Fällmittel verbraucht. kritischer Wert im Ablauf des Belebungsbeckens KS 4,3  1,5 mmol HCO3-/L Achtung: pH-WertBB anhaltend  6,6  Zerfall der Belebtschlamm-Flocke  Schlammabtrieb  Ammonium-Ablaufwerte Belebung  Verlust an langsam wachsenden Nitrifikanten Angaben zum kritischen Bereich der Säurekapazität

Erhöhte Ammonium-Werte im Ablauf (Belebungsanlage) 4.2 Erhöhte Ammonium-Werte im Ablauf (Belebungsanlage) 4 Die Kontrolle hat ergeben, dass die Säurekapazität unter 1,5 mmol/L liegt. Ammonium-Ablaufwerte Belebung Säurekapazität Frage: Wie kann die Säurekapazität angehoben werden? Folie selbsterklärend – Folie zur Beteiligung der Teilnehmer nutzen.

Säurekapazität zu gering 4.2-107 Säurekapazität zu gering 4 Ammonium-Ablaufwerte Belebung Säurekapazität Folie selbsterklärend

Erhöhte Ammonium-Werte im Ablauf (Belebungsanlage) 4.2 Erhöhte Ammonium-Werte im Ablauf (Belebungsanlage) 4 Die Überprüfung hat ergeben, dass die Säurekapazität ausreichend ist. Ammonium-Ablaufwerte Belebung TKN-Belastung Möglicherweise hat ein stoßartiger Stickstoffeintrag die Belebungsanlage übermäßig belastet ? Folie selbsterklärend

4.1 Allgemeines: 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:    Nges, ZB  Gesamtstickstoff im Zulauf Belebung (ZB)  Ammonium-Stickstoff Ammonium-Ablaufwerte Belebung TKN-Belastung TKN  Nges,ZB – (NO3-N)  (NO2-N) Nitrat-Stickstoff Nitrit-Stickstoff TKN  NH4-N ∗ 1,4 Ammonium-Stickstoff Was bedeutet TKN? Wie kann er auf der Kläranlage bestimmt werden?

Ammonium-Ablaufwerte 4.1 Allgemeines: 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 Belebung TKN-Belastung Mögliche Quellen für erhöhten Stickstoffeintrag Ammoniumbelastung durch Filtrat aus der Schlammbehandlung vor allem bei Kläranlagen mit Faulung kritisch: NH4-N im Filtrat ca. 700 – 1.200 mg/L Bei Kläranlagen mit anaerober Stabilisierung: NH4-N im Filtrat ≤ 150 mg/L

Erhöhte Ammonium-Werte im Ablauf (Belebungsanlage) 4.2 Erhöhte Ammonium-Werte im Ablauf (Belebungsanlage) 4 Die Überprüfung hat ergeben, dass es zu außerordentlichen Stickstoff-Spitzen in die Belebung gekommen ist. Ammonium-Ablaufwerte Belebung TKN-Belastung Frage: Welche Gegenmaßnahmen kann man ergreifen, um die Nitrifikationsleistung kurzfristig zu verbessern? Folie selbsterklärend – Folie nutzen zur Beteiligung der Teilnehmer.

Ammonium-Ablaufwerte 4.2-108 TKN-Fracht zu hoch 4 kurzfristig: ▪ Luftzufuhr kurzfristig erhöhen (bis 3,5 mg O2/L) ▪ ggfs. Vergrößerung des belüfteten Beckenvolumens (Belüftung DN-Zone) ▪ TSBB 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-Ablaufwerte Belebung TKN-Belastung Folie selbsterklärend Der Info-Button gibt noch Empfehlungen für langfristig sinnvolle Maßnahmen.

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

Ammonium-Ablaufwerte 4.2-109 Mischwasserzufluss 4 Doppelbelastung:  kurzzeitige NH4-N-Frachtspitze aus dem Kanal + hydraulische Verdrängung von NH4-N aus der Vorklärung  Verdrängung von belebtem Schlamm in die Nachklärung (Verlust an Nitrifikanten) Ammonium-Ablaufwerte Zulauf Hydraulik Folie selbsterklärend Der info-Button führt zu einer Grafik, die das Zusammenspiel zwischen Mischwasserzufluss und Auftreten erhöhter NH4-N-Konzentrationen im Ablauf zeigt.

erhöhte Kohlenstofffracht 4.2-110 erhöhte Kohlenstofffracht 4 z.B. Weinbau-Kampagne, Einleitung von Essigsäure oder Ethanol (leicht abbaubare C-Verbindungen)  Problem: installierte Belüftungskapazität reicht nicht aus  O2-Gehalt zu niedrig  Maßnahme: falls möglich  Reserve-Aggregat zuschalten Ammonium-Ablaufwerte Zulauf C-Fracht Folie selbsterklärend

Verminderung alpha-Wert () 4.2-111 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 Zulauf Tenside Folie selbsterklärend

Hemmung der Nitrifikation 4.2-112 Hemmung der Nitrifikation 4 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 Zulauf Hemmstoffe Folie selbsterklärend

Laborversuch zur Hemmung der Nitrifikation 4.2-203 Laborversuch zur Hemmung der Nitrifikation 4 Laborversuch: Aktivitätstest 10 l Belebtschlamm (mind. 10 mg NH4-N/L erforderlich!) werden im Labor unter definierten Randbedingungen belüftet: ▪ O2-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 NH4-N im Filtrat Erwartung ohne Hemm-/Giftstoffe, d.h. Nitrifikation ungestört ▪ NH4-N nimmt von Probe zu Probe ab ▪ nach 2-3 Std. Werte gegen 0 Ammonium-Ablaufwerte Zulauf Hemmstoffe Folie selbsterklärend

Laborversuch zur Hemmung der Nitrifikation 4.2-203 Laborversuch zur Hemmung der Nitrifikation 4 Aktivitätstest Nitrifikation negativ: Beobachtung:  NH4-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 Zulauf Hemmstoffe Folie selbsterklärend Der Info-Button gibt Informationen zu gebräuchlichen Giftstoffen, die in einer Kläranlage möglicherweise auftreten.

Zusammenfassung Folie selbsterklärend

Mögliche Ursachen für erhöhte Ammoniumwerte im Ablauf Zusammenfassung Betrieb Anlage Abwasser Probenahme /Analytik aerobes Beckenvolumen Mischwasser Regelbereich O2-Steuerung installierte Gebläseleistung Schmelzwasser (Temperatur) Einstellung Gebläseleistung Belüftertechnik hohe TKN-Fracht/ extern: ▪ Fäkalien ▪ Deponiesickerwasser ▪ Spülstoss aus dem Kanal ▪ Tourist. Großveranstaltungen (Turniere, Feste, Saisonstart) ▪ Vorfall Landwirtschaft Belüftungszeiten Steuer- /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 Hier noch einmal zusammengefasst die heute angesprochenen Punkte bzw. Ursachen für Funktionsstörungen im Bereich der Nitrifikation. Kopien der folgenden Folien zur Zusammenfassung an die Teilnehmer austeilen.

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

Betriebliche Sofortmaßnahmen zur Verbesserung der Nitrifikation 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 Betrieb Schlammalter Folie selbsterklärend

Betriebliche Sofortmaßnahmen zur Verbesserung der Nitrifikation Zusammen-fassung Betriebliche Sofortmaßnahmen zur Verbesserung der Nitrifikation 4 bei Sauerstoffmangel:  Belüftung/Gebläseleistung kurzfristig erhöhen:  verbessertes Wachstum Nitrifikanten (O2-Versorgung)  Strippen CO2 (Stabilisierung pH-Wert)  aerobe Zone vergrößern (z.B. Belüftung DN-Zone) bzw. Belüftungs- intervall verlängern Ammonium-Ablaufwerte Betrieb Sauerstoff Folie selbsterklärend

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